提高钢包自开率的生产实践

魏春新，丛培起

（鞍钢集团朝阳钢铁有限公司，辽宁朝阳122000）

钢包自动开浇是保证连铸稳定恒速生产的必要条件，连铸拉速越高对钢包的自开率要求越苛刻。此外，提高钢包自开率对于防止钢水敞开浇注导致钢水二次氧化、减轻钢水质量恶化，降低铸坯夹杂物含量也有一定的意义。应市场需求，鞍钢集团朝阳钢铁有限公司炼钢厂低铝低碳钢种的比例不断扩大，产量的提高加快了生产节奏，钢包自开率问题日益突出。烧氧引流作业不但影响生产节奏，还会导致中包液面偏低，甚至连铸被迫中断，对操作人员构成威胁。

相关研究[1-3]指出，优化钢包座砖的内腔形状、引流砂的材质、粒级匹配及加入方式，加快钢包周转、清理钢包钢水通道等措施能提高钢包自开率。鞍钢集团朝阳钢铁有限公司炼钢厂优化了引流砂的配比和引流砂的加入过程、加强了钢包的整备工作，并优化了钢包的开浇操作工艺，提高了钢包自开率。

1 基本概况

鞍钢集团朝阳钢铁有限公司炼钢厂现有2座120 t转炉，2台中薄板坯连铸机，2座LF钢包精炼炉。钢水精炼比率为100%，钢水罐的盛钢时间为110 min。钢包有1个钢水通道，2个底吹透气砖，开浇采用滑动机构液压操作。采用专用灌砂器具直接将引流砂灌入水口中，灌砂地点有炉后出钢位和过跨专用位两个位置，每炉用量35 kg。钢包的钢水通道直径为55 mm，转炉出钢温度约为1 640℃。冶炼钢种一般是冷轧基料、QB类结构钢和集装箱用钢等品种。

2 影响钢包自开率的原因分析

图1为引流砂在钢包水口内的形态。引流砂在钢包水口内的形态是三层结构，最上面是融化层，中间是烧结层，最下面是固态层。其中，融化层和烧结层是根据与钢水接触时间的长短、钢水温度的高低和引流砂材质及洁净程度的不同发生动态变化，融化层和烧结层的厚度是影响钢包自开率的关键因素。固态层的主要作用是当滑板打开后，快速流动，破坏烧结层结构，让钢水依靠自身的重力作用自动流出。引流砂的流动性非常重要。因此，引流砂的材质、引流砂的加入方式、钢水通道的整备质量都是影响钢包自开率的重要因素。

图1 引流砂在钢包水口内的形态

2.1 引流砂的材质

常见的引流砂有镁橄榄石质、硅质、锆质和铬质引流砂四类，朝阳钢铁炼钢厂使用的是铬质引流砂。引流砂中的铬决定了引流砂的抗烧结性，硅决定了引流砂的流动性。引流砂材质对钢包自开率的影响主要有以下几个方面：

（1）烧结层厚度过厚，钢水静压力不能破坏烧结层；

（2）固态层流动性差，滑板打开后不能自动流出，固态层对烧结层依然起到支撑作用，致使钢水静压力无法冲破烧结层；

（3）引流砂颗粒粒级分布不合理，颗粒过大，钢水顺引流砂缝隙进入，造成烧结层厚度及强度增加；颗粒过小或不圆润，受热膨胀后，易导致流动性变差。

2.2 引流砂的加入方式

传统的加砂方式采用人工手投引流砂的方法。手投引流砂存在以下缺点：加砂操作者全凭经验，投掷的方向和角度具有随意性，导致引流砂命中水口准确率不高，不能保证水口眼内引流砂充实，更无法在水口上方形成“馒头形”。若水口内引流砂填充不规则，出钢时，钢水极易顺缝隙进入引流砂内部，导致钢液与引流砂结坨，致使引流砂流动性变差，钢包自动开浇困难。

2.3 钢水通道

连铸浇注完毕后，将剩余的炉渣翻入钢水罐内，但包底及水口座砖上仍有少部分残钢、残渣，若不将其清理干净，则会导致以下两个问题：

（1）在高温烘烤融化后流入水口眼内，堵塞水口眼，导致钢包不自开；

（2）渣中的 MnO、FeO会与引流砂中的SiO2反应，生成低熔点化合物MnO·SiO2和FeO·SiO2，将座砖水口内的引流砂粘附在一起，结壳变厚，引流砂流动性减弱，造成钢包无法自开。

2.4 钢包开浇操作工艺

为了防止连铸机长水口“呕”钢，钢包开浇时滑板仅开至1/3，甚至更少，导致钢水静压力无法冲破引流砂的烧结层，致使钢包不自开。

3 采取的措施

3.1 调整铬、硅配比确定技术指标要求

开展针对性的试验，调整铬、硅配比，分析研究引流砂的流动性能、烧结行为和热膨胀率等因素，最终确定引流砂的形态及质量技术要求。优化前后引流砂的理化指标对比见表1。该引流砂粒级分布合理、表面光滑圆润，并具有良好的抗钢水渗透性和流动性，且化学成分稳定，大大提高了依靠钢水静压力迅速冲破烧结层的几率，达到钢包自动开浇的目的。

表1 优化前后引流砂理化指标的对比

3.2 采用“漏斗管”装置加入方式

采用“漏斗管”装置加入引流砂，引流砂加入方式示意图见图2。在转炉出钢前将钢包车开至加砂平台下方，调整钢包车位置，保证加砂管下端出口与钢包水口眼对正，再将加砂管由高位下降至待加砂的钢包水口孔上方约200 mm处，然后从加砂管上端将袋装引流砂倒入加砂管中，引流砂在自身重力作用下沿料筒内壁全部落入钢包水口内，缓慢提升加砂管，确保引流砂在水口上方形成“馒头形”。

图2 引流砂加入方式示意图

3.3 清理钢包底部及检查水口座砖

（1）清理滑动水口、座砖出钢孔、座砖上表面的残钢、残渣，正反面吹扫钢包水口，保证钢流通道光滑圆润、无毛刺。

（2）钢包清理完毕后，须将钢包吊至一定高度，然后对钢包进行倒扣作业，倒扣时间大于30 s，倒净钢包内的残钢、残渣，避免产生回流现象。

（3）钢包座入转炉钢车后，在准备加砂前，加砂人员要检查水口眼，确认无钢渣或其它异物杂物堵塞水口眼。

3.4 调整钢包开浇后的滑板位置

钢包开浇点动试滑后，滑板位于全开位置，若开滑后不自开，则继续开关钢包滑板1～2次，每次保持滑板全开2～3 s，以利于钢水静压力冲破引流砂烧结层，从而实现钢包自开。

4 生产效果

采取上述措施后，钢包自开率明显提高，2017年1～12月份钢包自开率见图 3。由图3看出，2017年下半年钢包自开率比上半年高。统计数据计算得出，下半年钢包自开率平均达到98.63%，比上半年提高了0.61%（上半年平均为98.02%）。实际生产中，随着钢包自开率的提高，实现了连铸机高效恒速生产，同时钢包引流次数减少、中包液面稳定，连铸坯的内部质量得到提高。

图3 2017年1～12月钢包自开率情况

5 结语

分析认为，引流砂的材质、粒度配比及加入方式，钢包钢水通道的质量等是影响钢包自开率的主要原因。鞍钢集团朝阳钢铁有限公司炼钢厂通过优化引流砂的材质、粒度配比及加入方式，加强钢包的维护，优化浇注操作工艺后，将钢包自开率由98.02%提高到98.63%。