左 歡

（天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院,天津300400）

0 引言

在轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中，轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼渣具有較高的氧化性，并且含有大量的磷、硫等有害元素。 轉(zhuǎn)爐出鋼時過量下渣，會使鋼水氧化性增強(qiáng)，增加了鋼包的脫氧劑、鐵合金和精煉渣等的用量；同時增加了鋼中夾雜物的含量，降低鋼水的純凈度，延長了精煉工序的處理時間[1]。 目前看，傳統(tǒng)出鋼擋渣方法效果不太理想，嚴(yán)重制約了高品質(zhì)、高附加值鋼種的研發(fā)。

本文分析了出鋼過程中下渣量大的原因，比較了不同擋渣方法的優(yōu)缺點(diǎn)。 以某鋼廠180 t 轉(zhuǎn)爐為例，介紹了滑板擋渣出鋼技術(shù)的應(yīng)用，包括自動紅外下渣檢測以及液壓驅(qū)動滑動出鋼口擋渣機(jī)構(gòu)等技術(shù)，并重點(diǎn)闡述了該擋渣技術(shù)的特點(diǎn)、下渣檢測原理及擋渣實踐效果。

1 轉(zhuǎn)爐出鋼下渣原因分析

研究表明，轉(zhuǎn)爐出鋼的全程都有下渣的發(fā)生。出鋼前期的下渣量約占30% ，中期由于渦旋效應(yīng)卷渣的下渣量約占30%，后期擋渣失敗下渣量約占40%[2]。

（1）出鋼前期下渣。 轉(zhuǎn)爐搖爐出鋼過程中，當(dāng)傾動角度到達(dá)40 度左右時，爐渣因密度小而浮于鋼液之上，故先于鋼水流入出鋼口內(nèi)部，進(jìn)而進(jìn)入鋼包內(nèi)，造成前期下渣。

（2）出鋼中期下渣。 在轉(zhuǎn)爐出鋼的中后期，出鋼口上部容易出現(xiàn)鋼水的渦流效應(yīng)，鋼渣會在渦流發(fā)生時隨著鋼水卷入出鋼口，造成中期卷渣。

（3）出鋼后期下渣。 當(dāng)鋼水快要全部出凈時，如果擋渣措施失敗或擋渣效果不佳，會導(dǎo)致鋼渣跟著鋼水一起流入鋼包，造成后期下渣。

2 傳統(tǒng)擋渣方法的分析

目前某鋼廠180 t 轉(zhuǎn)爐使用的傳統(tǒng)擋渣方法為：擋渣帽＋擋渣球法、擋渣帽＋擋渣錐法兩種組合方法。 目前看，這些傳統(tǒng)的組合擋渣方法效果都不太理想。

2.1 擋渣帽法

擋渣帽是在轉(zhuǎn)爐出鋼口處作瞬時擋渣用的，由帽頭、芯體、軟質(zhì)外層幾部分組成。 在上一爐出完鋼后，將擋渣帽堵在出鋼口上；在下一爐轉(zhuǎn)爐傾動出鋼過程中，把爐渣堵在出鋼口內(nèi)部，待轉(zhuǎn)爐傾動至出鋼角度時，由鋼水高溫和重力的雙重作用將擋渣帽沖開，防止出鋼前期鋼渣流入鋼包，有效的減少了前期下渣量。

2.2 擋渣球法

擋渣球是早期傳統(tǒng)的擋渣工藝，其密度一般為4.0～4.5 g/cm3，介于鋼液、鋼渣密度之間，在出鋼結(jié)束前沉于鋼渣、浮于鋼水實現(xiàn)擋渣。 擋渣球是一種球形體，外側(cè)分布有流鋼槽，在出鋼即將結(jié)束時，采用人工投放的方式，將擋渣球從出鋼口上方爐口處投下，落入鋼水渦流回旋區(qū)域，擋渣球因渦流引力作用而發(fā)生定位旋轉(zhuǎn)，隨熔池液面逐漸下落，在鋼水將流盡前擋在出鋼口內(nèi)側(cè)。 經(jīng)實際驗證，擋渣有效率可達(dá)70%左右，其比重尤為關(guān)鍵，比重小則擋不住，比重大則鋼水出不盡。

2.3 擋渣錐法

擋渣錐由高鋁、 鎂砂質(zhì)氧化鋁耐火材料制成，分錐頭和錐桿兩部分，錐頭形狀呈陀螺形，上有溝槽，其比重與擋渣球相差不大。 當(dāng)出鋼至三分之二左右時，將轉(zhuǎn)爐搖至投錐角度，用投錐裝置將擋渣錐送入爐內(nèi)出鋼口上方釋放，使錐桿部分首先插入出鋼口，起到了牽引和導(dǎo)向的作用，陀螺形錐頭懸浮于鋼水與鋼渣兩相界面上，當(dāng)鋼水將出盡時，錐頭落在出鋼口，剩余鋼水順著溝槽流出，鋼渣則被堵在爐內(nèi)。 因錐頭上有凹槽，能有效抑制渦流，減少中后期卷渣的現(xiàn)象發(fā)生，并且只要在轉(zhuǎn)爐空爐時經(jīng)常校正投錐裝置參數(shù)，擋渣錐的擋渣成功率能達(dá)80%左右。

3 轉(zhuǎn)爐滑板擋渣技術(shù)的實踐

3.1 滑板擋渣技術(shù)工藝控制

為了提高該廠180 t 轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣命中率，減少下渣量，實現(xiàn)出鋼末期快速擋渣，在轉(zhuǎn)爐出鋼口外側(cè)加裝了可滑動的出鋼口閘閥機(jī)構(gòu)，該設(shè)計參考了連鑄中間包滑動水口的原理[3]。 轉(zhuǎn)爐滑動出鋼口的閘閥機(jī)構(gòu)依托上下兩塊滑板磚孔的重合、 全開，實現(xiàn)出鋼結(jié)束后的擋渣，其中上滑板為固定滑板，下滑板為滑動滑板。 閘閥機(jī)構(gòu)的動作是以液壓控制的方式開啟或關(guān)閉，其動作的啟動信號來自于紅外下渣自動檢測系統(tǒng)，渣檢測系統(tǒng)測檢到下渣后，閘閥機(jī)構(gòu)自動關(guān)閉，以達(dá)到出鋼和擋渣的目的。 轉(zhuǎn)爐滑板擋渣出鋼技術(shù)工藝控制見表1[4]。

表1 轉(zhuǎn)爐滑板擋渣出鋼技術(shù)工藝控制

3.2 紅外自動下渣檢測原理

紅外自動下渣檢測系統(tǒng)主要是采用紅外攝像機(jī)對轉(zhuǎn)爐出鋼過程中的鋼流進(jìn)行實時監(jiān)測，利用鋼水和熔渣相同溫度下的輻射能量不同，通過計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)對實時紅外圖像信號進(jìn)行識別和處理。當(dāng)系統(tǒng)檢測到下渣后，計算機(jī)立即發(fā)出控制信號，液壓系統(tǒng)得到信號自動關(guān)閉滑板，實現(xiàn)下渣監(jiān)測與自動控制[5]。如圖1 所示為轉(zhuǎn)爐紅外下渣監(jiān)測控制系統(tǒng)原理圖。

圖1 轉(zhuǎn)爐紅外下渣監(jiān)測控制系統(tǒng)原理圖

3.3 滑板擋渣技術(shù)主要工藝特點(diǎn)

滑動出鋼口在轉(zhuǎn)爐冶煉的不同階段，都能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自動控制開閉，滿足不同階段的擋渣要求。

（1）可防止前期渣流入鋼包。 在出鋼過程中，轉(zhuǎn)爐后傾至35 度時，滑動出鋼口自動關(guān)閉，出鋼口內(nèi)只灌入了小于其容積大小的鋼渣量，且隨著轉(zhuǎn)爐后傾，鋼水由于密度大會沉入出鋼口內(nèi)進(jìn)而把鋼渣排擠出來，當(dāng)轉(zhuǎn)爐搖到“ 開始出鋼”的角度時，再打開滑動出鋼口，保證了前期不下渣。

（2）避免出鋼后期下渣。 鋼水出完后，紅外下渣監(jiān)測裝置精準(zhǔn)發(fā)出下渣信號，可實現(xiàn)自動快速關(guān)閉出鋼口滑板，完全關(guān)閉動作時間≤1 秒，擋渣成功率可達(dá)到99%。

（3）在轉(zhuǎn)爐角度搖至零位前，控制系統(tǒng)自動打開滑板，利用氣體吹掃清理出鋼口內(nèi)殘余鋼渣，確保出鋼口不發(fā)生堵塞。

與擋渣帽＋擋渣球法、擋渣帽＋擋渣錐法工藝效果比較如表2 所示。

表2 三種擋渣方法效果比較

4 滑板擋渣法生產(chǎn)實踐效果分析

在該廠180 t 轉(zhuǎn)爐進(jìn)行了滑板擋渣出鋼技術(shù)改造后，擋渣的工藝效果和經(jīng)濟(jì)效果顯著。 轉(zhuǎn)爐擋渣工藝改進(jìn)前后技術(shù)指標(biāo)對比情況如表3 所示。

表3 轉(zhuǎn)爐擋渣工藝改進(jìn)前后技術(shù)指標(biāo)對比情況

（1）擋渣成功命中率可以達(dá)到99%，絕大多數(shù)爐次達(dá)到了少渣出鋼的要求，吹氬站測量大包鋼渣平均厚度減少到40 mm 以下，為高附加值純凈鋼的開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

（2）滑板機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、更換方便快捷，滑板關(guān)閉速度≤1 秒，每次更換時間≤15 min，機(jī)構(gòu)自身原因事故率≤1%。

（3）外滑板與外水口的更換頻次達(dá)到了設(shè)計要求，一般大于12 爐更換一次；內(nèi)滑板與內(nèi)水口的更換頻次與出鋼口同步（平均≥40 次），單獨(dú)更換時（平均≥20 次）。

（4） 出鋼口管磚的使用壽命在正常情況下平均≥120 次，滑板機(jī)構(gòu)使用壽命≥2000 爐（中途更換部分易損件）。

5 結(jié)語

轉(zhuǎn)爐擋渣工藝由傳統(tǒng)的擋渣帽＋擋渣球法、擋渣帽＋擋渣錐法改進(jìn)為滑板擋渣技術(shù)后，該廠180t轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣的自動控制。 轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣命中率和擋渣效率滿足了安全生產(chǎn)和工藝的高要求，有效降低了鋼包下渣量，減少了后道工序脫氧合金及精煉造渣料的消耗，縮短了精煉時間，降低了鋼中夾雜物含量，提高了鋼液的純凈度，為今后大規(guī)模開發(fā)高端優(yōu)質(zhì)鋼奠定了堅實基礎(chǔ)。