国内转炉挡渣技术的探讨

2015-08-20谭枫

冶金与材料 2015年1期

谭枫

(黑龙江省冶金研究所，哈尔滨150040)

1 转炉出钢下渣及其危害

转炉出钢时的下渣一般可分为三部分:(1)前期渣，随着转炉倾动角度的增大，炉渣先于钢水到达出钢口位置，产生前期下渣。(2)过程渣，出钢过程中，尤其是中后期会出现钢水的涡旋效应，造成涡流卷渣现象，钢渣随钢水流入钢包。(3)后期渣，出钢后期至出钢结束阶段，炉渣随钢水一并流入钢包。在整个转炉出钢过程的下渣量中，前期渣量约占30%，涡流效应从钢水表面带下的渣量约为30%，后期渣约为40%。

随着现代炼钢工艺的不断发展，转炉出钢挡渣倍受重视，尤其在纯净钢的生产中，更需要控制转炉下渣量(表1为转炉终点钢渣化学成质量分数)。在转炉冶炼过程中，通过吹入高纯氧气，添加石灰、白云石等造渣原料，对铁水进行脱碳、升温及去除磷、硫，炉中滞留大量炉渣。转炉渣具有较高的氧化性，并富含磷、硫等有害元素，在转炉出钢过程中，如果炉渣随钢水一并流入钢包中，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耗，还会引起钢包回磷、回硫及增加氧化夹杂含量，降低钢水的洁净度，为后续的钢水精炼增加冶炼负荷，可见挡渣技术在转炉冶炼中的重要性。

表1 转炉终点钢渣化学成质量分数 /%

1970年新日铁发明了挡渣球，利用挡渣球的比重介于钢、渣之间的特点，在出钢后期堵住出钢口来阻断钢渣流进钢包。利用这种方法可以减少转炉出钢的下渣量，减少钢水精炼过程中钢水的回磷、回硫及氧化物夹杂的含量，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量，提高钢水清洁度。国内各钢厂对转炉挡渣技术的研发和应用都十分重视，各种转炉挡渣技术应运而生，先后研发了十几种挡渣方法，如:挡渣帽法、气动挡渣法、挡渣塞法、滑动水口法。

2 几种典型的转炉挡渣方法。

2.1 挡渣球挡渣

在出钢将结束时，使用机械臂将挡渣球在出钢口上方丢下，挡渣球降落在出钢口后阻断熔渣流入钢包。挡渣球的形状为球形，其中心一般用铸铁块做骨架，外部包砌耐火泥料，可采用高铝浇注料或镁质浇注料制作，密度一般在4.2～4.5g/cm3。挡渣球法操作简单，结构简单，成本低廉，有利于降低原材料消耗，但是出钢口受钢水冲刷侵蚀后，孔径不断变大，挡渣效率渐渐降低。此外，挡渣球一定要在出钢量达到1/2～2/3时投入，挡渣命中率才比较高，挡渣球挡渣操作难度高，挡渣稳定性差。采取挡渣球挡渣，挡渣效率在60%左右，合金收得率在85%左右，钢包下渣厚度在80～120mm之间。

2.2 气动挡渣

利用红外频率范围内钢水和炉渣的辐射不同，一旦出现下渣时会发出警报并启动挡渣器进行挡渣操作。挡渣时，挡渣塞头部对出钢口进行机械封闭，端部喷射高压气体来防止炉渣流出。气动挡渣自动化程度较高，挡渣初期挡渣效率高，但是出钢口中后期形状不规则，气动挡渣系统挡渣检测器准确率有所下降。采用气动挡渣，挡渣效率为60%～70%，合金收得率在90%左右，钢包下渣厚度在70～100mm之间。

2.3 滑动水囗挡渣

转炉出钢口滑动水囗挡渣原理类似于钢包滑动水口控流系统，滑动水囗挡渣装置安装在转炉出钢口本体外部，通过液压驱动系统和自动挡渣检测系统控制进行自动开启和关闭，实现少渣、无渣出钢的目的。滑动水囗的滑板、外水口砖更换周期较短，平均10炉需要更换1次滑板，1次更换时间在20～30min。采用滑动水囗挡渣，钢包下渣厚度小于40mm，甚至达到30mm以下。

2.4 挡渣塞挡渣

挡渣塞的形状为半球状，螺纹钢筋由中心垂直穿过，下部外包耐火材料作为导向杆，上部用于夹持器固定。挡渣塞以铸铁作为芯部，采用耐火材材料经挤压成型，挡渣塞密度在4.5～4.7g/cm3之间，挡渣塞带有3个至4个导流槽(见图1)。在出钢后期，机械臂将挡渣塞导向棒部分插入出钢口，半球部分悬浮于钢水与渣液界面上，当钢水流尽时，半球形部分适时堵住出钢口，从而防止熔渣流入钢包。因半球体上有导流槽，可以抑制钢水发生涡流卷渣，当挡渣塞本体堵住出钢口后，残钢仍能通过导流槽流至钢包，故提高了钢水收得率。采用挡渣塞工艺，挡渣效率可以达到90%以上，合金收得率可以达到95%以上，钢包下渣厚度在40～70mm之间。

图1 挡渣塞外形图

图2 悬挂式挡渣机构

针对挡渣塞挡渣，各钢企开发出几种挡渣塞运行机构，图2是研发的悬挂式挡渣机构。在转炉出钢后期启动挡渣设备，松开安全锁，旋转卷扬机放下悬挂主梁，悬挂主梁倾斜到一定角度，移动小车将挡渣棒插入出钢口，夹持机构松开挡渣棒并退出炉外。国内安钢、邯钢和鞍钢均采用挡渣塞挡渣。鞍钢采用挡渣塞挡渣，挡渣成功率高达96%以上。邯钢通过对3号转炉236炉钢水出钢挡渣情况及钢包渣厚的测量统计表明，挡渣命中率大于98%，挡渣成功率＞95%(钢包内渣层厚度＜50 mm即为成功)，钢包内平均渣层厚度小于50 mm。安钢第二炼轧厂挡渣机构的使用率达到99.5%，成功率达到95%以上。宝钢炼钢厂先后采用几种方式挡渣(见表2)，采用滑动水囗挡渣，挡渣成功率为100%，下渣平均厚度小于40mm。