一種新型鋼包覆蓋劑的試驗研究

范 斌

（寶武集團鄂城鋼鐵有限公司，湖北鄂州 436000）

引言

在中間包一個流程的連鑄過程中，鋼包內鋼水溫度的變化直接影響到中間包鋼水溫度，鋼包內鋼液面上的保溫覆蓋劑的情況、鋼包加蓋與否、鋼包包襯的材質以及不同的鋼種也會影響鋼包內的鋼水溫度變化［1］［2］。合適的鋼水溫度是保證鋼水順利澆鑄成合格鋼坯的必要條件。為了避免鋼包內的鋼水直接裸露在空氣中，造成澆鑄過程中的鋼水溫降過快，需在轉爐出鋼后向鋼水表面加入一定量的覆蓋劑進行保溫，鋼液面上保溫覆蓋不佳時，其熱損失很大［3］，覆蓋劑保溫效果的好壞對鋼坯收得率影響較大。某煉鋼廠130 t 轉爐目前平均澆鑄周期為34 分鐘，采用傳統的碳化稻殼作為鋼包保溫覆蓋劑，雖然保溫效果較好，但是因谷殼燃燒，澆鑄后期因鋼水溫度低造成回爐現象突出，同時碳化稻殼對環境的污染較大，因而迫切需要使用環保型覆蓋劑。

1 試驗方案

本文通過統計鋼水包-中間包鋼液溫降與時間的比值，計算降溫速率來對比兩種覆蓋劑的實際使用效果，為了保證數據的參考意義，通過排除影響中包溫度的其他因素，對生產條件相同數據進行對比研究。選取連續周轉鋼包、鋼包吹氬時間大于10分鐘、鋼包正常加蓋、中間包連澆時間大于3小時的爐次，共篩選出HRB400系列鋼種的6175爐數據和HPB300系列的1932爐數據分別對使用碳化稻殼覆蓋劑與環保型覆蓋劑的效果進行以下對比：（1）鋼水包內鋼液澆鑄45%時的降溫速率；（2）鋼水包內鋼液澆鑄60%時的降溫速率；（3）鋼水包內鋼液澆鑄75%時的降溫速率；（4）鋼水包內鋼液澆鑄90%時的降溫速率。

HRB400 系列鋼種會加入特種合金而鋼液表面形成一層保護渣，而HPB300 系列未加入特種合金，因此與兩個鋼種分開對比。

2 試驗結果與分析

2.1 保溫效果分析

通過對比HRB400 系列、HPB300 系列鋼水澆鑄過程的溫降速率，詳細數據如下所示。

2.1.1 HRB400 系列鋼水包內鋼液澆鑄45 %、60 %、75%、90%時的降溫速率

由圖1-4和表1可以看出，HRB400系列鋼水澆鑄時，環保型覆蓋劑與碳化稻殼的降溫速率非常接近，最大溫降速率差值僅為0.033 ℃/min，這是由于HRB400系列鋼包中鋼水表面渣層較厚，有一定的保溫效果，覆蓋劑影響較小。在澆鑄前期，環保型覆蓋劑比碳化稻殼的保溫效果稍差，這是由于初期碳化稻殼比環保型覆蓋劑反應快、發熱快，但是在澆鑄中后期，由于碳化稻殼反應接近完全，發熱效應變差，環保型覆蓋劑發熱平穩，其保溫效果又優于碳化稻殼。

表1 HRB400 系列鋼種鋼水包內鋼液澆鑄至各個階段的平均溫降速率（℃/min）對比

圖2 HRB400系列鋼水包內鋼液澆鑄60%時的降溫速率對比

圖3 HRB400系列鋼水包內鋼液澆鑄75%時的降溫速率對比

圖4 HRB400系列鋼水包內鋼液澆鑄90%時的降溫速率對比

2.1.2 HPB300 系列鋼水包內鋼液澆鑄45 %、60 %、75%、90%時的降溫速率對比

由圖5-8 和表2 可以看出，對于HPB300 系列，環保型覆蓋劑的保溫效果更好，這是由于碳化稻殼鋪展性差，加入鋼包后往往呈現堆狀，不能迅速鋪展開，鋼水表面經常有局部裸露在空氣中，熱傳導速度相對較快；而環保型覆蓋劑的鋪展性更好，覆蓋鋼液面效果比碳化稻殼更好，使得熱輻射損失熱量更少；選取最大溫降速率差值0.152 ℃/min 與最小溫降速率差值0.087 ℃/min 時，按鄂城鋼鐵一爐鋼的澆鑄時間34 分鐘計算，使用環保型覆蓋劑平均可以降低吊鋼溫度4 ℃，保溫效果明顯改善。

圖5 HPB300系列鋼水包內鋼液澆鑄45%時的降溫速率對比

圖6 HPB300系列鋼水包內鋼液澆鑄60%時的降溫速率對比

圖7 HPB300系列鋼水包內鋼液澆鑄75%時的降溫速率對比

圖8 HPB300系列鋼水包內鋼液澆鑄90%時的降溫速率對比

使用環保型覆蓋劑時澆鑄后期溫降速度更小，澆鑄時溫降較為穩定，中包溫度波動范圍較小，對于穩定連鑄操作更為有利。

2.2 覆蓋劑對鋼液的成分影響分析

鋼液增碳的主要原因是溶解碳以原子形態存在于熔渣中，通過擴散向鋼水傳質，產生富碳層，該層的碳含量最高可達原始渣碳含量的6倍，而且呈非燒結性，當熔渣層薄并出現波動時，就容易導致富碳層與鋼水接觸甚至卷渣，造成鋼水增碳，鋼水中碳的溶解度非常大，而與之直接接觸的熔渣中碳量高出一個數量級，鋼水增碳是不可避免的；溶解碳向鋼水擴散過程的控制環節是碳在熔渣中的擴散，擴散量與碳在渣中的傳質系數成正比；為了避免或減少鋼水增碳，必須降低熔渣中碳含量?？梢栽跐M足基本性能要求的基礎上，盡量減少原始渣的配碳量，或采取其它一些措施阻止碳溶入熔渣［4］。

碳化稻殼含碳量55%-60%，環保型覆蓋劑含碳量0.34%，使用碳化稻殼后，熔渣中碳高于環保型覆蓋劑，更加容易造成鋼液增碳，表3 為兩種覆蓋劑漲碳情況對比。

表3 鋼液漲碳情況

從表3可以看出，對于HPB300系列鋼種，環保型覆蓋劑比碳化稻殼少漲碳0.018 %，對于HRB400 系列鋼種，環保型覆蓋劑比碳化稻殼少漲碳0.010 %，這是由于HPB300系列鋼種比HRB400系列鋼種渣層薄，碳在熔渣中的擴散相對較容易，所以HPB300 系列鋼種比HRB400系列鋼種使用碳化稻殼時漲碳更為嚴重。使用環保型覆蓋劑，熔渣中碳含量低，鋼水漲碳較少，利于控制鋼液成分，對于低碳鋼的生產更有優勢。

2.3 環保效果對比

碳化稻殼含碳量55-60 %（其余為灰分），容重175-185 kg/m3，粒度0.1 mm，環保型覆蓋劑理化指標：SiO2：34.83%，CaO：9.2%，C：0.34%，MgO：19.69%，水分：0.2%，粒度：0.2 mm-2 mm，容重1000-1200 kg/m3。

碳化稻殼粒度小，比重小，碳在反應時產生CO2氣體受鋼水溫度影響受熱膨脹，產生大量熱氣流，帶走部分小顆粒，產生肉眼可見的煙塵，對環保影響較大；環保型覆蓋劑粒度大，比重大，不易被熱氣流卷起，使用時幾乎沒有煙塵。

3 結論

通過以上研究，可以得出以下結論：（1）對于HRB400 鋼種，環保型覆蓋劑與碳化稻殼保溫效果幾乎相同；而對于HPB300 系列，環保型覆蓋劑的保溫效果更好，平均可降低吊鋼溫度3～5℃，更加有利于生產；（2）使用環保型覆蓋劑時澆鑄后期溫降速度更小，澆鑄時溫降較為穩定，中包溫度波動范圍較小，對于穩定連鑄操作更為有利；（3）使用環保型覆蓋劑比碳化稻殼漲碳更少，利于控制鋼液成分，對于低碳鋼的生產更有優勢；（4）環保型覆蓋劑使用時煙塵小，利于環境保護。