[科普中國]-喂線法

喂線機

喂線機通常由線材貯存卷筒，夾輥組和導向管三個主要部分組成。工作時夾輥組將線材從貯存卷筒上拉出并通過導向管將其投入鋼水中。根據(jù)同時可喂線數(shù)的不同，喂線機可分為單線喂線機，雙線喂線機，三線喂線機和四線喂線機。典型的喂線工藝如圖1所示。它主要用于添加劑用量少的爐外精煉。與塊狀物料投入法相比，它具有收得率高，精煉命中率高，適用于鋼中合金元素的微量調節(jié)等特點；與噴粉法相比，它具有鋼水溫度降低少，鋼中氣體含量低且設備簡單，操作容易，投資少等特點。根據(jù)所應用的精煉反應器的不同，喂線法可分為鋼包喂線法，中間罐喂線法和中注管喂線法等。1

工藝原理如圖1所示，鋼包喂線法是在鋼水從煉鋼爐出鋼后把作為精煉劑的線材喂入鋼包中；中間罐是喂入連鑄軋鋼中間罐內，而中注管喂線法是喂入模鑄錠模的中注管中。與鋼包喂線相比，后兩者的特點是在澆鑄的同時喂線，敵不需要額外的喂線時間。根據(jù)精煉目的的不同，喂線法又有脫氧喂線、脫硫喂線、夾雜物控制喂線以及合金t匕喂線等，不同的喂線法喂入由不同的精煉劑做成的線材。根據(jù)構成線材的精煉劑的不同，常用的主要是鋁線喂線法和包芯線喂線法。2

簡史鋁線喂線法是日本在20世紀70年代初開發(fā)的，包芯線喂線法是法國AFFIVAL公司于70年代末至80年代初開發(fā)成功的。此后不僅在喂線機方面進行了不斷改進，各種包芯線的制作也得到大力發(fā)展，使喂線法在鋼水精煉中的應用不斷擴大。如今世界各主要產鋼國都有鋼鐵企業(yè)在使用該技術。中國的主要鋼鐵企業(yè)也已采用喂線技術對某些鋼水進行精煉且喂線機和芯線的生產也已基本國產化。

鋁線喂線法該法產生的背景是低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼生產的迫切需要。低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼對鋁含量的要求比較苛刻。鋁含量過低，降低鋼的非時效性，使鋼的塑性下降，沖壓性能差；鋁含量過高，則又會在鋼中形成大量簇狀的Al2O3夾雜，使鋼板表面質量變壞，加工困難，且鋼水中高的Al2O3夾雜還會引起澆鑄水口的堵塞。采用傳統(tǒng)的加鋁方法，如鋁塊法、鋁鐵法、鋁箱法等，鋁的收得率低，更重要的是成品鋼中溶解鋁含量的命中率太低，不能滿足深沖鋼生產的要求。采用喂線法加鋁，通過控制鋁線直徑和投射速度，可精確地控制加鋁量。同時，選擇適當?shù)匿X線喂入位置和深度，使鋁線在鋼液深處攪拌強烈的部位熔化，可減少鋁的氧化損失，使鋁的收得率提高且重現(xiàn)性好，從而可以精確控制鋼中鋁含量。

喂線時鋼包底吹氬位置小鋼包(50t以下)一般采用中心吹氬，大鋼包(75t以上)一般采用位于1/2半徑外側(r/R>0．5)的偏心吹氬。由于氣液兩相區(qū)內動能最大，喂入鋁線在鋼包內的均勻混合時間最短。如有兩個或三個部位的透氣磚偏心吹氬，應盡量使用兩線或三線喂線機同時向吹氬位置喂線；只能單線喂線時，則應選任一吹氬位置喂線。

喂線深度與喂線速度為了盡可能地提高鋁的收得率，同時考慮保護鋼包包底和可操作性，喂鋁線深度一般取鋼包內鋼水高度的0．6～0．75，小鋼包取下限，大鋼包取上限。鋼水出鋼后包內溫度一般為1600～1700℃，高于其熔點的過熱約為80～150℃。鋁線喂入瞬間(考慮摩擦加熱和環(huán)境對其加熱)的實際溫度約為100℃左右。進入鋼液后，巨大的溫差將使喂入的鋁線表面凝結一層鋼殼，迅速將被包裹的鋁線加熱并熔化(鋁線的熔點為660℃左右)。因此，鋁線前端的熔散過程是一種周期性過程，其熔散區(qū)基本穩(wěn)定在一個深度范圍內。常用的喂鋁線速度參見表1。

喂線前后的吹氬喂線期間吹氬攪拌是為了保持鋼水流動，使喂入鋼包的鋁能迅速在鋼水中達到均勻混合。喂線前吹氬的目的是事先創(chuàng)造鋼水流動狀態(tài)，而喂線舌吹氬則是對鋼水進行凈化。

冶金效果與傳統(tǒng)的鋁錠投入法相比，鋼包喂鋁線法最主要的冶金效果是提高鋁的收得率和鋼中溶解鋁的命中率。此外，對鋼中夾雜，氣體含量等指標也有一定改善。日本鋼管公司采用喂鋁線法對深沖鋼的溶解鋁進行控制，成品鋼中溶鰓鋁的標準差從0．011%降到0．008%；。德國赫斯鋼廠生產深沖鋼，鋼中溶解鋁的目標值為0．03%～0．05%。鋁錠投入法的命中率為55%，不做中間取樣的喂線法的命中率為65%，配合中間取樣的喂線法的命中率可達90%。中國攀枝花鋼鐵公司采用預脫氧喂線工藝，與原鋁錠投入法相比，高碳鋼的鋁收得率由27．7%提高到96．1%；低碳鋼的鋁收得率由7．7%提高到40．8%。重軌鋼氧化物夾雜的含量由(80～250)×10-4%降至(80～160)×10-4%；低碳鋼氧化物夾雜的含量由(150～350)×10-4%降至(100～250)×10-4%；Al2O3夾雜的減少尤為明顯，重軌鋼由(45～88．5)×10-4%(平均69.3×10-4%)降至(33～61)×10-4%(平均45×10-4%)。馬鞍山鋼鐵公司第三煉鋼廠生產的ZL18A鋼，用鋼包喂鋁線工藝代替向鋼中投擲鋁塊的方法進行鋼的脫氧合金化，鋁的收得率提高0．92倍，而且鋁的收得率波動小，殘溶鋁命中率達100%。同時，鋼中含氮量降低約20×10-4%。

包芯線喂線法包芯線又稱包覆線，也稱合金芯線。它是針對某些精煉添加劑無法直接做成線材用喂線法加入鋼水中這一問題而產生的。將Si、Ca、C、CaSi、CaSiAl等精煉粉劑作為芯，外包一層薄而軟的鋼皮成為包芯線。外包的鋼皮一般是由0．2～0．5mm厚的鋼帶制成的圓形或矩形鋼管，縫口或焊結，或咬合，或內襯箔帶密封，以防止漏粉和吸潮。包芯線的規(guī)格參數(shù)舉例如表2和表3。

包芯線的喂線深度和喂線速度與鋼皮厚度和材質以及芯料的成分有關。對某一特定的包芯線而言，確定其喂入深度和喂入速度時需同時考慮鋼皮的熔化和芯料的熔化或氣化進行具體計算，計算原理和喂鋁線相同。以硅鈣包芯線為例，其喂入深度的下限是確保鋼液靜壓力超過精煉溫度下鈣的蒸氣壓，即最淺的喂入深度為0.8m。為了盡可能地提高合金元素的利用率，同時考慮鋼包包底和可操作性，喂入深度一般取鋼水深度H的0.65～0.75，小包取下限，大包取上限。

冶金效果在包芯喂線法中，硅鈣包芯線是最常用的。同時，硅鈣粉又可以用噴粉的方法加到鋼水中。以生產車輪輪箍鋼為例，與噴粉相比，喂線法的冶金效果如下：脫硫率低于噴粉法，如表4所示，這是因為噴入鋼水的硅鈣粉可迅速彌散在鋼液中，而以包芯線形式喂入的硅鈣粉則需要更長的時間才能達到均勻混合。夾雜物的高倍檢驗評級如表5所示。與噴粉法相比，喂線法的條狀氧化物和硫化物評級略高一些。其中，條狀氧化物0.5級的包次占總數(shù)的比例，喂線法為68.42%，噴粉法為75.27%;條狀氧化物不合格包次的比例，喂線法為1.75%，噴粉法為1.13%。就改變夾雜物形態(tài)而言，喂線法比噴粉法效果較差一些。原因是喂入鋼水的硅鈣粉比噴入的硅鈣粉更難以迅速混合于鋼液中。與噴粉法相比，喂線法的點狀氧化物和不變形硅酸鹽的級別低于噴粉法，這是因為喂線過程中發(fā)生在鋼渣界面的卷渣比噴粉少。喂線法鋼水的溫降小于噴粉法，61包次喂線試驗與65包次噴粉試驗對比，每包次的平均總溫降前者為114℃，后者為124℃。喂線法鋼包磚襯耐火材料侵蝕比噴粉法明顯減少，這是因為喂線過程中鋼液和頂渣比較平穩(wěn)，鋼包磚襯所收的沖刷明顯減少。3