宣鋼干式除塵轉(zhuǎn)爐留渣雙渣生產(chǎn)實(shí)踐

于春強(qiáng)

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司，河北 宣化 075100）

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?。怀龎m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)：tCO≤610 ℃，tH2≤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1 所示[4]。

圖1 渣雙渣工藝示意圖

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]：

綜合反應(yīng)為：

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)，%；xFeO為爐渣中FeO 的摩爾分?jǐn)?shù)；xCaO為爐渣中CaO 的摩爾分?jǐn)?shù)；T為熔池溫度。

由式（5）計算可得：當(dāng)將轉(zhuǎn)爐熔池溫度控制到1 350～1 400 ℃時，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，分別對雙渣倒渣時的溫度、堿度、吹煉時間等幾個因素進(jìn)行分析對比，研究最佳的脫磷條件。

3.2.1 溫度及堿度對脫磷效果作用分析

雙渣走渣時溫度及渣堿度對脫磷效果的作用見圖2 和圖3。

圖2 溫度與脫磷率關(guān)系

圖3 爐渣堿度與脫磷率的關(guān)系

當(dāng)熔池溫度過低（一般情況下低于1 350 ℃）時，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，脫磷率降低比較明顯。

3.2.2 倒渣時吹氧時間對脫磷效果的作用

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。

圖4 雙渣吹煉時間與脫磷率的關(guān)系

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，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，要及時調(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。

圖5 吹煉流量示意圖

圖6 開吹槍位示意圖

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?？焖冱c(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N2吹掃1 min，同時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 留渣雙渣工藝的經(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。

表1 轉(zhuǎn)爐鐵水成分 %

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）≤0.018%，溫度大于1 610 ℃，需要加入的物料如表2 所示。

表2 種工藝物料對比 kg/t

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 鋼鐵消耗的對比

一般轉(zhuǎn)爐終渣中含有10%左右的金屬顆粒物和20%左右的Σ（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。

圖7 效果對比圖

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≤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。