关键词:铁水　 高效　 捞渣机　 高炉铁水　 铁水预处理脱硫

1 前言

1.1 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。2005年铁水预处理比将达到40％，2010年将达到60％。

　 脱硫渣地扒除是铁水预处理脱硫的重要环节。

　 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。

1.2 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—15Kg/吨铁，平均8Kg/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。

1.3 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。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，已获国家发明专利和国际PCT专利。

2 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。

2.1 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。

　

图一 铁水扒渣原理图

　

　 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、扒渣后期渣扒必须有一定的吃铁量，扒渣带铁多

2.2 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40一60％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

　

3 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。

3.1 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。

3.2 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，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。

3.3 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。

3.4 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。

3.5 控制系统

　 采用计算机监控的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。

4 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。

4.1 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—80Kg/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：

　

图三 沙钢荣盛炼钢厂40吨铁水包捞渣平面布置方案

　

　 (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50mm(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。

4.2 泰山钢铁集团60吨KR双工位脱硫捞渣系统

表一　　 捞渣机与扒渣机经济技术指标对比

	扒渣带铁（Kg/吨铁）	扒渣时间（分钟）	扒渣率（%）
捞渣机	＜1.5	3-8	80-90
扒渣机	3-15	5-15	50-90
沙钢初步结果	0.8-1.0	3-7	80-90

　 注：要求扒渣率越高，扒渣时间越长，扒渣带铁越多。

　　

　 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，如图四，进行脱硫前捞渣和脱硫后捞渣。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

钢铁料消耗	氧气消耗	石灰消耗	生产周期
-4Kg/吨钢	-4.9M3/吨钢	-7.63Kg/吨钢	-0.48分钟

　

　 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。钢铁料按2000元/吨、氧气按0.55元/M³、石灰按450元/吨计算，吨钢成本合计减少14.13元。吨铁捞渣成本是1.9元。合计吨铁捞渣综合节约22.23元。

4.3 首钢三炼钢捞渣机替代扒渣机脱硫捞渣系统

　 首钢三炼钢原为一台单吹颗粒镁脱硫，在脱硫平台下方配备一台扒渣机。由于扒渣率低达不到要求，脱硫后转炉炼钢回硫高，满足不了品种钢生产要求；扒渣带铁多，在吨铁9—10Kg。因此决定拆掉扒渣机，上捞渣机。捞渣机布置如图五。

　 9月29日一次热试车成功，30日捞渣机投产以来，各项工艺技术指标基本符合要求，达到预期的目标。具体情况如下：

　 ①、捞渣量：首钢铁水带渣量相对较少，平均每炉带渣量400Kg左右，加上脱硫过程中产生的渣量，总渣量在500--600kg/炉。

　 ②、渣耙寿命：渣耙平均使用寿命在100次以上，最长236包次换下。但渣耙在使用过程中需要维护。渣耙外沿易烧损，需要及时补焊。

　 ③、涂料使用情况：目前每携一包铁水渣，需要沾涂料一次，吨铁消耗0.2公斤。

　 ④、铁损：

　 从现场捞渣过程看，捞渣过程中由捞渣斗带出的铁水损失很少，主要的铁损是渣耙上粘附的铁水。根据目测，每次从渣耙上清理的铁块在50kg左右，如果加上渣中带铁量，可按照约8％(渣中带铁量分析结果平均值)进行计算，每包捞渣时渣中带铁40kg，每包铁水重量按88吨，则捞渣时吨铁铁损为1.03kg。这比原老式气动扒渣机大幅降低铁损。

　 ⑤、回硫：统计了有终点S成分的炉次共1270炉，基本数据如下：

表三　　 捞渣机和扒渣机对铁水去渣后入炉冶炼过程回硫情况

设备类型	内容	回硫量（%）
		≤0.005	0.006-0.010	0.011-0.015	0.016-0.020	≥0.021
捞渣机	炉数	550	435	180	60	45
	比例（%）	43.29	34.25	14.2	4.72	3.54
	平均回硫%			0.0069
扒渣机	炉数	200	580	275	85	50
	比例（%）	16.81	48.74	23.11	7.14	4.20
	平均回硫%			0.0092

　 注：1.表中回硫量指转炉终点硫与脱后硫的差值。

　 ⑥、捞渣周期：目前平均捞渣周期6—8分钟，基本满足工艺要求，与以前扒渣机使用周期接近。　　　

4.4 包钢炼钢厂两工位脱硫三工位捞渣脱硫系统

　 包钢炼钢厂100吨铁水包两工位单吹颗粒镁铁水预处理脱硫系统，配置三台捞渣机，组成了世界上最先进的铁水预处理脱硫捞渣系统，见图六。设计年处理能力220万吨，按脱硫时间12分钟计算，脱硫设备年作业率30％。由于采用三工位捞渣，按大于80％的捞渣率，每包捞渣与准备时间15分钟计算，三台捞渣机每小时可捞渣12包，年处理能力350万吨，两台脱硫设备作业率60％，三台捞渣机作业率40％。如果三台捞渣机作业率达到60％，年捞渣铁水量500万吨，可以达到在220万吨预处理脱硫捞渣的同时，进行铁水全量捞渣的要求。

4.5 南钢炼钢厂双机双工位脱硫捞渣系统

　 南钢炼钢厂原有两台65吨包，单吹颗粒镁铁水预处理脱硫系统，脱硫后铁水清渣方式为挡渣器倒包撇渣。由于撇渣效果不好，导致铁水预处理脱硫一直不能在生产中发挥作用。近两年，随着南钢品种钢的不断增加，解决铁水预处理脱硫去渣的问题，越来越迫切。

　 原来，南钢拟采用扒渣机进行脱硫铁水的清渣，这样脱硫平台需要提高近2米，还要增加铁水包倾翻机构，两条线改造，总投资要1100余万元。2006年1月，他们得到烟台盛利达工程技术有限公司最新研制的铁水高效捞渣机的信息，经考察，了解到该设备具有布置灵活、铁水包不用倾翻、带铁少、捞渣效率高的特点。决定在混铁炉旁，沿铁水运输线布置两台捞渣机，组成双机双工位脱硫捞渣系统。2006年3月初第一台捞渣机投产，4月27日第二台捞渣机投产。不仅解决了南钢的生产急需。并且节约投资近400万元，缩短工期近半年。

　 自捞渣机投入生产以来，捞渣率达到85％以上，捞渣时间5—8分钟，捞渣带铁<lkg/吨铁。很好的满足了品种钢的生产要求。

4.6 济钢二炼钢单机双工位固定包坐铁水捞渣

　 济钢二炼钢有两台混铁炉给三台20吨转炉供铁，为减少入炉铁水带渣量，上一台捞渣机，组成20吨包单机双工位固定包坐捞渣系统。

5 经济、技术与社会效益分析

5.1 捞渣机的技术效益

　 ①对要求85％以上捞渣的场合，捞渣时间缩短，捞渣机的优势明显，对铁水预处理与转炉连铸生产节奏的匹配有很大的意义。

　 ②由于两渣耙夹住渣后有个提升过程，在此期间渣中铁水绝大部分流出，扒渣带铁大大减少，小于1.5kg/吨铁。

　 ③捞渣率提高，可以达到80％以上。

　 ④在清渣率相同的情况下，捞渣时间减少。

　 ⑤由于捞渣成本的提高大大低于转炉炼钢综合成本的下降，因而使铁水不脱硫也进行捞渣成为可能，从而对减少普通钢种的炼钢消耗产生划时代的影响。

　 ⑥取消了铁水包倾翻机构，不仅降低了投资，简化了设备，还使捞渣机布置更加灵活，适应性强，即可以进行离线捞渣，还可以进行在线捞渣。

5.2 经济和社会效益

　 ①节约：

　 a、渣带铁减少，按捞渣带铁1.5kg/吨铁，比扒渣带铁减少5kg/吨铁，铁水价格按2000元/吨计算，捞渣减少带铁吨铁节约10元。

　 b、捞渣后，转炉石灰消耗量减小，按吨铁捞渣5计算，吨钢石灰消耗减少10Kg，另外，转炉喷渣现象也大大减少。加上减少氧气消耗、铁耗、缩短冶炼时间，以及炼钢回硫减少，捞渣给炼钢带来的综合经济效益在吨钢10元以上。

　 合计捞渣节约20元/吨铁。

　 ②消耗：

　 a、渣耙是采用钢板焊成或铸造而成，现使用的钢板焊成的渣耙，渣耙寿命在50包次以上。由于渣耙更换时，仅更换渣耙前端50mm宽的一条齿板，就可以继续使用50—100包次，累计可使用200—300包次。因而，渣耙消耗成本不高，在0.5元/吨铁。

　 b、加上水、风、电、涂料、扒渣剂等1.3—1.60元/吨铁，铁水捞渣总成本1.8—2.1元/吨铁。

　 以上合计吨铁捞渣效益在15元人民币以上。

　 目前，我国钢铁生产吨钢能耗较发达国家高20一25％，铁水预处理和清渣处理将是提质降耗的重要一环，预计到2006年底，铁水预处理率将达到40％以上。届时，由于捞渣替代扒渣所带来的经济效益将在每年20亿元人民币以上，其中仅扒渣带铁一项就可节约吨铁近15亿元人民币。

6 存在问题

　 捞渣机作为一个国际首创的新技术，它的应用才刚刚开始。我们边干边总结，边积累经验，还需要广大同仁的一起努力来了解它，完善它。目前，存在的主要问题是：

　 (1)铁水包挂渣问题：铁水包挂渣后，在包口形成渣圈，影响捞渣率，严重时根本不能捞渣。目前我们解决的办法一是及时捞渣，包包捞渣，少留残渣，这样，挂渣速度大大降低；二是及时清渣。

　 (2)渣滓的黏度波动较大，有时松散，有时黏。松散时捞渣较容易，效率高、不粘渣耙；较黏时粘渣耙厉害，需每包用风镐清理。

　 (3)在捞渣过程中流出渣耙的铁水，带出一部分渣子，没有达到设计的捞渣3—5次、捞渣时间3—5分钟和捞渣率90％的要求，有待进一步改进提高。

　 (4)我们将在设备的可靠性和自动化程度方面做更多的工作。