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(tuán)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(kāi)率的主要原因，有針對(duì)性地對(duì)鋼包下臺(tái)倒渣、上水口和座磚清掃、加砂操作等制定了新的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，同時(shí)調(diào)整了引流砂的成分和粒度，使鋼包在全程加蓋后的自開(kāi)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(kāi)而導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷現(xiàn)象發(fā)生，確保了生產(chǎn)順行。
關(guān)鍵詞: 鋼包; 引流砂; 自開(kāi)率; 潔凈鋼
0 現(xiàn)狀
新鋼第二煉鋼廠的鋼包采用砌磚方式，其相關(guān)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。自2009 年投產(chǎn)以來(lái)，鋼包自開(kāi)率一直保持在97%左右，但在近期全面推廣鋼包全程加蓋過(guò)程后，鋼包自開(kāi)率大幅下滑，甚至一度降至93. 68%，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)順行都帶來(lái)了極為不利的影響。因此，分析找出影響鋼包自開(kāi)率降低的原因并采取相應(yīng)措施，提高鋼包自開(kāi)率，已成為迫切需要解決的技術(shù)問(wèn)題。
1 鋼包自開(kāi)的機(jī)理
正常周轉(zhuǎn)鋼包一般是在熱修吹掃水口和透氣后，上線至CAS 站進(jìn)行加入引流砂操作，隨后等待放鋼。轉(zhuǎn)爐放鋼時(shí)高溫鋼水落入鋼包內(nèi)并與引流砂發(fā)生接觸，促使其形成“熔化—燒結(jié)層—散狀引流砂”三層結(jié)構(gòu)。引流砂三層結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。
正常情況下，由于引流砂的密度、強(qiáng)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(dāng)連鑄開(kāi)澆時(shí)，滑板機(jī)構(gòu)打開(kāi)，下部的散狀引流砂會(huì)因自重而下落，燒結(jié)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(méi)有多大的強(qiáng)度，因而鋼水順利下流，從而實(shí)現(xiàn)了鋼包自開(kāi)。
在鋼水溫度低、水口殘留鋼渣、水口加砂不飽滿時(shí)，則有可能在引流砂上方或水口內(nèi)形成冷鋼或冷渣層，這種情況下，水口內(nèi)的引流砂三層結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)異常，形成冷鋼、冷渣層或過(guò)厚的燒結(jié)層，從而導(dǎo)致自開(kāi)失敗。
因此，實(shí)現(xiàn)鋼包自開(kāi)的關(guān)鍵在于得到合理的引流砂三層結(jié)構(gòu)，同時(shí)避免在水口內(nèi)或引流砂上方形成冷鋼或冷渣層。
2 鋼包自開(kāi)率的影響因素分析
2． 1 液態(tài)鑄余渣回流
鋼包全程加蓋后，由于鋼包在轉(zhuǎn)運(yùn)—澆注—熱修全過(guò)程都有鋼包蓋起保溫作用，因此在熱修處理后，內(nèi)襯溫度依然非常高。正常熱周轉(zhuǎn)的鋼包，在連鑄下臺(tái)后到熱修處理完約需20 min，此時(shí)包底溫度還可達(dá)到1 218 ℃，而這個(gè)溫度已經(jīng)超過(guò)部分鋼包鑄余渣的熔點(diǎn)，因此，如果鋼包內(nèi)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(guò)程中，將會(huì)有包底液渣回流至鋼包水口內(nèi)。液渣回流的鋼包水口在CAS 站操作平臺(tái)很難被發(fā)現(xiàn)，在加入引流砂時(shí)，回流液渣會(huì)因?yàn)闇囟冉档投蹋⑶夷淘谒趦?nèi)的冷渣層具有較高的強(qiáng)度，在連鑄打開(kāi)滑板機(jī)構(gòu)后，冷渣層不能有效破碎下落，從而阻斷了水口內(nèi)散狀引流砂的落下，造成鋼包不能自開(kāi)。
2． 2 引流砂質(zhì)量
引流砂質(zhì)量在鋼包自開(kāi)中起到至關(guān)重要的作用，其主要取決于材質(zhì)成分配比、顆粒度、燒結(jié)性能、流動(dòng)性能和熱膨脹性能［1］。分析引流砂的作用機(jī)理，其質(zhì)量方面影響鋼包自開(kāi)的原因有五個(gè)方面。
1) 燒結(jié)性能差。由于引流砂在鋼包水口內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，若其燒結(jié)性能差，燒結(jié)層的耐火度不高，則燒結(jié)層的厚度會(huì)迅速增加，以致抗鋼水靜壓力增強(qiáng)，導(dǎo)致鋼包不自開(kāi)。
2) 流動(dòng)性能差。引流砂在鋼包盛鋼過(guò)程中，需要承受較大的鋼水靜壓力，若其顆粒度安息角過(guò)大，顆粒之間的摩擦力大，則流動(dòng)性能差，在鋼包滑板機(jī)構(gòu)打開(kāi)后，不能有效下落，則造成引流砂燒結(jié)層不能很好地破裂，從而鋼包不自開(kāi)。
3) 熱膨脹性能差。引流砂在承受鋼水靜壓力的同時(shí)，也一直處于高溫狀態(tài)，因此需要其熱膨脹率盡可能小，否則會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)應(yīng)力增大，相互擠壓，增加與水口內(nèi)壁的黏附力，不利于其在鋼包開(kāi)澆時(shí)下落，甚至出現(xiàn)“架橋”現(xiàn)象［2］。
4) 水分含量高。引流砂加入水口內(nèi)后，轉(zhuǎn)爐放鋼時(shí)，當(dāng)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(fā)，大量水分上升至引流砂與鋼水的接觸面，產(chǎn)生兩種可能: 水分蒸發(fā)量很大時(shí)，翻動(dòng)引流砂，導(dǎo)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(qiáng); 水分蒸發(fā)量適中時(shí)，在引流砂與鋼水界面的冷卻鋼水形成凍結(jié)層，即冷鋼層，其抗鋼水靜壓力也大幅增強(qiáng)。這兩種情況都將大幅度增加鋼包不自開(kāi)的概率。
5) 碳含量高。在引流砂成分設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)加入部分石墨碳，以改善其流動(dòng)性，減少其與水口內(nèi)壁的黏附，但若石墨碳加入過(guò)量時(shí)，卻會(huì)導(dǎo)致引流砂堆積密度減小。這樣的引流砂加入水口中時(shí)會(huì)產(chǎn)生分層，表層碳含量增大，隨著放鋼的進(jìn)行，引流砂表層的碳和引流砂內(nèi)氣態(tài)的氧以及鋼水中的氧起反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣體翻動(dòng)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(qiáng)，最終導(dǎo)致鋼包不自開(kāi)。
2． 3 水口部位清理不到位
鋼包在熱修處理中，若上水口內(nèi)的殘鋼或殘?jiān)辞謇砀蓛簦瑒t會(huì)直接影響加入的引流砂在水口內(nèi)的流動(dòng)性，并且殘?jiān)€與加入的引流砂粘結(jié)，在盛鋼過(guò)程的高溫下，殘?jiān)械腗nO，CaO，F(xiàn)eO 與引流砂中的SiO2發(fā)生反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)的MnO·SiO2和FeO·SiO2等，液態(tài)的熔渣進(jìn)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(dòng)性，甚至堵塞水口，最終造成鋼包不自開(kāi)［3］。
另外，如果鋼包水口座磚通鋼孔吹開(kāi)過(guò)小，則加入的引流砂在通鋼孔內(nèi)形成相同厚度的燒結(jié)層時(shí)，在鋼包開(kāi)澆后，燒結(jié)層受到鋼水靜壓力后產(chǎn)生的形變量變小，不易破碎，也容易造成鋼包不自開(kāi)。
2． 4 加砂不飽滿
新鋼第二煉鋼廠是在CAS 站操作平臺(tái)進(jìn)行加砂操作的，采用卷?yè)P(yáng)加導(dǎo)管進(jìn)行，加砂導(dǎo)管高度接近6 m，因此在卷?yè)P(yáng)上升時(shí)，導(dǎo)管下部搖晃擺動(dòng)幅度較大，以致引流砂經(jīng)常加在水口邊上，達(dá)不到加滿水口的目的。當(dāng)水口座磚內(nèi)未加滿引流砂時(shí)，放鋼的鋼水進(jìn)入水口座磚內(nèi)，由于這部分鋼水不能在鋼包內(nèi)形成流動(dòng)，會(huì)逐漸冷卻形成冷鋼層，其抗鋼水靜壓力大大增強(qiáng)，這種情況必然造成鋼包無(wú)法自開(kāi)。
3 改進(jìn)措施
3． 1 制定倒渣標(biāo)準(zhǔn)，減少液渣回流
液渣回流后會(huì)在水口下部形成冷渣層，阻斷水口內(nèi)散狀引流砂的下落，因此，需要在鋼包熱周轉(zhuǎn)過(guò)程中，減少鋼包上線時(shí)的液渣回流現(xiàn)象。在實(shí)踐中，逐步制定了新的倒渣標(biāo)準(zhǔn)。
1) 下臺(tái)倒渣。鋼包在連鑄平臺(tái)澆注完畢后，需在12 min 內(nèi)下臺(tái)，并進(jìn)行倒渣操作，倒渣以鋼包傾斜135°，鋼包內(nèi)沒(méi)有液渣成線流下來(lái)和大塊渣子掉下來(lái)為標(biāo)準(zhǔn)。
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(zhuǎn)移，此時(shí)要再次進(jìn)行倒渣和檢查內(nèi)襯操作，即鋼包傾斜135°、停留15 s后，觀察內(nèi)襯，并按倒渣以鋼包內(nèi)沒(méi)有液渣成線流下來(lái)和大塊渣子掉下來(lái)為標(biāo)準(zhǔn)。鋼包吹掃后倒渣實(shí)物圖見(jiàn)圖2。
采取這兩項(xiàng)措施后，包底基本無(wú)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(diào)整引流砂成分，加強(qiáng)質(zhì)量管控
1) 改進(jìn)引流砂配比，適當(dāng)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(kāi)滑板機(jī)構(gòu)時(shí)，引流砂的下落速度快，冷空氣能更迅速地接觸燒結(jié)層，致使其更快破裂，達(dá)到自開(kāi)的目的。另外，增加鉻砂可提高引流砂的燒結(jié)溫度，相應(yīng)地減小燒結(jié)層厚度，從而更容易自開(kāi)。
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(shí)混料均勻，又不會(huì)造成引流砂過(guò)度燒結(jié)，從而可以有效地控制引流砂的燒結(jié)層厚度，并保證其有良好流動(dòng)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(lái)的潤(rùn)滑和防止深度燒結(jié)作用，又要避免因碳造成引流砂產(chǎn)生滲透層。要求供應(yīng)商嚴(yán)格控制引流砂中水分不大于0. 50%，并對(duì)引流砂進(jìn)行防潮包裝。控制庫(kù)存周期不大于6個(gè)月，做好運(yùn)輸過(guò)程的防雨措施，做好使用現(xiàn)場(chǎng)防雨防潮工作，按期使用，不允許提前開(kāi)袋。
3． 3 合理改進(jìn)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(dāng)連鑄打開(kāi)滑板機(jī)構(gòu)時(shí)，在鋼水靜壓力相同和燒結(jié)層厚度相當(dāng)?shù)那闆r下，燒結(jié)層的形變量會(huì)大大增加，從而破碎更順當(dāng)，即提高了鋼包自開(kāi)率。
3． 4 做好水口座磚清潔
鋼包在熱修處理時(shí)，務(wù)必將水口座磚內(nèi)的殘鋼和殘?jiān)鍜吒蓛簦⒆u前端吹掃形成一個(gè)喇叭口形狀。新安裝滑板、水口時(shí)，還需將水口內(nèi)殘余接縫料清理干凈，確保水口暢通無(wú)阻。技術(shù)人員要加大對(duì)水口座磚清潔的抽查力度，抽查頻次由原來(lái)的每周1 次增加到每周3 次，對(duì)未認(rèn)真吹掃好水口座磚的操作工進(jìn)行違章考核和教育。
3． 5 制定加砂標(biāo)準(zhǔn)，做好加砂操作
加入引流砂是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)乎鋼包的自開(kāi)與否。為確保每次加入的引流砂都能達(dá)到有效應(yīng)用，在實(shí)踐中逐步制定了加砂標(biāo)準(zhǔn)。
1) 鋼包座包后，先進(jìn)行加砂操作。CAS 站人員加砂時(shí)，先將導(dǎo)管下降放入鋼包水口內(nèi)，隨后將引流砂倒入導(dǎo)管漏斗，待其下滑至底部后，提起導(dǎo)管時(shí)控制提升幅度，穩(wěn)定導(dǎo)管不搖晃。
2) 加完砂后，檢查加砂質(zhì)量，以引流砂在水口正上方成饅頭狀砂丘為標(biāo)準(zhǔn)。
3) 鋼包加好砂后，如等待放鋼時(shí)間超過(guò)5 min，則需安排加蓋等待。若因生產(chǎn)、設(shè)備等原因?qū)е录由w等待超過(guò)3 h，則需重新處理水口、重新加砂。
4 效果
實(shí)施上述改進(jìn)措施后，鋼包自開(kāi)率顯著提高，由改進(jìn)前的93． 68%提高至98． 16%，達(dá)到并超過(guò)了鋼包全程加蓋前的自開(kāi)率水平。實(shí)施改進(jìn)措施前后的鋼包自開(kāi)率對(duì)比見(jiàn)圖3。
5 結(jié)語(yǔ)
1) 確保鋼包水口部位的清潔，選用質(zhì)量特性滿足要求的引流砂，使水口內(nèi)引流砂形成合理的三層結(jié)構(gòu)，是鋼包自開(kāi)的前提條件。
2) 鋼包實(shí)施全程加蓋后，由于保溫效果良好，包內(nèi)呈現(xiàn)液態(tài)可流動(dòng)性的鑄余渣回流至鋼包水口中，是造成鋼包不能自開(kāi)的一個(gè)重要原因。
3) 通過(guò)規(guī)范工藝操作和優(yōu)化引流砂特性，可以有效提高全程加蓋下的鋼包自開(kāi)率。
4) 提高全程加蓋下的鋼包自開(kāi)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(zhì)量以及規(guī)范加砂操作得到改善等。
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