李小军 刘海瑞 韦小康
陕西龙门钢铁集团有限公司炼钢厂 陕西 韩城 715405
摘要：
系统分析引流砂质量、加砂操作、水口清理操作和钢包周转时间等因素对钢包自动开浇率的影响，通过调整引流砂成分、粒度，加强水口清理提高上水口洁净度，加快钢包周转缩短钢包盛钢时间等，使钢包自动开浇率得到了大幅提高，减少了因钢包烧氧引流操作造成的钢水污染，提高了钢水洁净度，减少、避免因烧氧引流不开而导致的生产中断现象的发生，确保了生产顺行。
关键词：钢包；引流砂；自开率；洁净钢；烧氧引流
1、现状
陕钢龙钢拥有新、老两个生产系统，老区4座60吨转炉，对应3台五机五流和1台四机四流（小板坯）弧形连铸机，配备36套50吨钢包，采用浇注法；新区2座120吨转炉，对应2台八机八流连铸机，配备25套150吨钢包，采用砖砌法，并有配套大包加盖。新老区均使用铬质引流砂，2019年上半年以前，老区自开率74%，新区82%，分厂自开率76.4%。现场频繁烧氧引流，造成钢水二次氧化，影响钢坯的质量，因烧氧引流难烧造成钢水衔接中断，连铸重接，甚至生产中断。另外，随着市场对钢水品质要求的提高，钢包不自开对钢水纯净度的影响日趋放大，影响企业品牌形象。因此，分析找出影响钢包自开率原因并采取有效措施，提高钢包自开率，保证产品质量稳定生产节奏，已成为迫切需要解决的技术问题。
2、钢包自开机理
引流砂是钢包实现自开的重要因素。实现钢包自开的关键在于得到合理的引流砂三层结构。烧结层过薄，无法形成稳定的烧结结构，钢水会逐步浸入，引流砂失去了其应有的作用。烧结层太厚，烧结层的强度会随之大幅增大，钢水静压力不足以压迫烧结层，导致自开失败。另外，钢水温度低、水口残留钢渣、水口加砂不饱满时，也可能在引流砂上方或水口内形成冷钢或冷渣层，这种情况下，水口内的引流砂三层结构也会出现异常形成冷钢、冷渣层或过厚的烧结层。钢包在滑板水口安装完毕后，向钢包水口内加满引流砂，转炉出钢时，高温钢水进入钢包内与水口上表面引流砂迅速形成液态混合剂，即液态熔化层，随着热量的传输，在融化层的下部又迅速形成固相烧结层，其作用可以防止钢水不断向下渗透，最下层是松散的颗粒状引流砂。
图1：引流砂三层结构示意图
钢包在热修吹扫水口后，投砂，座包，出完钢，吹氩后上连铸回转台。正常情况下，由于引流砂的密度、强度、粒度和传热等特性，可以得到合理的三层厚度。中间的烧结层由于高温烧结形成，在滑板关闭时引流砂能够承受钢水的静压力而不被破坏。当连铸开浇时，滑板机构打开，下部的散状引流砂会因自重自然流出，烧结层失去支撑，在钢水重力的作用下，完全破碎，液态熔化层随钢水下流，实现钢包的自开。
3、影响钢包自开率的因素分析
3.1引流砂
引流砂在钢包水口长时间处于高温状态，要实现钢包自开，要求引流砂耐火度高，形成理想的烧结层；要求引流砂颗粒之间的摩擦力尽量小，具有良好好的流动性，防止在钢水静压力作用下形成绷料现象。
（1）常用引流砂分类
冶金行业实际应用中有四类常见引流砂：镁橄榄石质、硅质、锆质和铬质引流砂。
① 镁橄榄石引流砂。镁橄榄石引流砂的基本性能可以满足引流砂的基本要求，是一种廉价引流砂。但在连铸实际应用时，自动开浇率低。
② 硅质引流砂。主要成分SiO2，熔点大约1680-1700℃，在1200℃以上石英砂会因为相变引起较大的体积膨胀，另外，石英砂表明棱角多、不规则，自然流动性差。
③ 锆质引流砂。主要成分ZrSiO4，熔点高于1800℃。锆砂具有热膨胀率低、导热性好、体积密度大、稳定性好、不易被钢液润湿等优良性能，同时呈圆形颗粒形状，比硅砂不易烧结，但价格过高，一般多用于中间包的引流。
④ 铬质引流砂。是以铬铁矿为主的铬质引流砂，还添加润滑剂、助烧结剂和还原剂等制成的钢包导流材料，其中成份Cr2O3含量在20%左右，FeO含量14%左右，熔点大约1730-1750℃。铬质引流砂由铬铁矿和添加剂制成，比重大、流动性好、熔点高、不易烧结等优点。高温下，铬铁矿中Fe2O3反应脱溶并形成二次尖晶石，有益于烧结层体积发生变化时产生裂纹，在钢水的静压力作用迅速破坏烧结层，达到自动开浇目的。
（2）引流砂理化特性
龙钢公司先后使用铬质引流砂两种，试样2较试样1有大幅度提高。结合两种试样理化指标及现场使用情况，分析总结引流砂质量与钢包自开率关系，主要表现在以下几个方面：
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引流砂在钢包水口时间越长，烧结层越厚。在高温条件下，引流砂烧结速率变大，烧结层厚度迅速增加，能抵抗更大的钢水静压力，最终导致钢包不自开。引流砂在钢包盛钢过程中，需要承受较大的钢水静压力，颗粒之间的摩擦力大则流动性能差，在钢包滑板机构打开后，不能有效下落，则造成引流砂烧结层不能很好地破裂，容易造成引流砂在水口内部“绷料”，甚至出现“架桥”现象。引流砂加入水口内后，转炉放钢时，当钢水覆盖引流砂堆表面后，引流砂温度急剧上升，其水分骤然蒸发，在引流砂与钢水界面形成蒸汽层遇钢水形成冷钢层，或者蒸汽带动引流砂翻涌，导致钢水渗入引流砂，形成冷钢层，都会大幅增加引流砂抗钢水静压力，造成钢包不自开。
另外，龙钢公司针对精炼工艺，按照钢种成分、精炼时间长等特点，购置专用引流砂以满足现场要求。
3.2热修操作
钢包上水口内冷钢残渣多、水口部位清理不到位、钢渣回流等情况，钢渣中的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将座砖内的引流砂粘附在一起，在水口内形成冷渣层，不易破碎，造成钢包水口堵塞，不能自开。
（1）余渣回流
正常热周转的钢包，在连铸下台后到热修处理完需10min-15min，此时钢包包底大部分是熔融态钢渣，钢包内铸余钢渣可能回流至钢包水口内。造成余渣回流的原因主要有包口渣多、倒渣标准执行不到位等。
（2）水口清理
钢包倒渣面粘渣过厚过高，钢包内壁粘钢渣，甚至结渣壳等现象，直接影响倒渣效果，同时也增加了钢包底部结冷钢的风险。未倾倒完全的钢渣混合物回流到钢包上水口附近，热修更换水口、滑板时残留耐火泥等原因造成水口、座砖区域不干净，不利于钢包自开。另外，如果钢包水口座砖通钢孔吹开过小，则加入的引流砂在通钢孔内形成相同厚度的烧结层时，在钢包开浇后，烧结层受到钢水静压力后产生的形变量变小，不易破碎，也容易造成钢包不自开。
（3）加砂操作
龙钢炼钢厂有专门的投砂平台，一区是利用行车将钢包倾成一定角度，人员投砂后，座包出钢，由于引流砂的自重与良好流动性，引流砂在水口处与包底形成平面；二区是将钢包座在钢包车上，开至吹氩平台垂直投砂后出钢。由于人工加砂准确性不高，引流砂加入位置高度落差太大，引流砂会在太大落差的下落过程中，飞散到钢包上水口四周，出现粒度分布不均现象，对抗钢水浸透等性能产生负面影响。引流砂与钢水接触面容易形成过厚的钢水、砂混合层，降低钢包自开层。
3.3钢包周转与使用
炼钢生产工序稳定，节奏快慢对钢包的正常周转影响很大，会造成钢包搁置时间不等，时间过长会造成引流砂烧结层过厚，备用包底部温度低，容易形成粘度高、塑性强的冷钢渣层，影响钢包自开。通过紧凑节奏、稳定工序环节有益钢包自开。
（1）钢包周转
通过龙钢现场积累的大量实践数据，随着引流砂在钢包内停留时间变长，其烧结厚度在逐渐增厚，钢包自开率呈明显下降趋势。
为了避免此类现象对钢包自开率的影响，结合现场实际情况，控制加砂时间，缩短引流砂在钢包中的存在时间，钢包周转时间控制在30min以内；钢包总的空冷时大于2小时要进行倒包处理。通过采取上述措施，降低钢包周转对自开率的影响。
（2）备用包使用
通过对现场未自开钢包情况进行统计分析发现，备用包不自开的几率远远大于正常周转包。其原因主要有钢包烘烤效果差，包底温度低，以及新水口口径较小，烧结层的暴露面较小，烧结结构相对更稳固，不易破碎，增加了备用包不自开几率。
针对备用包问题，对钢包烘烤设备进行改进，提高钢包烘烤效果，增加钢包上线温度，并同时制定钢包上线最低温度及使用标准；另外针对备用包，从钢包的周转、转炉出钢温度、吹氩工艺等方面进行优化，提高钢包底部温度的均匀性。
4、改进措施
4.1引流砂现场管理
（1）优化引流砂理化性能。适当提高铬砂比例，可以增加引流砂比重，还能够改善引流砂的传热特性，打开滑板机构时，引流砂的下落速度快，冷空气能更迅速地接触烧结层，使其更快破裂，达到自开的目的。增加铬砂还可提高引流砂的烧结温度，相应地减小烧结层厚度，从而更容易自开。另外，合适的颗粒度分布，既有利于加砂时混料均匀，又不会造成引流砂过度烧结，从而可以有效地控制引流砂的烧结层厚度，并保证其有良好流动性。
（2）引流砂防潮控制。严格控制引流砂中水分不大于0.50%，采用引流砂防潮包装，运输过程做好防雨措施。现场放置点做好防雨、防潮，引流砂的放置应与地面保持一定空间，避免返潮，控制库存周期不大于1个月，按批次使用，不允许提前开袋。投砂平台满足“用一备一”，即使用一袋的同时，平台能备用一袋，利用投砂平台干燥、高温环境减少引流砂水分含量，对自开率的提高也有一定效果。
4.2规范热修操作
液渣回流后会在水口下部形成冷渣层，阻断水口内散状引流砂的下落，因此，需要在钢包热周转过程中，减少钢包上线时的液渣回流现象。在实践中，逐步制定规范了热修标准。
（1）下台倒渣。钢包在连铸平台浇注完毕后，需及时下台并进行倒渣操作，倒渣钢包内没有液渣成线流下来和大块渣子掉下来为标准。钢包在热修吹扫处理好水口后，要再次进行倒渣和检查内衬操作。采取这两项措施后，包底基本无液渣残留，大大降低了液渣回流的概率。
（2）热修操作。现场管理人员要对水口座砖清洁进行高标准、严要求。钢在热修处理时，将水口座砖内的残钢和残渣清扫干净，并将座砖前端吹扫形成一个喇叭口形状。新安装滑板、水口时，还需将水口内残余接缝料清理干净，确保水口内干净无杂物。
（3）加砂标准。加入引流砂是一个重要的环节，直接关乎钢包的自开与否。为确保每次加入的引流砂都能达到有效应用，在实践中逐步制定了加砂标准。
① 钢包座包后，先进行加砂操作。加完砂后，检查加砂质量，以引流砂在水口正上方成馒头状砂丘为标准。
② 钢包加好砂后，需要及时进行加盖、在线烘烤保温。若因生产、设备等原因导致等待超过2h，则需重新处理水口、重新加砂。
③ 如果钢包挂渣，则要按热修流程，先洗眼，投砂，挂渣，倒渣，再投砂备用，避免包内大渣块对钢包自开率和底吹效果。
5结论
实施上述改进措施后，钢包自开率显著提高，由改进前的76.4%提高至96.2%，达到预期效果。
根据钢种、生产工艺，合理选择钢包引流砂，使水口内引流砂形成合理的三层结构，是钢包自开的前提。热修过程倒渣、座砖水口部位清洁、加砂等操作的高标准严要求是关键。合理快节奏使用钢包，可以有效减小钢包温降，有利于钢包自开。
［参考文献］
[1]张志刚．提高天铁热轧180 t精炼钢包自开率的措施[J].耐火材料，2011，45（2）：152
[2]?刘开琪，李林．钢包用铬质引流砂的研制[J]．耐火材料，2001，35（4）：219-220
[3]?舒友亮，柳凯，严永亮，等.提高钢包自开率的生产实践[J].江西冶金，2013，l33（4）：1-3