鐵水預(yù)處理過程穩(wěn)定控制實踐

方　敏，徐福泉，王文濤，劉鵬飛，魏　元，曹　祥

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

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鐵水預(yù)處理過程穩(wěn)定控制實踐

方敏，徐福泉，王文濤，劉鵬飛，魏元，曹祥

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

摘要：針對鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠低硫鋼種鐵水預(yù)處理硫含量高、噴濺和扒損嚴(yán)重等問題，采取了噴槍定位、優(yōu)化扒渣方法以及應(yīng)用工業(yè)鹽等措施，采取上述措施后，噴濺比例降低了68％，高釩鈦鐵水扒損降低了58.4％。

關(guān)鍵詞：鐵水預(yù)處理；低硫鋼種；脫硫；扒渣

方敏，工程師，2006年畢業(yè)于鞍山科技大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè)?，F(xiàn)從事煉鋼管理工作。

隨著鞍鋼開發(fā)高附加值鋼鐵產(chǎn)品比例的不斷提高，鋼種對硫含量的要求越來越嚴(yán)格，硅鋼、管線鋼一般要求硫含量控制在0.006 0％以下，甚至更低。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠采用鈍化金屬鎂粉和石灰粉二元復(fù)合噴吹工藝，結(jié)合脫硫?qū)＜也僮飨到y(tǒng)可輕易地得到低于0.002 0％的低硫鐵水。然而，鐵水預(yù)處理時間越長，處理后的硫含量越低，鐵水噴濺量越大，扒渣鐵損越高，特別是釩鈦護(hù)爐已經(jīng)成為鞍鋼高爐的常用護(hù)爐工藝，釩鈦鐵水脫硫更是加劇了噴濺和扒損的惡化，因此，必須解決生產(chǎn)中存在的上述問題。

1　鐵水脫硫過程影響因素分析

鐵水脫硫工藝比較復(fù)雜，影響鐵水脫硫的因素很多，主要包括脫硫過程的控制、設(shè)備和鐵水成分的控制，原材料(脫硫劑)質(zhì)量等。三分廠在生產(chǎn)過程中針對出現(xiàn)的問題進(jìn)行了許多改進(jìn)和規(guī)范操作，例如針對不同的鐵水溫度和成分制定了不同的脫硫方法；對原材料的質(zhì)量管理進(jìn)行抽查和效果評價，但脫硫過程中還經(jīng)常出現(xiàn)噴濺和扒渣操作等問題。

1.1噴吹工藝的影響

脫硫噴吹過程的鐵水噴濺問題一直是鐵水預(yù)處理工藝中的難題。噴濺的原因是多方面的，且錯綜復(fù)雜。比較直觀的原因有：鐵水預(yù)處理噴吹過程中，輸送氣體、金屬鎂氣化以及水蒸氣在鐵水內(nèi)產(chǎn)生向上氣流，且金屬鎂反應(yīng)使鐵水表面產(chǎn)生翻騰，發(fā)生鐵水噴濺；鐵水罐罐口直徑只有3.2 m，脫硫噴吹時，鐵水噴濺能力要超出這個范圍；脫硫噴槍槍架采用鋼制焊接結(jié)構(gòu)，受外力作用時，槍架滑道極易產(chǎn)生變形，造成脫硫噴吹過程中噴槍在鐵水罐內(nèi)左右大幅擺動，加大了脫硫灑鐵噴濺的力度。

1.2扒渣操作的影響

鐵水脫硫后會形成兩個渣系，即固態(tài)渣系和液態(tài)渣系?；静僮饕笫枪虘B(tài)渣系和液態(tài)渣系扒凈的前提下，最大限度減少罐內(nèi)鐵水的扒出量。但是，在扒渣過程中發(fā)現(xiàn)，固態(tài)渣中混有大量的液態(tài)鐵水顆粒。經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)，含鐵量為30％ ～ 40％［1-2］。也就是說,每扒出1 t脫硫渣，就有300～ 400 kg鐵水損失。被還原的硫通過擴(kuò)散又會回到鋼水中。鋼種成品硫含量要求越低，脫硫鐵水目標(biāo)硫控制的越低，冶煉過程回硫的幾率就越高。為了防止回硫反應(yīng)的發(fā)生，必須最大限度提高脫硫渣扒凈率。冶煉鋼種硫含量要求越低，相應(yīng)鐵水脫硫渣要求扒凈率越高，同時產(chǎn)生的扒渣帶鐵量越大。

1.3“釩、鈦”鐵水的影響

高爐中加入釩鈦礦提高高爐壽命，但這使得鐵水中的鈦含量升高。由于鈦和氧具有較強(qiáng)的親和力，在高爐出鐵、煉鋼廠折鐵以及脫硫噴吹過程中會生成鈦的氧化物，降低渣的堿度，減少爐渣硫含量，使得脫硫效率降低。另外，在鐵水脫硫過程中，鈦還會與鐵水中的碳以及載體中的氮?dú)夥磻?yīng)生成鈦的碳氮化物。該化合物熔點高，使?fàn)t渣變稠，從而造成脫硫噴吹過程進(jìn)入渣中的鐵珠不易沉降，形成半熔融渣鐵混熔渣系，致使扒渣時鐵損升高并易產(chǎn)生冶煉回硫。三分廠高釩鈦鐵水脫硫扒渣鐵損統(tǒng)計見表1。

表1　高釩鈦鐵水脫硫扒渣鐵損統(tǒng)計

由于渣鐵混熔渣系的鐵含量較高，不能簡單將此渣系全部扒除，否則會大量增加鐵損，如何將鐵水從渣鐵混合渣系中分離出來，一直是鐵水預(yù)處理及煉鋼生產(chǎn)的難題。

2　控制措施及工業(yè)應(yīng)用效果

2.1脫硫噴濺灑鐵控制

為解決鐵水預(yù)處理脫硫噴吹過程中的噴濺問題，針對脫硫噴濺灑鐵的原因，重點做了以下工作:

(1)加強(qiáng)了對原材料的管理，對脫硫操作進(jìn)行了規(guī)范；

(2)脫硫噴濺灑鐵的季節(jié)性強(qiáng)，不同的季節(jié)設(shè)置不同的系統(tǒng)N2的工作壓力；

(3)研究脫硫噴槍的定位問題，重點是噴槍定位系統(tǒng)。為此，設(shè)計了一種“夾緊式”鐵水預(yù)處理噴槍定位方法。其定位原理是：

在脫硫噴槍噴吹位(噴槍運(yùn)行下極限)對應(yīng)的槍架位置安裝固定支撐架，在支撐架兩側(cè)各豎直安裝一個形狀、大小相同的表面光滑的正楔鐵固定滑塊，如圖1所示，并在楔鐵傾斜面加工一槽型滑道。在升降小車兩側(cè)各豎直安裝一個倒楔鐵導(dǎo)向滑塊。導(dǎo)向滑塊斜面與固定滑塊槽型滑道寬度相同，且兩斜面傾角絕對值相同。這樣可保證導(dǎo)向板斜面與固定滑塊槽型滑道斜面在噴吹位緊密重合，使脫硫噴槍在噴吹過程中不產(chǎn)生前后左右晃動；脫硫噴槍和升降小車的自身重力保證了脫硫噴槍在噴吹過程中不產(chǎn)生上下振動；從而保證了脫硫噴槍在噴吹過程中始終定位在鐵水罐中心。

1-噴槍槍架；2-噴槍；3-升降小車；4-支撐架；5-固定滑塊；6-導(dǎo)向滑塊；7-滑槽圖1　夾緊式定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖

另外，噴槍槍架在長期的運(yùn)行過程中，會產(chǎn)生微弱的變形，影響定位裝置的定位效果。為此在安裝支撐架的同時，在對應(yīng)位置，橫穿槍架安裝四個緊固螺絲，一是防止槍架較大變形，二是對變形槍架調(diào)整。這樣，脫硫噴槍在噴吹過程中，前后左右晃動造成的灑鐵現(xiàn)象基本可以消除。

圖1中，固定滑塊5與導(dǎo)向滑塊6通過滑槽7滑動連接。固定滑塊5為楔形，滑槽7設(shè)置在固定滑塊5的楔形面上，導(dǎo)向滑塊6與固定滑塊5插接。支撐架4通過螺栓與固定滑塊5的上、中、下三段固定連接。為方便制作，滑槽7的截面為矩形，也可以是三角形?；?的長度也可根據(jù)現(xiàn)場需要制作。

采取上述措施后，噴濺灑鐵得到了有效的控制。圖2為2013年與2014年鐵水預(yù)處理過程噴濺灑鐵的統(tǒng)計結(jié)果對比。由圖2可見，采取上述措施后，2014年噴濺灑鐵量顯著降低，并且實現(xiàn)穩(wěn)定控制。

圖2　2013年與2014年鐵水預(yù)處理平均每罐噴濺灑鐵量統(tǒng)計

夾緊式脫硫噴槍定位裝置應(yīng)用以來，脫硫噴濺灑鐵量每罐平均減少0.41 t，脫硫噴槍槍齡平均提高21次。脫硫站生產(chǎn)節(jié)奏加快，處理周期由50 min縮短到45 min，噴槍槍架、升降小車將由消耗件變?yōu)椤伴L壽件”。

2.2脫硫扒損及脫硫渣扒凈率控制

2.2.1低鈦鐵水脫硫扒損控制

針對低鈦鐵水的處理,采取了如下方法：

(1)通過規(guī)范扒渣操作，最大限度地降低罐內(nèi)鐵水的帶出量。在操作實踐中，總結(jié)歸納出覆蓋扒渣操作全過程的“四控扒渣”操作法，即控制好扒渣前鐵水罐的傾斜角度、控制好扒渣板下降至鐵水面下的深度、控制掌握好聚渣劑的投入時機(jī)、控制好扒渣機(jī)在扒渣過程中的運(yùn)行速度。

(2)通過技術(shù)創(chuàng)新和操作創(chuàng)新，對固態(tài)渣和液態(tài)渣中的鐵水進(jìn)行分離，具體作法是：

①在鐵水脫硫前加入一定量的促溶劑，形成的固態(tài)渣為松散顆粒狀，其中的鐵水含量會大幅降低。

②在扒渣初期將一定量的固態(tài)渣扒至鐵水罐渣口附近并堆積到一定高度。

③每次扒渣過程中，要將固態(tài)渣一層一層扒出罐口，渣層每次剝離厚度要從上至下逐步減薄，并在渣堆面對鐵水一側(cè)形成并保持一個45°左右的斜坡通道。剝離渣層時，會看到液態(tài)鐵水從斜坡通道滑入罐內(nèi)。

④重復(fù)操作，直至固態(tài)渣扒凈為止。

⑤扒除液態(tài)渣前，在液態(tài)渣表面均勻加入5～ 10 kg促溶劑，液態(tài)渣隨即出現(xiàn)膨化現(xiàn)象，渣中混入的鐵水大部分被分離出來。膨化后的液態(tài)渣表面溫度降低，呈半熔融狀態(tài)。因此，扒渣作業(yè)時，扒渣板下降至鐵水表面，即可將液態(tài)渣扒凈。同時，降低了鐵水帶出罐外的幾率。

圖3為2013～2014年低鈦含量鐵水扒損控制情況對比。由圖3可見，對于低鈦含量的鐵水，2013年的扒渣鐵損平均控制在2.06 t，強(qiáng)化扒渣操作后2014年控制為1.84 t，每罐降低了0.22 t。

圖3　2013～2014年低鈦鐵水每罐鐵水扒損控制情況

2.2.2高鈦鐵水脫硫扒損控制

工業(yè)鹽是一種普通廉價的原材料，把它作為釩鈦鐵水脫硫的促溶劑，渣鐵混熔渣的鐵渣分離效果特別顯著。鹽在高溫作用下，會電離產(chǎn)生Na+和Cl-，Na+有很強(qiáng)的促溶作用，能將渣中高熔點化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿埸c化合物，使渣鐵混溶渣分離為鐵和液態(tài)渣。因此，在脫硫噴吹前，加入一定量的工業(yè)鹽(鐵水量90 t，下同)，脫硫產(chǎn)生的渣鐵混熔渣幾乎全部分離成熔渣和鐵水。脫硫渣基本恢復(fù)常態(tài)，達(dá)到了渣鐵分離的目的。圖4為鐵水鈦含量為0.13％左右時，鐵水脫硫過程加入工業(yè)鹽進(jìn)行渣鐵分離后的扒渣鐵損統(tǒng)計情況。

圖4　工業(yè)鹽的添加對鐵水扒渣扒損的影響

由圖4可見，加入工業(yè)鹽對高鈦鐵水脫硫進(jìn)行渣鐵分離后，可以明顯控制鐵水扒損。鐵水平均扒損從4.82 t降低到2.02 t，每罐下降了58.4％，基本達(dá)到了正常鐵水的處理水平，滿足了穩(wěn)定生產(chǎn)的要求。

2.2.3脫硫渣扒凈率控制

為了防止由于扒渣不凈造成冶煉過程回硫，在操作實踐中總結(jié)歸納出“鐵水預(yù)處理防止鐵水冶煉回硫三渣凈化”先進(jìn)操作法，即改進(jìn)扒渣操作，凈化固態(tài)渣；加入促溶劑，凈化混熔渣；聚渣全覆蓋，凈化液態(tài)渣。此外，要求扒渣操作人員必須有“三個全覆蓋”理念，即扒渣板的運(yùn)行軌跡要做到對固態(tài)渣系的全覆蓋、促溶劑的促溶效果要做到對固態(tài)渣鐵混溶渣系的全覆蓋、聚渣劑的聚渣范圍要做到對液態(tài)渣系的全覆蓋。

上述先進(jìn)操作法推廣應(yīng)用后，收到良好效果。圖5為2013～2014年脫硫鐵水冶煉鋼種回硫率控制情況對比。由圖5可以看出，脫硫鐵水冶煉鋼種回硫率得到了有效控制。

圖5　2013～2014年脫硫鐵水冶煉鋼種回硫率控制情況

3　結(jié)語

針對鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠低硫鋼種鐵水預(yù)處理硫含量高、噴濺嚴(yán)重、扒損大等問題，采取了噴槍定位、優(yōu)化扒渣方法以及應(yīng)用工業(yè)鹽等措施。采用的夾緊式脫硫噴槍定位裝置能夠穩(wěn)定控制噴槍在噴吹過程中的擺動，降低了噴吹鐵損，噴濺灑鐵降低了68％；加入工業(yè)鹽有利于高釩鈦鐵水扒損的穩(wěn)定控制，扒損下降了58.4％。

參考文獻(xiàn)

［1］沈澍，董一誠，楊世山.國外鐵水預(yù)處理的新進(jìn)展［J］.煉鋼, 1992,8(1)：49-53.

［2］潘克強(qiáng)，郭雷.寶鋼鐵水深脫硫技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用［J］.上海金屬，2000,22(2)：30-34.

(編輯許營)

修回日期：2015-10-08

Practice of Stability Control for Hot M etal Pretreatm ent Process

Fang Min，Xu Fuquan，W ang W entao，Liu Pengfei，W ei Yuan，Cao Xiang
(General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning，China)

Abstract：Considering such problems as high content of sulphur,high loss in spattering and deslagging during hotmetal pretreatment for the steel grades with low content of sulphur in No.3 Branch of General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,some countermeasures such as locating the lance,optimizing the deslagging process and using industry slatwere taken.The spattering rate is reduced by 68％ and the loss in deslagging the hotmetalwith high content of vanadium and titanium is reduced by 58.4％ after taking thesemeasures.

Key words：hotmetal pretreatment;steel gradewith low content of sulphur;desulphurization; deslagging

中圖分類號：TF703

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）01-0047-04