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關(guān)于規(guī)范和優(yōu)化鈣處理技術(shù)的探討

2010-01-04 14:06徐磊天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠河北省涉縣056404
天津冶金 2010年6期
關(guān)鍵詞:鋼包水口鋼液

徐磊 (天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠,河北省涉縣 056404)

關(guān)于規(guī)范和優(yōu)化鈣處理技術(shù)的探討

徐磊 (天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠,河北省涉縣 056404)

介紹了鋼水鈣處理技術(shù)對(duì)夾雜物變性作用的基本原理,并分別從鈣處理?xiàng)l件、喂線技術(shù)參數(shù)、吹氬流量控制以及最佳處理時(shí)間等方面探討了規(guī)范和優(yōu)化鈣處理技術(shù)的幾項(xiàng)措施,以求最大程度地降低夾雜物含量,提高鋼水潔凈度。

鋼液 鈣處理 夾雜物 變性 優(yōu)化 探討

1 前言

天鐵冶金集團(tuán)煉鋼廠在連鑄生產(chǎn)過程中,特別是澆鑄鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí),常發(fā)生中包浸入式水口結(jié)瘤堵塞的問題,其中因Al2O3夾雜堵塞水口的比例占到2/3以上。如2008年10月至2009年9月,澆注鋁鎮(zhèn)靜鋼期間,共發(fā)生水口結(jié)瘤堵塞事故18次,其中14次是因?yàn)锳l2O3夾雜堵塞所致,其余4次為低溫絮流。究其原因發(fā)現(xiàn),工人對(duì)吹氬、喂絲工藝認(rèn)識(shí)不充分,不能規(guī)范化操作,而且生產(chǎn)中計(jì)量配置不齊全,影響了鈣處理技術(shù)的應(yīng)用和效果。為進(jìn)一步加強(qiáng)管理,必須從鈣處理?xiàng)l件、氣壓和氣量控制、喂線技術(shù)參數(shù)、吹氬等基本工藝規(guī)范和優(yōu)化入手,切實(shí)發(fā)揮應(yīng)有的冶金效果。

2 鈣處理對(duì)夾雜物的變性作用

鋁鎮(zhèn)靜鋼中的氧化物主要為團(tuán)絮狀A(yù)l2O3。將Al2O3簇狀?yuàn)A雜改質(zhì)為球狀鋁酸鈣夾雜的主要理論依據(jù)為CaO-Al2O3二元相圖。CaO和Al2O3可以生成5種化合物,其性能見表1。在煉鋼溫度下,生成CA6、CA2、C12A7的可能性更大[1]。鋁酸鈣是球狀?yuàn)A雜,較易從鋼液中除去,即使仍有少量殘留,它對(duì)鋼材性質(zhì)的影響也比固態(tài)氧化鋁小。

表1 mCaO·nAl2O3的性能

采用鈣處理工藝可以對(duì)鋼液中Al2O3和MnS等夾雜物進(jìn)行改性。即通過增加鋼中有效鈣含量,一方面使大顆粒Al2O3夾雜物變成低熔點(diǎn)復(fù)合夾雜物,促進(jìn)其上浮,凈化鋼水;另一方面,在鋼水凝固過程中提前形成的高熔點(diǎn)CaS(熔點(diǎn)2 500℃)質(zhì)點(diǎn),可以抑制鋼水在此過程中生成MnS的總量和聚集程度,并把MnS部分或全部改性成CaS,即形成細(xì)小、單一的CaS相或CaS與MnS的復(fù)合相[2]。

3 鈣處理效果的影響因素及規(guī)范要求

3.1 鈣處理?xiàng)l件

要處理Al2O3夾雜,必須有合適的Ca/Al比,據(jù)文獻(xiàn)介紹,當(dāng)鋼中Ca/Al>0.14可減少水口堵塞;要獲得較高的球狀?yuàn)A雜物比率,要求Ca/T[O]=0.7~1.2[2]。此外,處理硫化物夾雜,必須有合適的Ca/S比,當(dāng)鋼液中Ca/S≥1.2時(shí)能取得滿意的處理效果[3]。鈣的沸點(diǎn)為1 484℃,它在鋼液中的溶解度很小,因此要想最經(jīng)濟(jì)地達(dá)到合適的Ca/Al、Ca/T[O]和Ca/S,必須降低鋼水中的T[O]和[S]之后再進(jìn)行鈣處理。對(duì)于普通鋁鎮(zhèn)靜鋼,為提高鈣處理轉(zhuǎn)變Al2O3為C12A7的效率,應(yīng)控制鋼水中的硫含量小于0.01%[2]。

3.2 喂線深度和速度

包芯線喂入一定深度時(shí)開始熔落,其深度應(yīng)保證熔落分散的鈣氣泡受到較大的鋼水靜壓力,促使其在浮到鋼液面以前就盡可能完全消耗。

合適的喂線速度可以提高鈣的收得率。如果速度過快,一方面會(huì)因局部產(chǎn)生的大量鈣蒸氣而使得鋼液劇烈翻騰,大量鈣蒸氣直接揮發(fā)到空氣中;另一方面因鈣蒸氣來(lái)不及溶解而大量上浮,從而降低其收得率。反之,如果速度過慢,會(huì)導(dǎo)致喂入深度不足,在其能完全溶解于鋼液前便上浮到鋼液面而浪費(fèi)掉。

相關(guān)文獻(xiàn)[4-5]均指出喂線適宜的深度范圍為0.65~0.75H,H為鋼包液面高度(m)。這樣才會(huì)在喂線后的吹氬、成分調(diào)整中起作用。達(dá)到這樣的深度需要一定的喂線速度來(lái)保證。喂CaSi線時(shí)其速度可參照下式[6]:

式中:VCaSi——CaSi線的喂入速度,m/s

W——鋼水重量,t

δ——CaSi線包覆鋼帶的厚度,m

D——CaSi線直徑,m

本廠的 W 取 44 t,δ=3.4×10-4m,D=0.013 m,容易得到VCaSi=2.2 m/s,即喂線速度參考值為132m/min。但目前實(shí)際喂線速度僅為1.8 m/s,需要進(jìn)一步提高。

3.3 喂線位置

喂線位置對(duì)于鈣元素的收得率有很大影響,硅鈣線喂入點(diǎn)的水平位置應(yīng)選擇在鋼液下降流的中心位置,這樣無(wú)論Ca是以氣態(tài)還是以液態(tài)進(jìn)入鋼液,都會(huì)在下降流的作用下,強(qiáng)制其下降,然后再上浮,或隨包底抽吸流被帶到透氣磚的上升流中去,從而延長(zhǎng)了其在鋼液中的停留時(shí)間,使其充分發(fā)揮作用[7]。

3.4 喂線

掌握最佳喂線量很困難,但它卻是既能達(dá)到鈣處理目的又能降低成本的關(guān)鍵,生產(chǎn)中不能不考慮。喂線量過大,導(dǎo)致鈣含量偏高,當(dāng)鈣含量超過一定含量時(shí)(~34×10-6),CaS 開始析出,能夠迅速惡化鋼水的流動(dòng)性和可澆性[8],另外,鋼水中ω[Ca]高會(huì)發(fā)生水口侵蝕問題。喂線量過小,不足以使Al2O3夾雜全部改質(zhì),達(dá)不到鈣處理目的。實(shí)踐中,最佳喂入量需要根據(jù)芯線的種類和質(zhì)量來(lái)確定。

傳統(tǒng)的CaSi線喂入量是基于鈣能夠與鋼水中Al2O3結(jié)合成C12A7得出的。按鈣收得率12%左右計(jì)算,鈣喂入量為0.21 kg/t左右。本廠CaSi線Ca含量28%,芯粉質(zhì)量≥220 g/m,折合CaSi線用量為3.4m/t,每爐平均用量為150 m,這與本廠對(duì)鋁鎮(zhèn)靜鋼的工藝要求基本一致。

3.5 吹氬流量控制

鋼包底吹氬條件下鋼液中夾雜物的去除主要依靠氣泡的浮選作用,即夾雜物與氣泡碰撞并粘附在氣泡壁上,然后隨氣泡上浮而被去除。大顆粒夾雜物更容易被氣泡捕獲,而小氣泡比大氣泡更有利于捕獲夾雜物。采用高強(qiáng)度吹氬,只能使氣泡粗化而達(dá)不到有效去除夾雜物的目的[9]。影響夾雜物上浮效果的決定因素是噸鋼攪拌功率和攪拌時(shí)間,通過改變氬氣流量的大小,把攪拌功率調(diào)到一個(gè)合適的范圍內(nèi),既不卷渣,又有利于夾雜物聚集上浮。

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),為均勻成分和溫度,促進(jìn)夾雜物排除,同時(shí)避免大面積裸露鋼液或發(fā)生鋼渣卷混現(xiàn)象,降低氬氣的消耗,文獻(xiàn)[10]推薦采用低氣量操作,對(duì)于小于50 t的鋼包,可采用100L/min~200 L/min或低于100 L/min。我廠吹氬平臺(tái)因未設(shè)流量表,吹氬強(qiáng)度以吹氬點(diǎn)裸露鋼液面直徑不大于300 mm為準(zhǔn)。實(shí)踐表明,選用氬氣壓力在0.25~0.35 MPa,處理效果較為理想。

3.6 吹氬處理時(shí)間

(1) 喂線前吹氬時(shí)間

喂線過程“同時(shí)吹氬”已經(jīng)成為大多數(shù)人的共識(shí),但是喂線前吹氬更加有利于鋼液的混勻,有利于喂線時(shí)鈣的充分利用。顏根發(fā)認(rèn)為喂線應(yīng)該滯后吹氬一個(gè)環(huán)流時(shí)間(to)[11]。表2是他給出的喂線前吹氬參數(shù)推薦值。表2喂線前吹氬參數(shù)推薦值

鋼包容量 /t ≤20 25~45 50~75 100~180 210~275 310吹氬流量L/min 100 200 300 400 500 600吹氬時(shí)間底吹 0.5 0.05 0.05 0.05.0.5 1.0/min 頂吹 0.5 0.5 0.5 1.0 - -

(2) 喂線后吹氬時(shí)間

喂線后為排除遺留在鋼液中的反應(yīng)產(chǎn)物,就要保證一定的吹氬時(shí)間。整個(gè)吹氬過程包括均混時(shí)間和鋼液凈化時(shí)間。

根據(jù)全浮力模型的觀點(diǎn),驅(qū)動(dòng)鋼液流動(dòng)的能量是由氣泡浮力作功提供的。文獻(xiàn)[10]給出了定量估算氣體抽引鋼液量并進(jìn)行循環(huán)計(jì)算的公式,即:

式中:H——鋼液深度,m

V鋼——被氣體抽引至頂面的鋼水量,m3/s

V氣——吹氬量,m3/s

根據(jù)本廠生產(chǎn)實(shí)際,吹氬量取0.2 m3/min,H為1.9 m,容易計(jì)算出V鋼=0.5 m3/s,即每12 s鋼液可在鋼包內(nèi)循環(huán)一次。若均混時(shí)間相當(dāng)于3倍的循環(huán)周期[12],一般純吹氬量0.1m3/min~0.2 m3/min時(shí)其混勻時(shí)間為 36~ 47 s。

為充分排除鋼中夾雜,吹氬攪拌時(shí)間可按循環(huán)時(shí)間推算。計(jì)算結(jié)果表明,兩者所需時(shí)間大致相等。因此,在鋼液溫度無(wú)需調(diào)節(jié)或只富裕5℃左右時(shí),也應(yīng)爭(zhēng)取吹氬36~47 s。這樣鋼液仍可實(shí)現(xiàn)2~4次循環(huán),即降溫不多,還可將鋼液的成分、溫度顯著均勻,有助于提高澆鑄質(zhì)量。生產(chǎn)中,要求盡可能長(zhǎng)時(shí)間吹氬,不僅達(dá)到成分、溫度均勻的目的,還可提高鋼水純凈度。因此我廠要求吹氬處理時(shí)間控制在6~8 min。

4 鈣處理效果的討論

鋼水鈣處理時(shí),若鋼中溶解鈣和酸溶鋁含量控制不當(dāng),即Al2O3夾雜物改性不充分,非但不能生成液態(tài)的12CaO·7Al2O3,反而可能產(chǎn)生高熔點(diǎn)的固態(tài)鈣、鋁復(fù)合夾雜,不僅起不到凈化鋼水和解決水口堵塞的作用,結(jié)瘤現(xiàn)象反而會(huì)比沒有進(jìn)行鈣處理時(shí)更嚴(yán)重。

鋼水氧化性強(qiáng)弱對(duì)后續(xù)鈣處理的效果有直接影響。如果轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量過高,就會(huì)造成脫氧產(chǎn)物增多,后續(xù)鈣處理比較麻煩。從目前脫氧操作來(lái)看,鋼水氧含量基本上控制在60×10-6上下,為后續(xù)鈣處理創(chuàng)造了條件。根據(jù)我廠經(jīng)驗(yàn),當(dāng)Ca/Al>0.20時(shí),涮水口現(xiàn)象嚴(yán)重;當(dāng)喂線不足,即Ca/Al<0.08時(shí),水口容易絮流。正常澆注情況下,Ca/Al則保持在0.10~0.18,比值越大,表觀拉坯速度相對(duì)越大。對(duì)于硫含量超過0.020%的鋼水,為保證鈣處理效果,處理前進(jìn)行鋼包內(nèi)脫硫(電石+螢石),不僅節(jié)約硅鈣線用量,而且有效減少了高熔點(diǎn)(CaO)m·(Al2O3)n聚合物的生成。

以我廠TM85軟線鋼的開發(fā)為例:開發(fā)初期,采用純鋁脫氧,每爐喂CaSi線80 m~100 m,生產(chǎn)時(shí)頻繁絮流,開臺(tái)成功率不足50%。后改為150 m/爐,情況有很大改善,如今每爐喂FeCa線200 m并對(duì)脫氧合金結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整,再未出現(xiàn)開臺(tái)中包浸入式水口結(jié)瘤情況。

通過規(guī)范操作,目前連鑄單包連澆爐數(shù)最高可達(dá)25爐,而且水口穿鋼事故減少36.7%,經(jīng)金相檢測(cè)發(fā)現(xiàn),鋼材夾雜物尺寸明顯減小,且成球狀的居多,說(shuō)明鈣處理達(dá)到了預(yù)期效果。

5 結(jié)論

5.1 本文通過探討各種鈣處理?xiàng)l件及參數(shù),明確了規(guī)范和優(yōu)化鈣處理的出發(fā)點(diǎn)與改進(jìn)措施。同時(shí)從理論上確定了我廠的處理工藝參數(shù)參考值,即要求鋼水硫含量低于0.01%,喂線深度在0.65~0.75H,速度132 m/min,喂入量平均150 m/爐,底吹氬氣壓力控制在0.25~0.35 MPa等。

5.2 具體而優(yōu)化的生產(chǎn)數(shù)據(jù)需要操作者在日常生產(chǎn)中認(rèn)真總結(jié),鑒于我廠的實(shí)際條件,應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)設(shè)備改造,科學(xué)合理地把握生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

5.3 應(yīng)抓緊崗前培訓(xùn),不斷提高職工的技術(shù)業(yè)務(wù)素質(zhì)。

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Discussion on Standardization and Optimization of Calcium Treatment Technique

Xu Lei

The paper describes the basic principle of liquid steel calcium treatment technique influencing inclusion denaturation,and discusses measures standardizing and optimizing calcium treatment technique from perspectives of calcium treatment conditions,technical parameters of wire feeding,argon flow to optimal treatment time In order to minimize inclusion content in liquid steel and improve steel cleanliness,

liquid steel,calcium treatment,inclusion,denaturation,optimization,discussion

(收稿 2010-08-05 責(zé)編 趙實(shí)鳴)

徐磊,男,武漢科技大學(xué)冶金工程專業(yè)畢業(yè),助理工程師,現(xiàn)在天津天鐵冶金集團(tuán)煉鋼廠從事轉(zhuǎn)爐煉鋼工作。

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