趙自鑫，費鵬，趙雷，李超，徐國義，牛興明
（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口115007）
摘要：為了進(jìn)一步降低鞍鋼鲅魚圈鐵水預(yù)處理的生產(chǎn)成本， 在扒渣過程中采用了涌動式扒渣工藝。新工藝實施后，深脫硫罐次轉(zhuǎn)爐回硫量降低了0.000 5%，鐵水預(yù)處理扒渣鐵損降低了2.11 kg/t 鐵，工序時間縮短了1.5 min/罐，鐵水聚渣劑消耗降低了0.145 kg/t 鋼，為低成本生產(chǎn)極低硫鋼奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：鐵水；預(yù)處理；涌動式扒渣
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鋼部于2008 年9 月投產(chǎn)，設(shè)計年產(chǎn)鋼能力650 萬t，集成了當(dāng)今世界冶金領(lǐng)域多項先進(jìn)裝備， 包括三座鐵水預(yù)處理、三座公稱噸位260 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐及三臺板坯連鑄機(jī), 其中鐵水預(yù)處理采用德國POLYSIUS 復(fù)合噴吹技術(shù)并引進(jìn)其關(guān)鍵設(shè)備。
隨著鋼鐵產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化競爭的進(jìn)一步加劇，如何降低生產(chǎn)成本成為眾多冶金工作者的共同目標(biāo)。鲅魚圈煉鋼部結(jié)合涌動式扒渣系統(tǒng)，在生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上，對脫硫扒渣工藝進(jìn)行改進(jìn)，實施了涌動式扒渣技術(shù)，有效縮短了扒渣時間，降低了扒渣鐵損。本文對此作一介紹。
1 鞍鋼鲅魚圈鐵水預(yù)處理工藝
1.1 鐵水預(yù)處理工藝特點
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司鐵水預(yù)脫硫噴吹系統(tǒng)以氮氣作為輸送氣體，采用高壓、濃相、復(fù)合噴粉工藝，可以實現(xiàn)噴吹CaO+Mg、單吹CaO 粉或單吹Mg 粉。噴粉槍采用倒T 型噴槍，鐵水噴粉脫硫結(jié)束后，在鐵水罐內(nèi)有大量的脫硫渣，為了避免煉鋼過程中回硫， 要通過一些手段將這些脫硫渣除去。脫硫與扒渣是兩個相互獨立、且又緊密聯(lián)系的鐵水預(yù)處理工藝， 脫硫工藝決定了處理終點鐵水硫含量的水平，而扒渣則是將脫硫處理后的高硫渣從鐵水中去除的重要手段， 是決定入爐硫總量的主要因素。因此采用先進(jìn)的扒渣設(shè)備與工藝對系統(tǒng)控硫與降低生產(chǎn)成本是十分必要的。鞍鋼鲅魚圈采用液壓扒渣機(jī)對脫硫后的鐵水進(jìn)行扒渣，工藝流程為：倒罐間測溫取樣（脫硫前）→鐵水罐吊運至運輸傾翻車→運輸傾翻車開至噴吹位→啟動噴槍對鐵水進(jìn)行噴吹→噴吹結(jié)束測溫取樣（脫硫后）→傾翻鐵水罐進(jìn)行扒渣操作→扒渣結(jié)束運輸至吊罐位→鐵水吊運至轉(zhuǎn)爐。
1.2 鐵水預(yù)處理設(shè)備介紹
鞍鋼鲅魚圈煉鋼部鐵水預(yù)處理區(qū)域共有三套脫硫、扒渣系統(tǒng)。系統(tǒng)采用的是德國POLYSIUS 復(fù)合噴粉脫硫及扒渣設(shè)備， 其中扒渣機(jī)的主要設(shè)備參數(shù)如表1。
2 涌動式扒渣系統(tǒng)工藝設(shè)計
2.1 涌動式扒渣工藝原理
涌動式扒渣工藝原理如圖1 所示。
涌動式扒渣工藝的主要原理為： 在鐵水罐上方垂直插入一支噴槍， 利用噴槍向鐵水罐內(nèi)噴吹氮氣，吹入的氮氣泡受熱后膨脹，導(dǎo)致鐵水與氣體的混合物密度顯著降低， 噴槍周圍的鐵水與氣體混合物在浮力作用下迅速上浮， 同時在噴槍孔周圍不斷有液態(tài)鐵水進(jìn)行補充， 鐵水液面產(chǎn)生了橫向移動， 鐵水脫硫渣在鐵水與脫硫渣摩擦力的作用下隨鐵水進(jìn)行了橫向移動， 隨著扒渣過程的進(jìn)行，脫硫渣不斷涌向扒渣側(cè)，形成了半月型脫硫渣面，顯著減小了扒渣板在扒渣過程中的扒渣行程。同時由于吹入氮氣形成的涌動效應(yīng)減小了脫硫渣面的面積，在脫硫渣體積一定的條件下，增加了渣層厚度和扒渣板單次扒渣的扒渣量， 提高了扒渣效率，達(dá)到降低扒渣鐵損、提高扒凈率的目的。
2.2 涌動式扒渣工藝流程
鐵水在脫硫位噴粉結(jié)束， 待脫硫噴槍抬至上極限后，開始傾動鐵水傾翻車至扒渣角度，使用涌動式扒渣前先將鐵水罐內(nèi)大塊、固體脫硫渣扒除，待渣層厚度小于100 mm 時， 啟動涌動式扒渣系統(tǒng)，扒渣過程中扒渣板前伸至整個脫硫渣面的3/4處進(jìn)行扒渣，待脫硫渣全部扒除后，將涌動式噴槍提起，噴吹氣體自動關(guān)閉，傾動鐵水傾翻車至“零位”扒渣結(jié)束。涌動式扒渣過程實際效果如圖2所示。
2.3 涌動式扒渣工藝參數(shù)對排渣效果的影響
2.3.1 噴槍位置對排渣效果的影響
涌動式扒渣噴槍的插入位置對排渣效果會產(chǎn)生很大的影響，在設(shè)計噴槍位置時需要重點關(guān)注，隨著噴槍插入位置逐漸向扒渣側(cè)移動， 排渣距離逐漸增大， 但是當(dāng)噴槍插入位置與扒渣側(cè)罐壁的距離小于鐵水液面直徑的2/3 時， 在兌鐵側(cè)產(chǎn)生了扒渣死區(qū)，影響到扒渣作業(yè)。噴槍插入位置至扒渣側(cè)罐壁的距離與鐵水液面直徑的比值在0.7～0.8 之間，得到了比較理想的排渣效果。
最佳噴槍插入位置示意圖如圖3 所示， 圖3中，D 為鐵水罐傾翻后，鐵水液面直徑。
2.3.2 噴吹氣體流量對排渣效果的影響
涌動式扒渣噴吹氮氣流量對排渣效果的主要影響表現(xiàn)在鐵水液面翻騰高度與排渣距離的平衡，隨著氮氣流量的提高，排渣距離逐漸增大，而鐵水液面翻騰高度隨之增大， 液面波動幅度逐漸增大。表2 列出了在不同氮氣流量下排渣距離和液面翻騰高度的情況。
由表2 看出， 當(dāng)噴吹N2流量下降至200 m3/h時，鐵水液面翻騰高度顯著降低，扒渣過程中的鐵水液面波動不明顯，有利于扒渣操作的順利進(jìn)行。
2.3.3 噴吹氣體壓力、噴孔內(nèi)徑對排渣效果的影響
噴吹氣體壓力對排渣距離產(chǎn)生顯著影響，排渣距離隨著噴吹氣體壓力的增加而增大， 在噴槍內(nèi)徑一定的條件下，噴吹氣體壓力與流量成正比。為了獲得更大的排渣距離， 需要通過增大氣體流量來增加噴吹氣體壓力。但是，當(dāng)噴吹氣體流量超過200 m3/h 時，出現(xiàn)了嚴(yán)重的液面波動。為了增加排渣距離，減小液面波動，噴吹過程中應(yīng)采用低流量、高壓力的噴吹方式。
在噴吹氣體流量一定的條件下， 隨噴槍噴孔內(nèi)徑的減小，噴吹壓力逐漸增加，表3 列出了不同噴槍內(nèi)徑的工作壓力與排渣效果情況。根據(jù)表3可以看出，相同的噴吹氣體流量條件下，小內(nèi)徑噴槍工作壓力大，在增加排渣距離的同時，顯著降低了液面翻騰高度，能夠保證扒渣平穩(wěn)，不噴濺。
2.3.4 噴槍插入深度對排渣效果的影響
涌動式扒渣噴槍的插入深度對排渣效果的影響與N2流量對排渣效果的影響相似，當(dāng)噴槍插入深度大于400 mm 時，隨著噴槍插入深度的增加排渣距離逐漸增大，但同時鐵水液面翻騰高度增大、液面波動情況加劇。當(dāng)噴槍插入深度小于400 mm時，排渣距離顯著減小，同時鐵水液面出現(xiàn)了嚴(yán)重的飛濺現(xiàn)象。
3 涌動式扒渣工藝應(yīng)用效果
3.1 對扒渣鐵損及扒渣時間的影響
由于涌動式扒渣系統(tǒng)產(chǎn)生的涌動效應(yīng)將脫硫渣趕至鐵水罐扒渣側(cè)，顯著縮小了脫硫渣面積，縮短了扒渣機(jī)的扒渣行程， 增加了脫硫渣厚度和扒渣板單次扒渣量，提高了扒渣效率。有效降低了扒渣鐵損、縮短了扒渣工序時間。涌動式扒渣系統(tǒng)投入前后平均扒渣鐵損及扒渣時間對比如表4。
由表4 可以看出，采用新工藝后，平均扒渣鐵損降低2.11 kg/t 鐵,平均工序時間縮短1.5 min。
3.2 對回硫量的影響
對不同脫硫目標(biāo)值罐次轉(zhuǎn)爐冶煉過程的回硫量進(jìn)行跟蹤分析， 涌動式扒渣工藝實施前后轉(zhuǎn)爐回硫量對比如表5。由表5 看出，采用涌動式扒渣工藝后，轉(zhuǎn)爐冶煉過程回硫量顯著降低，深脫硫即目標(biāo)硫含量在0.005%以下罐次的轉(zhuǎn)爐回硫量降低更為明顯，達(dá)到0.000 5%以上。
涌動式扒渣工藝成功應(yīng)用于工業(yè)純鐵、9Ni 等重點鋼種硫含量的控制上， 在降低生產(chǎn)成本的同時，為轉(zhuǎn)爐穩(wěn)定提供了極低硫含量的鐵水，為低成本生產(chǎn)高附加值鋼種奠定了基礎(chǔ)。
3.3 對脫硫溫降的影響
涌動式扒渣工藝加強了鐵水扒渣過程中液面的翻騰，增加了脫硫工序溫降，表6 列出了相同噴吹時間，不同鐵水溫度區(qū)間內(nèi)，工藝實施前后鐵水溫降的對比。從表6 可以看出，采用涌動式扒渣工藝后，鐵水脫硫過程溫降比原工藝增加了5 ℃。
由表6 可以看出，脫硫溫降隨鐵水溫度的升高而逐漸增大，鐵水溫度≥1350 ℃時，平均溫降增加了6 ℃，應(yīng)用涌動式扒渣工藝雖然增加了脫硫溫降， 但是由于鐵水溫度高， 轉(zhuǎn)爐仍然富余熱量，未影響轉(zhuǎn)爐熱平衡，不會對廢鋼比及轉(zhuǎn)爐終點溫度造成影響。
3.4 對聚渣劑消耗的影響
涌動式扒渣工藝所產(chǎn)生的涌動效應(yīng)將鐵水脫硫渣渣面減小了2/3 以上，在脫硫渣體積恒定的條件下，由于渣面面積減小， 顯著增加了渣層厚度，強化了鐵水渣的聚集，提高了扒渣效率，原工藝聚渣劑消耗為0.290 kg/t，采用涌動式扒渣工藝聚渣劑消耗為0.145 kg/t，聚渣劑消耗降幅達(dá)到50%。
4 結(jié)語
（1） 鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司鐵水預(yù)脫硫采用了涌動式扒渣工藝， 扒渣鐵損降低2.11 kg/t 鐵， 扒渣工序時間縮短1.5 min/罐，鐵水聚渣劑消耗降低了0.145 kg/t 鋼，降幅達(dá)50%。
（2） 應(yīng)用涌動式扒渣工藝在降低扒渣鐵損的同時，有效提高了鐵水渣的扒凈率，降低了轉(zhuǎn)爐冶煉過程的回硫量，深脫硫鋼種降幅達(dá)到0.000 5%。
（3） 涌動式扒渣工藝成功應(yīng)用于工業(yè)純鐵、9Ni 等重點鋼種硫含量控制上，在降低生產(chǎn)成本的同時，穩(wěn)定為轉(zhuǎn)爐提供了極低硫含量鐵水，為低成本生產(chǎn)高附加值鋼種奠定了基礎(chǔ)。