转炉挡渣出钢技术：原理、主流方法与应用评述

对于追求高品质钢材的钢铁企业而言，钢水纯净度是决定最终产品性能的生命线。在转炉炼钢流程中，一个长期困扰着生产一线工程师的技术症结，便是如何有效控制出钢过程中的下渣量。一旦操作不当，富含磷氧化物（P₂O₅）的高氧化性炉渣进入钢包，后续的一系列精炼操作将面临严峻挑战。

炉渣的混入会直接破坏钢液内部的化学平衡。在脱氧合金化过程中，钢液氧化性降低，这将诱使炉渣中的磷和氧重新溶入钢水，造成“回磷”现象，不仅污染了钢水，还无谓地消耗了宝贵的脱氧剂和合金元素。过量的炉渣还会增加钢水中的非金属夹杂物数量，为后续的精-炼工序带来额外负担，延长处理时间，并加剧对钢包耐火材料的侵蚀。因此，一套行之有效的挡渣出钢工艺，对于冶炼特殊钢与优质钢，是不可或缺的关键环节。

转炉下渣的来源与构成

转炉出钢时，密度较小的炉渣自然浮于钢水之上。然而，在倾动出钢的动态过程中，炉渣仍有多种途径进入钢包。通常，下渣可归纳为三个主要来源：

1. 前期渣：当转炉倾动至约38°~50°时，炉口位置较低，部分炉渣会先于钢水流出，这部分约占总下渣量的30%。
   图1 前期下渣
2. 过程渣：出钢期间，钢水高速流出时形成的“涡旋效应”是下渣的另一主因。如同浴缸放水时形成的漩涡一样，出钢口的漩涡会将液面的炉渣卷入钢流中，这部分同样约占30%。
3. 后期渣：出钢末期，如果挡渣或摇炉操作不及时，钢液面急剧下降，大量炉渣会随钢水尾流涌出，此部分占比最高，可达40%。
   图2 后期下渣

图3 转炉出钢过程下渣量构成

挡渣出钢技术的核心目标，就是精准拦截这些炉渣，特别是针对过程渣和后期渣，确保实现渣与钢的有效分离。目前，工业界已开发出挡渣球、挡渣塞、滑板法等多种技术路径。

主流挡渣技术解析

1. 挡渣球

挡渣球是一种基于密度差异实现物理封堵的经典方法。它由铁芯和外部包裹的耐火材料构成，其整体密度被精确控制在4.3~4.4 g/cm³，介于钢水（密度更高）和炉渣（密度更低）之间。

图4 现场使用的挡渣球

工作原理与操作：当炉内钢水倾出约3/4至4/5时，操作人员通过专用工具将挡渣球投放到出钢口上方的钢液面。由于密度特性，它能稳定地悬浮在渣-钢界面。随着钢液面下降，出钢末期形成的漩涡会将挡渣球吸向出钢口，从而像一个瓶塞一样将其堵住，有效阻止后期渣的流出。

为了提升挡渣球在高温下的抗热震性能和挡渣效率，业界还开发了石灰质挡渣球。其制备工艺更为精细，在铁芯外层先包裹一层耐火纤维作为缓冲，外壳则采用白云石、石灰等为骨料，并以合成树脂或沥青作为黏结剂。

图5 转炉出钢时挡渣球工作示意图

2. 挡渣塞（镖）

挡渣塞可以看作是挡渣球的升级版，其外形经过优化设计，挡渣效率更高。它通常被制成上部为倒锥体、下部为塞棒的“镖”状结构。

图6 挡渣塞（镖）实物图（a）与结构示意图（b）

工作原理与结构优势：其锥形头部能够更好地契合出钢口漩涡的漏斗形态，实现更高效的封堵。一些改良设计还在锥体上增加导流的小圆槽，并将下部塞杆改为六角锥形，以增强抑制钢流漩涡的能力。操作时，通过专用机械臂（结构示意图中的金属吊杆1）将挡渣塞对准出钢口投放，其尾杆（2）插入出钢口。在钢流的强大抽力下，挡渣塞能够稳定地定位在出钢口，不会发生偏离，而其浮标部分（3）则起到主要的挡渣作用。

挡渣球与挡渣塞因其成本低廉、操作简便，成为了目前国内钢厂应用最广泛的两种挡渣方法。这两种挡渣耐材的理化指标对其性能至关重要。

表1 某企业生产的挡渣球和挡渣塞典型理化指标

要确保挡渣器具在严苛的高温环境下可靠工作，其理化性能必须严格达标。体积密度直接决定其在渣-钢界面的悬浮状态，而耐压强度和化学成分则关系到其耐冲刷和抗侵蚀能力。因此，对这类耐火材料进行精确的性能检测与质量控制，是保障挡渣成功率的前提。这正是专业检测实验室的核心价值所在。

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3. 转炉滑板法挡渣

滑板法挡渣代表了更为精密的自动化挡渣技术。其核心是在转炉出钢口部位安装一套类似于滑动水口的耐火元件，通过机械或液压系统驱动滑板开闭，从而像阀门一样控制钢流与渣流。

工作流程：

• 炼钢结束，准备出钢时，液压系统启动，滑板打开。
• 转炉倾动至35°，发出指令关闭滑板，防止前期渣流出。
• 转炉继续倾动至75°~80°，此时钢渣已充分分离并上浮，再次发出指令打开滑板，开始正式出钢。
• 出钢结束时，下渣检测系统（如红外摄像）捕捉到炉渣流出的信号，立即向控制系统发出指令关闭滑板。
• 出钢完全结束后，转炉回正至垂直位置，滑板再次打开，为下一炉次做准备。

转炉滑板法的挡渣效果通常优于挡渣球和挡渣塞，控制更为精准。但其缺点也同样突出：设备系统复杂，初始投资和维护成本高昂，操作要求也更高。装置安装在出钢口附近，长期受高温和吹炼期炉口喷溅的影响，安装与拆卸维护均存在不便。如何在挡渣效率、运营成本与维护便利性之间做出权衡，是各大钢厂在选择挡渣技术时必须面对的课题。