在当前社会的高速发展下,用户对钢材质量的要求日益提高,这样就要求炼钢要不断提高钢水的质量,同时,在炼钢生产中还要不断降低各种消耗,降本增效,出钢挡渣技术在转炉炼钢的实际应用就是降低原材料的好方法。
出钢挡渣就是通过某种方法将炉渣最大限度地留在炉内,以减少转炉高氧化性终渣在出钢过程中流入钢包。而减少转炉出钢下渣量是改善钢水质量的一个重要方面。在转炉出钢过程中进行挡渣操作这一工艺,不仅可以稳定钢液化学成分,还能减少钢中夹杂物,提高钢水清洁度,并可以减少钢包粘渣,延长钢包使用寿命。与此同时也可以减少耐火材料,相应提高转炉出钢口耐火材料的使用寿命,为钢水精炼提供良好的条件。
我国最早使用的挡渣方法是1970年日本发明的挡渣球出钢挡渣法,目前广泛应用,从挡渣技术的发展趋势来看,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,当渣效果不很理想。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。但技术要求含量比较高,所以目前国内基本上都是采用实物挡渣法。
自从发明出钢挡渣法以来,各国为完善挡渣技术,发明了十几种挡渣方法,如:挡渣球法、挡渣塞法、挡渣料法、避渣罩法、滑板法、气动挡渣法、电磁挡渣法、出钢口吹气干扰涡流法、转动悬臂法、挡渣棒法、挡渣灌挡渣法、均流出钢口挡渣法、中间包法、截渣盘法、挡渣帽法、挡渣盖法、真空吸渣法、虹吸出钢法等。但目前国内广泛采用的主要为挡渣球和挡渣塞法,因此本文主要介绍此两种方法在转炉炼钢中的应用。
1 渣球挡渣法
此方法是1970年日本新日铁公司发明的挡渣球出钢挡渣法,其原理是利用挡渣球密度介于钢、渣之间,在出钢将结束时堵住出钢口以阻断渣流入钢包内。挡渣球的形状为球形,目前其结构一般分芯部和壳体两部分。制作工艺有两种,一种为芯部大多采用生铁屑压合块、铸铁块、小废钢坯等材料作骨架,外部包砌耐火泥料,采用高铝质耐火混泥土、耐火砖粉为掺合料的高铝钒土耐火混泥土或镁质耐火泥料,另一种壳体为铸铁,留有一孔,芯部可装沙子耐火泥,如装沙子,孔口需用耐火泥密封,此法制作比较简单,成本低兼,并能满足挡渣需要,故广为采用。
基于挡渣球挡渣工作的原理是当炉内有钢液时,挡渣球应处于漂浮状态,以便钢液由出钢口流出,钢液一旦出净,挡渣球应沉入渣底,及时将出钢口堵住,并且挡渣球的位置不受炉渣的运动左右。故挡渣球的比重应介于钢液与炉渣比重之间。钢液的比重约为7.15g cm3,炉渣的比重约为3.0～3.5g cm3,根据经验证明,挡渣球的比重一般为3.7～4.2g cm3为宜。挡渣球的直径要与转炉出钢口的直径相适宜,经实践证明出钢口的直径与挡渣球的直径之比为2:3时挡渣效果比较好。
目前转炉挡渣球挡渣操作多采用机械投球,直接投中率较低,大部分投在出钢口周围。而且出钢时,出钢口处形成的涡流旋涡的动力移动到出钢口。投球时间一般在出钢2 3时为宜。
用挡渣球挡渣操作其优点是成本较低,操作简单易行。其缺点是投球命中率低,挡渣球通常是以随波逐流的方式到达出钢口,然而由于钢渣黏性大,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净时堵住出钢口。另外又由于圆形挡渣球完全落在出钢口上,出钢口过早封堵的几率显著增加,降低了钢水收得率。其挡渣效果一般,在冶炼普通钢种时,对磷的要求不高,由于其成本低,操作简单,而国内炼钢厂冶炼的多为普通钢材,故被广泛采用,而在冶炼高质量钢时大多厂家均采用挡渣塞法。
2 挡渣塞挡渣法
此方法是1987年michaeldlabate总结了德国挡渣棒在英国使用的经验,发明了具有挡渣和抑制涡流双重功能的挡渣塞。该装置呈陀螺形,粗端有2～4个凹槽、4～8个棱角(凹槽可根据出钢口的大小进行调节),能够破坏钢水涡流,减少涡流卷渣,其结构如图(略)
其比重挡渣球稍大,介于4.2～4.8gcm3之间,目前一些厂家使之更简单化,整个陀螺体除有杆芯外,全部为耐火材料,只有在耐火材料中加入小废钢、铸铁块等以使达到合适的比重,降低了成本,使制作更加简单。
陀螺形挡渣塞加入时间也为在出钢量达到2 3时加入,通过投放车,因为其下部为导向杆,所以自动而准确的到达预定位置,因其陀体上有凹槽,实现了抑制涡流,且当挡渣塞本体堵住出钢口后,残钢仍能通过凹槽流至钢包内,故提高了钢水收得率。同时挡渣成功率能达98%左右,是国内许多企业采用的挡渣方法。
用挡渣塞挡渣法其优点是投放准确,挡渣成功率高,故在炼优质钢时被广泛采用。