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前言

纽柯伯克利钢厂位于美国东南部，生产板材和型钢产品，冶炼车间有两个独立的直流电弧炉（EAF），平均出钢量约170短吨。该冶炼车间配备两台双工位钢包精炼炉（LMF），还有一个双工位罐式真空脱气装置（VVD），用于生产超低碳和低氮规格钢种。两台连铸机（CSP）为生产薄板产品的7架热轧机提供薄板坯原料；一台4流连铸机用于生产型钢异型铸坯。异型坯连铸机使用20个钢包来组织生产，其钢包砖设计与CSP钢包不同。六个水平钢包烘烤器和两个垂直钢包烘烤器，用于在生产期间维持钢包温度。钢包通常通过两个底部透气芯用氩气搅拌钢水。

钢包非自开（NFO）可通过多种方法检测和处理：打开滑板开浇结构，当肉眼观察到钢水从钢包落入中间包时，打开滑板与钢水下落之间存在特定延迟时间；若不能自开，则采用烧氧或其他方法顶开出钢口，将钢水从钢包中排出。这样的异常干预操作需要一定时间。

在任何情况下，钢包非自开通常被视为非正常操作事件，会在一定程度上中断正常生产操作。更重要的是，非自开通常需要人工干预，这可能会对最终产品质量产生影响。

本文旨在依据纽柯伯克利钢厂的研究结果，阐释一些可能导致非自开的因素，期望这些发现有助于避免钢包非自开并提升整体产品质量。

钢厂理想的钢包自开率可设定为＞99%（＜1%NFO）。尽管这是一个切实可行的目标，但在纽柯伯克利钢厂，每年约有2万炉钢包在连铸机中间包上方开浇，即便NFO仅为1%，每年也会有200炉钢包无法自开。钢厂的目标应是实现钢包非自开率为零。

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钢包非自开原因调查

纽柯伯克利钢厂在经历了一段时期极低的钢包自开率后，开始采用系统方法来减少非自开情况。由连铸操作、耐火材料操作和工艺工程师组成的团队汇聚在一起，旨在减少钢包的非自开情况。该团队采取的首要步骤是观看非自开炉钢包的视频，以此评估NFO现象。在观看连铸开浇未能自开的视频后，以下思路被用于指导根本原因分析：

1）如果大量钢包引流砂从出钢口掉落，但钢包并未自开，钢水也未下行，这或许表明钢包出钢孔存在钢壳，又或者钢包引流砂烧结层因钢包内钢水停留时间过长而变得过厚，无法被钢包内钢水的静压冲破。

2）如果有引流砂从钢包中脱落，但钢包未自开，这可能意味着在填入引流砂之前或过程中，出钢孔通道出现了堵塞。这可能是由于在填入引流砂作业时，异物进入出钢孔，或者加引流砂作业后，异物破坏了引流砂构成的通道。另一个原因可能是，随着停留时间的增加，钢包引流砂烧结层变厚，烧结的引流砂块在出钢口耐材通道中卡住，或者钢水/渣在一定程度上渗透到钢包引流砂中，并在出钢通道段耐材中凝固。

3）如果没有引流砂从钢包中掉落，钢包也未自开，这可能表示钢包出钢口填入引流砂过程存在重大问题，如引流砂粒度分布不佳、钢包出钢孔耐材设计欠佳或连铸机操作存在问题。

观察这些非自开视频有助于诊断该过程中哪一步可能导致钢包非自开。例如，如果没有引流砂落下，可能意味着钢包填入引流砂操作不当，因此对该过程的操作步骤展开了调查。如果所有引流砂都掉落了，但钢包仍处于非自开状态，可能是钢包底部温度不足所致，进而对钢包处理时间和预热阶段进行了回顾。但根据纽柯伯克利钢厂的经验，NFO很少与单一变量因素相关，这也是NFO根本原因难以确定的症结所在。

为调查钢包非自开根本原因而开展的其他活动如下：

1）自动跟踪连铸机中间包需要接收钢水的时间，自动记录非自开炉号的变量参数。开展这项活动是为了确保所有非自开情况都能被正确分配到调查小组。

2）增设钢包加引流砂作业相机，以记录和调查钢包填入引流砂的质量。

3）钢包填入引流砂处的相机能够跟踪记录引流砂量、引流砂类型、操作人员等信息，从而更好地跟踪试验和填入引流砂参数。

4）冶炼车间的成员就NFO的表现、试验和反馈进行统一沟通，以确保成功和失败案例都能够得到妥善的记录和理解。

5）在纽柯其他部门和文件中进行记录，以尽可能全面地捕捉迄今为止所有已知的NFO原因。

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与NFO相关的主要变量参数

在初步的调查与数据收集工作完成之后，明确了与NFO相关的主要变量参数，如下所示：

1）对所有NFO炉号钢包展开调查。

2）所有钢包在填入引流砂之前，需清除出钢座砖孔内的残余渣和钢渣。

3）优化操作流程，尽量减少钢包的使用数量。

4）确保新砌筑的钢包得到充分预热。

5）确保周转钢包维修后预热到位。

6）确保冷钢包的出钢口区域被彻底加热。

7）将钢包引流砂存放在干燥之处。

8）添加引流砂之前，彻底检查钢包出钢孔是否存在障碍物。

9）根据钢包的实际情况，选用合适类型的引流砂并加入恰当的数量。

10）采用适用于特定工艺路线的引流砂类型。

11）确保电炉出钢时，钢水流与钢包出钢口引流砂堆之间保持足够的距离。

12）缩短添加引流砂至开浇出钢的时间。

13）确保钢包正确添加引流砂。

14）最大程度减少从精炼炉到连铸开浇的间隔时间。

确定这些主要变量的具体细节及原因并非关键，关键在于如何收集非自开NFO炉号和自开炉号的数据，以确定并测量每个特定车间操作条件下的变量参数。为实现良好的自开率，需要对每个特定车间的经营状况和理念进行评估，从而为操作变量参数设定合理的预期，进而实现低NFO率。

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具体措施

在纽柯伯克利钢厂发现，钢包精炼炉吹氩搅拌后送至连铸机开浇的间隔时间，被认定为钢包非自开的主要因素。这一现象在众多出现非自开情况的炉号中均有体现，即所有引流砂都从钢包出钢座砖孔中掉落，但钢包却未能实现自开。在钢包炉（LMF）操作中，应尽力缩短钢包在未进行底吹氩搅拌时的放置时长，以此确保钢包内温度更为均匀，尤其是钢包底部的温度。

新钢包在首次受钢时（钢包已更换新的耐火材料并完成修复），相较于后续炉号，非自开发生率更高。为改善钢包出钢口座砖的加热条件，采取了一系列措施，其中包括采用文丘里系统，该系统可将卧式钢包烘烤器水平钢包壁加热盖产生的热量传导至钢包出钢座砖。纽柯伯克利钢厂在使用新耐火材料的钢包以及修补后的钢包中，优先采用文丘里系统对座砖进行加热，如图1所示。

为了提升纽柯伯克利钢厂的钢包自开率，还开展了许多其他方面的工作，如下所示：

1）至少对8种不同的非自开钢包的引流砂性能进行了测试。

2）至少对4种不同的非自开钢包水口座砖性能进行了测试。

3）对不同直径钢包开浇机构的滑板性能进行了研究。

4）对钢包开浇机构滑板的开启速度展开了研究。

5）对钢包引流砂的含水率进行了监测。

6）对钢包填入引流砂站进行了改进。

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结论

降低非自开率并非易事。熔炼车间的各个区域均与钢包自开率相关，且有必要针对每一钢包炉号的钢水采取严格措施，从而让每个钢包都有最佳的自开机会。

降低非自开率并非一人或一个运营团队的工作，这需要车间内每位成员共同努力，以维持世界级的低非自开率，并期望达成100%自开的目标。

诸多因素共同导致钢包出现非自开情况，所以需要在整个冶炼车间营造一种文化，即对每个钢包都要预防/消除非自开情况。为提高自开率所付出的努力是合理的，因为这是解决因非自开炉号而引发的潜在质量问题的有效举措。