武钢钢包粘渣的原因及对策

1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Thereasonandmeasureforslagbuilding-upofladleMIYuan,Yangxin-quan,LUKai(No.3Steel-makingPlantofWISCO,Wuhan430083,China)XuLiCalibrationandTestingLaboratoriesofWISCO,Wuhan430081,ChinaAbstract:Thecircumstancesforslagbuilding-upof250tladleinWISCOhavebeenintroduced.Theinvestigationonmattersofslagbuilding-up,ladleslag,technologyfactors,heatpreservationreagentandladlerefractoryremaindersindicatesthatsteeltypes,ladleheat-conditionandladlerefractoryareresponsibleforladleslagbuilding-up.Themeasuresforslag-adhesionof250tladleinWISCOhavebeengiven。Keywords:ladle;refractories;slagbuilding-up;ladleslag;steeltypes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。表1新砌钢包主要参数直经，mm本体高，mm有效容积，m3钢包壳重量,t耐火材料重量,t3910409349.1279.053.0钢包的使用条件见表2。表2钢包的使用条件出钢温度/℃钢包容量/t盛钢时间/min钢水精练处理方式冶炼钢种钢包工作衬厚度/mm钢包寿命/次21670～171030090～120底吹氩，LF处理，RH处理铝镇静钢、硅镇静钢等200125(铝镁碳砖钢包)230(无碳预制块钢包)钢包渣的化学成分见表3。表3钢包渣的化学成分%项目Al2O3SiO2CaOMgOTFeMnO精练渣化学分析平均值34.411.526.49.09.23.7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,表4粘渣物的化学和岩相分析结果%项目Al2O3MgOCaOSiO2TFe铝镁碳砖钢包粘渣物化学分析平均值26.407.6533.2021.242.68铝镁碳砖钢包粘渣物岩相分析试样中主要有ＭＡ(镁铝尖晶石)、C2AS（黄长石）、少量CA2无碳预制块钢包粘渣物化学分析平均值61.563.2317.486.965.19无碳预制块钢包粘渣物岩相分析试样中主要有CA6、MA(镁铝尖晶石)、C2AS黄长石、尖晶石固溶体（固溶Mn、Fe）等从表4可以看出,与钢包渣(见表3)相比,粘渣物的Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯ、SiO2等成分均发生了变化。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,3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表5钢包保温剂检验结果%厂家CMgOCaOSiO2Al2O3TFe水分A6.250.324.8860.7218.561.960.30该保温剂以Ａｌ2Ｏ3和ＳｉＯ2为主,特别是ＳｉＯ2的含量非常高。ＳｉＯ2含量为460.72%。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