國(guó)內(nèi)外鋼包的粘渣及其對(duì)策_(dá)姚金甫

1、·綜合論述·國(guó)內(nèi)外鋼包的粘渣及其對(duì)策姚金甫(上海寶鋼集團(tuán)公司摘要闡述了國(guó)內(nèi)外鋼包的粘渣狀況及減輕粘渣的措施, 并通過分析概括, 提出了鋼包粘渣的主要原因和減輕粘渣的對(duì)策。關(guān)鍵詞鋼包粘渣對(duì)策SLAG BUILDUP IN LADLE AND C OUNTERMEASURESY AO Jinfu(Shang hai Baosteel Gro up Co rp . ABSTRACTThe slag buildup in ladle and co unterm easures a re expounded . M ain causes of slag buildup a nd co

2、 unterm easures are analy zed and sum marized. KEY W ORDS ladle, slag buildup, countermeasure 1前言隨著爐外精煉和高品質(zhì)鋼生產(chǎn)比例的增加, 鋼包已成為爐外精煉的一種重要功能設(shè)備, 擔(dān)負(fù)起越來越多的鋼水精煉任務(wù)。然而, 不少連鑄鋼廠遇到了非常困難的問題, 即連鑄鋼包在使用過程中包壁會(huì)產(chǎn)生粘渣或結(jié)瘤現(xiàn)象, 并且隨著鋼包使用次數(shù)的增加粘渣層會(huì)越積越厚。鋼包粘渣后, 造成有效容積減少, 制約了高爐和轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力; 并且空包重量增加, 很容易達(dá)到或超過行車的最大起吊重量, 給行車的運(yùn)行帶來安全隱患。因此對(duì)粘渣

3、超重的鋼包只好提前拆除。這樣, 鋼包包齡降低, 耐材消耗和噸鋼成本增加, 使鋼包周轉(zhuǎn)緊張甚至無法正常周轉(zhuǎn)。不但拆包、砌包的工作量增加, 并且由于粘渣物非常堅(jiān)硬, 往往夾雜冷鋼, 造成拆包非常困難, 拆包機(jī)損壞和修理次數(shù)增加。隨著鋼包的反復(fù)使用操作, 有些粘渣物會(huì)重新進(jìn)入熔融鋼中, 對(duì)鋼水產(chǎn)生污染。由于粘渣層往往厚薄不均, 且部位不同, 粘渣情況不同, 因此給鋼包包襯的殘厚判斷帶來了困難。殘厚判斷不準(zhǔn)確, 嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生漏鋼事故。因此, 減輕或消除鋼包內(nèi)襯上的粘渣物是許多鋼廠所面臨的迫切任務(wù)。2國(guó)內(nèi)外鋼包的粘渣及其對(duì)策2. 1國(guó)內(nèi)情況國(guó)內(nèi)鋼包包壁普遍采用高鋁磚、鋁鎂碳磚、不燒鋁鎂磚和鋁鎂澆注料(或

4、剛玉尖晶石澆注料、礬土尖晶石澆注料 。寶鋼一煉鋼的連鑄鋼包在投產(chǎn)初期就出現(xiàn)嚴(yán)重的粘渣結(jié)瘤現(xiàn)象。對(duì)于連鑄包粘渣問題, 連鑄耐材攻關(guān)組提出以下措施:化渣技術(shù)、噴涂保護(hù)層和修補(bǔ)包壁局部熔損部位、鋼種調(diào)節(jié)包壁掛渣量、耐材質(zhì)量控制、鋼包襯磚的殘厚管理制度。2號(hào)高爐投產(chǎn)后, 鋼產(chǎn)量明顯增加, 鋼包周轉(zhuǎn)加快, 粘渣、結(jié)瘤現(xiàn)象減少了。由此說明, 鋼包周轉(zhuǎn)越快, 急冷急熱越少, 鋼包襯開裂越少, 則粘渣就輕。目前寶鋼一煉鋼和二煉鋼的連鑄鋼包均出現(xiàn)嚴(yán)重的粘渣現(xiàn)象。就一煉鋼而言, 粘渣(超重 的情況很嚴(yán)重。新鋼包(鋼包殼加新砌筑的耐火材料 的重量為127132t , 但由于粘渣, 有時(shí)空包重量會(huì)達(dá)到145t, 對(duì)行

5、車的運(yùn)行安全帶來很大危險(xiǎn)?？瞻亓砍^135t 的比例一般在20%30%, 多則高達(dá), 鋼包包壁粘渣的狀況, 一般新包并不粘渣, 到50爐左右以后才開始粘渣, 到8090爐粘渣超重達(dá)到頂峰。超重的鋼包不僅粘渣層厚, 包口也嚴(yán)重結(jié)渣。粘渣層往往夾雜冷鋼, 含冷鋼較多的部位, 榔頭敲擊冒火星。由于下渣線部位熔損較快, 因此, 較多的情況是, 在上渣線以下至下渣線以上部位形成厚厚的粘渣層。分析表明, 冷鋼對(duì)粘渣層起了錨固作用, 冷鋼的存在使含有高熔點(diǎn)相的粘渣物更加堅(jiān)固。整體包反復(fù)使用后由于開裂, 導(dǎo)致熔鋼、渣滲入, 較多形成澆注料冷鋼澆注料冷鋼的夾心結(jié)構(gòu)。有些鋼包60爐左右由于粘渣超重只好提前拆除,

6、 這樣嚴(yán)重影響了鋼包的包齡, 原來磚砌包的平均包齡130爐以上, 現(xiàn)在只有105爐左右。武鋼的連鑄鋼包也存在嚴(yán)重的粘渣現(xiàn)象。通過采用在包壁噴涂高硅質(zhì)材料, 取得了明顯的減輕粘渣的效果。使用中這種高硅質(zhì)涂料表面形成高粘度的玻璃狀物質(zhì), 使渣難于附著。然而, 這種方法會(huì)產(chǎn)生鋼水增硅的負(fù)面影響。武鋼的連鑄鋼包襯磚近年進(jìn)行了改進(jìn)。為了解決Al 2O 3-Mg O-C 包襯在鋼水精煉過程中的增碳問題, 進(jìn)行了無碳尖晶石磚的試用。無碳尖晶石磚在武鋼第二、第三煉鋼廠的試用表明,使用壽命達(dá)到了Al 2O 3-Mg O-C 包襯的80次水平。由此說明, Al 2O 3Mg O-C 磚雖然具有整體性和耐侵蝕性好的

7、特點(diǎn), 但由于含有高導(dǎo)熱的石墨, 鋼包散熱多, 使鋼水溫度下降, 反而造成粘渣。無碳尖晶石磚導(dǎo)熱率較低, 鋼包散熱較少, 且耐侵蝕性好, 所以粘渣較少。陜西略陽鋼鐵廠使用超微粉凝聚結(jié)合的高鋁尖晶石澆注料, 與Al 2O 3-Mg O 澆注料相比該澆注料具有密度高、蝕損小且不易掛渣的特點(diǎn), 使鋼水在純凈度和保溫性能方面均有較好改善。武漢冶金科技大學(xué)研制的高性能Al 2O 3-Mg O 澆注料, 由于基質(zhì)組成無變點(diǎn)溫度高, 且CA 6成針狀結(jié)晶, 可抑制顆粒、晶粒的滑移。在寶鋼300t 鋼包上試用, 粘渣較少。上述情況表明, 鋼包襯如果開裂剝落少、耐侵蝕性好, 則粘渣較少、壽命較長(zhǎng)。表1為國(guó)內(nèi)幾個(gè)

8、鋼廠鋼包的操作條件。連鑄鋼包都要進(jìn)行爐外精煉, 盛鋼時(shí)間都很長(zhǎng)。寶鋼的出鋼溫度較低, 鋼包盛鋼時(shí)間較長(zhǎng), 這樣至連鑄終點(diǎn), 由于溫降鋼包渣的粘度較大, 并且鋼包壽命較長(zhǎng), 這些因素只會(huì)使粘渣加重。表1國(guó)內(nèi)一些鋼廠連鑄鋼包的使用條件Table 1O perating conditio n of co ntinuo us casting ladle in so me do mestic steel wo r ks廠名寶鋼一煉鋼武鋼二煉鋼武鋼三煉鋼攀鋼出鋼溫度/1650165017101670171016801700鋼包容量/t30090300160盛鋼時(shí)間/min90150559590120100

9、150鋼水處理底吹氬, RH OB 底吹氬, RH 底吹氬, RH 底吹氬, RH 方式或C AS O B 精煉真空處理真空處理真空處理, LF 電加熱冶煉鋼種鋁鎮(zhèn)靜鋼、鋁硅鎮(zhèn)靜鋼硅鋼、超低碳鋼連鑄比/%7010060鋼包工作襯厚度/mm170125170鋼包壽命/次130(磚砌包97(磚砌包80(磚砌包90(磚砌包250(整體包2. 2國(guó)外情況國(guó)外的連鑄鋼包也出現(xiàn)粘渣結(jié)瘤現(xiàn)象。從減輕粘渣的措施來看, 主要集中在采用隔熱層、加鋼包蓋、鋼包預(yù)熱和加快周轉(zhuǎn)等。2. 2. 1有關(guān)鋼包保溫方面的情況為了提高抗堿性渣的能力, 前蘇聯(lián)使用過焦油或?yàn)r青結(jié)合的熱處理鈣鎂磚。但發(fā)現(xiàn)在使用后半期, 桶襯會(huì)掛渣結(jié)瘤

10、, 在清除“結(jié)瘤”時(shí)桶襯耐火材料提前損壞。防止“結(jié)瘤”的措施是, 在兩次澆注之間加熱桶襯并加蓋保溫。美國(guó)由高鋁磚改用白云石磚后產(chǎn)生的包襯掛渣問題通過控制加入鋼包中的石灰量、較高的預(yù)熱溫度(預(yù)熱到1000 和加鋼包蓋這些措施基本上能解決。但是還需定期用風(fēng)動(dòng)掘鑿器清理包壁上部的殘磚。由于堿性和高鋁耐火材料的導(dǎo)熱性高, 用作桶襯熱損失較大, 造成盛鋼桶鋼水溫度下降。為了使堿性和高鋁盛鋼桶內(nèi)襯達(dá)到比較高的壽命, 必須使桶襯溫度在兩次澆注之間的溫降不低于8001000。措施是, 在等待出鋼和更換水口磚及滑板的時(shí)候, 使用保溫蓋; 采用莫來石剛玉質(zhì)或鎂鉻質(zhì)座磚; 盛鋼桶在加熱臺(tái)上高溫加熱。為了提高鋼包襯的

11、耐侵蝕性, 澳大利亞因使用高鋁磚代替鋯英石和葉蠟石。高鋁內(nèi)襯開始試驗(yàn)時(shí)有結(jié)瘤現(xiàn)象, 認(rèn)為這種情況可通過在鋼廠采用的高鋁襯上安裝改進(jìn)的預(yù)熱設(shè)備予以排除。日本歌山制鐵所當(dāng)鋼包襯采用Al 2O 3-Spinel 質(zhì)澆注料代替鋯英石磚后, 鋼水溫度下降, 使連鑄時(shí)鋼水溫度偏低, 并且鋼包壁粘渣, 使鋼包的受鋼量減少。在鋼包側(cè)墻采用隔熱材料和低導(dǎo)熱澆注料后, 對(duì)抑制鋼包粘渣取得了顯著的效果。2. 2. 2機(jī)械清渣和加石灰等措施美國(guó)雀點(diǎn)鋼廠在1985年期間鋼包包壁使用樹脂結(jié)合的高純白云石磚, 鋼包使用期間包襯上不斷形成掛渣, 使白云石鋼包的重量增加, 為了保持鋼包容量, 需要不斷地清除這些掛渣, 在一些情

12、況下, 清除掛渣會(huì)損壞包襯。方鎂石鉻質(zhì)混凝土磚, 使用過程中觀察到盛鋼桶襯的渣層和金屬層增厚, 即出現(xiàn)掛渣現(xiàn)象。提出減少掛渣的措施, 向盛鋼桶加入蛭石, 采用火焰清理及噴補(bǔ)等。Al 2O 3-Spinel 質(zhì)澆注料鋼包與鋯英石質(zhì)澆注料鋼包相比, 鋼水溫度降低510。Al 2O 3-Spinel 質(zhì)澆注料鋼包從澆鋼100次左右開始產(chǎn)生沉積, 沉積物是以Al 2O 3為主體的高熔點(diǎn)化合物, 可以認(rèn)為它是源于脫氧生成物的附著物。為了控制沉積, 有必要將生成的Al 2O 3變?yōu)榈腿埸c(diǎn)化合物, 向鋼包內(nèi)添加了CaO 。2. 2. 3有關(guān)減輕粘渣的專利由于盛鋼桶內(nèi)襯在某種程度上總是存在熱傳導(dǎo), 結(jié)果襯磚表

13、面附近的熔融金屬漸漸變冷并凝固, 最終結(jié)瘤, 因此澆鋼后必須清除結(jié)瘤。解決方法是, 在鋼包內(nèi)襯表面上涂敷一層鎂鉻質(zhì)耐火涂料。涂料硬化后有足夠強(qiáng)度, 在鋼包的整個(gè)工作溫度下始終不與耐火內(nèi)襯結(jié)合, 清除結(jié)瘤時(shí)這種特殊涂層容易弄破, 從而對(duì)耐火內(nèi)襯的損傷和破壞減小到最低程度。該方法的局限是, 采用鎂鉻質(zhì)涂料后, 還需進(jìn)行機(jī)械清理; 并且應(yīng)環(huán)保要求, 在全球含鉻耐材有減少和限制使用的傾向。物的沉積, 造成鋼包容積減少。并且隨著鋼包的多次操作, 一部分粘渣物會(huì)重新進(jìn)入鋼包, 影響鋼水的質(zhì)量。為了解決這個(gè)問題, 鋼包襯采用Al 2O 3為70%95%、SiC(細(xì)顆粒 5%20%的高鋁SiC 磚, 通過提高

14、鋼包襯的耐侵蝕性來減輕粘渣。該方法的局限是, 雖然磚中的SiC 氧化形成的SiO 2在高溫下形成玻璃相, 不易粘渣, 但SiC 氧化后磚的耐侵蝕性和強(qiáng)度變差, 且SiC 氧化形成的SiO 2會(huì)產(chǎn)生鋼水增硅的傾向。3鋼包粘渣的原因及減輕粘渣的措施根據(jù)以上國(guó)內(nèi)外鋼包的粘渣情況, 總結(jié)起來, 粘渣的原因有煉鋼工藝、鋼種、鋼包的周轉(zhuǎn)快慢、鋼包的保溫、耐火材料材質(zhì)和質(zhì)量等, 如表2所示。表2鋼包粘渣的原因Ta ble 2Causes of ladle buildup項(xiàng)目粘渣的原因?yàn)R渣護(hù)爐轉(zhuǎn)爐進(jìn)行濺渣護(hù)爐時(shí)粘渣較嚴(yán)重爐外精煉LF 處理時(shí)包齡低, 粘渣較輕, RH 和CAS 處理粘渣較嚴(yán)重連鑄連鑄時(shí)間越長(zhǎng),

15、 鋼包溫降越多, 渣粘度大, 易引起粘渣鋼種煉鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)生成大量脫氧產(chǎn)物Al 2O 3, 造成粘渣較嚴(yán)重鋼包周轉(zhuǎn)鋼包停留等待時(shí)間越多, 即鋼包周轉(zhuǎn)越慢, 越易產(chǎn)生粘渣鋼包蓋不用鋼包蓋, 鋼水溫降大, 易引起粘渣保溫層包襯無保溫層, 鋼包散熱快, 易引起粘渣耐材材質(zhì)蠟石磚、鎂碳磚和鋁鎂碳磚粘渣較輕, 高鋁磚、不燒鋁鎂磚、鋁鎂(或鋁尖晶石 澆注料粘渣較嚴(yán)重耐材質(zhì)量耐火材料高溫收縮大、開裂多, 粘渣較嚴(yán)重耐材熔損RH 浸漬管鎂質(zhì)噴補(bǔ)料、RH 鎂鉻磚和鋼包鎂質(zhì)噴補(bǔ)料熔損進(jìn)入鋼包渣, 增加渣的粘度包口結(jié)渣鋼包口結(jié)渣使包口有效面積減小, 造成倒渣不干凈表3減輕鋼包粘渣的措施Ta ble 3Co unter

16、measures o f ea sing ladle buildup類別具體措施煉鋼工藝提高轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣操作水平, 減少轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)入鋼包控制使用中的鋼包數(shù)量減少鋼包等待時(shí)間受鋼前鋼包加熱鋼包保溫使用中采用鋼包蓋采用有效的鋼包保溫劑永久襯采用隔熱層包壁采用低導(dǎo)熱澆注料耐火材料提高砌筑質(zhì)量, 控制磚縫尺寸減小包襯的熱應(yīng)力, 提高抗熱震能力, 減少開裂提高RH 浸漬管鎂質(zhì)噴補(bǔ)料、鎂鉻磚、鋼包鎂質(zhì)噴補(bǔ)料和鎂碳磚的耐侵蝕性, 減小其熔損提高包底和座磚的壽命, 減少小修次數(shù)其他及時(shí)清理包口結(jié)渣對(duì)包壁明顯熔損和剝落部位及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ), 以免渣和熔鋼滲入而加劇粘渣超重爐后和精煉時(shí)加石灰, 使鋼包渣充分熔化(

17、83;72·鋼鐵第37卷參考文獻(xiàn)1A zapagic A . Life Cycle Assessm ent a nd Its Applicatio n to Pro cess Selectio n , Desig n a nd Optimiza tio n . Chemi-cal Eng ineering Jour na l, 1999, 73:121.2Ar esta M , Galato la M. Life Cycle Analy sis Applied to the Assessment o f the Env iro nmental Impact o f Alter -na

18、tiv e Sy nth etic Process . T he Dime thy lca rbonate Case :Par t 1. Jour nal of Cleaner Pro duction , 1999, (7:181193.3V er scho or A H, Reijnders L. Th e U se of Life Cy cle M eth ods by Sev en M a jor Companies. J o urnal of CleanerPro duction, 1999, (7:375382.4Michaelis P , Jackso n T , Clif t R

19、 . Ex erg y A nalysis o f the Life Cycle of Steel . Energ y , 1998, 23(3:213220. 5Gra edel T E, Alle nby B R, Com rie P R. M a trix Appr oaches to Abridg ed Life Cycle Assessment. Envir onmen-ta l Science and T echnolog y , 1995, 29(3:136A 140A.6Eag a P, W einberg L. Application o f A naly tic Hie r

20、archy Pro cess Techniques to Str ea mlined Life Cycle Analysis o f Tw o Anodizing Pr ocesses . Envir onmental Science a nd Techno log y , 1999, 33(9:14951500.7Hendrickson C, Ho rv ath A, Joshi S. et al . . Eco no mic Input-output M o dels for Envir onmental Life Cycle As-sessment. Env iro nme ntal Scie