王建鋒　楊森　師艷秋　郭朝軍　馬生亮

(河鋼集團(tuán)邯鋼公司)

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提高重軌鋼鋼包水口自開(kāi)率的生產(chǎn)實(shí)踐

王建鋒楊森師艷秋郭朝軍馬生亮

(河鋼集團(tuán)邯鋼公司)

為了解決邯鋼大方坯連鑄機(jī)澆鑄重軌鋼鋼包滑動(dòng)水口自開(kāi)率低的問(wèn)題，分析了引流砂質(zhì)量、水口尺寸、鋼水在鋼包內(nèi)的停留時(shí)間，引流砂加入方式和水口清理等因素對(duì)澆鑄重軌鋼自動(dòng)開(kāi)澆率的影響。針對(duì)存在的問(wèn)題提出了解決措施，包括研制新配方引流砂、研制新型水口、合理縮短精煉時(shí)間、改善鋼包清理狀態(tài)及規(guī)范引流砂加入方式等，使?jié)茶T重軌鋼的自動(dòng)開(kāi)澆率提高到97%以上。

重軌鋼自開(kāi)率引流砂鋼包

0　前言

鋼包自動(dòng)開(kāi)澆是連鑄采用長(zhǎng)水口實(shí)現(xiàn)全程保護(hù)澆注的必要條件，也是保證鋼水質(zhì)量，穩(wěn)定連鑄操作的重要前提[1-2]。邯鋼重軌鋼開(kāi)發(fā)伊始，鋼包自開(kāi)率控制不穩(wěn)定，統(tǒng)計(jì)分析全年自開(kāi)率僅為81.41%，未自開(kāi)爐次開(kāi)澆過(guò)程中需要通過(guò)氧槍燒開(kāi)輔助引流，導(dǎo)致相當(dāng)數(shù)量的鋼水敞開(kāi)澆注造成二次氧化，造成鋼內(nèi)氧化物夾雜大量超標(biāo)，相應(yīng)鑄坯改判降級(jí)，嚴(yán)重影響了重軌產(chǎn)鋼品的生產(chǎn)質(zhì)量。為此邯鋼圍繞影響鋼包水口自開(kāi)率因素進(jìn)行了工藝改進(jìn)和優(yōu)化，取得了較好的應(yīng)用效果。

1　重軌鋼鋼包澆注現(xiàn)狀及問(wèn)題

當(dāng)前邯鋼重軌鋼的工藝路線為：鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐吹煉→LF精煉→RH真空處理→大方坯連鑄。

主要裝備狀況為：兩套復(fù)合噴吹鐵水脫硫設(shè)施、三座120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、兩座120 tLF鋼包精煉爐、一座120 tRH真空脫氣裝置、一臺(tái)大方坯連鑄機(jī)(280 mm×380 mm，280 mm×325 mm)。

為滿足高強(qiáng)軌和高速軌對(duì)潔凈度、均質(zhì)性等技術(shù)指標(biāo)要求，冶煉工序采用LF+RH雙精煉工藝，連鑄工序嚴(yán)格低拉速控制，使得鋼包熱負(fù)荷時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)鋼包耐材質(zhì)量的要求更為嚴(yán)格。鋼水在鋼包中的停留時(shí)間比普碳鋼種要長(zhǎng)70 min～90 min，引流砂與鋼水接觸時(shí)間長(zhǎng)，其燒結(jié)層增厚，靠鋼水靜壓力壓破燒結(jié)層更為困難，嚴(yán)重影響到水口自開(kāi)。

2　鋼包水口自開(kāi)率低的原因分析

結(jié)合鋼包內(nèi)引流砂的工作原理[3-4]與現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)地分析表明，引流砂質(zhì)量、鋼水在鋼包內(nèi)的停留時(shí)間、鋼包水口狀況、鋼包水口的清潔程度以及投砂操作和鋼包熱修操作等因素都影響鋼包自開(kāi)率。

2.1引流砂質(zhì)量

引流砂作為鋼包導(dǎo)流和填充材料，要保證較高的自開(kāi)率，引流砂的配方組成和質(zhì)量穩(wěn)定性非常關(guān)鍵。引流砂在鋼包水口長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，要求燒結(jié)層耐火度高；引流砂填入水口后直接與鋼水接觸，起始燒結(jié)溫度不宜過(guò)高；在使用過(guò)程中，引流砂承受較大的鋼水靜壓力，為防止繃料，要求引流砂粒度均勻、外形多以圓滑為好、自然流動(dòng)性好，粒度配比合理[5-6]。通過(guò)對(duì)自開(kāi)率低的爐次進(jìn)行引流劑性能分析，引流劑中成分含量波動(dòng)大，配比需要優(yōu)化。另外，引流砂大比例粒度占到10%，粒度不均勻，需要進(jìn)行調(diào)整。

2.2水口直徑

水口座磚開(kāi)口直徑、深度以及壽命嚴(yán)重影響引流砂自開(kāi)效果。水口尺寸過(guò)小，引流砂流動(dòng)受限，影響鋼包自開(kāi)率。水口越大引流砂受到鋼水的靜壓力越大，受到阻力越小，越容易自開(kāi)。

2.3鋼水停留時(shí)間

鋼水在鋼包內(nèi)的停留時(shí)間延長(zhǎng)，引流砂的受熱就嚴(yán)重，導(dǎo)致引流砂燒結(jié)層也會(huì)增厚，自動(dòng)開(kāi)澆率就降低。從邯鋼實(shí)際冶煉107爐重軌鋼統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得出鋼包盛鋼時(shí)間與鋼包自開(kāi)的關(guān)系如圖1所示。

圖1　鋼水停留時(shí)間與鋼包自開(kāi)率的關(guān)系

從圖1可以看出，隨著鋼包盛鋼時(shí)間的延長(zhǎng)，尤其是大于140 min后，燒結(jié)層強(qiáng)度可以認(rèn)為與鋼水的壓力基本達(dá)到了平衡，自開(kāi)機(jī)率明顯下降。

2.4水口清理狀況

水口內(nèi)部、水口座磚周圍的殘鋼殘?jiān)謇聿桓蓛?，一方面影響引流砂加入量，另一方面在線烘烤時(shí)由于溫度升高廢鋼會(huì)粘結(jié)引流砂，或者上水口內(nèi)殘留鋼渣未清理干凈，阻礙引流砂的順利流出。鋼包熱修作業(yè)中，滑板、水口熱換完畢后，多余的火泥清理不干凈會(huì)堵塞水口。形成強(qiáng)度較大的固態(tài)塊狀混合物，堵塞水口，易導(dǎo)致鋼包自開(kāi)失敗。此外，在倒?jié)灿嗪螅S著散熱冷卻，殘余鋼渣逐漸形成硬渣殼，當(dāng)渣殼破碎后，掉入鋼包內(nèi)，可能會(huì)進(jìn)入水口，與灌入水口的引流砂粘結(jié)成塊狀，不利于鋼包水口自開(kāi)。

2.5引流砂的加人方式

引流砂加入方式和填充水口的狀況不當(dāng)很明顯影響會(huì)鋼包的自動(dòng)開(kāi)澆。人工投擲引流劑，不能保證形成合理的形狀，影響自開(kāi)率。采用漏斗管加人引流劑，能保證引流劑在水口上方形成合理形狀，保證自開(kāi)率。引流劑要存放在干燥場(chǎng)所，防止受潮影響自開(kāi)率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，加完引流砂到出鋼時(shí)間若超過(guò)30 min，自開(kāi)率有下降趨勢(shì)。

3　改進(jìn)措施及實(shí)施效果

針對(duì)以上問(wèn)題，邯鋼結(jié)合重軌鋼的生產(chǎn)特點(diǎn)與當(dāng)前實(shí)際出發(fā)，從存在問(wèn)題的根本入手，采取了一系列的優(yōu)化改進(jìn)措施，取得了較好的應(yīng)用效果。

3.1改進(jìn)措施

3.1.1采用新材質(zhì)引流砂

鉻質(zhì)引流砂由鉻鐵礦和添加劑制成，具有比重大、流動(dòng)性好、熔點(diǎn)高、不過(guò)度燒結(jié)等優(yōu)點(diǎn)。新引流砂材質(zhì)方案以鉻鐵礦為主，添加潤(rùn)滑劑、助燒劑和還原劑等制成的鉻質(zhì)引流砂。先后進(jìn)行了3種不同配方鉻質(zhì)引流砂試驗(yàn)，其中配方三材質(zhì)中Cr2O3的含量在31%～37%范圍內(nèi)，物理指標(biāo)要求耐火度高于1780 ℃ ，水分小于0.5%，粒度分布中0.5 mm～1.5 mm所占比例不小于90%，粒度大于1.5 mm的不大于5.0%，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得了明顯的效果。

3.1.2采用新型水口

在設(shè)備管理方面，將引流砂加砂裝置納入質(zhì)量設(shè)備管理范疇，與耐材供貨單位合作，開(kāi)發(fā)大了直徑水口，水口直徑由60 mm增加到75 mm，引流砂燒結(jié)層受到鋼水的壓力作用加大，容易破裂自開(kāi)。圖2和圖3分別為改造前及新開(kāi)發(fā)的水口照片。

圖260 mm水口照片

圖375 mm水口照片

3.1.3精煉工藝與生產(chǎn)組織優(yōu)化

開(kāi)發(fā)出適合重軌鋼生產(chǎn)的高效精煉技術(shù)，合理縮短精煉時(shí)間，使得LF配合RH真空處理雙聯(lián)工藝有一個(gè)合理的工序周期，平均工序周期控制在45 min～55 min之間，精煉時(shí)間也盡量控制在在2小時(shí)以內(nèi)，減少鋼包熱周轉(zhuǎn)數(shù)量，周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)不能超過(guò)5個(gè)，既能保證紅包出鋼，減少鋼水溫降。轉(zhuǎn)爐必須在出鋼前2 min以內(nèi)要鋼包，確保加完引流砂到出鋼時(shí)間不超過(guò)30 min。另外要求穩(wěn)定生產(chǎn)，減少生產(chǎn)事故的發(fā)生導(dǎo)致非正常等待時(shí)間。

3.1.4改進(jìn)鋼包水口清理

1)鋼包包況改善。鋼包出鋼前溫度在800 ℃以上，即紅包出鋼可以提高自開(kāi)率。使用鋼包在線烘烤，冶煉重軌鋼需用包況良好的紅包，出鋼前鋼包在線烘烤時(shí)間在10 min以上。

2)水口及座磚清理的殘鋼清理干凈。從鋼包前后兩個(gè)方向都要清理，水口清潔時(shí)，擴(kuò)大清潔區(qū)域，以水口中心直徑500 mm范圍內(nèi)全部清理干凈，防止鋼渣落入。確保水口內(nèi)部、水口座磚喇叭口周圍完全清理干凈并拍照留存。

3)滑板安裝完畢后，要將多余的火泥清理干凈，用風(fēng)管從鋼包后面深入水口吹掃。然后關(guān)閉滑板，再次打開(kāi)檢查，確認(rèn)清理干凈后關(guān)閉。對(duì)水口清理重點(diǎn)跟蹤，管理。拍照留存水口清洗狀態(tài)，確保清理干凈。

3.1.5規(guī)范引流砂的加入方式

調(diào)整引流砂加入方式，制作了專門的引流砂加入裝置，由人工袋裝投入改為漏斗散裝加入。將引流砂拆袋后流入水口眼，既提高了投眼的準(zhǔn)確性，又避免了塑料袋形成燒結(jié)塊從而降低自開(kāi)率現(xiàn)象的發(fā)生，引流砂加入效果如圖4所示。

圖4引流砂加入效果

3.1.6其他

轉(zhuǎn)爐出鋼前，在鋼包內(nèi)的水口處加一保護(hù)帽，保護(hù)帽材質(zhì)為耐火材料，目的為防止轉(zhuǎn)爐爐體上集渣或轉(zhuǎn)爐爐口渣進(jìn)入引流砂部位而影響自開(kāi)率。

3.2實(shí)施效果

通過(guò)以上措施的推進(jìn)，以冶煉重軌鋼900A為例，共冶煉138爐，不自開(kāi)爐次僅為4爐，自開(kāi)率達(dá)到97.1%以上。自開(kāi)率月份統(tǒng)計(jì)如圖5所示。

圖5自開(kāi)率月份統(tǒng)計(jì)圖

圖5中月份統(tǒng)計(jì)顯示，重軌鋼自開(kāi)率從改進(jìn)前的不足75%提高到96.8%以上，且連續(xù)9個(gè)月保持穩(wěn)定，顯著提高了重軌鋼鑄坯合格率同時(shí)還降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4　結(jié)語(yǔ)

為了解決邯鋼大方坯連鑄機(jī)澆鑄重軌鋼鋼包滑動(dòng)水口自開(kāi)率低的問(wèn)題，分析了引流砂質(zhì)量、水口尺寸、引流砂加入方式和水口清理等因素對(duì)澆鑄重軌鋼自動(dòng)開(kāi)澆率的影響。針對(duì)性地提出了解決措施，并隨著各項(xiàng)措施的逐步落實(shí)，重軌鋼的自動(dòng)開(kāi)澆率由81.41%提高到97.1%，為生產(chǎn)的順行和提高鑄坯質(zhì)量及合格率創(chuàng)造了良好的條件。

[1]陳永. 重軌鋼連鑄的質(zhì)量控制[J].鋼鐵，2004，39(3)：23-26.

[2]楊玉，陳昕，金紀(jì)勇，等. U75V鋼軌軌腰探傷不合原因的分析[J].鋼鐵，2011，46(2)：91-95.

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PRACTICE ON IMPROVEMENT IN FREE-OPENING RATE OF CASTING HEAVY RAIL STEEL

Wang JianfengYang SenShi YanqiuGuo ChaojunMa Shengliang

(Handan Iron and Steel Company, Hesteel Group)

In order to solve the problem of low free-opening rate of continuous casting heavy rail steel blooms, the present paper analyzes the effects of quality of the flow guiding sand, the gate size, the retention period of molten steel in ladle, flow guiding sand feeding pattern and clearance of the gate on the free-opening rate in continuously casing heavy rail steel.Accordingly puts forward appropriate solutions to the problem including development of new flow guiding sand, the development of a new sliding gate, reasonable shorten the refining time, improve ladle cleaning and norms flow guiding sand adding method. As the results the free-opening rate of the sliding gate rises up to 97%.

heavy rail steelfree-opening rateflow guiding sandladle

聯(lián)系人：王建鋒，博士，工程師，河北.邯鄲(056004)，河鋼邯鋼技術(shù)中心；2016—1—11