摘要：为了改善钢包覆盖剂的保温性能，研制出了采用炭化稻壳为主原料的新型钢包覆盖剂。它具有强度好、粉尘少、堆比重轻的特点，兼具钢液保温、防止钢水二次氧化等功能。在工业生产中试用，取得了较好的效果。

关键词：炭化稻壳；颗粒状钢包覆盖剂；钢液保温

钢包内钢水的保温因为关系到出钢温度制度、浇注的顺行及铸坯质量，因此，受到冶金工作者的关注。随着炼钢生产规模的不断扩大和连铸工艺的发展，钢包的容量增大，相应延长了钢水在钢包中停留的时间。为满足后续工序的工艺要求，防止钢水二次氧化，减少温降，以便向连铸提供合适温度的钢液，保证其顺利浇铸，必须出钢后在钢水表面加一定量的钢包覆盖剂进行保温。

    早期使用的钢包覆盖剂是炭化稻壳。炭化稻壳虽然能够起到较好的保温效果，但在使用时对环境污染严重，恶化了工人的操作环境且不能形成液渣以隔绝空气。为了解决这一问题，冶金工作者开发出颗粒状钢包覆盖剂，它不仅解决了炭化稻壳对环境污染的问题，并能形成一定液态渣从而使钢水与空气更好地隔离，有助于防止钢水二次氧化。但颗粒状钢包覆盖剂堆密度较大(0．60～0．90 g／cm³⁾，保温效果并不十分理想。因此，开发保温效果更好的新型覆盖剂已成为炼钢生产的新课题。

    本厂于2004年开展了新型钢包覆盖剂的研制工作。并于当年研制出以炭化稻壳为主要原料的新型颗粒状钢包覆盖剂。它具有强度好、粉尘少、堆密度轻(批量试生产时，堆密度仅为0．40 g／cm³)的特点。同时兼具保温、防止钢水二次氧化等功能。产品在工业生产中使用取得了满意的效果。

1  钢包覆盖剂的保温原理

    钢包内钢水热损失主要是通过钢水上表面散失的大量热量。主要有对流热损失Q₁和辐射热损失Q₂可用下列公式表示：

    式(1)中， Pτ为普朗特准数，可由定性温度表查得；L为定性尺寸，m；g为重力加速度，m／s²；△t为钢包上表面与空气的温差，K；F为钢包上表面面积，m²；λ为空气的导热系数，可由定性温度表查得，w／(m·℃)；C、n为系数和指数，可通过Cτ、Pτ值查得；β为体积膨胀系数，可由定性温度表查得；v为运动粘度，可由定性温度表查得，m²／s；定性温度一般取钢水表面温度与空气温度平均值。

    Q₂=5．67ε₁ε₂(T_s／100)4×FØ   (2)

    式(2)中，ε₁为钢包上表面黑度; ε₂为空气黑度；Ts为钢包上表面温度，K；F为钢包上表面面积，m²；Ø为角度修正系数，可查表求出。

    由式(1)和(2)可以看出，在钢包钢水表面加入覆盖剂后，热量通过与覆盖剂传导传热后，再通过覆盖剂上表面与空气进行热交换。覆盖剂上表面温度相对较低与周围空气温差小，定性温度也降低，所以对流热损失Q₁和辐射热损失Q₂减小，起到了保温的效果。

2炭化稻壳的保温效果

    炭化稻壳是采用稻米加工过程中产生的稻壳作为原料，经过充分炭化处理后的产物(国内生产的炭化稻壳主要成分见表1)。它具有体积密度小(松散体积密度0．07～0．09 g/cm³，密实体积密度0．13～0．15 g／cm³)、热容小、熔点高(耐火度≥1 600℃)及不侵蚀耐材等特点。

    通过显微镜观察，未焚烧的稻壳表面有着规则的纵横相交的网纹(图1)。在每一网格的中间有一近似圆锥体的凸起。稻壳炭化后，一部分破碎，一部分则能够保持稻壳的形态不变(图2)。欧阳东等人对炭化稻壳的研究表明，炭化稻壳内外表面由致密的SiO₂组成，内表面层薄，外表面层稍厚。内外表面之间是一个夹层(图3)，夹层由纵横交错的板片构成，含有大量呈疏松的蜂窝状孔洞。在这些孔洞中存在静止空气形成阻隔，因此具有极为优越的保温、绝热性能。

3新型钢包覆盖剂的开发

3．1  覆盖剂的理化性能研究

    在新型钢包覆盖剂的研制过程中，我们针对炭化稻壳和颗粒状钢包覆盖剂各自的优缺点，进行了深人研究。尝试在使用的原材料上有所突破，并通过优化覆盖剂成分来提高保温性能，同时保证覆盖剂的冶金功能。经过研究和试验确定了钢包覆盖剂的配方(成分范围见表2)。

    在配方设计上，我们重点考虑了以下几方面：

    (1)降低覆盖剂的体积密度，提高保温效果。在相同条件下，覆盖剂体积密度越小保温效果越好。体积密度也是衡量覆盖剂产品保温效果的重要指标之一。因此，考虑充分利用炭化稻壳熔点高、体积密度小的特点，通过加入大比例的原状炭化稻壳来降低覆盖剂的体积密度。

    (2)提高覆盖剂发热值，进一步提高保温效果。在覆盖剂中配入一定量的发热剂，利用发热剂的化学反应产生的热量，可以进一步弥补钢水的热损失。在发热剂的选择上，由于炭化稻壳本身含碳，具备一定的发热值。因此，考虑补加少量价廉的含碳原料来调整覆盖剂的熔化速度和确保发热值。

  (3)满足对覆盖剂成分的要求。由于钢包覆盖剂中所含的可还原氧化物尤其是FeO，是引起钢液二次氧化的主要根源，其反应如下：

    3(FeO)+2[A1]=(A1₂O₃)+3[Fe]    (3)

    因此，设计时严格控制Fe₂O₃和初始Al₂O₃带入量，以利于防止覆盖剂污染钢液。

  (4)确保覆盖剂具有适宜的成渣性能。覆盖剂加入钢包后，应能快速形成原始层、半熔融层、液渣层3层熔融结构。这就要求覆盖剂具有一定的成渣速度，使其加入钢包后，最下部能迅速形成一定的液渣层覆盖住钢水表面，以达到彻底隔绝空气防止钢水二次氧化的作用。中间半熔融层起到一定的隔热作用，最上部的体积密度很小、覆盖较厚的原始层则起到良好的保温效果。但成渣速度也不能过快，否则会降低保温效果，增加覆盖剂单耗。覆盖剂应随着时间的进程逐步成渣，保证每包钢水浇铸中、后期仍有一定量的原始层起到良好的保温效果。

  覆盖剂的成渣性能还包括成渣温度，主要取决于覆盖剂的熔点。覆盖剂熔点过高，则加入钢包后不易熔化，覆盖剂不能很好地覆盖住钢水表面，对非金属夹杂物的捕集能力较差；熔点过低，则成渣速度过快，无法在钢液表面形成适宜的3层结构，起不到应有的保温作用。因此，新型覆盖剂的熔点设计在1 330～1 380℃。

3．2覆盖剂的生产

3．2．1造粒方式的选择

  目前，钢包覆盖剂的造粒方式主要有圆盘滚球造粒和挤压造粒两种。圆盘滚球造粒要求原料具有一定的细度，使物料能粘附于滚动中的圆球不断长大。这就必须将炭化稻壳粉碎，从而破坏了蜂窝状结构，降低了覆盖剂的保温性能。

  挤压造粒可以使用整粒原状炭化稻壳，在挤压造粒过程中对炭化稻壳的形态破坏较小，因此选择挤压造粒进行生产。

3．2．2粘结剂的选择

  对于钢包覆盖剂而言，必须保证使用现场对强度、含粉率的要求。由于生产中大量使用原状炭化稻壳来降低产品体积密度，这就对粘结剂的选择提出了很高的要求。通过对原材料配比调整和粘结剂筛选、组合试验，确定了采用无机和有机粘结剂复配使用，能够较经济地解决生产产品的强度问题。

3．2．3  制作工艺

    钢包覆盖剂的生产采用以下工艺流程：

    配料一搅拌一造粒一烘烤一筛分一包装一入库。

    在批量试生产中，通过挤压造粒生产出的颗粒状钢包覆盖剂产品表面光洁、强度好(化学成分检测数据见表3)。与连铸现场使用的原钢包覆盖剂比较(见表4)，新型覆盖剂产品体积密度仅为0．44 g／cm³，保温效果更好；熔点1 358℃更利于早期快速形成液渣，防止钢水二次氧化，发挥覆盖剂捕集上浮夹杂物的功能。

4生产试验

    2004年11月，新型钢包覆盖剂在宝钢一炼钢300t钢包中进行了生产性试验。试验共计耗用覆盖剂30．76 t，加人量为0．5 kg／t。

    试验中，覆盖剂通过旋转式布料机均匀加在钢包内钢水表面，覆盖剂加入后基本无烟尘，覆盖面较平静。由于产品体积密度小，可观察到初始覆盖层较厚。跟踪出钢到连铸过程降温速度平均约0．32℃／min，连铸毕(加入覆盖剂约60min后)仍能观察到渣上层大量未融的完整颗粒覆盖剂，证明覆盖剂的确具有较好的保温性能和成渣性能。试验过程中，连铸无异常情况。倒渣时渣基本能倒净，渣线(镁碳砖)无明显侵蚀。

    200多炉次的试验证明，新型钢包覆盖剂保温效果较好，对钢水、耐材及环境无不良影响，能够满足大生产使用和环保的要求，试验取得了满意的效果。

5  结  论

    (1)新型钢包覆盖剂采用炭化稻壳为主原料，批量试生产时，体积密度仅为0．44 g／cm³，大大提高了颗粒状钢包覆盖剂的保温效果。

    (2)新型钢包覆盖剂通过控制其ω(Fe₂O₃)≤3％，初始Al₂O₃含量低等，有利于防止污染钢液。控制合理的成渣温度和成渣速度，能确保早期快速成渣和浇铸中、后期钢包钢水的保温。

    (3)新型钢包覆盖剂经过200多炉次的生产性试验。出钢到连铸过程降温速度平均约0．32℃／min，保温效果较好，后续工序无异常信息反映。对钢水、耐材及环境无不良影响，能够满足工业生产使用和环保的要求。