提高過VD 鋼種鋼包自開率的生產實踐

廖正發，莫映澤，白曉路，祁 成，鄧 磊，安 鵬，馬北越

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

1 生產現狀

鋼包自開現象是指澆鋼時滑板打開后鋼水能自動從鋼包流出。如果不能自動開澆而采取燒氧的辦法，將導致鋼水敞開澆注，造成鋼水二次氧化，嚴重惡化鋼水純凈度。對永鋼煉鋼廠鋼包自開率的現有生產數據進行簡要介紹，同時結合生產實踐情況，分析導致鋼包不自開的因素，并采取相應措施，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，鋼包水口內徑尺寸為Φ46 mm。過VD 鋼種工藝流程：轉爐→LF爐→VD 爐→連鑄機，不同鋼種工藝流程時間不一樣，從轉爐出鋼至連鑄機上臺開澆時間為2～3.5 h 不等。

近期煉鋼二分廠過VD 鋼種鋼包自開率波動較大，其中11 月、12 月鋼包自開率均未達到98%。統計2020 年全年過VD 鋼包自開率的情況，具體數據如圖1 所示，并對影響鋼包自開率因素進行分析。

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大。

2 影響鋼包自動開澆的因素分析

2.1 引流砂

目前廣泛應用的引流砂有硅質、鉻質和鋯質引流砂三類[1]。各材質引流砂特點如下：硅質引流砂的比重較小，在出鋼鋼流的作用下容易上浮，熔點較低（SiO2的熔點是1 725 ℃），不能適應長時間的高溫作用，容易造成燒結層過厚，開澆鋼流不能沖破燒結層；鉻質引流砂燒結層的耐火度高、抗滲透性強，適用于電爐和爐外精煉；鋯質引流砂的主要原料是鋯英砂，價格昂貴，多用于中間包引流。

煉鋼二分廠使用的引流砂為鉻質引流砂。鉻質引流砂燒結機理：鉻鐵礦中的一些氧化物（如FeO、Al2O3和MgO）從鉻鐵礦相擴散到界面，并與石英相發生反應，生成液相，這層液相成為了連結兩種氧化物顆粒的“黏結劑”。鉻鐵礦與石英反應生成液相是引流砂燒結的主要機理[2]。

煉鋼二分廠使用常規引流砂為鉻質引流砂，具體理化指標如表1 所示。

表1 引流砂理化指標

2.2 鋼包溫度

鋼包溫度與鋼包自開率的關系如下頁圖2 所示。

圖2 鋼包溫度與鋼包自開率的關系圖

部分研究認為[3-4]，鋼包烘烤溫度達到800 ℃以上時，溫度對鋼包自開率的影響可以忽略不計。通過對比鋼包溫度，鋼包溫度在800～900 ℃與鋼包溫度大于900 ℃時，鋼包自開率相差不大，說明鋼包溫度大于800 ℃后對鋼包自開影響不明顯。但當鋼包溫度低于800 ℃時，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，鋼包底部產生凝鋼，打開滑動水口后，鋼水不容易流出，影響鋼包自開率。

2.3 鋼水精煉時間

鋼水精煉時間與自開率的關系如圖3 所示。

圖3 鋼水精煉時間與自開率的關系

鋼水精煉時間是指從轉爐出鋼到連鑄開澆時間，通過統計鋼水精煉時間，發現時間在2.5～4 h 該段自開率相差不大，但從整個時間段可看出，鋼水精煉時間延長，自開率呈現下降趨勢，精煉時間大于4 h后尤其明顯。這是因為鋼水精煉時間越長，引流砂受鋼液高溫作用時間越長，導致大包水口內引流砂的燒結層增厚，這顯然不利于鋼水沖破燒結層，會嚴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，均會導致鋼包不自開。

3 主要措施

3.1 改進引流砂材質

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，以避免出鋼時引流砂上??；另一方面要求在高溫和長時間精煉狀態下不能過度燒結，否則將影響自動開澆率。鉻質引流砂不能滿足過VD 鋼種的使用，針對這種情況，2021 年3 月份，煉鋼廠與通宇廠家交流溝通，引進了鋯質引流砂，它具有密度較大、自然流動性較好、熔點較高、不會過度燒結等優點。引進的鋯質引流砂理化性能如表2 所示。

表2 鋯質引流砂理化性能

3.2 合理安排鋼包烘烤及鋼包周轉，提高鋼包溫度

鋼包對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，根據煉鋼MES 時刻表，合理安排生產節奏，加快鋼包的周轉，做到紅包出鋼，保證鋼包溫度大于800 ℃。根據生產鋼種預排產，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象。

3.3 強化生產組織，縮短精煉時間

合理組織煉鋼-連鑄生產，做到爐機匹配，制定各鋼種在各個工序的標準時間，導入煉鋼MES 時刻表中，減少出鋼完畢至大包開澆過程中各工序的耽擱時間，避免鋼水積壓，以此提高生產節奏。

3.4 改進操作方式

改進引流砂投放，由手投加砂改為機械加砂；加強熱修包管理。

4 效果

自開展生產實踐以來，隨著各項措施在生產中的逐步落實，鋼包自開率在逐步提升，自2021 年5 月起，各項措施全部落實到位，鋼包自開率從98.23%（2020 年）提升至99.0%（2021 年）以上。目前，最近4 個月的鋼包自開率均穩定在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 結論

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

2）自2021 年5 月起，通過落實改進引流砂材質，合理安排鋼包烘烤及鋼包周轉，提高鋼包溫度，強化生產組織，縮短精煉時間，改進操作方式等措施，使鋼包自開率達到99%以上，為我廠生產順行和鑄坯質量的提高創造了良好的條件。