1、出钢挡渣随着用户对钢材质量要求的日益提高，需要不断提高钢水质量。减少转炉出钢时的下渣量是改善钢水质量的一个重要方面。在转炉出钢过程中进行有效的挡渣操作，不仅可以减少钢水回磷，提高合金收得率，还能减少钢中夹杂物，提高钢水清洁度，并可减少钢包粘渣，延长钢包使用寿命。与此同时亦可减少耐材消耗，相应提高转炉出钢口耐火材料的使用寿命，还可为钢水精炼提供良好的条件。转炉吹炼结束向盛钢桶(钢包)内放出钢水而把氧化渣留在炉内的操作。出钢时使氧化性渣和钢水分离是炉外精炼的要求。钢包内的二次精炼适于在还原条件下进行。采用挡渣出钢，避免出钢带渣对提高炉外精炼效果是重要保证。出钢时，随着钢水面的下降，当钢水深度低于某
2、一临界值时，在出钢口上方会形成漏斗状的汇流旋涡，部分渣子在钢水出完以前就由出钢口流出，这是渣、钢分离不清的根本原因。另外摇炉过快，有部分渣子由炉口涌出；但这可通过细心操作而避免。挡渣出钢技术主要是针对汇流旋涡下渣而开发的。有挡渣球、挡渣塞、高压气挡渣、挡渣阀门、下渣信号检测等各种方法。挡渣球 挡渣球由耐火材料包裹在铁芯外面制成，其密度大于炉渣而小于钢水，因而能浮在渣钢界面处。出钢时，当钢水已倾出 3445 时，用特定工具伸入炉内将挡渣球放置于出钢口上方。钢水临近出完时，旋涡将其推向出钢口，将出钢口堵住而阻挡渣子流出。(图 1)为了提高挡渣球的抗急冷急热性能，提高挡渣效率，又研制了石灰质挡渣球。
3、先在铁芯外包一层耐火纤维，用于起缓冲作用；球的外壳以白云石、石灰等作原料，用合成树脂或沥青等作黏接剂制造。挡渣球法成功的关键：一是球的密度恰当，即 4344gcm3；二是出钢口维护好，保持圆形；三是放置球的位置对准出钢口。但由于挡渣球的体形，极易随钢流飘浮而离开出钢口，从而失去挡渣作用。挡渣出钢挡渣塞 将挡渣物制成上为倒锥体下为棒状的塞(图 2a)。由于其形状接近于漏斗形，可配合出钢时的钢水流，故比挡渣球效率高。有的在挡渣塞上部锥体增加小圆槽而下部改为六角锥形(图 2b)，以增加抑制旋涡的能力。出钢时用专用机械将挡渣塞吊置在出钢口上方，缓缓加到钢水面上。挡渣塞能堵住出钢口而阻挡炉渣流出。挡渣出
4、钢高压气挡渣 是奥钢联开发的技术。如图 3 所示，当有出渣信号时即将一铸铁喷嘴插入出钢口，向出钢口喷射高压(116MPa)氮或氩，喷嘴与出钢口耐火材料间的缝隙可将空气抽引进入，喷射的气流和吸入的空气共同将渣堵住。挡渣出钢挡渣塞图 2 挡渣塞及其挡渣过程“一挡渣位置；6 一改进的挡渣塞图 3 高压气挡渣示意图 1 一转炉；2 一出钢口；3 高压气体(Ar 或 N2)4 炉渣信号检测器；5 一气动挡渣器挡渣阀门 在转炉出钢口外安装耐火材料制造的滑动阀板，其结构和钢包底部的滑动水口相类似。(图 4)当有下渣信号时，将阀门插上阻止渣子流下。但出钢口环境条件比钢包恶劣，阀板滑动性能不易保证。电弧炉炉底出
5、钢时应用开闭式阀门，结构如图 5，当钢水放出后用旋转臂关闭阀门阻止下渣。挡渣出钢挡渣出钢下渣信号检测由于汇流旋涡的作用，在钢水没有出完时，部分渣子已在钢流内流出。因此靠肉眼观察不能准确判断开始下渣时间。应用电磁式渣信号检测器能早判断渣子流出信号，及时启动各种挡渣设施。检测器原理如图 6。将线圈埋在出钢口外，在出钢口形成电磁场，由于金属和渣的透磁性不同，影响线圈内感应电流。信号放大后可判断是否有渣出现。挡渣出钢转炉出钢挡渣方法1 前 言随着用户对钢材质量要求的日益提高,需要不断的提高钢水质量。减少转炉出钢时的下渣量是提高钢水质量的一个重要方面。转炉出钢时进行有效的挡渣,可以减少钢水回磷,提高合金
6、收得率；减少钢中夹杂物,提高钢水清洁度;可以减少钢包粘渣,提高钢包包龄;同时可减少耐材消耗;也可为钢水精炼提供良好的条件。为提高转炉挡渣效果,国外在挡渣技术方面作了深入研究,自 1970 年日本发明挡渣球出钢挡渣方法以来,各国为完善挡渣技术,发明了几十种挡渣方法。本文对国内外转炉出钢挡渣的一些主要方法作一介绍。2 转炉出钢挡渣的方法2.1 挡渣球法1970 年新日铁发明了挡渣球,利用其比重介于钢、渣之间,在出钢将完时堵住出钢口以阻断渣流入钢包内。但由于挡渣球通常是以随波逐流的方式到达出钢口,而由于钢渣粘性大,挡渣球有时不能顺利到达出钢口,或者不能有效地在钢水将流尽时堵住出钢口;另外又由于圆形挡
7、渣球完全落到出钢口上,出钢口过早封堵的几率显著增加,降低了钢水收得率,故挡渣球法的可靠性难以令人满意。但由于挡渣球法操作简单,故目前国内多数钢厂仍都采用挡渣球挡渣。2.2 挡渣塞法1987 年 Michael D.Labate 总结了西德挡渣棒在美国使用的经验,发明了具有挡渣和抑制涡流双重功能的挡渣塞 1 ,见图 1。该装置呈陀螺形,粗端有 3 个凹槽、6 个棱角,能够破坏钢水涡流,减少涡流卷渣。其比重与挡渣球相近,在4.54.7 g/cm 3之间,能浮于钢渣界面,伴随着出钢过程,逐渐堵住出钢口,实现抑制涡流和挡渣的作用。图 1 能抑制涡流的挡渣塞挡渣塞为一带杆的可以导向的圆锥体耐材,该法挡渣
8、成功率可达 95%左右。西德曼内斯曼胡金根厂在 220 t 转炉上用挡渣塞挡渣。武钢 1996 年开发设计了类似的陀螺形挡渣塞 2 ,见图 2。其上部为组合式空心结构,下部为带导向杆的陀螺形,与挡渣球类装置相比,具有可灵活调节比重、且能自动而准确地到达预定位置、成本低、成功率高的特点。图 2 陀螺形挡渣塞1.导向杆 2.挡渣塞本体 3.耐火材料 4.杆芯5.芯片座板 6.芯片 7.芯片盖 8.耐火材料国内外不少钢厂在挡渣器件的结构、形状及其投放方式等方面都进行了不少探索和改进,都取得了一定效果。例如:用倒四面体、立方体的挡渣体、陶瓷挡渣块以及四周开槽的标枪式浮动芯棒等器件取代挡渣球挡渣,挡渣效
9、果都好于挡渣球。用投放车并不断改进来取代人工投放挡渣体,减轻了操作者的劳动强度,提高投放准确率,从而提高了挡渣效果。2.3 挡渣料法此法也称硬吹或干渣吹炼法。它是在吹炼结束时喷射一种固态混合物,提高渣稠度,使渣局部或全部凝固,以改变渣的流动性来挡渣;或在出钢口上部渣面投入粒状耐火材料,形成块状堵塞物,防止渣流出。如:加古川制铁所在 1978 年试验过喷吹石灰法挡渣 3 ,新日铁曾用过固化炉渣法来挡渣。2.4 避渣罩法1988 年美国阿 .勒德隆钢铁公司发明避渣罩挡渣法 4 见图 3。避渣罩砌筑在出钢口处,出钢时,钢水经耐材制成的避渣罩侧孔流入出钢口出钢,由于避渣罩顶部呈封闭形式,阻碍了出钢口上
10、方涡流形成的条件,能有效地防止涡流卷渣图 3 避渣罩挡渣法2.5 滑板法卢森堡、西德、日本在转炉上用大型钢包滑动水口挡渣,和一些示渣法相结合,可以有效控制下渣量,并能准确控制出钢时间。其原理是将类似盛钢桶滑动水口耐火材料系统移植安装到转炉出钢口部位,通过操作系统以机械或液压控制的方式开启或关闭出钢口,以达到挡渣的目的。这种装置挡渣效果较好,但其成本较高。同时由于出钢口所在的特定位置,使得安装与拆卸均不方便,且易受吹炼期间喷溅的影响。德国 G.Bocher 等人的文章介绍了 Salzgitter 钢厂 210 t 转炉使用一种在出钢口末端用液压闸门的挡渣装置 5 ,见图 4。该装置由 3 部分组
11、成:驱动连接件、带保护箱的闸门、液压驱动系统。转炉装料时闸门为开启位置,转炉到出钢位置时闸门关上,出钢前闸门重新开启,闸门开关仅 0.3 s,操作安全可靠。与挡渣球相比,钢包下渣量减少了 70%,挡渣效果显著。但该装置设备复杂、成本较高。图 4 闸板挡渣装置示意图2.6 气动挡渣法奥地利、瑞典等国家研究成功了气动挡渣法,见图 5。日本神户钢铁公司 80年代末也使用了气动挡渣法,效果显著。图 5 气动挡渣法示意图该法主要设备包括封闭出钢口用的挡渣塞和用来喷吹气体、起动气缸以及对主体设备进行冷却保护等所用的供气设备。挡渣时,挡渣塞头对出钢口进行机械封闭,塞头端部喷射高压气体来防止炉渣流出。即使塞头
12、与出钢口之间有缝隙,高速气流也能实现挡渣的效果。这种挡渣法还采用了炉渣流出检测装置,由发送和接送信号的元件以及信号处理器件构成，通过二次线圈产生电压的变化,即可测出钢水通过出钢口的流量变化,能准确控制挡渣的时间。此法在迅速性、可靠性和费用等方面都有明显优点。比利时 Forges de Clabecq 的 LDLBE 厂在 85 t 转炉也采用气动挡渣塞和炉渣自动检测系统实现挡渣出钢,可手动或自动控制 6 。挡渣和气缸驱动挡渣塞头所用气体为高压压缩空气,设备冷却用低压压缩空气。加古川制铁所从奥钢联引进的气动挡渣塞,挡渣时喷吹气体为氮气,气缸驱动和设备冷却用压缩空气。另外还有不少钢厂采用了气动挡渣
13、法,如:土耳其埃雷利(Erdemir)公司 7 、德国蒂森钢厂等。宝钢第二炼钢厂转炉也采用了气动挡渣法 8 ,配有炉渣检测装置,实现了自动挡渣出钢。2.7 电磁挡渣法日本钢管公司发明了电磁挡渣法 9 ,在转炉出钢口外围安装电磁泵,出钢时启动电动泵,通过产生的磁场使钢流直径变细,使在出钢口上方钢液面上发生的吸入涡流的高度减低,可以有效的防止炉渣通过出钢口流出。该公司在 250 t转炉上安装了能产生约 1 500 G 磁场的电磁泵,挡渣效果显著,出钢时间约 20 min,钢水温度几乎不降低。2.8 出钢口吹气干扰涡流法日本钢管公司经多年研究发现,从出钢口流出的钢流中混入熔渣的原因,主要是出钢口上方
14、引起的钢流吸入漩涡,这种吸入漩涡愈高,愈容易将熔渣带走,因此如降低通过出钢口流出钢水的相对流速,即可减低所产生的吸入漩涡的高度,因而能防止熔渣的流出。根据这些研究成果,日本钢管公司提出了这种方法,即在出钢口周围安装隋性气体吹管,当出钢时,通过惰性气体吹管往炉内喷吹惰性气流,可有效地阻止炉渣流出。韩国光阳厂也研制了类似的方法,即出钢时向出钢口上方的钢液面吹氩,吹散钢液面上的炉渣,同时形成一个“刚性”凹坑,抑制熔池涡流在出钢口上方形成,凹坑形状对阻止炉渣随钢水流入出钢口起重要作用。采用本法钢包内渣层厚度 2050 mm,而采用挡渣球法渣层厚度为 7090 mm。加拿大伊利湖钢铁公司研究认为 10
15、,230 t 转炉当出钢口上方钢水高度为125 mm 时,开始出现涡流卷渣现象。为防止涡流卷渣,在出钢口设置多孔透气砖,通过吹气来干扰涡流,使钢包渣层厚度小于 75 mm。2.9 转动悬壁法瑞典斯堪的纳维亚兰舍斯钢公司设计了一种转动式悬臂木塞挡渣器,可使出钢带渣减到最低限度,欧洲许多厂采用该挡渣法 11 。2.10 挡渣棒法1983 年日新制钢研究成功挡渣棒法,挡渣棒吊在支臂上在炉内可以自由移动,在即将出完钢时从转炉内部将出钢口塞住,以挡住炉渣,如再配以荷重器、高频电流信号,效果更佳。该装置操作与维护较复杂。2.11 挡渣罐挡渣法川崎钢铁公司研制了挡渣罐挡渣法,它能在转炉出钢时将熔渣分离。这种
16、罐有一个直径约 200 mm 的底孔,用挡渣球或其它挡渣装置截渣。出钢时,先将钢水直接浇入钢包,在出钢终了前 1 min,把经过预热的挡渣罐放在钢包上,然后将钢水浇入挡渣罐,当确认渣进入罐后,即采取截渣措施。这种挡渣罐的特点是:罐底孔比转炉出钢口维修方便,渣与钢能有效分离。用这种方法可使钢包中渣层厚度减少到 2030 mm,也不降低钢水收得率,通过挡渣罐预热,可将钢水温降控制在小于 10 ;缺点是挡渣罐要经过预热,会增加能耗。2.12 均流出钢口法奥地利利用均流出钢口来减弱出钢时的涡流效应 12 。均流出钢口是一个有收缩和带倒锥度形状的出钢口,可以减弱出钢终了时的涡流效应而减少钢水夹带炉渣。另
17、外,当钢水流过时,是处于逐渐减小流通断面和缓缓增加流速的过程,这是均匀的渐变过程。所以钢流能形成紧密流股,从而也减少了钢水的氧化程度,出钢口寿命也会有所提高。比利时 Forges de Clabecq 的 LDLBE 厂在转炉采用气动挡渣法时,也采用了带锥度的出钢口,出钢口寿命有所提高,也减少了涡流效应。另外,还有一些挡渣方法,如:三孔出钢法、真空吸渣法、气动撇渣法、扒渣法等等,由于应用不够广泛,在此不作介绍。3 结 语从挡渣法的发展趋势来看,国外正在逐步从有形挡渣法向无形挡渣法方向发展。由于用挡渣球等有形挡渣物挡渣,材料消耗高,挡渣效果不理想。国外不少钢厂已采用了无形挡渣法,并配有炉渣检测装
18、置实行自动控制挡渣。如:气动挡渣法、电磁干扰法等。这些方法除挡渣效果较好外,还提高了钢水收得率,挡渣的费用也降低了。特别是气动挡渣法,在挡渣效果、可靠性和费用等方面优势明显,已在国外许多钢厂的大型转炉上采用,国内宝钢也已采用。当前,国内小型转炉大都采用挡渣球挡渣,出钢末期人工投入,投入的准确性及投入时机都难以保证,造成挡渣效果很不稳定,这一直是困扰小型转炉的大问题,在这方面有待于进一步研究新方法,提高和稳定挡渣效果。结合生产实际,不断采用和研究先进的挡渣方法,进一步提高转炉挡渣效果,是降低生产成本,提高经济效益的一个重要手段,也是广大冶金工作者不断追求的目标宝钢炼钢厂转炉挡渣工艺技术的发展摘要
19、：采用转炉出钢档渣工艺技术控制转炉出钢下渣量，必须关注和解决转炉出钢全过程的下渣控制。评价转炉出钢档渣效果的关键指标是挡渣成功率和钢包中的渣厚。宝钢炼钢厂转炉出钢档渣工艺技术的发展，目标是实现转炉出钢全过程的自动判渣和档渣，提高档渣成功率，减少出钢下渣量。关键词：转炉；出钢；钢包；渣厚；档渣0 前言钢包渣的主要来源是转炉出钢时的下渣、合金化过程中产生的渣，以及工艺需要进行的钢包渣改质、精炼二次造渣等。钢包渣中转炉出钢时的下渣是最有害的，也是可以在转炉出钢时采取不同的挡渣工艺技术进行有效控制的。减少转炉出钢到钢包的下渣量，可以减少钢水脱氧及合金化过程中的脱氧剂和合金的消耗，减少钢水精炼过程中钢水
20、的回磷、回硫及氧化物夹杂的含量，提高钢水清洁度，提高合金的收得率。它不仅是改善钢水质量的一个重要工艺技术，而且也是降低炼钢成本的一个重要工艺技术。为此，各钢厂对转炉出钢挡渣工艺技术的研发和应用都十分重视，各种转炉出钢挡渣工艺技术应运而生。1 转炉出钢下渣及其危害在转炉炼钢工艺中，通过氧枪向炉内的铁水中吹人高纯氧气，并添加石灰、白云石等造渣原料，以氧化反应的方式完成铁水的脱碳、升温及磷、硫等有害元素的去除等。因此，转炉渣具有较高的氧化性，并富含磷、硫等对钢材质量有害的元素。转炉渣下渣到钢包中，在后续的钢水精炼过程中，不仅增加钢水脱氧及合金化过程中的脱氧剂和合金的消耗，增加炼钢成本，而且增加钢水的
21、回磷、回硫及氧化物夹杂的含量，降低钢水的清洁度，影响钢材的质量。表 1 是典型的转炉渣成分。表 1 典型的转炉停吹渣化学成分的质量分数TFe CaO SiO 2 MgO P 2O MnO S19 43 10 11 2 3 0.05在转炉出钢过程中，由于转炉渣的密度小于钢水而浮于钢水面上，因此转炉出钢时的下渣包括三部分：前期渣，转炉倾动至平均 38 50出前期渣，如图 1( a ）所示；过程渣，前期渣之后开始出钢，临近出钢后期可观察到钢水的涡旋效应卷渣；后期渣，出钢后期至出钢结束阶段，如图1( b ) 所示。转炉出钢到钢包的下渣量中，前期渣量大体占 30 % ，涡旋效应从钢水表面带下的渣量约为
22、30 % ，后期渣约 40 1，如图 2 所示。2 转炉挡渣工艺技术控制转炉出钢到钢包下清量，采用转炉出钢挡渣工艺技术。各国为完善转炉出钢挡渣工艺技术，发明了十几种挡渣方法，如：挡渣帽法、软质挡渣塞法、挡渣球法、挡渣料法、避渣罩法、滑动水口法、气动挡渣法、电磁挡渣法、出钢口吹气干扰涡流法、转动悬臂法、挡渣镖法、挡渣罐挡渣法、均流出钢口挡渣法、中间包法、截渣盘法、挡渣盖法、真空吸渣法、虹吸出钢法等。但目前国内外转炉出钢挡渣采用较多的方法是铁皮挡渣帽、软质挡渣塞、滑动水口挡前期渣；挡渣球、挡渣镖、气动挡渣及滑动水口挡渣挡后期渣；对出钢过程中后期的涡旋效应卷渣下渣量的控制，目前还缺乏有效的工业应用工
23、艺技术措施。与转炉出钢挡渣工艺技术应运而生的另一项重要工艺技术是转炉下渣检测技术，可以快速准确地判定出钢结束后的下渣开始时刻。目前工业应用于转炉出钢挡渣的代表性工艺技术，一种是采用埋植于转炉出钢口内的电磁感应线圈，通过分辨钢水和钢渣的磁感应变化判定下渣时刻；另一种方法是采用远距离红外检测技术，利用不同物质在不同温度下发散的红外波波长不同，通过高分辨率的红外摄像技术分辨钢水和钢渣的红外波长变化判定下渣时刻。由于埋植于转炉出钢口内的电磁感应线圈在使用过程中容易损坏，因此，目前转炉出钢广泛采用的是红外下渣检测法，如 AMEPA 法。虽然转炉下渣检测技术并不直接控制转炉出钢下渣，但它可以快速准确地判定
24、出钢结束后的下渣时刻，最大限度减少依靠操作工经验和肉眼判定失误造成出钢结束时钢包下渣量增加。更为重要的是，转炉下渣检测技术可以通过与气动挡渣法、滑板挡渣法有效结合，实现转炉出钢挡渣过程的全自动控制。表 2 是常用挡渣法工作原理及使用效果比较。表 2 常用挡渣法工作原理及使用效果Table 2 Working principle and application effect of the conventional slag-stopping techniques挡渣方法使用方法 工作原理 效果评价挡渣帽出钢前在出钢口中插人圆锥形铁皮挡渣帽出钢开始时炉液先经过出钢口，利用挡渣帽封闭出钢口对前渣有一
25、定的挡渣效果；对中、后期下渣控制无效软质挡渣塞出钢前在出钢口中插人软质档清塞利用软质档渣塞封闭出钢口。特殊材质的软质挡渣塞在炉渣先通过出钢口后爆裂能够有效地防止出钢前期下渣；对中、后期下渣控制无效挡渣球出钢过程中加入出钢口上方区域利用挡渣球密度介于渣钢之间（一般为 4.24.5g/cm 3 ) ，在出钢结束时堵住出钢口，以阻断转炉渣进入钢包内对前、中期下渣控制无效；操作简单、成本低廉、挡渣命中率较高（50 70 % ) ；挡渣球在转炉内是以随波逐流的方式运动到出钢口，挡渣不可靠挡渣镖利用机械投掷装置将导向杆插入出钢口利用导向杆导向将平球形挡渣塞准确定位到出钢口。基本原理与挡渣球相似对前期下渣控
26、制无效；与档渣球相比，可灵活调节比重，能自动而准确地达到预定位置，具有一定的抑制中期涡流卷渣效果；对后期下渣的档渣成功率可以达 90 % 以上（大型转炉挡渣成功率在80 以上）电磁在转炉出钢口外围安装电磁通过产生的磁场使钢流变细，使出钢口上方钢液面产生的吸入涡该方法出钢时间长，大型转炉出钢时间需 15min 以上，劳动生产率大大降低法 泵，出钢时启动电磁泵流高度降低，可有效地防止炉渣流出出钢口滑动水口法将滑动水口耐火元件安装到转炉出钢口部位以机械或液压方式开启或关闭出钢口，以达到挡渣目的可以最有效地控制前期及后期下渣，挡渣成功率可以达到 100 % ，挡渣效果最好，但其装置设备复杂，成本较高，
27、安装与拆卸均不方便气动法用挡渣塞头进行机械封闭，塞头端部喷射高压气体，防止炉渣流出采用了炉渣流出检测装胃，由发送和接收信号的元件以及信号处理器件构成，通过二次线圈产生的电压的变化，即可测出钢水通过出钢口流量的变化，能准确地控制挡渣时间对前期下渣控制无效；在迅速性、可靠性和费用等方面存在明显优势。但出钢时发生吸入涡流引起钢渣混出时，挡渣时机不好掌握，且工作条件恶劣，部件更换频繁红外下渣检测用特制的红外摄像对准出钢钢流利用不同物质在不同温度下发出的红外波长不同，分辨钢水和炉渣在迅速性、可靠性和费用等方面存在明显优势，但不能直接阻止转炉下渣2 . 1 转炉出钢前期挡渣转炉倾动至平均 38 50出前期
28、渣，以宝钢 300 t 转炉出钢倾动速度 0.3 rmin 计算，前期渣可能的出渣时间约 5s 。转炉出钢前期渣量是不可忽视的，可占转炉出钢下渣量的 30 。宝钢转炉出钢前期渣挡渣，采用出钢前在出钢口出口播人圆锥形的铁皮卷筒（挡渣帽），但挡渣帽在出钢开始立即就被钢渣冲掉，只能起到有限的挡渣作用，如果出钢口出口不规整，或者安装使用不当，可能根本起不到挡渣作用。控制前期渣最有效的方法是在前期渣经过出钢口时临时完全封闭出钢口，如采用软质耐火材料塞封堵、关闭滑动水口均可以取得非常好的前期渣档渣效果，钢包渣的渣厚减少了 1520 mm。2008 年 3 月，宝钢 250 t 转炉单元采用软质耐火材料塞进
29、行前期挡渣试验，表 3 是试验结果。从 AMEPA 下渣检测记录（图 3 出钢开始时刻）也可以清楚看到，出钢开始后 23s 时，软质挡渣塞开始爆开，正在坠入钢包中的绿色团状物正是已经爆裂的软质挡渣塞，同时发现钢流突然增大，没有前期下渣。表 3 软质耐火材料塞试验结果Table 3 Test results of soft refractory plugs试验的转炉 挡渣塞直径/mm挡渣时间s出钢角度/()4 号（17 日） 14O 23 87.86 号（17 日） 180 l0 85.25 号（18 日） 180 l4 82.15 号（18 口） 180 8 84.35 号（18 日） 180
30、 7 83.84 号（18 日） 160 6 82.14 号（18 日） 160 7 81.24 号（18 日） 160 25 82.54 号（18 日） 160 7 83.22003 年 9 月 18 日开始，宝钢 300 t 转炉单元 3 LD 出钢采用滑动水口挡渣。出钢前关闭滑动水口，转炉倾动到 75时（前期渣已经完全通过出钢口区域）再打开滑动水口出钢，实现对出钢过程前期渣下渣的有效控制，图 4 所示，AMEPA 下渣检测记录 10s 时刻才开始出钢。2 . 2 转炉出钢中后期涡流卷渣出钢到中后期将产生涡流卷渣。加拿大伊利湖钢铁公司认为，在 230 t 转炉中，当钢水高度为 125 mm
31、 时，出现涡流卷渣现象，并随着钢水液面的降低而迅速增加。涡流卷渣可以占转炉出钢下渣量的 30 。目前对转炉出钢中后期涡流卷渣控制，还缺乏在实际生产中广泛应用的工艺技术。采用挡渣镖挡渣法，虽然由于在出钢中后期有导向杆插人出钢口中，减缓了“涡流效应”，但其作用非常有限。采用“无涡流”出钢口 2 （其结构如图 5 所示），最大限度地减少出钢过程中涡流发生来控制涡流卷渣下渣的发生，工业化应用还有一些问题需要解决。2 . 3 转炉出钢后期挡渣临近转炉出钢终了时，下渣量迅速增加。以 300 t 转炉 4 min 出钢为例, 1s 的下渣量就可以达到 400 kg 左右。因此，各个钢厂对转炉出钢后期终渣控制
32、十分重视，采用各种各样的挡渣工艺技术，其目的是在减少下渣量的同时尽可能将炉内钢水出尽。宝钢炼钢厂转炉采用挡渣球、挡渣镖、气动挡渣及滑动水口挡渣等方式控制转炉出钢后期终渣下渣。3 宝钢炼钢厂转炉挡渣技术发展评价转炉挡渣工艺技术的有效性，采用挡渣成功率和直接检测转炉出钢下渣到钢包的渣厚。宝钢采用的是在精炼工序（RH 、CAS 、LF ）插入铁杆，测量铁杆上的黏渣长度来检测转炉出钢下渣到钢包的渣厚。由于钢渣在钢包钢水表面不是均匀分布，直接检测一个或两个点来评价钢包渣渣厚不仅本身就缺乏代表性，而且测量的渣厚值包含了合金化生产的渣、钢包改质加人的渣及精炼二次造渣等；采用转炉操作工凭经验目测方式来直接评价
33、转炉下渣到钢包的渣厚，误差可能更大。虽然这两种检测和评价转炉下渣渣量的方式误差均较大，其可靠性也均难以令人满意，但方法简单，易于操作。宝钢不同挡渣方式的挡渣效果如表 4 所示。表 4 宝钢不同挡渣方式的挡渣效果Table 4 Slag-stopping effect of different slag-stopping ways at Baosteel挡渣工艺 挡渣成功率/%转炉出钢下渣到钢包平均渣厚mm备注锥形铁皮挡渣帽挡渣球挡渣60 100 120 锥形铁皮挡渣帽气动方式挡渣60 90 100 电磁感应线圈易损坏，设备故障率高锥形铁皮挡渣帽挡渣镖挡渣80 70 80 AMEPA 红外下渣检
34、测技术辅助判渣滑动水口AMEPA 红外下渣检测技术100 40 全自动挡渣表 5 是宝钢炼钢厂转炉挡渣技术应用进步历程。300 t 转炉单元挡渣方式，从采用锥形铁皮挡渣帽挡渣球挡渣，到采用锥形铁皮挡渣帽挡渣镖挡渣（辅助 AME 以红外下渣检测技术），到采用滑动水口AMEPA 红外下渣检测技术全自动挡渣；250 t 转炉单元挡渣方式，从采用锥形铁皮挡渣帽气动方式挡渣，到采用锥形铁皮挡渣帽挡渣镖挡渣（辅助 AMEPA 红外下渣检测技术），到目前正在实施采用滑动水口AMEPA 红外下渣检测技术全自动挡渣技术改造。表 5 宝钢炼钢厂转炉出钢挡渣技术的发展历程Table 5 Development co
35、urse of the converter slag-stopping technology in Baosteel Steelmaking Plant由于挡渣球通常是以随波逐流的方式到达出钢口，而钢渣私性大，挡渣球有时不能顺利到达出钢口，或者不能有效地在钢水将流尽时堵住出钢口，挡渣球法的挡渣成功率在 60 左右，而且其可靠性难以令人满意；气动挡渣法利用埋设在出钢口内的检测线圈，通过二次线圈产生电压的变化，测出钢水通过出钢口的流量变化来控制挡渣时机，挡渣时挡渣塞头对出钢口进行机械封闭，塞头端部喷射高压气体来防止炉渣流出。但出钢时发生吸人涡流引起钢渣混出时，挡渣时机不好掌握，且工作条件恶劣，检测
36、装置容易损坏，设备正常投入率不高。因此，目前宝钢转炉挡渣球挡渣及气动挡渣工艺已经被挡渣镖挡渣工艺取代。转炉出钢挡渣镖挡渣工艺技术，是目前各钢厂应用最多的挡渣方式。挡渣镖挡渣采用导向杆导人出钢口方式，确保挡渣塞能够准确到达出钢口位置，转炉出钢挡渣的成功率大大提高，特别是200 t 以下的转炉挡渣成功率可以达到 90 以上。但对 300t 大型转炉而言，由于转炉炉膛比较大，随着出钢口使用到后期，在出钢口区域形成较深的凹坑后，挡渣镖导向杆不能导入出钢口，挡渣成功率明显降低，挡渣成功率在 80 左右。转炉出钢口滑板挡渣，其技术特点是滑板开闭非常迅速，能够对出钢过程中的前期渣和后期渣有效地挡渣。宝钢炼钢
37、厂 3LD 采用滑动水口挡渣工艺技术，将转炉倾动角度信号和 AMEPA 红外下渣检测技术与滑动水口的开闭相结合，实现了全自动判渣和档渣，挡渣成功率达到 100 % , 钢包渣厚可以稳定控制在 40 mm 以下。但应用转炉出钢口滑板挡渣工艺技术的装置设备相对复杂，特别是挡清闸阀机构安装在出钢口上，处于高温高热的恶劣环境条件下，设备的装卸及维护均不方便。此外，由于目前挡清滑板的使用寿命只有 10 15 炉，平均每班需要更换一次滑板，对转炉生产组织有一定的影响，使用成本也相对较高。4 结语转炉出钢口滑板挡渣工艺技术，实现了出钢全过程的自动判渣和挡渣，挡渣成功率可以达到100 % ，钢包渣厚稳定控制在
38、 40 mm 以下，是目前应用的挡渣效果最佳挡渣工艺技术，为转炉挡渣工艺技术的发展指明了方向。提高挡渣滑板的使用寿命，采用机械手更快速、省力地实现挡渣闸阀机构的更换，以进一步降低使用成本，减少对转炉生产组织的影响，将加速转炉出钢口滑板挡渣工艺技术更广泛应用。新挡渣工艺在济钢第三炼钢厂的应用摘要：钢第三炼钢厂挡渣工艺采用悬挂式挡渣棒插入装置，其设计先进、合理，应用效果好，钢包渣层厚度约 1030mm，吨钢下渣量小于 2.7kg，合金收得率提高 5%，为提高钢水质量、降低消耗、稳定生产创造了有利条件。 关键词：渣棒；挡渣工艺；悬挂式挡渣棒 近年来，随着对高洁净钢生产的需要，与之相配套的冶金设备和生
39、产工艺也引起了国内同行业的高度重视。转炉的挡渣工艺是高洁净钢生产工艺中重要的一环，挡渣效果不好，会直接造成钢水杂质高、回磷量大，后续精炼处理量大，消耗高等后果。多年来，国内挡渣工艺较为落后，造成设备的利用率低，自动化程度不高，操作强度大，挡渣成功率低。济南钢铁集团总公司第三炼钢厂（简称济钢第三炼钢厂）1 号转炉挡渣工艺在设计时经过详细论证，采用了悬挂式挡渣棒插入设备。 1 悬挂式挡渣棒插入设备的结构型式 该设备安装在转炉炉后平台上方，其装置机械部分主要由卷扬装置、小车传动装置、夹持机构、移动小车、浮动托辊、安全锁、挡热屏等部分组成，结构见图 1。其中卷扬装置用以实现导轨梁的旋转运动；小车传动装
40、置用以驱动移动小车，并用来固定浮动托辊等零部件；夹持机构用以实现夹持和松开挡渣棒的动作；移动小车用以带动夹持机构在传动装置的导轨梁上移动；浮动托辊用以改善夹持机构的受力情况和保证挡渣棒的准确定位。 图 1 挡渣机构示意图该套设备的主要特点：（1）炉后悬挂内插式，不占用炉后场地，不影响其它作业；（2）移动小车的行程、悬挂主梁的旋转角度和悬挂点位置设计合理，设备结构紧凑、重量轻；（3）浮动托辊提高了挡渣棒的命中率；（4）冷却系统延长了易损件的寿命；（5）设有旋转和直线标尺，便于人工调整，投棒命中率高；（6）安全锁、挡热屏改善了操作环境；（7）设备有联动、手动两种控制方式，自动化程度高，操作方便简单
41、，劳动强度低。 2 工作原理 在转炉出钢后期（出钢约 2/3）启动挡渣设备；安全锁松开，旋转卷扬机放下悬挂主梁，夹持机构夹紧挡渣棒，冷却介质开通；旋转卷扬机工作，悬挂主梁倾斜到一定角度；移动小车将挡渣棒由转炉炉口插入出钢口；夹持机构松开挡渣棒并退出炉外。利用挡渣棒的比重介于钢水和熔渣之间的特点使挡渣棒漂浮于出钢口的钢渣之间。当出钢接近结束时，挡渣棒立即堵住出钢口，阻止熔渣流入钢包。挡渣成功的关键在于：一是挡渣时出钢口的角度与夹持机构上挡渣棒的位置配合。济钢第三炼钢厂出钢口内径设计为 160mm，水平夹角 10，出钢角度可由操作台上的转炉倾动角度显示调整定位。挡渣棒的位置，首先要装棒正确，夹持角
42、度合理；其次夹持机构丢棒位置的调整要从横向和纵向两方面进行。每次更换出钢口套管后，出钢口位置会有一定范围的偏移，要求重新调整挡渣行程。先将转炉定位（投棒位）调整移动小车行程确定纵向位置，浮动托辊上侧导板的左右移动调整横向位置，实现挡渣棒与出钢口的对中。二是合理的挡渣棒设计。 挡渣棒结构如图 2 所示。其参数为：挡渣棒重量：25kg；比重：3.043.5g/cm3；材质：主要成分 Al2O3；技术要求：挡渣棒干燥、无裂纹，材质热稳定性高，在钢渣环境下不炸裂。 图 2 挡渣棒结构3 现场使用情况 济钢第三炼钢厂投产后，挡渣装置经冷、热联动负荷试车，设备性能稳定。炉龄在 150 炉以前，其投棒挡渣 146 炉次，其中投中 140 炉次，投中率 95.9%，挡渣成功炉次 130 次，成功率 92.6%。 挡渣不成功的原因有：（1）开产初期，炉渣过氧化，温度高，挡渣棒易炸裂；（2）挡渣棒存放时间过长，吸水变潮。从挡渣成功的炉次看，钢包下渣量在 1030mm 之间，每炉下渣量小于 350kg，吨钢下渣量小于 2.7kg。挡渣优良，有效地提高了钢水质量以及合金的收得率，达到了预期的设计效果。 济钢第三炼钢厂悬挂式挡渣棒插入设备的设计先进、合理，具有自动化挡渣程度高、操作劳动强度低、挡渣效果好等优点。先进挡渣工艺的应用为提高钢质、降低能耗、稳定生产创造了有利条件。(end)
