提釩擋渣技術(shù)的探索與應(yīng)用

王瑞軍， 李彥軍， 翁玉娟， 翁美玲， 王立新， 賀丹陽(yáng)

（河鋼集團(tuán)承鋼公司棒材事業(yè)部， 河北 承德 067002）

提釩擋渣技術(shù)的探索與應(yīng)用

王瑞軍， 李彥軍， 翁玉娟， 翁美玲， 王立新， 賀丹陽(yáng)

（河鋼集團(tuán)承鋼公司棒材事業(yè)部， 河北 承德 067002）

通過(guò)對(duì)提釩轉(zhuǎn)爐出鋼前期以及后期的擋渣技術(shù)工藝進(jìn)行嘗試，并且對(duì)擋渣成功率、下渣量、經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行綜合考慮，最終選擇了擋渣球擋渣法。最后通過(guò)優(yōu)化擋渣球結(jié)構(gòu)和加入擋渣球的方式，降低了出鋼過(guò)程中的釩渣流失率、提高了釩渣產(chǎn)量和釩回收率，使擋渣成功率提高到約90.32%，出鋼平均下渣量減少到42mm，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

提釩轉(zhuǎn)爐 釩渣 出鋼 擋渣技術(shù)

金屬釩是一種重要的戰(zhàn)略金屬，在鋼鐵、化工、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。釩的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度很高，主要用作合金添加劑以提高鋼的韌性、強(qiáng)度和延展性等結(jié)構(gòu)性能，在鋼中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的釩，可使鋼強(qiáng)度提高10%～20%，結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕15%～25%，成本降低8%～10%。因此，擁有釩鈦資源優(yōu)勢(shì)的某廠，長(zhǎng)期以來(lái)著手研究開(kāi)發(fā)不讓釩渣從提釩轉(zhuǎn)爐進(jìn)入半鋼包或把進(jìn)入量降到最低的技術(shù)和方法。

1 擋渣工藝介紹

從1970年日本發(fā)明擋渣球擋渣出鋼技術(shù)以來(lái)，世界各大鋼廠都對(duì)擋渣技術(shù)進(jìn)行了探索，通過(guò)不斷地研究，擋渣錐定位投放擋渣法、滑板擋渣法、避渣罩法、氣動(dòng)擋渣法、出鋼口吹氣干擾渦流法等擋渣方法紛紛出現(xiàn)。目前國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用的有擋渣錐定位投放擋渣法、氣動(dòng)擋渣法和滑板擋渣法。

針對(duì)不同階段下渣的特點(diǎn)，某廠100 t提釩轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)采用雙擋渣法工藝，即采用擋渣帽擋出鋼開(kāi)始時(shí)的前期渣，再用高密度擋渣球擋出鋼結(jié)束時(shí)的后期渣。綜合使用這兩種擋渣方法，使擋渣效果得到明顯提高，有效降低了釩渣流失。

2 提釩轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)釩渣的流失

在提釩轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中，由于釩渣比鋼水的密度要小，所以釩渣會(huì)浮于鋼水面上，因此所流失的釩渣按提釩轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程可分為前期渣、過(guò)程渣和后期渣。前期渣為提釩轉(zhuǎn)爐出鋼，傾動(dòng)至38°～50°時(shí)，鋼水液面上的釩渣從出鋼口處流失所造成；過(guò)程渣為出鋼過(guò)程中，出鋼口附近的釩渣卷入鋼水流出時(shí)所形成的渦旋造成的；后期渣為出鋼結(jié)束階段，半鋼出盡后，釩渣順出鋼口流失造成的（見(jiàn)圖1）。提釩轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中的下渣量，其前期渣、過(guò)程渣與后期渣分別約占30%、30%和40%。

圖1 前期下渣和后期下渣

3 提釩轉(zhuǎn)爐出鋼前期的擋渣技術(shù)

在提釩轉(zhuǎn)爐出鋼前期，由于釩渣密度小于鋼水密度，釩渣浮在半鋼上面。隨著出鋼時(shí)轉(zhuǎn)爐角度的逐漸增大，釩渣會(huì)先于鋼水從出鋼口區(qū)域進(jìn)入鋼包，造成釩渣流失。針對(duì)此現(xiàn)象特點(diǎn)，該廠采用擋渣帽擋渣法阻擋前期渣進(jìn)入鋼包。

3.1 擋渣帽的使用原理

出鋼前使用擋渣帽（見(jiàn)下頁(yè)圖2）插入出鋼口內(nèi)，將其堵住，然后利用擋渣帽與出鋼口之間產(chǎn)生的摩擦力阻止前期釩渣的流出，當(dāng)轉(zhuǎn)爐角度足夠大時(shí)，前期渣完全通過(guò)出鋼口區(qū)域后，鋼水將沖開(kāi)擋渣帽出鋼，以此來(lái)降低出鋼前期的釩渣流失。

3.2 擋渣帽使用效果

擋渣帽的使用有效地阻止了出鋼前期釩渣進(jìn)入半鋼包中，避免造成釩渣的流失，提高了釩渣回收率，并且它操作簡(jiǎn)單、安全，堵出鋼口率近100%，對(duì)成本無(wú)明顯影響，擋渣帽每個(gè)單價(jià)6元，噸鋼占用成本 0.05 元 /t。

圖2 擋渣帽示意圖

4 提釩轉(zhuǎn)爐出鋼后期的擋渣技術(shù)

轉(zhuǎn)爐出鋼后期，隨著爐內(nèi)鋼水的出盡，浮在鋼水上的釩渣也隨之流入鋼包，造成釩渣流失。針對(duì)此現(xiàn)象特點(diǎn)，該廠分別嘗試使用擋渣鏢、滑板擋渣和擋渣球三種擋渣法來(lái)減少這部分釩渣流失量。

4.1 擋渣鏢擋渣工藝的應(yīng)用

4.1.1 擋渣鏢擋渣技術(shù)概述

在提釩轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中，將擋渣塞通過(guò)擋渣投放車置入出鋼口上方，由于出鋼過(guò)程中在出鋼口上方形成了較強(qiáng)的渦流，其下部較長(zhǎng)的圓柱體起到了定位作用，使擋渣鏢不會(huì)移位，由于擋渣鏢的重心在下部圓柱體上，加之鋼流向下沖擊，擋渣塞不會(huì)傾斜，在出鋼過(guò)程中擋渣鏢將穩(wěn)定在出鋼口上方的半鋼和釩渣之間。在上部圓臺(tái)外側(cè)有對(duì)稱分布的小槽，可保證半鋼出盡。一旦半鋼出盡，擋渣鏢上部圓臺(tái)會(huì)堵住出鋼口，使釩渣不能流到鋼包中[1]。擋渣鏢示意圖見(jiàn)圖3，擋渣鏢擋渣示意圖見(jiàn)圖4。

圖3 擋渣鏢示意圖

圖4 擋渣鏢擋渣示意圖

4.1.2 擋渣鏢使用效果

借鑒于擋渣鏢在煉鋼轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)的良好擋渣效果。該廠在提釩轉(zhuǎn)爐上也進(jìn)行了多次試驗(yàn)，但是擋渣效果并不是十分明顯。其中的主要原因在于釩渣中的V2O5要比鋼渣中所占比重要大，并且提釩轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)爐內(nèi)溫度約為1 360～1 390℃，這造成提釩爐內(nèi)液面上釩渣的硬度偏高，使擋渣鏢很難投放到出鋼口位，從而影響擋渣鏢的擋渣效果。

4.2 滑板擋渣工藝的應(yīng)用

4.2.1 滑板擋渣技術(shù)概述

滑板擋渣技術(shù)是使用大包滑動(dòng)水口原理，在提釩轉(zhuǎn)爐的出鋼口處安裝滑動(dòng)水口裝置，通過(guò)滑動(dòng)滑板和固定滑板之間流鋼孔的錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)出鋼擋渣操作。該裝置由出鋼口、滑動(dòng)滑板、固定滑板、液壓系統(tǒng)組成，固定滑板與出鋼口固定，滑動(dòng)滑板通過(guò)推拉桿與液壓系統(tǒng)連接，液壓油缸帶動(dòng)推拉桿，使滑動(dòng)滑板與定滑板做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)流鋼孔的全開(kāi)、半開(kāi)和關(guān)閉，達(dá)到控流和擋渣出鋼的目的[2]?；彘_(kāi)、關(guān)組合圖示意圖如圖5所示。

圖5 滑板開(kāi)、關(guān)組合圖示意圖

4.2.2 滑板擋渣使用效果

該廠提釩轉(zhuǎn)爐滑板擋渣技術(shù)共使用198余爐次，更換7套滑板，平均下渣量為32 mm，使用過(guò)程中發(fā)生3次液壓管漏油事故?；迨褂们闆r見(jiàn)表1。

表1 滑板使用情況

從表1可以看出，滑板壽命較低，在生產(chǎn)節(jié)奏不緊張時(shí)，可通過(guò)更換整套擋渣機(jī)構(gòu)來(lái)達(dá)到更換滑板的目的。對(duì)于該廠這種提釩周期為16 min的高節(jié)奏生產(chǎn)組織模式，每套滑板更換時(shí)間近26 min，在這更換過(guò)程中冶煉鐵水直接影響道釩渣產(chǎn)量。

4.3 擋渣球擋渣工藝的應(yīng)用

4.3.1 擋渣球的使用原理

擋渣球適用在轉(zhuǎn)爐出鋼口的功能性耐火材料，在提釩轉(zhuǎn)爐出鋼后期，鋼水液面降低，釩渣比較容易被出鋼口的渦流帶入轉(zhuǎn)爐半鋼包中，將擋渣球拋入爐內(nèi)出鋼口的上方，通過(guò)鋼水旋流作用將其吸往出鋼口，利用其自身密度與半鋼和渣層之間的差異，置于兩者之間，以達(dá)到擋渣的目的[3]。

4.3.2 擋渣球使用效果

該廠針對(duì)多面體和帶流槽的球體兩種形狀的擋渣球，分別進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)對(duì)比效果見(jiàn)表2。

表2 擋渣球?qū)Ρ刃Ч?/p>

從表2數(shù)據(jù)可以看出，無(wú)論從擋渣成功率，還是下渣的厚度來(lái)比較，高密度擋渣球（見(jiàn)圖6）的擋渣效果都比較顯著。其原因?yàn)殁C渣比鋼渣的密度大，并且提釩轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)爐內(nèi)溫度約為1 360～1 390℃，這造成提釩爐內(nèi)液面上釩渣的硬度偏高，導(dǎo)致普通擋渣球的密度很難利用自身重量穿過(guò)渣層準(zhǔn)確到達(dá)出鋼口位，從而影響其擋渣效果。而高密度擋渣球的密度從4.2 kg/m3增加到5.2 kg/m3后，擋渣成功率提高到81.45%，明顯降低了釩渣流失量，從而提高了釩回收率。

圖6 高密度擋渣球示意圖（單位：mm）

4.3.3 擋渣球加入方法的改進(jìn)

由于擋渣球通常是以隨波逐流的方式到達(dá)出鋼口位置，為了進(jìn)一步提高擋渣球的擋渣成功率，如何使擋渣球準(zhǔn)確到達(dá)出鋼口就成為了主要問(wèn)題。

對(duì)此，該廠借鑒擋渣車的使用特點(diǎn)，將擋渣車前端的懸臂進(jìn)行改造（改進(jìn)后擋渣車前臂見(jiàn)圖7），使擋渣車能用于擋渣球的投放作業(yè)過(guò)程中，避免人工投擲準(zhǔn)確性不高的缺點(diǎn)。

擋渣球改進(jìn)后（見(jiàn)表3），擋渣成功率提高約9%，達(dá)到90.32%，平均渣厚也下降到42 mm，有效地降低了釩流失率，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖7 改進(jìn)后擋渣車前臂

表3 擋渣車前臂改進(jìn)前后的運(yùn)行效果對(duì)比

5 結(jié)論

1）采用擋渣帽技術(shù)，可有效控制出鋼前期下渣，再配合改進(jìn)過(guò)的擋渣球技術(shù)控制出鋼后期的下渣量，半鋼包中渣厚一般可控制到平均42 mm左右，擋渣成功率提高到約90.32%。

2）改進(jìn)過(guò)的擋渣球技術(shù)具有成本低、操作簡(jiǎn)單、擋渣效果較好等特點(diǎn)，與滑板和擋渣鏢擋渣工藝相比較，更能滿足該廠的實(shí)際需求。

[1] 朱偉中，顧克井，田勇，等.轉(zhuǎn)爐出鋼擋渣改進(jìn)實(shí)踐[J].鋼鐵研究，2003（3）：9-11；31.

[2] 王淑華，叢玉偉，徐尚福，等.轉(zhuǎn)爐滑板擋渣出鋼技術(shù)實(shí)踐[J].河南冶金，2010（6）：46-47；56.

[3] 邵大慶，王書桓，李榮生，等.50 t轉(zhuǎn)爐擋渣工藝優(yōu)化[J].河北冶金，2012（4）：37-38.

（編輯：王瑾）

Exploration and Application of Vanadium Extraction and Slag Stopping Technology

Wang Ruijun,Li Yanjun,Weng Yujuan,Weng Meiling,Wang Lixin,He Danyang
（Bar Division of HBIS Group ChengSteel Company,Chengde Hebei 067002）

Through the trial of slag stopping technology before and after steel tapping of the vanadium extraction converter,under the comprehensive consideration of the success rate of slag,slag quantity and economic benefit,the slag stopping method is finally chosen.Finally,by optimizing the way of the slag ball structure and slag retaining ball,the turnover rate of vanadium slag is reduced,vanadium slag yield and recovery rate of vanadium are increased,and the success rate of the slag is increased to about 90.32%.The average slag amount of steel tapping is reduced to 42mm,which makes good economic benefit.

vanadium extraction converter,vanadium slag,steel tapping,slag stopping technology

TF748.2

A

1672-1152（2017）04-0113-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.42

2017-07-14

王瑞軍（1984—），男，畢業(yè)于山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，工程師，現(xiàn)主要從事轉(zhuǎn)爐提釩煉鋼技術(shù)工作。