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 年日本發明擋渣球出鋼擋渣方法以來,各國為完善擋渣技術,發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 總結了西德擋渣棒在美國使用的經驗,發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移植安裝到轉爐出鋼口部位,通過操作系統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。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。
