于春強(qiáng)

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司， 河北 宣化 075100）

摘 要：宣鋼公司 150 t 轉(zhuǎn)爐煙氣除塵采用干式除塵工藝，干式除塵條件下留渣雙渣工藝將會使靜電除塵器泄爆幾率大大增加，泄爆的發(fā)生不僅對設(shè)備造成損壞還對生產(chǎn)節(jié)奏產(chǎn)生極大影響，嚴(yán)重制約了煉鋼產(chǎn)能的提升。通過分析干式除塵轉(zhuǎn)爐留渣雙渣泄爆原因及控制難點(diǎn)，通過調(diào)整優(yōu)化轉(zhuǎn)爐操作工藝，實(shí)現(xiàn)干式除塵轉(zhuǎn)爐條件下的留渣雙渣操作，控制除塵泄爆率≤0.1%，為干式除塵轉(zhuǎn)爐采用留渣雙渣工藝替代傳統(tǒng)雙渣工藝，從而降低物料消耗奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；干式除塵；泄爆；留渣；雙渣

隨著鋼材市場競爭的日益激烈，降低生產(chǎn)成本及冶煉品種的創(chuàng)效成為鋼鐵企業(yè)的生存之道。目前宣鋼品種鋼生產(chǎn)比例達(dá)到了 50%以上，雙渣脫磷工藝比例大大增加，但傳統(tǒng)的雙渣不留渣工藝物料消耗較高，影響轉(zhuǎn)爐成本的降低，與傳統(tǒng)的雙渣工藝相比轉(zhuǎn)爐留渣雙渣冶煉工藝在提高轉(zhuǎn)爐脫磷效率、減少轉(zhuǎn)爐物料消耗等方面具有極為明顯的優(yōu)勢。

從生產(chǎn)實(shí)踐中看，干法凈化后的氣體含塵質(zhì)量濃度低，可達(dá)到 10 mg/m³ 以下，遠(yuǎn)低于濕法除塵的50~300 g/m³；回收的煤氣質(zhì)量更高，風(fēng)機(jī)磨損更小；除塵灰可直接利用；用水量僅為濕法的 10%~20%；耗電僅為濕法的 2/3，因此干法除塵系統(tǒng)在國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)被廣泛應(yīng)^[1]。宣鋼 150 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐采用的就是這種干式除塵工藝。干式除塵下留渣雙渣工藝的難點(diǎn)是防止出現(xiàn)泄爆現(xiàn)象，否則就會影響到轉(zhuǎn)爐的穩(wěn)定生產(chǎn)及干式除塵系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，此外還制約了轉(zhuǎn)爐工序煤氣及余熱蒸汽的回收水平的提高。如何在干式除塵轉(zhuǎn)爐不泄爆的情況下實(shí)現(xiàn)留渣雙渣工藝，成為重要的降本增效手段。

1 泄爆機(jī)理分析

造成泄爆泄爆產(chǎn)生的條件：可燃性氣體與氧氣混合比達(dá)到爆炸極限，即 φ(CO）≥9%，φ（O₂）≥6%，或者φ（H₂）≥3%，φ（O₂）≥2%；混合氣體的溫度在最低著火點(diǎn)：t_CO≤610 ℃，t_H2≤645 ℃；有火種（EP 內(nèi)電極放電，產(chǎn)生電火花），三者條件都滿足條件即發(fā)生泄爆^[2，3]。

2 留渣雙渣操作簡述

留渣雙渣操作即在轉(zhuǎn)爐上一爐次濺渣結(jié)束后，將濺渣結(jié)束剩余爐渣全部或部分留下，作為下一爐吹煉前期的造渣劑使用。在硅錳氧化期結(jié)束、碳氧反應(yīng)即將開始的階段（此時(shí)最佳倒渣溫度為 1 350℃左右）提槍倒出部分高磷爐渣，然后起爐加入第二批造渣料再次吹煉至冶煉結(jié)束的工藝，工藝流程如圖所示^[4]。

3 脫磷效果分析

3.1  脫磷原理

通常認(rèn)為，磷在鋼中是以[Fe3P]或[Fe2P]的形式存在，為方便起見，均用[P]表示。煉鋼過程中的脫磷反應(yīng)是在金屬液與熔渣界面進(jìn)行，首先是[P]被氧化成（P₂O₅），然后與（CaO）結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應(yīng)式可表示為^[5]：

啟普曼認(rèn)為，去磷反應(yīng)的平衡常數(shù)和溫度之間 的關(guān)系為：

式中：KP 為平衡常數(shù)；x（4CaO·P₂O₅） 為爐渣中 4CaO·P₂O₅ 的摩爾分?jǐn)?shù)；w[P]為鋼液中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；x FeO 為爐渣中 FeO 的摩爾分?jǐn)?shù)；x CaO 為爐渣中 CaO的摩爾分?jǐn)?shù)；T 為熔池溫度。

由式（5）計(jì)算可得：當(dāng)將轉(zhuǎn)爐熔池溫度控制到1 350~1 400 ℃時(shí)，爐渣中的 P 含量遠(yuǎn)沒有達(dá)到飽和狀態(tài)，還具有很高的溶解度，這就為爐渣的重復(fù)利用提供了理論支撐。同時(shí)從轉(zhuǎn)爐脫磷機(jī)理三要素中的堿度及氧化性方面分析，終渣具有一定的堿度，且FeO 含量較高，對于留渣雙渣爐次的前期脫磷十分 有利^[6]。

3.2  脫磷生產(chǎn)實(shí)踐

轉(zhuǎn)爐脫磷的三要素主要為爐渣成分、溫度、動力學(xué)等方面，分別對雙渣倒渣時(shí)的溫度、堿度、吹煉時(shí)間等幾個(gè)因素進(jìn)行分析對比，研究最佳的脫磷條件。

3.2.1  溫度與堿度對脫磷效果作用分析

雙渣走渣時(shí)溫度及渣堿度對脫磷效果的作用見圖 2 和圖 3。

當(dāng)熔池溫度過低（一般情況下低于 1 350 ℃）時(shí)， 脫磷效率隨著溫度的降低而明顯降低；當(dāng)溫度高于一定值（一般大于 1 450 ℃）時(shí)脫磷效果隨著溫度的升高而降低。因此溫度對脫磷效果的影響較為顯著。此外脫磷效果隨著爐渣堿度的升高而升高。當(dāng)爐渣堿度低于一定值時(shí)，脫磷率降低比較明顯。

3.2.2  倒渣時(shí)吹氧時(shí)間對脫磷效果的影響

如圖 4 所示，吹煉初期為 Si、Mn 氧化期，脫磷率較低，隨著吹煉時(shí)間的上升，脫磷率明顯呈上升趨勢。當(dāng) Si、Mn 氧化完全，C-O 反應(yīng)開始，爐內(nèi) FeO 含量降低，爐內(nèi)溫度升高，脫磷率呈現(xiàn)下降趨勢。

4 留渣雙渣工藝控制難點(diǎn)

1）由于留渣雙渣法不進(jìn)行倒渣操作，爐內(nèi)渣量較大，隨著廢鋼比的提高，輕質(zhì)廢鋼漂浮在鐵水液面上，導(dǎo)致點(diǎn)火困難，而氧槍中的氧氣則大量跑逸到煙氣中，O₂ 所占比例迅速升高，極易導(dǎo)致電除塵器泄爆^[7]。

2）留渣操作，冶煉前期爐渣溫度較高且爐渣具備一定的氧化性，C-O 提前開始反應(yīng)生成 CO 氣體，大量的 CO 氣體進(jìn)入除塵管道，將大大增加泄爆幾率的發(fā)生。

3）二次下槍后，由于空氣當(dāng)中的 O₂ 進(jìn)入除塵管道，如果直接開氧正常下槍吹煉，將會生成大量的CO 氣體，高含量的 CO 氣體進(jìn)入除塵管道達(dá)到爆炸極限，使靜電除塵器發(fā)生泄爆。

4）氧槍槍位對吹煉影響。槍位偏高，脫碳速度減緩，但爐渣氧化性大大增加，爆發(fā)性噴濺的概率加大。槍位過低，脫碳速度加快，產(chǎn)生 CO 的量也將增多，點(diǎn)火吹煉初期泄爆概率也將增加。

5 工藝優(yōu)化

5.1裝料及造渣制度優(yōu)化

為保證下槍吹煉點(diǎn)火成功，要求廢鋼比要小于15%，且廢鋼中的輕薄料占比不能超過廢鋼總裝入量的一半。且要求廢鋼干燥，操作順序嚴(yán)格執(zhí)行先加廢鋼后兌鐵，并與除塵系統(tǒng)工作人員聯(lián)系確認(rèn)好，具備條件后方可冶煉。

雙渣前期加入 5~10 kg/t 造渣料，冷卻劑加入量控制在 15 kg/t 以內(nèi)，控制熔池溫度平緩上升，從而控制 CO 含量緩慢上升，避免“6、9”交叉泄爆。具體要求如下：

1）根據(jù)煉鋼爐爐型具體情況，對留渣量加以控制，并對爐渣進(jìn)行固化。

2）安排專人對爐渣情況進(jìn)行確認(rèn)，確保爐內(nèi)無液態(tài)渣之后方可兌鐵。

3）工藝上嚴(yán)格執(zhí)行先加廢鋼、再兌鐵的裝入制度。

4）裝料完成后立即下槍吹煉，以防止輕薄廢鋼上浮影響點(diǎn)火效果。

5）當(dāng)發(fā)生點(diǎn)火失敗時(shí)，要求崗位操作工立即提槍停止吹煉，提槍后將轉(zhuǎn)爐前后搖動，將鐵水表面聚集的輕薄覆蓋物搖開，確保露出鐵水亮面后方可再次下槍。

6）點(diǎn)火成功之后根據(jù)火焰情況酌情加入造渣料。

5.2  吹氧制度優(yōu)化

下槍吹氧的 1 min 之內(nèi)執(zhí)行“不降罩”操作，通過爐口帶入煙道空氣當(dāng)中的 O₂ 將 CO 進(jìn)行富氧燃燒，盡可能將初期生成的 CO 燃燒成為 CO₂，使 CO₂氣體將 CO 與空氣當(dāng)中的 O₂ 進(jìn)行阻斷，從而阻止爆炸性混合氣體的形成[8]。此外諸如小粒級燒結(jié)礦、礦石等含氧化鐵物料的加入時(shí)，要及時(shí)調(diào)整氧氣流量，可有效避免混合性爆炸氣體的形成。吹氧槍位及吹氧流量見圖 5、6。

1）點(diǎn)火階段，通知除塵工將氮?dú)庀♂岄y手動打開，稀釋 180 s，降低系統(tǒng)氧含量。

2）開吹使用半流量點(diǎn)火，為確保快速點(diǎn)火成功，槍位控制在 1 500 mm，流量為 36 000 m³ /h。

3）待點(diǎn)火穩(wěn)定后，槍位升至 1 800 mm，流量降至 32 000 m³ /h。

4）由于渣量大，冶煉前期為盡快化渣，槍位略高于傳統(tǒng)雙渣法^[10]，并在開吹耗氧量在 1 000 m³ 后將流量降至 30 000 m³ /h，槍位升至 2 000 mm。

5）二次下槍前，用 N 吹掃 1 min，同時(shí)采用高槍位低流量模式，避免下槍后空氣中的 O₂ 與 CO 反應(yīng) 發(fā)生泄爆。

6 應(yīng)用效果

6.1留渣雙渣工藝經(jīng)濟(jì)效益

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)爐渣具有堿度高、溫度高的特點(diǎn)，同時(shí)有一定的 FeO 含量，而且是現(xiàn)成的熔體，隨著濺渣護(hù)爐工藝對爐渣的降溫，轉(zhuǎn)爐終渣在下一爐次冶煉的前期脫磷效果較好。此外，由于留渣雙渣工藝實(shí)現(xiàn)了爐渣的重復(fù)利用，較傳統(tǒng)工藝而言，在減少輕燒、白灰、小粒級燒結(jié)礦等物料的加入，以及在降低鋼鐵料消耗、轉(zhuǎn)爐噴濺等方面具有明顯的優(yōu)勢^[9]。

6.1.1  物料消耗對比

留渣雙渣工藝與轉(zhuǎn)爐傳統(tǒng)雙渣工藝相比，由于進(jìn)行了留渣操作，故在白灰、輕燒以及含鐵物料等造渣物料的加入量方面都有所節(jié)約，尤其是活性石灰和輕燒白云石的消耗降低了 50%左右。根據(jù)供給轉(zhuǎn)爐的鐵水條件，溫度為 1 250~1 350 ℃，具體成分見表 1。

根據(jù)鐵水分析，以 45 號圓鋼為例，吹煉終點(diǎn)要求 w（C）=0.15%~0.35%，w（P）臆0.018%，溫度大于1 610 ℃，需要加入的物料如表 2 所示。

由表 2 可知，冶煉 45 號圓鋼留渣雙渣工藝較傳統(tǒng)雙渣工藝，按物料消耗中限計(jì)算，可節(jié)約活性石灰6.25 kg/t，輕燒白云石 11.25 kg/t，冷卻劑 12.5 kg/t，噸鋼節(jié)約成本 12.95 元。

6.1.2  鋼鐵消耗對比

一般轉(zhuǎn)爐終渣中含有 10%左右的金屬顆粒物和 20%左右的 撞（FeO），將轉(zhuǎn)爐終渣留到下爐使用，該爐渣具有較高效率的去磷、硫能力，且終渣本身具有可觀的物理熱，該爐渣能顯著加速新爐次初期渣的盡早形成。在硅錳氧化期結(jié)束，碳氧反應(yīng)即將開始前起槍停吹，搖爐將富磷渣倒掉，可有效避免噴濺時(shí)的金屬損失和減少爐渣帶走的鐵量, 可降低鋼鐵料消耗約 3 kg/t。

6.2  留渣雙渣泄爆對比

通過以上防泄爆技術(shù)措施的實(shí)施，干式除塵下留渣雙渣工藝的泄爆率為零。為干式除塵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)，保證了生產(chǎn)順行，設(shè)備穩(wěn)定，創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用效果如圖 7 所示。

從圖 7 中可以看出，通過實(shí)施后，泄爆爐次明顯降低，尤其在七、八月份泄爆次數(shù)有效降為“零”，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐干式除塵泄爆率臆0.1%，為干式除塵轉(zhuǎn)爐采用留渣雙渣工藝替代傳統(tǒng)雙渣工藝，從而降低物料消耗奠定基礎(chǔ)。

7 結(jié)語

通過有效控制手段，宣鋼 150 t 干式除塵轉(zhuǎn)爐留渣雙渣工藝在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)通過過程控制實(shí)現(xiàn)零泄爆之目的。該方法不需要增加投資，既可冶煉低磷鋼種，生產(chǎn)調(diào)控方便，噸鋼活性石灰和輕燒白云石降低 17.5 kg 左右，鋼鐵料消耗降低 3 kg/t 鋼左右，與此同時(shí)根據(jù)其脫磷機(jī)理可開發(fā)高端低磷鋼，直接經(jīng)濟(jì)效益明顯，適應(yīng)市場需要。

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