趙自鑫，費(fèi)鵬，趙雷，李超，徐國義，牛興明

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口115007）

摘要：為了進(jìn)一步降低鞍鋼鲅魚圈鐵水預(yù)處理的生產(chǎn)成本， 在扒渣過程中采用了涌動(dòng)式扒渣工藝。新工藝實(shí)施后，深脫硫罐次轉(zhuǎn)爐回硫量降低了0.000 5%，鐵水預(yù)處理扒渣鐵損降低了2.11 kg/t 鐵，工序時(shí)間縮短了1.5 min/罐，鐵水聚渣劑消耗降低了0.145 kg/t 鋼，為低成本生產(chǎn)極低硫鋼奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：鐵水；預(yù)處理；涌動(dòng)式扒渣

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鋼部于2008 年9 月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)鋼能力650 萬t，集成了當(dāng)今世界冶金領(lǐng)域多項(xiàng)先進(jìn)裝備， 包括三座鐵水預(yù)處理、三座公稱噸位260 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐及三臺(tái)板坯連鑄機(jī), 其中鐵水預(yù)處理采用德國POLYSIUS 復(fù)合噴吹技術(shù)并引進(jìn)其關(guān)鍵設(shè)備。

隨著鋼鐵產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化競爭的進(jìn)一步加劇，如何降低生產(chǎn)成本成為眾多冶金工作者的共同目標(biāo)。鲅魚圈煉鋼部結(jié)合涌動(dòng)式扒渣系統(tǒng)，在生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)脫硫扒渣工藝進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)施了涌動(dòng)式扒渣技術(shù)，有效縮短了扒渣時(shí)間，降低了扒渣鐵損。本文對(duì)此作一介紹。

1 鞍鋼鲅魚圈鐵水預(yù)處理工藝

1.1 鐵水預(yù)處理工藝特點(diǎn)

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司鐵水預(yù)脫硫噴吹系統(tǒng)以氮?dú)庾鳛檩斔蜌怏w，采用高壓、濃相、復(fù)合噴粉工藝，可以實(shí)現(xiàn)噴吹CaO+Mg、單吹CaO 粉或單吹Mg 粉。噴粉槍采用倒T 型噴槍，鐵水噴粉脫硫結(jié)束后，在鐵水罐內(nèi)有大量的脫硫渣，為了避免煉鋼過程中回硫， 要通過一些手段將這些脫硫渣除去。脫硫與扒渣是兩個(gè)相互獨(dú)立、且又緊密聯(lián)系的鐵水預(yù)處理工藝， 脫硫工藝決定了處理終點(diǎn)鐵水硫含量的水平，而扒渣則是將脫硫處理后的高硫渣從鐵水中去除的重要手段， 是決定入爐硫總量的主要因素。因此采用先進(jìn)的扒渣設(shè)備與工藝對(duì)系統(tǒng)控硫與降低生產(chǎn)成本是十分必要的。鞍鋼鲅魚圈采用液壓扒渣機(jī)對(duì)脫硫后的鐵水進(jìn)行扒渣，工藝流程為：倒罐間測溫取樣（脫硫前）→鐵水罐吊運(yùn)至運(yùn)輸傾翻車→運(yùn)輸傾翻車開至噴吹位→啟動(dòng)噴槍對(duì)鐵水進(jìn)行噴吹→噴吹結(jié)束測溫取樣（脫硫后）→傾翻鐵水罐進(jìn)行扒渣操作→扒渣結(jié)束運(yùn)輸至吊罐位→鐵水吊運(yùn)至轉(zhuǎn)爐。

1.2 鐵水預(yù)處理設(shè)備介紹

鞍鋼鲅魚圈煉鋼部鐵水預(yù)處理區(qū)域共有三套脫硫、扒渣系統(tǒng)。系統(tǒng)采用的是德國POLYSIUS 復(fù)合噴粉脫硫及扒渣設(shè)備， 其中扒渣機(jī)的主要設(shè)備參數(shù)如表1。

2 涌動(dòng)式扒渣系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

2.1 涌動(dòng)式扒渣工藝原理

涌動(dòng)式扒渣工藝原理如圖1 所示。

涌動(dòng)式扒渣工藝的主要原理為： 在鐵水罐上方垂直插入一支噴槍， 利用噴槍向鐵水罐內(nèi)噴吹氮?dú)?，吹入的氮?dú)馀菔軣岷笈蛎?，?dǎo)致鐵水與氣體的混合物密度顯著降低， 噴槍周圍的鐵水與氣體混合物在浮力作用下迅速上浮， 同時(shí)在噴槍孔周圍不斷有液態(tài)鐵水進(jìn)行補(bǔ)充， 鐵水液面產(chǎn)生了橫向移動(dòng)， 鐵水脫硫渣在鐵水與脫硫渣摩擦力的作用下隨鐵水進(jìn)行了橫向移動(dòng)， 隨著扒渣過程的進(jìn)行，脫硫渣不斷涌向扒渣側(cè)，形成了半月型脫硫渣面，顯著減小了扒渣板在扒渣過程中的扒渣行程。同時(shí)由于吹入氮?dú)庑纬傻挠縿?dòng)效應(yīng)減小了脫硫渣面的面積，在脫硫渣體積一定的條件下，增加了渣層厚度和扒渣板單次扒渣的扒渣量， 提高了扒渣效率，達(dá)到降低扒渣鐵損、提高扒凈率的目的。

2.2 涌動(dòng)式扒渣工藝流程

鐵水在脫硫位噴粉結(jié)束， 待脫硫噴槍抬至上極限后，開始傾動(dòng)鐵水傾翻車至扒渣角度，使用涌動(dòng)式扒渣前先將鐵水罐內(nèi)大塊、固體脫硫渣扒除，待渣層厚度小于100 mm 時(shí)， 啟動(dòng)涌動(dòng)式扒渣系統(tǒng)，扒渣過程中扒渣板前伸至整個(gè)脫硫渣面的3/4處進(jìn)行扒渣，待脫硫渣全部扒除后，將涌動(dòng)式噴槍提起，噴吹氣體自動(dòng)關(guān)閉，傾動(dòng)鐵水傾翻車至“零位”扒渣結(jié)束。涌動(dòng)式扒渣過程實(shí)際效果如圖2所示。

2.3 涌動(dòng)式扒渣工藝參數(shù)對(duì)排渣效果的影響

2.3.1 噴槍位置對(duì)排渣效果的影響

涌動(dòng)式扒渣噴槍的插入位置對(duì)排渣效果會(huì)產(chǎn)生很大的影響，在設(shè)計(jì)噴槍位置時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注，隨著噴槍插入位置逐漸向扒渣側(cè)移動(dòng)， 排渣距離逐漸增大， 但是當(dāng)噴槍插入位置與扒渣側(cè)罐壁的距離小于鐵水液面直徑的2/3 時(shí)， 在兌鐵側(cè)產(chǎn)生了扒渣死區(qū)，影響到扒渣作業(yè)。噴槍插入位置至扒渣側(cè)罐壁的距離與鐵水液面直徑的比值在0.7～0.8 之間，得到了比較理想的排渣效果。

最佳噴槍插入位置示意圖如圖3 所示， 圖3中，D 為鐵水罐傾翻后，鐵水液面直徑。

2.3.2 噴吹氣體流量對(duì)排渣效果的影響

涌動(dòng)式扒渣噴吹氮?dú)饬髁繉?duì)排渣效果的主要影響表現(xiàn)在鐵水液面翻騰高度與排渣距離的平衡，隨著氮?dú)饬髁康奶岣?，排渣距離逐漸增大，而鐵水液面翻騰高度隨之增大， 液面波動(dòng)幅度逐漸增大。表2 列出了在不同氮?dú)饬髁肯屡旁嚯x和液面翻騰高度的情況。

由表2 看出， 當(dāng)噴吹N₂流量下降至200 m³/h時(shí)，鐵水液面翻騰高度顯著降低，扒渣過程中的鐵水液面波動(dòng)不明顯，有利于扒渣操作的順利進(jìn)行。

2.3.3 噴吹氣體壓力、噴孔內(nèi)徑對(duì)排渣效果的影響

噴吹氣體壓力對(duì)排渣距離產(chǎn)生顯著影響，排渣距離隨著噴吹氣體壓力的增加而增大， 在噴槍內(nèi)徑一定的條件下，噴吹氣體壓力與流量成正比。為了獲得更大的排渣距離， 需要通過增大氣體流量來增加噴吹氣體壓力。但是，當(dāng)噴吹氣體流量超過200 m³/h 時(shí)，出現(xiàn)了嚴(yán)重的液面波動(dòng)。為了增加排渣距離，減小液面波動(dòng)，噴吹過程中應(yīng)采用低流量、高壓力的噴吹方式。

在噴吹氣體流量一定的條件下， 隨噴槍噴孔內(nèi)徑的減小，噴吹壓力逐漸增加，表3 列出了不同噴槍內(nèi)徑的工作壓力與排渣效果情況。根據(jù)表3可以看出，相同的噴吹氣體流量條件下，小內(nèi)徑噴槍工作壓力大，在增加排渣距離的同時(shí)，顯著降低了液面翻騰高度，能夠保證扒渣平穩(wěn)，不噴濺。

2.3.4 噴槍插入深度對(duì)排渣效果的影響

涌動(dòng)式扒渣噴槍的插入深度對(duì)排渣效果的影響與N₂流量對(duì)排渣效果的影響相似，當(dāng)噴槍插入深度大于400 mm 時(shí)，隨著噴槍插入深度的增加排渣距離逐漸增大，但同時(shí)鐵水液面翻騰高度增大、液面波動(dòng)情況加劇。當(dāng)噴槍插入深度小于400 mm時(shí)，排渣距離顯著減小，同時(shí)鐵水液面出現(xiàn)了嚴(yán)重的飛濺現(xiàn)象。

3 涌動(dòng)式扒渣工藝應(yīng)用效果

3.1 對(duì)扒渣鐵損及扒渣時(shí)間的影響

由于涌動(dòng)式扒渣系統(tǒng)產(chǎn)生的涌動(dòng)效應(yīng)將脫硫渣趕至鐵水罐扒渣側(cè)，顯著縮小了脫硫渣面積，縮短了扒渣機(jī)的扒渣行程， 增加了脫硫渣厚度和扒渣板單次扒渣量，提高了扒渣效率。有效降低了扒渣鐵損、縮短了扒渣工序時(shí)間。涌動(dòng)式扒渣系統(tǒng)投入前后平均扒渣鐵損及扒渣時(shí)間對(duì)比如表4。

由表4 可以看出，采用新工藝后，平均扒渣鐵損降低2.11 kg/t 鐵,平均工序時(shí)間縮短1.5 min。

3.2 對(duì)回硫量的影響

對(duì)不同脫硫目標(biāo)值罐次轉(zhuǎn)爐冶煉過程的回硫量進(jìn)行跟蹤分析， 涌動(dòng)式扒渣工藝實(shí)施前后轉(zhuǎn)爐回硫量對(duì)比如表5。由表5 看出，采用涌動(dòng)式扒渣工藝后，轉(zhuǎn)爐冶煉過程回硫量顯著降低，深脫硫即目標(biāo)硫含量在0.005%以下罐次的轉(zhuǎn)爐回硫量降低更為明顯，達(dá)到0.000 5%以上。

涌動(dòng)式扒渣工藝成功應(yīng)用于工業(yè)純鐵、9Ni 等重點(diǎn)鋼種硫含量的控制上， 在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，為轉(zhuǎn)爐穩(wěn)定提供了極低硫含量的鐵水，為低成本生產(chǎn)高附加值鋼種奠定了基礎(chǔ)。

3.3 對(duì)脫硫溫降的影響

涌動(dòng)式扒渣工藝加強(qiáng)了鐵水扒渣過程中液面的翻騰，增加了脫硫工序溫降，表6 列出了相同噴吹時(shí)間，不同鐵水溫度區(qū)間內(nèi)，工藝實(shí)施前后鐵水溫降的對(duì)比。從表6 可以看出，采用涌動(dòng)式扒渣工藝后，鐵水脫硫過程溫降比原工藝增加了5 ℃。

由表6 可以看出，脫硫溫降隨鐵水溫度的升高而逐漸增大，鐵水溫度≥1350 ℃時(shí)，平均溫降增加了6 ℃，應(yīng)用涌動(dòng)式扒渣工藝雖然增加了脫硫溫降， 但是由于鐵水溫度高， 轉(zhuǎn)爐仍然富余熱量，未影響轉(zhuǎn)爐熱平衡，不會(huì)對(duì)廢鋼比及轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度造成影響。

3.4 對(duì)聚渣劑消耗的影響

涌動(dòng)式扒渣工藝所產(chǎn)生的涌動(dòng)效應(yīng)將鐵水脫硫渣渣面減小了2/3 以上，在脫硫渣體積恒定的條件下，由于渣面面積減小， 顯著增加了渣層厚度，強(qiáng)化了鐵水渣的聚集，提高了扒渣效率，原工藝聚渣劑消耗為0.290 kg/t，采用涌動(dòng)式扒渣工藝聚渣劑消耗為0.145 kg/t，聚渣劑消耗降幅達(dá)到50%。

4 結(jié)語

（1） 鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司鐵水預(yù)脫硫采用了涌動(dòng)式扒渣工藝， 扒渣鐵損降低2.11 kg/t 鐵， 扒渣工序時(shí)間縮短1.5 min/罐，鐵水聚渣劑消耗降低了0.145 kg/t 鋼，降幅達(dá)50%。

（2） 應(yīng)用涌動(dòng)式扒渣工藝在降低扒渣鐵損的同時(shí)，有效提高了鐵水渣的扒凈率，降低了轉(zhuǎn)爐冶煉過程的回硫量，深脫硫鋼種降幅達(dá)到0.000 5%。

（3） 涌動(dòng)式扒渣工藝成功應(yīng)用于工業(yè)純鐵、9Ni 等重點(diǎn)鋼種硫含量控制上，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，穩(wěn)定為轉(zhuǎn)爐提供了極低硫含量鐵水，為低成本生產(chǎn)高附加值鋼種奠定了基礎(chǔ)。