在當前社會的高速發展下,用戶對鋼材質量的要求日益提高,這樣就要求煉鋼要不斷提高鋼水的質量,同時,在煉鋼生產中還要不斷降低各種消耗,降本增效,出鋼擋渣技術在轉爐煉鋼的實際應用就是降低原材料的好方法。
出鋼擋渣就是通過某種方法將爐渣最大限度地留在爐內,以減少轉爐高氧化性終渣在出鋼過程中流入鋼包。而減少轉爐出鋼下渣量是改善鋼水質量的一個重要方面。在轉爐出鋼過程中進行擋渣操作這一工藝,不僅可以穩定鋼液化學成分,還能減少鋼中夾雜物,提高鋼水清潔度,并可以減少鋼包粘渣,延長鋼包使用壽命。與此同時也可以減少耐火材料,相應提高轉爐出鋼口耐火材料的使用壽命,為鋼水精煉提供良好的條件。
我國最早使用的擋渣方法是1970年日本發明的擋渣球出鋼擋渣法,目前廣泛應用,從擋渣技術的發展趨勢來看,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,當渣效果不很理想。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。但技術要求含量比較高,所以目前國內基本上都是采用實物擋渣法。
自從發明出鋼擋渣法以來,各國為完善擋渣技術,發明了十幾種擋渣方法,如:擋渣球法、擋渣塞法、擋渣料法、避渣罩法、滑板法、氣動擋渣法、電磁擋渣法、出鋼口吹氣干擾渦流法、轉動懸臂法、擋渣棒法、擋渣灌擋渣法、均流出鋼口擋渣法、中間包法、截渣盤法、擋渣帽法、擋渣蓋法、真空吸渣法、虹吸出鋼法等。但目前國內廣泛采用的主要為擋渣球和擋渣塞法,因此本文主要介紹此兩種方法在轉爐煉鋼中的應用。
1 渣球擋渣法
此方法是1970年日本新日鐵公司發明的擋渣球出鋼擋渣法,其原理是利用擋渣球密度介于鋼、渣之間,在出鋼將結束時堵住出鋼口以阻斷渣流入鋼包內。擋渣球的形狀為球形,目前其結構一般分芯部和殼體兩部分。制作工藝有兩種,一種為芯部大多采用生鐵屑壓合塊、鑄鐵塊、小廢鋼坯等材料作骨架,外部包砌耐火泥料,采用高鋁質耐火混泥土、耐火磚粉為摻合料的高鋁釩土耐火混泥土或鎂質耐火泥料,另一種殼體為鑄鐵,留有一孔,芯部可裝沙子耐火泥,如裝沙子,孔口需用耐火泥密封,此法制作比較簡單,成本低兼,并能滿足擋渣需要,故廣為采用。
基于擋渣球擋渣工作的原理是當爐內有鋼液時,擋渣球應處于漂浮狀態,以便鋼液由出鋼口流出,鋼液一旦出凈,擋渣球應沉入渣底,及時將出鋼口堵住,并且擋渣球的位置不受爐渣的運動左右。故擋渣球的比重應介于鋼液與爐渣比重之間。鋼液的比重約為7.15g cm3,爐渣的比重約為3.0～3.5g cm3,根據經驗證明,擋渣球的比重一般為3.7～4.2g cm3為宜。擋渣球的直徑要與轉爐出鋼口的直徑相適宜,經實踐證明出鋼口的直徑與擋渣球的直徑之比為2:3時擋渣效果比較好。
目前轉爐擋渣球擋渣操作多采用機械投球,直接投中率較低,大部分投在出鋼口周圍。而且出鋼時,出鋼口處形成的渦流旋渦的動力移動到出鋼口。投球時間一般在出鋼2 3時為宜。
用擋渣球擋渣操作其優點是成本較低,操作簡單易行。其缺點是投球命中率低,擋渣球通常是以隨波逐流的方式到達出鋼口,然而由于鋼渣黏性大,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凈時堵住出鋼口。另外又由于圓形擋渣球完全落在出鋼口上,出鋼口過早封堵的幾率顯著增加,降低了鋼水收得率。其擋渣效果一般,在冶煉普通鋼種時,對磷的要求不高,由于其成本低,操作簡單,而國內煉鋼廠冶煉的多為普通鋼材,故被廣泛采用,而在冶煉高質量鋼時大多廠家均采用擋渣塞法。
2 擋渣塞擋渣法
此方法是1987年michaeldlabate總結了德國擋渣棒在英國使用的經驗,發明了具有擋渣和抑制渦流雙重功能的擋渣塞。該裝置呈陀螺形,粗端有2～4個凹槽、4～8個棱角(凹槽可根據出鋼口的大小進行調節),能夠破壞鋼水渦流,減少渦流卷渣,其結構如圖(略)
其比重擋渣球稍大,介于4.2～4.8gcm3之間,目前一些廠家使之更簡單化,整個陀螺體除有桿芯外,全部為耐火材料,只有在耐火材料中加入小廢鋼、鑄鐵塊等以使達到合適的比重,降低了成本,使制作更加簡單。
陀螺形擋渣塞加入時間也為在出鋼量達到2 3時加入,通過投放車,因為其下部為導向桿,所以自動而準確的到達預定位置,因其陀體上有凹槽,實現了抑制渦流,且當擋渣塞本體堵住出鋼口后,殘鋼仍能通過凹槽流至鋼包內,故提高了鋼水收得率。同時擋渣成功率能達98%左右,是國內許多企業采用的擋渣方法。
用擋渣塞擋渣法其優點是投放準確,擋渣成功率高,故在煉優質鋼時被廣泛采用。