梅钢钢包粘渣分析
发布日期： 2020-06-18 10:04:51 阅读量（407） 作者：钢包作为承接钢水的重要设备，其使用性能的好坏直接影响钢厂的稳定顺行。国内大型转炉钢包渣线以下的工作衬多数采用AL2O3一MgO—C，MgO—AL2O3一C，AL2O3一MA，AL2O3一MgO质耐火材料，渣线部位多采用MgO—C砖。梅钢使用的钢包工作衬采用的是高铝砖，渣线部分为镁炭砖。近几年来，梅山钢厂钢包出现严重的粘渣现象，带来了一些不良后果，影响了生产的稳定顺行。鉴于此，本研究针对现场的具体情况，较系统和深入地开展钢包粘渣机理的研究，以弄清粘渣的主要原因，为采取可行且有效的减轻粘渣措施提供技术依据。
1、钢包粘渣分析
为了研究试验包的粘渣效果、使用寿命及散热性能，在渣线使用含碳量很高的镁炭砖，将渣线以下部位现用的镁铝炭砖换用尺寸形状相同或相近的铝镁炭砖或无碳浇注料预制快，以减少钢包散热，其它部位材质与原状况一样，试验包的施工工艺和烘烤制度保持不变。根据研究内容要求，对取自梅钢现场的SPHC和Q23SB 2个钢种的转炉渣和钢包顶渣的化学成分、钢包粘渣物的化学成分、冷却后粘渣物相组成、钢包工作衬用后镁炭砖和镁铝炭砖的反应层、变质层和未变层的显微结构及各物相的成分作了分析，研究了钢包渣成分、炼钢工艺因素和钢包工作衬用耐火材料的材质对粘渣的影响。
1.1钢包顶渣成分对粘渣的影响
分别对SPHC和Q235B 2个钢种的转炉渣样、钢包顶渣和钢包解体后的粘附在镁炭砖热面粘渣物样作了化学成分分析。如图1所示，为顶渣样和粘渣样成分。
由图1可知，由于转炉冶炼过程中加入大量的石灰和吹氧操作，使得转炉渣中的CaO和Fe含量相对要高些。对于钢包顶渣来说，由于SPHC钢是铝镇静钢，而Q235B钢是铝硅镇静钢，所经历的工艺不尽相同，造成精炼后Q235B钢的钢包渣的CaO、AL2O3含量较SPHC钢渣的少得多，而SiO2含量相对要高于SPHC钢的。与转炉渣、钢包顶渣相比，粘渣物中的AL2O3。和MgO含量均增高，CaO含量则降低。
1.2显微结构解析包衬与渣反应过程
MgO—C砖热面受渣蚀后的显微结构SEM照片见图2。表面层的炭已全部氧化脱掉。图2中反应层亮白色物为固溶了铁的镁铝尖晶石，灰色物为硅酸盐低熔相。
MgO—AL2O3一C砖渣蚀后的渣蚀带、过渡带和原砖带在高倍下的显微结构分别见图3、4、5。过渡带中的方镁石和刚玉晶体的周围都已与渣中组分反应，生成灰白色环状物。
与钢包渣相比，粘渣物中的AL2O3和MgO均增高，CaO则降低。显微结构的确观察到砖中的镁砂与渣中的氧化铝、氧化铁反应生成大量尖晶石，均是高熔点相，它们的混合体系的共熔温度也会增高，从而形成粘渣的现象。
1.3空包重量随使用次数与粘渣的关系分析
图6是钢包空包的重量随使用次数的变化试对粘渣与空包重量的变化作一分析。初用阶段，钢包重量呈减少趋势，主要是表面平整光滑，渣不容易粘附，工作层黏度逐步消耗。使用中期，由于工作面的进一步侵蚀，出现裂缝、开裂，渣容易附着，熔钢和渣较容易从裂缝渗入，重量由初期最低点呈线性上升，50次左右的重量低谷，系钢包小修时清渣所致。到后期，由于包衬变薄，散热加剧，造成包衬工作面附近的钢水和熔渣温度较低，黏度增大，易粘附，当热和散热达到了相对平衡;增重放缓。最后，在钢包使用的末期，当重量上升到最高点以后又有明显的回落，这主要是后期包衬连同粘渣物声生剥落所致。
2、实验结果讨论
SPHC钢包渣的物相分析组成为镁铝尖晶石、尖晶石固溶体、黄长石、钙长石，而Q235B钢包渣的相组成主要为黄长石和氧化铁，包衬表面附着的薄层渣是钢包渣冷凝后的析晶产物。薄层渣由于形成了方镁石、尖晶石固溶体和镁铝尖晶石等高熔点相，并且有些是以方镁石相为核心生长成自形尖晶石，这样的粘渣物加上冷钢的存在，熔化温度高，黏度大，冷却后坚硬，使得粘附的渣层致密而牢固。
熔渣的黏度对钢包粘渣也有一定的关系。渣的黏度越大，越容易影响。对熔渣的黏度与组成和温度关系的研究表明：
公式(1)
式中：η为黏度，Pa·S;B0为常数，N·s/m2;Eη为粘滞活化能，J/mol。粘滞活化能可视为液体的粘滞流动单元(分子或原子)在速度梯度的驱动下用以克服移动中的一种能碍。在相同温度条件下，不同成分含量熔渣的Eη不同，黏度也就不同。温度升高，熔渣的黏度降低。已有研究表明，SiO2等酸性氧化物能使粘滞流动单元尺寸变大，所以能提高黏度。Al2O3是两性氧化物，在碱度高时，Al的配位数为4，形成与SiO2相同的四面体结构，流动单元变大，黏度增加;碱度低时，Al的配位数为6，形成八面体结构，降低黏度。能使炼钢渣黏度显著增大的组分是MgO和Cr2O3。当它们的含量超过熔渣的最大溶解能力时，渣中就有难溶解的固相物出现如方镁石、铬铁矿、尖晶石等。
根据上述分析，渣的黏度随Al2O3、SiO2、 MgO含量的增加而增大，随CaO含量的增加而减小。铝镇静钢渣的Al2O3高，CaO相对较低，而铝硅镇静钢渣的Al2O3低，CaO相对较高，超低碳钢渣的Al2O3最高，说明了以Al脱氧的钢种，其脱氧产物Al2O3对渣的成分改变是非常明显的。同时根据以上渣黏度的规律推断，铝镇静钢和超低碳钢渣的黏度较大，容易粘渣;铝硅镇静钢渣的黏度较小，不容易粘渣。现场观察发现，铝镇静钢粘渣较严重，这与渣成分和黏度的分析结果相一致。
从Al2O3-MgO-CaO-SiO2相图的等组成截面图(见图7)可见，当Al2O3从20%增大到35%时，Al2O3-MgO-CaO-SiO2相图中的黄长石和镁铝尖晶石初晶区扩大，按MgO..Fe全、MnO三者固溶，Fe、MnO并入MgO，根据渣的组成测算，冷凝后的初晶相均为镁铝尖晶石。如果三者固溶不充分，也即MgO含量低的话，初晶相为黄长石，随后也会析出镁铝尖晶石。
由此可知，由于现场使用的钢包保温剂以Al2O3和SiO2为主，特别是SiO2的含量非常高， SiO2含量升高，液相黏度显著上升，Al2O3增加也会使黏度上升，而CaO增加，黏度显著下降。因此，保温剂在高温下会形成高黏度的液相，随钢液面的下降容易粘附在包壁上。现场观察到，保温剂容易在渣线以上部位结圈，包壁表面有时会看到颜色较黑的渣层，而保温剂的颜色较钢包渣黑，这一黑色的渣层多半就是保温剂，也有未熔化的保温剂颗粒粘在包壁上。铝镇静钢粘渣较严重，与其渣中产生镁铝尖晶石等高熔点相有关，与相分析的结果是吻合的。
3、结 论
本研究通过对梅钢2种典型钢种的钢包顶渣和粘渣物的化学成分、物相组成和显微结构分析，分析出粘渣物的成分来源和难以脱落的成因，结论如下：
(1) 冶炼工艺路线影响钢包结渣情况，如仅采用铝脱氧的钢种所使用的钢包要比铝硅脱氧的钢种所使用的钢包容易结渣;
(2) 钢包包衬内衬表面的平整程度、耐火材料的材质和特性、钢包的散热程度和周转程度也会影响结渣;
(3) 含AL2O3和SiO2为主的钢包保温剂也是造成粘渣的原因。
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