提高重轨钢钢包水口自开率的生产实践

王建锋　杨森　师艳秋　郭朝军　马生亮

(河钢集团邯钢公司)



提高重轨钢钢包水口自开率的生产实践

王建锋杨森师艳秋郭朝军马生亮

(河钢集团邯钢公司)

为了解决邯钢大方坯连铸机浇铸重轨钢钢包滑动水口自开率低的问题，分析了引流砂质量、水口尺寸、钢水在钢包内的停留时间，引流砂加入方式和水口清理等因素对浇铸重轨钢自动开浇率的影响。针对存在的问题提出了解决措施，包括研制新配方引流砂、研制新型水口、合理缩短精炼时间、改善钢包清理状态及规范引流砂加入方式等，使浇铸重轨钢的自动开浇率提高到97%以上。

重轨钢自开率引流砂钢包

0　前言

钢包自动开浇是连铸采用长水口实现全程保护浇注的必要条件，也是保证钢水质量，稳定连铸操作的重要前提[1-2]。邯钢重轨钢开发伊始，钢包自开率控制不稳定，统计分析全年自开率仅为81.41%，未自开炉次开浇过程中需要通过氧枪烧开辅助引流，导致相当数量的钢水敞开浇注造成二次氧化，造成钢内氧化物夹杂大量超标，相应铸坯改判降级，严重影响了重轨产钢品的生产质量。为此邯钢围绕影响钢包水口自开率因素进行了工艺改进和优化，取得了较好的应用效果。

1　重轨钢钢包浇注现状及问题

当前邯钢重轨钢的工艺路线为：铁水脱硫→转炉吹炼→LF精炼→RH真空处理→大方坯连铸。

主要装备状况为：两套复合喷吹铁水脱硫设施、三座120 t顶底复吹转炉、两座120 tLF钢包精炼炉、一座120 tRH真空脱气装置、一台大方坯连铸机(280 mm×380 mm，280 mm×325 mm)。

为满足高强轨和高速轨对洁净度、均质性等技术指标要求，冶炼工序采用LF+RH双精炼工艺，连铸工序严格低拉速控制，使得钢包热负荷时间长，对钢包耐材质量的要求更为严格。钢水在钢包中的停留时间比普碳钢种要长70 min～90 min，引流砂与钢水接触时间长，其烧结层增厚，靠钢水静压力压破烧结层更为困难，严重影响到水口自开。

2　钢包水口自开率低的原因分析

结合钢包内引流砂的工作原理[3-4]与现场经验和实地分析表明，引流砂质量、钢水在钢包内的停留时间、钢包水口状况、钢包水口的清洁程度以及投砂操作和钢包热修操作等因素都影响钢包自开率。

2.1引流砂质量

引流砂作为钢包导流和填充材料，要保证较高的自开率，引流砂的配方组成和质量稳定性非常关键。引流砂在钢包水口长时间处于高温状态，要求烧结层耐火度高；引流砂填入水口后直接与钢水接触，起始烧结温度不宜过高；在使用过程中，引流砂承受较大的钢水静压力，为防止绷料，要求引流砂粒度均匀、外形多以圆滑为好、自然流动性好，粒度配比合理[5-6]。通过对自开率低的炉次进行引流剂性能分析，引流剂中成分含量波动大，配比需要优化。另外，引流砂大比例粒度占到10%，粒度不均匀，需要进行调整。

2.2水口直径

水口座砖开口直径、深度以及寿命严重影响引流砂自开效果。水口尺寸过小，引流砂流动受限，影响钢包自开率。水口越大引流砂受到钢水的静压力越大，受到阻力越小，越容易自开。

2.3钢水停留时间

钢水在钢包内的停留时间延长，引流砂的受热就严重，导致引流砂烧结层也会增厚，自动开浇率就降低。从邯钢实际冶炼107炉重轨钢统计结果，得出钢包盛钢时间与钢包自开的关系如图1所示。

图1　钢水停留时间与钢包自开率的关系

从图1可以看出，随着钢包盛钢时间的延长，尤其是大于140 min后，烧结层强度可以认为与钢水的压力基本达到了平衡，自开机率明显下降。

2.4水口清理状况

水口内部、水口座砖周围的残钢残渣清理不干净，一方面影响引流砂加入量，另一方面在线烘烤时由于温度升高废钢会粘结引流砂，或者上水口内残留钢渣未清理干净，阻碍引流砂的顺利流出。钢包热修作业中，滑板、水口热换完毕后，多余的火泥清理不干净会堵塞水口。形成强度较大的固态块状混合物，堵塞水口，易导致钢包自开失败。此外，在倒浇余后，随着散热冷却，残余钢渣逐渐形成硬渣壳，当渣壳破碎后，掉入钢包内，可能会进入水口，与灌入水口的引流砂粘结成块状，不利于钢包水口自开。

2.5引流砂的加人方式

引流砂加入方式和填充水口的状况不当很明显影响会钢包的自动开浇。人工投掷引流剂，不能保证形成合理的形状，影响自开率。采用漏斗管加人引流剂，能保证引流剂在水口上方形成合理形状，保证自开率。引流剂要存放在干燥场所，防止受潮影响自开率。据统计，加完引流砂到出钢时间若超过30 min，自开率有下降趋势。

3　改进措施及实施效果

针对以上问题，邯钢结合重轨钢的生产特点与当前实际出发，从存在问题的根本入手，采取了一系列的优化改进措施，取得了较好的应用效果。

3.1改进措施

3.1.1采用新材质引流砂

铬质引流砂由铬铁矿和添加剂制成，具有比重大、流动性好、熔点高、不过度烧结等优点。新引流砂材质方案以铬铁矿为主，添加润滑剂、助烧剂和还原剂等制成的铬质引流砂。先后进行了3种不同配方铬质引流砂试验，其中配方三材质中Cr2O3的含量在31%～37%范围内，物理指标要求耐火度高于1780 ℃ ，水分小于0.5%，粒度分布中0.5 mm～1.5 mm所占比例不小于90%，粒度大于1.5 mm的不大于5.0%，经现场试验取得了明显的效果。

3.1.2采用新型水口

在设备管理方面，将引流砂加砂装置纳入质量设备管理范畴，与耐材供货单位合作，开发大了直径水口，水口直径由60 mm增加到75 mm，引流砂烧结层受到钢水的压力作用加大，容易破裂自开。图2和图3分别为改造前及新开发的水口照片。

图260 mm水口照片

图375 mm水口照片

3.1.3精炼工艺与生产组织优化

开发出适合重轨钢生产的高效精炼技术，合理缩短精炼时间，使得LF配合RH真空处理双联工艺有一个合理的工序周期，平均工序周期控制在45 min～55 min之间，精炼时间也尽量控制在在2小时以内，减少钢包热周转数量，周转钢包数不能超过5个，既能保证红包出钢，减少钢水温降。转炉必须在出钢前2 min以内要钢包，确保加完引流砂到出钢时间不超过30 min。另外要求稳定生产，减少生产事故的发生导致非正常等待时间。

3.1.4改进钢包水口清理

1)钢包包况改善。钢包出钢前温度在800 ℃以上，即红包出钢可以提高自开率。使用钢包在线烘烤，冶炼重轨钢需用包况良好的红包，出钢前钢包在线烘烤时间在10 min以上。

2)水口及座砖清理的残钢清理干净。从钢包前后两个方向都要清理，水口清洁时，扩大清洁区域，以水口中心直径500 mm范围内全部清理干净，防止钢渣落入。确保水口内部、水口座砖喇叭口周围完全清理干净并拍照留存。

3)滑板安装完毕后，要将多余的火泥清理干净，用风管从钢包后面深入水口吹扫。然后关闭滑板，再次打开检查，确认清理干净后关闭。对水口清理重点跟踪，管理。拍照留存水口清洗状态，确保清理干净。

3.1.5规范引流砂的加入方式

调整引流砂加入方式，制作了专门的引流砂加入装置，由人工袋装投入改为漏斗散装加入。将引流砂拆袋后流入水口眼，既提高了投眼的准确性，又避免了塑料袋形成烧结块从而降低自开率现象的发生，引流砂加入效果如图4所示。

图4引流砂加入效果

3.1.6其他

转炉出钢前，在钢包内的水口处加一保护帽，保护帽材质为耐火材料，目的为防止转炉炉体上集渣或转炉炉口渣进入引流砂部位而影响自开率。

3.2实施效果

通过以上措施的推进，以冶炼重轨钢900A为例，共冶炼138炉，不自开炉次仅为4炉，自开率达到97.1%以上。自开率月份统计如图5所示。

图5自开率月份统计图

图5中月份统计显示，重轨钢自开率从改进前的不足75%提高到96.8%以上，且连续9个月保持稳定，显著提高了重轨钢铸坯合格率同时还降低了工人的劳动强度，取得良好的经济效益和社会效益。

4　结语

为了解决邯钢大方坯连铸机浇铸重轨钢钢包滑动水口自开率低的问题，分析了引流砂质量、水口尺寸、引流砂加入方式和水口清理等因素对浇铸重轨钢自动开浇率的影响。针对性地提出了解决措施，并随着各项措施的逐步落实，重轨钢的自动开浇率由81.41%提高到97.1%，为生产的顺行和提高铸坯质量及合格率创造了良好的条件。

[1]陈永. 重轨钢连铸的质量控制[J].钢铁，2004，39(3)：23-26.

[2]杨玉，陈昕，金纪勇，等. U75V钢轨轨腰探伤不合原因的分析[J].钢铁，2011，46(2)：91-95.

[3]邱文冬，金从进. 提高连铸钢包自动开浇率的研究[J].耐火材料，2003，37(1)：19-21.

[4]李勤学.钢包自动引流率的影响因素及改善措施[J].金属材料与冶金工程，2013，41(2)：30-34.

[5]苏春阳，潘明旭，鲍家琳，等.钢包自开率的影响因素及改善措施[J].特殊钢，2012，33(4)：26-28.

[6]王光进，李新民，潘艳华，等.提高82B连铸钢包滑动水口自开率的实践[J].炼钢，2007，23(3)：24-26.

PRACTICE ON IMPROVEMENT IN FREE-OPENING RATE OF CASTING HEAVY RAIL STEEL

Wang JianfengYang SenShi YanqiuGuo ChaojunMa Shengliang

(Handan Iron and Steel Company, Hesteel Group)

In order to solve the problem of low free-opening rate of continuous casting heavy rail steel blooms, the present paper analyzes the effects of quality of the flow guiding sand, the gate size, the retention period of molten steel in ladle, flow guiding sand feeding pattern and clearance of the gate on the free-opening rate in continuously casing heavy rail steel.Accordingly puts forward appropriate solutions to the problem including development of new flow guiding sand, the development of a new sliding gate, reasonable shorten the refining time, improve ladle cleaning and norms flow guiding sand adding method. As the results the free-opening rate of the sliding gate rises up to 97%.

heavy rail steelfree-opening rateflow guiding sandladle

联系人：王建锋，博士，工程师，河北.邯郸(056004)，河钢邯钢技术中心；2016—1—11