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铁水扒渣设备综述

白小伟^①，吴胜才，罗斌

(北京中冶设备研究设计总院有限公司北京100029)

摘 要：铁水扒渣设备广泛应用于炼钢生产，各类扒渣设备产生与发展、设计与结构、应用效果等各不相同；小车走行式液压扒渣机性能优越，吹气辅助扒渣、扒渣板的具体优化设计、扒渣动作的优化设计能有效提高设备的扒渣性能。

关 键 词：铁水扒渣设备；炼钢；生产综述

1 扒渣的意义及要求

对于炼钢生产，由高炉来的铁水往往带有1%以上的高炉渣，对高炉渣的扒除降低了转炉石灰消耗等从而改善了转炉炼钢生产。对于脱硫的铁水，高硫渣的扒除是必要的工序，同时根据工艺要求有些钢水也需要用扒渣设备进行扒渣。扒渣多在铁水罐或铁包中进行，也有在鱼雷罐中进行，钢水扒渣多在钢包中进行，也有在转炉、电炉等冶金炉中进行。钢水扒渣与铁水扒渣工艺稍有区别，设备基本相同，本文不做单独阐述。

渣扒除的越净越好，但扒渣过程中不可避免带出铁水，铁水扒渣过程通常铁水消耗为3‰～12‰。扒净率越高带铁水量越大。对于各种扒渣设备，扒净率为60%以下时，带铁水量为0．8‰～3‰；扒净率在60%～75%时带铁水量可达0．3‰～1．4‰，扒净率在75%～90%这一期间时带铁水量几乎和前边扒除60%渣量时带铁水量相同，而一般扒渣设备扒净率达到95%是非常困难的，带铁水量也是成倍增加。

对于不同的生产目的，对扒渣有不同的要求，普通炼钢生产扒除70%高炉渣即可满足生产要求，一般脱硫铁水扒净率需达90%，而对于一些生产低硫钢(0．005%以下)的脱硫铁水，需要扒净率达95%以上。

2 铁水扒渣设备的主要指标

扒渣机设备的选择主要考虑有扒渣铁水消耗、扒渣时间、扒渣板消耗、故障率、操作维护方便性和投资。

2．1 铁水消耗

铁水消耗是扒渣工艺的重要指标，铁水消耗即扒渣带出铁水量的多少与很多因素有关，如，渣量的多少和渣的构成情况、要求的扒净率、容器大小及扒渣板形状、扒渣嘴情况等，但扒渣机设备的本身情况是主要因素。目前国内扒渣水平高的铁水消耗可达3kg/t铁以下，一般水平5kg/t铁左右，稍差点的高达10kg/t铁以上。

2．2 扒渣时间

扒渣时间直接影响生产节奏，其主要由扒渣设备的动作方式和操作模式、电气控制的设计决定，也与操作工熟练程度、渣量、扒净率等有关。

好的情况4分钟左右，一般扒渣7分钟左右，稍差点的10分钟以上。

2．3 扒渣板消耗

扒渣板消耗一方面涉及到成本的大小，另一方面更换扒渣板影响设备作业率。扒渣板一般采用普通钢板，扒渣板的消耗主要由扒渣设备技术水平和扒渣时间决定，好的水平一块扒渣板至少可扒150罐以上，水平差的五、六十罐就需要更换。在扒渣使用过程中，也有些用户对扒渣板的材质(采用铸造耐热钢等)和形状根据实际情况进行改进，适当提高了扒渣板的使用寿命并适当降低了扒渣的铁水消耗。

2．4 操作维护性能

扒渣设备的故障率、操作维护方便性也是设备的一项重要性能。在保证按要求加工制造前提下，故障率与设备的结构和动作方式有较大关系；对于不同设计型式的扒渣设备，其操作维护方便性也差别较大。

3 铁水扒渣设备国外发展与现状

最初铁水扒渣采用人力扒渣，逐渐采用人力通过辅助机械进行扒渣。随着冶炼设备能力逐渐增大和铁水罐容积增大，渣量也越来越大，需要扒渣的工艺要求日渐增多，人们设计了专用扒渣设备。欧洲扒渣机设备采用伸缩臂型式，由简单的扒渣臂水平高度固定逐渐发展成现在的扒渣臂水平高度可以调整的机型。日本采用小车行走式，由气动式发展成现在的液压式。

一般扒渣机的动作由三组主要动作配合完成扒渣，前后行走完成扒的功能、打下抬起与行走配合完成带渣功能、左右摆动与行走配合完成容器周边渣的扒除功能。

目前，在欧美各国采用伸缩臂液压扒渣机扒渣，在日本采用小车走行式液压扒渣机进行扒渣。

各种类型的扒渣设备在中国都有应用，而且中国一些厂家还发明了其它的除渣方法，比如捞渣法、吹渣法等等。

4 国内铁水扒渣设备的概况

4．1 气动扒渣机

气动扒渣机全部由气缸驱动，小车行走带动扒渣臂进行扒渣。前后行走由大气缸通过钢丝绳牵引实现，钢丝绳通过动滑轮组放大行程，通过定滑轮牵引扒渣小车；扒渣臂的打下抬起通过下打气缸进行并且行程固定；左右摆动由气缸通过驱动回转筒来实现。另外还设置一电动升降装置来根据液面高低来整调扒渣板初始位置。

气动扒渣机20世纪60年代日本推出产品，20世纪80年代国内研发制造，其建设成本稍低、0．6MPa左右的压缩空气或氮气即可作为动力，其不足之处在于占地面积大、操作维护专业性高、扒渣力小以至于扒渣板小每次扒渣量少，100t以上铁水罐扒渣效果欠佳。目前国内在用的气动扒渣机尚有40台左右，近10年来新建的较少。其主要参数如下：

扒渣小车行程：5000～7000mm；

运行速度在1～1．5m/s；

水平扒渣力：10kN；

垂直破渣力：15kN。

扒渣板初始位置调整量为1000mm；

扒渣臂水平摆动角度为±12．5°；

压缩空气：压力：0．55～0．7MPa；

流量：14m³/min；

电源：交流380V，50Hz，3相；

装机容量：5kW。

其主体结构见图1。

4．2 伸缩臂式液压扒渣机

伸缩臂扒渣机由液压马达通过链条直接拖动扒渣臂前后行走实现扒渣；由连接在扒渣臂支承套筒上的液压缸通过伸缩实现扒渣板打下和抬起，打下深度通过操作人员观察渣层厚度决定；由液压马达驱动支承机座的回转支承实现左右摆动，与行走动作配合完成铁水罐周边渣的扒除。

伸缩臂扒渣机是欧美扒渣设备的主要形式，20世纪50年代起发展到90年代得以逐渐改进完善，各厂家设备细节不尽相同，但都增加了初始液面调整功能，即通过液压缸使机架升降来适应不同液面的铁水罐的扒渣，升降可达1000mm左右，这也是目前国内厂家设计制造的伸缩臂扒渣机的主要形式，也有少数厂家根据具体情况选用不带初始液面调整功能的扒渣机。

伸缩臂扒渣机结构紧凑、重量轻投资稍小，在目前国内在用扒渣机中占有半数以上。这种结构形式的不足之处有二，其一扒渣臂的轻微变形易造成臂的伸缩不畅，且扒渣臂的更换比较困难；其二扒渣板的吃渣深度不易掌握，且扒渣板的运行轨迹不是平行于液面的水平线(见图2)，易造成过深地吃入铁水或扒不住渣，这就要求操作人员放慢操作速度，由于这些原因造成扒渣板消耗也比较快。

伸缩臂扒渣机主要参数如下：

扒渣臂伸缩行程：5000～7000mm；

运行速度在0．6～1m/s；

水平扒渣力：15kN；

垂直破渣力：～20kN；

扒渣板初始位置调整量为1000mm；

扒渣臂水平摆动角度为±12°～50°(换扒渣板时)；

液压系统：压力：14MPa；

流量：140L/min；

总装机容量：40kW。

4．3 小车走行式液压扒渣机

小车走行式液压扒渣机(基本结构如图3)由行走液压马达通过链条拖动安装有扒渣臂的小车前后行走实现扒渣，小车轨道装在机架上；机架安装在底座上的回转支承上，旋转液压马达通过小齿轮驱动回转支承实现扒渣臂的左右摆动；扒渣板的打下与抬起通过小车与扒渣臂间的连接液压缸伸缩实现，且行程固定(行程根据渣的厚度决定)；与下打油缸串列的长油缸的伸缩用来根据铁水液面调整扒渣板的初始位置。

小车走行式液压扒渣机的运行原理与扒渣工艺非常吻合，扒渣板水平扒渣(见图3)、扒渣板的每次打下即吃入渣层深度是固定的(设置固定行程油缸图3中7)、扒渣时间短(一般4min/罐左右)扒渣板消耗低(一般300罐/个左右)、扒渣带铁量低、扒渣臂的形变不影响其运行，故障率低且操作维护方便，但其设备吨位稍重，投资稍高。

小车走行式液压扒渣机是20世纪80年代日本扒渣机的主要形式，发展改进后增加了初始液面调整液压缸。目前国内也多倾向于采用这种形式的扒渣机，目前在用的有100余台。

其主要参数如下

扒渣小车行程：～7000mm；

运行速度在0．8m～1．2m/s；水平扒渣力：～15kN；

垂直破渣力：～20kN。

扒渣板初始位置调整量为1500mm；

扒渣臂水平摆动角度为±12．5°～50°(换扒渣板时)；

液压系统：压力：14MPa；

流量：150m³/min；

装机容量：40kW。

4．4 捞渣机

捞渣机由捞渣斗、传动箱、主付臂、机架、移动小车组成。捞渣斗由对称的两片底面倾斜的簸体扣合形成，每片簸体分别固定在一根旋转轴上，两根旋转轴同步旋转。同步旋转轴上方即为传动箱，传动箱由箱体及相互啮合的两个被动齿轮、主动齿轮或齿条等组成，液压驱动。传动箱通过主付臂连接在机架上，机架通过回转支承座在移动小车上，小车采用电动拖动。基本结构见图4。

捞渣时两个旋转轴中心可位于铁水罐中心，两片簸体相背同时插入渣层，然后通过旋转轴旋转，每个簸体扫过一半液面后与另一半对合，渣被聚入捞渣斗，铁水从对合处预留的缝隙中流回铁水罐，抬升捞渣斗，旋转并后退至渣盘，然后旋转轴反转簸体分开，渣装入渣盘。捞渣时簸体容易被高温铁水烧损和粘渣，为了减少烧损和粘渣每捞一次后需要进行浸蘸耐火涂料。

捞渣机是近10年来国内发展的一种形式。其突出的优点就是无需铁水罐倾翻，同时在不要求较高的扒净率情况下，清渣速度较快，铁水消耗也较低。

捞渣机还存在较大的完善和改进的空间，捞渣斗的损耗、设备的维护等运行成本过高、尤其是要求渣的除净率达到80%以上时运行成本更高；劳动强度大、捞渣过程中维护维修负担较重；设备所需操作空间较大等。因上述原因捞渣机目前还没有被多数钢铁厂认可。

捞渣机主要参数：

捞渣小车行走速度：0．5m/s；

工作臂油缸升降速度：50～70mm/s；

簸体开合速度：4r/min；

渣工作臂回转速度：1r/min；

液压系统工作压力：16MPa；

设备用冷却水流量：≥90L/min；

装机容量：80kW，380V，50Hz。

捞渣机结构示意见图4。

4．5 辅助扒渣设施

辅助扒渣设施独自不能完成扒渣功能，但配合扒渣设备，能起到非常好的功效，目前有副扒渣板辅助扒渣设备、气体吹渣和吹气赶渣三种方式。

气体吹渣或吹气赶渣是非常实用的辅助扒渣方法，有效地解决了10%～15%的散渣、稀渣的扒除问题。吹渣或赶渣设施与扒渣设备配合，能使得扒净率达到95%以上，而且扒渣带铁量能保持在非常低的水平。

1)吹渣设施用气体将渣吹拢到罐嘴，然后用扒渣机将渣扒出铁水罐。可采用独立吹渣设施，也可以在扒渣机上安装吹嘴，气体介质为压缩空气或氮气。见图5。

2)罐壁固定吹气赶渣设施在铁水罐罐嘴对面的罐壁上安装透气砖，连接氮气管道进行吹气。气孔距液面距离600～2000mm，氮气流量100m³～300m³，氮气压力0．6MPa；气孔距液面的深度越深，氮气流量越大，赶渣效果越好。

3)插入管吹气赶渣设施罐壁吹气赶渣效果虽好，但弊端较多，每次吹气要进行的人工管道连接，浪费时间且操作非常困难还不安全，透气砖的更换难度也比较大。插入管吹气赶渣设施有效解决了此问题，参数基本与罐壁吹渣一样。考虑枪管尺寸，插入液面深度可定在：500～1200mm，耐火材料枪管采用升降小车拖动，枪管与倾翻后的铁水罐壁平行。见图6。

4)副扒渣板辅助扒渣

为提高扒渣机的扒渣效率，增加两块副扒渣板辅助扒渣。两块副扒渣板通过连杆机构连接至油缸，油缸伸缩驱动副扒渣板开合。扒渣臂伸出时，副扒渣板张开，当扒渣臂缩回使扒渣板接近罐嘴时副扒渣板收合。为防止扒渣板烧损、扒渣板之间粘结，其象捞渣机一样，每扒一次需要淬水或涂料。

这种辅助扒渣机构的使用证明，亦有许多课题未能解决。副扒渣板粘渣、扒渣速度慢扒渣板损耗严重、扒渣板更换困难、运行维护负担重费用高，而且要求高扒净率时维护费用更高。

其结构如图7所示。

5 结语

1)铁水扒渣是常规炼钢生产的有效工艺环节，扒渣设备在炼钢生产中广泛应用。根据具体情况选用各类扒渣机包括气动扒渣机、各种液压伸缩臂扒渣机、液压小车走行式扒渣机等，在合理操作合理应用条件下各类扒渣机都能达到带铁量5kg/t铁以下，扒渣时间7分钟。

液压小车走行式扒渣机工艺性能、设备操作使用性能、低故障率及维护方便性等性能方面有较大的优越性。

2)各类扒渣机设备型式相对成熟，针对不同用户的要求，扒渣板情况、扒渣机动作的操控设置等方面的非标设计应重点考虑，能对整个扒渣设备性能有较大幅度的提高。

3)气体吹渣方式或吹气赶渣方式辅助扒渣，与扒渣机设备配合，是目前扒渣的最有效方式，尤其对高扒净率的脱硫铁水渣的扒除。在进行扒渣设施建设时尤其铁水脱硫扒渣应进行考虑。

4)捞渣机能在铁水罐不倾翻情况下清渣，低扒净率情况下优点突出，但其有较高的运行和维护成本，捞渣机设备尚有较大改进空间。

参 考 文 献：

[1]   于伟民．单喷颗粒镁脱硫成套技术及装备[J]．冶金设备，2005(6)．

[2]   秦登平．首钢新型捞渣机的应用与效果[J]．中国冶金，2007(1)．

[3]   潘树敏．邯钢三炼钢脱硫铁水冶炼过程回硫分析[J]．炼钢，2007(6)．

[4]   刘小卿，王清方等．铁水罐吹气辅助扒渣工艺开发与改进[J]，炼钢，2007(8)．

[5]   于宏斌．铁水扒渣工艺提高转炉冶炼质量[J]．河北冶金，2007(4)．

[6]   朱长勇．攀钢脱硫扒渣机的技改创新点分析[J]．科技信息，2010(35)．

[7]   黄中英．铁水镁脱硫采用粘渣技术减少转炉回硫的实践[J]．钢铁研究，2008(5)．

[8]   吴明．单喷、复喷、KＲ法脱硫工艺在马钢的实践分析[J]．中国冶金，2008(12)．

[9]   董慧军．铁水吹气扒渣水模型试验研究[J]．冶金设备，2012(1)．

[10]   白小伟，吴胜才等．一种吹渣式扒渣机[P]．中国专利，200720173996．1．

[11]   欧阳德刚等．一种铁水扒渣板[P]．中国专利，201120123965．1．

[12]   俞文燕等．铁水预处理吹气赶渣装置[P]．中国专利，201020517115．5．