基于干法除塵下高碳鋼雙渣留渣法冶煉工藝的優化

李 敬，劉 偉

（天津工業職業學院天鐵校區，河北056404）

0 引言

隨著鋼鐵行業的智能制造技術不斷的升級，實現全智能化冶煉成為了未來轉爐煉鋼技術的重要發展方向。但由于國內煉鋼工藝發展的不均衡[1]，一些地方鋼鐵企業缺乏完善的動態監測設備，轉爐煉鋼過程還主要靠人工經驗操作，或者通過靜態模型對轉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生頻率產生一定的影響，需要通過優化冶煉工藝，采取措施合理控制轉爐煙氣中CO 的上升速度和O2的下降速度，避開泄爆發生的條件，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，在生產高碳鋼的過程中由于受實際冶煉條件如：鐵水、物料、檢測設備等的影響，轉爐在整個吹煉過程和終點目標控制方面情況并不理想。整個吹煉過程經常出現噴濺和爐渣返干等現象[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據統計表。

表1 熱軋板公司1150 爐高碳鋼冶煉終點數據統計

從表1 可以看出，溫度、碳和磷三者同時命中率只有27%。高碳鋼在轉爐冶煉過程中，鋼液中的磷和碳這兩個重要化學元素往往難以實現平衡發展，不容易協調。為實現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；而以磷為中心目標進行煉鋼，冶煉過程碳元素燒損嚴重，又將導致鋼液終點碳含量偏低。并且高碳鋼在轉爐冶煉過程中對溫度的要求也很高，當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致溫度過低。所以高碳鋼在轉爐冶煉過程中存在“碳溫”不容易均衡發展的問題。因此，轉爐冶煉高碳鋼時主要的技術指標就是在操作中協調“溫度、碳和磷”三要素的均衡發展[3]，提高轉爐冶煉終點碳、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化高碳鋼冶煉工藝，180 噸轉爐作業區在基于干法除塵系統下，曾嘗試了單渣留渣操作和雙渣操作，但在實際生產中總結發現這兩種操作方法并不能有效提高轉爐冶煉終點命中率。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，進而影響轉爐爐襯的維護。在這樣的前提下，熱軋板公司轉爐作業區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爐冶煉結束出鋼后將爐渣留在爐內，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，前期脫磷結束后進行倒渣操作，然后根據對鋼水的取樣分析，適量加入造渣料繼續化渣進入脫碳階段的吹煉，吹煉結束后倒爐出鋼、留渣再進行濺渣護爐操作，并以此循環往復。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，減輕了轉爐冶煉后期的脫磷負擔。實踐證明雙渣留渣工藝冶煉中高碳鋼可以很好的控制轉爐冶煉過程中溫度、碳和磷三者的均衡發展，從而有效的提高轉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

轉爐煙氣凈化的處理方法主要分為全濕法、干濕結合法或全干法三種形式。目前國內鋼鐵行業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備，凈化除塵系統靈活，建設投資和運轉費用低，在部分鋼鐵企業得到了很好的應運。目前天鐵熱軋板公司180 轉爐采用的就是干法靜電除塵設施。雖然干法靜電除塵器有除塵效率高、節約用水、受煙氣量波動影響小等優勢，但在轉爐冶煉煙塵處理的過程中，經常會因煙氣中CO 含量的控制不當而產生“泄爆”現象，尤其采用雙渣留渣工藝時“泄爆”現象更容易發生。

2.2 干法靜電除塵產生“泄爆”現象原因及防范措施

在轉爐吹煉過程中，爐內的鐵水與氧氣發生劇烈的氧化反應而生成大量的高溫煙氣，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象始終存在于靜電干法除塵系統內，當CO≥9%，O2≥6%時，且靜電除塵器內產生電極放電，就會發生泄爆。所以合理控制轉爐煙氣中CO 和O2的含量是避免發生泄爆的有效方法。而在實際生產中雙渣留渣操作一旦操作不當極容易發生“泄爆”，其對干法靜電除塵產生的影響以及相應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反應，容易造成開吹點火失敗，使得大量氧反射進入除塵系統，增加了除塵系統的氧含量，從而延長了除塵系統中氧含量下降到6%以下的時間，容易達到“6、9”泄爆條件[4]，產生泄爆。相應采取的措施如下：

（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，使爐渣在爐內鋪開，避免爐渣黏在一起，形成大塊，影響開吹點火。

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

（5）氧槍開氧后30 秒內點火不成功，必須馬上提槍，采取相應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，導致爐內溫度較正常偏高，所以較正常爐次碳氧反應提前，在干法除塵條件下如果不采取適當的措施，煙氣中CO 含量上升過快，容易導致除塵系統泄爆。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。相應采取的措施如下：

（1）適當延長濺渣時間，降低爐內留渣溫度。

（2）結合鐵水成分，優化頭批料加入，降低開吹溫度，減緩碳氧反應。在實際生產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，還優化了前期爐渣的熔化條件，有利于前期倒渣操作。

（3）關注爐渣情況，結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，碳氧反應劇烈，容易產生“泄爆”，爐渣發泡，加大了倒渣難度。總結實際生產情況，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，在關注“泄爆”問題的同時，還要注意冶煉過程“噴濺”的控制。如何協調“泄爆”與“噴濺”的關系，這就需要操作人員合理安排物料加入時間和加入量，對于易產生噴濺時期提前預判并采取操作上的調整。

3 雙渣留渣工藝效果分析

3.1 轉爐爐況得到改善

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 企業獲得的經濟效益

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 噸轉爐冶煉高碳鋼一直采取了雙渣留渣工藝。現將9 月～10月SWRH82B 冶煉數據進行了整理，并同 雙渣、單渣工藝生產SWRH82B 的數據進行了比較。數據比較情況如表2 所示。

從表2 中的數據可以看出，熱軋板公司在采用雙渣留渣操作后，轉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 中數據所示。

表2 雙渣留渣工藝與雙渣、單渣工藝冶煉SWRH82B 數據對比

從表3 中數據可以看出，采用雙渣留渣操作后，每爐可節省輕燒白云石約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雜，暫時不予考慮，單節省物料方面，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省費用：

表3 單渣、雙渣操作和雙渣留渣工藝物料消耗數據對比

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

4 結論

（1）轉爐冶煉中高碳鋼在企業缺乏完善的動態監測設備的情況下，依靠人工經驗，采用雙渣留渣操作可以很好的控制轉爐冶煉過程中溫度、碳和磷三者的均衡發展，從而有效的提高轉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，為企業起到降本增效的作用。

轉爐爐況得到改善

（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，若操作不當極易發生“泄爆”，泄爆發生的條件CO≥9%，O2≥6%，因此合理控制轉爐煙氣中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。