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转炉滑板法挡渣出钢技术概述

文字:[大][中][小] 2015/12/22    浏览次数:2461    

杨奕 王丽坤 杨玉富
(马鞍山市雨山冶金新材料有限公司,安徽 马鞍山 243000)

摘要:随着钢铁产业的迅猛发展,用户对钢材质量的要求日益提高,而下渣会对转炉炼钢生产及后续工序造成许多影响,转炉滑板法挡渣能有效控制转炉前、后期下渣,提高钢水的洁净度。本文旨在从转炉滑板法挡渣的技术背景、工艺原理、实际使用、今后课题等方面说明转炉滑板法挡渣在转炉炼钢过程中产生的各项优势、可见的经济效益及发展前景。

关键词:转炉;炼钢;下渣;滑板挡渣

1 技术背景

随着钢铁产业的迅猛发展,用户对钢材质量的要求日益提高。因此,生产高质量、高技术含量、高附加值的优钢产品成为钢铁企业的必然选择。

而钢水质量与转炉出钢过程中的下渣量直接相关,已成为转炉冶炼特钢、优钢的制约因素。减少转炉出钢过程中的下渣量是钢铁行业追求的永恒主题。转炉出钢过程的控渣技术也是冶金行业工程技术人员毕生研究的课题之一。

2 下渣的危害

下渣会对转炉炼钢生产及后续工序造成许多影响。例如:造成钢水的回磷、回硫量,影响钢坯质量;增加钢中夹杂物;增加炉后铁合金的消耗;增加后续精炼工序中合成渣的用量;增加精炼工序处理时间;影响钢包耐材的使用寿命;污染炉下环境及设备的安全生产及其他各种问题。

3 转炉出钢下渣过程分析

转炉出钢过程中,由于转炉渣的比重小于钢水而浮于钢面上,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,过程渣, 前期渣之后开始出钢, 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,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]

4 常用的挡渣方法

挡前期渣采用挡渣帽、软挡渣塞;挡后期渣采用挡渣球、挡渣塞、挡渣镖、气动挡渣法、吹气挡渣法、电磁挡渣法、滑板法挡渣。

5 各种挡渣方法的比较

图1及表1中列出了现有各种挡渣方式的下渣量对比及效果比较


1不同挡渣方法的挡渣效果

挡渣方法

挡渣成功率%

转炉出钢下渣到钢包

平均渣厚mm

备注

锥形皮挡渣帽+挡渣球挡渣

60

100120

 

锥形铁皮挡渣帽+气动方式挡渣

60

90100

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

80

7080

红外下渣检测技术辅助判渣

滑动水口+红外下渣检测技术

100

40

全自动挡渣


由图1中可见滑板挡渣与红外下渣检测结合后可以稳定且有效控制吨钢平均下渣量,相对于其它挡渣方式,拥有明显的优势。

6 转炉滑板法挡渣出钢工艺描述

转炉滑板法挡渣出钢技术是马鞍山市雨山冶金新材料有限公司在国内首创的转炉出钢挡渣技术。它利用两块滑板砖孔的重合全开、错位半开和分开关闭来实现转炉控流挡渣出钢。
转炉冶炼结束出钢时,当转炉倾动至20~35°时关闭闸阀,把前期渣全部挡在转炉内,转炉倾动至75~85°时钢渣已经过出钢口区域全部上浮后发出打开闸阀指令开始出钢,当转炉倾动至90~110°时出钢结束,红外下渣检测仪检测到钢渣后向闸阀机构发出关闭闸阀指令,闸阀关闭,见图2。由于闸阀关闭速度非常快,出钢口的关闭时间小于1秒(约为0.5秒),可将钢渣几乎全部堵在炉内。实现转炉少渣无渣出钢。它与目前采用铁皮挡渣帽挡前渣,挡渣球、挡渣镖挡后渣方法比,挡渣成功率高,可达100%;挡渣效果好,转炉炉下钢包渣层厚度可控制在≤40mm。而且可以通过红外下渣检测和PLC控制技术相结合,实现自动判渣和挡渣,是目前转炉出钢挡渣效果最佳的一种挡渣技术。

转炉滑板法挡渣出钢技术,主要由闸阀机构硬件和自动下渣检测系统两大部分组成。闸阀机构硬件又分闸阀机械装置、液压站总成系统、旋转接头、液压缸及水冷、空冷系统、离线更换维护系统及消耗耐火材料:出钢口管砖总成,内、外水口砖和内、外滑板砖组成。

自动下渣检测系统指红外下渣监测系统、液压电控系统和PLC控制技术。转炉用滑板法挡渣出钢技术中机构的安装更换和使用要在不影响现存的转炉冶炼工艺和操作条件下进行。为此采用机构离线整体更换技术,即在调试架上把离线机构更换新滑板砖,调试合格后待用。步骤和措施为:首先将现有转炉出钢口法兰盖板拆下,在法兰上安装新设计的基准板部件。在基准板上安装连接板部件,连接板上装有4只活节螺栓和2根定位桩、2根定位销。在连接板上安装水冷油缸组件及油缸隔热板部件、安装机构;改造和安装机构防护罩;安装新设计高压旋转接头及敷设所有管路。

使用时,把机构从调试台上卸下后,安放在机构运输存放架上待用,当在线机构滑板砖寿命使用至计划更换时,将转炉出钢口摇至炉前位置,并把机构更换架就位于转炉出钢口边上,将安放在运输存放架上的机构运至炉前,在滑板砖接口处均匀涂上铬刚玉火泥后用叉车将机构运至机构更换架边上,用电动葫芦将机构通过定位桩推入定位销中,用风动工具迅速将四个M30或M36活节螺栓螺母锁紧,启动油缸将活塞杆接柄推入滑动框连接槽中用油缸销连接,机构即安装完毕。操作方便、简单,更换时间可控制在10~15分钟之内。表2为现有机构的主要参数,可以适应现在不同大小的转炉需求,表3为出钢口滑板挡渣闸阀达到的水平。

表2 闸阀机构主要参数


型号

单位

ZZF-4ZH

ZZF-7F

ZZF-7J

YZL-3GY

机构外形尺寸

mm

1150×767×350

1365×854×400

1365×854×400

1285×882×365

滑板砖尺寸

(长×宽×厚)

mm

600×310×50/75

710×350×50/80105

710×350×50/80105

660×360×60

滑板砖孔径(D

mm

120150

140150

140180

140160

滑动距(L

mm

230

230

270

230250

弹簧数量

7×2=14

8×2=16

8×2=16

8×2=16

适用转炉

t

60150

150300

150350

120300


表3 转炉出钢口滑板法挡渣闸阀达到水平

 

单位

ZZF-4ZHF

ZZF-7F;ZZF-7J

适用转炉

t

50150

150300

挡渣成功率

%

100

100

更换时间

10

15

滑板砖寿命(后挡不控流)

12

12

关闭时间

0.5

0.5

转炉出钢下渣到钢包平均渣厚度

mm

40

40

机构平均寿命

3000

4000


为保护机构不被炉口喷渣粘住损坏,炉帽必须安装滑渣保护罩板。将机构处在保护罩下,不受钢渣困扰。所以需要对现有转炉进行技术改造:

改造1:炉壳出钢口法兰。

改造2:出钢口滑渣保护罩。

改造3:旋转接头及油、水、气管路铺设。

出钢口采用滑板法挡渣需要从转炉耳轴通五路管子进入转炉壁至水冷油缸及机构,这五路管子分别是水冷油缸用进出油管2路;进出水冷腔水管2路;机构弹簧冷却气管1路放空。

通常情况下,现有转炉在改造滑板挡渣出钢工艺时,二路高压油油管是必须新增加的,二路水可从炉帽或炉口分出,没有富余时,必须从旋转接头进入。所以在原有旋转接头外至少需要新增一二路高压油一路压缩空气旋转接头,见图3。

经过数年的努力,转炉滑板挡渣出钢技术,已经解决八大关键核心问题:

1、转炉的无渣出钢技术;2、长寿命的闸阀机构;3、长寿命的在线油缸;4、长寿命的耐火材料;5、机构的快速更换技术;6、出钢口连接技术;7、配套的高压液压源及至转炉水冷油缸的铺设连接技术。

图3 转炉滑板挡渣系统工艺布置图

7 转炉红外钢渣探测控制系统结构原理图
红外下渣检测原理:转炉红外下渣检测系统根据钢渣与钢水在特定光波波段的差异,使用摄像仪拍摄出钢图像,并将图像送到工控机,在图像采集卡处理后,由软件对采集的图像信号进行识别处理,自动分辨出钢流中的钢水和钢渣,并实时识别注流中含渣百分比。当检测到注流下渣时,并且超过系统所设定的含渣百分比,系统结合下渣时注流形态等信息进行综合分析,及时输出报警信号,同时由计算机系统给出滑板关闭动作信号,由液压系统驱动关闭滑板停止出钢,从而减少渣流入大包,提高钢水的纯净度与钢水收得率,见图4。

8 转炉采用滑板法挡渣后用户的达到实际水平

8.1 西南某钢厂210t转炉使用滑板挡渣工艺后有效控制钢包渣厚

8.1.1 渣厚测量

分别对1#(滑板挡渣)、2#(挡渣镖)炼钢转炉炉后小平台对钢包渣厚进行测量,测量炉次出钢过程均未加入活性石灰等渣料,共获得连续渣厚数据各100炉。

表4 渣厚对比统计情况

炉座

渣厚样本/

渣厚范围/mm

平均渣厚/mm

1#炉(滑板挡渣)

100

10-40

28.24

2#炉(挡渣镖)

100

38-89

67.5



图5 1#、2#炉渣厚控制情况对比

由表4、图5可知:1#炉冶炼钢水钢包渣厚控制在10~40mm之间(渣厚控制满足工艺保证值≤40mm),平均为28.24mm,较未投用滑板挡渣的2#渣厚炉平均减少39.26mm。

滑板挡渣新技术使用后,转炉下渣控制得到显著改善,渣厚明显减少。

图6为不同吨位钢包渣层厚度与吨钢渣量曲线图。

图6 不同容量钢包的吨钢下渣量与渣层厚度关系图

从图6可估算出,当渣层厚度在40mm时,300t钢包吨钢下渣量约为5kg;250t钢包约为5.3kg/吨钢;210t钢包约为5.6kg/吨钢;180t钢包约为6kg/吨钢;150t钢包约为6.4kg/吨钢;120t钢包约为7kg/吨钢;100t钢包约为8kg/吨钢;70t钢包约为8.4kg/吨钢。所以如果需要吨钢下渣量<5kg,则需要采取前挡+后挡的措施。

8.2 使用效果

8.2.1 钢水回磷控制

转炉出钢过程下渣量的多少直接影响钢水回P控制。以Q235B为代表钢种,对比1#炉、2#钢水回P情况。

表5 钢水回P对比

炉座

钢种

样本数/

转炉终点P/%

浇铸成品P/%

P/%

1#

Q235B

40

0.0110

0.0130

0.0020

2#

Q235B

40

0.0122

0.0161

0.0039

注:1#炉投用滑板挡渣,2#炉使用挡渣镖挡渣。

图7 钢水回磷对比图

结合表5、图7可知:投用滑板挡渣炉次钢水回P量平均为0.0020%,较使用挡渣镖挡渣炉次钢水回P减少0.0019%。

8.2.2 合金元素收得情况

以Q345B-T(薄)为铝(铝铁)脱氧镇静钢代表钢种,统计分析了不同挡渣方式(挡渣镖挡渣和滑板挡渣)下钢水中Als、Si、Mn三种合金元素的收得情况。

表6 不同挡渣方式下合金元素收得情况


挡渣方式

钢种

样本炉数/

终点氧活度/ppm

小平台Als收得率/%

小平台Si收得率/%

小平台Mn收得率/%

挡渣镖挡渣

Q345B-T(薄)

20

550

2.70-41.05
19.42

70.97-95.77
89.25

81.01-97.47
93.08

滑板挡渣

Q345B-T(薄)

20

600

7.41-44.33
29.69

88.05-97.56
92.36

85.79-98.35
94.35


由表6可知:

(1)出钢过程使用滑板挡渣炉次钢水Als收得率平均为29.69%,较使用挡渣镖炉次钢水Als收得率平均高出10.27%。

(2)出钢过程使用滑板挡渣炉次钢水Si收得率平均为92.36%,较使用挡渣镖炉次钢水Si收得率平均高出3.11%。

(3)出钢过程使用滑板挡渣炉次钢水Mn收得率平均为94.35%,较使用挡渣镖炉次钢水Mn收得率平均高出1.27%。

可见,出钢过程使用滑板挡渣炉次钢水中合金元素收得率均有不同程度提高,其中钢水脱氧合金化使用铝铁Als收得率大幅提高。

8.3 经济性分析

8.3.1 直接经济效益

(1)备品备件消耗减少降低生产成本Q1

1#转炉使用滑板挡渣后,出钢末期飞溅的钢渣量显著减少,渣道积渣对钢包车、渣车系统损坏明显减轻,下表为1#转炉使用滑板挡渣设备前后备件消耗对比表。

表7  1#转炉使用滑板挡渣设备前后备件消耗对比

使用前

使用后

累计W1=150770/

累计W2=41520/

Q1=(W1-W2)/N=(150770-41520)/150000=0.728元/吨钢

W2-使用后备件消耗,元/月;

W1-使用前备件消耗,元/月;

N-1#炉月平均产钢量,150000t。

(2)合金元素收得率提高降低生产成本

计算了转炉工序铝(铝铁)脱氧镇静钢出钢使用滑板挡渣后合金元素收得率提高(表6)降低生产成本Q2。

表8 铝(铝铁)脱氧镇静钢合金元素收得率提高降本

Q2=Q21+Q22+Q23=0.782+0.250+0.322=1.355元/t*钢

(3)挡渣镖吨钢成本Q3

Q3=H/I=218/210=1.038元/t*钢

H-挡渣镖价格,218元/套;

I-炉均产钢量,210t/炉。

(4)滑板挡渣直接经济效益Q

Q=Q1+Q2+Q3-Q4=0.728+1.355+1.038-2.162=0.959元/t*钢

Q4-1#转炉滑板挡渣成本2.162元/t*钢

通过以上计算可知:1#炉滑板挡渣直接经济效益为0.959元/t*钢。

8.3.2 其它效益

每套挡渣镖的重量40~45kg,滑板挡渣系统的投用降低了现场职工劳动强度,炉下渣道便于管理,减少了危险作业方式。

9 转炉滑板法挡渣出钢今后课题

转炉滑板挡渣出钢国内现有技术约为每班更换一次,为了提高炼钢的节奏;减少吨钢成本消耗;减少工人的劳动强度,今后的技术需要从两大方面进行发展优化:

(1)在现有的耐火材料中,由于镶嵌锆板复合滑板砖寿命长,但生产成本较高,所以现在并未普遍进行推广。但随着生产技术的日渐成熟,今后将以降低锆板生产成本,并进一步提高镶嵌锆板复合滑板砖寿命,使之性价比得以上升,从而将现有普通滑板~12次的寿命提高至~18次,从而减少更换次数,以适应转炉快节奏炼钢的需要。

(2)为了进一步提高炼钢效率,需要进一步研究推广双滑板在线更换技术,从而实现一套滑板挡渣机构使用~30炉,最终目标实现每天更换一次,这样可以大幅节省更换次数,减少工人的劳动强度,适应快节奏的炼钢工艺技术。


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