转炉无渣出钢工艺技术的研究与应用(正式稿).doc

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。 3 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1 40t转炉出钢口闸阀机构安装示意图 图2 100t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。 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