趙自鑫，費鵬，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：為了進一步降低鞍鋼鲅魚圈鐵水預處理的生產(chǎn)成本， 在扒渣過程中采用了涌動式扒渣工藝。新工藝實施后，深脫硫罐次轉(zhuǎn)爐回硫量降低了0.000 5%，鐵水預處理扒渣鐵損降低了2.11 kg/t 鐵，工序時間縮短了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；預處理；涌動式扒渣
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)計年產(chǎn)鋼能力650 萬t，集成了當今世界冶金領(lǐng)域多項先進裝備， 包括三座鐵水預處理、三座公稱噸位260 t 頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐及三臺板坯連鑄機, 其中鐵水預處理采用德國POLYSIUS 復合噴吹技術(shù)并引進其關(guān)鍵設(shè)備。
隨著鋼鐵產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化競爭的進一步加劇，如何降低生產(chǎn)成本成為眾多冶金工作者的共同目標。鲅魚圈煉鋼部結(jié)合涌動式扒渣系統(tǒng)，在生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上，對脫硫扒渣工藝進行改進，實施了涌動式扒渣技術(shù)，有效縮短了扒渣時間，降低了扒渣鐵損。本文對此作一介紹。
1 鞍鋼鲅魚圈鐵水預處理工藝
1.1 鐵水預處理工藝特點
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司鐵水預脫硫噴吹系統(tǒng)以氮氣作為輸送氣體，采用高壓、濃相、復合噴粉工藝，可以實現(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。脫硫與扒渣是兩個相互獨立、且又緊密聯(lián)系的鐵水預處理工藝， 脫硫工藝決定了處理終點鐵水硫含量的水平，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。因此采用先進的扒渣設(shè)備與工藝對系統(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對脫硫后的鐵水進行扒渣，工藝流程為：倒罐間測溫取樣（脫硫前）→鐵水罐吊運至運輸傾翻車→運輸傾翻車開至噴吹位→啟動噴槍對鐵水進行噴吹→噴吹結(jié)束測溫取樣（脫硫后）→傾翻鐵水罐進行扒渣操作→扒渣結(jié)束運輸至吊罐位→鐵水吊運至轉(zhuǎn)爐。
1.2 鐵水預處理設(shè)備介紹
鞍鋼鲅魚圈煉鋼部鐵水預處理區(qū)域共有三套脫硫、扒渣系統(tǒng)。系統(tǒng)采用的是德國POLYSIUS 復合噴粉脫硫及扒渣設(shè)備， 其中扒渣機的主要設(shè)備參數(shù)如表1。
2 涌動式扒渣系統(tǒng)工藝設(shè)計
2.1 涌動式扒渣工藝原理
涌動式扒渣工藝原理如圖1 所示。
涌動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)噴吹氮氣，吹入的氮氣泡受熱后膨脹，導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， 同時在噴槍孔周圍不斷有液態(tài)鐵水進行補充， 鐵水液面產(chǎn)生了橫向移動， 鐵水脫硫渣在鐵水與脫硫渣摩擦力的作用下隨鐵水進行了橫向移動， 隨著扒渣過程的進行，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。同時由于吹入氮氣形成的涌動效應(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，達到降低扒渣鐵損、提高扒凈率的目的。
2.2 涌動式扒渣工藝流程
鐵水在脫硫位噴粉結(jié)束， 待脫硫噴槍抬至上極限后，開始傾動鐵水傾翻車至扒渣角度，使用涌動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， 啟動涌動式扒渣系統(tǒng)，扒渣過程中扒渣板前伸至整個脫硫渣面的3/4處進行扒渣，待脫硫渣全部扒除后，將涌動式噴槍提起，噴吹氣體自動關(guān)閉，傾動鐵水傾翻車至“零位”扒渣結(jié)束。涌動式扒渣過程實際效果如圖2所示。
2.3 涌動式扒渣工藝參數(shù)對排渣效果的影響
2.3.1 噴槍位置對排渣效果的影響
涌動式扒渣噴槍的插入位置對排渣效果會產(chǎn)生很大的影響，在設(shè)計噴槍位置時需要重點關(guān)注，隨著噴槍插入位置逐漸向扒渣側(cè)移動， 排渣距離逐漸增大， 但是當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， 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 噴吹氣體流量對排渣效果的影響
涌動式扒渣噴吹氮氣流量對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，隨著氮氣流量的提高，排渣距離逐漸增大，而鐵水液面翻騰高度隨之增大， 液面波動幅度逐漸增大。表2 列出了在不同氮氣流量下排渣距離和液面翻騰高度的情況。
由表2 看出， 當噴吹N2流量下降至200 m3/h時，鐵水液面翻騰高度顯著降低，扒渣過程中的鐵水液面波動不明顯，有利于扒渣操作的順利進行。
2.3.3 噴吹氣體壓力、噴孔內(nèi)徑對排渣效果的影響
噴吹氣體壓力對排渣距離產(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，當噴吹氣體流量超過200 m3/h 時，出現(xiàn)了嚴重的液面波動。為了增加排渣距離，減小液面波動，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，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 噴槍插入深度對排渣效果的影響
涌動式扒渣噴槍的插入深度對排渣效果的影響與N2流量對排渣效果的影響相似，當噴槍插入深度大于400 mm 時，隨著噴槍插入深度的增加排渣距離逐漸增大，但同時鐵水液面翻騰高度增大、液面波動情況加劇。當噴槍插入深度小于400 mm時，排渣距離顯著減小，同時鐵水液面出現(xiàn)了嚴重的飛濺現(xiàn)象。
3 涌動式扒渣工藝應(yīng)用效果
3.1 對扒渣鐵損及扒渣時間的影響
由于涌動式扒渣系統(tǒng)產(chǎn)生的涌動效應(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、縮短了扒渣工序時間。涌動式扒渣系統(tǒng)投入前后平均扒渣鐵損及扒渣時間對比如表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,平均工序時間縮短1.5 min。
3.2 對回硫量的影響
對不同脫硫目標值罐次轉(zhuǎn)爐冶煉過程的回硫量進行跟蹤分析， 涌動式扒渣工藝實施前后轉(zhuǎn)爐回硫量對比如表5。由表5 看出，采用涌動式扒渣工藝后，轉(zhuǎn)爐冶煉過程回硫量顯著降低，深脫硫即目標硫含量在0.005%以下罐次的轉(zhuǎn)爐回硫量降低更為明顯，達到0.000 5%以上。
涌動式扒渣工藝成功應(yīng)用于工業(yè)純鐵、9Ni 等重點鋼種硫含量的控制上， 在降低生產(chǎn)成本的同時，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 對脫硫溫降的影響
涌動式扒渣工藝加強了鐵水扒渣過程中液面的翻騰，增加了脫硫工序溫降，表6 列出了相同噴吹時間，不同鐵水溫度區(qū)間內(nèi)，工藝實施前后鐵水溫降的對比。從表6 可以看出，采用涌動式扒渣工藝后，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，平均溫降增加了6 ℃，應(yīng)用涌動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，不會對廢鋼比及轉(zhuǎn)爐終點溫度造成影響。
3.4 對聚渣劑消耗的影響
涌動式扒渣工藝所產(chǎn)生的涌動效應(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，采用涌動式扒渣工藝聚渣劑消耗為0.145 kg/t，聚渣劑消耗降幅達到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脫硫采用了涌動式扒渣工藝， 扒渣鐵損降低2.11 kg/t 鐵， 扒渣工序時間縮短1.5 min/罐，鐵水聚渣劑消耗降低了0.145 kg/t 鋼，降幅達50%。
（2） 應(yīng)用涌動式扒渣工藝在降低扒渣鐵損的同時，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，深脫硫鋼種降幅達到0.000 5%。
（3） 涌動式扒渣工藝成功應(yīng)用于工業(yè)純鐵、9Ni 等重點鋼種硫含量控制上，在降低生產(chǎn)成本的同時，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)。