开发与应用
孙兴洪，蒋小弟
bimp(宝山钢铁股份有限公司炼钢厂，上海 200941)
摘要：采用转炉出钢挡渣工艺技术控制转炉出钢下渣量，必须关注和解决转炉出钢全过程
的下渣控制。评价转炉出钢挡渣效果的关键指标是挡渣成功率和钢包中的渣厚。宝钢炼钢厂转炉出钢挡渣工艺技术的发展，目标是实现转炉出钢全过程的自动判渣和挡渣，提高挡渣成功率，减少出钢下渣量。
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关键词：转炉；出钢；钢包；渣厚；挡渣
中图分类号:TF724.5 文献标志码:B 文章编号:1008-0716(2010)02-0058-05
D evelopm en t of the S lag 2stopp i n g Technology dur i n g C onver ter Tapp i n g i n Ba osteel S teelm a k i n g P lan t
SUN X in gh on g and J I AN G X iaod i
(Steel m a k i ng P lan t,Baosha n I r on &Steel C o.,L td.,Shan gha i 200941,C h i na ) Abstrac t:W hen using a slag 2stopp ing technology t o r educe the a mount of slag int o the ladle,operators m ust pay attenti on t o the r oughing slag contr ol in the whole pr ocess of converter tapping .The r e a r e t w o key indicators:the achieve m ent r a tio of slag st opping and the slag thickness in the ladle .They can be used to evalua te the effect of slag 2stopping .The developm ent of the slag 2st opping technol ogy f or converter tapping in B aosteel Steel m aking Plant ai m s at the realizati on of the aut om atic slag adjust m ent and slag 2st opp ing in the whole p r ocess of converter tapping t o i mpr ove the achieve m ent r atio of slag 2stopp ing and t o reduce the a mount of slag in the ladle .
Key wor ds:converter ;tapp ing;ladle;slag thickness;slag 2stopping
孙兴洪 首席工程师 6年生 6年毕业于重庆大学
现从事炼钢工艺研究 电话 66352 x @0 前言
钢包渣的主要来源是转炉出钢时的下渣、合金化过程中产生的渣，以及工艺需要进行的钢包渣改质、精炼二次造渣等。钢包渣中转炉出钢时的下渣是最有害的，也是可以在转炉出钢时采取不同的挡渣工
艺技术进行有效控制的。减少转炉出钢到钢包的下渣量，可以减少钢水脱氧及合金化过程中的脱氧剂和合金的消耗，减少钢水精炼过程中钢水的回磷、回硫及氧化物夹杂的含量，提高钢水清洁度，提高合金的收得率。它不仅是改善钢水质量的一个重要工艺技术，而且也是降低 炼钢成本的一个重要工艺技术。为此，各钢厂对
转炉出钢挡渣工艺技术的研发和应用都十分重视，各种转炉出钢挡渣工艺技术应运而生。
自动美甲机1 转炉出钢下渣及其危害
在转炉炼钢工艺中，通过氧向炉内的铁水中吹入高纯氧气，并添加石灰、白云石等造渣原料，以氧化反应的方式完成铁水的脱碳、升温及磷、硫等有害元素的去除等。因此，转炉渣具有较高的氧化性，并富含磷、硫等对钢材质量有害的元素。转炉渣下渣到钢包中，在后续的钢水精炼过程中，不仅增加钢水脱氧及合金化过程中的脱氧剂和合金的消耗，增加炼钢成本，而且增加钢水的回磷、回硫及氧化物夹杂的含量，降低钢水的清洁度，影响钢材的质量。表是典型的转炉渣成分。
1941982441
E m ai l h sun baostee l
1
表1 典型的转炉停吹渣化学成分的质量分数
T able 1 Chem ical co mposition of ty pica l
converter slag
%
w T Fe w Ca O w Si O 2
w M g O w P
2O 5
w MnO w S 19
43
10
11
2
3
0.05
在转炉出钢过程中，由于转炉渣的密度小于钢水而浮于钢水面上，因此转炉出钢时的下渣包
括三部分：前期渣，转炉倾动至平均38°～50°出
前期渣，如图1(a )所示；过程渣，前期渣之后开始出钢，临近出钢后期可观察到钢水的涡旋效应卷渣；后期渣，出钢后期至出钢结束阶段，如图1(b)所示。转炉出钢到钢包的下渣量中，前期渣量大体占30%，涡旋效应从钢水表面带下的渣量约为30%，后期渣约40%
[1]
，如图2所示
。
图1 前期下渣和后期下渣
Fig .1 Pre 2roughi ng slag and post 2roughing
slag
图2 转炉出钢过程中下渣
Fig .2 Roughing slag during the conve rter tapping
2 转炉挡渣工艺技术
控制转炉出钢到钢包下渣量，采用转炉出钢挡渣工艺技术。各国为完善转炉出钢挡渣工
艺技术，发明了十几种挡渣方法，如：挡渣帽法、软质挡渣塞法、挡渣球法、挡渣料法、避渣罩法、滑动水口法、气动挡渣法、电磁挡渣法、出钢口吹气干扰涡流法、转动悬臂法、挡渣镖法、挡渣罐挡渣法、均流出钢口挡渣法、中间包法、截渣盘法、挡渣盖法、真空吸渣法、虹吸出钢法等。但目前国内外转炉出钢挡渣采用较多的方法是铁皮挡渣帽、软质挡渣塞、滑动水口挡前期渣；挡渣球、挡渣镖、气动挡渣及滑动水口挡渣挡后期渣；对出钢过程中后期的涡旋效应卷渣下渣 量的控制，目前还缺乏有效的工业应用工艺技术措施。
与转炉出钢挡渣工艺技术应运而生的另一项重要工艺技术是转炉下渣检测技术，可以快速准确地判定出钢结束后的下渣开始时刻。目前工业应用于转炉出钢挡渣的代表性工艺技术，一种是采用埋植于转炉出钢口内的电磁感
应线圈，通过分辨钢水和钢渣的磁感应变化判
定下渣时刻；另一种方法是采用远距离红外检测技术，利用不同物质在不同温度下发散的红外波波长不同，通过高分辨率的红外摄像技术分辨钢水和钢渣的红外波长变化判定下渣时刻。由于埋植于转炉出钢口内的电磁感应线圈在使用过程中容易损坏，因此，目前转炉出钢广泛采用的是红外下渣检测法，如A M EPA 法。虽然转炉下渣检测技术并不直接控制转炉出钢下渣，但它可以快速准确地判定出钢结束后的下渣时刻，最大限度减少依靠操作工经验和肉眼判定失误造成出钢结束时钢包下渣量增加。马蹄去皮机
更为重要的是，转炉下渣检测技术可以通过与气动挡渣法、滑板挡渣法有效结合，实现转炉出钢挡渣过程的全自动控制。表是常用挡渣法工作原理及使用效果比较。
2
表2 常用挡渣法工作原理及使用效果
Tabl e2 Working p rinciple and appli ca ti on effect of t he conventi ona l slag2stopp i ng techniques 挡渣方法使用方法工作原理效果评价
挡渣帽出钢前在出钢口中插入
圆锥形铁皮挡渣帽
出钢开始时炉渣先经过出钢口，利用
挡渣帽封闭出钢口
对前渣有一定的挡渣效果；对中、后期下
渣控制无效
软质挡渣塞出钢前在出钢口中插入
软质挡渣塞
利用软质挡渣塞封闭出钢口。特殊材
质的软质挡渣塞在炉渣先通过出钢口
后爆裂
能够有效地防止出钢前期下渣；对中、后
期下渣控制无效
挡渣球出钢过程中加入出钢口
上方区域胎圈钢丝
利用挡渣球密度介于渣钢之间(一般
为4.2～4.5g/cm3)，在出钢结束时
堵住出钢口，以阻断转炉渣进入钢
包内
对前、中期下渣控制无效；操作简单、成本
低廉、挡渣命中率较高(50%～70%)；挡
渣球在转炉内是以随波逐流的方式运动
到出钢口，挡渣不可靠
挡渣镖利用机械投掷装置将导
向杆插入出钢口利用导向杆导向将半球形挡渣塞准确
定位到出钢口。基本原理与挡渣球
相似
对前期下渣控制无效；与挡渣球相比，可
灵活调节比重，能自动而准确地达到预定
位置，具有一定的抑制中期涡流卷渣效
果；对后期下渣的挡渣成功率可以达90%
以上(大型转炉挡渣成功率在80%以上)
电磁法在转炉出钢口外围安装
电磁泵，出钢时启动电
磁泵
通过产生的磁场使钢流变细，使出钢
口上方钢液面产生的吸入涡流高度降
低，可有效地防止炉渣流出出钢口
该方法出钢时间长，大型转炉出钢时间需
15min以上，劳动生产率大大降低
滑动水口法将滑动水口耐火元件安
装到转炉出钢口部位
以机械或液压方式开启或关闭出钢
口，以达到挡渣目的
可以最有效地控制前期及后期下渣，挡渣
成功率可以达到100%，挡渣效果最好，但
其装置设备复杂，成本较高，安装与拆卸
均不方便
气动法用挡渣塞头进行机械封
闭，塞头端部喷射高压
气体，防止炉渣流出
采用了炉渣流出检测装置，由发送和
接收信号的元件以及信号处理器件构
成，通过二次线圈产生的电压的变化,
即可测出钢水通过出钢口流量的变
化，能准确地控制挡渣时间
对前期下渣控制无效；在迅速性、可靠性
和费用等方面存在明显优势。但出钢时
发生吸入涡流引起钢渣混出时，挡渣时机
不好掌握，且工作条件恶劣，部件更换
频繁
红外下渣检测用特制的红外摄像对准
出钢钢流利用不同物质在不同温度下发出的红
外波长不同，分辨钢水和炉渣
在迅速性、可靠性和费用等方面存在明显
优势，但不能直接阻止转炉下渣
2.1 转炉出钢前期挡渣
转炉倾动至平均38°～50°出前期渣，以宝钢300t转炉出钢倾动速度0.3r/m in计算，前期渣可能的出渣时间约5s。转炉出钢前期渣量是不可忽视的，可占转炉出钢下渣量的30%。宝钢转炉出钢前期渣挡渣，采用出钢前在出钢口出口插入圆锥形的铁皮卷筒(挡渣帽)，但挡渣帽在出钢开始立即就被钢渣冲掉，只能起到有限的挡渣作用，如果出钢口出口不规整，或者安装使用不当，可能根本起不到挡渣作用。控制前期渣最有效的方法是在前期渣经过出钢口时临时完全封闭出钢口，如采用软质耐火材料塞封堵、关闭滑动水口均可以取得非常好的前期渣挡渣效果，钢包渣的渣厚减少了15～20mm。
2008年3月，宝钢250t转炉单元采用软质耐火材料塞进行前期挡渣试验，表3是试验结果。从A MEP A
下渣检测记录(图3出钢开始时刻)也可以清楚看到，出钢开始后23s时，软质挡渣塞开始爆开，正在坠入钢包中的绿团状物正是已经爆裂的软质挡渣塞，同时发现钢流突然增大，没有前期下渣。
表3 软质耐火材料塞试验结果
Table3 Te st re s ults of soft refractory plugs
试验的转炉
挡渣塞直径/
m m
挡渣时间/
s
出钢角度/
(°)
4号(17日)1402387.8
6号(17日)1801085.2
5号(18日)1801482.1
5号(18日)180884.3
5号(18日)180783.8
4号(18日)160682.1
4号(18日)160781.2
4号(18日)1602582.5
4号(18日)160783.
2
图3 软质耐火材料塞前期挡渣
F3 22f f f y
ig.Pre sl ag stopp in g o the s o t re rac t o r p lu g
2009年9月18日开始，宝钢300t 转炉单元3LD 出钢采用滑动水口挡渣。出钢前关闭滑动水
口，转炉倾动到75°时(前期渣已经完全通过出钢口区域)再打开滑动水口出钢，实现对出钢过程前期渣下渣的有效控制，图4所示,A MEPA 下渣检测记录10s 时刻才开始出钢
。
图4 出钢开始时刻
Fig .4 Moment of stee l tapping
2.2 转炉出钢中后期涡流卷渣
出钢到中后期将产生涡流卷渣。加拿大伊利湖钢铁公司认为，在230t 转炉中，当钢水高度为
125mm 时，出现涡流卷渣现象，并随着钢水液面的降低而迅速增加。涡流卷渣可以占转炉出钢下渣量的30%。
目前对转炉出钢中后期涡流卷渣控制，还缺乏在实际生产中广泛应用的工艺技术。采用挡渣镖挡渣法，虽然由于在出钢中后期有导向杆插入出钢口中，减缓了“涡流效应”，但其作用非常有限。采用“无涡流”出钢口[2](其结构如图5所示)，最大限度地减少出钢过程中涡流发生来控制涡流卷渣下渣的发生，工业化应用还有一些问题需要解决。
2.3 转炉出钢后期挡渣
临近转炉出钢终了时，下渣量迅速增加。以300t 转炉4m in 出钢为例,1s 的下渣量就可以
达到400kg 左右。因此，各个钢厂对转炉出钢后期终渣控制十分重视，采用各种各样的挡渣工艺技术，其目的是在减少下渣量的同时尽可能将炉
内钢水出尽。宝钢炼钢厂转炉采用挡渣球、挡渣镖、气动挡渣及滑动水口挡渣等方式控制转炉出钢后期终渣下渣
。
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图5 无涡流出钢口结构
Fig .5 Struc t ure of the non 2v ortex t apping hol e
3 宝钢炼钢厂转炉挡渣技术发展
评价转炉挡渣工艺技术的有效性，采用挡渣成功率和直接检测转炉出钢下渣到钢包的渣厚。
宝钢采用的是在精炼工序(RH 、C AS 、LF )插入铁杆，测量铁杆上的黏渣长度来检测转炉出钢下渣到钢包的渣厚。由于钢渣在钢包钢水表面不是均匀分布，直接检测一个或两个点来评价钢包渣渣厚不仅本身就缺乏代表性，而且测量的渣厚值包含了合金化生产的渣、钢包改质加入的渣及精炼二次造渣等；采用转炉操作工凭经验目测方式来直接评价转炉下渣到钢包的渣厚，误差可能更大。虽然这两种检测和评价转炉下渣渣量的方式误差均较大，其可靠性也均难以令人满意，但方法简单，易于操作。宝钢不同挡渣方式的挡渣效果如表4所示。
表4 宝钢不同挡渣方式的挡渣效果
Tabl e 4 Slag 2st opp i ng effec t of diffe rent slag 2st opp ing ways at B aosteel
挡渣工艺
挡渣成功率/%
转炉出钢下渣到钢包
平均渣厚/mm
备注
锥形铁皮挡渣帽+挡渣球挡渣60100～120锥形铁皮挡渣帽+气动方式挡渣6090～100电磁感应线圈易损坏，设备故障率高
锥形铁皮挡渣帽+挡渣镖挡渣8070～80
AMEP A 红外下渣检测技术辅助判渣
滑动水口+AM EPA 红外下渣检测技术
100
≤40全自动挡渣
表5是宝钢炼钢厂转炉挡渣技术应用进步历程。3转炉单元挡渣方式，从采用锥形铁皮挡渣帽+挡渣球挡渣，到采用锥形铁皮挡渣帽+挡
渣镖挡渣(辅助M 红外下渣检测技术)，到
00t A EP A
采用滑动水口+A MEP A红外下渣检测技术全自动挡渣;250t转炉单元挡渣方式，从采用锥形铁皮挡渣帽+气动方式挡渣，到采用锥形铁皮挡渣帽+挡渣镖挡渣(辅助AMEP A红外下渣检测技术)，到目前正在实施采用滑动水口+A MEPA红外下渣检测技术全自动挡渣技术改造。
表5 宝钢炼钢厂转炉出钢挡渣技术的发展历程
Tabl e5 Dev e l opment course of the conve rt e r slag2st opping technol ogy in B aostee l Steel making P lant
炉座
时间19881989199019981999200020012002200320042005200620092010(计划实施)
1LD●挡渣球●挡渣镖+AM EPA
2LD●挡渣球●挡渣镖+AMEPA
3LD●挡渣球●挡渣镖+AMEPA●滑动水口+A M EP A
4LD●气动挡渣●挡渣镖+A MEP A●滑动水口+AM EPA 5LD●气动挡渣●挡渣镖+A MEP A●滑动水口+AM EPA 6LD●挡渣镖+AMEP A●滑动水口+AM EPA 注:1LD、2LD、3LD于1985年投产,4LD、5LD于1998年投产,6LD于2006年投产。
由于挡渣球通常是以随波逐流的方式到达出钢口，而钢渣黏性大，挡渣球有时不能顺利到达出钢口，或者不能有效地在钢水将流尽时堵住出钢口，挡渣球法的挡渣成功率在60%左右，而且其可靠性难以令人满意；气动挡渣法利用埋设在出钢口内的检测线圈，通过二次线圈产生电压的变化，测出钢水通过出钢口的流量变化来控制挡渣时机，挡渣时挡渣塞头对出钢口进行机械封闭，塞头端部喷射高压气体来防止炉渣流出。但出钢时发生吸入涡流引起钢渣混出时，挡渣时机不好掌握，且工作条件恶劣，检测装置容易损坏，设备正常投入率不高。因此，目前宝钢转炉挡渣球挡渣及气动挡渣工艺已经被挡渣镖挡渣工艺取代。
转炉出钢挡渣镖挡渣工艺技术，是目前各钢厂应用最多的挡渣方式。挡渣镖挡渣采用导向杆导入出钢口方式，确保挡渣塞能够准确到达出钢口位置，转炉出钢挡渣的成功率大大提高，特别是200t以下的转炉挡渣成功率可以达到90%以上。但对300t大型转炉而言，由于转炉炉膛比较大，随着出钢口使用
到后期，在出钢口区域形成较深的凹坑后，挡渣镖导向杆不能导入出钢口，挡渣成功率明显降低，挡渣成功率在80%左右。
转炉出钢口滑板挡渣，其技术特点是滑板开闭非常迅速，能够对出钢过程中的前期渣和后期渣有效地挡渣。宝钢炼钢厂3LD采用滑动水口挡渣工艺技术，将转炉倾动角度信号和A MEP A 红外下渣检测技术与滑动水口的开闭相结合，实现了全自动判渣和挡渣，挡渣成功率达到100%，钢包渣厚可以稳定控制在40mm以下。但应用转炉出钢口滑板挡渣工艺技术的装置设备相对复杂，特别是挡渣闸阀机构安装在出钢口上，处于高温高热的恶劣环境条件下，设备的装卸及维护均不方便。此外，由于目前挡渣滑板的使用寿命只有10～15炉，平均每班需要更换一次滑板，对转炉生产组织有一定的影响，使用成本也相对较高。
4 结语
转炉出钢口滑板挡渣工艺技术，实现了出钢全过程的自动判渣和挡渣，挡渣成功率可以达到100%，钢包渣厚稳定控制在40mm以下，是目前应用的挡渣效果最佳挡渣工艺技术，为转炉挡渣工艺技术的发展指明了方向。提高挡渣滑板的使用寿命，采用机械手更快速、省力地实现挡渣闸阀机构的更换，以进一步降低使用成本，减少对转炉生产组织的影响，将加速转炉出钢口滑板挡渣工艺技术更广泛应用。
参考文献
[1] Enkner B,Pas ter A,Schwel berger J.新型VA I2C ON�转炉挡
渣系统[J].钢铁,2002,37(8):28-32.
[2] 万恩同.无漩流出钢技术的研究[J].武汉工程职业技术学
院学报,2005,17(1):6-9.
(收稿日期:2009-08-11)
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