国内外转炉挡渣出钢一般采用挡渣球，其比重介于钢水和炉渣比重之间，出钢时将其抛入出钢口上方，漂浮于钢水和炉渣之间。出钢完成后，挡渣球会自动阻塞出钢口，使炉渣尽可能少地进入钢包。由于八钢转炉炼钢厂厂转炉吨位小，采用单段出钢口更换、套管法补出钢口工艺。新炉运转200炉后后的出钢口座砖上部凹凸不平，严重影响挡渣球的挡渣效果，出钢带渣严重，使合金收得率降低；钢包内渣层过厚，使浇注完毕的钢包带渣严重，不易清除，违反了“红包、净包出钢”的原则。为了满足新建LF炉要求钢包内的渣层厚度≯100mm，降低钢包中的渣层厚度已成为当务之急。为此，对挡渣球效果差的原因进行了分析，设计出了新型替代产品。

    分析与设计

    挡渣球在我厂转炉挡渣效果差（见表1），主要由于出钢口周围形状不规则。出钢后期挡渣球本应落入凹坑，但却落在出钢口周围突起物上，即被担空，钢渣仍然通过挡渣球与出钢口的空隙流入钢包，致使挡渣失败。因此设计出能将出钢后该空隙阻塞的挡渣器是关键。

    表1  转炉炉龄208炉后测得钢包渣层厚度及比例
   

钢包渣层厚度（mm）	50以下	50~100	100~200	200以上
炉数（炉）	15	45	102	65
比例（%）	6.6	19.8	44.9	28.7

    经过简单水模实验，先将球状物、桶状物及锥形物阻塞表面形状不规则出口，再倒入水，水流完的时间分别为0.6s、1.1s及3.4s（表2），因此，水流通过出口时间越长，证明阻塞效果越好，即挡渣的效果越好，挡渣器的应为锥形物。

    表2 相同重量的水通过出口时间
   

序号	名称及尺寸（mm）	出口直径（mm）	水总重（kg）	通过出口时间（秒）	阻塞效果
1	球状物（φ20）	15	1	0.6	差
2	桶状物（φ15X50）	15	1	1.1	一般（有翻滚现象）
3	锥形物（φ10／φ20）X50	15	1	3.4	好

    1 渣器的设计

    锥形挡渣器的设计关键是重心的调整，比重不能超过4.5g/cm3，重心的位置在锥体尖头一侧，计算如下：

    G×L=G1×L1+G2×(H+L2)

    其中：G为挡渣器的重心，L为重心的位置；G1为材质1的重心，L1为材质1重心的位置；G2为材质2的重心，L2为材质2重心的位置；H为高度；因此，挡渣器的比重应在G′~G″之间，钢水密度为7g/cm3；钢渣密度为3～3.5g/cm3；经验认为，挡渣器的比重为4~4.5g/cm3，图2中L＜H/2；

    2 浮力计算

    F 重=F钢水浮＋F渣浮

    其中F 重为作用于挡渣器上的总重量；F钢水浮为钢水作用于挡渣器上的浮力；F渣浮为钢渣作用于挡渣器上的浮力；

    H浮=F 钢水浮/ρgF表

    其中H 浮为挡渣器在钢水中的高度；ρ为挡渣器的密度；F表表示挡渣器的作用面积；计算后得知：H 浮＞L，证明挡渣器在钢水中状态为直立，并且浮于钢水与钢渣交界面中间，钢水出净时，挡渣器能及时落入出钢口处，阻塞钢渣；

    应用

    1 设计后的挡渣器形状为锥形，结合铁皮挡渣塞（挡前期渣用），实测数据如下（表3）

    表3 转炉炉龄216炉后实测渣层厚度（mm）
   

渣层厚度（mm）	50以下	50~100	100~200	200以上
炉数（炉）	67	134	17	5
比例（%）	30	60	7.6	2 .4

    2 使用该挡渣器后，LF精炼炉开炉期间，未出现一次因渣层厚度超标导致钢水回炉事故，与国内同规模厂家相比，是唯一在转炉与LF精炼炉环节中未使用扒渣工艺的厂家。

    3 使用锥形挡渣器时，挡渣器加入后由于钢水旋流的吸力作用，未在钢水与钢渣界面旋转，而直接被吸入出钢口，阻塞钢水流出，出现钢水出不干净的现象。

    结语

    1 转炉应用结果表明，锥形挡渣器的效果好于球形挡渣器。

    2 转炉出钢口座砖不规则时，锥形挡渣器可以有效地控制出钢带渣，使钢包内的渣层＜100mm。

    3 在锥形挡渣器的锥体下部扩开4条对称形凹槽，使锥形挡渣器随出钢口部位涡流旋转，挡住过程渣，即使钢水旋流将其吸入出钢口，钢水也能通过凹槽流出，防止了出现钢水出不干净的现象。