賀書明 高 文 劉 磊 程 飛
摘 要：介紹了安鋼第二煉軋廠150 t轉爐除塵系統升級運行情況。針對系統運行過程中出現的穩定性差、煙氣外溢污染等情況進行了分析，提出了相應的解決措施。煙氣除塵灰經冷壓設備，配備一定輔料制成球團作為含鐵物料供轉爐使用，不僅實現了固廢二次利用、減少了污染物排放、適應了低碳環保的時代要求，也對穩定轉爐操作、降低生產成本起到了積極作用。
關鍵詞：安鋼；轉爐除塵；低碳環保技術；干法除塵
一、研究背景
我國鋼鐵行業碳達峰碳中和計劃初步定為：2025年前，實現碳排放歷史峰值；到2030年，碳排放量較歷史峰值降低30%。中國鋼鐵工業協會于2021年4月發布了《鋼鐵行業低碳技術路線》（討論稿），這一目標必須通過推動綠色布局、節能及提升能效、優化用能及流程結構、構建循環經濟產業鏈和應用突破性低碳技術來實現。
轉爐生產過程中，吹煉期間產生的煙氣稱為一次煙氣，加廢鋼、兌鐵水、出鋼等過程產生的煙氣稱為二次煙氣，而未被一次、二次除塵系統捕集到從而外逸的煙氣稱為三次煙氣[1]。安鋼第二煉軋廠擁有3座150 t轉爐，在2018年進行了除塵系統升級改造，一次除塵系統由OG法改為LT法，二次除塵布袋升級為耐高溫材質，并且投產了三次除塵系統。除塵系統的升級改造，為公司實現超低排放、打造園林式工廠奠定了基礎。但長期以來，一次除塵系統運行不穩定，堵灰、泄爆情況時常發生，轉爐生產過程依然存在煙氣外溢污染。除塵灰得不到有效利用，不僅造成資源浪費，也造成一定程度的固廢污染。因此，提升除塵系統運行穩定性、改善轉爐生產過程冒煙冒火情況及實現除塵灰有效利用是企業急需解決的問題。
二、轉爐干法除塵系統運行穩定性提升
在干法除塵系統運行過程中，蒸發冷出口溫度不穩定，導致電除塵器進口溫度或高或低。溫度過低容易發生細灰堵塞，溫度過高則導致轉爐聯鎖提槍甚至泄爆，從而影響煤氣回收和除塵效率。
1.原因分析
通過對現場系統運行狀態的長期跟蹤及數據積累分析發現：當蒸發冷卻器出口溫度持續高于350℃以上超過3 min，電除塵器進口溫度就會從常溫狀態快速上升；如果電除塵器進口溫度超過200℃，則很容易發生泄爆，造成環保事故及除塵器設備損傷；而當電除塵器進口溫度持續低于80℃以下時，則很容易導致細灰堵塞，造成除塵系統停運進而生產停頓。而影響蒸發冷卻器工作的最直接因素是噴水壓力和流量，因此，控制蒸發冷卻器噴槍水壓及流量是實現除塵系統穩定運行的關鍵。
2.改進措施
經過不斷摸索總結及試驗驗證，通過PLC程序中的調節杠桿設定最佳蒸發冷卻器出口溫度模擬值來調節噴水量，當煙氣實際溫度較低時（夏季低于60℃，冬季低于80℃），設定模擬溫度大于300℃，使得噴槍開度小于40%，噴水量控制在28 m3 /h以下，目的是讓煙氣溫度迅速升高，直到電除塵器進口溫度達到140℃~160℃；此時，再設定蒸發冷卻器出口溫度模擬值小于實際溫度，使得蒸發冷卻器噴水開度最大70%，噴水量在30~50 m3 /h，噴水壓力大于0.3 MPa，防止電除塵器進口溫度過高。該措施不僅保證了蒸汽的回收效果和電除塵器的除塵效率，減少細灰堵塞的情況，又防止進除塵器溫度過高發生泄爆而提槍，穩定了蒸發冷卻器噴槍的噴水冷卻效果。
三、轉爐冶煉加料過程中冒煙冒火情況改善
二次風機除塵設備自投用以來，已經服役近20年，除塵布袋也更換過數次，但隨著環保排放標準不斷提高，除塵器進口外排顆粒物超標越來越頻繁，布袋老化、破損情況越來越嚴重，爐前冶煉、加料過程中冒煙冒火現象增多。
1.原因分析
轉爐二次除塵使用的是脈沖覆膜濾料布袋式除塵器，每臺轉爐對應1臺脈沖式布袋除塵器，卸灰時啟動2條鏈式刮板機，把灰塵運輸到集合刮板，最后進入二次灰倉，煙氣通過布袋過濾從煙囪放散。濾袋破損究其原因可大致分為以下幾種情況：安裝不當導致濾袋與骨架不能完全貼合、布袋與袋籠磨損；氣體溫度過高燙壞；濾袋堵塞導致設備阻力增大；濾袋與酸、堿性物質或蒸汽接觸反應而老化；等等。
2.改進措施
對二次除塵器布袋進行升級換代，由原來的普通覆膜滌綸針刺氈升級為耐高溫布袋，最高可耐150℃~180℃的煙氣溫度。在更換布袋期間，將頂部隔板、艙壁清理干凈，濾袋與壁板、邊板保持固定距離，避免出現新布袋松弛及脫落損壞。二次風機保持在800轉以上，布袋除塵器進出口壓差小于1.8 kPa，通過改造，使得濾袋運行一段時間后表面附著粉塵層，過濾效率達到最佳，同時，冶煉中布袋除塵器溫度一般在70℃~120℃，濾袋也具有較高的耐受性，壽命得到延長。此外，將覆膜濾料袋式除塵器、濾筒除塵器等多種形式的三次除塵設備，分布于廠房周圍的多個網格點，用于捕獲外溢煙塵，進一步改進廠房內的環境。
四、轉爐除塵灰二次循環利用
隨著轉爐煉鋼生產的發展及生產效率的提升，相應的除塵技術也在不斷地發展完善，煉鋼煙氣凈化回收方法由傳統的濕法升級改造為干法，按照目前的除塵器運行情況，每天生成除塵灰500余噸，除塵灰具有溫度高、易自燃、粒度細的特點，如果得不到科學的處理，極易造成揚塵等環境污染事故，因此亟待開發一種適合干法除塵粉塵特性的處理工藝。
1.轉爐除塵灰二次利用的可行性分析
轉爐除塵灰分為粗灰、細灰2種。粗灰為灰黑色細顆粒，來自蒸發冷卻器底部；細灰為紅褐色，顏色與氧化鐵紅相近，-100目占比70%以上，是煉鋼過程中產生的煙塵經干法除塵、沉降而得到的，二者化學成分抽檢結果如表1所示。
通過采用化學分析、激光粒度儀、掃描電鏡和XRD等手段研究發現，該廠轉爐除塵灰含鐵品位較高，粗灰含鐵38%以上，細灰含鐵50%以上，并且鐵以赤鐵礦和磁鐵礦的形式存在，比表面積較大，大部分顆粒呈球狀。此外，該廠轉爐除塵灰含有一定量的氧化鈣和氧化鎂，呈堿性，具有較強的酸中和能力，回收利用的價值凸顯。
2.轉爐除塵灰循環利用實踐
目前，國內轉爐除塵灰主要有以下幾方面應用：在燒結過程中綜合利用、制備鐵系顏料、合成非正分鐵、制備鐵氧體磁性新材料、代替部分膨潤土生產球團等[2]。安鋼第二軋鋼廠鋼產能退出后，根據公司鐵鋼平衡現狀，該廠3座150 t轉爐需要日生產120爐，消化鐵水1.8萬噸，干法除塵系統日產灰約540 t，大量除塵灰如果得不到合理處置，不僅會造成嚴重的環境污染，也在一定程度上造成資源浪費。結合國內先進做法，該廠在除塵灰中加入部分添加劑，通過冷固工藝制成轉爐造渣劑冷固球團，用于轉爐造渣。冷固球團的加入，在轉爐煉鋼過程中增加了前期渣中氧化亞鐵含量，加快了成渣速度，改善了冶煉過程中的脫磷效果；隨著冷固球團的加入，石灰的熔化速率提高，同時由于冷固球團含有一定量的氧化鈣，可以減少石灰消耗；冷固球團化渣效果好，不僅能夠預防噴濺，也對降低鋼鐵料消耗、高效化生產下的爐襯維護起到了積極的作用，2022年安鋼第二軋鋼廠轉爐冷固球團噸鋼回收百分比情況見圖1。
從圖1中可以看出，2022年安鋼第二軋鋼廠冷固球團的噸鋼回收百分比為2.65%~3.48%，平均值為2.87%，出鋼量按照165 t計算，則每爐鋼回收冷固球團4.68 t。在干法除塵系統運行下，每爐鋼生產過程產生粗灰約1.2 t、細灰約3 t，也就意味著在當前轉爐生產過程中，除塵灰實現了100%回收。
五、轉爐除塵低碳環保技術應用效果
一是通過對干法除塵系統運行參數的調整及推行操作標準化，不僅降低了水、氣介質消耗，也減少了堵灰事故、泄爆事故的發生，泄爆事故由除塵器運行初期的每月13次降為每月1.2次，除塵器的穩定運行實現了煤氣100% 回收，噸鋼煤氣回收量由118 m3 提高到139 m3 。
二是除塵布袋材質改進，調整濾袋與壁板、邊板距離，調整二次風機轉速及除塵器進出口壓差，有效控制了無組織排放，改善了廠房內外環境。
三是除塵冷壓塊送至高位料倉供轉爐作為造渣材料直接使用，簡化了爐前操作，加快了化渣速度，縮短了成渣時間，提高了脫磷能力及金屬收得率。冷壓塊中氧化鐵熔化進入金屬熔池，降低了鋼鐵料消耗，有效降低了煉鋼生產成本。通過將除塵灰制備冷壓塊二次利用，實現了對除塵灰的100%回收，減少了除塵灰堆積造成的揚塵和場地浪費，具有一定的經濟效益和環保效益。
參考文獻：
[1]周紀帥，段智雄.某鋼廠轉爐車間三次除塵改造淺析[J].中國科技縱橫，2017（6）.
[2]王少軍，周朝剛，蔣朝敏，等.基于干法除塵灰返回轉爐的應用實踐[J].中國冶金，2020，30（4）.
[3]雷愛敏.轉爐除塵灰在線回收利用的探討[J].冶金與材料，2020（5） .