为了提高特钢品质钢的质量,钢厂往往在控制连铸坯夹杂物总量的同时,希望精准地控制中间罐内钢水在最佳过热度范围内浇铸,以使连铸坯的中心碳偏析达到最佳值。如果没有技术措施,将中间罐内钢水的过热度控制到精准的程度是十分困难的。如何选择合适的中间罐冶金方法,使钢水在中间罐内既能积极主动地去除部分残留在钢水中的夹杂物,特别是中、小颗粒的夹杂物,又能精准地控制钢水的最佳过热度,以达到进一步提高特钢品质钢的质量,成为业界关注的热点,中间罐感应加热方法由此脱颖而出。
中间罐感应加热有效去除夹杂物
从钢包注入中间罐内的钢水流经通道时被自身感应电流产生的焦耳热加热(实际上通道两端的注入室和分配室同样有感应电流流动,也产生焦耳热),由于通道的截面积只有注入室(或分配室)截面积的十几分之一到二十几分之一,而通过二次回路任一截面上的电流是相等的,这样,通道内钢水的电流密度比其他区域内(指注入室或分配室)钢水的电流密度要大十几倍到二十几倍。因此,绝大部分功率都集聚到通道区域,使通道内的钢水得以迅速升温,加热了的钢水在流动中不断地与周边的钢水混合、扩散。钢水从通道流入分配室时,其温度略高于周边的钢水,因密度的原因会带着周边的钢水形成向上的环流,借助钢水的流动使温度分布均匀化,使分配室内的钢水在短时间内得以升温。
工业实践表明,该项技术确有去除夹杂物特别是小型夹杂物和減少全氧含量的良好效果,这是鉴于两个机理——箍缩效应和密度差引起的钢水上升流动的影响。
箍缩效应去除夹杂物的机理。在通道内钢水中流动的感应电流与其自身激发的感生磁场相互作用产生指向通道中心的电磁力,称箍缩力。箍缩力箍缩钢水使其截面收缩,称箍缩效应(Pinch effect)。箍缩效应使重的导电钢水向中心箍缩,而轻相的不导电夹杂物受到与电磁力方向相反的泳动力(电磁力梯度产生的力)的作用而向通道壁泳动,最终附着在通道壁上而被去除。通俗地说,由于箍缩力作用在钢水体积元上,使钢水的名义密度增加,导致钢水与夹杂物的密度差扩大,使夹杂物更容易向管壁泳动而被通道壁吸附去除。
密度差引起的钢水上升流对去除夹杂物的影响。由于在通道中钢水被加热以及浇铸时钢水从水口流出的需求,钢水从通道出口流出时形成具有一定速度的射流。由热对流引起的向上流动是主要的,这是因为钢水受热后,由于密度差形成了上升流,这种过热的上升流与包中较冷钢水的激烈混合,使钢水快速升温并均匀化。悬浮在钢水中的夹杂物随钢水上升过程经碰撞而变大,使之加速上浮而被去除。
掌握关键技术优化冶金效果
中间罐感应加热装置是实施中间罐冶金的一套精炼装置,往往在生产高品质特钢时才会应用,因此,只有深刻理解中间罐感应加热装置的基本原理,充分发挥该装置的技术优势,控制好关键技术参数,才能取得理想的冶金效果。
关键技术之一:合理设计中间罐耐火材料及砌筑工艺。中间罐感应加热的耐火材料砌筑工艺与常规中间罐的砌筑工艺有较大的不同,应符合以下原则:一是保证耐火材料的安全可靠,这是首要的,因为感应加热的线圈是被环状的钢水包围着,不能有丝毫的瑕疵;二是砌筑要方便,耐火材料的品种应尽可能少,在这一原则下尽可能扩大永久衬的范围以减少砌筑工作量;三是尽量减少耐火材料的消耗,将通道砖改成壁厚为50mm的外方内圆形砖,每块砖的重量不到180kg,改进后每个浇次中间罐耐材消耗增加的总量约2000kg,比原设计可节省耐材1500kg左右;四是合理安放通道砖的角度,并在通道出口区域合理安放坝,以进一步优化中间罐内钢水的流场,可减少中间罐的“死区”和“短路”现象,有利于更好地去除夹杂物和均匀钢水温度。
关键技术之二:严格控制上线钢包的钢水温度。严格控制上线钢包的钢水温度,有利于充分满足中间罐冶金去除夹杂物的需求和精准控制中间罐钢水过热度的需求。根据中间罐感应加热去除夹杂物的机理,要使箍缩效应达到可以去除夹杂物的水平,在通道钢水中流动的感应电流必须达到一定的强度。中间罐浇铸时的钢水过热度是十分重要的技术参数,不同的钢种其过热度是不同的,通过计算并进行实践验证就可以确定每个钢种的最佳过热度tJG;在使用中间罐感应加热的条件下,可以精准地将钢水过热度控制在tJG±3℃范围内。
关键技术之三:合理安放通道砖的角度、出口位置,并合理安放挡墙或坝。这将在中间罐内形成科学、合理的流场,有利于去除夹杂物和均匀钢水温度。通道砖水平安放所形成的流场明显优于向上倾斜的安装方式;除此之外,还可以改变通道砖的出口位置及在中间罐内适当放置一些挡墙或坝,使形成的流场更趋于科学、合理。
关键技术之四:实施计算机对整个中间罐感应加热操作工艺的系统管理及监控,并纳入考核。其目的是充分发挥设备的功能,最大程度提高产品质量。一台优良的设备,不仅仅是设备本身的性能良好,还需要操作者按设备的特点及操作要求在操作时最大限度地发挥其功能。建议不仅对中间罐感应加热的操作工艺实施系统的管理及监控,而且将它扩展到整个炼钢操作工艺上,如整个炼钢系统各个环节的工艺操作优等级操作率达到90%以上,产品的一等品率(或优等品率)一定会大幅度提高并趋于稳定。