本发明涉及钢铁冶炼，具体涉及一种减少转炉出钢下渣的装置和方法。
背景技术：
1、钢水洁净度是衡量钢液中非金属夹杂物、气体含量以及有害元素控制水平的重要指标，直接影响钢材的力学性能、加工性能和耐久性。不同用途的钢材对洁净度的要求差异较大，洁净度的核心指标一是非金属夹杂物(氧化物、硫化物等)：高洁净钢(如轴承钢、帘线钢)：要求夹杂物尺寸≤10μm，数量极少(如b类氧化物夹杂≤1.5级)。一般钢材(如建筑用钢)：允许较大夹杂物(如≤50μm)。二是气体含量：氢(h)：高端钢材(如核电用钢)要求≤1ppm，一般钢材≤2ppm。氧(o)：超低碳钢(if钢)要求≤20ppm，轴承钢≤10ppm。氮(n)：不锈钢要求≤150ppm，高强钢需更低。有害元素(s、p、as等)：硫(s)：管线钢要求≤0.002％，普通钢≤0.02％。磷(p)：汽车板要求≤0.01％，船板钢≤0.015％。
2、挡渣出钢指的是转炉吹炼结束或电弧炉氧化熔炼完成后向盛钢桶(钢包)内放出钢水而把氧化渣留在炉内的操作。出钢时使氧化性渣和钢水分离是炉外精炼的要求。钢包内的二次精炼适于在还原条件下进行。采用挡渣出钢，避免出钢带渣对提高炉外精炼效果是重要保证。出钢时，随着钢水面的下降，当钢水深度低于某一临界值时，在出钢口上方会形成漏斗状的汇流旋涡，部分渣子在钢水出完以前就由出钢口流出，这是渣、钢分离不清的根本原因。另外摇炉过快，有部分渣子由炉口涌出；但这可通过细心操作而避免。高温高氧化性的转炉终点渣进入钢包，易造成回磷，同时降低了炉外精炼的冶金效果，降低合金收得率和钢水洁净度。因此，为了发挥炉外精炼的效果，提高铸坯的质量，控制钢水成分的稳定性，在出钢时必须进行挡渣操作。
3、钢水出钢挡渣是炼钢过程中的关键环节，其意义主要体现在以下几个方面：
4、1.提高钢水纯净度；减少夹杂物：挡渣可有效阻止炉渣(含氧化物、硫化物等有害杂质)混入钢水，避免非金属夹杂物污染，提升钢材的力学性能和耐久性。降低硫、磷含量：炉渣中硫、磷等元素含量较高，挡渣能减少这些元素回流至钢水，确保钢质符合高标准(如高品质汽车板、电工钢等)。
5、2.优化合金收得率；精准成分控制：若炉渣进入钢包，会导致合金添加剂(如硅、锰等)被炉渣消耗，挡渣可提高合金元素的利用率，降低生产成本。减少二次氧化：炉渣中的feo等氧化物可能引发钢水二次氧化，挡渣可避免此类反应，稳定钢水成分。
6、3.保护冶炼设备；延长钢包寿命：炉渣的高碱度和高温侵蚀会损伤钢包内衬，挡渣可减少渣层对耐火材料的腐蚀。避免水口堵塞：若渣粒进入连铸系统，可能堵塞水口，影响浇铸连续性，甚至引发生产事故。
7、4.提升连铸工艺稳定性；改善浇铸质量：钢包内渣层过厚会导致连铸时卷渣，造成铸坯表面缺陷(如裂纹、夹渣)。挡渣可减少此类问题，提高铸坯合格率。稳定流动性：纯净钢水流动性更佳，有利于连铸过程的温度控制和拉速稳定。
8、5.降低后续精炼负担；减少脱氧、脱硫压力：若出钢带渣量少，lf炉等精炼设备可更高效地调整钢水成分，缩短精炼时间，节约能源消耗。
9、6.经济效益与环保；减少废品率：高品质钢水可降低轧制后的缺陷返工或报废损失。资源利用：部分挡渣技术(如挡渣球、气动挡渣)可配合渣回收利用，减少废弃物。
10、挡渣出钢技术主要是针对汇流旋涡下渣而开发的，有挡渣球、挡渣塞、高压气挡渣、挡渣阀门、下渣信号检测等各种方法。
11、挡渣球：由耐火材料包裹在铁芯外面制成，其密度大于炉渣而小于钢水，因而能浮在渣钢界面处。出钢时，当钢水已倾出3/4～4/5时，用特定工具伸入炉内将挡渣球放置于出钢口上方。钢水临近出完时，旋涡将其推向出钢口，将出钢口堵住而阻挡渣子流出。挡渣球法成功的关键：一是球的密度恰当，即4.3～4.4g/cm3；二是出钢口维护好，保持圆形；三是放置球的位置对准出钢口。但由于挡渣球的体形，极易随钢流飘浮而离开出钢口，从而失去挡渣作用，造成挡渣失败。
12、挡渣塞：将挡渣物制成上为倒锥体下为棒状的塞。由于其形状接近于漏斗形，可配合出钢时的钢水流，故比挡渣球效率高。有的在挡渣塞上部锥体增加小圆槽而下部改为六角锥形，以增加抑制旋涡的能力。出钢时用专用机械将挡渣塞吊置在出钢口上方，缓缓加到钢水面上。挡渣塞能堵住出钢口而阻挡炉渣流出。
13、高压气挡渣：是奥钢联开发的技术。当有出渣信号时即将一铸铁喷嘴插入出钢口，向出钢口喷射高压(1～1.6mpa)氮或氩，喷嘴与出钢口耐火材料间的缝隙可将空气抽引进入，喷射的气流和吸入的空气共同将渣堵住。
14、滑板挡渣：在转炉出钢口外安装耐火材料制造的滑动阀板，其结构和钢包底部的滑动水口相类似。当有下渣信号时，将阀门插上阻止渣子流下。但出钢口环境条件比钢包恶劣，阀板滑动性能不易保证。
15、下渣信号检测：由于汇流旋涡的作用，在钢水没有出完时，部分渣子已在钢流内流出。因此靠肉眼观察不能准确判断开始下渣时间。应用电磁式渣信号检测器能早判断渣子流出信号，及时启动各种挡渣设施。将线圈埋在出钢口外，在出钢口形成电磁场，由于金属和渣的透磁性不同，影响线圈内感应电流。信号放大后可判断是否有渣出现。
16、转炉出钢挡渣的工艺控制要点一是出钢角度与速度：控制转炉倾动速度，避免剧烈搅动导致渣钢混合。出钢末期减缓倾角，减少涡流卷渣。二是钢包渣层监测：采用红外、激光或摄像技术实时监测钢包内渣层厚度，及时终止出钢。三是下渣检测系统：通过振动传感器、超声波或光学手段检测出钢流中的渣滴，触发挡渣操作。其操作优化方面一是出钢口维护：定期检查出钢口直径和形状，防止侵蚀扩大导致流速不均或卷渣。二是钢包清洁：确保钢包无残留渣或耐火材料剥落物，减少二次污染。三是挡渣材料改进：使用高耐侵蚀的耐火材料(如镁碳质)，延长挡渣球/锥寿命，避免解体污染钢水。涉及挡渣失败或挡渣效果不理想的后续处理方法，一是钢包渣改质：若少量下渣不可避免，可添加脱氧剂(如铝粒)或合成渣改质，降低渣中feo含量，减少回磷。二是长水口保护浇注：出钢后采用长水口+氩气密封浇注，防止钢水二次氧化。
17、出钢挡渣是转炉冶炼与后续工序的“质量闸门”，直接影响钢材性能、生产成本和设备寿命，尤其对高附加值钢种(如轴承钢、管线钢)的生产至关重要。现代钢厂常通过自动化挡渣技术与严格工艺规范结合，实现高效控渣。
18、不同的方法有各自的优缺点，比如挡渣球结构简单但效果不稳定，而滑板挡渣成本高但精准。但是不管采用哪种方式，出钢过程中随着钢水液面的下降，钢水深度低于某一临界值时，在出钢口上方就会形成漏斗状的汇流旋涡，出钢后期造成卷渣，部分渣子在钢水出完以前就由出钢口流出，这是渣、钢分离不清的根本原因。这种情况下，如果过早进行挡渣，或停止出钢，就会有部分钢水留在转炉内，造成浪费，影响金属收得率；反之如果过晚，就会有部分钢渣随钢水一块进入钢包，造成钢水的污染，并影响精炼效果。具体的挡渣方式要根据各自设备参数、工艺要求、产品档次等选择最适合的方式，但归根结底而言，控制出钢后期的旋涡形成、避免钢渣混出是解决出钢挡渣的前提和关键。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，提供一种减少转炉出钢下渣的装置，本发明的装置解决了出钢过程后期钢水卷渣影响挡渣效果及钢水质量问题，提供了转炉出钢旋涡抑制耐材质装置，出钢过程中放在钢水液面出钢口上方，耐材密度在炉渣和钢水之间，利用自重将出钢口上方区域的炉渣驱除，同时耐材盘下端面的半圆凹槽对漩涡流形成阻挡和减缓，减少漩涡流的形成，有效抑制了出钢后期的卷渣、避免了钢渣混出，提高了挡渣质量和钢水质量，提高了挡渣成功率和金属收得率。
2、为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
3、一种减少转炉出钢下渣的装置，所述装置包括运行车、支撑柱、支撑臂、耐材盘和氩气管道；
4、所述支撑臂一端设置第一连接件，另一端设置配重，在第一连接件和配重之间设置第二连接件；
5、所述耐材盘上设置支撑件，该支撑件与连接筒固定连接，该连接筒插入耐材盘的中心，其出口与耐材盘的底端平齐；所述连接筒与第一连接件通过第一连接栓转动连接；
6、所述运行车上竖直设置支撑柱，所述支撑柱与第二连接件通过连接第二连接栓转动连接；所述运行车上设置卷扬机，卷扬机的钢绳连接支撑臂的配重端；
7、所述氩气管道包括第一氩气管道、氩气软管和第二氩气管道；第一氩气管道设置在支撑臂的内部，第二氩气管道设置在连接筒的内部，氩气软管连接第一氩气管道和第二氩气管道；氩气管道的出气口在耐材盘的底部中心。
8、优选地，所述耐材盘上半部为圆柱体，下半部为截锥体，上半部内浇筑支撑件，连接筒浇筑在耐材盘的中心。
9、优选地，所述耐材盘的下端面交叉设置若干凹槽，交叉点与氩气管道的出气孔重合并位于下端面的中心。
10、优选地，所述凹槽为半圆形凹槽，设置数量为4条，相邻两条之间的夹角为45°。
11、优选地，所述支撑件为十字型支撑件。
12、优选地，所述耐材盘的平均密度为4.6g/cm3，耐材盘的下端面及侧面喷涂有防粘涂料。
13、优选地，所述运行车的底部设置车轮、车轮驱动机构和车轮制动定位机构。
14、开始工作前，卷扬机运行将支撑臂的配重后端拉低，连接耐材盘的前端升起，运行车向前驱动，使耐材盘进入转炉内，卷扬机放开将耐材盘放于炉内钢渣液面上。出钢过程中随转炉角度变化引起的出钢口位置变化，运行车的车轮制动定位机构及时调整运行车跟进，时刻保证耐材盘中心与出钢口中心对中重合。
15、本发明的耐材盘下端面的半圆凹槽设计，阻止和减缓了出钢过程中的漩涡形成和钢液旋流，有效降低了钢水卷渣现象、避免了钢渣混出，有利于出钢结束的下渣检测判断，提高了挡渣效率和挡渣效果。、材盘下端面的半圆凹槽，阻止和减缓了出钢过程中的漩涡形成和钢液旋流，有效降低了钢水卷渣现象、避免了钢渣混出，有利于出钢结束的下渣检测判断，提高了挡渣效率和挡渣效果；
16、本发明在出钢过程中耐材盘下端的氩气顺半圆凹槽分散逸出，消除了出钢口附近的负压，避免了钢水与空气接触引发二次氧化及增氮问题，保证了钢水质量。吹氩方式的设计：出钢过程中耐材盘下端的氩气顺半圆凹槽分散逸出，消除了出钢口附近的负压，避免了钢水与空气接触引发二次氧化及增氮问题，保证了钢水质量；
17、本发明的耐材盘的平均密度在钢渣和钢水之间，有利于装置的驱渣、排渣和钢渣高效分离。耐材主体的耐材盘和“十字”金属支撑件浇筑组合设计，即保证了本体强度、又适应钢渣的高温侵蚀，提高了装置寿命；
18、本发明的装置设置配重及卷扬机，利于装置的进退炉口及工作定位；运行车的车轮制动定位机构，保证了耐材盘与出钢口中心的重合，保证装置的工作位置和最佳作用发挥。