武钢 钢包粘渣的原因及对策

钢包粘渣的原因及对策

米源,杨新泉,卢凯

（武汉钢铁（集团）公司第三炼钢厂湖北武汉 430083）

许丽

（武汉钢铁（集团）公司计控厂湖北武汉 430083）

摘要介绍了武钢250ｔ钢包在使用中粘渣的情况。通过对粘渣物、钢包渣、工艺因素、保温剂和钢包残样等的分析,指出钢包粘渣是冶炼钢种、钢包热状态和包衬耐火材料共同作用的结果。提出了相应的对策。

关键词钢包,耐火材料,粘渣;钢种

The reason and measure for slag building-up of ladle

MI Yuan, Yang xin-quan ,LU Kai

(No.3 Steel-making Plant of WISCO,Wuhan 430083,China)

Xu Li

Calibration and Testing Laboratories of WISCO, Wuhan 430081,China

Abstract:The circumstances for slag building-up of 250t ladle in WISCO have been introduced.The investigation on matters of slag building-up, ladle slag, technology factors, heat preservation reagent and ladle refractory remainders indicates that steel types, ladle heat-condition and ladle refractory are responsible for ladle slag building-up. The measures for slag-adhesion of 250t ladle in WISCO have been given。

Key words: ladle;refractories;slag building-up;ladle slag;steel types

近年来, 武钢250ｔ钢包钢包普遍出现包壁包底粘渣现象。钢包粘渣后,会引起以下问题:（1）钢包包底粘渣后，钢包透气砖表面被渣粘附，造成热修清理透气砖困难，严重影响了钢包透气砖底吹效果，对生产造成威胁。(2)造成钢包容积减小,钢液面上升,并且精炼时钢渣会上浮至包口,使包口结渣、结冷钢,严重影响钢包铸余渣的翻净;(3)造成钢包重量增加,直接影响起吊行车的运行安全;(4) 由于粘渣物非常坚硬且与钢包衬结合牢固,去除十分困难,拆除时间长,造成钢包修理周期长,造成钢包周转紧张;为此, 因此,有必要对钢包粘渣的原因和机理进行研究,以便采取对策减轻粘渣；武钢通过钢包粘渣机理的分析,通过优化钢包热周转制度,加强钢包保温，提高耐火材料质量,较好的解决了钢包的粘渣问题,为生产的顺行打下坚实的基础。

1钢包粘渣的现状和机理分析

武钢250ｔ钢包钢包壁工作层采用两种材质的砖铝镁碳砖和刚玉尖晶石质无碳预制块砖。钢包主要参数见表1。

钢包包壁粘渣的状况,超重的钢包不仅粘渣层厚,包口也严重结渣。粘渣层往往夹杂冷钢,由于下渣线部位熔损较快,因此,较多的情况是,在上渣线以下至下渣线以上部位形成厚厚的粘渣层。冷钢对粘渣层起了锚固作用,冷钢的存在使含有高熔点相的粘渣物更加坚固。钢包壁粘上一层渣后再继续使用很容易形成渣和冷钢的复合结构，复合层厚度达150～270ｍｍ。

渣粘在钢包壁上,应该说这与渣和钢包(包括钢包耐材质量和钢包的热状态)都有关系。其实粘在钢包衬表面的物质不仅仅是渣,还有渣冷凝后的析出产物和冷钢,因此,把这些物质统称为粘渣物。粘渣物试样除去铁后进行分析, 粘结物化学成分见表4,

分均发生了变化。铝镁碳砖钢包形成了ＭＡ(镁铝尖晶石)、C2AS（黄长石）、少量CA2；无碳预制块钢包形成了CA6 、MA(镁铝尖晶石)、尖晶石固溶体、C2AS（黄长石）尽管黄长石的熔点（1590℃）不是很高,但其它物质均是高熔点相：镁铝尖晶石熔点为2130℃、CA6熔点为1850℃、CA2熔点为1750℃。根据粘渣物的化学分析和岩相分析结果可以知道钢包粘渣主要是熔渣在高温下与耐火材料反应生成的一系列反应物。这些反应物中既有高熔点的物质,如镁铝尖晶石、六铝酸钙、二铝酸钙等,也有一些高粘度的硅酸盐。这样的粘渣物加上冷钢的存在,熔点高又坚硬,会牢牢地粘在包壁上,任凭钢水的浸泡下也不能熔化和掉落。特别是钢包到了使用后期,内衬的变质层增厚,材料本体产生裂纹,加速了渣和冷钢的渗入,同时包壁表面也不平坦,使渣在包壁的附着力增大,最终导致钢包表面渣层越积越厚,重量也越来越重。

2粘渣因素分析

影响钢包粘渣的因素主要有耐火材料材质、转炉渣的成分、钢包保温剂、冶炼钢种、钢包周转速度、钢包维护及保温方法等。

2.1耐火材料材质

铝镁碳砖钢包和无碳砖钢包使用过程中都会产生粘渣现象,从使用过程中可以看出,新的钢包一般粘渣不严重,但是随着使用次数的增加,包衬表面变得凹凸不平, 在钢包频繁的冷热交替使用中, 钢包内衬出现较多的微细裂纹,使渣和冷钢极易粘附、渗透,如此循环和长期堆积,使内衬表面状况更差,粘渣越来越严重。但粘渣的情形和原因有所不同。无碳预制块钢包使用的前期开始逐渐粘渣,中期粘渣达到高峰,后期钢包重量有所回落；铝镁碳砖一般在使用中期以后开始粘渣。分析原因,这与包衬材料的材质及其抗侵蚀性不同有关。无碳砖钢包砖缝比铝镁碳砖的大,

砖缝首先受到侵蚀,砖缝处凹陷,渣容易粘附。无碳砖钢包大修时,发现工作层背面常常夹着冷钢,说明无碳砖的砖缝抗渗透性较差。铝镁碳砖钢包在使用过程中基本没有缝隙,抗渗透性明显好于无碳砖钢包。Al2O3-MgO-C砖虽然具有整体性和耐侵蚀性好的特点,但由于含有高导热的石墨,钢包散热多,使钢水温度下降,也会造成粘渣；铝镁碳砖的石墨发生氧化后，砖体出现松散和空隙,熔渣和熔钢回沿空隙渗入很深。

就耐火材料本身而言,引起粘渣的主要原因是铝镁碳砖、刚玉尖晶石质预制块砖中的Ａｌ2Ｏ3和ＳｉＯ2极易与渣中的ＣａＯ、ＭｇＯ等成分反应,形成一些高熔点的物质粘附在包衬表面,在粘附层与耐火材料之间易渗入钢水,加速钢包的粘渣。根据以上的分析,钢包粘渣与耐火材料的抗渣侵蚀性和渗透性有很大的关系。包衬材料的抗侵蚀性好,抗渗透性好,裂纹少,就不容易粘渣。

2.1钢包渣的影响

武钢三炼钢的二次精炼设备有钢包吹氩站、ＲＨ和ＬＦ,需要在钢包中进行脱氧、脱硫、脱碳、脱气、合金成分微调、去除非金属夹杂及夹杂物变性处理、钢水的温度控制等。因此,钢种不同,精炼方式不同,钢包渣的成分也就不同。钢包渣的成分在很大范围内变化,不同成分的钢包渣对粘渣的影响会有所不同,下面从渣粘度的角度进行分析。钢包粘渣与渣的粘度会有一定的关系,渣粘度越大越容易粘渣。对于均匀性的熔渣的粘度服从牛顿黏滞液体的规律：η=Ｂ0ｅＥη/ (ＲＴ)

式中,Ｂ0为常数,Ｎ·ｓ·ｍ-2;Ｅη为粘流活化能,Ｊ·ｍｏl-1。粘度决定于移动质点的活化能。在相同温度条件下,不同成分含量熔渣的Ｅη不同,粘度也就不同。温度升高熔渣的粘度降低。

在硅酸盐渣系中，硅氧络离子的尺寸远比阳离子的尺寸大,移动时，需要的粘流活化能也最大，因此，ＳｉxＯyZ-成为熔渣中主要的黏滞流动单元。当熔渣的组成改变，引起ＳｉxＯyZ-解体或聚合，从而结构改变时，熔渣的粘度会相应地降低或提高。

在调整低碱度熔渣的粘度时，CaO、MgO、Na2O、FeO等碱性氧化物均有较大的作用，其中二价金属的氧化物比一价金属的氧化物的作用大，因为在离子摩尔数相同的基础上, 一价金属如K+、Na+带入的O2-比二价金属，如Ca2+带入的O2-的作用（离子数少1/2）较小。

CaF2在调整粘度上的显著的作用，因为它引入的F-和O2-同样，能起到使硅氧络离子解体的作用。实践证明，CaF2调整低碱度熔渣的粘度的作用比CaO、Na2O等碱性氧化物的作用强。这是因为CaF2比CaO引入静电势较小，而数量较多的使ＳｉxＯyZ-解体的F-离子；另一方面，CaF2又能与高熔点氧化物CaO、MgO、Al2O3形成低熔点共晶体。提高熔渣的过热度及均匀性，也使粘度得以降低。

酸性氧化物能使粘滞流动单元尺寸变大,所以能提高粘度。Ａｌ2Ｏ3是两性氧化物,在碱度高时,Ａｌ的配位数为4,形成与ＳｉＯ2相同的四面体结构,流动单元变大,粘度增加;碱度低时,Ａｌ的配位数为6,形成八面体结构,粘度减小。能使炼钢渣粘度显著增大的组分是ＭｇＯ和Ｃｒ2Ｏ3。当它们的含量超过在熔渣的溶解度（w（MgO）>10%~20%，w（Cr2O3）>5%~6%时,渣中就有难溶解的固相物,如方镁石、铬铁矿、尖晶石（FeO·Cr2O3，MgO·Cr2O3）出现。如加入的石灰过量，例如CaO的质量分数高达40%~45%以上时，就有石灰粒子存于熔渣中，使渣粘度增大。

根据上述分析,渣粘度随Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＭｇＯ的增加而增大,随CaF2、ＣａＯ的增加而减小。

2.3钢包保温剂的影响

武钢采用了钢包颗粒保温剂。对其中厂家A成分抽查检验结果见表5

该保温剂以Ａｌ2Ｏ3和ＳｉＯ2为主,特别是ＳｉＯ2的含量非常高。ＳｉＯ2含量为

60.72%。ＳｉＯ2含量升高液相粘度显著上升,Ａｌ2Ｏ3增加也会使粘度上升,而ＣａＯ增加粘度显著下降。因此,保温剂在高温下会形成高粘度的液相,随连铸时钢液面的下降容易粘附在包壁上。现场观察到,连铸结束后,保温剂容易在渣线以上部位结圈, 有未熔化的保温剂颗粒粘在包壁上。

另外现场观察到,钢包保温剂的铺展性差。保温剂加入钢包后,往往出现堆状,不能迅速地铺展开,因此导致钢水表面经常有局部裸露在空气中,提高了热传导速度,使保温剂的保温作用未能得到很好的发挥。同时由于其铺展性不好,致使钢水液面的覆盖效果不佳,局部钢水甚至与空气直接接触,钢水的二次氧化比较严重, 二次氧化物Ａｌ2Ｏ3既严重影响了钢水质量,又增加了渣的粘度。

2.4钢种的影响

钢种对钢包粘渣的影响很大,据现场观察,铝镇静钢容易粘渣，而硅镇静钢粘渣程度较轻微。铝镇静钢渣的Ａｌ2Ｏ3含量较高,ＣａＯ含量较低,而硅镇静钢渣的Ａｌ2Ｏ3含量较低,ＣａＯ含量较高,超低碳钢渣的Ａｌ2Ｏ3含量最高,说明了以Ａｌ脱氧的钢种,其脱氧产物Ａｌ2Ｏ3对渣的成分改变是非常明显的。高氧化铝含量的熔渣,其熔点较高,很容易粘结在钢包壁上。同时根据渣粘度的规律推断,铝镇静钢和超低碳钢渣的粘度较大,容易粘渣;硅镇静钢渣的粘度较小,不容易粘渣。现场观察,铝镇静钢粘渣较严重,这与渣成分和粘度的分析结果是一致的。

由此可见,钢包粘渣程度与冶炼钢种是密切相关的。

2.5钢包周转工艺的影响

2.5.1钢包周转速度的影响

钢包停留等待时间多，即钢包周转越慢，越易生产粘渣。不用钢包盖，钢水温降大，易引起粘渣，钢包周转速度慢,包壁温度低,则使用中包壁要吸收大量的热量,导致包壁四周的钢水可能形成一层凝固膜,浇钢时随液面下降冷钢和渣都容易在包壁上粘附,红包出钢率不高也是造成粘渣的原因之一。

2.5.2钢包从浇完至翻罐间隔时间的影响

经过一段时间调查，钢包粘渣异常的炉次共有41炉，涉及16个钢种，其中，硅镇静钢有10炉，占24.4％，铝镇静钢有31炉，占75.6％。钢包粘罐与正常炉次的浇完至翻罐间隔时间对比数据见表6：

隔时间越大钢包散失热量越多,导致钢包底部的铸余渣容易形成一层凝固壳,翻罐时渣已经在包底上粘附, 铸余渣翻不净，也是造成粘渣的原因之一。

2.6包口结渣的影响

粘渣严重的钢包,包口的结渣也很严重。一方面,包口的结渣给钢包增加了重量;另一方面,包口结渣由于阻挡了倒渣,使渣倒不干净,促使粘渣日益加重。

3减少钢包粘渣的对策

为改善钢包粘渣严重的状况,目前主要采取了以下措施:

(1)要严格控制周转钢包的个数,提高红热钢包周转速度。

(2)加强钢包的维护操作及时清理钢包包沿结渣,防止包沿口结圈后钢包渣倒不尽。对包壁明显

熔损和剥落部位及时进行修补，以免渣和熔钢渗入而加剧粘渣；

(3)在浇钢结束后尽快倒渣。加强炉后行车的生产组织，降低钢包从浇完到翻罐的时间，避免

钢包粘渣现象的发生。

(4)提高转炉出钢档渣操作水平，减少转炉渣进入钢包，炉后和精炼时加石灰，使钢包渣充分

熔化。

(5)控制使用中的钢包数量；减少钢包等待时间；受钢前钢包加热；使用中采用钢包盖；钢包

永久层采用隔热层，包壁采用低导热耐火材料；

(6)耐火材料：提高砌筑质量，控制砖缝尺寸；减少包衬的热应力，提高抗热震能力，减少开

裂；

(7)采用有效的钢包覆盖剂：改善钢包覆盖剂的铺展性提高其保温性能；降低覆盖剂中SiO2含

量，减低其黏度，减少钢包粘渣。

4结论

(1)钢包出现的粘渣现象,原因有钢包周转、炼钢工艺、钢种、钢包的保温、耐火材料材质和质量、钢包的侵蚀维护等。

(2)要减轻粘渣,必须减少转炉渣进入钢包,加快钢包周转,加强钢包的保温措施,提高耐火材料的质量减少其开裂和剥落,提高钢包保温剂性能,对侵蚀和剥落的钢包及时进行维护等。