廖德桥，马鹏，吴春红，张邹华，邹少华，刘群，吴成艳
( 新余钢铁集团有限公司，江西新余338001)
摘要: 分析全程加盖条件下影响钢包自开率的主要原因，有针对性地对钢包下台倒渣、上水口和座砖清扫、加砂操作等制定了新的作业标准和规范，同时调整了引流砂的成分和粒度，使钢包在全程加盖后的自开率由93． 68% 提高至98．16%，不仅减少了因钢包引流操作造成的钢水污染，提高了钢水洁净度，还防止了因引流不开而导致的生产中断现象发生，确保了生产顺行。
关键词: 钢包; 引流砂; 自开率; 洁净钢
0 现状
新钢第二炼钢厂的钢包采用砌砖方式，其相关技术参数见表1。自2009 年投产以来，钢包自开率一直保持在97%左右，但在近期全面推广钢包全程加盖过程后，钢包自开率大幅下滑，甚至一度降至93. 68%，对产品质量和生产顺行都带来了极为不利的影响。因此，分析找出影响钢包自开率降低的原因并采取相应措施，提高钢包自开率，已成为迫切需要解决的技术问题。
1 钢包自开的机理
正常周转钢包一般是在热修吹扫水口和透气后，上线至CAS 站进行加入引流砂操作，随后等待放钢。转炉放钢时高温钢水落入钢包内并与引流砂发生接触，促使其形成“熔化—烧结层—散状引流砂”三层结构。引流砂三层结构示意图如图1 所示。
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，在钢包座砖、水口和滑板的支撑下能够承受钢水的静压力。
当连铸开浇时，滑板机构打开，下部的散状引流砂会因自重而下落，烧结层失去支撑并遇冷空气而破裂，在钢水重力的作用下，完全破碎下落，而熔化层并没有多大的强度，因而钢水顺利下流，从而实现了钢包自开。
在钢水温度低、水口残留钢渣、水口加砂不饱满时，则有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会出现异常，形成冷钢、冷渣层或过厚的烧结层，从而导致自开失败。
因此，实现钢包自开的关键在于得到合理的引流砂三层结构，同时避免在水口内或引流砂上方形成冷钢或冷渣层。
2 钢包自开率的影响因素分析
2． 1 液态铸余渣回流
钢包全程加盖后，由于钢包在转运—浇注—热修全过程都有钢包盖起保温作用，因此在热修处理后，内衬温度依然非常高。正常热周转的钢包，在连铸下台后到热修处理完约需20 min，此时包底温度还可达到1 218 ℃，而这个温度已经超过部分钢包铸余渣的熔点，因此，如果钢包内铸余钢渣倒不彻底，加盖钢包在热修处理后起吊至CAS 站座包的过程中，将会有包底液渣回流至钢包水口内。液渣回流的钢包水口在CAS 站操作平台很难被发现，在加入引流砂时，回流液渣会因为温度降低而凝固，并且凝固在水口内的冷渣层具有较高的强度，在连铸打开滑板机构后，冷渣层不能有效破碎下落，从而阻断了水口内散状引流砂的落下，造成钢包不能自开。
2． 2 引流砂质量
引流砂质量在钢包自开中起到至关重要的作用，其主要取决于材质成分配比、颗粒度、烧结性能、流动性能和热膨胀性能［1］。分析引流砂的作用机理，其质量方面影响钢包自开的原因有五个方面。
1) 烧结性能差。由于引流砂在钢包水口内长时间处于高温状态，若其烧结性能差，烧结层的耐火度不高，则烧结层的厚度会迅速增加，以致抗钢水静压力增强，导致钢包不自开。
2) 流动性能差。引流砂在钢包盛钢过程中，需要承受较大的钢水静压力，若其颗粒度安息角过大，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，从而钢包不自开。
3) 热膨胀性能差。引流砂在承受钢水静压力的同时，也一直处于高温状态，因此需要其热膨胀率尽可能小，否则会导致其内应力增大，相互挤压，增加与水口内壁的黏附力，不利于其在钢包开浇时下落，甚至出现“架桥”现象［2］。
4) 水分含量高。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，大量水分上升至引流砂与钢水的接触面，产生两种可能: 水分蒸发量很大时，翻动引流砂，导致钢水渗入引流砂中形成渗透层，其抗钢水静压力大幅增强; 水分蒸发量适中时，在引流砂与钢水界面的冷却钢水形成冻结层，即冷钢层，其抗钢水静压力也大幅增强。这两种情况都将大幅度增加钢包不自开的概率。
5) 碳含量高。在引流砂成分设计时会加入部分石墨碳，以改善其流动性，减少其与水口内壁的黏附，但若石墨碳加入过量时，却会导致引流砂堆积密度减小。这样的引流砂加入水口中时会产生分层，表层碳含量增大，随着放钢的进行，引流砂表层的碳和引流砂内气态的氧以及钢水中的氧起反应，产生大量气体翻动引流砂，造成钢水渗入其中，形成渗透层，使其抗钢水静压力增强，最终导致钢包不自开。
2． 3 水口部位清理不到位
钢包在热修处理中，若上水口内的残钢或残渣未清理干净，则会直接影响加入的引流砂在水口内的流动性，并且残渣还与加入的引流砂粘结，在盛钢过程的高温下，残渣中的MnO，CaO，FeO 与引流砂中的SiO2发生反应，生成低熔点的MnO·SiO2和FeO·SiO2等，液态的熔渣进一步将引流砂粘附在一起，形成混熔状，极大地减弱了引流砂的流动性，甚至堵塞水口，最终造成钢包不自开［3］。
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。
2． 4 加砂不饱满
新钢第二炼钢厂是在CAS 站操作平台进行加砂操作的，采用卷扬加导管进行，加砂导管高度接近6 m，因此在卷扬上升时，导管下部摇晃摆动幅度较大，以致引流砂经常加在水口边上，达不到加满水口的目的。当水口座砖内未加满引流砂时，放钢的钢水进入水口座砖内，由于这部分钢水不能在钢包内形成流动，会逐渐冷却形成冷钢层，其抗钢水静压力大大增强，这种情况必然造成钢包无法自开。
3 改进措施
3． 1 制定倒渣标准，减少液渣回流
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，逐步制定了新的倒渣标准。
1) 下台倒渣。钢包在连铸平台浇注完毕后，需在12 min 内下台，并进行倒渣操作，倒渣以钢包倾斜135°，钢包内没有液渣成线流下来和大块渣子掉下来为标准。
2) 吹扫后再次倒渣。钢包在热修吹扫处理好水口后，先平躺静置，随后起吊转移，此时要再次进行倒渣和检查内衬操作，即钢包倾斜135°、停留15 s后，观察内衬，并按倒渣以钢包内没有液渣成线流下来和大块渣子掉下来为标准。钢包吹扫后倒渣实物图见图2。
采取这两项措施后，包底基本无液渣残留，并且包底温度也降低至1 180 ℃以下，大大降低了液渣回流的概率。
3． 2 调整引流砂成分，加强质量管控
1) 改进引流砂配比，适当提高铬砂比例。增加铬砂不仅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，致使其更快破裂，达到自开的目的。另外，增加铬砂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。
2) 颗粒度分布要求。引流砂的颗粒度要求是圆形或近圆形，并且颗粒度在0. 2 ～ 1. 2 mm 的比例不小于90%。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。
3) 有效控制碳含量和水分。控制引流砂中w( C) 不大于0. 50%，既追求碳带来的润滑和防止深度烧结作用，又要避免因碳造成引流砂产生渗透层。要求供应商严格控制引流砂中水分不大于0. 50%，并对引流砂进行防潮包装。控制库存周期不大于6个月，做好运输过程的防雨措施，做好使用现场防雨防潮工作，按期使用，不允许提前开袋。
3． 3 合理改进水口座砖砖型
将原直筒型的钢包座砖改成上口喇叭型，上口直径由157 mm 增至197 mm，有效增大上表面积57. 45%。当连铸打开滑板机构时，在钢水静压力相同和烧结层厚度相当的情况下，烧结层的形变量会大大增加，从而破碎更顺当，即提高了钢包自开率。
3． 4 做好水口座砖清洁
钢包在热修处理时，务必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，确保水口畅通无阻。技术人员要加大对水口座砖清洁的抽查力度，抽查频次由原来的每周1 次增加到每周3 次，对未认真吹扫好水口座砖的操作工进行违章考核和教育。
3． 5 制定加砂标准，做好加砂操作
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。CAS 站人员加砂时，先将导管下降放入钢包水口内，随后将引流砂倒入导管漏斗，待其下滑至底部后，提起导管时控制提升幅度，稳定导管不摇晃。
2) 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。
3) 钢包加好砂后，如等待放钢时间超过5 min，则需安排加盖等待。若因生产、设备等原因导致加盖等待超过3 h，则需重新处理水口、重新加砂。
4 效果
实施上述改进措施后，钢包自开率显著提高，由改进前的93． 68%提高至98． 16%，达到并超过了钢包全程加盖前的自开率水平。实施改进措施前后的钢包自开率对比见图3。
5 结语
1) 确保钢包水口部位的清洁，选用质量特性满足要求的引流砂，使水口内引流砂形成合理的三层结构，是钢包自开的前提条件。
2) 钢包实施全程加盖后，由于保温效果良好，包内呈现液态可流动性的铸余渣回流至钢包水口中，是造成钢包不能自开的一个重要原因。
3) 通过规范工艺操作和优化引流砂特性，可以有效提高全程加盖下的钢包自开率。
4) 提高全程加盖下的钢包自开率措施有: 倒渣干净、水口部位清洁良好、座砖孔上表面积增大和引流砂质量以及规范加砂操作得到改善等。
［参考文献］
［1］ 朱纪衡，陈树林，周淑华，等． 提高小钢包自动开浇率［J］． 连铸， 2005( 4) : 43 － 44，46．
［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， 2013，33( 4) : 1 － 3．