前言
随着用户对钢材质量要求的日益提高,需要不断的提高钢水质量。减少转炉出钢时的下渣量是提高钢水质量的一个重要方面。转炉出钢时进行有效的挡渣,可以减少钢水回磷,提高合金收得率;减少钢中夹杂物,提高钢水清洁度;可以减少钢包粘渣,提高钢包包龄;同时可减少耐材消耗;也可为钢水精炼提供良好的条件。为提高转炉挡渣效果,国外在挡渣技术方面作了深入研究,自1970 年日本发明挡渣球出钢挡渣方法以来,各国为完善挡渣技术,发明了几十种挡渣方法。本文对国内外转炉出钢挡渣的一些主要方法作一介绍。
2. 1 挡渣球法
1970 年新日铁发明了挡渣球,利用其比重介于钢、渣之间,在出钢将完时堵住钢口以阻断渣流入钢包内。但由于挡渣球通常是以随波逐流的方式到达出钢口,而由于钢渣粘性大,挡渣球有时不能顺利到达出钢口,或者不能有效地在钢水将流时堵住出钢口;另外又由于圆形挡渣球完全落到出钢口上,出钢口过早封堵的几率显著增加,降低了钢水收得率,故挡渣球法的可靠性难以令人满意。但由于挡渣球法操作简单,故目前国内多数钢厂仍都采用挡渣球挡渣。
2. 2 挡渣塞法
1987 年Michael D. Labate 总结了西德挡渣棒在美国使用的经验,发明了具有挡渣和抑制涡流双重功能的挡渣塞,见图1。该装置呈陀螺形,粗端有3 个凹槽、6 个棱角,能够破坏钢水涡流,减少涡流卷渣。其比重与挡渣球相近,在4. 5～4. 7 gPcm3 之间,能浮于钢渣界面,伴随着出钢过程,逐渐堵住出钢口,实现抑制涡流和挡渣的作用。挡渣塞为一带杆的可以导向的圆锥体耐材,该法挡渣成功率可达95 %左右。西德曼内斯曼胡金根厂在220 t 转炉上用挡渣塞挡渣。武钢1996 年开发设计了类似的陀螺形挡渣塞其上部为组合式空心结构,下部为带导向杆的陀螺形,与挡渣球类装置相比,具有可灵活调节比重、且能自动而准确地到达预定位置、成本低、成功率高的特点。国内外不少钢厂在挡渣器件的结构、形状及其投放方式等方面都进行了不少探索和改进,都取得了一定效果。例如:用倒四面体、立方体的挡渣体、陶瓷挡渣块以及四周开槽的标枪式浮动芯棒等器件取代挡渣球挡渣,挡渣效果都好于挡渣球。用投放车并不断改进来取代人工投放挡渣体,减轻了操作者的劳动强度,提高投放准确率,从而提高了挡渣效果。
2. 3 挡渣料法
此法也称硬吹或干渣吹炼法。它是在吹炼结束时喷射一种固态混合物,提高渣稠度,使渣局部或全部凝固,以改变渣的流动性来挡渣;或在出钢口上部渣面投入粒状耐火材料,形成块状堵塞物,防止渣流出。如:加古川制铁所在1978 年试验过
喷吹石灰法挡渣 ,新日铁曾用过固化炉渣法来挡渣。
2. 4 避渣罩法
1988 年美国阿•勒德隆钢铁公司发明避渣罩挡渣法见图3。避渣罩砌筑在出钢口处,出钢时,钢水经耐材制成的避渣罩侧孔流入出钢口出钢,由于避渣罩顶部呈封闭形式,阻碍了出钢口上方涡流形成的条件,能有效地防止涡流卷渣。
2. 5 滑板法
卢森堡、西德、日本在转炉上用大型钢包滑动水口挡渣,和一些示渣法相结合,可以有效控制下渣量,并能准确控制出钢时间。其原理是将类似盛钢桶滑动水口耐火材料系统移植安装到转炉出钢口部位,通过操作系统以机械或液压控制的方式开启或关闭出钢口,以达到挡渣的目的。这种装置挡渣效果较好,但其成本较高。同时由于出钢口所在的特定位置,使得安装与拆卸均不方便,且易受吹炼期间喷溅的影响。德国G. Bocher 等人的文章介绍了Salzgitter钢厂210 t 转炉使用一种在出钢口末端用液压闸门的挡渣装置,见图4。该装置由3 部分组成:驱动连接件、带保护箱的闸门、液压驱动系统。转炉装料时闸门为开启位置,转炉到出钢位置时闸门关上,出钢前闸门重新开启,闸门开关仅0. 3 s ,操作安全可靠。与挡渣球相比,钢包下渣量减少了70 % ,挡渣效果显著。但该装置设备复杂、成本较高。
2. 6 气动挡渣法
奥地利、瑞典等国家研究成功了气动挡渣法,见图5。日本神户钢铁公司80 年代末也使用了气动挡渣法,效果显著。该法主要设备包括封闭出钢口用的挡渣塞和用来喷吹气体、起动气缸以及对主体设备进行冷却保护等所用的供气设备。挡渣时,挡渣塞头对出钢口进行机械封闭,塞头端部喷射高压气体来防止炉渣流出。即使塞头与出钢口之间有缝隙,高速气流也能实现挡渣的效果。这种挡渣法还采
用了炉渣流出检测装置,由发送和接送信号的元件以及信号处理器件构成,通过二次线圈产生电压的变化,即可测出钢水通过出钢口的流量变化,能准确控制挡渣的时间。此法在迅速性、可靠性和费用等方面都有明显优点。
比利时Forges de Clabecq 的LD —LBE 厂在85t 转炉也采用气动挡渣塞和炉渣自动检测系统实现挡渣出钢,可手动或自动控制。挡渣和气缸驱动挡渣塞头所用气体为高压压缩空气,设备冷却用低压压缩空气。加古川制铁所从奥钢联引进的气动挡渣塞,挡渣时喷吹气体为氮气,气缸驱动和设备冷却用压缩空气。另外还有不少钢厂采用了气动挡渣法, 如: 土耳其埃雷利( Erdemir ) 公司、德国蒂森钢厂等。宝钢第二炼钢厂转炉也采用了气动挡渣法[8 ] ,配有炉渣检测装置,实现了自动挡渣出钢。
2. 7 电磁挡渣法
日本钢管公司发明了电磁挡渣法,在转炉出钢口外围安装电磁泵,出钢时启动电动泵,通过产生的磁场使钢流直径变细,使在出钢口上方钢液面上发生的吸入涡流的高度减低,可以有效的防止炉渣通过出钢口流出。该公司在250 t 转炉上安装了能产生约1 500 G磁场的电磁泵,挡渣效果显著,出钢时间约20 min ,钢水温度几乎不降低。
2. 8 出钢口吹气干扰涡流法
日本钢管公司经多年研究发现,从出钢口流出的钢流中混入熔渣的原因,主要是出钢口上方引起的钢流吸入漩涡,这种吸入漩涡愈高,愈容易将熔渣带走,因此如降低通过出钢口流出钢水的相对流速,即可减低所产生的吸入漩涡的高度,因而能防止熔渣的流出。根据这些研究成果,日本钢管公司提出了这种方法,即在出钢口周围安装隋性气体吹管,当出钢时,通过惰性气体吹管往炉内喷吹惰性气流,可有效地阻止炉渣流出。韩国光阳厂也研制了类似的方法,即出钢时向出钢口上方的钢液面吹氩,吹散钢液面上的炉渣,同时形成一个“刚性”凹坑,抑制熔池涡流在出钢口上方形成,凹坑形状对阻止炉渣随钢水流入出钢口起重要作用。采用本法钢包内渣层厚度20 ～ 50mm ,而采用挡渣球法渣层厚度为70～90 mm。加拿大伊利湖钢铁公司研究认为,230 t 转炉当出钢口上方钢水高度为125 mm 时,开始出现涡流卷渣现象。为防止涡流卷渣,在出钢口设置多孔透气砖,通过吹气来干扰涡流,使钢包渣层厚度小于75 mm。
2. 9 转动悬壁法
瑞典斯堪的纳维亚兰舍斯钢公司设计了一种转动式悬臂木塞挡渣器,可使出钢带渣减到最低限度,欧洲许多厂采用该挡渣法。
2. 10 挡渣棒法
1983 年日新制钢研究成功挡渣棒法,挡渣棒吊在支臂上在炉内可以自由移动,在即将出完钢时从转炉内部将出钢口塞住,以挡住炉渣,如再配以荷重器、高频电流信号,效果更佳。该装置操作与维护较复杂。
2. 11 挡渣罐挡渣法
川崎钢铁公司研制了挡渣罐挡渣法,它能在转炉出钢时将熔渣分离。这种罐有一个直径约200 mm 的底孔,用挡渣球或其它挡渣装置截渣。出钢时,先将钢水直接浇入钢包,在出钢终了前1min ,把经过预热的挡渣罐放在钢包上,然后将钢水浇入挡渣罐,当确认渣进入罐后,即采取截渣措施。这种挡渣罐的特点是:罐底孔比转炉出钢口维修方便,渣与钢能有效分离。用这种方法可使钢包中渣层厚度减少到20～30 mm ,也不降低钢水收得率,通过挡渣罐预热,可将钢水温降控制在小于10 ℃;缺点是挡渣罐要经过预热,会增加能耗。
2. 12 均流出钢口法
奥地利利用均流出钢口来减弱出钢时的涡流效应 。均流出钢口是一个有收缩和带倒锥度形状的出钢口,可以减弱出钢终了时的涡流效应而减少钢水夹带炉渣。另外,当钢水流过时,是处于逐渐减小流通断面和缓缓增加流速的过程,这是均匀的渐变过程。所以钢流能形成紧密流股,从而也减少了钢水的氧化程度,出钢口寿命也会有所提高。比利时Forges de Clabecq 的LD —LBE厂在转炉采用气动挡渣法时,也采用了带锥度的出钢口,出钢口寿命有所提高,也减少了涡流效应。另外,还有一些挡渣方法,如:三孔出钢法、真空吸渣法、气动撇渣法、扒渣法等等,由于应用不够广泛,在此不作介绍。
结语
从挡渣法的发展趋势来看,国外正在逐步从有形挡渣法向无形挡渣法方向发展。由于用挡渣球等有形挡渣物挡渣,材料消耗高,挡渣效果不理想。国外不少钢厂已采用了无形挡渣法,并配有炉渣检测装置实行自动控制挡渣。如:气动挡渣法、电磁干扰法等。这些方法除挡渣效果较好外,还提高了钢水收得率,挡渣的费用也降低了。特别是气动挡渣法,在挡渣效果、可靠性和费用等方面优势明显,已在国外许多钢厂的大型转炉上采用,国内宝钢也已采用。当前,国内小型转炉大都采用挡渣球挡渣,出钢末期人工投入,投入的准确性及投入时机都难以保证,造成挡渣效果很不稳定,这一直是困扰小型转炉的大问题,在这方面有待于进一步研究新方法,提高和稳定挡渣效果。结合生产实际,不断采用和研究先进的挡渣方法,进一步提高转炉挡渣效果,是降低生产成本,提高经济效益的一个重要手段,也是广大冶金工作者不断追求的目标。
