铁水高效捞渣机的研究与应用2006.05.26

铁水高效捞渣机的研究与应用烟台盛利达工程技术有限公司盛富春杨东道康文博毕宏伟宋文涛摘要：本文简述了铁水高效捞渣机的研究开发过程。

针对六个典型炼钢厂的六种不同工况，介绍了捞渣机的生产应用情况，展现了捞渣机的技术特点。

主题词：铁水高效捞渣机高炉铁水铁水预处理脱硫前言：1．钢铁发展对清渣的要求：2005年中国的钢铁产量已占世界总产量的30%以上。

随着铁矿石价格的大幅上涨，随着新增产能的不断释放以及国内外钢铁市场竞争的日益加剧，中国钢铁业单纯靠以量取胜的时代即将过去，靠质量、成本和品种创新取胜的时代已经到来。

国家中长期科技发展规划纲要（2006-2020）中明确提出“实现高效率、低成本的洁净钢生产”。

铁水预处理脱硫对于优化钢铁冶金工艺、提高钢的质量、发展优质钢种、提高钢铁冶金综合效益起着重要作用[1]。

2005年铁水预处理比将达到40%，2010年将达到60%[2]。

脱硫渣地扒除是铁水预处理脱硫的重要环节[1]。

高炉铁水在进入混铁炉、炼钢炉前的清渣，对钢铁生产的顺行和提质降耗，同样是必不可少的。

2．脱硫扒渣的现状：扒渣机在国际钢铁界的应用，已有几十年的历史。

它在当时相对低的生产效率下，起到了减轻了工人劳动强度，提高工作效率和钢水质量，降低生产成本的作用。

从1992年我们给鞍钢三炼钢100吨铁水罐，研制复合脱硫粉剂时开始，逐步认识到扒渣机的不足。

当时看到的场景是：扒渣时间长、扒渣率低、扒渣带铁多，不仅铁水预处理脱硫的作用难以发挥，而且由于铁水进站时间长，影响转炉的铁水供应，或者渣子没有扒完就吊走，或者铁水不进预处理站直接进入转炉，铁水预处理比达不到设计要求，铁水预处理设备的潜力难以发挥。

目前，从总体上看，扒渣机对现代化的转炉连铸生产流程的影响如下：①扒渣时间长扒渣时间在5-19分钟，加上铁水预处理脱硫与铁水包吊运等其他时间，往往在30-40分钟。

长于转炉连铸生产节奏的21-35分钟。

造成的影响有：a、转炉铁水不能正常供应；b、影响了铁水预处理率；c、铁水预处理脱硫设备的利用率仅为25-33%。

②扒渣率低a、脱硫渣进入转炉后，产生回硫现象。

大多在0.008-0.015%。

给低硫钢冶炼带来困难;b、较多高炉渣、脱硫渣进入转炉，石灰消耗、能耗、氧耗、铁耗增加;c、炼钢时间相应延长。

③扒渣带铁多2005年我国行业铁水预处理率40%，国内扒渣带铁5-15㎏/吨铁，平均8㎏/吨铁，铁水价格按2000元/吨计算，预计2005年扒渣带铁损失15-20亿元人民币。

随着铁水预处理比的逐年提高和扒渣率要求的越来越高，扒渣带铁的损失还将逐年增加。

目前，我国正处于从钢铁大国到钢铁强国的过渡阶段，民族的钢铁工业正面临着激烈的市场竞争，面临着原材料、能源价格的上涨和供应的紧张。

靠自主创新，走出中国特色的振兴民族钢铁工业的道路，实现几代钢铁人的梦想，早日成为钢铁强国，是我们义不容辞责任。

3、捞渣机的研究开发与应用：针对扒渣机的不足，烟台盛利达工程技术有限公司经过多年的努力，终于成功地研制出ZH（中华）系列回转式高效铁水捞渣机。

继2004年5月首台实验设备在齐齐哈尔第一机床厂20吨工频感应电炉上成功应用后，2004年12月25日，冶金行业首台在江苏沙钢集团荣盛炼钢厂一次热试车成功，并投入生产应用。

2005年7月山东泰山钢铁集团60吨铁水包双工位捞渣KR铁水预处理脱硫系统投入使用。

2005年9月29日，与单吹颗粒镁铁水预处理脱硫配套的80吨铁水包捞渣机，在首钢三炼钢一次热试车成功，并顺利投产。

今年2月和4月，南钢相继投产两台65吨铁水包捞渣机；5月，包头钢铁公司投产二台100吨铁水包捞渣机。

生产应用证明，捞渣机初步解决了往复式机械扒渣机，扒渣带铁多、时间长、扒渣率低，这一多年来国际钢铁界一直未能很好解决的难题。

该产品为国际首创，已申请国家发明专利和国际PCT专利，并已申请十几个国家和地区的指定国家和地区专利。

一、捞渣机的策划：铁水的比重是渣子的三倍，渣子主要漂浮在铁水表面。

1、扒渣机的工作原理：利用的是仿生学原理，相当于单只手，在铁水表面扒渣。

是用渣扒靠速度将漂浮在铁水表面的渣子扒出，见图一。

缺点：a、扒行走轨迹扫过的铁水液面的15-20%，而且，大部分渣子随铁水流出，见图一。

扒渣效率低；b、渣扒必须有一定的吃铁量，扒渣带铁多图一铁水扒渣原理图2、捞渣机工作原理：我们利用渣铁的特点，运用仿生学原理，改一只手扒渣，为两只手捞渣。

两只机械手（渣耙）伸入铁水中一定深度，并以一定的速度，分别向相反的方向旋转180度后合拢，将漂浮在铁水表面的渣子驱赶到一起，夹住，再提升捞出。

由于它一个回转周期两个渣耙扫过铁水表面75-80%的面积，一次既可捞去40-60%的渣子（有一部分渣子被流出渣耙的铁水带出，见图二）。

图二铁水捞渣原理图二、捞渣机的研制：由于捞渣机是机电液一体化的大型设备，作为钢铁生产的关键设备，又是在1300-1500℃的高温辐射下工作（轴承、液压与润滑系统的最高工作温度要求小于70℃），因而，要求设备在有高度的可靠性的同时，还需要很好的冷却条件相配合。

1、水冷模拟试验：针对铁水的特点，以及捞渣机的工作要求，我们设计了水冷与风冷两种制度，经过多轮模拟实验，选择不同的介质流量，最后确定采用水冷方案。

2、渣耙材料的筛选：在20吨工频感应电炉上，在1450-1500℃铁水温度条件下，采用钢板焊接结构与铸铁件，涂刷铸造用石墨涂料，进行渣耙材料对比实验。

结果，铸铁渣耙粘渣倾向小于钢板焊接结构，但焊补困难，铸钢渣耙寿命长、易补焊。

3、耐火防粘涂料的研制：采用铸造石墨涂料，尽管能够提高渣耙寿命，但存在粘渣后不宜清理的问题。

分析原因，是铸造涂料与渣耙和渣子黏结力均较强，我们经过大量的筛选，确定了一种与渣耙结合力不强，一敲震即可随渣子一起脱落的配方。

采用渣耙浸入涂料池中的浸涂方法，操作方便、效率高、效果好。

经过首钢、沙钢与泰山钢铁公司的使用，渣耙使用寿命均达到100次以上，能够很好的满足铁水预处理的节奏的要求。

4、总体结构的确定：针对脱硫扒渣的现行工艺特点，我们决定按照扒渣的工艺布局来设计捞渣机的总体结构，捞渣系统安装在小车上，小车在轨道中行走的结构，另外，又增加了捞渣系统升降、回转动作，不仅满足了捞渣机的工作要求，还创造了回转放渣，赋予捞渣机占地小、布置灵活，铁水包不倾翻的特点。

5、控制系统控制系统采用西门子PLC与西门子主、施耐德的原器件运行稳定可靠。

采用辅助遥控控制与手动控制台控制相结合的方式，动作过程不受位置限制，方便设备的操作与维修。

三、典型案例与应用效果：经过一段时间的使用，得出如下结论：铁水包越大，渣耙也越长，一次捞渣量也越大，捞渣效率也越高。

例如，50吨铁水包，渣耙长度为900mm，一次捞渣量为300Kg左右；100吨包，渣耙长度为1100mm,一次捞渣量为400Kg左右。

对于特别松散细小和液体的渣子和捞渣后期渣子较少时，由人工或专门设计的装置加入固渣剂，将渣子粘住或固化，然后用捞渣机可一次捞去90%以上的渣子，效果更佳。

采用高质量的全液压的机电液一体化系统，设备运行稳定可靠，操作灵活方便；由于占地小、适应能力强，可适合于不同工况的工艺布置。

针对不同铁水包大小，以及不同工况要求，设计了不同的型号，不同的工作方式的捞渣机，形成了产品的系列化。

该设备主要为铁水预处理脱硫而设计，也可用于混铁炉的铁水捞渣，钢水捞渣，以及脱硅、脱磷的捞渣。

1． 沙钢集团荣盛炼钢厂混铁炉铁水捞渣：江苏沙钢集团荣盛炼钢厂有40吨转炉3台，高炉铁水成份：C4.2-4.4%，Si0.6-0.9%,P0.12-0.13%,S0.03-0.08%,带渣量为1-2%。

由于没有扒渣工序，大量的高炉渣随铁水进入转炉，致使转炉炼钢石灰消耗量达70-80㎏/吨钢，而且由于入炉渣量大喷渣严重，转炉出钢硫过高，在0.04-0.06%。

如图三，在混铁炉出铁轨道与钢水过垮车轨道之间的7×7米的范围卸渣工位捞渣工位渣盘车渣罐轨道轨道铁水包铁水包车混铁炉捞渣机备用渣耙涂料池图三沙钢荣盛炼钢厂40吨铁水包捞渣平面布置方案内布置一台捞渣机，铁水包不倾翻，在线捞渣，捞渣后旋转90゜将渣子放在过垮车上的渣罐中。

经过沙钢开始使用的近3000包次的结果分析，得出如下结果：①．捞渣机既可采用脱硫站中央控制室集中控制，也可现场操作室（台）控制或采用遥控操作，操作灵活方便，设备可靠性好。

②．捞渣后，转炉石灰消耗量减小，沙钢40吨铁水包平均每包捞渣400Kg，每炉减少石灰加入量700-800Kg，吨钢石灰消耗减少到50Kg左右。

转炉喷渣现象大大减少。

加上减少氧气消耗、铁耗、缩短冶炼时间，综合经济效益在吨钢10元以上。

③．原来准备采用扒渣机，与扒渣相比，捞渣带铁减少5-8Kg。

④．渣耙粘渣情况是：对于混铁炉渣子比较松散、不是很粘，渣耙粘渣很少，在两渣耙互敲后仍然有些粘渣，需要每隔几包或每包铁水捞渣后清理一次，但由于有专用防粘渣耐火涂料，用风镐一清就掉。

⑤．渣耙寿命：由于渣耙在铁水中工作时间较短，每包铁水捞渣工作次数少，加上采用专用耐火防粘渣涂料，渣耙在使用50-100包次时，仅渣耙底板前端齿板有少许侵蚀，而漏渣，更换一条宽50㎜（重量15Kg）的齿板后，又继续使用。

⑥．铁水包不用倾翻，设备布置灵活，并简化了设备种类。

表一捞渣机与扒渣机经济技术指标对比注：要求扒渣率越高，扒渣时间越长，扒渣带铁越多。

2．泰山钢铁集团60吨KR双工位脱硫捞渣系统：捞渣工艺在泰钢的生产使用和效益：泰钢集团炼钢厂新建1座60吨KR搅拌脱硫设备，左右各配一台捞渣机组成双工位脱硫捞渣系统，进行脱硫前捞渣和脱硫后捞渣。

如图四:图四泰钢集团炼钢厂双工位脱硫捞渣平面布置图另外，这种布置在不脱硫时，还可以方便高效的进行铁水捞渣，达到减少入转炉渣量的目的。

由于捞渣时间不占脱硫时间，脱硫时间不占捞渣时间，因此脱硫设备能力提高30-50%，设备作业率达到50%以上。

脱硫捞渣后的铁水能满足2座60吨转炉的160万吨的铁水供应。

经脱硫、捞渣后的铁水，转炉成品回硫不多，减少了LF炉精练数量，节省了进一步脱硫的费用，稳定了生产节奏。

泰钢现在脱硫要根据钢种需要，捞渣则要求全捞。

因为铁水渣量多时可达1000公斤以上，少则500-600公斤。

并且由于捞渣带铁少，捞渣不需要多少费用，所以不脱硫也捞渣，现已到了离不开捞渣机的程度，捞渣铁水包数已占总进厂铁水包数的80%以上。

不经脱硫，单捞渣的铁水，因带入转炉的高炉渣少了，转炉渣也就少了。

转炉渣含有大量氧化铁，转炉渣少了，渣带走的钢也就少了，钢铁料消耗就低了。

同时，由于转炉总渣量少了，石灰消耗、氧气消耗、生产1炉钢周期等多项指标都有不同程度的提高。

表二是泰钢炼钢厂在其它条件相同下，全面捞渣后几项重要炼钢月度指标与没捞渣时的月度指标对比：表二全面捞渣与没捞渣时的月度指标对比减少值按年捞渣150万吨铁水，用捞渣工艺每吨铁水扒渣带铁减少5Kg，每吨铁水价格2000元算，年经济效益即多出7500吨铁水，为吨铁10元，合计1500万元。