提高过VD 钢种钢包自开率的生产实践

廖正发，莫映泽，白晓路，祁 成，邓 磊，安 鹏，马北越

（1.江苏永钢集团公司炼钢总厂，江苏 张家港 215628；2.东北大学冶金学院，辽宁 沈阳 110819）

1 生产现状

钢包自开现象是指浇钢时滑板打开后钢水能自动从钢包流出。如果不能自动开浇而采取烧氧的办法，将导致钢水敞开浇注，造成钢水二次氧化，严重恶化钢水纯净度。对永钢炼钢厂钢包自开率的现有生产数据进行简要介绍，同时结合生产实践情况，分析导致钢包不自开的因素，并采取相应措施，以提高钢包自开率。

目前炼钢二分厂使用的引流砂为铬质引流砂，过VD 钢种钢包自开率在98%左右。炼钢二分厂使用的钢包高约3 m，可盛钢水量为60 t，钢包水口内径尺寸为Φ46 mm。过VD 钢种工艺流程：转炉→LF炉→VD 炉→连铸机，不同钢种工艺流程时间不一样，从转炉出钢至连铸机上台开浇时间为2～3.5 h 不等。

近期炼钢二分厂过VD 钢种钢包自开率波动较大，其中11 月、12 月钢包自开率均未达到98%。统计2020 年全年过VD 钢包自开率的情况，具体数据如图1 所示，并对影响钢包自开率因素进行分析。

图1 2020 年过VD 钢种钢包自开率情况

从图1 可以看出，2020 年1—7 月份钢包自开率基本稳定在98.39%，8—12 月份钢包自开率存在超过98%的情况但自开率稍有下降且波动大。

2 影响钢包自动开浇的因素分析

2.1 引流砂

目前广泛应用的引流砂有硅质、铬质和锆质引流砂三类[1]。各材质引流砂特点如下：硅质引流砂的比重较小，在出钢钢流的作用下容易上浮，熔点较低（SiO2的熔点是1 725 ℃），不能适应长时间的高温作用，容易造成烧结层过厚，开浇钢流不能冲破烧结层；铬质引流砂烧结层的耐火度高、抗渗透性强，适用于电炉和炉外精炼；锆质引流砂的主要原料是锆英砂，价格昂贵，多用于中间包引流。

炼钢二分厂使用的引流砂为铬质引流砂。铬质引流砂烧结机理：铬铁矿中的一些氧化物（如FeO、Al2O3和MgO）从铬铁矿相扩散到界面，并与石英相发生反应，生成液相，这层液相成为了连结两种氧化物颗粒的“黏结剂”。铬铁矿与石英反应生成液相是引流砂烧结的主要机理[2]。

炼钢二分厂使用常规引流砂为铬质引流砂，具体理化指标如表1 所示。

表1 引流砂理化指标

2.2 钢包温度

钢包温度与钢包自开率的关系如下页图2 所示。

图2 钢包温度与钢包自开率的关系图

部分研究认为[3-4]，钢包烘烤温度达到800 ℃以上时，温度对钢包自开率的影响可以忽略不计。通过对比钢包温度，钢包温度在800～900 ℃与钢包温度大于900 ℃时，钢包自开率相差不大，说明钢包温度大于800 ℃后对钢包自开影响不明显。但当钢包温度低于800 ℃时，钢包自开率下降明显，说明在钢包温度低的情况下，钢包盛钢后，上水口里的耐材与钢水接触，热量散失较快，钢水温降大，钢包底部产生凝钢，打开滑动水口后，钢水不容易流出，影响钢包自开率。

2.3 钢水精炼时间

钢水精炼时间与自开率的关系如图3 所示。

图3 钢水精炼时间与自开率的关系

钢水精炼时间是指从转炉出钢到连铸开浇时间，通过统计钢水精炼时间，发现时间在2.5～4 h 该段自开率相差不大，但从整个时间段可看出，钢水精炼时间延长，自开率呈现下降趋势，精炼时间大于4 h后尤其明显。这是因为钢水精炼时间越长，引流砂受钢液高温作用时间越长，导致大包水口内引流砂的烧结层增厚，这显然不利于钢水冲破烧结层，会严重影响钢包水口自开。

2.4 其他操作因素

钢包热修水口清扫不干净、钢包翻渣不彻底、引流砂受潮、引流砂投放量不合理等，均会导致钢包不自开。

3 主要措施

3.1 改进引流砂材质

引流砂作为钢包水口填充材料，一方面要求能在较低的温度下烧结，以避免出钢时引流砂上浮；另一方面要求在高温和长时间精炼状态下不能过度烧结，否则将影响自动开浇率。铬质引流砂不能满足过VD 钢种的使用，针对这种情况，2021 年3 月份，炼钢厂与通宇厂家交流沟通，引进了锆质引流砂，它具有密度较大、自然流动性较好、熔点较高、不会过度烧结等优点。引进的锆质引流砂理化性能如表2 所示。

表2 锆质引流砂理化性能

3.2 合理安排钢包烘烤及钢包周转，提高钢包温度

钢包对出钢温度和到站温度的影响非常显著，因此要做好钢包的烘烤工作，提高钢包烘烤温度。此外，根据炼钢MES 时刻表，合理安排生产节奏，加快钢包的周转，做到红包出钢，保证钢包温度大于800 ℃。根据生产钢种预排产，减少过VD 钢种大小修包的使用频次，减少因“包况”问题带来的大包不自开现象。

3.3 强化生产组织，缩短精炼时间

合理组织炼钢-连铸生产，做到炉机匹配，制定各钢种在各个工序的标准时间，导入炼钢MES 时刻表中，减少出钢完毕至大包开浇过程中各工序的耽搁时间，避免钢水积压，以此提高生产节奏。

3.4 改进操作方式

改进引流砂投放，由手投加砂改为机械加砂；加强热修包管理。

4 效果

自开展生产实践以来，随着各项措施在生产中的逐步落实，钢包自开率在逐步提升，自2021 年5 月起，各项措施全部落实到位，钢包自开率从98.23%（2020 年）提升至99.0%（2021 年）以上。目前，最近4 个月的钢包自开率均稳定在99%以上，具体如图4 所示。

图4 2020 年和2021 年钢包自开率情况

5 结论

1）引流砂材质、钢包温度、生产节奏、操作（钢包热修清理、加引流砂方法等）精炼时间是影响钢包自开率的重要因素。

2）自2021 年5 月起，通过落实改进引流砂材质，合理安排钢包烘烤及钢包周转，提高钢包温度，强化生产组织，缩短精炼时间，改进操作方式等措施，使钢包自开率达到99%以上，为我厂生产顺行和铸坯质量的提高创造了良好的条件。