前言
隨著用戶對鋼材質量要求的日益提高,需要不斷的提高鋼水質量。減少轉爐出鋼時的下渣量是提高鋼水質量的一個重要方面。轉爐出鋼時進行有效的擋渣,可以減少鋼水回磷,提高合金收得率;減少鋼中夾雜物,提高鋼水清潔度;可以減少鋼包粘渣,提高鋼包包齡;同時可減少耐材消耗;也可為鋼水精煉提供良好的條件。為提高轉爐擋渣效果,國外在擋渣技術方面作了深入研究,自1970 年日本發(fā)明擋渣球出鋼擋渣方法以來,各國為完善擋渣技術,發(fā)明了幾十種擋渣方法。本文對國內外轉爐出鋼擋渣的一些主要方法作一介紹。
2. 1 擋渣球法
1970 年新日鐵發(fā)明了擋渣球,利用其比重介于鋼、渣之間,在出鋼將完時堵住鋼口以阻斷渣流入鋼包內。但由于擋渣球通常是以隨波逐流的方式到達出鋼口,而由于鋼渣粘性大,擋渣球有時不能順利到達出鋼口,或者不能有效地在鋼水將流時堵住出鋼口;另外又由于圓形擋渣球完全落到出鋼口上,出鋼口過早封堵的幾率顯著增加,降低了鋼水收得率,故擋渣球法的可靠性難以令人滿意。但由于擋渣球法操作簡單,故目前國內多數鋼廠仍都采用擋渣球擋渣。
2. 2 擋渣塞法
1987 年Michael D. Labate 總結了西德?lián)踉粼诿绹褂玫慕涷?發(fā)明了具有擋渣和抑制渦流雙重功能的擋渣塞,見圖1。該裝置呈陀螺形,粗端有3 個凹槽、6 個棱角,能夠破壞鋼水渦流,減少渦流卷渣。其比重與擋渣球相近,在4. 5～4. 7 gPcm3 之間,能浮于鋼渣界面,伴隨著出鋼過程,逐漸堵住出鋼口,實現抑制渦流和擋渣的作用。擋渣塞為一帶桿的可以導向的圓錐體耐材,該法擋渣成功率可達95 %左右。西德曼內斯曼胡金根廠在220 t 轉爐上用擋渣塞擋渣。武鋼1996 年開發(fā)設計了類似的陀螺形擋渣塞其上部為組合式空心結構,下部為帶導向桿的陀螺形,與擋渣球類裝置相比,具有可靈活調節(jié)比重、且能自動而準確地到達預定位置、成本低、成功率高的特點。國內外不少鋼廠在擋渣器件的結構、形狀及其投放方式等方面都進行了不少探索和改進,都取得了一定效果。例如:用倒四面體、立方體的擋渣體、陶瓷擋渣塊以及四周開槽的標槍式浮動芯棒等器件取代擋渣球擋渣,擋渣效果都好于擋渣球。用投放車并不斷改進來取代人工投放擋渣體,減輕了操作者的勞動強度,提高投放準確率,從而提高了擋渣效果。
2. 3 擋渣料法
此法也稱硬吹或干渣吹煉法。它是在吹煉結束時噴射一種固態(tài)混合物,提高渣稠度,使渣局部或全部凝固,以改變渣的流動性來擋渣;或在出鋼口上部渣面投入粒狀耐火材料,形成塊狀堵塞物,防止渣流出。如:加古川制鐵所在1978 年試驗過
噴吹石灰法擋渣 ,新日鐵曾用過固化爐渣法來擋渣。
2. 4 避渣罩法
1988 年美國阿?勒德隆鋼鐵公司發(fā)明避渣罩擋渣法見圖3。避渣罩砌筑在出鋼口處,出鋼時,鋼水經耐材制成的避渣罩側孔流入出鋼口出鋼,由于避渣罩頂部呈封閉形式,阻礙了出鋼口上方渦流形成的條件,能有效地防止渦流卷渣。
2. 5 滑板法
盧森堡、西德、日本在轉爐上用大型鋼包滑動水口擋渣,和一些示渣法相結合,可以有效控制下渣量,并能準確控制出鋼時間。其原理是將類似盛鋼桶滑動水口耐火材料系統(tǒng)移植安裝到轉爐出鋼口部位,通過操作系統(tǒng)以機械或液壓控制的方式開啟或關閉出鋼口,以達到擋渣的目的。這種裝置擋渣效果較好,但其成本較高。同時由于出鋼口所在的特定位置,使得安裝與拆卸均不方便,且易受吹煉期間噴濺的影響。德國G. Bocher 等人的文章介紹了Salzgitter鋼廠210 t 轉爐使用一種在出鋼口末端用液壓閘門的擋渣裝置,見圖4。該裝置由3 部分組成:驅動連接件、帶保護箱的閘門、液壓驅動系統(tǒng)。轉爐裝料時閘門為開啟位置,轉爐到出鋼位置時閘門關上,出鋼前閘門重新開啟,閘門開關僅0. 3 s ,操作安全可靠。與擋渣球相比,鋼包下渣量減少了70 % ,擋渣效果顯著。但該裝置設備復雜、成本較高。
2. 6 氣動擋渣法
奧地利、瑞典等國家研究成功了氣動擋渣法,見圖5。日本神戶鋼鐵公司80 年代末也使用了氣動擋渣法,效果顯著。該法主要設備包括封閉出鋼口用的擋渣塞和用來噴吹氣體、起動氣缸以及對主體設備進行冷卻保護等所用的供氣設備。擋渣時,擋渣塞頭對出鋼口進行機械封閉,塞頭端部噴射高壓氣體來防止爐渣流出。即使塞頭與出鋼口之間有縫隙,高速氣流也能實現擋渣的效果。這種擋渣法還采
用了爐渣流出檢測裝置,由發(fā)送和接送信號的元件以及信號處理器件構成,通過二次線圈產生電壓的變化,即可測出鋼水通過出鋼口的流量變化,能準確控制擋渣的時間。此法在迅速性、可靠性和費用等方面都有明顯優(yōu)點。
比利時Forges de Clabecq 的LD —LBE 廠在85t 轉爐也采用氣動擋渣塞和爐渣自動檢測系統(tǒng)實現擋渣出鋼,可手動或自動控制。擋渣和氣缸驅動擋渣塞頭所用氣體為高壓壓縮空氣,設備冷卻用低壓壓縮空氣。加古川制鐵所從奧鋼聯(lián)引進的氣動擋渣塞,擋渣時噴吹氣體為氮氣,氣缸驅動和設備冷卻用壓縮空氣。另外還有不少鋼廠采用了氣動擋渣法, 如: 土耳其埃雷利( Erdemir ) 公司、德國蒂森鋼廠等。寶鋼第二煉鋼廠轉爐也采用了氣動擋渣法[8 ] ,配有爐渣檢測裝置,實現了自動擋渣出鋼。
2. 7 電磁擋渣法
日本鋼管公司發(fā)明了電磁擋渣法,在轉爐出鋼口外圍安裝電磁泵,出鋼時啟動電動泵,通過產生的磁場使鋼流直徑變細,使在出鋼口上方鋼液面上發(fā)生的吸入渦流的高度減低,可以有效的防止爐渣通過出鋼口流出。該公司在250 t 轉爐上安裝了能產生約1 500 G磁場的電磁泵,擋渣效果顯著,出鋼時間約20 min ,鋼水溫度幾乎不降低。
2. 8 出鋼口吹氣干擾渦流法
日本鋼管公司經多年研究發(fā)現,從出鋼口流出的鋼流中混入熔渣的原因,主要是出鋼口上方引起的鋼流吸入漩渦,這種吸入漩渦愈高,愈容易將熔渣帶走,因此如降低通過出鋼口流出鋼水的相對流速,即可減低所產生的吸入漩渦的高度,因而能防止熔渣的流出。根據這些研究成果,日本鋼管公司提出了這種方法,即在出鋼口周圍安裝隋性氣體吹管,當出鋼時,通過惰性氣體吹管往爐內噴吹惰性氣流,可有效地阻止爐渣流出。韓國光陽廠也研制了類似的方法,即出鋼時向出鋼口上方的鋼液面吹氬,吹散鋼液面上的爐渣,同時形成一個“剛性”凹坑,抑制熔池渦流在出鋼口上方形成,凹坑形狀對阻止爐渣隨鋼水流入出鋼口起重要作用。采用本法鋼包內渣層厚度20 ～ 50mm ,而采用擋渣球法渣層厚度為70～90 mm。加拿大伊利湖鋼鐵公司研究認為,230 t 轉爐當出鋼口上方鋼水高度為125 mm 時,開始出現渦流卷渣現象。為防止渦流卷渣,在出鋼口設置多孔透氣磚,通過吹氣來干擾渦流,使鋼包渣層厚度小于75 mm。
2. 9 轉動懸壁法
瑞典斯堪的納維亞蘭舍斯鋼公司設計了一種轉動式懸臂木塞擋渣器,可使出鋼帶渣減到最低限度,歐洲許多廠采用該擋渣法。
2. 10 擋渣棒法
1983 年日新制鋼研究成功擋渣棒法,擋渣棒吊在支臂上在爐內可以自由移動,在即將出完鋼時從轉爐內部將出鋼口塞住,以擋住爐渣,如再配以荷重器、高頻電流信號,效果更佳。該裝置操作與維護較復雜。
2. 11 擋渣罐擋渣法
川崎鋼鐵公司研制了擋渣罐擋渣法,它能在轉爐出鋼時將熔渣分離。這種罐有一個直徑約200 mm 的底孔,用擋渣球或其它擋渣裝置截渣。出鋼時,先將鋼水直接澆入鋼包,在出鋼終了前1min ,把經過預熱的擋渣罐放在鋼包上,然后將鋼水澆入擋渣罐,當確認渣進入罐后,即采取截渣措施。這種擋渣罐的特點是:罐底孔比轉爐出鋼口維修方便,渣與鋼能有效分離。用這種方法可使鋼包中渣層厚度減少到20～30 mm ,也不降低鋼水收得率,通過擋渣罐預熱,可將鋼水溫降控制在小于10 ℃;缺點是擋渣罐要經過預熱,會增加能耗。
2. 12 均流出鋼口法
奧地利利用均流出鋼口來減弱出鋼時的渦流效應 。均流出鋼口是一個有收縮和帶倒錐度形狀的出鋼口,可以減弱出鋼終了時的渦流效應而減少鋼水夾帶爐渣。另外,當鋼水流過時,是處于逐漸減小流通斷面和緩緩增加流速的過程,這是均勻的漸變過程。所以鋼流能形成緊密流股,從而也減少了鋼水的氧化程度,出鋼口壽命也會有所提高。比利時Forges de Clabecq 的LD —LBE廠在轉爐采用氣動擋渣法時,也采用了帶錐度的出鋼口,出鋼口壽命有所提高,也減少了渦流效應。另外,還有一些擋渣方法,如:三孔出鋼法、真空吸渣法、氣動撇渣法、扒渣法等等,由于應用不夠廣泛,在此不作介紹。
結語
從擋渣法的發(fā)展趨勢來看,國外正在逐步從有形擋渣法向無形擋渣法方向發(fā)展。由于用擋渣球等有形擋渣物擋渣,材料消耗高,擋渣效果不理想。國外不少鋼廠已采用了無形擋渣法,并配有爐渣檢測裝置實行自動控制擋渣。如:氣動擋渣法、電磁干擾法等。這些方法除擋渣效果較好外,還提高了鋼水收得率,擋渣的費用也降低了。特別是氣動擋渣法,在擋渣效果、可靠性和費用等方面優(yōu)勢明顯,已在國外許多鋼廠的大型轉爐上采用,國內寶鋼也已采用。當前,國內小型轉爐大都采用擋渣球擋渣,出鋼末期人工投入,投入的準確性及投入時機都難以保證,造成擋渣效果很不穩(wěn)定,這一直是困擾小型轉爐的大問題,在這方面有待于進一步研究新方法,提高和穩(wěn)定擋渣效果。結合生產實際,不斷采用和研究先進的擋渣方法,進一步提高轉爐擋渣效果,是降低生產成本,提高經濟效益的一個重要手段,也是廣大冶金工作者不斷追求的目標。
