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鋼包粘渣后,會引起以下問題:
(1)鋼包包底粘渣后，鋼包透氣磚表面被渣粘附，造成熱修清理透氣磚困難，嚴重影響了鋼包透氣磚底吹效果，對生產造成威脅;
(2)造成鋼包容積減小,鋼液面上升,并且精煉時鋼渣會上浮至包口,使包口結渣、結冷鋼,嚴重影響鋼包鑄余渣的翻凈;
(3)造成鋼包重量增加,直接影響起吊行車的運行安全;
(4) 由于粘渣物非常堅硬且與鋼包襯結合牢固,去除十分困難,拆除時間長,造成鋼包修理周期長,造成鋼包周轉緊張。
影響鋼包粘渣的因素主要有耐火材料材質、轉爐渣的成分、鋼包保溫劑、冶煉鋼種、鋼包周轉速度、鋼包維護及保溫方法等。
耐火材料材質
鋁鎂碳磚鋼包和無碳磚鋼包使用過程中都會產生粘渣現(xiàn)象,從使用過程中可以看出,新的鋼包一般粘渣不嚴重,但是隨著使用次數(shù)的增加,包襯表面變得凹凸不平, 在鋼包頻繁的冷熱交替使用中, 鋼包內襯出現(xiàn)較多的微細裂紋,使渣和冷鋼極易粘附、滲透,如此循環(huán)和長期堆積,使內襯表面狀況更差,粘渣越來越嚴重。但粘渣的情形和原因有所不同。
無碳預制塊鋼包使用的前期開始逐漸粘渣,中期粘渣達到高峰,后期鋼包重量有所回落;鋁鎂碳磚一般在使用中期以后開始粘渣。
分析原因,這與包襯材料的材質及其抗侵蝕性不同有關。無碳磚鋼包磚縫比鋁鎂碳磚的大,磚縫首先受到侵蝕,磚縫處凹陷,渣容易粘附。無碳磚鋼包大修時,發(fā)現(xiàn)工作層背面常常夾著冷鋼,說明無碳磚的磚縫抗?jié)B透性較差。鋁鎂碳磚鋼包在使用過程中基本沒有縫隙,抗?jié)B透性明顯好于無碳磚鋼包。
Al2O3-MgO-C磚雖然具有整體性和耐侵蝕性好的特點,但由于含有高導熱的石墨,鋼包散熱多,使鋼水溫度下降,也會造成粘渣;鋁鎂碳磚的石墨發(fā)生氧化后，磚體出現(xiàn)松散和空隙,熔渣和熔鋼回沿空隙滲入很深。
就耐火材料本身而言,引起粘渣的主要原因是鋁鎂碳磚、剛玉尖晶石質預制塊磚中的Al2O3和SiO2極易與渣中的CaO、MgO等成分反應,形成一些高熔點的物質粘附在包襯表面,在粘附層與耐火材料之間易滲入鋼水,加速鋼包的粘渣。根據(jù)以上的分析,鋼包粘渣與耐火材料的抗渣侵蝕性和滲透性有很大的關系。包襯材料的抗侵蝕性好,抗?jié)B透性好,裂紋少,就不容易粘渣。
鋼包渣的影響
武鋼三煉鋼的二次精煉設備有鋼包吹氬站、RH和LF,需要在鋼包中進行脫氧、脫硫、脫碳、脫氣、合金成分微調、去除非金屬夾雜及夾雜物變性處理、鋼水的溫度控制等。因此,鋼種不同,精煉方式不同,鋼包渣的成分也就不同。鋼包渣的成分在很大范圍內變化,不同成分的鋼包渣對粘渣的影響會有所不同,下面從渣粘度的角度進行分析。鋼包粘渣與渣的粘度會有一定的關系,渣粘度越大越容易粘渣。對于均勻性的熔渣的粘度服從牛頓黏滯液體的規(guī)律：
η=B0eEη/ (RT)
式中,B0為常數(shù),N·s·m-2;Eη為粘流活化能,J·mol-1。粘度決定于移動質點的活化能。在相同溫度條件下,不同成分含量熔渣的Eη不同,粘度也就不同。溫度升高熔渣的粘度降低。
在硅酸鹽渣系中，硅氧絡離子的尺寸遠比陽離子的尺寸大,移動時，需要的粘流活化能也最大，因此，SixOyZ-成為熔渣中主要的黏滯流動單元。當熔渣的組成改變，引起SixOyZ-解體或聚合，從而結構改變時，熔渣的粘度會相應地降低或提高。
在調整低堿度熔渣的粘度時，CaO、MgO、Na2O、FeO等堿性氧化物均有較大的作用，其中二價金屬的氧化物比一價金屬的氧化物的作用大，因為在離子摩爾數(shù)相同的基礎上, 一價金屬如K+、Na+帶入的O2-比二價金屬，如Ca2+帶入的O2-的作用(離子數(shù)少1/2)較小。
CaF2在調整粘度上的顯著的作用，因為它引入的F-和O2-同樣，能起到使硅氧絡離子解體的作用。實踐證明，CaF2調整低堿度熔渣的粘度的作用比CaO、Na2O等堿性氧化物的作用強。這是因為CaF2比CaO引入靜電勢較小，而數(shù)量較多的使SixOyZ-解體的F-離子;另一方面，CaF2又能與高熔點氧化物CaO、MgO、Al2O3形成低熔點共晶體。提高熔渣的過熱度及均勻性，也使粘度得以降低。
酸性氧化物能使粘滯流動單元尺寸變大,所以能提高粘度。Al2O3是兩性氧化物,在堿度高時,Al的配位數(shù)為4,形成與SiO2相同的四面體結構,流動單元變大,粘度增加;堿度低時,Al的配位數(shù)為6,形成八面體結構,粘度減小。能使煉鋼渣粘度顯著增大的組分是MgO和Cr2O3。當它們的含量超過在熔渣的溶解度(w(MgO)>10%~20%，w(Cr2O3)>5%~6%時,渣中就有難溶解的固相物,如方鎂石、鉻鐵礦、尖晶石(FeO·Cr2O3，MgO·Cr2O3)出現(xiàn)。如加入的石灰過量，例如CaO的質量分數(shù)高達40%~45%以上時，就有石灰粒子存于熔渣中，使渣粘度增大。
根據(jù)上述分析,渣粘度隨Al2O3、SiO2、MgO的增加而增大,隨CaF2、CaO的增加而減小。
鋼包保溫劑的影響
該保溫劑以Al2O3和SiO2為主,特別是SiO2的含量非常高。SiO2含量為60.72%。SiO2含量升高液相粘度顯著上升,Al2O3增加也會使粘度上升,而CaO增加粘度顯著下降。因此,保溫劑在高溫下會形成高粘度的液相,隨連鑄時鋼液面的下降容易粘附在包壁上。現(xiàn)場觀察到,連鑄結束后,保溫劑容易在渣線以上部位結圈, 有未熔化的保溫劑顆粒粘在包壁上。
另外現(xiàn)場觀察到,鋼包保溫劑的鋪展性差。保溫劑加入鋼包后,往往出現(xiàn)堆狀,不能迅速地鋪展開,因此導致鋼水表面經常有局部裸露在空氣中,提高了熱傳導速度,使保溫劑的保溫作用未能得到很好的發(fā)揮。同時由于其鋪展性不好,致使鋼水液面的覆蓋效果不佳,局部鋼水甚至與空氣直接接觸,鋼水的二次氧化比較嚴重, 二次氧化物Al2O3既嚴重影響了鋼水質量,又增加了渣的粘度。
鋼種的影響
鋼種對鋼包粘渣的影響很大,據(jù)現(xiàn)場觀察,鋁鎮(zhèn)靜鋼容易粘渣，而硅鎮(zhèn)靜鋼粘渣程度較輕微。鋁鎮(zhèn)靜鋼渣的Al2O3含量較高,CaO含量較低,而硅鎮(zhèn)靜鋼渣的Al2O3含量較低,CaO含量較高,超低碳鋼渣的Al2O3含量最高,說明了以Al脫氧的鋼種,其脫氧產物Al2O3對渣的成分改變是非常明顯的。高氧化鋁含量的熔渣,其熔點較高,很容易粘結在鋼包壁上。同時根據(jù)渣粘度的規(guī)律推斷,鋁鎮(zhèn)靜鋼和超低碳鋼渣的粘度較大,容易粘渣;硅鎮(zhèn)靜鋼渣的粘度較小,不容易粘渣?，F(xiàn)場觀察,鋁鎮(zhèn)靜鋼粘渣較嚴重,這與渣成分和粘度的分析結果是一致的。
由此可見,鋼包粘渣程度與冶煉鋼種是密切相關的。
鋼包周轉工藝的影響
(1)鋼包周轉速度的影響
鋼包停留等待時間多，即鋼包周轉越慢，越易生產粘渣。不用鋼包蓋，鋼水溫降大，易引起粘渣，鋼包周轉速度慢,包壁溫度低,則使用中包壁要吸收大量的熱量,導致包壁四周的鋼水可能形成一層凝固膜,澆鋼時隨液面下降冷鋼和渣都容易在包壁上粘附,紅包出鋼率不高也是造成粘渣的原因之一。
(2)鋼包從澆完至翻罐間隔時間的影響
經過一段時間調查，鋼包粘渣異常的爐次共有41爐，涉及16個鋼種，其中，硅鎮(zhèn)靜鋼有10爐，占24.4%，鋁鎮(zhèn)靜鋼有31爐，占75.6%。鋼包粘罐與正常爐次的澆完至翻罐間隔時間對比數(shù)據(jù)見表6：
從上表中的數(shù)據(jù)可見，鋼包粘渣嚴重爐次從澆完至翻罐的間隔時間明顯大于正常爐次。間隔時間越大鋼包散失熱量越多,導致鋼包底部的鑄余渣容易形成一層凝固殼,翻罐時渣已經在包底上粘附, 鑄余渣翻不凈，也是造成粘渣的原因之一。
包口結渣的影響
粘渣嚴重的鋼包,包口的結渣也很嚴重。一方面,包口的結渣給鋼包增加了重量;另一方面,包口結渣由于阻擋了倒渣,使渣倒不干凈,促使粘渣日益加重。
減少鋼包粘渣的對策
為改善鋼包粘渣嚴重的狀況,目前主要采取了以下措施:
(1) 要嚴格控制周轉鋼包的個數(shù),提高紅熱鋼包周轉速度。
(2) 加強鋼包的維護操作及時清理鋼包包沿結渣,防止包沿口結圈后鋼包渣倒不盡。對包壁明顯熔損和剝落部位及時進行修補，以免渣和熔鋼滲入而加劇粘渣;
(3) 在澆鋼結束后盡快倒渣。加強爐后行車的生產組織，降低鋼包從澆完到翻罐的時間，避免鋼包粘渣現(xiàn)象的發(fā)生。
(4) 提高轉爐出鋼檔渣操作水平，減少轉爐渣進入鋼包，爐后和精煉時加石灰，使鋼包渣充分熔化。
(5) 控制使用中的鋼包數(shù)量;減少鋼包等待時間;受鋼前鋼包加熱;使用中采用鋼包蓋;鋼包永久層采用隔熱層，包壁采用低導熱耐火材料;
(6) 耐火材料：提高砌筑質量，控制磚縫尺寸;減少包襯的熱應力，提高抗熱震能力，減少開裂;
(7) 采用有效的鋼包覆蓋劑：改善鋼包覆蓋劑的鋪展性提高其保溫性能;降低覆蓋劑中SiO2含量，減低其黏度，減少鋼包粘渣。
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