提高鋼包自動開澆率

尤 良

（太原鋼鐵集團(tuán)不銹鋼股份有限公司第二煉鋼廠，山西 太原 030001）

鋼包能否達(dá)到自動開澆，直接影響著鋼水質(zhì)量、工藝流程的順行和生產(chǎn)率。鋼包中的鋼水如在滑板打開后不能自動流出，就需要倒包或用氧管燒開的方法來處理。倒包一方面可能導(dǎo)致鋼水溫度降低而回爐處理，另一方面影響連鑄生產(chǎn)節(jié)奏可能造成斷澆。采用氧管燒開的方法一方面可能導(dǎo)致部分鋼水二次氧化而降低鋼水質(zhì)量，另一方面可能造成刺鋼等惡性生產(chǎn)事故，同時也影響生產(chǎn)節(jié)奏。為進(jìn)一步提高鋼包的自動開澆率，實現(xiàn)不同鋼種、不同工藝流程等而達(dá)到鋼包自動開澆率100%的目標(biāo)，現(xiàn)就影響鋼包中鋼水自動開澆率的因素進(jìn)行分析，并結(jié)合二鋼廠的實際情況與大家探討。

1 二鋼廠南區(qū)鋼包自動開澆情況

1.1 鋼包鋼水自動開澆

鋼包鋼水自動開澆是指盛鋼水的鋼包在將其滑板打開后，鋼水能自動從鋼包中流出，順利地澆注到中間包內(nèi)。其開澆原理為：當(dāng)鋼水與引流砂接觸后，高溫鋼水會使上部的引流砂形成很薄的燒結(jié)層，打開滑板時，燒結(jié)層下面的引流砂受重力作用順上水口、滑板及下水口流出，從而使燒結(jié)層形成空殼；鋼水靜壓力壓破形成空殼的燒結(jié)層而使鋼水從水口自動流出。

1.2 二鋼廠南區(qū)鋼包自動開澆率的提升過程

（1）2004年10月份以前，本廠鋼包加引流砂方式為投擲式，引流砂材質(zhì)為硅砂，鋼包自動開澆率很低，其不銹鋼鋼包（75 t）自開率為85.26%，碳鋼包（80 t）自開率為90.64%。

（2）2004年11月-12月份進(jìn)行引流砂材質(zhì)的試驗和更換，引用河南西峽生產(chǎn)的鉻質(zhì)引流砂，鋼包自動開澆率有所提高，其不銹鋼鋼包（75 t）自開率為96.12%，碳鋼包（80 t）自開率為97.48%。

（3）2005年1月份對鋼包加引流砂的方式進(jìn)行改變（改成導(dǎo)管式加砂）后，鋼包自動開澆率又有所提高。2005年不銹鋼鋼包自開率為97.27%，碳鋼包自開率為98.37%。

（4）從2006年1月份開始對碳鋼引流砂進(jìn)行了烤砂操作，從2006年3月份開始對不銹鋼引流砂進(jìn)行了烤砂操作。增加烤砂操作后，本廠鋼包的自動開澆率進(jìn)一步提高，不銹鋼鋼包的自動開澆率從2006年3月-6月為98.16%，碳鋼鋼包的自動開澆率從1月-11月為99.64%。

（5）針對不銹鋼鋼種的特殊性，從2006年7月份對不銹鋼鋼包水口的清洗方法進(jìn)行了改進(jìn)。不銹鋼鋼包的自動開澆率從2006年7月-11月為99.13%。

（6）在2007年和2008年兩年的實踐過程中，經(jīng)過對操作過程的進(jìn)一步細(xì)化、生產(chǎn)節(jié)奏的進(jìn)一步控制以及鋼包調(diào)配等方法，目前南北區(qū)80 t和180 t的碳鋼包自動開澆率達(dá)到了99.8%以上（其中有2個月達(dá)到了100%自動開澆水平），由75 t不銹鋼鋼包擴(kuò)容后的80 t不銹鋼鋼包及北區(qū)180 t不銹鋼鋼包的自動開澆率一直在99.5%以上運(yùn)行。

2 影響鋼包自動開澆的因素

由于生產(chǎn)條件、鋼包容積、引流劑的質(zhì)量和冶煉鋼種的不同，鋼包的自動開澆率也存在較大的差別，本廠從2003年到現(xiàn)在，鋼包的最低自動開澆率為73%，最高可實現(xiàn)100%自動開澆。從本廠對鋼包引流的不斷研究過程、從操作方式或方法上的改進(jìn)以及引流指標(biāo)提升過程，可以總結(jié)出：影響鋼包自動開澆率的因素不僅與引流劑的自身性能有關(guān)外，還與工藝流程、操作條件及操作水平有很大關(guān)系。通過在生產(chǎn)實際過程中觀察，發(fā)現(xiàn)影響鋼包自動開澆率的因素主要有以下幾點：

2.1 引流砂的質(zhì)量

鋼包用引流砂主要是石英砂（硅砂或海砂）和鉻砂兩種，其中石英砂（硅砂或海砂）自動開澆率為75%~85%，早被大多數(shù)鋼廠所淘汰，所以這里只對現(xiàn)在鋼廠廣泛應(yīng)用的、具有適應(yīng)鋼種和工藝流程性強(qiáng)的、自動開澆率比較高的鉻砂進(jìn)行探討。

鉻質(zhì)鋼包引流劑的主要原料是鉻礦砂、石英砂和一定量的添加劑（其成分要求見表1）。在鋼包水口中的引流砂在接觸鋼水后，一般形成三層結(jié)構(gòu)（熔融層、燒結(jié)層、松散層）。①熔融層是由于引流砂接觸鋼水后被高溫鋼水熔化所產(chǎn)生，要求不易過多，最好是沒有，因此要求鉻砂具有較高的耐高溫性能。②燒結(jié)層處于熔融層下方，也是由于溫度高而燒結(jié)形成，其作用可以防止鋼水不斷向下滲透；由于自動開澆是依靠鋼包中鋼水的自重產(chǎn)生壓力將燒結(jié)層壓破的，所以燒結(jié)層不易過厚。因此，要求砂有高的燒結(jié)溫度，保證在一定鋼水溫度下不過度燒結(jié)。2007年4月份開始冶煉鋼種TTS443時（出鋼溫度和過程都在1 700℃以上），不銹鋼鋼包自開率只有2/3，經(jīng)過改進(jìn)引流砂后，有明顯提高。③要求顆粒配比適當(dāng)，鋼水不容易滲入引流砂也不會造成棚料。鋼水侵入引流砂的顆粒之間，隨著鋼水溫度的降低逐漸開始凝固，形成強(qiáng)度較大的砂鋼混合凝固層，容易造成不能自動開澆。為實行自動開澆，本廠對引流劑粒度和形狀要求為：近似圓形為好，多棱型也可以，但是一定要拒絕片狀、尖、棱角狀等形態(tài)，鉻礦砂粒度為1.60~0.15mm為好，石英砂粒度在2.50~0.15 t為宜；配制粒度中不能夾雜其他雜質(zhì)和異物。④為保證引流砂從水口中流出順利，要求鉻砂有低的熱導(dǎo)率，受熱后膨脹值小，不易炸裂，流動性好。⑤要求加入適當(dāng)?shù)奶砑觿?。加入適當(dāng)潤滑劑可以減少引流砂顆粒之間的摩擦力；鉻砂熔融后在碳素材料作用下形成二次尖晶石發(fā)生體積膨脹，也有助于自動開澆。

總的來說，對引流砂的要求包括：流動性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、隔熱性好、燒結(jié)性適度、耐火度高。

表1 鉻質(zhì)鋼包引流劑原料要求

2.2 引流砂加入方式以及加入量

引流砂加入方式和填充水口的狀況不當(dāng)，影響鋼包自動開澆的份額是相當(dāng)可觀的。一般加入方式有導(dǎo)管式和投擲式兩種。從我廠的開澆情況看，導(dǎo)管式加砂的開澆率比人工投擲式好的多。兩種方式的優(yōu)點和缺點對比見表2。

通過兩年來的不斷摸索和實踐，本廠目前對引流砂在上水口的填充方式和填充量的要求為引流砂加成“錐”型。引流砂加成“錐”型，這樣，可以增加鋼水對燒結(jié)層的接觸面積，也相當(dāng)于增大鋼水對燒結(jié)層的靜壓力。

表2 投擲式和導(dǎo)管式加砂對比

2.3 鋼水在鋼包中的滯留時間

從2004年7月-2005年3月不銹鋼未開澆爐數(shù)的數(shù)據(jù)404爐鋼水（2004年7月-12月生產(chǎn)2 892爐，其中有353爐未實現(xiàn)自動開澆；2005年1-3月生產(chǎn)1 868爐，其中有51爐未實現(xiàn)自動開澆）分析發(fā)現(xiàn)：鋼水在鋼包中停留時間≤2 h時，自動開澆率最高；在2~4 h之間，隨著時間延長自動開澆率下降；在4~6 h之間自動開澆率又有所回升；在6 h以上，自動開澆率再次有所下降；經(jīng)過VOD處理比不經(jīng)過VOD處理自動開澆率下降6%左右；從吹氬結(jié)束到鋼水開澆時間在20min以上時，鋼包自動開澆率明顯下降，具體情況見表3。

表3 2004年7月-2005年3月不銹鋼包開澆情況

隨著冶煉工藝的不斷完善、鋼包上線溫度的提高、全連鑄生產(chǎn)的全部實現(xiàn)，通過加強(qiáng)生產(chǎn)組織的管理，使鋼水在鋼包中的滯留時間也趨于穩(wěn)定和縮短，這也是鋼包自動開澆率提高的一個因素。

2.4 引流砂干燥程度

含水分多或潮濕的引流砂加入鋼包水口中后，產(chǎn)生的水蒸氣在高溫下和石英SiO2反應(yīng)可以生成類似硅膠的產(chǎn)物，容易將其他引流砂黏結(jié)到一起，導(dǎo)致鋼水自重不能壓破而產(chǎn)生引流。因此，將引流砂烘烤干燥也可以提高鋼包的自動開澆率。

2.5 水口安裝及清理工作

對于鋼包的自動開澆，作為修包工必須注意把座磚及上水口的冷鋼和安裝滑板時留下的殘泥清理干凈，否則對自動開澆不利。修包工操作影響開澆的因素主要有：①水口內(nèi)的殘余冷鋼清理不干凈，就會減小水口的直徑，從而影響到引流砂的加入量和打開滑板時引流砂流下的速度。②水口座磚周圍的廢鋼清理不干凈，一方面影響引流砂加入量，另一方面在在線烘烤時由于溫度升高廢鋼會黏結(jié)引流砂，阻礙引流砂的順利流出。③正包后包底廢渣掉入水口，灌砂時沒有發(fā)現(xiàn)而堵塞水口。④滑板安裝完畢后，多余滑板泥料清理不干凈而堵塞水口。⑤安裝上水口后不經(jīng)過烘烤而直接用于加砂（原理相當(dāng)于引流砂受潮）。

基于上述因素，對修包工在熱修鋼包時應(yīng)注意以下幾點：①水口及其座磚周圍的廢鋼要清理干凈。如鋼水粘包底嚴(yán)重，要采用從包前清理的方法進(jìn)行清理，確保水口座磚的喇叭型盛砂漏斗完全清理干凈。②滑板安裝完畢后，要將多余滑板泥料清理干凈后再用風(fēng)管吹掃。如只用風(fēng)管吹掃或清理不干凈就要風(fēng)管吹掃，滑板泥料在風(fēng)力推動作用下向前移動，可能被停留在上水口和座磚接頭之間的（滑板泥料由于自身重量和黏結(jié)性），從而在正包后堵塞水口。最好是使用具有一定彎度的風(fēng)管從包后水口伸入清理，以確保水口座磚的喇叭型盛砂漏斗中的泥料清理干凈。③新安裝的上水口最好不要及時灌砂，最好用火烘烤（給滑板和水口預(yù)熱）10min后再進(jìn)行灌砂操作。④灌砂以前，灌砂工要檢查水口是否有異物。如發(fā)現(xiàn)有異物堵塞水口或水口中發(fā)紅，要翻包后再進(jìn)行灌砂操作。

2.6 鋼包上線溫度

鋼包包底溫度越高，對開澆率越有利。從2005年1月份起，不銹鋼鋼包上線溫度平均提高了200℃，碳鋼鋼包上線溫度平均提高了150℃。尤其是后來的烤包器改造，使鋼包上線溫度又進(jìn)一步提高。目前，碳鋼鋼包和不銹鋼鋼包的上線溫度基本上控制在1 000℃左右。

2.7 出鋼溫度和過程處理溫度

引流砂由于其性能和材質(zhì)限制，其耐火度和燒結(jié)襯的厚度也都有一定的局限性。在沒有辦法提高引流砂質(zhì)量或減薄燒結(jié)層厚度的情況下，可以考慮出鋼溫度和過程溫度。安陽鋼鐵公司二煉鋼廠在2003年下半年通過使用蓄熱式烤包裝置強(qiáng)化鋼包烘烤、鋼包加保溫蓋等措施后，使出鋼溫度降低了30℃左右，鋼包自開率提高10%左右。

2.8 出鋼時鋼流方向及相對鋼包的位置

出鋼時鋼流方向及相對鋼包的位置對鋼包的自動開澆影響也比較大。2007年5月份，二鋼廠南區(qū)進(jìn)行了技術(shù)改造，1#不銹鋼轉(zhuǎn)爐由出鋼口出鋼改為爐口出鋼，鋼包水口位置正好處于轉(zhuǎn)爐出鋼時注流的邊緣，轉(zhuǎn)爐出鋼時注流將水口中的部分引流砂沖刷，鋼水進(jìn)入水口內(nèi)，并在水口上部凝固結(jié)殼，導(dǎo)致開澆時只有少量引流沙流下、鋼水不能壓破鋼水凝固殼，從而使6月份不銹鋼鋼包的自開率一度滑坡到64.71%。7月份采用“出鋼前在引流砂上加10mm厚鋼板制作的帽子，沿包壁出鋼至1/4后再快速出鋼”的方法后，鋼包自開率明顯好轉(zhuǎn)，恢復(fù)到了99%以上。

另外，鋼包容量及高度、水口座磚及水口的設(shè)計、二次出鋼、出鋼前向鋼包內(nèi)加脫硫劑、精煉方式、吹氬時間、出鋼過程中或出鋼后向包內(nèi)加冷鋼等也會影響到鋼包的自動開澆率。

3 結(jié)論

鋼包自動開澆率不僅與引流砂的質(zhì)量有關(guān)，更與使用者的工藝、使用方法、鋼包滯留時間、水口及其座磚的清理程度等有關(guān)，要想實現(xiàn)100%的自動開澆率，必須供需雙方之間、使用方涉及鋼包的各個工序之間緊密配合。