一種新型鋼包覆蓋劑的試驗(yàn)研究

范 斌

（寶武集團(tuán)鄂城鋼鐵有限公司，湖北鄂州 436000）

引言

在中間包一個(gè)流程的連鑄過(guò)程中，鋼包內(nèi)鋼水溫度的變化直接影響到中間包鋼水溫度，鋼包內(nèi)鋼液面上的保溫覆蓋劑的情況、鋼包加蓋與否、鋼包包襯的材質(zhì)以及不同的鋼種也會(huì)影響鋼包內(nèi)的鋼水溫度變化［1］［2］。合適的鋼水溫度是保證鋼水順利澆鑄成合格鋼坯的必要條件。為了避免鋼包內(nèi)的鋼水直接裸露在空氣中，造成澆鑄過(guò)程中的鋼水溫降過(guò)快，需在轉(zhuǎn)爐出鋼后向鋼水表面加入一定量的覆蓋劑進(jìn)行保溫，鋼液面上保溫覆蓋不佳時(shí)，其熱損失很大［3］，覆蓋劑保溫效果的好壞對(duì)鋼坯收得率影響較大。某煉鋼廠130 t 轉(zhuǎn)爐目前平均澆鑄周期為34 分鐘，采用傳統(tǒng)的碳化稻殼作為鋼包保溫覆蓋劑，雖然保溫效果較好，但是因谷殼燃燒，澆鑄后期因鋼水溫度低造成回爐現(xiàn)象突出，同時(shí)碳化稻殼對(duì)環(huán)境的污染較大，因而迫切需要使用環(huán)保型覆蓋劑。

1 試驗(yàn)方案

本文通過(guò)統(tǒng)計(jì)鋼水包-中間包鋼液溫降與時(shí)間的比值，計(jì)算降溫速率來(lái)對(duì)比兩種覆蓋劑的實(shí)際使用效果，為了保證數(shù)據(jù)的參考意義，通過(guò)排除影響中包溫度的其他因素，對(duì)生產(chǎn)條件相同數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究。選取連續(xù)周轉(zhuǎn)鋼包、鋼包吹氬時(shí)間大于10分鐘、鋼包正常加蓋、中間包連澆時(shí)間大于3小時(shí)的爐次，共篩選出HRB400系列鋼種的6175爐數(shù)據(jù)和HPB300系列的1932爐數(shù)據(jù)分別對(duì)使用碳化稻殼覆蓋劑與環(huán)保型覆蓋劑的效果進(jìn)行以下對(duì)比：（1）鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄45%時(shí)的降溫速率；（2）鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄60%時(shí)的降溫速率；（3）鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄75%時(shí)的降溫速率；（4）鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄90%時(shí)的降溫速率。

HRB400 系列鋼種會(huì)加入特種合金而鋼液表面形成一層保護(hù)渣，而HPB300 系列未加入特種合金，因此與兩個(gè)鋼種分開(kāi)對(duì)比。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 保溫效果分析

通過(guò)對(duì)比HRB400 系列、HPB300 系列鋼水澆鑄過(guò)程的溫降速率，詳細(xì)數(shù)據(jù)如下所示。

2.1.1 HRB400 系列鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄45 %、60 %、75%、90%時(shí)的降溫速率

由圖1-4和表1可以看出，HRB400系列鋼水澆鑄時(shí)，環(huán)保型覆蓋劑與碳化稻殼的降溫速率非常接近，最大溫降速率差值僅為0.033 ℃/min，這是由于HRB400系列鋼包中鋼水表面渣層較厚，有一定的保溫效果，覆蓋劑影響較小。在澆鑄前期，環(huán)保型覆蓋劑比碳化稻殼的保溫效果稍差，這是由于初期碳化稻殼比環(huán)保型覆蓋劑反應(yīng)快、發(fā)熱快，但是在澆鑄中后期，由于碳化稻殼反應(yīng)接近完全，發(fā)熱效應(yīng)變差，環(huán)保型覆蓋劑發(fā)熱平穩(wěn)，其保溫效果又優(yōu)于碳化稻殼。

表1 HRB400 系列鋼種鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄至各個(gè)階段的平均溫降速率（℃/min）對(duì)比

圖2 HRB400系列鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄60%時(shí)的降溫速率對(duì)比

圖3 HRB400系列鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄75%時(shí)的降溫速率對(duì)比

圖4 HRB400系列鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄90%時(shí)的降溫速率對(duì)比

2.1.2 HPB300 系列鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄45 %、60 %、75%、90%時(shí)的降溫速率對(duì)比

由圖5-8 和表2 可以看出，對(duì)于HPB300 系列，環(huán)保型覆蓋劑的保溫效果更好，這是由于碳化稻殼鋪展性差，加入鋼包后往往呈現(xiàn)堆狀，不能迅速鋪展開(kāi)，鋼水表面經(jīng)常有局部裸露在空氣中，熱傳導(dǎo)速度相對(duì)較快；而環(huán)保型覆蓋劑的鋪展性更好，覆蓋鋼液面效果比碳化稻殼更好，使得熱輻射損失熱量更少；選取最大溫降速率差值0.152 ℃/min 與最小溫降速率差值0.087 ℃/min 時(shí)，按鄂城鋼鐵一爐鋼的澆鑄時(shí)間34 分鐘計(jì)算，使用環(huán)保型覆蓋劑平均可以降低吊鋼溫度4 ℃，保溫效果明顯改善。

圖5 HPB300系列鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄45%時(shí)的降溫速率對(duì)比

圖6 HPB300系列鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄60%時(shí)的降溫速率對(duì)比

圖7 HPB300系列鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄75%時(shí)的降溫速率對(duì)比

圖8 HPB300系列鋼水包內(nèi)鋼液澆鑄90%時(shí)的降溫速率對(duì)比

使用環(huán)保型覆蓋劑時(shí)澆鑄后期溫降速度更小，澆鑄時(shí)溫降較為穩(wěn)定，中包溫度波動(dòng)范圍較小，對(duì)于穩(wěn)定連鑄操作更為有利。

2.2 覆蓋劑對(duì)鋼液的成分影響分析

鋼液增碳的主要原因是溶解碳以原子形態(tài)存在于熔渣中，通過(guò)擴(kuò)散向鋼水傳質(zhì)，產(chǎn)生富碳層，該層的碳含量最高可達(dá)原始渣碳含量的6倍，而且呈非燒結(jié)性，當(dāng)熔渣層薄并出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，就容易導(dǎo)致富碳層與鋼水接觸甚至卷渣，造成鋼水增碳，鋼水中碳的溶解度非常大，而與之直接接觸的熔渣中碳量高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，鋼水增碳是不可避免的；溶解碳向鋼水?dāng)U散過(guò)程的控制環(huán)節(jié)是碳在熔渣中的擴(kuò)散，擴(kuò)散量與碳在渣中的傳質(zhì)系數(shù)成正比；為了避免或減少鋼水增碳，必須降低熔渣中碳含量。可以在滿足基本性能要求的基礎(chǔ)上，盡量減少原始渣的配碳量，或采取其它一些措施阻止碳溶入熔渣［4］。

碳化稻殼含碳量55%-60%，環(huán)保型覆蓋劑含碳量0.34%，使用碳化稻殼后，熔渣中碳高于環(huán)保型覆蓋劑，更加容易造成鋼液增碳，表3 為兩種覆蓋劑漲碳情況對(duì)比。

表3 鋼液漲碳情況

從表3可以看出，對(duì)于HPB300系列鋼種，環(huán)保型覆蓋劑比碳化稻殼少漲碳0.018 %，對(duì)于HRB400 系列鋼種，環(huán)保型覆蓋劑比碳化稻殼少漲碳0.010 %，這是由于HPB300系列鋼種比HRB400系列鋼種渣層薄，碳在熔渣中的擴(kuò)散相對(duì)較容易，所以HPB300 系列鋼種比HRB400系列鋼種使用碳化稻殼時(shí)漲碳更為嚴(yán)重。使用環(huán)保型覆蓋劑，熔渣中碳含量低，鋼水漲碳較少，利于控制鋼液成分，對(duì)于低碳鋼的生產(chǎn)更有優(yōu)勢(shì)。

2.3 環(huán)保效果對(duì)比

碳化稻殼含碳量55-60 %（其余為灰分），容重175-185 kg/m3，粒度0.1 mm，環(huán)保型覆蓋劑理化指標(biāo)：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。

碳化稻殼粒度小，比重小，碳在反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生CO2氣體受鋼水溫度影響受熱膨脹，產(chǎn)生大量熱氣流，帶走部分小顆粒，產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的煙塵，對(duì)環(huán)保影響較大；環(huán)保型覆蓋劑粒度大，比重大，不易被熱氣流卷起，使用時(shí)幾乎沒(méi)有煙塵。

3 結(jié)論

通過(guò)以上研究，可以得出以下結(jié)論：（1）對(duì)于HRB400 鋼種，環(huán)保型覆蓋劑與碳化稻殼保溫效果幾乎相同；而對(duì)于HPB300 系列，環(huán)保型覆蓋劑的保溫效果更好，平均可降低吊鋼溫度3～5℃，更加有利于生產(chǎn)；（2）使用環(huán)保型覆蓋劑時(shí)澆鑄后期溫降速度更小，澆鑄時(shí)溫降較為穩(wěn)定，中包溫度波動(dòng)范圍較小，對(duì)于穩(wěn)定連鑄操作更為有利；（3）使用環(huán)保型覆蓋劑比碳化稻殼漲碳更少，利于控制鋼液成分，對(duì)于低碳鋼的生產(chǎn)更有優(yōu)勢(shì)；（4）環(huán)保型覆蓋劑使用時(shí)煙塵小，利于環(huán)境保護(hù)。