廖德橋，馬鵬，吳春紅，張鄒華，鄒少華，劉群，吳成艷
( 新余鋼鐵集團有限公司，江西新余338001)
摘要: 分析全程加蓋條件下影響鋼包自開率的主要原因，有針對性地對鋼包下臺倒渣、上水口和座磚清掃、加砂操作等制定了新的作業標準和規范，同時調整了引流砂的成分和粒度，使鋼包在全程加蓋后的自開率由93． 68% 提高至98．16%，不僅減少了因鋼包引流操作造成的鋼水污染，提高了鋼水潔凈度，還防止了因引流不開而導致的生產中斷現象發生，確保了生產順行。
關鍵詞: 鋼包; 引流砂; 自開率; 潔凈鋼
0 現狀
新鋼第二煉鋼廠的鋼包采用砌磚方式，其相關技術參數見表1。自2009 年投產以來，鋼包自開率一直保持在97%左右，但在近期全面推廣鋼包全程加蓋過程后，鋼包自開率大幅下滑，甚至一度降至93. 68%，對產品質量和生產順行都帶來了極為不利的影響。因此，分析找出影響鋼包自開率降低的原因并采取相應措施，提高鋼包自開率，已成為迫切需要解決的技術問題。
1 鋼包自開的機理
正常周轉鋼包一般是在熱修吹掃水口和透氣后，上線至CAS 站進行加入引流砂操作，隨后等待放鋼。轉爐放鋼時高溫鋼水落入鋼包內并與引流砂發生接觸，促使其形成“熔化—燒結層—散狀引流砂”三層結構。引流砂三層結構示意圖如圖1 所示。
正常情況下，由于引流砂的密度、強度、粒度和傳熱等特性，可以得到合理的三層厚度，在鋼包座磚、水口和滑板的支撐下能夠承受鋼水的靜壓力。
當連鑄開澆時，滑板機構打開，下部的散狀引流砂會因自重而下落，燒結層失去支撐并遇冷空氣而破裂，在鋼水重力的作用下，完全破碎下落，而熔化層并沒有多大的強度，因而鋼水順利下流，從而實現了鋼包自開。
在鋼水溫度低、水口殘留鋼渣、水口加砂不飽滿時，則有可能在引流砂上方或水口內形成冷鋼或冷渣層，這種情況下，水口內的引流砂三層結構會出現異常，形成冷鋼、冷渣層或過厚的燒結層，從而導致自開失敗。
因此，實現鋼包自開的關鍵在于得到合理的引流砂三層結構，同時避免在水口內或引流砂上方形成冷鋼或冷渣層。
2 鋼包自開率的影響因素分析
2． 1 液態鑄余渣回流
鋼包全程加蓋后，由于鋼包在轉運—澆注—熱修全過程都有鋼包蓋起保溫作用，因此在熱修處理后，內襯溫度依然非常高。正常熱周轉的鋼包，在連鑄下臺后到熱修處理完約需20 min，此時包底溫度還可達到1 218 ℃，而這個溫度已經超過部分鋼包鑄余渣的熔點，因此，如果鋼包內鑄余鋼渣倒不徹底，加蓋鋼包在熱修處理后起吊至CAS 站座包的過程中，將會有包底液渣回流至鋼包水口內。液渣回流的鋼包水口在CAS 站操作平臺很難被發現，在加入引流砂時，回流液渣會因為溫度降低而凝固，并且凝固在水口內的冷渣層具有較高的強度，在連鑄打開滑板機構后，冷渣層不能有效破碎下落，從而阻斷了水口內散狀引流砂的落下，造成鋼包不能自開。
2． 2 引流砂質量
引流砂質量在鋼包自開中起到至關重要的作用，其主要取決于材質成分配比、顆粒度、燒結性能、流動性能和熱膨脹性能［1］。分析引流砂的作用機理，其質量方面影響鋼包自開的原因有五個方面。
1) 燒結性能差。由于引流砂在鋼包水口內長時間處于高溫狀態，若其燒結性能差，燒結層的耐火度不高，則燒結層的厚度會迅速增加，以致抗鋼水靜壓力增強，導致鋼包不自開。
2) 流動性能差。引流砂在鋼包盛鋼過程中，需要承受較大的鋼水靜壓力，若其顆粒度安息角過大，顆粒之間的摩擦力大，則流動性能差，在鋼包滑板機構打開后，不能有效下落，則造成引流砂燒結層不能很好地破裂，從而鋼包不自開。
3) 熱膨脹性能差。引流砂在承受鋼水靜壓力的同時，也一直處于高溫狀態，因此需要其熱膨脹率盡可能小，否則會導致其內應力增大，相互擠壓，增加與水口內壁的黏附力，不利于其在鋼包開澆時下落，甚至出現“架橋”現象［2］。
4) 水分含量高。引流砂加入水口內后，轉爐放鋼時，當鋼水覆蓋引流砂堆表面后，引流砂溫度急劇上升，其水分驟然蒸發，大量水分上升至引流砂與鋼水的接觸面，產生兩種可能: 水分蒸發量很大時，翻動引流砂，導致鋼水滲入引流砂中形成滲透層，其抗鋼水靜壓力大幅增強; 水分蒸發量適中時，在引流砂與鋼水界面的冷卻鋼水形成凍結層，即冷鋼層，其抗鋼水靜壓力也大幅增強。這兩種情況都將大幅度增加鋼包不自開的概率。
5) 碳含量高。在引流砂成分設計時會加入部分石墨碳，以改善其流動性，減少其與水口內壁的黏附，但若石墨碳加入過量時，卻會導致引流砂堆積密度減小。這樣的引流砂加入水口中時會產生分層，表層碳含量增大，隨著放鋼的進行，引流砂表層的碳和引流砂內氣態的氧以及鋼水中的氧起反應，產生大量氣體翻動引流砂，造成鋼水滲入其中，形成滲透層，使其抗鋼水靜壓力增強，最終導致鋼包不自開。
2． 3 水口部位清理不到位
鋼包在熱修處理中，若上水口內的殘鋼或殘渣未清理干凈，則會直接影響加入的引流砂在水口內的流動性，并且殘渣還與加入的引流砂粘結，在盛鋼過程的高溫下，殘渣中的MnO，CaO，FeO 與引流砂中的SiO2發生反應，生成低熔點的MnO·SiO2和FeO·SiO2等，液態的熔渣進一步將引流砂粘附在一起，形成混熔狀，極大地減弱了引流砂的流動性，甚至堵塞水口，最終造成鋼包不自開［3］。
另外，如果鋼包水口座磚通鋼孔吹開過小，則加入的引流砂在通鋼孔內形成相同厚度的燒結層時，在鋼包開澆后，燒結層受到鋼水靜壓力后產生的形變量變小，不易破碎，也容易造成鋼包不自開。
2． 4 加砂不飽滿
新鋼第二煉鋼廠是在CAS 站操作平臺進行加砂操作的，采用卷揚加導管進行，加砂導管高度接近6 m，因此在卷揚上升時，導管下部搖晃擺動幅度較大，以致引流砂經常加在水口邊上，達不到加滿水口的目的。當水口座磚內未加滿引流砂時，放鋼的鋼水進入水口座磚內，由于這部分鋼水不能在鋼包內形成流動，會逐漸冷卻形成冷鋼層，其抗鋼水靜壓力大大增強，這種情況必然造成鋼包無法自開。
3 改進措施
3． 1 制定倒渣標準，減少液渣回流
液渣回流后會在水口下部形成冷渣層，阻斷水口內散狀引流砂的下落，因此，需要在鋼包熱周轉過程中，減少鋼包上線時的液渣回流現象。在實踐中，逐步制定了新的倒渣標準。
1) 下臺倒渣。鋼包在連鑄平臺澆注完畢后，需在12 min 內下臺，并進行倒渣操作，倒渣以鋼包傾斜135°，鋼包內沒有液渣成線流下來和大塊渣子掉下來為標準。
2) 吹掃后再次倒渣。鋼包在熱修吹掃處理好水口后，先平躺靜置，隨后起吊轉移，此時要再次進行倒渣和檢查內襯操作，即鋼包傾斜135°、停留15 s后，觀察內襯，并按倒渣以鋼包內沒有液渣成線流下來和大塊渣子掉下來為標準。鋼包吹掃后倒渣實物圖見圖2。
采取這兩項措施后，包底基本無液渣殘留，并且包底溫度也降低至1 180 ℃以下，大大降低了液渣回流的概率。
3． 2 調整引流砂成分，加強質量管控
1) 改進引流砂配比，適當提高鉻砂比例。增加鉻砂不僅可以增加引流砂比重，還能夠改善引流砂的傳熱特性。打開滑板機構時，引流砂的下落速度快，冷空氣能更迅速地接觸燒結層，致使其更快破裂，達到自開的目的。另外，增加鉻砂可提高引流砂的燒結溫度，相應地減小燒結層厚度，從而更容易自開。
2) 顆粒度分布要求。引流砂的顆粒度要求是圓形或近圓形，并且顆粒度在0. 2 ～ 1. 2 mm 的比例不小于90%。合適的顆粒度分布，既有利于加砂時混料均勻，又不會造成引流砂過度燒結，從而可以有效地控制引流砂的燒結層厚度，并保證其有良好流動性。
3) 有效控制碳含量和水分。控制引流砂中w( C) 不大于0. 50%，既追求碳帶來的潤滑和防止深度燒結作用，又要避免因碳造成引流砂產生滲透層。要求供應商嚴格控制引流砂中水分不大于0. 50%，并對引流砂進行防潮包裝。控制庫存周期不大于6個月，做好運輸過程的防雨措施，做好使用現場防雨防潮工作，按期使用，不允許提前開袋。
3． 3 合理改進水口座磚磚型
將原直筒型的鋼包座磚改成上口喇叭型，上口直徑由157 mm 增至197 mm，有效增大上表面積57. 45%。當連鑄打開滑板機構時，在鋼水靜壓力相同和燒結層厚度相當的情況下，燒結層的形變量會大大增加，從而破碎更順當，即提高了鋼包自開率。
3． 4 做好水口座磚清潔
鋼包在熱修處理時，務必將水口座磚內的殘鋼和殘渣清掃干凈，并將座磚前端吹掃形成一個喇叭口形狀。新安裝滑板、水口時，還需將水口內殘余接縫料清理干凈，確保水口暢通無阻。技術人員要加大對水口座磚清潔的抽查力度，抽查頻次由原來的每周1 次增加到每周3 次，對未認真吹掃好水口座磚的操作工進行違章考核和教育。
3． 5 制定加砂標準，做好加砂操作
加入引流砂是一個重要的環節，直接關乎鋼包的自開與否。為確保每次加入的引流砂都能達到有效應用，在實踐中逐步制定了加砂標準。
1) 鋼包座包后，先進行加砂操作。CAS 站人員加砂時，先將導管下降放入鋼包水口內，隨后將引流砂倒入導管漏斗，待其下滑至底部后，提起導管時控制提升幅度，穩定導管不搖晃。
2) 加完砂后，檢查加砂質量，以引流砂在水口正上方成饅頭狀砂丘為標準。
3) 鋼包加好砂后，如等待放鋼時間超過5 min，則需安排加蓋等待。若因生產、設備等原因導致加蓋等待超過3 h，則需重新處理水口、重新加砂。
4 效果
實施上述改進措施后，鋼包自開率顯著提高，由改進前的93． 68%提高至98． 16%，達到并超過了鋼包全程加蓋前的自開率水平。實施改進措施前后的鋼包自開率對比見圖3。
5 結語
1) 確保鋼包水口部位的清潔，選用質量特性滿足要求的引流砂，使水口內引流砂形成合理的三層結構，是鋼包自開的前提條件。
2) 鋼包實施全程加蓋后，由于保溫效果良好，包內呈現液態可流動性的鑄余渣回流至鋼包水口中，是造成鋼包不能自開的一個重要原因。
3) 通過規范工藝操作和優化引流砂特性，可以有效提高全程加蓋下的鋼包自開率。
4) 提高全程加蓋下的鋼包自開率措施有: 倒渣干凈、水口部位清潔良好、座磚孔上表面積增大和引流砂質量以及規范加砂操作得到改善等。
［參考文獻］
［1］ 朱紀衡，陳樹林，周淑華，等． 提高小鋼包自動開澆率［J］． 連鑄， 2005( 4) : 43 － 44，46．
［2］ 劉開琪，李林． 鋼包用鉻質引流砂的研制［J］． 耐火材料， 2001，35( 4) : 219 － 220．
［3］ 舒友亮，柳凱，嚴永亮，等． 提高鋼包自開率的生產實踐［J］． 江西冶金， 2013，33( 4) : 1 － 3．