一种新型钢包覆盖剂的试验研究

范 斌

（宝武集团鄂城钢铁有限公司，湖北鄂州 436000）

引言

在中间包一个流程的连铸过程中，钢包内钢水温度的变化直接影响到中间包钢水温度，钢包内钢液面上的保温覆盖剂的情况、钢包加盖与否、钢包包衬的材质以及不同的钢种也会影响钢包内的钢水温度变化［1］［2］。合适的钢水温度是保证钢水顺利浇铸成合格钢坯的必要条件。为了避免钢包内的钢水直接裸露在空气中，造成浇铸过程中的钢水温降过快，需在转炉出钢后向钢水表面加入一定量的覆盖剂进行保温，钢液面上保温覆盖不佳时，其热损失很大［3］，覆盖剂保温效果的好坏对钢坯收得率影响较大。某炼钢厂130 t 转炉目前平均浇铸周期为34 分钟，采用传统的碳化稻壳作为钢包保温覆盖剂，虽然保温效果较好，但是因谷壳燃烧，浇铸后期因钢水温度低造成回炉现象突出，同时碳化稻壳对环境的污染较大，因而迫切需要使用环保型覆盖剂。

1 试验方案

本文通过统计钢水包-中间包钢液温降与时间的比值，计算降温速率来对比两种覆盖剂的实际使用效果，为了保证数据的参考意义，通过排除影响中包温度的其他因素，对生产条件相同数据进行对比研究。选取连续周转钢包、钢包吹氩时间大于10分钟、钢包正常加盖、中间包连浇时间大于3小时的炉次，共筛选出HRB400系列钢种的6175炉数据和HPB300系列的1932炉数据分别对使用碳化稻壳覆盖剂与环保型覆盖剂的效果进行以下对比：（1）钢水包内钢液浇铸45%时的降温速率；（2）钢水包内钢液浇铸60%时的降温速率；（3）钢水包内钢液浇铸75%时的降温速率；（4）钢水包内钢液浇铸90%时的降温速率。

HRB400 系列钢种会加入特种合金而钢液表面形成一层保护渣，而HPB300 系列未加入特种合金，因此与两个钢种分开对比。

2 试验结果与分析

2.1 保温效果分析

通过对比HRB400 系列、HPB300 系列钢水浇铸过程的温降速率，详细数据如下所示。

2.1.1 HRB400 系列钢水包内钢液浇铸45 %、60 %、75%、90%时的降温速率

由图1-4和表1可以看出，HRB400系列钢水浇铸时，环保型覆盖剂与碳化稻壳的降温速率非常接近，最大温降速率差值仅为0.033 ℃/min，这是由于HRB400系列钢包中钢水表面渣层较厚，有一定的保温效果，覆盖剂影响较小。在浇铸前期，环保型覆盖剂比碳化稻壳的保温效果稍差，这是由于初期碳化稻壳比环保型覆盖剂反应快、发热快，但是在浇铸中后期，由于碳化稻壳反应接近完全，发热效应变差，环保型覆盖剂发热平稳，其保温效果又优于碳化稻壳。

表1 HRB400 系列钢种钢水包内钢液浇铸至各个阶段的平均温降速率（℃/min）对比

图2 HRB400系列钢水包内钢液浇铸60%时的降温速率对比

图3 HRB400系列钢水包内钢液浇铸75%时的降温速率对比

图4 HRB400系列钢水包内钢液浇铸90%时的降温速率对比

2.1.2 HPB300 系列钢水包内钢液浇铸45 %、60 %、75%、90%时的降温速率对比

由图5-8 和表2 可以看出，对于HPB300 系列，环保型覆盖剂的保温效果更好，这是由于碳化稻壳铺展性差，加入钢包后往往呈现堆状，不能迅速铺展开，钢水表面经常有局部裸露在空气中，热传导速度相对较快；而环保型覆盖剂的铺展性更好，覆盖钢液面效果比碳化稻壳更好，使得热辐射损失热量更少；选取最大温降速率差值0.152 ℃/min 与最小温降速率差值0.087 ℃/min 时，按鄂城钢铁一炉钢的浇铸时间34 分钟计算，使用环保型覆盖剂平均可以降低吊钢温度4 ℃，保温效果明显改善。

图5 HPB300系列钢水包内钢液浇铸45%时的降温速率对比

图6 HPB300系列钢水包内钢液浇铸60%时的降温速率对比

图7 HPB300系列钢水包内钢液浇铸75%时的降温速率对比

图8 HPB300系列钢水包内钢液浇铸90%时的降温速率对比

使用环保型覆盖剂时浇铸后期温降速度更小，浇铸时温降较为稳定，中包温度波动范围较小，对于稳定连铸操作更为有利。

2.2 覆盖剂对钢液的成分影响分析

钢液增碳的主要原因是溶解碳以原子形态存在于熔渣中，通过扩散向钢水传质，产生富碳层，该层的碳含量最高可达原始渣碳含量的6倍，而且呈非烧结性，当熔渣层薄并出现波动时，就容易导致富碳层与钢水接触甚至卷渣，造成钢水增碳，钢水中碳的溶解度非常大，而与之直接接触的熔渣中碳量高出一个数量级，钢水增碳是不可避免的；溶解碳向钢水扩散过程的控制环节是碳在熔渣中的扩散，扩散量与碳在渣中的传质系数成正比；为了避免或减少钢水增碳，必须降低熔渣中碳含量。可以在满足基本性能要求的基础上，尽量减少原始渣的配碳量，或采取其它一些措施阻止碳溶入熔渣［4］。

碳化稻壳含碳量55%-60%，环保型覆盖剂含碳量0.34%，使用碳化稻壳后，熔渣中碳高于环保型覆盖剂，更加容易造成钢液增碳，表3 为两种覆盖剂涨碳情况对比。

表3 钢液涨碳情况

从表3可以看出，对于HPB300系列钢种，环保型覆盖剂比碳化稻壳少涨碳0.018 %，对于HRB400 系列钢种，环保型覆盖剂比碳化稻壳少涨碳0.010 %，这是由于HPB300系列钢种比HRB400系列钢种渣层薄，碳在熔渣中的扩散相对较容易，所以HPB300 系列钢种比HRB400系列钢种使用碳化稻壳时涨碳更为严重。使用环保型覆盖剂，熔渣中碳含量低，钢水涨碳较少，利于控制钢液成分，对于低碳钢的生产更有优势。

2.3 环保效果对比

碳化稻壳含碳量55-60 %（其余为灰分），容重175-185 kg/m3，粒度0.1 mm，环保型覆盖剂理化指标：SiO2：34.83%，CaO：9.2%，C：0.34%，MgO：19.69%，水分：0.2%，粒度：0.2 mm-2 mm，容重1000-1200 kg/m3。

碳化稻壳粒度小，比重小，碳在反应时产生CO2气体受钢水温度影响受热膨胀，产生大量热气流，带走部分小颗粒，产生肉眼可见的烟尘，对环保影响较大；环保型覆盖剂粒度大，比重大，不易被热气流卷起，使用时几乎没有烟尘。

3 结论

通过以上研究，可以得出以下结论：（1）对于HRB400 钢种，环保型覆盖剂与碳化稻壳保温效果几乎相同；而对于HPB300 系列，环保型覆盖剂的保温效果更好，平均可降低吊钢温度3～5℃，更加有利于生产；（2）使用环保型覆盖剂时浇铸后期温降速度更小，浇铸时温降较为稳定，中包温度波动范围较小，对于稳定连铸操作更为有利；（3）使用环保型覆盖剂比碳化稻壳涨碳更少，利于控制钢液成分，对于低碳钢的生产更有优势；（4）环保型覆盖剂使用时烟尘小，利于环境保护。