宣鋼干式除塵轉爐留渣雙渣生產實踐

于春強

（河鋼集團宣鋼公司，河北 宣化 075100）

隨著鋼材市場競爭的日益激烈，降低生產成本及冶煉品種的創效成為鋼鐵企業的生存之道。目前宣鋼品種鋼生產比例達到了50%以上，雙渣脫磷工藝比例大大增加，但傳統的雙渣不留渣工藝物料消耗較高，影響轉爐成本的降低，與傳統的雙渣工藝相比轉爐留渣雙渣冶煉工藝在提高轉爐脫磷效率、減少轉爐物料消耗等方面具有極為明顯的優勢。

從生產實踐中看，干法凈化后的氣體含塵質量濃度低，可達到10 mg/m3以下，遠低于濕法除塵的50～300 g/m3；回收的煤氣質量更高，風機磨損更小；除塵灰可直接利用；用水量僅為濕法的10%～20%；耗電僅為濕法的2/3，因此干法除塵系統在國內外鋼鐵企業被廣泛應[1]。宣鋼150 t 頂底復吹轉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是防止出現泄爆現象，否則就會影響到轉爐的穩定生產及干式除塵系統的安全、經濟運行，此外還制約了轉爐工序煤氣及余熱蒸汽的回收水平的提高。如何在干式除塵轉爐不泄爆的情況下實現留渣雙渣工藝，成為重要的降本增效手段。

1 泄爆機理分析

造成泄爆泄爆產生的條件：可燃性氣體與氧氣混合比達到爆炸極限，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：tCO≤610 ℃，tH2≤645 ℃；有火種（EP 內電極放電，產生電火花），三者條件都滿足條件即發生泄爆[2，3]。

2 留渣雙渣操作簡述

留渣雙渣操作即在轉爐上一爐次濺渣結束后，將濺渣結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。在硅錳氧化期結束、碳氧反應即將開始的階段（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是在金屬液與熔渣界面進行，首先是[P]被氧化成（P2O5），然后與（CaO）結合成穩定的磷酸鈣，其反應式可表示為[5]：

綜合反應為：

啟普曼認為，去磷反應的平衡常數和溫度之間的關系為：

式中：KP為平衡常數；x（4CaO·P2O5）為爐渣中4CaO·P2O5的摩爾分數；w[P]為鋼液中磷的質量分數，%；xFeO為爐渣中FeO 的摩爾分數；xCaO為爐渣中CaO 的摩爾分數；T為熔池溫度。

由式（5）計算可得：當將轉爐熔池溫度控制到1 350～1 400 ℃時，爐渣中的P 含量遠沒有達到飽和狀態，還具有很高的溶解度，這就為爐渣的重復利用提供了理論支撐。同時從轉爐脫磷機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 脫磷生產實踐

轉爐脫磷的三要素主要為爐渣成分、溫度、動力學等方面，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 溫度與脫磷率關系

圖3 爐渣堿度與脫磷率的關系

當熔池溫度過低（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Si、Mn 氧化完全，C-O 反應開始，爐內FeO 含量降低，爐內溫度升高，脫磷率呈現下降趨勢。

圖4 雙渣吹煉時間與脫磷率的關系

4 留渣雙渣工藝控制難點

1）由于留渣雙渣法不進行倒渣操作，爐內渣量較大，隨著廢鋼比的提高，輕質廢鋼漂浮在鐵水液面上，導致點火困難，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 提前開始反應生成CO 氣體，大量的CO 氣體進入除塵管道，將大大增加泄爆幾率的發生。

3）二次下槍后，由于空氣當中的O2進入除塵管道，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 氣體進入除塵管道達到爆炸極限，使靜電除塵器發生泄爆。

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，爆發性噴濺的概率加大。槍位過低，脫碳速度加快，產生CO 的量也將增多，點火吹煉初期泄爆概率也將增加。

5 工藝優化

5.1 裝料及造渣制度優化

為保證下槍吹煉點火成功，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，操作順序嚴格執行先加廢鋼后兌鐵，并與除塵系統工作人員聯系確認好，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，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）根據煉鋼爐爐型具體情況，對留渣量加以控制，并對爐渣進行固化。

2）安排專人對爐渣情況進行確認，確保爐內無液態渣之后方可兌鐵。

3）工藝上嚴格執行先加廢鋼、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火效果。

5）當發生點火失敗時，要求崗位操作工立即提槍停止吹煉，提槍后將轉爐前后搖動，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）點火成功之后根據火焰情況酌情加入造渣料。

5.2 吹氧制度優化

下槍吹氧的1 min 之內執行“不降罩”操作，通過爐口帶入煙道空氣當中的O2將CO 進行富氧燃燒，盡可能將初期生成的CO 燃燒成為CO2，使CO2氣體將CO 與空氣當中的O2進行阻斷，從而阻止爆炸性混合氣體的形成[8]。此外諸如小粒級燒結礦、礦石等含氧化鐵物料的加入時，要及時調整氧氣流量，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）點火階段，通知除塵工將氮氣稀釋閥手動打開，稀釋180 s，降低系統氧含量。

2）開吹使用半流量點火，為確保快速點火成功，槍位控制在1 500 mm，流量為36 000 m3/h。

3）待點火穩定后，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 反應發生泄爆。

6 應用效果

6.1 留渣雙渣工藝的經濟效益

轉爐終點爐渣具有堿度高、溫度高的特點，同時有一定的FeO 含量，而且是現成的熔體，隨著濺渣護爐工藝對爐渣的降溫，轉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現了爐渣的重復利用，較傳統工藝而言，在減少輕燒、白灰、小粒級燒結礦等物料的加入，以及在降低鋼鐵料消耗、轉爐噴濺等方面具有明顯的優勢[9]。

6.1.1 物料消耗對比

留渣雙渣工藝與轉爐傳統雙渣工藝相比，由于進行了留渣操作，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。根據供給轉爐的鐵水條件，溫度為1 250～1 350 ℃，具體成分見表1。

表1 轉爐鐵水成分 %

根據鐵水分析，以45 號圓鋼為例，吹煉終點要求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雙渣工藝，按物料消耗中限計算，可節約活性石灰6.25 kg/t，輕燒白云石11.25 kg/t，冷卻劑12.5 kg/t，噸鋼節約成本12.95 元。

6.1.2 鋼鐵消耗的對比

一般轉爐終渣中含有10%左右的金屬顆粒物和20%左右的Σ（FeO），將轉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。在硅錳氧化期結束，碳氧反應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措施的實施，干式除塵下留渣雙渣工藝的泄爆率為零。為干式除塵系統的穩定運行奠定了良好的基礎，保證了生產順行，設備穩定，創造了極大的經濟效益。應用效果如圖7 所示。

從圖7 中可以看出，通過實施后，泄爆爐次明顯降低，尤其在七、八月份泄爆次數有效降為“零”，實現轉爐干式除塵泄爆率≤0.1%，為干式除塵轉爐采用留渣雙渣工藝替代傳統雙渣工藝，從而降低物料消耗奠定基礎。

7 結語

通過有效控制手段，宣鋼150 t 干式除塵轉爐留渣雙渣工藝在降低生產成本的同時通過過程控制實現零泄爆之目的。該方法不需要增加投資，既可冶煉低磷鋼種，生產調控方便，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，與此同時根據其脫磷機理可開發高端低磷鋼，直接經濟效益明顯，適應市場需要。