國內轉爐擋渣技術的探討

譚 楓

(黑龍江省冶金研究所，哈爾濱150040)

1 轉爐出鋼下渣及其危害

轉爐出鋼時的下渣一般可分為三部分:(1)前期渣，隨著轉爐傾動角度的增大，爐渣先于鋼水到達出鋼口位置，產生前期下渣。(2)過程渣，出鋼過程中，尤其是中后期會出現鋼水的渦旋效應，造成渦流卷渣現象，鋼渣隨鋼水流入鋼包。(3)后期渣，出鋼后期至出鋼結束階段，爐渣隨鋼水一并流入鋼包。在整個轉爐出鋼過程的下渣量中，前期渣量約占30%，渦流效應從鋼水表面帶下的渣量約為30%，后期渣約為40%。

隨著現代煉鋼工藝的不斷發展，轉爐出鋼擋渣倍受重視，尤其在純凈鋼的生產中，更需要控制轉爐下渣量(表1為轉爐終點鋼渣化學成質量分數)。在轉爐冶煉過程中，通過吹入高純氧氣，添加石灰、白云石等造渣原料，對鐵水進行脫碳、升溫及去除磷、硫，爐中滯留大量爐渣。轉爐渣具有較高的氧化性，并富含磷、硫等有害元素，在轉爐出鋼過程中，如果爐渣隨鋼水一并流入鋼包中，不僅會增加鋼水的脫氧及合金化難度，增加脫氧劑及合金消耗，還會引起鋼包回磷、回硫及增加氧化夾雜含量，降低鋼水的潔凈度，為后續的鋼水精煉增加冶煉負荷，可見擋渣技術在轉爐冶煉中的重要性。

表1 轉爐終點鋼渣化學成質量分數 /%

1970年新日鐵發明了擋渣球，利用擋渣球的比重介于鋼、渣之間的特點，在出鋼后期堵住出鋼口來阻斷鋼渣流進鋼包。利用這種方法可以減少轉爐出鋼的下渣量，減少鋼水精煉過程中鋼水的回磷、回硫及氧化物夾雜的含量，可以減少鋼水脫氧及合金化過程中的脫氧劑和合金的消耗量，提高鋼水清潔度。國內各鋼廠對轉爐擋渣技術的研發和應用都十分重視，各種轉爐擋渣技術應運而生，先后研發了十幾種擋渣方法，如:擋渣帽法、氣動擋渣法、擋渣塞法、滑動水口法。

2 幾種典型的轉爐擋渣方法。

2.1 擋渣球擋渣

在出鋼將結束時，使用機械臂將擋渣球在出鋼口上方丟下，擋渣球降落在出鋼口后阻斷熔渣流入鋼包。擋渣球的形狀為球形，其中心一般用鑄鐵塊做骨架，外部包砌耐火泥料，可采用高鋁澆注料或鎂質澆注料制作，密度一般在4.2～4.5g/cm3。擋渣球法操作簡單，結構簡單，成本低廉，有利于降低原材料消耗，但是出鋼口受鋼水沖刷侵蝕后，孔徑不斷變大，擋渣效率漸漸降低。此外，擋渣球一定要在出鋼量達到1/2～2/3時投入，擋渣命中率才比較高，擋渣球擋渣操作難度高，擋渣穩定性差。采取擋渣球擋渣，擋渣效率在60%左右，合金收得率在85%左右，鋼包下渣厚度在80～120mm之間。

2.2 氣動擋渣

利用紅外頻率范圍內鋼水和爐渣的輻射不同，一旦出現下渣時會發出警報并啟動擋渣器進行擋渣操作。擋渣時，擋渣塞頭部對出鋼口進行機械封閉，端部噴射高壓氣體來防止爐渣流出。氣動擋渣自動化程度較高，擋渣初期擋渣效率高，但是出鋼口中后期形狀不規則，氣動擋渣系統擋渣檢測器準確率有所下降。采用氣動擋渣，擋渣效率為60%～70%，合金收得率在90%左右，鋼包下渣厚度在70～100mm之間。

2.3 滑動水囗擋渣

轉爐出鋼口滑動水囗擋渣原理類似于鋼包滑動水口控流系統，滑動水囗擋渣裝置安裝在轉爐出鋼口本體外部，通過液壓驅動系統和自動擋渣檢測系統控制進行自動開啟和關閉，實現少渣、無渣出鋼的目的。滑動水囗的滑板、外水口磚更換周期較短，平均10爐需要更換1次滑板，1次更換時間在20～30min。采用滑動水囗擋渣，鋼包下渣厚度小于40mm，甚至達到30mm以下。

2.4 擋渣塞擋渣

擋渣塞的形狀為半球狀，螺紋鋼筋由中心垂直穿過，下部外包耐火材料作為導向桿，上部用于夾持器固定。擋渣塞以鑄鐵作為芯部，采用耐火材材料經擠壓成型，擋渣塞密度在4.5～4.7g/cm3之間，擋渣塞帶有3個至4個導流槽(見圖1)。在出鋼后期，機械臂將擋渣塞導向棒部分插入出鋼口，半球部分懸浮于鋼水與渣液界面上，當鋼水流盡時，半球形部分適時堵住出鋼口，從而防止熔渣流入鋼包。因半球體上有導流槽，可以抑制鋼水發生渦流卷渣，當擋渣塞本體堵住出鋼口后，殘鋼仍能通過導流槽流至鋼包，故提高了鋼水收得率。采用擋渣塞工藝，擋渣效率可以達到90%以上，合金收得率可以達到95%以上，鋼包下渣厚度在40～70mm之間。

圖1 擋渣塞外形圖

圖2 懸掛式擋渣機構

針對擋渣塞擋渣，各鋼企開發出幾種擋渣塞運行機構，圖2是研發的懸掛式擋渣機構。在轉爐出鋼后期啟動擋渣設備，松開安全鎖，旋轉卷揚機放下懸掛主梁，懸掛主梁傾斜到一定角度，移動小車將擋渣棒插入出鋼口，夾持機構松開擋渣棒并退出爐外。國內安鋼、邯鋼和鞍鋼均采用擋渣塞擋渣。鞍鋼采用擋渣塞擋渣，擋渣成功率高達96%以上。邯鋼通過對3號轉爐236爐鋼水出鋼擋渣情況及鋼包渣厚的測量統計表明，擋渣命中率大于98%，擋渣成功率＞95%(鋼包內渣層厚度＜50 mm即為成功)，鋼包內平均渣層厚度小于50 mm。安鋼第二煉軋廠擋渣機構的使用率達到99.5%，成功率達到95%以上。寶鋼煉鋼廠先后采用幾種方式擋渣(見表2)，采用滑動水囗擋渣，擋渣成功率為100%，下渣平均厚度小于40mm。

表2 寶鋼煉鋼廠轉爐出鋼擋渣技術的發展歷程

3 結語

轉爐擋渣出鋼經過多年發展，從最初簡單的擋渣球發展到擋渣塞、滑動水囗自動擋渣。轉爐采用擋渣技術后，有效地控制了鋼包下渣量，減少了鋼渣回磷，并減少了脫氧鋁的消耗，降低了轉爐冶煉成本，取得了良好的冶金效果。

［1］于欽洋，陸永剛，等。300t轉爐閘閥式擋渣技術的應用［J］.鋼鐵，2010，6.

［2］何俊正，申凌云，等。安鋼150 t轉爐懸掛式擋渣機構優化［J］.中國冶金，2009，5.

［3］孫興洪，蔣小弟，等。寶鋼煉鋼廠轉爐擋渣工藝技術的發展［J］.寶鋼技術，2010，2.

［4］張春，擋渣鏢擋渣工藝在鞍鋼的應用［J］.鞍鋼技術，2007，2.