提钒挡渣技术的探索与应用

王瑞军， 李彦军， 翁玉娟， 翁美玲， 王立新， 贺丹阳

（河钢集团承钢公司棒材事业部， 河北 承德 067002）

提钒挡渣技术的探索与应用

王瑞军， 李彦军， 翁玉娟， 翁美玲， 王立新， 贺丹阳

（河钢集团承钢公司棒材事业部， 河北 承德 067002）

通过对提钒转炉出钢前期以及后期的挡渣技术工艺进行尝试，并且对挡渣成功率、下渣量、经济效益等方面进行综合考虑，最终选择了挡渣球挡渣法。最后通过优化挡渣球结构和加入挡渣球的方式，降低了出钢过程中的钒渣流失率、提高了钒渣产量和钒回收率，使挡渣成功率提高到约90.32%，出钢平均下渣量减少到42mm，取得了很好的经济效益。

提钒转炉 钒渣 出钢 挡渣技术

金属钒是一种重要的战略金属，在钢铁、化工、航空航天等领域应用广泛。钒的结构强度很高，主要用作合金添加剂以提高钢的韧性、强度和延展性等结构性能，在钢中加入质量分数为0.1%的钒，可使钢强度提高10%～20%，结构质量减轻15%～25%，成本降低8%～10%。因此，拥有钒钛资源优势的某厂，长期以来着手研究开发不让钒渣从提钒转炉进入半钢包或把进入量降到最低的技术和方法。

1 挡渣工艺介绍

从1970年日本发明挡渣球挡渣出钢技术以来，世界各大钢厂都对挡渣技术进行了探索，通过不断地研究，挡渣锥定位投放挡渣法、滑板挡渣法、避渣罩法、气动挡渣法、出钢口吹气干扰涡流法等挡渣方法纷纷出现。目前国内普遍应用的有挡渣锥定位投放挡渣法、气动挡渣法和滑板挡渣法。

针对不同阶段下渣的特点，某厂100 t提钒转炉生产采用双挡渣法工艺，即采用挡渣帽挡出钢开始时的前期渣，再用高密度挡渣球挡出钢结束时的后期渣。综合使用这两种挡渣方法，使挡渣效果得到明显提高，有效降低了钒渣流失。

2 提钒转炉出钢时钒渣的流失

在提钒转炉出钢过程中，由于钒渣比钢水的密度要小，所以钒渣会浮于钢水面上，因此所流失的钒渣按提钒转炉出钢过程可分为前期渣、过程渣和后期渣。前期渣为提钒转炉出钢，倾动至38°～50°时，钢水液面上的钒渣从出钢口处流失所造成；过程渣为出钢过程中，出钢口附近的钒渣卷入钢水流出时所形成的涡旋造成的；后期渣为出钢结束阶段，半钢出尽后，钒渣顺出钢口流失造成的（见图1）。提钒转炉出钢过程中的下渣量，其前期渣、过程渣与后期渣分别约占30%、30%和40%。

图1 前期下渣和后期下渣

3 提钒转炉出钢前期的挡渣技术

在提钒转炉出钢前期，由于钒渣密度小于钢水密度，钒渣浮在半钢上面。随着出钢时转炉角度的逐渐增大，钒渣会先于钢水从出钢口区域进入钢包，造成钒渣流失。针对此现象特点，该厂采用挡渣帽挡渣法阻挡前期渣进入钢包。

3.1 挡渣帽的使用原理

出钢前使用挡渣帽（见下页图2）插入出钢口内，将其堵住，然后利用挡渣帽与出钢口之间产生的摩擦力阻止前期钒渣的流出，当转炉角度足够大时，前期渣完全通过出钢口区域后，钢水将冲开挡渣帽出钢，以此来降低出钢前期的钒渣流失。

3.2 挡渣帽使用效果

挡渣帽的使用有效地阻止了出钢前期钒渣进入半钢包中，避免造成钒渣的流失，提高了钒渣回收率，并且它操作简单、安全，堵出钢口率近100%，对成本无明显影响，挡渣帽每个单价6元，吨钢占用成本 0.05 元 /t。

图2 挡渣帽示意图

4 提钒转炉出钢后期的挡渣技术

转炉出钢后期，随着炉内钢水的出尽，浮在钢水上的钒渣也随之流入钢包，造成钒渣流失。针对此现象特点，该厂分别尝试使用挡渣镖、滑板挡渣和挡渣球三种挡渣法来减少这部分钒渣流失量。

4.1 挡渣镖挡渣工艺的应用

4.1.1 挡渣镖挡渣技术概述

在提钒转炉出钢过程中，将挡渣塞通过挡渣投放车置入出钢口上方，由于出钢过程中在出钢口上方形成了较强的涡流，其下部较长的圆柱体起到了定位作用，使挡渣镖不会移位，由于挡渣镖的重心在下部圆柱体上，加之钢流向下冲击，挡渣塞不会倾斜，在出钢过程中挡渣镖将稳定在出钢口上方的半钢和钒渣之间。在上部圆台外侧有对称分布的小槽，可保证半钢出尽。一旦半钢出尽，挡渣镖上部圆台会堵住出钢口，使钒渣不能流到钢包中[1]。挡渣镖示意图见图3，挡渣镖挡渣示意图见图4。

图3 挡渣镖示意图

图4 挡渣镖挡渣示意图

4.1.2 挡渣镖使用效果

借鉴于挡渣镖在炼钢转炉出钢时的良好挡渣效果。该厂在提钒转炉上也进行了多次试验，但是挡渣效果并不是十分明显。其中的主要原因在于钒渣中的V2O5要比钢渣中所占比重要大，并且提钒转炉出钢时炉内温度约为1 360～1 390℃，这造成提钒炉内液面上钒渣的硬度偏高，使挡渣镖很难投放到出钢口位，从而影响挡渣镖的挡渣效果。

4.2 滑板挡渣工艺的应用

4.2.1 滑板挡渣技术概述

滑板挡渣技术是使用大包滑动水口原理，在提钒转炉的出钢口处安装滑动水口装置，通过滑动滑板和固定滑板之间流钢孔的错位实现出钢挡渣操作。该装置由出钢口、滑动滑板、固定滑板、液压系统组成，固定滑板与出钢口固定，滑动滑板通过推拉杆与液压系统连接，液压油缸带动推拉杆，使滑动滑板与定滑板做相对运动，实现流钢孔的全开、半开和关闭，达到控流和挡渣出钢的目的[2]。滑板开、关组合图示意图如图5所示。

图5 滑板开、关组合图示意图

4.2.2 滑板挡渣使用效果

该厂提钒转炉滑板挡渣技术共使用198余炉次，更换7套滑板，平均下渣量为32 mm，使用过程中发生3次液压管漏油事故。滑板使用情况见表1。

表1 滑板使用情况

从表1可以看出，滑板寿命较低，在生产节奏不紧张时，可通过更换整套挡渣机构来达到更换滑板的目的。对于该厂这种提钒周期为16 min的高节奏生产组织模式，每套滑板更换时间近26 min，在这更换过程中冶炼铁水直接影响道钒渣产量。

4.3 挡渣球挡渣工艺的应用

4.3.1 挡渣球的使用原理

挡渣球适用在转炉出钢口的功能性耐火材料，在提钒转炉出钢后期，钢水液面降低，钒渣比较容易被出钢口的涡流带入转炉半钢包中，将挡渣球抛入炉内出钢口的上方，通过钢水旋流作用将其吸往出钢口，利用其自身密度与半钢和渣层之间的差异，置于两者之间，以达到挡渣的目的[3]。

4.3.2 挡渣球使用效果

该厂针对多面体和带流槽的球体两种形状的挡渣球，分别进行试验。试验对比效果见表2。

表2 挡渣球对比效果

从表2数据可以看出，无论从挡渣成功率，还是下渣的厚度来比较，高密度挡渣球（见图6）的挡渣效果都比较显著。其原因为钒渣比钢渣的密度大，并且提钒转炉出钢时炉内温度约为1 360～1 390℃，这造成提钒炉内液面上钒渣的硬度偏高，导致普通挡渣球的密度很难利用自身重量穿过渣层准确到达出钢口位，从而影响其挡渣效果。而高密度挡渣球的密度从4.2 kg/m3增加到5.2 kg/m3后，挡渣成功率提高到81.45%，明显降低了钒渣流失量，从而提高了钒回收率。

图6 高密度挡渣球示意图（单位：mm）

4.3.3 挡渣球加入方法的改进

由于挡渣球通常是以随波逐流的方式到达出钢口位置，为了进一步提高挡渣球的挡渣成功率，如何使挡渣球准确到达出钢口就成为了主要问题。

对此，该厂借鉴挡渣车的使用特点，将挡渣车前端的悬臂进行改造（改进后挡渣车前臂见图7），使挡渣车能用于挡渣球的投放作业过程中，避免人工投掷准确性不高的缺点。

挡渣球改进后（见表3），挡渣成功率提高约9%，达到90.32%，平均渣厚也下降到42 mm，有效地降低了钒流失率，取得了很好的经济效益。

图7 改进后挡渣车前臂

表3 挡渣车前臂改进前后的运行效果对比

5 结论

1）采用挡渣帽技术，可有效控制出钢前期下渣，再配合改进过的挡渣球技术控制出钢后期的下渣量，半钢包中渣厚一般可控制到平均42 mm左右，挡渣成功率提高到约90.32%。

2）改进过的挡渣球技术具有成本低、操作简单、挡渣效果较好等特点，与滑板和挡渣镖挡渣工艺相比较，更能满足该厂的实际需求。

[1] 朱伟中，顾克井，田勇，等.转炉出钢挡渣改进实践[J].钢铁研究，2003（3）：9-11；31.

[2] 王淑华，丛玉伟，徐尚福，等.转炉滑板挡渣出钢技术实践[J].河南冶金，2010（6）：46-47；56.

[3] 邵大庆，王书桓，李荣生，等.50 t转炉挡渣工艺优化[J].河北冶金，2012（4）：37-38.

（编辑：王瑾）

Exploration and Application of Vanadium Extraction and Slag Stopping Technology

Wang Ruijun,Li Yanjun,Weng Yujuan,Weng Meiling,Wang Lixin,He Danyang
（Bar Division of HBIS Group ChengSteel Company,Chengde Hebei 067002）

Through the trial of slag stopping technology before and after steel tapping of the vanadium extraction converter,under the comprehensive consideration of the success rate of slag,slag quantity and economic benefit,the slag stopping method is finally chosen.Finally,by optimizing the way of the slag ball structure and slag retaining ball,the turnover rate of vanadium slag is reduced,vanadium slag yield and recovery rate of vanadium are increased,and the success rate of the slag is increased to about 90.32%.The average slag amount of steel tapping is reduced to 42mm,which makes good economic benefit.

vanadium extraction converter,vanadium slag,steel tapping,slag stopping technology

TF748.2

A

1672-1152（2017）04-0113-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.42

2017-07-14

王瑞军（1984—），男，毕业于山西工程职业技术学院，工程师，现主要从事转炉提钒炼钢技术工作。