炼钢转炉挡渣系统的改进设计

炼钢转炉挡渣系统的改进设计

高明文，苗立雄，王艳明

（山西中阳钢铁有限公司，山西吕梁  033400）

摘要：针对炼钢厂转炉在冶炼过程中产生的喷渣，对炉帽裙板造成高温变形，给生产操作和维护带来诸多不便，存在有很大的安全隐患。通过对其进行重新设计、材质选型，大大减少了转炉挡渣系统的积留现象，减少了裙板频繁更换现象，降低了成本开支，保证了人员、设备、生产的安全稳定运行。

关键词：裙板，变形，渣道，喷渣，安全，降低成本

1 前言

转炉是炼钢厂钢水冶炼环节中的关键设备，主要在冶炼过程中用于承载铁水、废钢和生产辅料，完成氧气吹炼、加料、出钢、出渣等一系列的工艺操作。其中炉体挡渣裙板是为保护炉壳不被高温钢渣氧化发生变形，保护转炉设备正常运行的附属设备之一。

企业想要让生产的产品在市场上占有地位，就要在产品的质量、成本等方面下足功夫，全方位实现效益最大化。而在实际生产过程中，必须要处理好每一环节之间的相互匹配程度，这样一来不仅不浪费资源，而且还让每一环节都能实现无缝对接，减低成本投入，提高产品的质量。

2 转炉挡渣系统在冶炼过程中的作用

2.1 挡渣裙板起到保护炉帽段及炉壳不受损伤的作用

常规炼钢转炉均采用氧气顶吹法冶炼，通常在吹炼过程中会产生大量的高温液体钢渣，并沿炉体四周缓慢流下，完好的炉体挡渣裙板能够有效的预防炉壳不被高温钢渣氧化变形。

2.2 挡渣裙板能起到导流作用

冶炼过程中，由于兑铁、添加物料、吹炼、出渣（包括烟道积渣）等一系列操作，不可避免会有大块物体坠落，炉体挡渣裙板可将坠落物体导流滑落至渣道内，避免炉体设备的损坏。

2.3 挡渣裙板对冷却水管的防护作用

由于炉口、炉帽均采用循环水冷方式，炉口周围的进、回水管路紧贴炉帽段布置，通过炉体挡渣裙板可将炉口进、回水管路和炉帽冷却水管与金属液体及坠落物隔离开，可有效降低转炉因漏水引发的安全事故。

2.4 渣道挡渣装置对周围设备的防护作用

渣道挡渣装置主要用于防止金属液体在转运到中包过程中，由于内部发生化学反应和液体旋涡运动而产生飞溅现象，飞溅出来的金属液体对渣道附近的设备极易造成损坏。渣道挡渣装置可有效阻止金属液体的飞溅，避免了周围设备的损坏。

3 存在的问题及原因分析

3.1 挡渣裙板

3.1.1 炉体挡渣裙板采用δ=25mm的16Mn钢板与60×60钢坯加强筋焊接，裙板用螺丝与炉帽段固定支撑架连接，挡渣裙板倾斜角度为34°。炉体挡渣裙板遇高温液体极易变形和脱落，而且会频繁发生卷曲变形，易使红钢渣掉入炉帽冷却水管上部，有时在冶炼旋转炉体过程中会与活动烟罩及炉下挡渣板发生碰挂现象，而且会损坏溜渣板、耳轴侧护板。有时在出钢过程中容易将喷渣掉入钢包使得钢水成分改变，如果发现不及时容易造成钢水不合格。

3.1.2 高温液体在过程中会存积于炉帽冷却水管上，冷却水管出现漏水现象时必须及时处理，否则会形成爆炸事故，但由于裙板变形，无法挡住钢渣，致使在清理过程中十分困难，每次更换检修时间长达2-3小时，不仅劳动强度大，而且影响正常生产时间。

3.1.3 原有炉体挡渣裙板的倾斜角度仅为34°，不利于导流作用的发挥。从投入使用开始裙板的使用寿命仅为3-4个月，频繁的更换制约了炼钢的生产节奏，也增加了设备及维修费用的投入。

3.1.4 转炉冶炼过程中，炉体挡渣区域为高温区，且温度变化很大。主要体现在转炉出钢、出渣及取样测温期间升温幅度方面，长期的高温烘烤和炉体温差急剧发生变化，造成炉体挡渣裙板的各个部分温度变化不一致，引发热应力无法消除，最终导致挡渣裙板产生热膨胀变形。

3.1.5 转炉在清理炉口积渣时采用拆炉机进行，拆炉机在清渣过程中钎杆频繁振打挡渣裙板，也会导致挡渣裙板的变形、脱落。

3.2 转炉渣道挡渣装置

3.2.1 炼钢转炉区域渣道因工作环境恶劣，金属液体在转运到中包过程中，常常由于内部发生化学反应和液体旋涡运动而产生飞溅现象，造成浇注料或残渣物掉入金属液体中，严重影响钢水成分，对产品的质量形成很大的影响。

3.2.2 转炉渣道挡渣装置原先采用喷涂料的形式进行挡渣清理，经过多年的使用，效果不是很理想，使用一段时间后表面就会堆积大量的钢渣，粘附在挡渣装置上面，很难脱落，操作工人只能通过铁棍或尖锐器具进行清理钢渣，用力小了，无法清除，力气大了稍有不慎，清渣器具就会将这些部位磨开大洞。而且在清渣过程中，由于操作人员的工作环境恶劣，极易发生人身伤害事故，存在重大的安全隐患。

4 改进实施方案

4.1 挡渣裙板

4.1.1 挡渣裙板的材质原为16Mn钢板，改为ZG25铸钢板，其耐热性能进一步提高。挡渣裙板总厚度由原有的25mm改为30mm，采用裙板与筋板整体式利用ZG25材质铸钢制造，可以大幅度提升挡渣裙板的抗热变形能力。

4.1.2 对炉口直径及冷却水管结构、固定裙板支撑架角度及结构进行改动，改型后的挡渣裙板倾斜角度为40.02°，解决了裙板上边沿翘起的现象，加强了炉口冷却效果，更利于导流作用的发挥，并延长了炉口设备的使用寿命。

4.2 渣道挡渣装置

4.2.1 根据现场实际情况进行测绘设计，重新制作、安装了一套渣道挡渣装置。将原先的浇注料改为由挡渣板与支撑钢结构梁组成，实现了渣道区域的安全稳定运行。

4.2.2 考虑挡渣板的耐磨性和硬度，将挡渣板材质改进为球墨铸铁，可大幅度提高使用寿命，减低人员的劳动强度，同时保证了过程中操作简单方便，安全可靠以及零维护的目的。

5 改进后的实施效果

5.1 改进后挡渣裙板喷渣积留现象大大减少，避免了挡渣裙板变形、脱落频繁更换的现象，减少了日常检修维护量，降低了高温、高空的危险作业，减少了成本开支，保证了人员、设备、生产的安全稳定运行。

5.2 通过对渣道挡渣装置的改造，可以大大降低现场安全隐患，改善现场工人的作业环境；大大降低了工人的劳动强度，减少了恶劣环境下的作业，无需高温、高粉尘情况下高强度的人员作业；不需要进行重新喷补处理。

6 产生的效益

6.1 每座转炉共使用12块挡渣裙板，每块钢板重量约0.48T，每座转炉共计需要12×0.48=5.76吨。根据市场行情，一块挡渣裙板价值在7000元左右，挡渣裙板可以确保一个炉役期正常运行；减少了维修更换时间，每块挡渣裙板生产过程中更换时间为3小时，每座转炉每小时产钢48T×2炉，吨钢利润按200元计算，每座转炉年可创造效益约为85万余元。

6.2 渣道挡渣装置上线后，效果相当明显，无需长时间作业，提高了工作效率；实现了操作方便，避免了事故的发生；维护量大大减少，可以有效降低作业人员的劳动强度。

6.3 无需进行喷补轻质喷涂料，每次喷补大约需要10万元费用，按照每半年处理一次，可以直接节约费用20万余元。

7 结束语

针对炼钢厂转炉挡渣裙板存在的问题，提出了问题背后存在的安全隐患以及对企业产生的不良因素。通过研究、分析问题，将挡渣板角度设计增加了6.02°，不仅减少了挡渣裙板喷渣积留问题，而且还减少了日常维护检修量，降低了高温、高空作业的危险，保障了设备的安全、稳定运行，提高了转炉设备的使用寿命。

参考文献

[1] 张岩，张红文，《氧气转炉炼钢工艺与设备》，冶金工业出版社，2010.1

[2] 李翔，《转炉留渣双渣工艺技术研究》，冶金工业出版社，2019.7

[3] 人力资源和社会保障部教材办公室，《转炉炼钢工艺及设备》，中国劳动社会保障出版社，2009.8

[4]机械设计手册第六版，闻邦椿，机械工业出版社

[5]冶金机械设计手册，第四版  ISBN 7-5025-3522-5/TH.97  化学工业出版社

[6]材料科学与工程专业，西北工业大学出版社