铁水预处理扒渣设备及技术的发展.pdf

铁水预处理技术是提高钢水质量、扩大品种和改善转炉炼钢操作的重要手段，已经成为钢铁冶金企业优化工艺流程的主要组成部分。扒渣则是将铁水预处理后的高硫渣从铁水中去除，是控制入炉硫总量的关键环节。详细介绍了目前国内扒渣工艺和设备的技术特点以及发展状况和趋势。关键词铁水预处理扒渣机捞渣机’Development of Slagging-off Technique and Equipmentfor Hot Metal PretreatmentMa Gang Zhao Weijie Feng Jingyue(Beijing Metallurgical Equipment Research＆Design Corporation Limited of MCC Group，Beijing 100029)ABSTRACT The hot metal pretreatment technique，which is to improve the steel quality，expand the steel Va-rietie焙and optilllize c_,onYerter steelmaking operation．has become蚰important meanfi to opti,Ilize technical process ofthe steel company．Slag-off，removing the rich$111fur slag from the hot metal ladle after the hot metal pretreatraent，isa key point to control the sulfur mount in Converter．This article introduces the technical characteristics，the devel-opment status and the trends of the cII删n domestic幽g．0缸process and equipment．KEYWORDS Hot metal pretreatment S峨-oU machine Slag dragging machine铁水预处理工艺是决定钢水中最终硫含量的主要工艺环节，目前已经为钢铁企业普遍采用。但由于脱完硫后铁水包中含有大量的渣子，在人炉前既要保证除渣干净以免回硫，又要防止铁水流失，因此这就促进了铁水除渣技术的发展。l铁水包扒渣技术及作用目前，一般的铁水预处理工艺流程是：铁水进站—扒除高炉渣一测温取样一加入脱硫剂—扒除脱硫渣一测温取样一出站。因此，铁水包扒渣分为两种：一种是前扒渣，一种是后扒渣。这两种扒渣过程对铁水预处理脱硫的效果都具有很大的影响。前扒渣是指在铁水预处理过程中喷吹前将铁水包中大量的高炉渣扒除掉。高炉渣各组分为：CaO：38％，Si02：36％，A1203：16．4％，Ti02：0．8％，S：1．5％。先扒除高炉渣，对降低镁粉消耗、提高脱硫率有极大的促进作用。铁水高炉渣中硫很高，同时还含有二氧化硅、三氧化二铝和氧化钛等不利于脱硫的组分，特别是钛的氧化物会降低炉渣碱度，从而减少炉渣硫容量使脱硫效率降低}脱硫时钛还会与氮气反应生成钛的碳氮化物，熔点很高，渣子变稠，使渣铁不易分离。相关的生产实践证明…，与不进行前扒渣直接喷吹相比，在相同终点情况下镁粉消耗减少0．05—0．10kg／t，扒渣铁损下降3—5kg／t，时间缩短2—3min。因此，在铁水预处理过程中进行前扒渣是非常必要的。后扒渣是指在铁水预处理以后，在铁水包内有大量的脱硫渣，为了避免回硫，又防止铁水流失，要通过一些手段将这些渣子扒除。经深脱硫铁水最终S G0．002％，如何干净、彻底、快速且有效地将含高硫的铁水渣扒除，是稳定脱硫最终效果的关键，也直接影响到转炉终点出钢。高硫渣兑入转炉必将产生回硫效应，在吹氧冶炼时发生(Mgs)“0]=(M90)“S]反应，硫又重新回到钢中，即使是少量未扒除的脱硫渣进入转炉都会造成转炉回硫，特别是在转炉冶炼洁净钢时这种回硫更为明显。脱硫与扒渣是两个相互独立、且又紧密联系的铁水①作者简介：马刚，1982年出生，北京科技大学毕业，硬士，助理工程师—-——47．-——万方数据冶金设备 2010年特刊(1)预处理工艺，脱硫工艺决定了处理终点铁水含硫的水平，而扒渣则是将脱硫处理后的高硫渣从铁水中去除的重要手段，是决定入炉硫总量的主要因剥“。因此比较而言，扒渣工艺对过程控硫显得更为重要。如果脱硫产物得不到有效去除，再好的脱硫工艺也不能充分发挥作用。因此，从某种意义上说扒渣效果决定最终脱硫率。所以，采用先进的扒渣工艺与设备对系统控硫与降低生产成本是十分必要的。2扒渣工艺与设备的发展2．1扒渣工艺的发展在炼钢工业中，对液态渣的扒渣，通常是将铁水包倾翻到扒渣板的位置即正好低于铁／渣界面的位置来实现的。然而扒渣设施存在的共同问题是扒渣板不能伸到铁水罐后墙的渣层处，所以只有开始位于扒渣口周围的渣子才能被快速扒掉，使扒渣率明显下降。为了使渣滓不停的随扒渣板流出，要求铁水罐内远处的渣子必须移动到扒渣板的行走范围内。为了使铁水罐中的渣子移动到扒渣板处，便于扒渣机将渣扒除干净。国内很多学者研究了铁水罐上安装透气砖或在铁水罐中插入喷枪底吹或侧吹进行吹气辅助扒渣的工艺，为铁水脱硫扒渣技术提出了新的思路。北京科技大学的赵新宇”3等人提出了喷枪底吹法。武汉钢铁公司的刘小卿M1等人提出了透气砖底吹法和侧吹法。他们的具体做法是将喷枪沿铁水包后壁浸入到铁水包内铁水的液面以下，或是在铁水罐的底部或侧面安装透气砖。通过喷枪或透气砖向铁水包内部喷吹氮气，通过气泡上升，搅动铁水包上层的含硫渣，使表面形成无渣区，从而减少扒渣机的行走次数，降低铁水损失，提高扒渣效率。结构原理图分别如图l、图2所示。赵新字等人还利用水模型法讨论了喷枪枪型、气体压力、喷枪的浸入深度、喷枪的倾角、气体流量、枪距包壁的距离等不同工艺情况对聚渣效果的影响。根据数学模拟研究的结果认为较大的喷枪浸入深度、较大的气体流量以及较小的枪距包壁距离对渣的聚集作用更有利。但这种方法存在的最大问题是用于驱渣的喷枪与喷吹脱硫剂的喷枪会互相影响。气图1喷枪底吹辅助扒渣示意图图2透气砖底吹辅助扒渣示意图l一喷嘴；2一脱硫渣；3—铁水；4一透气砖刘小卿等人通过实验研究了透气砖的安装位置、透气砖砖型、气体流量等因素对聚渣效果的影响。结果表明：铁水罐底部安装透气砖和包侧安装透气砖均能得到较好的聚渣效果，但是由于铁水静压力过大导致底部安装的透气转使用寿命较短仅15次左右，而包侧安装的透气装其使用寿命最均能达到100次以上。并且包侧安装的透气砖，安装位置越靠下对聚渣作用影响越好，具体使用效果如表1所示。表1铁水罐透气砖使用前后效果对比为了解决单喷颗粒镁脱硫渣稀散，普通扒渣机难以扒除干净的问题，北京中冶设备研究设计总院有限公司开发了一种吹渣式扒渣机瞪】。其特点是在扒渣板的上方安装了一个吹氮装置，扒渣过程中利用氮气将散渣、稀渣、残留渣聚拢到铁水包边缘将其扒出。结构如图3所示。但是由于这种扒渣机的技术还不成熟，目前还没有推广应用。北京中冶设备研究设计总院有限公司还开发了～一48一种小车式三抓扒渣机¨1。其特点是扒渣头的三个抓板能打开和合拢，扒渣时操纵渣耙在合拢状态下进入铁水液面一定深度，然后操纵将两个活动渣耙打开，聚拢渣子后将其扒出。为了降低铁损和提高清渣效率山东烟台盛达利公司盛富春开发了一种扒捞渣方法¨1，具体做法是：首先将回转式捞渣机的渣耙浸入铁水包中渣聚集较多的位置。操纵两渣耙打开呈一条直线，然后向包121水平运动，运动中万方数据马刚等：铁水预处理扒渣设备及技术的发展 2010年特刊(1)操纵两渣耙逐渐合拢聚渣，将渣从包口扒出，或利用扒渣机的升降功能将渣夹住后捞出，其结构如图4所示。此扒渣机的特点是集扒渣、捞渣功能为一体。图3吹渣式扒渣机l一喷嘴；2—气体管路；3—拖链；4一句L渣板；5—扒渣臂；6—扒渣小车；7一机架；8一回转支撑；9—底座；1忙调整缸；11—气体控制阀台；12—气源；13一小车进退驱动液压马达；14一摆动驱动液压马达；15一液压管路；16---液压站阀台及控制管路气动扒渣机具有结构简单、重量轻、造价低等优点。但是由于采用氮气为工作介质，氮气可压缩性强，扒渣时操作不平稳、可控性差，扒渣时耙头下砸力大，使得渣铁不易分离，造成扒渣时间长、扒渣不彻底，且扒渣铁损大。2．2．2液压扒渣机针对气动扒渣机存在的缺点，国内有关设备制造厂家在消化引进国外液压扒渣机技术的基础上设计制造了液压扒渣机，主要有以下两种形式。1)液压小车行走式扒渣机液压小车行走式扒渣机形式与气动小车行走扒渣机相似，但采用液压驱动。设备包括：液压站、小车行走装置、扒渣臂上下摆动装置、扒渣机左右摆动装置、扒渣板初始位置微调装置、电气控制系统等几部分。液压小车行走式扒渣机行走系统采用液压马达驱动，左右回转、打渣、初始位置调整等动作都通过比例阀控制油缸完成。其特点是结构形式牢固，工作稳定可靠、扒渣力大，但占地面积也较大，液压设备要求高。其结构如图6所示。分为机械四连杆式、气动式、液压式多种。机械四连杆式 旋转和扒渣臂升降动作的协调来完成扒渣任务。由液压扒渣机为20“l!t纪50年代技术，现已淘汰。 站、操作站、扒渣臂伸缩驱动装置、机身整体回转装置、扒2·2一气动扒渣机 渣臂整体抬升装置，扒渣臂上下摆动装置、机座、液压管。。鲁：跫，J：妻誊要誊?登蛩苎国空使璺篓曼筻肇娈譬 线、电气控制系统等部分组成。其特点是占地面积较液堂兰篓苎：罂竺I婪旦妻!!堂．K曼兰竺竺登!登篓：釜查／正．d12,J，I、j“右--I“符'1 J害,／,,IK．J；,-'、扒渣藐小，工作稳趸可；、扒渣力大，但伸竺冀篓苎竺銎篓蛩茔銮的三鬟I曼曼要!翟鐾翌’登}要缩臂结构复杂：差三设蕃要菜盂。翼茗藉翥言7。…／ifi示…o。设计的铁水脱硫扒渣机。它采用压缩空气作为动力源，在 …………………～一……一。一图5气动扒渣机结构示意图图7液压伸缩臂式扒渣机气动扒渣机、液压扒渣机的主要技术参数对比如表2所示。从技术性能上液压扒渣机具有明显的优势。但是液压扒渣机必须为其单独设置～个液压站，因此液压扒渣机总造价较气动扒渣机高。．-一49．．一，馨彭|；：；J万方数据冶金设备 2010年特刊(1)2．2．3回转式高效铁水捞渣机回转式高效铁水捞渣机是近两年出现一种新型铁水除渣设备，它与传统的机械扒渣机不同，将除渣时的往复式运动扒渣变为旋转运动捞渣。这一结构性的改变，带来很多好处，是扒渣机的更新换代产品。回转式高效铁水捞渣机是全液压的机电液一体化设备，由行走机构、回转机构、举升机构、捞渣机构、液压系统、水冷系统、控制系统等组成。其工作原理是一J：两支机械手(渣耙)伸人铁水中一定深度，并分别向相反的方向旋转180。然后合拢，将漂浮在铁水表面的渣子驱赶到一起，再提升捞出。其特点是捞渣操作时铁水包不需倾翻，运行稳定可靠，操作灵活方便；占地小，适应能力强、可适于不同工况的工艺布置。其结构如图8所示。平面图图8回转式高效铁水捞渣机捞渣机与扒渣机相比具有明显的优势，主要表现在以下方面：①除渣次数和时间大大缩短。扒渣机是一个渣耙在包内多次往复来回扒渣，而捞渣机的1个回转周期内两个渣耙能扫过铁水表面75％一80％的面积，能一次捞去40％一60％的渣子，二次捞渣时两渣耙同时划动铁水将渣子赶到包I=l，即可捞去80％以上的渣子。②除渣铁损少。捞渣机捞渣次数少，渣带铁量显然会大大减少，同时铁水包不需倾翻，没有铁水从包嘴溢出。③设备布一50一置灵活。采用捞渣机，由于铁水包不须倾翻，所以设备布置和渣罐摆放就相当灵活。④投资省，两台捞渣机总投资仅为300万元左右。捞渣设备只需建一固定平台，接通水、电即可投入使用，安装周期不到一星期。表3是扒渣机与捞渣机的主要性能对比。表3扒渣机与捞渣机性能对比表3结束语有关铁水包除渣工艺和设备的改进已经引起了很多冶金工作者的重视，各个钢铁公司和科研机构也都投入了大量人力物力从事这方面的研究和应用，如何提高扒渣的工作效率，减少铁水损失，提高渣的去除率成为研究工作的主要方向。参考文献[1]吴明．铁水镁脱硫高效化的研究与应用．中国冶金，2008．v01．18(6)：28—3l[2]马传凯．鞍钢铁水脱硫吹渣发展综述．中国冶金，2004(8)：10—13(转126页)万方数据冶金设备 2010年特刊(1)必要建立一种社会化、专业化、网络化的维修体制。设备维修的社会化、专业化、网络化可以提高设备的维修效率、减少设备使用单位备品配件的储存及维修人员，从而提高了设备使用效率，降低资金占用。2．3可靠性工程在设备管理中的应用趋势现代设备的发展方向是自动化、集成化。由于设备系统越来越复杂，对设备性能的要求也越来越高，这就对提高设备的可靠性提出了必然要求。可靠性是一门研究技术装备和系统质量指标变化规律的科学，并在研究的基础上制定能以最少的时间和费用，保证所需的工作寿命和零故障率的方法。可靠性科学在预测系统的状态和行业的基础上建立选取最佳方案的理论，保证所要求的可靠性水平。可靠性标志着机器在其整个使用周期内保持所需质量指标的性能。可靠性工程通过研究设备的初始参数在使用过程中的变化，预测设备的行为和工作状态，进而估计设备在使用条件下的可靠性，从而避免设备意外停止作业或造成重大损失和灾难性事故。2．4状态监测和故障诊断技术的应用趋势设备状态监测技术是指通过监测设备或生产系统的温度、压力、流量、振动、噪声、润滑油黏度、消耗量等各种参数，与设备生产厂家的数据相比，分析设备运行的好坏，对机组故障作早期预测、分析诊断与排除，将事故消灭在萌芽状态，降低设备故障停机时间，提高设备运行可靠性，延长机组运行周期。设备故障诊断技术是一种了解和掌握设备在使用过程的状态，确定其整体或局部是否正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。采用设备状态监测技术和故障诊断技术，就可以事先发现故障，避免发生较大的经济损失和事故。这一技术的应用深刻地改变了原有的维修体制，节省了大量维修费用。采用故障诊断技术后，可以变“事后维修”为“事前维修”，变“计划维修”为“预知维修”。2．5从定期维修向预知维修转变的趋势设备的预知维修管理是现代设备科学管理发展的方向，为减少设备故障，降低设备维修成本，防止生产设备的意外损坏，通过状态监测技术和故障诊断技术，在设备正常运行的情况下，进行设备整体维修和保养。在工业生产中，通过预知维修，降低事故率，使设备在最佳状态下正常运转，这是保证生产按预定计划完成的必要条件，也是提高企业经济效益的有效途径。预知维修的发展是和设备管理的信息化、设备状态监测技术、故障诊断技术的发展密切相关的，预知维修需要的大量信息是由设备管理信息系统提供的，通过对设备的状态监测，得到关于设备或生产系统的温度、压力、流量、振动、噪声、润滑油黏度、消耗量等各种参数，由专家系统对各种参数进行分析，进而实现对设备的预知维修。上述发展趋势并不是相互孤立的，它们之间相互依存、相互促进：信息化在设备管理中的应用可以促进设备维修的专业化、社会化；预知维修又离不开设备的故障诊断技术和可靠性工程；设备维修的专业化又促进了故障诊断技术、可靠性工程的研究和应用。3结束语设备管理的新趋势是和当前社会生产的技术经济点相适应，这些新趋势带来了设备管理综合水平的提升。只有好好把握这些趋势，才能真正适应社会化大生产的要求，切实为生产保驾护航，为企业运营提供有力的保障，促进企业整体水平的不断提升。参考文献[1]王汝杰，石博强。．北京：冶金工业出版社，2007年4月，5024-4182—1[2]马新国．《现代企业设备管理百科全书>．黑龙江：哈尔滨地图出版社，2006年3月，I-IS一11579(收稿日期：2010—02—11)鹕零零祭笞＆紧弛萍霉的昏笞的莽留的毋高黜琴屿潞留的莽省艮琴弛芦祭鹕蔷蝎淬罄&备艮琴屿器苔哟泽留啦莽塔邕紧弛器留她莽若风留电器客的莽(接50页)[3]赵新宇．铁水包扒渣处理的实验研究，[硕士学位论 [6]张富信，吴胜才，白晓伟．一种小车式三抓扒渣机．中文]．北京：北京科技大学，2007 国专利Z121m20154988．2[4]刘小卿，陶勇刚，王清芳．铁水罐吹气辅助扒渣工艺开 [7]盛富春．一种铁水扒捞渣方法．中国专利发与改进．炼钢2007，V01．23(4)：14一17 zL200510000539．8[5]白晓伟，吴胜才，冯京跃．一种吹渣式扒渣机．中国专 (收稿日期：2010—02—02)利ZL200720173996．1·-—-126—-——万方数据