聯合特鋼轉爐煤氣回收工藝探索

馬桂芬，張一臣

（天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

轉爐煤氣作為轉爐煉鋼生產過程中的副產品，是鋼鐵企業重要的二次能源之一，提高轉爐煤氣的回收能力，是實現煉鋼低成本的有效手段，能夠在一定程度上降低鋼廠的污染物排放，同時也是轉爐實現“負能煉鋼”的主要途徑。因此，轉爐煤氣回收已經成為現代轉爐煉鋼的重要技術之一。

天津天鋼聯合特鋼有限公司（以下簡稱聯合特鋼）有3座120 t轉爐，煤氣回收采用OG濕法除塵凈化回收工藝，開展工藝優化前，由于轉爐采用低鐵耗、快節奏冶煉，平均煤氣回收為95.79 m3/t鋼，較國內同行業先進回收水平有一定差距，具有一定的挖潛空間。2019年煉鋼廠組織攻關團隊進行提高煤氣回收工藝的研究，通過對現有轉爐冶煉工藝、煤氣回收工藝及設備運行情況進行分析，找出了煤氣回收過程中存在著工藝及設備上的不足，并有針對性地對煤氣回收工藝進行優化和改進。

1 轉爐煤氣回收工藝

聯合特鋼煤氣回收采用OG濕法除塵，其回收主要工藝流程如圖1所示。

圖1 煤氣回收流程圖

轉爐吹煉開始，風機提速至1 200～1 250 r/min，煤氣回收條件滿足時，打開水封逆止閥，三通閥回收側打開，轉爐煤氣經水封逆止閥和U型水封進入轉爐煤氣總管，通過管道送入轉爐煤氣柜，轉爐煤氣被回收儲存。當煤氣回收任一條件不滿足時，三通閥放散側打開，關閉水封逆止閥，轉爐煤氣經三通閥送入燃燒放散塔，經點火裝置點燃放散。當轉爐出鋼時，風機降至600 r/min。當三通閥發生故障時，旁通閥打開，轉爐煤氣經旁通閥點燃放散。

2 影響轉爐煤氣回收量的因素分析

2.1 轉爐吹煉操作

2.1.1 加料操作

轉爐煤氣回收與轉爐的加料操作密切相關。轉爐煤氣回收也分為前期、中期和后期，并與轉爐操作的吹煉前期、中期和后期相對應。

通過對加料操作曲線和煤氣回收曲線進行對比分析，發現在轉爐吹煉前期造渣料加入過多時，造渣料熔化吸熱，使熔池升溫速度變慢，影響碳氧反應速率，開始回收時間延遲；吹煉中期如果操作不當，碳氧反應不平穩，CO含量波動較大，造成嚴重返干或噴濺，導致煤氣回收中斷；吹煉后期，如果氧槍槍位過高，容易造成轉爐煤氣含氧量過高，煤氣回收停止。

2.1.2 供氧強度

供氧強度直接影響爐內的碳氧反應的進行，當供氧強度增大時，爐內碳氧反應速率提高，顯著提高吹煉初期的CO含量上升的速率，使煤氣開始回收的時間提前和整體回收的時間延長。相關文獻表明，轉爐供氧強度每提高1 m3/（min·t），轉爐煤氣回收量可提高11.95 m3/t[1]。

2.1.3 降罩操作

在轉爐吹煉過程中，外部空氣的吸入將直接影響煤氣的回收進程，而空氣的吸入量是與活動煙罩和爐口之間間隙的大小有關。因此要嚴格按照操作規程控制吹煉過程中煙罩下降位置，以保證既能滿足吹煉操作的要求，且能滿足減少空氣吸入的要求。

現場觀察發現以下兩方面問題對降罩位置影響較大:

（1）部分操作人員在下槍吹煉過程中存在全程不降罩或降罩不到位的問題；

（2）爐口粘渣清理不及時，造成煙罩無法降到位的問題。

2.2 爐口微正壓的保持

衡量轉爐煤氣回收水平，必須同時考慮煤氣回收量及煤氣熱值兩個指標，要保證最大限度提高轉爐煤氣熱值，合理爐口差壓控制是關鍵[2]。一般要求爐口差壓保持微正壓，以減少空氣吸入量。正壓過大會造成爐口煙氣外溢，煤氣在煙罩外燃燒；差壓過小或負壓時，會造成外部空氣吸入煙罩，使回收煤氣中氧氣含量增加，將直接影響煤氣的回收，尤其是前期煤氣的回收，且會降低煤氣熱值。

2.3 煤氣回收不均導致的煤氣放散

由于轉爐冶煉節奏的不確定性，有時存在3座轉爐長時間同時回收的情況，煤氣柜容量不足以容納瞬間的煤氣回收峰值，會有柜滿拒收放散現象發生，這種柜滿放散煤氣現象在現實生產中經常發生。另一方面有3座轉爐同時回收，就有3座轉爐同時不回收的情況發生，會使煤氣柜容迅速下降，也同樣會影響煤氣用戶的正常使用。這就形成了一會煤氣放散，一會煤氣不夠用的矛盾局面[3]。

3 提高轉爐煤氣回收量的措施

3.1 優化轉爐操作

兼顧轉爐冶煉脫碳及煤氣回收的關系，對煉鋼操作工藝進行優化。

（1）在吹煉前期減少造渣料的加入量，以避免大的造渣量影響熔池升溫速度和碳氧反應速率，保障煤氣回收的時長。

（2）吹煉中期造渣料采用少量、多批加入，保證吹煉平穩，化好過程渣，避免過程噴濺或返干，防止碳氧反應過于集中煤氣外溢。

（3）吹煉后期，及時降低槍位，避免槍位過高，脫碳反應速率減慢，造成煤氣中氧含量高停止回收。

（4）制定采用雙渣操作的技術標準，規定鐵水[Si]＞0.80%、鐵水[P]＞0.15%、鐵水[Mn]＞0.5%或鋼種成品[P]＜0.015%時轉爐采用雙渣操作，避免不必要的雙渣操作造成煤氣回收中斷現象發生，最大限度保證煤氣的回收。

轉爐加料操作方案如圖2所示。

3.2 優化供氧強度和操作

（1）提高前期供氧強度，將前期的供氧強度由3.0 m3/（min·t）提高到3.6 m3/（min·t），加快前期爐內的碳氧反應速率，使吹煉初期煤氣的CO含量上升速率加快，煤氣開始回收的時間可以提前，以達到增加煤氣回收時間，提高煤氣回收量的目的。

（2）通過在轉爐操作畫面上加入煤氣CO%濃度值實時顯示畫面，操槍工在冶煉操作時可以實時觀察煤氣濃度變化，及時調整操作，保證煤氣一直處于回收狀態，這樣不僅可以提高操作水平，還可以有效避免因過程布料或者槍位變化而造成的煤氣回收中斷現象，有效提高煤氣回收量。

3.3 優化煤氣回收條件

聯合特鋼回收的煤氣主要用于廠內鐵包、鋼包、中間包等耐火材料的烘烤，原回收標準要求煤氣中O2含量低于1.5%、CO含量大于15%，過于嚴格的回收條件雖然提高了煤氣的熱值，但減少了煤氣的回收量，在滿足用戶熱值需要的前提下，適當降低回收標準，可有效提高煤氣回收量。調整后的回收標準要求煤氣中O2含量要求不變，放寬了CO%回收條件。

圖2 轉爐加料操作方案示意圖

3.4 爐口微差壓

天鋼聯合設備中不具備爐口微差壓檢測功能，在爐口微差壓控制上采用分段設定喉口開口度的方法。原設定參數見表1。

表1 原喉口開度設定值

現場觀察爐口煙氣情況發現，吹煉過程中出現煙氣外溢，且時間較長。根據現場的觀察統計，對現有設定值進行優化，優化后的設定值見表2。優化后，吹煉過程煙氣外溢問題明顯改善。

表2 優化后喉口開度設定值

3.5 縮短控制開關反應時間

更換原有水封逆止閥，縮短水封逆止閥開關反應時間，開關轉換由原來的35 s降至5s，使得煤氣回收時間延長了近3 0s。

3.6 減少非必要放散

（1）利用大修期間，對煤氣柜組漏點進行修復，保證轉爐煤氣的正常回收。

（2）加強設備點檢，減少由于設備故障造成的煤氣放散。

（3）強化調度管理，實現轉爐錯峰冶煉，避免煤氣回收的瞬時峰值過高造成的拒收。

（4）專人負責統計每天的轉爐煤氣放散數量與原因，制定解決方案。

4 實踐效果

2019年7月份開始通過對聯合特鋼3座120t轉爐煙氣凈化及煤氣回收系統實施上述措施，加強了煤氣回收管理措施，3座120 t轉爐煤氣回收數量達到135.57 m3/t，相比原水平提高了41.53%，取得了顯著效果，如圖3所示。

圖3 轉爐煤氣回收數量趨勢

5 結語

聯合特鋼公司煉鋼廠攻關小組對影響轉爐煤氣回收的因素進行了分析，通過現場調研的方式找到影響煤氣回收的關鍵因素，有針對性制定了一系列改進措施。通過調整轉爐操作、優化喉口開度設定、優化煤氣回收條件、加強生產調度和設備管理等措施，延長了煤氣回收時間，減少了煤氣回收中斷和拒收現象的發生，使煤氣回收量由原來的95.79 m3/t提高到135.57 m3/t，相比原水平提高了41.53%，達到了攻關的預期目標，取得了良好的經濟效益和社會效益。