邵 亮，宋 超，劉佳旭，付 岳，石 龍
( 內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司鋼管公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010)
摘 要: 文章介紹了包鋼 120 t 轉(zhuǎn)爐滑板擋渣與紅外下渣檢測技術(shù)改進及實際應(yīng)用情況，并與目前常用擋渣方式進行對比分析，結(jié)果表明: 改進后擋渣成功率達到 99% 以上，下渣量控制在 80 mm 以內(nèi)，鋼水回磷平均控制在0. 001% 以內(nèi)，提高了鋼水的潔凈度，為生產(chǎn)高附加值的鋼種和降低生產(chǎn)成本奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞: 滑板擋渣; 下渣量; 回磷量; 轉(zhuǎn)爐
近年來，隨著我國鋼材消費結(jié)構(gòu)的變化，對高品質(zhì)、高附加值鋼的需求量越來越大，同時在當前嚴峻的鋼鐵行業(yè)形勢下，建設(shè)高效率、低成本的潔凈鋼平臺越來越成為鋼廠的工作重點。轉(zhuǎn)爐鋼水的潔凈度作為制約優(yōu)質(zhì)潔凈鋼的重要因素，成為各鋼鐵企業(yè)關(guān)注的焦點，減少轉(zhuǎn)爐出鋼過程中的下渣量是提高鋼水潔凈度的一個重要環(huán)節(jié)［1］。在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中采取有效的擋渣方式不僅可以降低鋼水脫氧及合金化過程中提高合金的收得率，還能減少鋼水回磷、回硫以及氧化物夾雜的數(shù)量，提高鋼水的潔凈度。為了解決轉(zhuǎn)爐出鋼下渣量大的難題，包鋼對120 t 轉(zhuǎn)爐擋渣系統(tǒng)進行了技術(shù)改進，引進了先進的滑板擋 渣和紅外下渣檢測技術(shù)，不僅提高了擋渣成功率，而且有效地減少了出鋼下渣量，從而為生產(chǎn)高附加值鋼種和降低生產(chǎn)成本奠定良好的基礎(chǔ)。
1 常用的擋渣方式的比較
在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，由于轉(zhuǎn)爐渣的密度小于鋼水而浮于鋼水面上，因此轉(zhuǎn)爐出鋼時的下渣包括三部分: 前期渣( 轉(zhuǎn)爐傾動至 38° ～ 50°) 、過程渣( 前期渣之后開始出鋼，臨近出鋼后期可觀察到鋼水的渦旋效應(yīng)卷渣) 、后期渣( 出鋼后期至出鋼結(jié)束階段) 。在轉(zhuǎn)爐出鋼到鋼包的下渣量中，前期渣量大體占30% ，渦旋效應(yīng)從鋼水表面帶下的渣量約為 30% ，后期渣約為 40%［2］，見圖 1。
在轉(zhuǎn)爐下渣的不同時期，所采用的擋渣法可能不盡相同，甚至相同擋渣方法在同一時期產(chǎn)生的效果也不同。目前應(yīng)用最廣的幾種擋渣方法的工作原理及使用效果列于表 1。
2 系統(tǒng)工作原理及設(shè)備改造
2． 1 滑板擋渣設(shè)備工作原理
轉(zhuǎn)爐滑板擋渣是應(yīng)用鋼包滑動水口機構(gòu)的工作原理，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計后，移植到轉(zhuǎn)爐出鋼口部位。在現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐出鋼口法蘭上安裝基準板、連結(jié)板部件，滑板擋渣機構(gòu)本體安裝于連結(jié)板上，通過操作系統(tǒng)以液壓控制的方式開啟或關(guān)閉滑板，以達到擋渣的目的?；鍝踉鼨C構(gòu)內(nèi)部的組合形態(tài)和布局如圖 2 所示。采用機構(gòu)在線整體更換技術(shù)，可將更換時間控制在15 min 之內(nèi)，滿足轉(zhuǎn)爐與連鑄生產(chǎn)的匹配。機構(gòu)離線開啟，實現(xiàn)機構(gòu)內(nèi)滑板磚的更換。
PLC 控制轉(zhuǎn)爐滑板擋渣機構(gòu)與下渣檢測裝置聯(lián)動，即下渣檢測裝置檢測到出鋼下渣時，自動發(fā)出關(guān)閉滑板擋渣機構(gòu)的指令信號，滑板擋渣機構(gòu)自動關(guān)閉。
2． 2 轉(zhuǎn)爐滑板擋渣設(shè)備改造
2． 2． 1 旋轉(zhuǎn)接頭改造
由于滑板擋渣機構(gòu)使用液壓驅(qū)動，系統(tǒng)壓力高達 20 MPa，且爐體高溫區(qū)域現(xiàn)場管路、液壓油缸及機構(gòu)彈簧需采用水冷或風(fēng)冷方式進行保護性冷卻，需增加液壓油管 2 路、進出水管 2 路、壓縮空氣管1 路，同時對轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)接頭進行適應(yīng)性改造，對原有的耳軸預(yù)留通道及爐體風(fēng)冷管道加以利用，見圖 3。
2． 2． 2 出鋼口的改造
為確保轉(zhuǎn)爐搖爐及出鋼過程的安全距離，要求機構(gòu)安裝后距離煙罩最低點不小于 250 mm，距離鋼包液面不小于 650 mm。經(jīng)過充分的分析和論證，決定將出鋼口整體縮短 170 mm，并對原出鋼口法蘭進行了適應(yīng)性改造，以便于機構(gòu)連接板的安裝，同時還對出 鋼 座 磚、出鋼口套管磚進行了重新設(shè)計，見圖 4。
2． 2． 3 紅外下渣檢測裝置
在進行擋渣系統(tǒng)升級改造的同時，增加了一套紅外下渣檢測裝置，以遠紅外探測技術(shù)、計算機圖像處理及人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，通過非接觸式檢測方法，對出鋼流進行實時監(jiān)測分析，準確識別鋼流中鋼渣夾帶程度，并做出準確的判斷，及時給出報警信號，與滑板擋渣系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)自動擋渣功能。紅外下渣檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖 5。
3 滑板擋渣使用和優(yōu)化
3． 1 存在的問題
由于對滑板擋渣機構(gòu)與耐材更換、使用維護缺乏經(jīng)驗，在前期使用過程中存在不少問題，對生產(chǎn)組織造成了不利影響。
( 1) 滑板耐材使用壽命低，最高 15 爐，平均每 班需更換 1 次，影響鑄機時序。
( 2) 更換滑板時間長，承包方操作人員操作不熟練，存在準備工作不到位的現(xiàn)象。
( 3) 承包方操作人員持有叉車證的人少，更換滑板時會開叉車的人少。
( 4) 滑板擋渣防護機構(gòu)的易損件備品不齊全，影響防護質(zhì)量。
3． 2 改進措施
( 1) 要求承包方操作人員持有叉車證，保證安全工作。
( 2) 改進滑板材質(zhì)，其使用壽命由最高 15 爐提高至 18 爐，每天減少 1 次更換，有利于生產(chǎn)連續(xù)與穩(wěn)定。
( 3) 建議承包方對操作人員進行培訓(xùn)，提高操作技能; 準備工作做到位，減少等待時間。
( 4) 增添滑板擋渣防護機構(gòu)的易損件備品，提高防護質(zhì)量，防止鋼渣流進滑板擋渣機構(gòu)內(nèi)，影響更換滑板的速度。
( 5) 增加新材料試驗方案，不斷提高滑板使用壽命。
4 滑板擋渣技術(shù)應(yīng)用效果
4． 1 擋渣成功率
傳統(tǒng)擋渣球、擋渣棒的擋渣方式的擋渣效果受鋼渣黏度、出鋼口形狀、爐型影響較大，不能有效的在鋼水流盡時堵住出鋼口，因而擋渣成功率較低。在使用滑板擋渣系統(tǒng)的實際生產(chǎn)中，只要滑板機構(gòu)正常，擋渣成功率達到 100% ，見表 2。
4． 2 下渣量與鋼包回磷
由于一些傳統(tǒng)擋渣方式成功率低，造成下渣較多，下渣量在 120 ～ 150 mm 左右; 滑板擋渣可以有效地控制出鋼過程中的前期渣和后期渣，下渣量可以穩(wěn)定地控制在 80 mm 左右。
根據(jù)鋼水回磷的熱力學(xué)分析，轉(zhuǎn)爐的下渣量對鋼水回磷量影響較大，下渣量越多，回磷量越大［3］。 由于轉(zhuǎn)爐渣中的 P2O5 含量較高，進入鋼包中的爐渣經(jīng)過脫氧后，渣中的 FeO 含量下降，渣中的 P2O5 會被的 Al、Si 等元素還原，從而造成在轉(zhuǎn)爐后續(xù)工序處理過程中回磷。使用滑板擋渣后，低合金鋼和中合金鋼鋼包中基本無回磷現(xiàn)象，高合金鋼有輕微的回磷現(xiàn)象，這僅僅是合金加入帶來的磷，且平均回磷量可以控制在 0. 002% 以內(nèi)，見表 3，使鋼中磷含量得到有效的控制，提高了鋼水質(zhì)量。
4． 3 脫氧劑使用
轉(zhuǎn)爐采 用 滑 板 擋 渣 后，轉(zhuǎn)爐氧化渣減少約55% ，在生產(chǎn)條件和精煉就位 Al 含量沒有發(fā)生變化的情況下，轉(zhuǎn)爐可以減少脫氧劑用量 0. 3 kg /t，見表 4。
4． 4 爐下設(shè)備損耗減少
轉(zhuǎn)爐采用滑板擋渣后，由于滑板關(guān)閉速度快，出鋼過程下渣量大量減少，鋼包車電纜和底吹管線燒損事故減少，爐渣對罐體和渣線的耐火材料侵蝕減少，從而降低了設(shè)備維修的成本和維修工人的勞動強度。
5 結(jié)論
( 1) 滑板擋渣性能可靠，大幅提高擋渣成功率，擋渣成功率由原來的 92. 18% 提高到 100% 。
( 2) 滑板擋渣效果良好，下渣量顯著減少，下渣量由原來的 120 ～ 150 mm 減小至 80 mm 左右，且平均回磷量水平由原來的 0. 004% 減小至 0. 002% 以內(nèi)。
( 3) 滑板擋渣成果明顯，生產(chǎn)條件和精煉就位Al 含量保持原來水平，減少脫氧劑用量 0. 3 kg /t。
參考文獻
［1］ 胡光立，謝希文． 鋼的熱處理［M］． 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010．
［2］ Enkner B，Paster A，Schwelberger J． 新 型 VAI － CAN轉(zhuǎn)爐擋渣系統(tǒng)［J］． 鋼鐵，2002，37 ( 8) : 28 － 32．
［3］ 張賀艷，姜周華，梁連科． EAF － LF 煉鋼流程中鋼水回磷的熱力學(xué)分析［J］． 鋼鐵研究學(xué) 報，2003，15( 1) : 11 － 15．