曹東

（鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

摘  要： 為解決鐵水脫硫扒渣時(shí)的鐵水扒損問題， 對(duì)鐵水脫硫渣物性及鐵水扒損原因進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了水模實(shí)驗(yàn)及熱態(tài)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了涌動(dòng)式扒渣系統(tǒng)，在120 t 鐵水罐開展了工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)。得出結(jié)論，鐵水涌動(dòng)式扒渣與常規(guī)扒渣方式相比，扒渣時(shí)間縮短4 min，鐵損減少1 t/罐以上，聚渣劑消耗為零。

關(guān)鍵詞： 鐵水脫硫；扒渣；涌動(dòng)

對(duì)于鋼鐵冶煉過程的硫， 歐美鋼企多采用全量鐵水脫硫預(yù)處理， 日本則采用全量鐵水三脫預(yù)處理^［1-3］。無論脫硫方法（噴吹或KR）及脫硫劑（CaO、Mg、NaCO₂、CaF₂等） 如何， 脫硫后鐵水表面大量的脫硫渣必須扒除。扒除不凈的殘?jiān)诤笮蜣D(zhuǎn)爐冶煉時(shí)會(huì)造成鋼液“回硫”現(xiàn)象^［4-9］，勢(shì)必增加精煉負(fù)擔(dān)。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明， 鋼水硫每增加0.001 0%，就會(huì)增加精煉處理成本約0.8~1.2 元/t。

脫硫渣扒除手段多為機(jī)械扒渣法（也有撈渣法），當(dāng)剩余少量流動(dòng)性極好的殘?jiān)鼤r(shí)， 大部分脫硫渣會(huì)繞過扒渣板從其兩側(cè)“回流”，只有扒渣板正面少部分在運(yùn)動(dòng)慣性作用下被扒出， 為將脫硫渣扒除干凈不得不二次、甚至三次投入聚渣劑^［10］，頻繁扒渣。不僅延長(zhǎng)扒渣時(shí)間，而且還增加成本。因此，本文研究了一種快速、少鐵損、不用聚渣劑的涌動(dòng)式扒渣方法，生產(chǎn)中起到了降低成本的效果。

1 鐵水扒損原因分析

1.1 鐵水脫硫渣物性

鐵水脫硫渣主要由高爐渣、脫硫產(chǎn)物及未被利用的脫硫劑組成。正常的高爐鐵水渣全鐵小于1%，如表1 所示，可近似認(rèn)為鐵水渣沒有金屬鐵。但鐵水噴吹鈍化Mg+CaO 粉脫硫后，取其渣樣，在磁選分離物中可直觀鐵粒，如圖1 所示?；瘜W(xué)分析脫硫渣中全鐵量大于50%， 說明渣中的鐵主要來自扒渣過程。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，100 t 鐵水罐平均扒損3.5 t/罐（扒渣時(shí)所帶出的鐵水損失簡(jiǎn)稱扒損），則每罐次扒渣將帶出金屬鐵大于1.7 t。因此，減少扒損對(duì)鋼廠的降本增效十分顯著。

1.2 扒損原因

采用鈍化金屬M(fèi)g 粉+流化CaO 粉混合噴吹工藝及機(jī)械扒渣板扒渣法，Mg:CaO=1:3~1:6。鐵損主要來自兩方面，一是渣中含鐵；二是扒渣攜帶。噴吹脫硫過程鐵水上下翻騰攪拌。盡管頂渣與鐵水相比，因密度差漂浮在頂部，但仍會(huì)形成渣中有鐵、鐵中有渣的混合態(tài)，一部分液滴在鐵水罐從脫硫站到扒渣站轉(zhuǎn)運(yùn)過程重新滲回鐵水熔池中（有的脫硫位即扒渣位）， 但仍有部分滯留在渣中，隨頂渣一起被扒除。

針對(duì)這一問題， 一般采取降低脫硫渣粘度以降低鐵損， 即在脫硫粉劑中配入或在噴吹前加在鐵水罐表面一定量的Na、K 鹽類^［11］，以期生成低熔點(diǎn)物質(zhì)降低頂渣熔點(diǎn)， 從而最大限度地使渣中金屬鐵液滴滲回鐵水熔池。二是扒渣時(shí)，鐵水罐會(huì)有一定的傾斜角，一般控制傾斜角度在23°~28°范圍， 在扒渣板往復(fù)扒渣過程中不可避免地會(huì)攜帶鐵液， 尤其在扒渣后期渣稀量少時(shí)， 鐵損明顯加速。導(dǎo)致雖然通過添加Na、K 鹽類減少了渣中包裹金屬鐵液滴， 但流動(dòng)性變好的頂渣更加不易扒除，需加快扒渣板速度，反而增加鐵損，因此，很難解決回硫和扒損的矛盾。

2 涌動(dòng)式扒渣實(shí)驗(yàn)

2.1 水模實(shí)驗(yàn)

利用直徑1 mm， 密度0.4 g/mm³ 的樹脂顆粒模擬鐵水脫硫后頂渣， 模擬渣層厚度25~35 mm。鐵水罐模型傾斜角度約23°~28°。采取雙槍方式從鐵水罐模型頂部垂直插入， 供氣流量70 m3/h，氣體壓力0.7 MPa，水模實(shí)驗(yàn)效果如圖2 所示。

由圖2 看出，在雙槍作用下，由于有2 個(gè)涌動(dòng)點(diǎn)，通過氣體流量、壓力及槍距的控制即可將頂渣“推”成“半圓形”，聚堆后的頂渣不但易于扒除，而且殘?jiān)Ｓ嗌佟㈣F損少（若在單槍噴吹作用下，頂渣會(huì)被“推”成彎彎的“月牙形”，“月牙”兩個(gè)尖端殘?jiān)匀话浅щy）。雖然在理論上這樣的“涌動(dòng)點(diǎn)”越多越能將頂渣“推”成易于扒除的形狀，但考慮使用方便、設(shè)備維護(hù)及消耗成本等因素，綜合考慮2 支噴氣槍結(jié)構(gòu)是合理的。

2.2 熱態(tài)實(shí)驗(yàn)

高壓N₂由主氣道分送至4 個(gè)細(xì)小分氣道，噴氣槍結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。因4 個(gè)氣孔分散出氣，為避免高壓氣體過分集中導(dǎo)致鐵水噴濺， 保證足夠的氣量，所以僅依靠涌動(dòng)力把頂渣推向扒渣口，噴槍外部包裹耐火度1 500 ℃以上的耐火材料。

利用500 kg 多功能頂?shù)讖?fù)吹中頻感應(yīng)爐開展鐵水涌動(dòng)式扒渣熱態(tài)中試實(shí)驗(yàn)， 熱態(tài)實(shí)驗(yàn)效果如圖4 所示。

金屬生鐵450 kg，脫硫渣4.5 kg（CaO+Mg 混合噴吹形成的鐵水罐頂渣），升溫至1 300 ℃時(shí)投入脫硫渣。脫硫渣熔化后， 將爐體傾斜至扒渣狀態(tài)， 沿爐口上沿內(nèi)壁垂直下降包裹耐火材料的噴氣槍，插入深度約300 mm，供氣流量0.5~1.0 m³/min。噴槍插入后鐵液在快速上浮的氣體帶動(dòng)下，自下而上翻涌，在涌動(dòng)鐵水“推”動(dòng)下，僅約30 s 頂渣即被偏聚在扒渣口，

3 工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)

生產(chǎn)中，100 t 的鐵水罐內(nèi)徑為2.8 m（新包），260 t 的鐵水罐內(nèi)徑約4 m， 一支噴槍很難將所有頂渣聚集在扒渣口。因此，本研究采取雙槍垂直插入模式，設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)級(jí)浸入頂吹N₂

涌動(dòng)式扒渣系統(tǒng)，整套系統(tǒng)包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)及激光定位系統(tǒng)等組成。2 支噴氣槍從鐵水罐偏頂部（1/4 直徑處）垂直插入鐵水，依靠鐵水自下而上翻涌將頂渣推向扒渣口呈半圓形淤積， 扒渣板僅在扒渣口附近作業(yè)， 扒渣動(dòng)作也由空間三維“S”形運(yùn)動(dòng)變成一維直線運(yùn)動(dòng)。

插入深度0.5 m， 供氣流量180 m³/h， 壓力0.6 MPa。由于不同鋼種對(duì)脫硫要求不同，僅針對(duì)簾線、重軌等要求深脫硫鋼種開展工業(yè)試驗(yàn)，這些鋼種均要求深脫硫至0.002%。頂渣徹底扒凈，在120 t 鐵水罐進(jìn)行涌動(dòng)式扒渣工業(yè)試驗(yàn)，見圖5所示。

由圖5 可以看出，在鐵水持續(xù)的涌動(dòng)力下，稀渣也難于從扒渣板兩側(cè)繞回， 大大降低了扒渣難度。統(tǒng)計(jì)50 罐次試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)，結(jié)果見表2。表2中回硫超標(biāo)的爐次與總爐次的比例為回硫超標(biāo)率，定義轉(zhuǎn)爐出鋼硫含量大于0.01%為回硫超標(biāo)。由表2 看出， 扒渣時(shí)間縮短3~5 min， 鐵損減少1.0~1.5 t/罐，回硫超標(biāo)率下降一半。

4 結(jié)論

（1） 鐵水扒損主要來自脫硫渣含鐵和扒渣攜帶，提高脫硫渣流動(dòng)性有利于減少渣中含鐵量，但增加扒渣難度，渣稀量少時(shí)扒損增加明顯。

（2） 為降低生產(chǎn)成本及方便維護(hù)， 鐵水涌動(dòng)式扒渣系統(tǒng)確定2 支噴氣槍結(jié)構(gòu)， 噴氣槍從鐵水罐口偏頂部垂直插入鐵水，使頂渣呈“半圓形”淤積在扒渣口，更易于扒除。

（3） 工業(yè)試驗(yàn)中， 控制噴氣槍插入深度0.5 m，供氣流量180 m³/h，壓力0.6 MPa。試驗(yàn)結(jié)果是扒渣時(shí)間縮短約4 min，鐵損減少1 t/罐以上，聚渣劑消耗為零。

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