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1三钢转炉无渣出钢工艺技术的研究与应用（福建三钢闽光股份有限公司）摘要本文介绍了三钢成功的开发出转炉无渣出钢工艺技术。通过研究设计转炉出钢口挡渣闸阀和自动下渣检测系统，实现少渣、无渣出钢的目的，该技术满足优质钢材料高质量、低成本的要求，为转炉流程生产优质钢提供保证。关键词转炉无渣出钢下渣检测计算机快速更换闸阀使用寿命闸阀挡渣网管优化1引言在转炉炼钢生产中，出钢流入钢包的高氧化性渣会造成不利影响：(1)影响钢包耐火材料的寿命；(2)炉渣中硫、磷等有害成分重新渗透到钢水中，影响钢坯质量；(3)增加炉后铁合金的消耗；(4)增加后续工序中合成渣的用量；(5)增加后步精炼工序处理时间；（6）增加钢中夹杂物。为了提高转炉挡渣效果，国内外在挡渣技术方面进行了深入研究。自1970年日本发明挡渣球挡渣出钢技术以来，各国为完善转炉出钢挡渣技术发明了几十种挡渣方法（1），目前还在进行不断地改进和完善。已知的转炉出钢挡渣方法有挡渣球法、挡渣塞法、气动挡渣法、挡渣棒法等。气动挡渣是采用电子示渣器对钢流监测，并根据检测信号用气动装置推动耐火材料塞子封堵出钢口进行挡渣。挡渣设备处于炉口极为恶劣的高温状态下，易于损坏，不便维修，且价格昂贵，同时，气源、管线在炉身、耳轴中布置不便。因此该技术在国内未能得到推广应用。其他挡渣法在出钢末期投入，投入的准确性及投入时机难以把握，同时，还受炉渣粘度大小、出钢口侵蚀情况的影响，挡渣效果不稳定。三钢随着品种结构调整步伐的加快，转炉出钢的下渣量直接影响高附加值优质钢的开发及钢质量的提高，尤其是要求具有较低的磷和硫含量及品位洁净的优质钢种，为此，2005年初福建三钢提出了转炉无渣出钢新的研究课题。2转炉无渣出钢工作原理据文献（2）介绍，转炉出钢初期下渣量约占流入钢包总渣量的15％，出钢后期下渣量约占总下渣量的65％，出钢完毕转炉复位时的下渣量约占总下渣量的20％。因此本项目研究必须解决出钢各阶段的挡渣任务，实现转炉无渣出钢。转炉无渣出钢工作原理是在转炉出钢口末端设计闸阀系统，与自动下渣检测系统相结合，通过执行系统，采用液压控制的方式开启或关闭出钢口，达到挡渣的目的。23转炉无渣出钢工艺的研发内容按照技术先进、成熟、可靠的原则，进行挡渣闸阀设计、下渣自动检测、液压快速驱动、长寿耐材选用、机构快速更换、出钢自动控制等7项内容的研发。3.1挡渣闸阀设计由于出钢口所在的特定位置，易受高温恶劣环境和吹炼期间喷溅的影响，因此闸阀机构的设计，是本技术的关键之一。（1）闸阀设计样式为了闸阀机构安装、拆卸快捷方便，40t转炉出钢口滑动水口闸阀机构选用在线更换耐火闸阀的形式，在出钢口上安装示意图见图1。100t转炉出钢口滑动水口闸阀机构及消耗件耐火材料均比40t转炉要大而重，若在线更换滑板砖，不但劳动强度大，更换时间长，而且存在安全隐患。为此，决定选用整体更换，将更换消耗件耐火闸阀的过程在离线进行，以缩短闸阀机构更换时间，在转炉出钢口安装示意图见图2。图140t转炉出钢口闸阀机构安装示意图3图2100t转炉出钢口闸阀机构安装示意图（2）材料的选用闸阀机构要能够承受高温烘烤，不严重变形，为此机构本体选择抗氧化，耐热性较好的铸钢件。3.2自动下渣检测为了实现准确检测和控制挡渣，必须避免人为因素的影响，挡渣过程采用自动下渣检测。国内目前使用电磁感应检测方法居多，该方法采用高温材料将初级、次级两个线圈隔离，并且整体封装。根据注流中钢渣的电导率远低于钢水的电导率，测量电磁场的差别检测下渣。此种方法为消耗式测量，寿命不稳定，操作繁琐。因此在本项目中使用图像处理技术来识别注流中钢水和钢渣，结合闸阀挡渣机构实现无渣出钢。本方案采用近红外热像仪、远红外热探测仪对注流热成像，并实时采集转炉生产过程中相关的工艺参数，包括：开氧信号、吹氧时间、转炉倾角等，在出钢时对注流热图像进行图像处理，当图像处理系统检测到注流含渣百分比超过设定值，且转炉倾角处于设定的出钢末期范围内，触发控制系统控制液压机构关闭闸阀，注流含渣量变化曲线如图3所示。4图3注流含渣量变化曲线3.3液压快速驱动保证液压系统运行安全可靠的前提下，要求尽可能提高油缸的推拉速度，以便减少闸门开启与关闭时间，降低下渣量。（1）驱动油缸设计油缸长期处在高温环境中，尤其是在出钢时，受钢包中高温钢水的辐射，油缸需承受≥600℃高温烘烤。为此，设计时首选的是全水冷式油缸。（2）液压站设计液压泵站是转炉出钢口滑动水口闸阀的动力源，对闸阀的液压控制进行如下研发：a、具备快速关闭功能。b、滑动水口闸阀的开口度具备微调功能。c、液压系统能够满足连续运转的工矿要求3.4机构快速更换机构的快速更换对转炉冶炼有直接影响，研究主要从以下几方面的改进，来达到快速在线更换机构目的。（1）各项专用工具的选择、制作（2）机构安装初定位方式的改进。（3）人员培训及分工3.5系统管网优化挡渣系统管网处于高温高压恶劣的环境，工作参数如表1，因此必须解决下面几个问题，以确保本系统安全可靠。5（1）不锈钢管油路的冷却，在油管路外层加装水套，解决油管因高温而烧损油管的问题。（2）管路与稀油站之间的同步旋转。（3）油管路与主设备联接必须方便设备更换。（4）选择焊接工艺，确保不漏油。（5）油管联接件在高温区保证密封不漏油。表1炉体管网工作参数管路温度，℃压力，Mpa液压油路出钢5分钟约1200℃～1500℃，冶炼约25分钟900℃～1000℃。系统压力≥20Mpa；工作压力≥18Mpa冷却气路0.6～0.8冷却水路0.6～0.83.6出钢自动控制出钢结束稍微的滞后反应将导致大量的钢渣混入钢水进而对产品质量带来影响。为了排除操作人员所有主观干扰及反应时间的影响，要求通过计算机程序根据检测到的出钢信号进行出钢操作自动控制，按照挡渣出钢不同阶段，即出钢前期挡渣，出钢中、后期挡渣，出钢后期挡渣，分别制定工艺设计及操作要求。在吹炼过程中，挡渣闸阀处于打开状态，准备出钢前闸阀关闭，转炉倾角达到出钢位置时，闸阀打开出钢，出完钢，根据下渣检测发出的下渣信号，闸阀关闭，最后炉子复位过程中，闸阀打开，自动清理出钢口内余渣。3.7长寿耐材选用耐火材料是转炉出钢口闸阀系统中的关键性材料，其材质的合理选定是出钢口闸阀系统安全使用的重要保证。同时耐火材料在出钢口闸阀系统中属于消耗性材料，其使用寿命的长短与整个闸阀系统的使用成本息息相关。另外过短的耐材使用寿命会对炼钢的节奏、效率及产量产生不利影响。因此，安全与长寿是耐材材质选定的首要条件。基于以上原因，必须对耐火材料进行抗热震稳定性、抗渣性、高温抗折强度及耐冲刷性能的研究。64工业性应用及性能指标4.1工业性应用2006年1月1日起，在40t转炉进行四个阶段现场试验使用，共4614炉，试验达到了预期的效果，于06年11月21日开始推广应用40t转炉无渣出钢工艺。在40t转炉的探索性试验取得成功的基础上，2006年8月起，三钢着手进行100t转炉无渣出钢工艺的研发。经过了两个阶段的刻苦攻关，共872炉，试验又取得非常成功，于2007年3月14日起开始推广应用100t转炉无渣出钢工艺。4.2性能指标挡渣系统装置性能指标如表2：表2挡渣系统装置性能指标闸阀机构使用寿命，炉闸阀耐材使用寿命，炉闸阀关闭时间，秒机构快换时间，分钟＞5000＞16＜0.8≤85挡渣效果比较采取无渣出钢工艺后，转炉实现了少渣、无渣出钢，主要技术指标比较如下：5.1下渣量采用闸阀自动挡渣渣层厚度小于27mm,分别比挡渣塞挡渣减少约10mm,比挡渣球挡渣减少约20mm。5.2挡渣成功率挡渣成功率定义：1）手动闸阀挡渣、挡渣球挡渣，钢包渣层厚度≤50mm，即为成功；2）自动闸阀挡渣，渣层厚度≤50mm，同时闸阀未出现提前关闭或延时关闭即为成功。采用闸阀自动挡渣成功率大于97%（闸阀自动+手动挡渣成功率100%），分别比挡渣塞挡渣7提高约8%,比挡渣球挡渣提高约27%。5.3合金和脱氧剂的收得率由于渣的氧化性比较强，渣的减少能明显降低合金和脱氧剂的消耗。分钢种比较如下：1）普钢（钢种Q235为例）采用闸阀挡渣锰收得率约为89.4%，分别比挡渣塞挡渣提高3%,比挡渣球挡渣提高7.1%。采用闸阀挡渣硅收得率约为80.7%，分别比挡渣塞挡渣提高3.3%,比挡渣球挡渣提高4.2%。2）优钢（以ML08Al为例）采用闸阀挡渣锰收得率约为87.4%，比挡渣塞挡渣提高3.3%。采用闸阀挡渣铝收得率约为18.2%，比挡渣塞挡渣提高3.7%。5.4钢水回磷量钢水回磷量=成品磷含量-出钢磷含量，因此钢水回磷量包含了添加合金，特别是锰铁中的磷含量。1）普钢（钢种Q235为例）采用闸阀挡渣钢水回磷量约13.6ppm，分别比挡渣塞挡渣降低3.4ppm,比挡渣球挡渣降低26.4ppm。2）优钢（以ML08Al为例）采用闸阀挡渣钢水回磷量约21.1ppm，分别比挡渣塞挡渣降低10.0ppm。5.5降低钢包顶渣造渣剂消耗为在精炼过程取得稳定的脱硫效果，必须保证精炼炉过程渣具备一定的碱度。而转炉出钢渣渣中的SiO2含量高达17—20%，甚至更高。当转炉出钢下渣量大时，为保证精炼炉过程渣的高碱度，必然要增加精炼过程的石灰用量。闸阀挡渣有效地减少了转炉出钢下渣量，则精炼渣中的SiO2总量减少，精炼过程的石灰用量也必然降低，精炼石灰耗由原来的10kg/t降低到8.5kg/t。5.6降低耐材消耗当转炉出钢下渣量大时，则钢包的顶渣碱度低，甚至成弱酸性，并且含有大量的FeO，加剧了碱性出钢口、钢包的化学侵蚀，出钢口龄和钢包包龄降低。使用该技术后，出钢口、钢8包寿命提高约5%。6结语（1）转炉出钢口挡渣闸阀装置性能良好，不受不规则的出钢口和炉渣粘度的影响，对于各类钢渣都可以提供可靠的密封，能满足各吨位转炉少渣、无渣出钢工艺要求，该开发设计是成功的。（2）试验达到了预定的目标，挡渣效果良好。配套基于图像处理与红外热探测的下渣检测系统能实现自动挡渣出钢工艺，自动挡渣成功率大于97%，再加上紧急手动开关，挡渣成功率达到100%，并且进入钢包内渣层厚度可控制在30mm之内。（3）该技术满足特殊钢材料高质量、低成本的要求，为转炉流程生产优特钢提供保证，同时实现了出钢过程自动挡渣，因此本项挡渣技术具有十分广阔的推广应用前景，具有显著的社会效益。参考文献1郑新友，丛玉伟等.转炉出钢挡渣方法.钢铁研究，2000，（1）：592李建新，张福德.气动挡渣技术在鞍钢的应用及存在的问题.鞍钢技术，2005，（3）：35