提高過VD 鋼種鋼包自開率的生產(chǎn)實(shí)踐

廖正發(fā)，莫映澤，白曉路，祁 成，鄧 磊，安 鵬，馬北越

（1.江蘇永鋼集團(tuán)公司煉鋼總廠，江蘇 張家港 215628；2.東北大學(xué)冶金學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819）

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

鋼包自開現(xiàn)象是指澆鋼時(shí)滑板打開后鋼水能自動(dòng)從鋼包流出。如果不能自動(dòng)開澆而采取燒氧的辦法，將導(dǎo)致鋼水敞開澆注，造成鋼水二次氧化，嚴(yán)重惡化鋼水純凈度。對(duì)永鋼煉鋼廠鋼包自開率的現(xiàn)有生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐情況，分析導(dǎo)致鋼包不自開的因素，并采取相應(yīng)措施，以提高鋼包自開率。

目前煉鋼二分廠使用的引流砂為鉻質(zhì)引流砂，過VD 鋼種鋼包自開率在98%左右。煉鋼二分廠使用的鋼包高約3 m，可盛鋼水量為60 t，鋼包水口內(nèi)徑尺寸為Φ46 mm。過VD 鋼種工藝流程：轉(zhuǎn)爐→LF爐→VD 爐→連鑄機(jī)，不同鋼種工藝流程時(shí)間不一樣，從轉(zhuǎn)爐出鋼至連鑄機(jī)上臺(tái)開澆時(shí)間為2～3.5 h 不等。

近期煉鋼二分廠過VD 鋼種鋼包自開率波動(dòng)較大，其中11 月、12 月鋼包自開率均未達(dá)到98%。統(tǒng)計(jì)2020 年全年過VD 鋼包自開率的情況，具體數(shù)據(jù)如圖1 所示，并對(duì)影響鋼包自開率因素進(jìn)行分析。

圖1 2020 年過VD 鋼種鋼包自開率情況

從圖1 可以看出，2020 年1—7 月份鋼包自開率基本穩(wěn)定在98.39%，8—12 月份鋼包自開率存在超過98%的情況但自開率稍有下降且波動(dòng)大。

2 影響鋼包自動(dòng)開澆的因素分析

2.1 引流砂

目前廣泛應(yīng)用的引流砂有硅質(zhì)、鉻質(zhì)和鋯質(zhì)引流砂三類[1]。各材質(zhì)引流砂特點(diǎn)如下：硅質(zhì)引流砂的比重較小，在出鋼鋼流的作用下容易上浮，熔點(diǎn)較低（SiO2的熔點(diǎn)是1 725 ℃），不能適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間的高溫作用，容易造成燒結(jié)層過厚，開澆鋼流不能沖破燒結(jié)層；鉻質(zhì)引流砂燒結(jié)層的耐火度高、抗?jié)B透性強(qiáng)，適用于電爐和爐外精煉；鋯質(zhì)引流砂的主要原料是鋯英砂，價(jià)格昂貴，多用于中間包引流。

煉鋼二分廠使用的引流砂為鉻質(zhì)引流砂。鉻質(zhì)引流砂燒結(jié)機(jī)理：鉻鐵礦中的一些氧化物（如FeO、Al2O3和MgO）從鉻鐵礦相擴(kuò)散到界面，并與石英相發(fā)生反應(yīng)，生成液相，這層液相成為了連結(jié)兩種氧化物顆粒的“黏結(jié)劑”。鉻鐵礦與石英反應(yīng)生成液相是引流砂燒結(jié)的主要機(jī)理[2]。

煉鋼二分廠使用常規(guī)引流砂為鉻質(zhì)引流砂，具體理化指標(biāo)如表1 所示。

表1 引流砂理化指標(biāo)

2.2 鋼包溫度

鋼包溫度與鋼包自開率的關(guān)系如下頁(yè)圖2 所示。

圖2 鋼包溫度與鋼包自開率的關(guān)系圖

部分研究認(rèn)為[3-4]，鋼包烘烤溫度達(dá)到800 ℃以上時(shí)，溫度對(duì)鋼包自開率的影響可以忽略不計(jì)。通過對(duì)比鋼包溫度，鋼包溫度在800～900 ℃與鋼包溫度大于900 ℃時(shí)，鋼包自開率相差不大，說明鋼包溫度大于800 ℃后對(duì)鋼包自開影響不明顯。但當(dāng)鋼包溫度低于800 ℃時(shí)，鋼包自開率下降明顯，說明在鋼包溫度低的情況下，鋼包盛鋼后，上水口里的耐材與鋼水接觸，熱量散失較快，鋼水溫降大，鋼包底部產(chǎn)生凝鋼，打開滑動(dòng)水口后，鋼水不容易流出，影響鋼包自開率。

2.3 鋼水精煉時(shí)間

鋼水精煉時(shí)間與自開率的關(guān)系如圖3 所示。

圖3 鋼水精煉時(shí)間與自開率的關(guān)系

鋼水精煉時(shí)間是指從轉(zhuǎn)爐出鋼到連鑄開澆時(shí)間，通過統(tǒng)計(jì)鋼水精煉時(shí)間，發(fā)現(xiàn)時(shí)間在2.5～4 h 該段自開率相差不大，但從整個(gè)時(shí)間段可看出，鋼水精煉時(shí)間延長(zhǎng)，自開率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，精煉時(shí)間大于4 h后尤其明顯。這是因?yàn)殇撍珶挄r(shí)間越長(zhǎng)，引流砂受鋼液高溫作用時(shí)間越長(zhǎng)，導(dǎo)致大包水口內(nèi)引流砂的燒結(jié)層增厚，這顯然不利于鋼水沖破燒結(jié)層，會(huì)嚴(yán)重影響鋼包水口自開。

2.4 其他操作因素

鋼包熱修水口清掃不干凈、鋼包翻渣不徹底、引流砂受潮、引流砂投放量不合理等，均會(huì)導(dǎo)致鋼包不自開。

3 主要措施

3.1 改進(jìn)引流砂材質(zhì)

引流砂作為鋼包水口填充材料，一方面要求能在較低的溫度下燒結(jié)，以避免出鋼時(shí)引流砂上浮；另一方面要求在高溫和長(zhǎng)時(shí)間精煉狀態(tài)下不能過度燒結(jié)，否則將影響自動(dòng)開澆率。鉻質(zhì)引流砂不能滿足過VD 鋼種的使用，針對(duì)這種情況，2021 年3 月份，煉鋼廠與通宇廠家交流溝通，引進(jìn)了鋯質(zhì)引流砂，它具有密度較大、自然流動(dòng)性較好、熔點(diǎn)較高、不會(huì)過度燒結(jié)等優(yōu)點(diǎn)。引進(jìn)的鋯質(zhì)引流砂理化性能如表2 所示。

表2 鋯質(zhì)引流砂理化性能

3.2 合理安排鋼包烘烤及鋼包周轉(zhuǎn)，提高鋼包溫度

鋼包對(duì)出鋼溫度和到站溫度的影響非常顯著，因此要做好鋼包的烘烤工作，提高鋼包烘烤溫度。此外，根據(jù)煉鋼MES 時(shí)刻表，合理安排生產(chǎn)節(jié)奏，加快鋼包的周轉(zhuǎn)，做到紅包出鋼，保證鋼包溫度大于800 ℃。根據(jù)生產(chǎn)鋼種預(yù)排產(chǎn)，減少過VD 鋼種大小修包的使用頻次，減少因“包況”問題帶來的大包不自開現(xiàn)象。

3.3 強(qiáng)化生產(chǎn)組織，縮短精煉時(shí)間

合理組織煉鋼-連鑄生產(chǎn)，做到爐機(jī)匹配，制定各鋼種在各個(gè)工序的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，導(dǎo)入煉鋼MES 時(shí)刻表中，減少出鋼完畢至大包開澆過程中各工序的耽擱時(shí)間，避免鋼水積壓，以此提高生產(chǎn)節(jié)奏。

3.4 改進(jìn)操作方式

改進(jìn)引流砂投放，由手投加砂改為機(jī)械加砂；加強(qiáng)熱修包管理。

4 效果

自開展生產(chǎn)實(shí)踐以來，隨著各項(xiàng)措施在生產(chǎn)中的逐步落實(shí)，鋼包自開率在逐步提升，自2021 年5 月起，各項(xiàng)措施全部落實(shí)到位，鋼包自開率從98.23%（2020 年）提升至99.0%（2021 年）以上。目前，最近4 個(gè)月的鋼包自開率均穩(wěn)定在99%以上，具體如圖4 所示。

圖4 2020 年和2021 年鋼包自開率情況

5 結(jié)論

1）引流砂材質(zhì)、鋼包溫度、生產(chǎn)節(jié)奏、操作（鋼包熱修清理、加引流砂方法等）精煉時(shí)間是影響鋼包自開率的重要因素。

2）自2021 年5 月起，通過落實(shí)改進(jìn)引流砂材質(zhì)，合理安排鋼包烘烤及鋼包周轉(zhuǎn)，提高鋼包溫度，強(qiáng)化生產(chǎn)組織，縮短精煉時(shí)間，改進(jìn)操作方式等措施，使鋼包自開率達(dá)到99%以上，為我廠生產(chǎn)順行和鑄坯質(zhì)量的提高創(chuàng)造了良好的條件。