徐國(guó)義，劉文飛，李超，馬寧，王富亮

（鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司，遼寧 營(yíng)口 115007）

無(wú)渣或少渣出鋼是生產(chǎn)純凈鋼的必要手段之一，目的是準(zhǔn)確控制鋼水成分，有效減少鋼水回磷；提高合金元素收得率，減少合金消耗；降低鋼中夾雜物含量，提高鋼包精煉效果，此外，還有利于降低鋼包耐火材料受到的蝕損，提高轉(zhuǎn)爐出鋼口的壽命。因此，有效控制轉(zhuǎn)爐出鋼下渣不僅能改善鋼水質(zhì)量，還是降低煉鋼成本的重要手段［1］。轉(zhuǎn)爐出鋼到鋼包的下渣量中，前期渣量約占30%，渦旋效應(yīng)從鋼水表面帶下的渣量約為30%，后期渣量約40%［2］。因此，轉(zhuǎn)爐出鋼前期擋渣與出鋼后期擋渣同樣，對(duì)于無(wú)渣或少渣出鋼均非常重要。鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司出鋼前期采用擋渣塞磚進(jìn)行擋渣，搖爐時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)塞掉現(xiàn)象，或者在出鋼開(kāi)始就被鋼渣沖掉，起不到有效的擋渣作用。對(duì)于鎮(zhèn)靜出鋼的低磷鋼種，如果前期不能有效擋渣，即使后期擋渣，這部分爐次的回磷量也會(huì)達(dá)到0.002%～0.003%，而轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷含量小于成品磷含量在0.003%以?xún)?nèi)就必須進(jìn)行補(bǔ)吹去磷。因此，必須改進(jìn)轉(zhuǎn)爐出鋼前期擋渣工藝，本文對(duì)此做一介紹。

1 轉(zhuǎn)爐出鋼前期的擋渣技術(shù)

目前，轉(zhuǎn)爐出鋼前期的擋渣方法基本上有以下幾種。

1.1 薄板擋渣器

薄板擋渣器是在轉(zhuǎn)爐出鋼口上安裝一個(gè)薄擋渣板，擋住出鋼初期的下渣。這種擋渣器使用中存在以下問(wèn)題：薄板擋渣器在吹煉過(guò)程中受熱易熔化，大量煙氣從出鋼口冒出，對(duì)出鋼口耐火材料造成沖刷，降低了出鋼口的使用壽命，還嚴(yán)重污染工作環(huán)境；由于薄板擋渣器不能有效擋住出鋼過(guò)程中的前期渣，直接影響脫氧合金的回收率，增加了合金消耗；由于前期下渣會(huì)發(fā)生合金被爐渣包裹現(xiàn)象，合金不易熔化，造成精煉調(diào)配成分不準(zhǔn)確。這種擋渣技術(shù)由于缺點(diǎn)比較明顯，目前大型鋼鐵企業(yè)幾乎不使用。

1.2 鐵皮擋渣帽

鐵皮擋渣帽是用鐵皮卷成適合出鋼口大小的錐體，出鋼前插入到出鋼口處，轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)，鐵皮擋渣帽隨著轉(zhuǎn)爐爐體的傾動(dòng)，瞬間擋住爐內(nèi)鋼水表面的爐渣。當(dāng)高溫鋼水遇到擋渣帽時(shí)，將擋渣帽融化，鋼水流出進(jìn)入鋼包，從而完成出鋼前期擋渣［3］。如果鐵皮擋渣帽與出鋼口接觸不嚴(yán)密，搖爐出鋼時(shí)先行脫落，或是直接被熔渣沖開(kāi)，就不能起到擋渣作用。如果在出鋼前加入鐵皮擋渣帽，在吹煉過(guò)程中鐵皮擋渣帽容易高溫熔化，或被氣流沖掉，既起不到擋渣效果，也造成轉(zhuǎn)爐內(nèi)火焰與高溫氣流沖刷出鋼口，影響出鋼口壽命。

1.3 硬質(zhì)擋渣塞

硬質(zhì)擋渣塞通常采用石英砂、樹(shù)脂、鋸末等耐火材料混合后壓制成錐臺(tái)狀并烘烤而成，也可以用其它耐火材料制成。一般在出鋼后用氧氣管把擋渣帽插入到出鋼口內(nèi)，目的是利用出鋼口與擋渣帽之間的摩擦力阻止前期爐渣的流出，當(dāng)撂爐角度足夠大，前期渣已經(jīng)完全通過(guò)出鋼口區(qū)域時(shí)，鋼水便可沖開(kāi)擋渣帽出鋼［4］。這種技術(shù)目前被大部分鋼鐵企業(yè)采用，但是在使用過(guò)程中，出鋼口內(nèi)型不斷變化或擋渣帽的安裝使用不當(dāng)，均會(huì)造成擋渣帽與出鋼口接觸不好，摩擦力不夠，在兌鐵前的倒渣過(guò)程中或出鋼前期未到出鋼位置時(shí)，擋渣帽便脫落，因此擋渣成功率不穩(wěn)定。

1.4 軟質(zhì)擋渣塞

一般的軟質(zhì)擋渣塞結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括中心鋼管及其在后端焊接鋼板，前端安裝可壓縮活動(dòng)鋼板，中間設(shè)置耐火可塑料，外面包裹塑料薄膜。耐火可塑料為具有一定可塑性的泥坯狀或泥團(tuán)狀的不定型耐火材料，由一定顆粒級(jí)配的耐火骨料和粉料、結(jié)合劑和外加劑經(jīng)混煉制成，塑料薄膜是為了防止耐火可塑料硬化。一般情況下，這種擋渣塞的直徑小于出鋼口直徑15 mm左右，是目前比較先進(jìn)的擋渣塞。因耐火泥料軟質(zhì)可塑，無(wú)論出鋼口如何侵蝕，通過(guò)工具擠壓均可完全堵住。出鋼渣層到達(dá)時(shí)擋渣塞不會(huì)破，鋼水到達(dá)后，在壓力及溫度下自動(dòng)破損。其擋住前期渣的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它品種的擋渣塞。但是這種擋渣塞對(duì)配料要求比較嚴(yán)格，如果配料不合格，可能提前破損，或者到達(dá)出鋼位時(shí)擋渣塞不破碎，需要燒出鋼口的堵料，影響生產(chǎn)的組織和調(diào)配。

1.5 半軟質(zhì)擋渣塞

半軟質(zhì)擋渣塞也叫復(fù)合擋渣塞，外型如圖2所示，是硬質(zhì)擋渣塞與軟質(zhì)擋渣塞的結(jié)合體，主要是以硬質(zhì)擋渣塞為基體，外層覆蓋泥團(tuán)狀的不定型耐火材料。

半軟質(zhì)擋渣塞是全軟質(zhì)擋渣塞的改良產(chǎn)品，該擋渣塞磚兼有可塑性和高強(qiáng)度的特點(diǎn)，能承受轉(zhuǎn)爐初期渣壓力，當(dāng)遇到鋼水時(shí)，在鋼水重量和溫度的雙重作用下?lián)踉刍_(dá)到擋轉(zhuǎn)爐初渣的效果。但是這種擋渣塞軟質(zhì)部分比較少，如果擋渣塞與出鋼口尺寸偏差較大，也能發(fā)生掉塞的現(xiàn)象。此外，如果軟質(zhì)材料的配比不合理，轉(zhuǎn)爐撂到位后，會(huì)出現(xiàn)出鋼口塞磚不開(kāi)現(xiàn)象，就得延長(zhǎng)出鋼時(shí)間或者被迫抬爐處理。

1.6 滑板擋渣

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外大型鋼鐵企業(yè)陸續(xù)采用滑動(dòng)水口擋渣技術(shù)。這種技術(shù)就是借鑒鋼水罐的滑板控流技術(shù)，在出鋼之前關(guān)閉滑動(dòng)水口，待轉(zhuǎn)爐角度足夠大，鋼水液面完全沒(méi)過(guò)出鋼口位置后，打開(kāi)滑動(dòng)水口，進(jìn)行出鋼操作。這種方法較好的解決了擋渣帽擋渣法存在的摩擦力不足等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)出鋼前期下渣的有效控制。但這種擋渣技術(shù)只能應(yīng)用在安裝完滑板擋渣的轉(zhuǎn)爐上。

2 前期擋渣工藝的優(yōu)化

2.1 擋渣時(shí)機(jī)的優(yōu)化

鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司原先采用的是硬質(zhì)擋渣塞，轉(zhuǎn)爐出鋼后在出鋼口出口處插入擋渣塞。由于擋渣塞與出鋼口結(jié)合不緊密，經(jīng)常出現(xiàn)擋渣塞掉的現(xiàn)象。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤發(fā)現(xiàn)，這些擋渣塞大部分都是在倒渣翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于出鋼口朝下，擋渣塞塞的不嚴(yán)密而脫落。因此，對(duì)擋渣塞的堵入時(shí)機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化，擋渣塞加入時(shí)機(jī)更改為轉(zhuǎn)爐倒渣后，在出鋼口抬起到手工測(cè)溫取樣窗口進(jìn)行堵?lián)踉僮?。采取這種操作后，擋渣塞在轉(zhuǎn)爐吹煉初期基本上不會(huì)掉，但吹煉過(guò)程中有很大一部分不是被氣流吹掉，就是出鋼開(kāi)始就立即被鋼渣沖掉，仍達(dá)不到預(yù)想的前期擋渣效果。

分析認(rèn)為，擋渣塞不能固定在出鋼口內(nèi)是擋渣塞頻繁脫落的根本原因。觀察發(fā)現(xiàn)，出完鋼后，出鋼口內(nèi)的爐渣迅速冷卻，超過(guò)3 min粘結(jié)效果就差了。統(tǒng)計(jì)結(jié)果也表明，掉落的擋渣塞一部分是因?yàn)閾踉氯胼^晚，另一部分是因?yàn)閾踉c出鋼口結(jié)合不牢固。擋渣塞在3 min之內(nèi)堵入出鋼口，并且塞嚴(yán)實(shí)的爐次，擋渣塞擋渣成功率達(dá)到80%以上。因此對(duì)擋渣塞的堵入時(shí)機(jī)進(jìn)一步優(yōu)化，出鋼結(jié)束擋渣鏢透完后，立即將塞磚堵進(jìn)出鋼口，并且確保塞磚與出鋼口結(jié)合嚴(yán)密，利用出鋼口的粘渣，將塞磚粘牢。擋渣時(shí)機(jī)再次優(yōu)化后，前期擋渣成功率從原來(lái)的47%提高到了81%。

2.2 擋渣塞類(lèi)型的優(yōu)化

對(duì)轉(zhuǎn)爐出鋼前期擋渣時(shí)機(jī)優(yōu)化后，前期擋渣成功率得到了大幅度的提高，但與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平相比仍有較大差距。分析后決定對(duì)擋渣塞的材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化，以進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)爐出鋼前期擋渣成功率。

第一次改進(jìn)：開(kāi)發(fā)一種全軟質(zhì)擋渣塞，該擋渣塞有一定的耐火度，中間為鋼管，塞的本體可以柔軟變形，直徑為略小于出鋼口外口的圓柱體。出鋼結(jié)束使用專(zhuān)用工具將軟質(zhì)擋渣塞塞入出鋼口并保證塞嚴(yán)實(shí)，目的是吹煉過(guò)程中利用爐內(nèi)的高溫?zé)Y(jié)，形成具有一定耐火度的擋渣塞，轉(zhuǎn)爐出鋼能起到擋渣作用，當(dāng)遇到鋼水時(shí)，擋渣塞熔化，正常出鋼，可以擋住部分渣，節(jié)省脫氧合金消耗。但在實(shí)際使用過(guò)程中，由于技術(shù)不成熟，不僅操作困難，出鋼口還經(jīng)常被堵死，不得不重新抬爐處理，耽誤正常的生產(chǎn)運(yùn)行。

為了操作簡(jiǎn)單并且取得較好的前期擋渣效果，決定對(duì)擋渣塞進(jìn)行第二次改進(jìn)，開(kāi)發(fā)一種復(fù)合擋渣塞。復(fù)合擋渣塞主要材質(zhì)仍為硬質(zhì)擋渣塞材質(zhì)，外圈由耐火可塑料包裹，使其能夠很好地與出鋼口內(nèi)壁貼合，將出鋼口完全封閉，復(fù)合擋渣塞基本外型參考圖2。由于耐火可塑料在冶煉過(guò)程中不熔化，因此基本避免了出鋼前塞磚脫落或熔化。該復(fù)合擋渣塞以硬質(zhì)擋渣塞的材料為基料，操作簡(jiǎn)單，與硬質(zhì)擋渣塞類(lèi)似；以耐火可塑料進(jìn)行包裹，能夠發(fā)揮耐火可塑料的更大作用，使得擋渣塞堵入更牢固，不僅能夠防止擋渣塞出鋼前熔化或脫落，也基本避免了出鋼口被擋渣塞堵死的現(xiàn)象。

3 取得的效果

3.1 改進(jìn)后的前期擋渣情況

轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束后，將轉(zhuǎn)爐搖到爐后-30°，用專(zhuān)用堵?lián)踉墓ぞ邔?fù)合擋渣塞堵入出鋼口，并保證堵牢固。圖3為復(fù)合擋渣塞前期擋渣效果。

由圖3可以清楚地看到，出鋼倒?fàn)t到一定角度后，能夠保證出鋼口里口在鋼水液面以下，這時(shí)復(fù)合擋渣塞才被壓掉，能明顯看到鋼流突然落下，完全避免了前期下渣，實(shí)現(xiàn)了對(duì)出鋼過(guò)程前期下渣的有效控制。鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司采用復(fù)合擋渣塞進(jìn)行前期擋渣試驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表1。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，采用以上前期擋渣技術(shù)后，擋渣成功率由81%提高到96%。

表1 復(fù)合擋渣塞擋渣結(jié)果

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司260 t轉(zhuǎn)爐優(yōu)化出鋼前期擋渣工藝后，在提高合金收得率、降低因出鋼回磷高導(dǎo)致的廢品率等方面都獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.1 提高合金收得率

（1）降低脫氧合金消耗

表2統(tǒng)計(jì)了使用復(fù)合擋渣塞和正常擋渣塞爐次的噸鋼鋁鐵消耗對(duì)比。鋁鐵價(jià)格是8 850元/t，由表2計(jì)算出，降低成本為：

（3.73-3.70）×8 850/1 000=0.26 元/t鋼。

表2 不同擋渣塞的鋁消耗情況對(duì)比

（2）降低成分合金消耗

進(jìn)入鋼包高氧化性爐渣的數(shù)量減少，降低了所加入合金在鋼包中的氧化損失。以SPHC為例，使用復(fù)合擋渣塞和正常擋渣塞的爐次相比，合金消耗降低0.12 kg/t鋼，成分合金依照6.0元/kg計(jì)算，則降低成本為0.72元/t鋼。

3.2.2 降低出鋼后鋼水回磷量

使用復(fù)合擋渣塞與正常擋渣塞的爐次相比，渣量減少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼包的渣層厚度從使用前的90.88 mm降低到81.62 mm，以SPHC鎮(zhèn)靜出鋼為例，鋼水回磷量從使用前的平均0.002 64%降低到0.001 45%。因出鋼磷含量高導(dǎo)致的事故按每月減少1爐計(jì)算，磷含量高改為現(xiàn)貨，現(xiàn)貨與原品種價(jià)格差為300元/t鋼，則每月避免損失：

260×300 =7.8萬(wàn)元。

3.2.3 經(jīng)濟(jì)效益

按3座260 t轉(zhuǎn)爐每月產(chǎn)量50萬(wàn)t計(jì)算，鋁鎮(zhèn)靜鋼產(chǎn)量占總產(chǎn)量的60%。每月節(jié)約的經(jīng)濟(jì)效益如下：

節(jié)約脫氧合金成本：0.26×50×60%=7.8萬(wàn)元；

節(jié)約成分合金成本：0.72×50×60%=21.6萬(wàn)元；

上述兩項(xiàng)加上避免磷高導(dǎo)致廢品產(chǎn)生的損失共節(jié)約：

7.8+21.6+7.8=37.2萬(wàn)元。

除了直接經(jīng)濟(jì)效益外，還取得了比較好的間接性經(jīng)濟(jì)效益。例如，鋼水中的夾雜物大多來(lái)自脫氧產(chǎn)物，合金化操作時(shí)更是如此。前期擋渣工藝優(yōu)化后，鋼水中夾雜物減少，鋼水質(zhì)量提高。統(tǒng)計(jì)得出，同類(lèi)鋼種質(zhì)量異議率降低了60%。

4 結(jié)語(yǔ)

鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐出鋼前期擋渣時(shí)機(jī)并開(kāi)發(fā)了一種復(fù)合擋渣塞，采用后，前期擋渣成功率從原來(lái)的47%提高到了96%，脫氧合金成本和成分合金成本共降低29.4萬(wàn)元/月，避免因磷高產(chǎn)生廢品引起的損失7.8萬(wàn)元/月。但由于該工藝開(kāi)發(fā)并應(yīng)用的時(shí)間比較短，技術(shù)還不成熟，有時(shí)轉(zhuǎn)爐撂到位后，出現(xiàn)了出鋼口塞磚不開(kāi)現(xiàn)象，因此，仍需要對(duì)塞磚材質(zhì)及結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。

［1］ 孫興洪，蔣小弟．寶鋼煉鋼廠(chǎng)轉(zhuǎn)爐擋渣工藝技術(shù)的發(fā)展［J］．寶鋼技術(shù)，2010（2）：58-62．

［2］ Enkner B，Paster A，Schw elbenger J．新型 VAFCON 轉(zhuǎn)爐擋渣系統(tǒng)［J］．鋼鐵，2002，37(8)：28-32．

［3］ 虞大俊,王多剛.梅鋼轉(zhuǎn)爐擋渣技術(shù)生產(chǎn)實(shí)踐 ［J］.煉鋼，2012，28（4）：13-18.

［4］ 魏寶森.轉(zhuǎn)爐擋渣出鋼技術(shù)應(yīng)用 ［J］.江 西 冶金，2013，33（4）：20-28.