鞍鋼鐵水涌動式扒渣技術研究

發布日期：2018-01-26 作者：曹東瀏覽次數：759

核心提示：摘要：為解決鐵水脫硫扒渣時的鐵水扒損問題，對鐵水脫硫渣物性及鐵水扒損原因進行了分析，并進行了水模實驗及熱態實驗，設計了涌動式扒渣系統，在120 t 鐵水罐開展了工業生產試驗。得出結論，鐵水涌動式扒渣與常規扒渣方式相比，扒渣時間縮短4 min，鐵損減少1 t/罐以上，聚渣劑消耗為零。

鞍鋼鐵水涌動式扒渣技術研究

曹東

（鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

摘要：為解決鐵水脫硫扒渣時的鐵水扒損問題，對鐵水脫硫渣物性及鐵水扒損原因進行了分析，并進行了水模實驗及熱態實驗，設計了涌動式扒渣系統，在120 t 鐵水罐開展了工業生產試驗。得出結論，鐵水涌動式扒渣與常規扒渣方式相比，扒渣時間縮短4 min，鐵損減少1 t/罐以上，聚渣劑消耗為零。

關鍵詞： 鐵水脫硫；扒渣；涌動

對于鋼鐵冶煉過程的硫，歐美鋼企多采用全量鐵水脫硫預處理，日本則采用全量鐵水三脫預處理^［1-3］。無論脫硫方法（噴吹或KR）及脫硫劑（CaO、Mg、NaCO₂、CaF₂等）如何，脫硫后鐵水表面大量的脫硫渣必須扒除。扒除不凈的殘渣在后序轉爐冶煉時會造成鋼液“回硫”現象^［4-9］，勢必增加精煉負擔。生產經驗表明，鋼水硫每增加0.001 0%，就會增加精煉處理成本約0.8~1.2 元/t。

脫硫渣扒除手段多為機械扒渣法（也有撈渣法），當剩余少量流動性極好的殘渣時，大部分脫硫渣會繞過扒渣板從其兩側“回流”，只有扒渣板正面少部分在運動慣性作用下被扒出，為將脫硫渣扒除干凈不得不二次、甚至三次投入聚渣劑^［10］，頻繁扒渣。不僅延長扒渣時間，而且還增加成本。因此，本文研究了一種快速、少鐵損、不用聚渣劑的涌動式扒渣方法，生產中起到了降低成本的效果。

1 鐵水扒損原因分析

1.1 鐵水脫硫渣物性

鐵水脫硫渣主要由高爐渣、脫硫產物及未被利用的脫硫劑組成。正常的高爐鐵水渣全鐵小于1%，如表1 所示，可近似認為鐵水渣沒有金屬鐵。但鐵水噴吹鈍化Mg+CaO 粉脫硫后，取其渣樣，在磁選分離物中可直觀鐵粒，如圖1 所示。化學分析脫硫渣中全鐵量大于50%，說明渣中的鐵主要來自扒渣過程。根據生產實際，100 t 鐵水罐平均扒損3.5 t/罐（扒渣時所帶出的鐵水損失簡稱扒損），則每罐次扒渣將帶出金屬鐵大于1.7 t。因此，減少扒損對鋼廠的降本增效十分顯著。

1.2 扒損原因

采用鈍化金屬Mg 粉+流化CaO 粉混合噴吹工藝及機械扒渣板扒渣法，Mg:CaO=1:3~1:6。鐵損主要來自兩方面，一是渣中含鐵；二是扒渣攜帶。噴吹脫硫過程鐵水上下翻騰攪拌。盡管頂渣與鐵水相比，因密度差漂浮在頂部，但仍會形成渣中有鐵、鐵中有渣的混合態，一部分液滴在鐵水罐從脫硫站到扒渣站轉運過程重新滲回鐵水熔池中（有的脫硫位即扒渣位），但仍有部分滯留在渣中，隨頂渣一起被扒除。

針對這一問題，一般采取降低脫硫渣粘度以降低鐵損，即在脫硫粉劑中配入或在噴吹前加在鐵水罐表面一定量的Na、K 鹽類^［11］，以期生成低熔點物質降低頂渣熔點，從而最大限度地使渣中金屬鐵液滴滲回鐵水熔池。二是扒渣時，鐵水罐會有一定的傾斜角，一般控制傾斜角度在23°~28°范圍，在扒渣板往復扒渣過程中不可避免地會攜帶鐵液，尤其在扒渣后期渣稀量少時，鐵損明顯加速。導致雖然通過添加Na、K 鹽類減少了渣中包裹金屬鐵液滴，但流動性變好的頂渣更加不易扒除，需加快扒渣板速度，反而增加鐵損，因此，很難解決回硫和扒損的矛盾。

2 涌動式扒渣實驗

2.1 水模實驗

利用直徑1 mm，密度0.4 g/mm³ 的樹脂顆粒模擬鐵水脫硫后頂渣，模擬渣層厚度25~35 mm。鐵水罐模型傾斜角度約23°~28°。采取雙槍方式從鐵水罐模型頂部垂直插入，供氣流量70 m3/h，氣體壓力0.7 MPa，水模實驗效果如圖2 所示。

由圖2 看出，在雙槍作用下，由于有2 個涌動點，通過氣體流量、壓力及槍距的控制即可將頂渣“推”成“半圓形”，聚堆后的頂渣不但易于扒除，而且殘渣剩余少、鐵損少（若在單槍噴吹作用下，頂渣會被“推”成彎彎的“月牙形”，“月牙”兩個尖端殘渣仍然扒除困難）。雖然在理論上這樣的“涌動點”越多越能將頂渣“推”成易于扒除的形狀，但考慮使用方便、設備維護及消耗成本等因素，綜合考慮2 支噴氣槍結構是合理的。

2.2 熱態實驗

高壓N₂由主氣道分送至4 個細小分氣道，噴氣槍結構示意圖見圖3。因4 個氣孔分散出氣，為避免高壓氣體過分集中導致鐵水噴濺，保證足夠的氣量，所以僅依靠涌動力把頂渣推向扒渣口，噴槍外部包裹耐火度1 500 ℃以上的耐火材料。

利用500 kg 多功能頂底復吹中頻感應爐開展鐵水涌動式扒渣熱態中試實驗，熱態實驗效果如圖4 所示。

金屬生鐵450 kg，脫硫渣4.5 kg（CaO+Mg 混合噴吹形成的鐵水罐頂渣），升溫至1 300 ℃時投入脫硫渣。脫硫渣熔化后，將爐體傾斜至扒渣狀態，沿爐口上沿內壁垂直下降包裹耐火材料的噴氣槍，插入深度約300 mm，供氣流量0.5~1.0 m³/min。噴槍插入后鐵液在快速上浮的氣體帶動下，自下而上翻涌，在涌動鐵水“推”動下，僅約30 s 頂渣即被偏聚在扒渣口，

3 工業生產試驗

生產中，100 t 的鐵水罐內徑為2.8 m（新包），260 t 的鐵水罐內徑約4 m，一支噴槍很難將所有頂渣聚集在扒渣口。因此，本研究采取雙槍垂直插入模式，設計工業生產級浸入頂吹N₂

涌動式扒渣系統，整套系統包括傳動機構、電控系統、供氣系統及激光定位系統等組成。2 支噴氣槍從鐵水罐偏頂部（1/4 直徑處）垂直插入鐵水，依靠鐵水自下而上翻涌將頂渣推向扒渣口呈半圓形淤積，扒渣板僅在扒渣口附近作業，扒渣動作也由空間三維“S”形運動變成一維直線運動。

插入深度0.5 m，供氣流量180 m³/h，壓力0.6 MPa。由于不同鋼種對脫硫要求不同，僅針對簾線、重軌等要求深脫硫鋼種開展工業試驗，這些鋼種均要求深脫硫至0.002%。頂渣徹底扒凈，在120 t 鐵水罐進行涌動式扒渣工業試驗，見圖5所示。

由圖5 可以看出，在鐵水持續的涌動力下，稀渣也難于從扒渣板兩側繞回，大大降低了扒渣難度。統計50 罐次試驗對比數據，結果見表2。表2中回硫超標的爐次與總爐次的比例為回硫超標率，定義轉爐出鋼硫含量大于0.01%為回硫超標。由表2 看出，扒渣時間縮短3~5 min，鐵損減少1.0~1.5 t/罐，回硫超標率下降一半。