轉(zhuǎn)爐煉鋼兌鐵水過程煙氣外溢的原因分析與控制

陸鵬

(廣西柳州鋼鐵股份有限公司 廣西柳州 545002)

0 引言

提高轉(zhuǎn)爐冶煉廢鋼比，不僅可以促進(jìn)鋼廠的節(jié)能減排，還可以大幅降低煉鋼工序的成本，為鋼廠創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益和社會效益[1]。廣西柳州鋼鐵股份有限公司(簡稱“柳鋼”)自2017年以來持續(xù)提高轉(zhuǎn)爐冶煉的廢鋼比，從最初的90 kg/t逐步提升到目前的180 kg/t。隨著廢鋼比的提高也衍生了一些問題，例如在轉(zhuǎn)爐兌鐵水時，廢鋼的附著物或夾帶的雜質(zhì)燃燒或揮發(fā)，產(chǎn)生大量的煙氣，當(dāng)這些煙氣不能完全被二次除塵捕集，部分煙氣會被迫外溢。外溢的高溫?zé)煔獠粌H對環(huán)境造成污染，危害職工的健康，背離了新《環(huán)境保護(hù)法》的要求，還對行車等設(shè)備的安全運行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。本文主要分析導(dǎo)致煙氣外溢的原因，輔助制定有效的控制措施。

1 工程概況

1.1 具體工況

柳鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠有3個作業(yè)區(qū)域：一區(qū)有3座150 t轉(zhuǎn)爐，二區(qū)有3座120 t轉(zhuǎn)爐，三區(qū)有2座150 t轉(zhuǎn)爐，每座轉(zhuǎn)爐配備有二次除塵系統(tǒng)。3個區(qū)年產(chǎn)鋼約1 400萬t。

轉(zhuǎn)爐冶煉使用的廢鋼主要分為兩大類，一是剪料，二是打包塊，如圖1所示。每大類又分為不同的等級。剪料多為厚度4 mm以上的工業(yè)廢鋼，而打包料多為厚度1 mm以上便于打包的小規(guī)格建材、汽車沖壓片及種類規(guī)格不一的社會廢鋼。

(a)剪料

(b)打包塊圖1 轉(zhuǎn)爐冶煉使用的廢鋼類型

轉(zhuǎn)爐冶煉的工藝流程為：裝廢鋼—兌鐵水—轉(zhuǎn)爐冶煉—出鋼及脫氧合金化。本文討論的煙氣外溢，主要產(chǎn)生在兌鐵水這一工序。

1.2 存在的問題

兌鐵過程在正常狀態(tài)下，爐口冒出的煙氣比較少，基本被爐口上方二次除塵捕集罩完全捕集。在異常情況下，爐口冒出的煙氣量比較多，或者二次除塵能力不足，捕集罩不能完全捕捉產(chǎn)生的煙氣，部分非正常外排，造成了煙氣外溢。外溢的煙氣首先在廠房內(nèi)彌漫，給生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境造成嚴(yán)重污染；然后溢出廠房外，污染大氣環(huán)境。同時，外溢的高溫?zé)煔膺€對行車的龍門鉤、行車上的電器等設(shè)備烘烤，對行車的安全運行造成威脅。煙氣外溢的形貌特征如圖2所示。

(a)正常狀態(tài) (b)廠房內(nèi)煙氣外溢 (c)廠房外煙氣外溢 圖2 煙氣外溢的形貌特征

2019年1—5月，煉鋼廠煙氣外溢的頻次不斷攀升，5月達(dá)到了686次，具體情況如圖3所示。廠區(qū)的清潔生產(chǎn)及職工的職業(yè)健康受到越來越嚴(yán)重的影響。

圖3 2019年1—5月份煙氣外溢的頻次

鑒于煙氣外溢現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，2019年5月柳鋼技術(shù)中心、采購部門金材公司、質(zhì)量部、轉(zhuǎn)爐煉鋼廠等單位成立攻關(guān)組，對煙氣外溢事件予以控制。

2 煙氣外溢原因分析

2.1 煙氣的形成

柳鋼廢鋼來源多而雜，有廠內(nèi)回收廢鋼，也有社會回收廢鋼。社會回收廢鋼粘附或混有油脂、油漆及塑料等雜質(zhì)[2-3]，如圖4所示。轉(zhuǎn)爐兌鐵水過程在高溫鐵水(約1 300 ℃)作用下，這些雜質(zhì)分解形成CO,H2,CH4等可燃?xì)怏w。這些可燃?xì)怏w在離開轉(zhuǎn)爐的爐口后，便與環(huán)境空氣接觸，發(fā)生燃燒，形成煙氣。同時，兌鐵過程由于鐵水中部分碳的析出形成石墨粉塵等，煙氣中含有大量的粉塵。廢鋼雜質(zhì)含量越高，產(chǎn)生的煙氣量越大。

(a)粘附油脂、油漆

(b)混有塑料等雜質(zhì)圖4 社會回收的廢鋼

2.2 煙氣外溢的原因

2.2.1 原料因素

柳鋼使用的廢鋼類型比較雜，既有汽車沖壓片等高品質(zhì)料型，也有低端的社會廢鋼料型。由于加工分類難度較大，這些低端的廢鋼表面附著或里面夾帶油漆、油脂污、纖維、橡膠等雜質(zhì)。跟蹤表明，此類廢鋼用量大的時候，在鐵水入爐期間會產(chǎn)生大量煙氣而形成煙氣外溢。

長期以來，由于利益的驅(qū)動，廢鋼行業(yè)的自律性較差，以次充好、摻假摻雜的現(xiàn)象普遍存在。由于廢鋼本身的特殊性，廢鋼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)難以明確，廢鋼檢驗難度較大，同時當(dāng)前采用的抽樣檢驗方式，檢驗技術(shù)簡單，檢驗工序難免出現(xiàn)錯漏。在生產(chǎn)實踐中，因把關(guān)不嚴(yán)而造成不合格廢鋼入庫或流入下道工序的現(xiàn)象時有發(fā)生，如圖5所示。這類不合格品在使用時，會產(chǎn)生大量的煙氣。

(a)入庫

(b)流入下道工序圖5 生產(chǎn)實踐中的不合格廢鋼

2.2.2 設(shè)備因素

煉鋼廠3個區(qū)的轉(zhuǎn)爐建成投產(chǎn)較早，二次除塵設(shè)計比較簡陋。隨著冶煉強度的不斷提高，兌鐵水速度加快，廢鋼比越來越高，環(huán)保要求越來越嚴(yán)，二次除塵的能力已很難滿足煉鋼廠清潔生產(chǎn)的要求。生產(chǎn)過程中，除塵設(shè)施因點檢維護(hù)不到位、存在缺陷而不能有效運行(如圖6所示)除塵效果受到嚴(yán)重影響。

圖6 存在缺陷的除塵設(shè)施

2.2.3 管理因素

(1)廢鋼的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不細(xì)，檢驗的手段比較單一，外購廢鋼的質(zhì)量把關(guān)效率不高。造成的后果一方面是部分不合格品流到下道工序，生產(chǎn)過程產(chǎn)生的煙氣外溢；另一方面是供應(yīng)商的造假行為多次蒙混過關(guān)，采購部門由于缺少辨別是否造假的檢驗憑據(jù)，處罰不了供應(yīng)商，變相助長摻雜造假行為。

(2)廢鋼的使用方面，關(guān)聯(lián)單位協(xié)同不夠，存在一定程度的本位主義，對煙氣外溢的管控效率比較低。采購單位更多的是從采購量、采購成本等方面進(jìn)行管控；檢驗部門只負(fù)責(zé)單一的檢驗，而不考核把關(guān)是否嚴(yán)格；使用單位的心理期望是最好使用不生煙的優(yōu)質(zhì)廢鋼，即便生產(chǎn)上出現(xiàn)煙氣外溢，也是上道工序原料產(chǎn)生的，客觀上重視不夠。

(3)供方的管理不到位，處罰的力度不夠，造假的成本太低，摻雜造假屢禁不止。

(4)生產(chǎn)組織比較粗放。采購計劃管理不細(xì)，各種料型廢鋼采購量不均衡，優(yōu)質(zhì)廢鋼進(jìn)場量時少時多，給分類配送增加了難度。料場緊張，配料管理粗放，金材公司料場配送到煉鋼廠的廢鋼因料型差異也造成質(zhì)量不穩(wěn)定。當(dāng)品質(zhì)比較差的廢鋼集中配送或使用，造成煙氣外溢機率就大幅提高。除此之外，煙氣外溢應(yīng)急處置預(yù)案不完善，信息傳遞不及時，配送料型的調(diào)整不及時，發(fā)現(xiàn)煙氣外溢時生產(chǎn)線上也未能及時采取果斷的措施。

3 主要控制措施

3.1 控制廢鋼質(zhì)量

優(yōu)化外購廢鋼采購結(jié)構(gòu)，提高廢鋼的品質(zhì)，從源頭控制兌鐵水煙氣的產(chǎn)生量。取消汽車拆解料包塊、沖片鐵屑包塊等煙氣產(chǎn)生量較大的廢鋼料型的采購，控制生活廢鋼包塊等低端廢鋼的采購量，提高沖片類、鋼筋類、厚重類優(yōu)質(zhì)廢鋼料型的采購量，廢鋼品質(zhì)的改善情況如圖7所示。

圖7 廢鋼品質(zhì)的改善情況

優(yōu)化外購廢鋼的采購結(jié)構(gòu)后，廢鋼質(zhì)量顯著提高，雜質(zhì)含量逐步得以控制，含鐵量逐步提高，廢鋼的回收率也逐步提升，如圖8所示。

3.2 優(yōu)化二次除塵系統(tǒng)運行效率

(1)自2017年不斷提高入爐廢鋼比之后，鐵水入爐產(chǎn)生的煙氣量不斷加大，原有二次除塵系統(tǒng)已難以滿足清潔生產(chǎn)的要求。2018年下半年，公司斥資2 600余萬元對轉(zhuǎn)爐二次除塵進(jìn)行改造，改造內(nèi)容見表1。

圖8 廢鋼的回收率

表1 轉(zhuǎn)爐3個區(qū)除塵系統(tǒng)改進(jìn)工程設(shè)計方案

經(jīng)過持續(xù)推進(jìn)，以上技改項目于2019年三季度相繼投入使用，并取得良好效果。如二區(qū)4#爐經(jīng)技術(shù)改造后，除塵系統(tǒng)壓差由原來的1 800 Pa降低到900 Pa，煙氣捕集率明顯改善。

(2)優(yōu)化除塵設(shè)備的運行工況，大幅減少二次除塵器帶病作業(yè)情況，同時優(yōu)化二次除塵系統(tǒng)工藝技術(shù)，改進(jìn)二次除塵系統(tǒng)的運行效率。

3.3 優(yōu)化管理職能

(1)完善外購廢鋼的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高技術(shù)管理水平。細(xì)分廢鋼的料型類別，盡量提高每一類別的唯一性，避免不同質(zhì)量等級的廢鋼魚目混珠，堵住供應(yīng)商摻假混雜的漏洞。同時有效降低廢鋼檢驗的難度，不同類別清晰分明、一目了然，有效減少檢驗錯判、漏判的機率，提高廢鋼質(zhì)量檢驗的精度。

(2)完善管理考核制度，提高煙氣外溢管控的協(xié)同性。以往煙氣外溢的責(zé)任考核主要集中在采購部門，自5月起柳鋼技術(shù)中心調(diào)整了煙氣外溢的環(huán)?？己宿k法，一是加大考核力度，二是把負(fù)責(zé)廢鋼檢驗的質(zhì)量部及使用單位轉(zhuǎn)爐煉鋼廠納入考核的對象。同時運行改善部也完善了采購部門的績效考核辦法，引導(dǎo)采購部門采購更優(yōu)質(zhì)的廢鋼。

(3)完善供方評價管理體系，引導(dǎo)供方自律。先后出臺了《廢鋼鐵供應(yīng)商黑名單暫行管理辦法》等制度，加大處罰力度，因廢鋼質(zhì)量問題對供應(yīng)商的扣罰狀況如圖9所示，嚴(yán)厲打擊外購廢鋼摻雜造假行為。

圖9 因廢鋼質(zhì)量問題對供應(yīng)商的扣罰狀況

(4)優(yōu)化操作規(guī)程，提高操作水平。檢驗單位優(yōu)化檢驗流程，嚴(yán)控廢鋼質(zhì)量檢驗關(guān)。采購部門完善廢鋼配送標(biāo)準(zhǔn)，不同品質(zhì)廢鋼均衡搭配，穩(wěn)定廢鋼的配送質(zhì)量。煉鋼廠完善廢鋼配斗標(biāo)準(zhǔn)，制訂煙氣外溢應(yīng)急處置預(yù)案，規(guī)避煙氣外溢擴大化。技術(shù)中心加大工藝執(zhí)行的檢查處罰力度，嚴(yán)肅工藝紀(jì)律，改善廢鋼采購、檢驗、配造及使用的質(zhì)量。

4 效果分析

(1)通過持續(xù)攻關(guān)，煙氣外溢的頻次自2019年6月起逐漸下降，至10月已降至較低水平，如圖10所示?？梢钥闯?，全廠煙氣外溢取得了一定程度的控制，但一區(qū)發(fā)生的頻次相對還是比較高，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

圖10 2019年1—10月煙氣外溢的頻次

(2)廢鋼的質(zhì)量得到進(jìn)一步提升，但由于檢驗方法比較簡單等原因，不合格品入庫、流到下道工序的情況仍時有發(fā)生，不合格品的質(zhì)量問題還比較嚴(yán)重，造成局部時段煙氣外溢嚴(yán)重。這也是煙氣外溢無法根除的主要原因。此外，檢驗把關(guān)力度的提升導(dǎo)致檢驗速度下降，影響外購廢鋼的卸車，對生產(chǎn)效率造成了一定影響。

(3)提高優(yōu)質(zhì)廢鋼的采購比率，在從源頭控制鐵水入爐產(chǎn)生煙氣外溢的同時，也大幅提高了廢鋼的采購成本(如圖11所示)，相對降低了企業(yè)的盈利能力。為謀求更高的綜合效益，還需進(jìn)一步開拓思路，采取新的工藝與技術(shù)如增設(shè)三次除塵系統(tǒng)[4]等，更好地抑制煙氣外溢。

圖11 采購成本變化趨勢

5 結(jié)論

(1)通過改進(jìn)廢鋼質(zhì)量，提升二次除塵系統(tǒng)的能力，加強廢鋼使用的運行管理，可有效控制轉(zhuǎn)爐冶煉兌鐵水過程產(chǎn)生的煙氣外溢。

(2)改進(jìn)廢鋼的質(zhì)量，可從源頭控制兌鐵水過程產(chǎn)生的煙氣外溢?？刂仆赓弿U鋼的質(zhì)量，關(guān)鍵在檢驗的精準(zhǔn)度。

(3)進(jìn)一步控制兌鐵過程的煙氣外溢，適應(yīng)國家新的環(huán)保政策，同時降低采購成本，還需考慮應(yīng)用如三次除塵系統(tǒng)等新的工藝技術(shù)。