基于干法除塵下高碳鋼雙渣留渣法冶煉工藝的優(yōu)化

李 敬，劉 偉

（天津工業(yè)職業(yè)學(xué)院天鐵校區(qū)，河北056404）

0 引言

隨著鋼鐵行業(yè)的智能制造技術(shù)不斷的升級，實現(xiàn)全智能化冶煉成為了未來轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的重要發(fā)展方向。但由于國內(nèi)煉鋼工藝發(fā)展的不均衡[1]，一些地方鋼鐵企業(yè)缺乏完善的動態(tài)監(jiān)測設(shè)備，轉(zhuǎn)爐煉鋼過程還主要靠人工經(jīng)驗操作，或者通過靜態(tài)模型對轉(zhuǎn)爐冶煉終點鋼水成分和溫度進行控制，因此，在冶煉中高碳鋼時，鋼水的終點溫度、碳和磷的命中率偏低，吹煉過程控制難度偏大就成為一項難題。

以天鐵熱軋板公司生產(chǎn)中高碳鋼為例，由于冶煉過程受實際條件限制，終點溫度、碳和磷命中率低，而三者同時命中率只有27%。熱軋板公司通過分析和研究，對中高碳鋼的冶煉采用了雙渣留渣工藝，使得終點溫度、碳和磷三者同時命中率達到了65%，冶煉原料消耗明顯降低。但雙渣留渣工藝對干法靜電除塵泄爆的發(fā)生頻率產(chǎn)生一定的影響，需要通過優(yōu)化冶煉工藝，采取措施合理控制轉(zhuǎn)爐煙氣中CO 的上升速度和O2的下降速度，避開泄爆發(fā)生的條件，即CO≥9%，O2≥6%。

1 高碳鋼冶煉存在的問題及解決方案

1.1 高碳鋼冶煉的問題

天鐵熱軋板公司，在生產(chǎn)高碳鋼的過程中由于受實際冶煉條件如：鐵水、物料、檢測設(shè)備等的影響，轉(zhuǎn)爐在整個吹煉過程和終點目標(biāo)控制方面情況并不理想。整個吹煉過程經(jīng)常出現(xiàn)噴濺和爐渣返干等現(xiàn)象[2]，并且終點溫度、碳和磷命中率低。表1 為天鐵熱軋板公司1150 爐高碳鋼冶煉終點數(shù)據(jù)統(tǒng)計表。

表1 熱軋板公司1150 爐高碳鋼冶煉終點數(shù)據(jù)統(tǒng)計

從表1 可以看出，溫度、碳和磷三者同時命中率只有27%。高碳鋼在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，鋼液中的磷和碳這兩個重要化學(xué)元素往往難以實現(xiàn)平衡發(fā)展，不容易協(xié)調(diào)。為實現(xiàn)吹煉過程中留碳的目的，卻錯失了前期最佳的脫磷時機，造成終點磷控制難度增加；而以磷為中心目標(biāo)進行煉鋼，冶煉過程碳元素?zé)龘p嚴重，又將導(dǎo)致鋼液終點碳含量偏低。并且高碳鋼在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中對溫度的要求也很高，當(dāng)對鋼水的溫度進行升溫時，碳元素的燒損會更加劇烈，反之，因碳元素作用時間短又將導(dǎo)致溫度過低。所以高碳鋼在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中存在“碳溫”不容易均衡發(fā)展的問題。因此，轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼時主要的技術(shù)指標(biāo)就是在操作中協(xié)調(diào)“溫度、碳和磷”三要素的均衡發(fā)展[3]，提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點碳、磷、溫度三者的命中率。

1.2 高碳鋼冶煉問題的解決方案

針對以上問題，天鐵熱軋板公司為了優(yōu)化高碳鋼冶煉工藝，180 噸轉(zhuǎn)爐作業(yè)區(qū)在基于干法除塵系統(tǒng)下，曾嘗試了單渣留渣操作和雙渣操作，但在實際生產(chǎn)中總結(jié)發(fā)現(xiàn)這兩種操作方法并不能有效提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點命中率。而且由于雙渣冶煉終點爐渣普遍“偏干”，增加了濺渣護爐的難度，進而影響轉(zhuǎn)爐爐襯的維護。在這樣的前提下，熱軋板公司轉(zhuǎn)爐作業(yè)區(qū)提出了雙渣留渣冶煉操作工藝。雙渣留渣冶煉工藝是指在轉(zhuǎn)爐冶煉結(jié)束出鋼后將爐渣留在爐內(nèi)，進行濺渣護爐，然后裝入廢鋼和鐵水，開始吹煉，加入造渣料化渣脫磷，前期脫磷結(jié)束后進行倒渣操作，然后根據(jù)對鋼水的取樣分析，適量加入造渣料繼續(xù)化渣進入脫碳階段的吹煉，吹煉結(jié)束后倒?fàn)t出鋼、留渣再進行濺渣護爐操作，并以此循環(huán)往復(fù)。該工藝是利用上爐爐渣中較多的自由CaO、高FeO 和含有大量物理熱的特點，縮短了下一爐冶煉前期化渣時間，同時利用吹煉前期低溫的有利條件，提高了脫磷效率，減輕了轉(zhuǎn)爐冶煉后期的脫磷負擔(dān)。實踐證明雙渣留渣工藝冶煉中高碳鋼可以很好的控制轉(zhuǎn)爐冶煉過程中溫度、碳和磷三者的均衡發(fā)展，從而有效的提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點三者的命中率。

2 雙渣留渣操作對干法除塵的影響及防范措施

2.1 干法靜電除塵的主要特點

轉(zhuǎn)爐煙氣凈化的處理方法主要分為全濕法、干濕結(jié)合法或全干法三種形式。目前國內(nèi)鋼鐵行業(yè)總的趨勢是采用濕法除塵。但是干法除塵因無需后期的污水處理設(shè)備，凈化除塵系統(tǒng)靈活，建設(shè)投資和運轉(zhuǎn)費用低，在部分鋼鐵企業(yè)得到了很好的應(yīng)運。目前天鐵熱軋板公司180 轉(zhuǎn)爐采用的就是干法靜電除塵設(shè)施。雖然干法靜電除塵器有除塵效率高、節(jié)約用水、受煙氣量波動影響小等優(yōu)勢，但在轉(zhuǎn)爐冶煉煙塵處理的過程中，經(jīng)常會因煙氣中CO 含量的控制不當(dāng)而產(chǎn)生“泄爆”現(xiàn)象，尤其采用雙渣留渣工藝時“泄爆”現(xiàn)象更容易發(fā)生。

2.2 干法靜電除塵產(chǎn)生“泄爆”現(xiàn)象原因及防范措施

在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，爐內(nèi)的鐵水與氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)而生成大量的高溫?zé)煔?，伴隨著爐口部分空氣的混入，其主要成分為CO、CO2、O2、N2、Ar等。吹煉開始，隨著兌鐵、加廢鋼、開吹、拉碳、補吹、出鋼等一系列操作，煤氣與空氣的交替流動現(xiàn)象始終存在于靜電干法除塵系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)CO≥9%，O2≥6%時，且靜電除塵器內(nèi)產(chǎn)生電極放電，就會發(fā)生泄爆。所以合理控制轉(zhuǎn)爐煙氣中CO 和O2的含量是避免發(fā)生泄爆的有效方法。而在實際生產(chǎn)中雙渣留渣操作一旦操作不當(dāng)極容易發(fā)生“泄爆”，其對干法靜電除塵產(chǎn)生的影響以及相應(yīng)采取的措施主要有以下幾方面。

2.2.1 留渣量過大的影響

如果留渣量過大，濺渣后殘渣可能粘結(jié)成大塊，兌鐵后殘渣極可能飄在鐵水液面表面，它的存在阻礙了氧氣與鐵水的接觸，進而影響二者的化學(xué)反應(yīng)，容易造成開吹點火失敗，使得大量氧反射進入除塵系統(tǒng)，增加了除塵系統(tǒng)的氧含量，從而延長了除塵系統(tǒng)中氧含量下降到6%以下的時間，容易達到“6、9”泄爆條件[4]，產(chǎn)生泄爆。相應(yīng)采取的措施如下：

（1）在放鋼前從前方倒掉一部分爐渣，這樣減少爐內(nèi)爐渣量，有利下一爐開吹點火的成功。

（2）嚴格控制入爐廢鋼的塊度，超過爐口三分之一的廢鋼堅決不能使用。

（3）加入廢鋼后需要來回搖爐，使?fàn)t渣在爐內(nèi)鋪開，避免爐渣黏在一起，形成大塊，影響開吹點火。

（4）適當(dāng)降低點火槍位，將正常點火槍位1.4 米下調(diào)至1.3 米，增加點火概率，但點火成功后應(yīng)立即將氧槍提至正常高度，

（5）氧槍開氧后30 秒內(nèi)點火不成功，必須馬上提槍，采取相應(yīng)措施后再重新下槍點火。

2.2.2 煙氣中CO 含量上升過快的影響

冶煉前期因留渣所含大量物理熱，導(dǎo)致爐內(nèi)溫度較正常偏高，所以較正常爐次碳氧反應(yīng)提前，在干法除塵條件下如果不采取適當(dāng)?shù)拇胧?，煙氣中CO 含量上升過快，容易導(dǎo)致除塵系統(tǒng)泄爆。如圖1，圖2 所示，圖中藍線代表CO 含量，可以看到雙渣留渣爐次CO 含量很快就達到了最高值。相應(yīng)采取的措施如下：

（1）適當(dāng)延長濺渣時間，降低爐內(nèi)留渣溫度。

（2）結(jié)合鐵水成分，優(yōu)化頭批料加入，降低開吹溫度，減緩碳氧反應(yīng)。在實際生產(chǎn)中可以提高頭批料中冷料加入量，減少白灰和輕燒白云石的加入，這樣不但可以降低開吹溫度，盡量減緩了碳氧反應(yīng)，還優(yōu)化了前期爐渣的熔化條件，有利于前期倒渣操作。

（3）關(guān)注爐渣情況，結(jié)合煙氣成分分析曲線，確定起槍倒渣時機。如果倒渣時間太早，爐渣沒有熔化，前期走不出渣，容易造成后期吹煉噴濺；然而倒渣時間偏晚，碳氧反應(yīng)劇烈，容易產(chǎn)生“泄爆”，爐渣發(fā)泡，加大了倒渣難度。總結(jié)實際生產(chǎn)情況，耗氧2 000 Nm3左右，或CO 含量22%～24%，起槍倒渣，較為合適。

圖1 正常爐次CO 曲線

圖2 雙渣留渣爐次CO 曲線

另外，在關(guān)注“泄爆”問題的同時，還要注意冶煉過程“噴濺”的控制。如何協(xié)調(diào)“泄爆”與“噴濺”的關(guān)系，這就需要操作人員合理安排物料加入時間和加入量，對于易產(chǎn)生噴濺時期提前預(yù)判并采取操作上的調(diào)整。

3 雙渣留渣工藝效果分析

3.1 轉(zhuǎn)爐爐況得到改善

雙渣留渣操作的爐次由于爐渣熔化充分，而且終渣氧化鎂飽和度高，所以有效的改善了濺渣效果，從而維護了轉(zhuǎn)爐爐襯。圖3 是單渣工藝冶煉高碳鋼后測厚儀測厚效果，圖4 是雙渣留渣工藝冶煉高碳鋼后測厚儀測厚效果。不難看出圖4 的爐襯厚度情況要大大好于圖3 的爐襯厚度情況。

3.2 企業(yè)獲得的經(jīng)濟效益

圖3 單渣操作后測厚效果

圖4 雙渣留渣操作后測厚效果

熱軋板公司2019 年9 月份以來，180 噸轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼一直采取了雙渣留渣工藝。現(xiàn)將9 月～10月SWRH82B 冶煉數(shù)據(jù)進行了整理，并同 雙渣、單渣工藝生產(chǎn)SWRH82B 的數(shù)據(jù)進行了比較。數(shù)據(jù)比較情況如表2 所示。

從表2 中的數(shù)據(jù)可以看出，熱軋板公司在采用雙渣留渣操作后，轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼的終點溫度、碳和磷的命中率有了明顯的提高。并且由于雙渣留渣操作工藝充分利用了上爐爐渣高FeO、高堿度和含有大量物理熱的特點，極大地減少了石灰和輕燒白云石的加入，降低了物料的消耗，如表3 中數(shù)據(jù)所示。

表2 雙渣留渣工藝與雙渣、單渣工藝冶煉SWRH82B 數(shù)據(jù)對比

從表3 中數(shù)據(jù)可以看出，采用雙渣留渣操作后，每爐可節(jié)省輕燒白云石約2 200 Kg，石灰約3 000 Kg，低氮增碳劑約100 Kg。因為影響鋼鐵料消耗的因素多而復(fù)雜，暫時不予考慮，單節(jié)省物料方面，按50%的雙渣留渣操作爐次采用率，每月150爐的生產(chǎn)量計算，熱軋板公司采用雙渣留渣工藝冶煉高碳鋼，每年僅物料消耗上可節(jié)省費用：

表3 單渣、雙渣操作和雙渣留渣工藝物料消耗數(shù)據(jù)對比

（295×2.2+275×3+0.1×6100）×150×12×50%=187.56 萬元

4 結(jié)論

（1）轉(zhuǎn)爐冶煉中高碳鋼在企業(yè)缺乏完善的動態(tài)監(jiān)測設(shè)備的情況下，依靠人工經(jīng)驗，采用雙渣留渣操作可以很好的控制轉(zhuǎn)爐冶煉過程中溫度、碳和磷三者的均衡發(fā)展，從而有效的提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點三者的命中率。

（2）雙渣留渣操作充分的利用了上爐爐渣高FeO、高堿度和含有大量物理熱的特點，極大地減少了石灰和輕燒白云石的加入，降低了物料的消耗，為企業(yè)起到降本增效的作用。

轉(zhuǎn)爐爐況得到改善

（3）采用雙渣留渣工藝冶煉高碳鋼，由于爐渣熔化充分，而且終渣氧化鎂飽和度高，所以有效的改善了濺渣效果，從而加強了轉(zhuǎn)爐爐襯的維護。

（4）基于干法靜電除塵下雙渣留渣工藝冶煉高碳鋼過程中，若操作不當(dāng)極易發(fā)生“泄爆”，泄爆發(fā)生的條件CO≥9%，O2≥6%，因此合理控制轉(zhuǎn)爐煙氣中CO 的上升速度和O2的下降速度是避免兩者同時達到泄爆條件的唯一方法。