1、东北大学继续教育学院毕业设计（论文）1东北大学继续教育学院毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目：济钢 210T 转炉滑板挡渣改造项目 姓名： 许维康 学 号： 072N15090872 专业： 冶金工程 学习中心：济南博文教育学习中心 住址： 济南市历城区鲍山街道 电话： 13688643969 Email: 开题日期： 2017 年 7 月 6 日指导教师： 李阳 2第一章 研究的主要内容近年来，随着我国钢材消费结构的变化，对高品质、高附加值钢的需求量越来越大，同时在当前严峻的钢铁行业形势下，建设高效率、低成本的洁净钢平台越来越成为钢厂的工作重点。减少转炉出钢下渣量是提高钢水洁净度、提
2、高转炉钢产品的质量和命中率、降低炼钢生产成本最有效的途径。在转炉出钢时进行有效的挡渣操作，不仅能够改善钢水质量，提高合金收得率，还可为精炼操作提供良好的条件。目前国内转炉出钢挡渣主要还是采用挡渣球、挡渣塞等挡渣方法， 这些方法在提高挡渣效果方面均有一定的效果，但仍不能满足部分品种钢稳定生产的需要。转炉冶炼过程中的脱碳、升温以及脱磷、脱硫等反应都与炉渣密切相关，转炉炉渣具有高氧化性的特点，并含有大量的硫、磷等有害元素。如果转炉出钢过程大量下渣，不仅 会增加钢水的脱氧及合金化难度，增加脱氧剂及合金消东北大学继续教育学院毕业设计（论文）3耗，还会引起钢包回磷及增加氧化夹杂物含量，增加钢包等的耐材消耗
3、和后道精炼工序成本，严重时造成钢水成分出格，增加了炼钢生产成本。因此，转炉出钢下渣量必须控制得越低越好。 济钢炼钢厂210区域现有210t顶底复吹转炉两座，平均单炉产钢量217t，年产 量约260万吨,产品定位为高端产 品、高端客户和重点工程，产品以高强、海工、船板、容器、油罐、 桥梁、管线等高级别产品为主，高 专比在80%以上。目前采用传统的 挡渣棒挡渣方式，挡渣效果不稳定，吨钢下渣量约5.0kg/t 钢，挡渣成功率96.5% ，转炉下渣问题严重影响了钢水质量和产品提升。为提升产品质量控制水平，增强高级别产品的生产保障能力，为了解决转炉出钢下渣量大的难题， 济钢对 210 t 转炉挡渣系统进
4、行了技术改造，引进了先进的滑板挡渣和红外下渣检测技术，不仅提高了挡渣成功率，而且有效地减少了出钢下渣量，提高了钢水质量和高等级品种钢的生产能力，同时还提高了合金收得率，进一步降低了生产成本，取得了良好的经济效益。第二章 滑板挡渣改造的意义及国内外发展现状转炉出钢带渣严重影响钢的洁净度，造成钢水夹杂物含量大幅升高；造成钢水回磷；影响合金收得率，造成合金等原料消耗增加。为东北大学继续教育学院毕业设计（论文）4了减少转炉出钢下渣量，国内外开发了多种出钢挡渣的工艺， 不同工艺对比情况如下：图 1：不同挡渣方式对比挡渣方式 挡渣效果 运行成本 特点挡渣球 差 低 适用于小型转炉生产普通钢种。挡渣棒 差
5、低 适用于大型转炉生产普通钢种。避渣罩 差 低操作麻烦、耐材消耗大，不能 连续使用。气动挡渣 好 低操作要求高，设备工作环境恶劣、可靠性差。电磁挡渣 好 高 要求出钢时间长，生产效率低。滑板挡渣 好 高设备可靠性高，适合大型 转炉生产 高级别钢种。东北大学继续教育学院毕业设计（论文）5转炉滑板挡渣技术是通过转炉滑板挡渣设备优化应用，优化出钢脱氧造渣工艺，改善精炼过程钢包渣系，达到减少钢中夹杂物，提高钢材质量、降低生产成本的效果。这一技术由 2002 年转炉炼钢厂厂长考察团在德国萨茨吉特钢厂所见，回来后福建三明钢铁公司炼钢厂于 2006 年首先研发，申请专利并用于生产，显示了良好的挡渣效果，可大
6、幅度降低出钢脱氧过程中的合金消耗和降低精炼工序的负荷。很快受到生产板材和高合金比钢种为主的钢厂的关注和采用，取得了良好的效益。目前较先进的钢厂滑板寿命已可达24-26 次，一般的寿命也都在 10 次以上，可以和板坯 连铸机的连浇炉数匹配；更换时间最短已可小于 10 分钟，钢包内渣层厚度可降至 25-40mm。滑板挡渣设备是将类似钢包滑动水口机构的系统移植到转炉出钢口部位，以机械或液压控制方式开启或关闭出钢口，达到挡渣的目的。同时配合下渣检测系统分辨钢渣，下渣检测系统根据不同东北大学继续教育学院毕业设计（论文）6钢种要求设置了三种不同的报警比例，可以更加准确的控制下渣量。根据改造前后钢包渣成份变
7、化对生产工艺进行了优化。降低出钢脱氧剂用量 10%，顶渣加入量减少 25%左右，优化精炼过程操作、改善钢包渣冶金功能。由于顶渣加入量减少，熔化速度更快；渣中氧含量减少，钢渣脱氧所用时间缩短，精炼造渣时间大幅缩短，钢包渣流动性良好，脱硫效率明显提高，夹杂物吸附效果良好。滑板挡渣的应用，使转炉出钢下渣量大幅减少、挡渣成功率明显度提高、 钢水回磷大幅减少，同时增加了出钢口寿命，降低了职工的劳动强度，减少因下渣导致的生产事故。降低脱氧剂、石灰等原料消耗， 钢水质量明显提高，有效降低了经济成本，所以，滑板挡渣改造项目势在必行。第三章 滑板挡渣改造的难点及解决方法滑板挡渣项目改造前，转炉出钢口寿命一般在8
8、0-100 炉左右，更换出钢口主要靠人工定位出钢口的角度，及出钢口外端人工大量填充耐火材料，出钢口内部采用人工炉口处扬料，不仅劳动强度大，而且危险系数高，由于人工填充、扬料准确性差，还可能造成填料不实，导致出 钢口砖与炉衬之间出现空隙，导致生产过程渗钢。而采用滑板挡渣后，出钢口寿命延长为150-160 炉左右，降低了更换出东北大学继续教育学院毕业设计（论文）7钢口次数；在更换出钢口时，出钢口定位减少人为因素，出钢口前端无需人工填料，出钢口内部采用喷补机喷料，极大的减低了劳动强度，也避免了出钢口砖与炉衬之间出现空隙和渗钢，另外也确保了出钢钢流的圆润、不散流。为满足以上转炉挡渣系统各功能设备的联动
9、运行，机械、土建、电气等专业需要对现有结构和设施进行增建和改造。3.1.1 出钢口部分改造由于挡渣机构在转炉上的特殊位置，出钢口要加以改造满足设备的安全旋转半径，并安装挡渣机构连接板便于机构在线拆装。图 2：出钢口法兰设计与施工图3.1.2 液压管路敷设及防护水、气、液压管路均采用不锈钢材质， 氩弧焊焊接，所有管路通过管卡可靠固定在炉体上，托圈上的管路采用钢板覆盖。所有管路经过耐高压及泄露试验，并通过循环泵对介质过滤净化处理。东北大学继续教育学院毕业设计（论文）8图 3：管路设计与施工图3.1.3 旋转接头改造增加滑板挡渣机构后，旋转接头需更增加 5 路通道以满足动力、水冷及风冷的要求。 图
10、4：旋转接头设计与施工图3.1.4 滑板挡渣系统新增水、气、电用量表图 5：水、气、电用量表东北大学继续教育学院毕业设计（论文）93.2 滑板运行过程中的难点济钢 210T 转炉挡渣系统中耐材包括：出钢口，内水口，上、下滑板，外水口等五块耐火材料。出钢过程中，在钢水、钢渣的冲刷、侵蚀作用下，滑板会扩孔、 夹渣，甚至出 现渗钢事故，因而产品的材质选择和寿命的稳定对保障滑板挡渣出钢有重要意义。转炉出钢口砖及内水口砖主要以镁碳材质，采用大结晶镁砂、高纯鳞片石墨等原料，高吨位压力机成型。目前出钢口砖的寿命多为120-150 炉，内水口砖的寿命为 30-60 炉。图 6：出钢口砖、内水口砖理化指标东北大
11、学继续教育学院毕业设计（论文）10WB/% 耐材砖 材质 密度/g/cm3 显气孔率 % 耐压强度/Mpa 14000.5h抗折强度 MgO C 内水口砖 镁碳质 3.03 10 40 8 80 8 出钢口砖 镁碳质2.98 10 40 8 80 10 3.2.1 转炉滑板耐材选型常见的滑板类型有重烧铝锆碳质及以重烧铝锆碳为母材镶嵌锆质材料的复合型滑板。3.2.2 重烧铝锆碳质转炉滑板 经过高温烧成，具有强度高、性能稳定等优点，但其抗氧化侵蚀性能较镶嵌锆质材料的复合型滑板仍存在差距。其物理化学指 标见东北大学继续教育学院毕业设计（论文）11图 22：图 7：普通转炉滑板耐材物理化学指标WB（%
12、）材质体积密度（g/cm3)显气孔率（%）耐压强度（MPa）1400，0.5h抗折强度（MPa）Al2O3 ZrO2铝锆碳3.03 10% 110 19 74% 5 63.2.3 镶锆转炉滑板的开发应用由于氧化锆耐火材料制品具有使用温度高、适用范围广（炉窑内各种气氛）、抗渣侵蚀性能强等优点，因此在滑板上镶嵌氧化锆可以达到延长滑板寿命的目的。市场上常见的镶锆滑板包含以下几种搭配：镶嵌锆环的上滑板搭配镶嵌锆板的下滑板、镶嵌锆板的上滑板搭配镶嵌锆板的下滑板、镶嵌锆环的上滑板搭配滑道止滑区镶嵌锆饼的下滑板等几种类型。但氧化锆类耐火材料制品制作工艺复杂，成材率较低，应用成本远高于普通重烧铝锆碳质滑板。为
13、了消除生产瓶颈，自 2016 年 6 月开始组织开发镶锆滑板，目标达到后挡渣 20 炉，前后挡渣 15 炉。先后组织试验了上滑板锆环+下滑板锆板、上滑板锆板+ 下滑板锆板、上滑板小 锆板+ 下滑板锆板、上滑板小锆板+ 下滑板普板种 4 种配型。试验结果见图 23。图 8： 镶锆滑板试验情况东北大学继续教育学院毕业设计（论文）12滑板配型 试验结果 存在问分析 原因分析上滑板锆环+下滑板锆板共使用 53 套，平均滑板寿命 13.5炉，最大寿命 19炉，最低寿命 8炉，前后挡渣最大寿命 10 炉，非计划下线 11 套，发生穿钢 1 次，滑板稳定性差1.部分上滑板锆环易脱落。2.下线下滑板普遍存在大
14、量裂纹，滑板滑动区域粘钢1.锆环加工精度及镶嵌工艺达不到要求2.下滑板锆板板面大，平整度不够上滑板锆板+下滑板锆板共使用 40 套，平均滑板寿命 13炉，最大寿命 21炉，最低寿命 10炉，前后挡渣最大寿命 12 炉，非计划下线 20 套，滑板稳定性差1.上滑板锆板靠近出钢口位置掉块严重，板面出现大量裂纹，后期滑板拉不动、关不严现象频繁2.下线下滑板普遍存在大量裂纹，部分滑板滑动区域粘钢1.上滑板加工及镶嵌工艺达不到要求2.下滑板锆板板面大，平整度不够上滑板小锆板+下滑板锆板共使用 30 套，平均滑板寿命 15炉，最大寿命 20炉，最低寿命 12炉，前后挡渣最大寿命 12 炉，非计划下线 1
15、套，滑板稳定性有所提高1、滑板滑板滑动区域粘钢2、下线下滑板普遍存在大量裂纹下滑板锆板板面大，平整度不够上滑 共使用 67 套，平 下滑板表面存在明 氧化锆材料在下东北大学继续教育学院毕业设计（论文）13板小锆板+下滑板普通重烧铝锆碳质滑板均滑板寿命 15.2炉，最大寿命 21炉，最低寿命 13炉，前后挡渣最大寿命 15 炉，达到预期目标显硌痕 线时，温度降低，发生晶型转变，体积发生膨胀所致。通过以上试验结果可以看出，镶锆滑板稳定性较普通重烧铝锆碳质滑板存在一定差距，分析原因主要有以下两个方面：镶嵌在滑板上的氧化锆锆板制作过程工艺复杂，控制难度大，过程配料、炉窑温度控制、同一炉窑中心与边缘位置
16、都可能造成氧化锆锆板性能不同，氧化锆锆板面积越大，稳定性越差。氧化锆在转炉生产温度区间内会发生晶型转变，由单斜晶型转变为四方晶型，其转变温度如下：1100-1200 m-ZrO2 t-ZrO2950-1000由 t-ZrO2 晶型转变为 m-ZrO2 时，伴随有较大的体积膨胀。因此，在能延长使用炉数的条件下，对于镶锆滑板而言，氧化锆锆板的使用量越少越好，单块氧化锆板材的面积越小越好。基于以上原则，显然上滑板小锆板+下滑板普通重烧铝锆碳质滑板为最佳配型。为了减轻下滑板硌痕，在氧化锆锆板加工时要求加工公差为负公差。东北大学继续教育学院毕业设计（论文）14参考文献1耐火材料 冶金工业出版社李红霞2首钢京唐公司 300t 转炉滑板长寿命技术研究与实践 炼钢技术 高宠光 王少军 徐瑞杰3210 t 转 炉滑板挡渣技术应用实践 江西冶金罗仁辉，林文辉，邹锦忠，赵敏森，何卫平，张邹华
