鋼包噴粉法是利用載氣將粉劑噴入鋼包內的鋼水中進行噴射冶金的爐外精煉處理技術。
基本介紹
- 中文名：鋼包噴粉法
- 外文名：Ladle powder spraying method
- 屬於：爐外精煉處理技術
- 時間：20世紀60年代
- 國家：得多
簡介,爐外精煉,噴吹設備,噴粉罐,輸送管道和噴槍,噴吹工藝,粉劑選擇,鋼水、頂渣準備,噴粉與成分調整,
簡介
利用載氣將粉劑噴入鋼包內的鋼水中進行噴射冶金的爐外精煉處理技術，其主要作用是脫硫、成分調整和均勻化、調整溫度、排除夾雜物和進行夾雜物形態控制等。鋼包噴粉是20世紀60年代末期由德國蒂森—尼德爾漢(Thyssen-Niederrhein)鋼鐵公司開發成功的，以該公司名稱首寫字母簡稱為TN法。70年代推廣到瑞典、日本、美國和中國等一些國家，成為廣為採用的一種噴射冶金方法。
爐外精煉
所謂爐外精煉，就是將在轉爐或電爐內初煉的鋼液倒入鋼包或專用容器內進行脫氧、脫硫、脫碳、去氣、去除非金屬夾雜物和調整鋼液成分及溫度以達到進一步冶煉目的的煉鋼工藝，即將常規煉鋼爐中完成的精煉任務，如去除夾雜（包括不需要的元素、氣體和夾雜）、調整成分和溫度的任務，部分或全部地移到鋼包或其他容器中進行，變一步煉鋼法為二步煉鋼，即把傳統的煉鋼過程分為初煉和精煉兩步進行。（國外也稱之為二次精煉、二次煉鋼、二次冶金和鋼包冶金。）
噴吹設備
主要組成部件有噴粉罐(又稱分配器)、氣力輸送系統、噴槍及其升降迴轉系統、粉劑供給系統、鋼包和控制室等。為縮短粉料輸送距離，將噴粉罐安置在噴槍架上，隨著噴槍一起升降和迴轉。這種布置方式使噴槍架系統結構設計較複雜，瑞典蘭瑟公司在70年代製作的鋼包噴粉裝置將噴粉罐移至車間工作平台(SL法)，使用和維護比較方便。
噴粉罐
噴粉罐用於儲存1～2次噴吹處理用粉料，噴吹時，由噴粉罐送出的粉料流量應均勻、無脈動、不堵塞，且可調節。噴粉條件下噴粉罐內氣體壓力一般為1.0×106Pa，噴粉罐的容積按處理鋼水1～2次的粉劑消耗量及粉料的松裝密度計算，並考慮15%～20%富餘空間。石灰粉、渣粉和各種金屬粉劑的松裝密度差別較大，在設計噴粉罐容積時，可取松裝密度為1000kg/m3(如CaSi粉)進行計算。噴粉罐下部為倒錐體形以便於粉料的排出。錐體部分的錐角α是設計噴粉罐的重要參數之一，其值按下式確定：
α<(180°-2θ)
式中θ為粉料的靜止角。不同粉料或同一粉料在不同狀況下的靜止角不同，鋼包噴粉常用粉料的靜止角θ值為：石灰粉43°～ 50°，矽鈣粉47°，純鹼32°～37°，28～200目渣粉39°，粒狀渣25°，焦炭粉34°，鐵粉40°～42°等。噴粉罐內重要的部件是粉料出口部分。粉料由噴粉罐輸送出去的方式主要有機械輸出方式和流態化輸送方式。流態化輸送方式一般在噴粉罐錐體下部採用局部流態化進行。流態化部件通常是在鋼板上均勻鑽孔並鋪以透氣性材料(如布料或金屬網料)構成，也有採用微孔尼龍板和粉末冶金板製成。噴粉罐的供料速度，G粉(kg/min)，是噴吹系統的重要工作參數之一。
式中係數k由實驗測得，取決於噴粉罐結構和粉料性質;A為噴粉罐出料口截面積，m2，ρm為流態化下粉料密度，kg/m3；△p為噴粉罐內外壓差kg/m·s2；一般穩定噴吹條件下，△p>0.3×105Pa。
輸送管道和噴槍
將噴粉罐送出的粉料用氣體輸送到噴槍的連線管道為輸送管道。輸送管道的內徑、長度和布置以及氣體輸送參數，決定著粉料在管道內的流動條件。粉料在管道內流動的關鍵參數是氣流速度，當氣流速度足夠高時，所有的顆粒都能懸浮輸送而不發生沉積。在給定條件下不發生沉積的最小氣流速度為臨界輸送速度。
噴槍是將粉劑噴入鋼水深部的裝置。噴槍本身由耐火材料保護的金屬管構成，噴頭部分設計有單孔、雙孔和多孔式的。確定噴孔直徑時主要考慮氣粉流由噴孔流出時可以保證鋼水不會灌入噴孔。瑞典蘭瑟公司在鋼水噴粉處理時(粉氣比為20～40kg/m3)按氣流由噴槍噴孔出口速度不小於100m/s來計算孔口尺寸。初期噴槍多用黏土磚套管保護，壽命為1～2次，後逐漸為高氧化鋁質耐火材料整體成型噴槍所取代，使用壽命增至10次以上。噴吹操作時，噴槍固定於噴槍架上，可上下升降，也可旋轉出鋼包區。為保證噴吹操作的成功，噴槍系統安置了自動控制系統，如自動定位、自動計量、自動開噴和停噴和事故性自動抬槍停噴等。
噴吹工藝
包括粉劑選擇、鋼水頂渣準備和噴吹。
粉劑選擇
用於鋼包脫硫的粉劑有：石灰粉、CaSi粉、蘇打粉、CaC2、稀土元素粉劑、鹽敷鎂粒以及各種成分的合成渣粉，用於夾雜物控制時主要噴吹含Ca或Mg的粉劑。合金化和脫氧用粉劑則為各種金屬元素或合金粉劑。粉劑的使用粒度一般為1.0mm以下，粉劑中不得含有大於規定含量的水分，以避免向鋼水中帶入氫。中國產的標號為矽鈣31和矽鈣28的矽鈣合金粉劑均可用於鋼包噴粉。用於鋼包脫硫的石灰粉劑CaO含量應大於90%，H2O應小於0.5%，且抗潮解。採用多種粉劑程式噴吹(如CaO-CaSi或CaO-CaSi-CaO等)時，採用多罐噴吹並編制好噴吹程式。
鋼水、頂渣準備
當一爐鋼被決定爐後進行噴粉處理時，需按噴粉處理要求從出鋼前開始進行鋼水的處理前準備。出鋼溫度應比不處理鋼水提高30～50℃，以補償噴吹處理的降溫;添加合金劑時要考慮粉劑所帶入(如CaSi中的Si)的數量，如需噴粉增碳和成分調節時，事先確定鋼中有關元素的含量;鋼水量也是必備的基本數據之一。鋼包中出鋼殘留渣狀況是鋼包噴粉成敗的關鍵條件之一。一般包中噴前殘留渣量控制在鋼水量的1%～2%，渣中FeO控制在5%以下，鹼度控制在出鋼渣水平。一般氧氣轉爐出鋼前爐內渣量多，FeO接近於20%，因此噴粉前要採取擋渣出鋼、頂渣脫氧和投入合成渣重新造渣等措施進行處理和調整，否則不僅達不到精煉淨化鋼水目的，甚至可造成鋼中夾雜物新的污染。生產中曾發生過噴粉處理鋼的質量不夠穩定、鋼水回磷、脫硫率低等問題，主要原因即是噴前包中頂渣準備不當所造成。
噴粉與成分調整
鋼水和頂渣準備好的鋼包送至噴粉處理站處理。一般條件下鋼水脫硫處理用石灰粉單耗為2～4kg/t，CaSi粉單耗為1～2kg/t鋼。對於脫氧良好、鋼中殘鋁量適當的鋼水，噴吹2～3kg/tCaSi粉，可以獲得良好的夾雜物形態控制效果。噴粉處理時間一般為5～10min。常用鋼包噴粉處理的鋼種為低硫鋼和要求夾雜物形態控制的鋼種。對氣體含量要求嚴格的鋼種，通常在噴粉處理後再進行鋼液真空脫氣。利用鋼包噴粉添加合金元素和成分調整是常用方法之一。由於採用浸沒式噴槍將粉劑送入鋼水深部，故可提高加入元素的收得率。下表列舉出噴粉法加入一些合金材料的收得率。
表 噴粉法加入合金材料的收得率
合金材料 | 要求含量/% | 收得率/% |
FeMn FeSi FeTi C Al FeB | Mn<1.0 Si≤1.0 Ti<0.3 C≤1.0 Al<0.08 B<0.05 | >90 95～100 60～80 90～100 總80～90 總85～93 |
