宣鋼KR鐵水自動脫硫技術的應用實踐

韓云飛

（河鋼集團宣化鋼鐵公司，河北075100）

0 引言

隨著宣化鋼鐵公司（后稱宣鋼）轉型升級的持續推進，產品的結構發生了較大變化。目前，宣鋼冶煉的品種鋼主要以優質低合金鋼和硬線鋼為主，其代表產品包括ER70S-6焊絲系列和SWRH82B預應力鋼絞線系列，這些鋼成品要求有較低的硫含量。

為了適應優質鋼低含硫量的要求，宣鋼通過不斷技術進步和工藝操作的改進，在KR脫硫系統開發了鐵水自動脫硫技術。本文介紹了宣鋼鐵水脫硫的主要工藝設備、脫硫的工藝流程和脫硫的自動控制模型，以及自動控制模型的主要功能和實施效果。通過實踐，印證了鐵水自動脫硫控制模型的實用性，實現了鐵水精準脫硫，提高了KR鐵水脫硫的效率和命中率。

1 KR鐵水脫硫設施簡介

1.1 KR鐵水脫硫工藝流程

宣鋼煉鋼廠鐵水脫硫工藝為KR法，其主要操作工藝包括：鐵水測溫、鐵水取樣，扒渣和脫硫操作，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 脫硫操作工藝流程

1.2 KR鐵水脫硫主要工藝設備

KR鐵水脫硫主要工藝設備包括：備料系統、加料系統、地面車輛系統、扒渣系統和攪拌系統。

（1）備料系統主要包括：料倉下旋轉給料器、料倉振打器、布袋除塵器、料倉流態化切斷閥、調節閥等。

（2）加料系統主要包括：稱量斗稱、流態化切斷閥和調節閥、升降溜槽、稱量斗下旋轉給料器，以及壓力、流量監測儀表等。

（3）地面車輛系統主要包括：鐵水罐車行走機構、渣罐車行走機構、鐵水罐傾翻機構等。

（4）扒渣系統采用成套扒渣機，只與鐵水罐車保持一定的聯鎖關系。

（5）攪拌系統主要包括：攪拌頭升降機構、攪拌頭旋轉機構，升降小車夾緊裝置、翻板軌道。此外，攪拌系統還包括一些附屬設備，主要有鐵水罐車防塵門、渣罐車防塵門、除塵閥門和液壓設備。

2 KR鐵水自動脫硫控制技術

2.1 KR鐵水自動脫硫控制模式

對于硫含量滿足轉爐冶煉要求的鐵水，鐵水進站后只需進行扒渣處理，由于渣塊在鐵水表面隨機分布，因此，需要操作人根據鐵水表面鐵渣情況進行人工扒渣操作。

對于鐵水硫含量超出轉爐冶煉入爐要求范圍的，設定兩種自動脫硫模式，分別為淺脫硫處理模式和深脫硫處理模式，以此滿足轉爐對入爐鐵水硫含量的要求，實現鐵水脫硫的精準控制，避免脫硫劑的浪費。淺脫硫處理模式是針對低合金鋼種，脫硫目標值設定為0.045%；深脫硫處理模式是針對40～70號 優 質 碳 素 結 構 鋼、SWRH82B絞 線 鋼、ER70S-6焊絲鋼及C72DA系列鋼種，脫硫目標值設定為0.010%。

脫硫自動控制模型可根據脫硫模式、鐵水重量、鐵水溫度、鐵水S含量、鐵水Si含量等鐵水初始條件以及攪拌頭使用次數，自動計算出脫硫劑的用量、攪拌頭插入深度、攪拌速度、攪拌時間等參數。KR鐵水自動脫硫控制流程如圖2所示。

圖2 自動脫硫控制流程圖

2.2 KR鐵水脫硫模型攪拌頭控制參數確定

以宣鋼煉鋼廠1號鐵水脫硫站為例，KR鐵水自動脫硫控制模型主操作頁面如圖3所示。

圖3 KR鐵水自動脫硫控制主頁面

2.2.1 攪拌頭下降設定高度的確定

攪拌頭下降設定高度H1，由式①求得。

式中：H為液面高度；L為攪拌頭插入深度，取1.3 m；V為攪拌頭體積；S為鐵水包底面積，鐵水包直徑為4.02 m，耐材厚度0.28 m，計算S為9.4m2。

鐵水液面高度H由式②求得。

式中：H0為鐵水液面相對高度；h0為鐵水包底面耐火磚厚度，取0.20 m；h為鐵水包底面至地面的距離，1.65 m。

鐵水液面相對高度H0由式③求得。

式中：G為鐵水包總重量，采集天車稱量數據；G0為鐵水包皮重，采集天車稱量數據；ρ為鐵水密度，取7.138 t/m3；g為重量加速度，取9.8 m/s2；S為鐵水包底面積，取9.4。

2.2.2 攪拌頭其他控制參數的確定

圖2中：攪拌頭指定高度H2為液面高度H+50 cm，為攪拌頭甩渣時的高度；備料重量M由模型計算得到；攪拌頭攪拌速度V1由模型和模式共同決定；攪拌頭加料速度V2由模式中鐵水溫度，鐵水渣粘稠程度，Si含量等決定[1]。

2.3 KR鐵水自動脫硫操作工藝

（1）當鐵水罐車開至脫硫工位后，首先進行鐵水罐傾翻、扒渣處理。同時脫硫冶煉工在脫硫控制畫面中對自動脫硫模型的初始條件進行設定，包括脫硫模式、鐵水初始條件以及攪拌頭使用次數等，模型自動計算出過程控制值，自動控制系統以計算脫硫劑用量為設定值，自動備料。

（2）當鐵水罐復位后，脫硫冶煉工在脫硫控制畫面中點擊開始冶煉后，攪拌頭依據模型計算值下降至插入深度，按照模型設定速度逐漸提升攪拌速度。其中深脫硫模式攪拌頭插入深度大于淺脫硫模式，且攪拌較為劇烈。

（3）按照模型設定速率逐漸提升攪拌速度，在速度達到60 r/min時開始加入脫硫劑。淺脫硫模式下，速度達到85 r/min時完成加料；深脫硫模式加料速度由模型提供，相對于淺脫硫模式加料時間較長。加料過程中模型對后期攪拌頭轉速會進行補償，之后迅速提升轉速至模型設定轉速110 r/min。

（4）攪拌過程持續至模型設定時間停止攪拌，其中深脫硫模式的攪拌時間長于淺脫硫模式。停止攪拌后，攪拌頭提升至距液面0.5 m處，開始攪拌頭甩渣，停止后，液面靜置5分鐘后，開始鐵水罐傾翻扒后渣操作，自動脫硫結束。

3 實施效果

3.1 脫硫命中率顯著提高

通過對鐵水自動脫硫控制技術的不斷完善，以及對工藝控制參數的不斷改進，KR鐵水自動脫硫控制模型在宣鋼已投入生產運行。鐵水自動脫硫控制模型的運行，規范了脫硫操作流程，實現了KR的精準脫硫。從生產運行數據可以看出，脫硫命中率顯著提高。對比項目實施前后脫硫命中率如表1所示。

通過表1可以看出，KR脫硫自動控制技術投用后，通過近一年的脫硫數據統計，脫硫平均命中率由2019年的86.7%提高到2020年的94.2%。

表1 2019年度與2020年度脫硫命中率對比

3.2 脫硫作業周期明顯縮短。

鐵水自動脫硫控制技術使得鐵水脫硫處理時間縮短，KR生產運行效率明顯提高，保障了轉爐鐵水的供應，縮短了轉爐等鐵時間，而工人的勞動強度也隨之降低。對比項目實施前后脫硫周期如表2所示。

通過表2可以看出，鐵水脫硫自動化控制相對于人工控制，脫硫處理時間縮短了3分鐘，整個流程銜接更加緊密。

表2 2019年度與2020年度脫硫周期對比

4 結語

通過KR鐵水自動脫硫技術的應用，提高了鐵水脫硫的精準度，KR脫硫命中率由86.7%提高到94.2%，滿足了轉爐冶煉品種鋼的要求，為宣化鋼鐵公司產品升級和轉型發展創造了條件。另外自動脫硫模型的運行，規范脫硫操作流程，使得脫硫操作流程銜接更加緊密，平均每爐鐵水脫硫時間縮短了3分鐘，提高了KR脫硫生產效率，保障了轉爐生產鐵水的供應，顯著減少了轉爐空爐等鐵時間，同時降低了工人的勞動強度。