于春強

（河鋼集團宣鋼公司， 河北 宣化 075100）

摘 要：宣鋼公司 150 t 轉爐煙氣除塵采用干式除塵工藝，干式除塵條件下留渣雙渣工藝將會使靜電除塵器泄爆幾率大大增加，泄爆的發(fā)生不僅對設備造成損壞還對生產(chǎn)節(jié)奏產(chǎn)生極大影響，嚴重制約了煉鋼產(chǎn)能的提升。通過分析干式除塵轉爐留渣雙渣泄爆原因及控制難點，通過調整優(yōu)化轉爐操作工藝，實現(xiàn)干式除塵轉爐條件下的留渣雙渣操作，控制除塵泄爆率≤0.1%，為干式除塵轉爐采用留渣雙渣工藝替代傳統(tǒng)雙渣工藝，從而降低物料消耗奠定基礎。

關鍵詞：轉爐；干式除塵；泄爆；留渣；雙渣

隨著鋼材市場競爭的日益激烈，降低生產(chǎn)成本及冶煉品種的創(chuàng)效成為鋼鐵企業(yè)的生存之道。目前宣鋼品種鋼生產(chǎn)比例達到了 50%以上，雙渣脫磷工藝比例大大增加，但傳統(tǒng)的雙渣不留渣工藝物料消耗較高，影響轉爐成本的降低，與傳統(tǒng)的雙渣工藝相比轉爐留渣雙渣冶煉工藝在提高轉爐脫磷效率、減少轉爐物料消耗等方面具有極為明顯的優(yōu)勢。

從生產(chǎn)實踐中看，干法凈化后的氣體含塵質量濃度低，可達到 10 mg/m³ 以下，遠低于濕法除塵的50~300 g/m³；回收的煤氣質量更高，風機磨損更小；除塵灰可直接利用；用水量僅為濕法的 10%~20%；耗電僅為濕法的 2/3，因此干法除塵系統(tǒng)在國內外鋼鐵企業(yè)被廣泛應^[1]。宣鋼 150 t 頂?shù)讖痛缔D爐采用的就是這種干式除塵工藝。干式除塵下留渣雙渣工藝的難點是防止出現(xiàn)泄爆現(xiàn)象，否則就會影響到轉爐的穩(wěn)定生產(chǎn)及干式除塵系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行，此外還制約了轉爐工序煤氣及余熱蒸汽的回收水平的提高。如何在干式除塵轉爐不泄爆的情況下實現(xiàn)留渣雙渣工藝，成為重要的降本增效手段。

1 泄爆機理分析

造成泄爆泄爆產(chǎn)生的條件：可燃性氣體與氧氣混合比達到爆炸極限，即 φ(CO）≥9%，φ（O₂）≥6%，或者φ（H₂）≥3%，φ（O₂）≥2%；混合氣體的溫度在最低著火點：t_CO≤610 ℃，t_H2≤645 ℃；有火種（EP 內電極放電，產(chǎn)生電火花），三者條件都滿足條件即發(fā)生泄爆^[2，3]。

2 留渣雙渣操作簡述

留渣雙渣操作即在轉爐上一爐次濺渣結束后，將濺渣結束剩余爐渣全部或部分留下，作為下一爐吹煉前期的造渣劑使用。在硅錳氧化期結束、碳氧反應即將開始的階段（此時最佳倒渣溫度為 1 350℃左右）提槍倒出部分高磷爐渣，然后起爐加入第二批造渣料再次吹煉至冶煉結束的工藝，工藝流程如圖所示^[4]。

3 脫磷效果分析

3.1  脫磷原理

通常認為，磷在鋼中是以[Fe3P]或[Fe2P]的形式存在，為方便起見，均用[P]表示。煉鋼過程中的脫磷反應是在金屬液與熔渣界面進行，首先是[P]被氧化成（P₂O₅），然后與（CaO）結合成穩(wěn)定的磷酸鈣，其反應式可表示為^[5]：

啟普曼認為，去磷反應的平衡常數(shù)和溫度之間 的關系為：

式中：KP 為平衡常數(shù)；x（4CaO·P₂O₅） 為爐渣中 4CaO·P₂O₅ 的摩爾分數(shù)；w[P]為鋼液中磷的質量分數(shù)，%；x FeO 為爐渣中 FeO 的摩爾分數(shù)；x CaO 為爐渣中 CaO的摩爾分數(shù)；T 為熔池溫度。

由式（5）計算可得：當將轉爐熔池溫度控制到1 350~1 400 ℃時，爐渣中的 P 含量遠沒有達到飽和狀態(tài)，還具有很高的溶解度，這就為爐渣的重復利用提供了理論支撐。同時從轉爐脫磷機理三要素中的堿度及氧化性方面分析，終渣具有一定的堿度，且FeO 含量較高，對于留渣雙渣爐次的前期脫磷十分 有利^[6]。

3.2  脫磷生產(chǎn)實踐

轉爐脫磷的三要素主要為爐渣成分、溫度、動力學等方面，分別對雙渣倒渣時的溫度、堿度、吹煉時間等幾個因素進行分析對比，研究最佳的脫磷條件。

3.2.1  溫度與堿度對脫磷效果作用分析

雙渣走渣時溫度及渣堿度對脫磷效果的作用見圖 2 和圖 3。

當熔池溫度過低（一般情況下低于 1 350 ℃）時， 脫磷效率隨著溫度的降低而明顯降低；當溫度高于一定值（一般大于 1 450 ℃）時脫磷效果隨著溫度的升高而降低。因此溫度對脫磷效果的影響較為顯著。此外脫磷效果隨著爐渣堿度的升高而升高。當爐渣堿度低于一定值時，脫磷率降低比較明顯。

3.2.2  倒渣時吹氧時間對脫磷效果的影響

如圖 4 所示，吹煉初期為 Si、Mn 氧化期，脫磷率較低，隨著吹煉時間的上升，脫磷率明顯呈上升趨勢。當 Si、Mn 氧化完全，C-O 反應開始，爐內 FeO 含量降低，爐內溫度升高，脫磷率呈現(xiàn)下降趨勢。

4 留渣雙渣工藝控制難點

1）由于留渣雙渣法不進行倒渣操作，爐內渣量較大，隨著廢鋼比的提高，輕質廢鋼漂浮在鐵水液面上，導致點火困難，而氧槍中的氧氣則大量跑逸到煙氣中，O₂ 所占比例迅速升高，極易導致電除塵器泄爆^[7]。

2）留渣操作，冶煉前期爐渣溫度較高且爐渣具備一定的氧化性，C-O 提前開始反應生成 CO 氣體，大量的 CO 氣體進入除塵管道，將大大增加泄爆幾率的發(fā)生。

3）二次下槍后，由于空氣當中的 O₂ 進入除塵管道，如果直接開氧正常下槍吹煉，將會生成大量的CO 氣體，高含量的 CO 氣體進入除塵管道達到爆炸極限，使靜電除塵器發(fā)生泄爆。

4）氧槍槍位對吹煉影響。槍位偏高，脫碳速度減緩，但爐渣氧化性大大增加，爆發(fā)性噴濺的概率加大。槍位過低，脫碳速度加快，產(chǎn)生 CO 的量也將增多，點火吹煉初期泄爆概率也將增加。

5 工藝優(yōu)化

5.1裝料及造渣制度優(yōu)化

為保證下槍吹煉點火成功，要求廢鋼比要小于15%，且廢鋼中的輕薄料占比不能超過廢鋼總裝入量的一半。且要求廢鋼干燥，操作順序嚴格執(zhí)行先加廢鋼后兌鐵，并與除塵系統(tǒng)工作人員聯(lián)系確認好，具備條件后方可冶煉。

雙渣前期加入 5~10 kg/t 造渣料，冷卻劑加入量控制在 15 kg/t 以內，控制熔池溫度平緩上升，從而控制 CO 含量緩慢上升，避免“6、9”交叉泄爆。具體要求如下：

1）根據(jù)煉鋼爐爐型具體情況，對留渣量加以控制，并對爐渣進行固化。

2）安排專人對爐渣情況進行確認，確保爐內無液態(tài)渣之后方可兌鐵。

3）工藝上嚴格執(zhí)行先加廢鋼、再兌鐵的裝入制度。

4）裝料完成后立即下槍吹煉，以防止輕薄廢鋼上浮影響點火效果。

5）當發(fā)生點火失敗時，要求崗位操作工立即提槍停止吹煉，提槍后將轉爐前后搖動，將鐵水表面聚集的輕薄覆蓋物搖開，確保露出鐵水亮面后方可再次下槍。

6）點火成功之后根據(jù)火焰情況酌情加入造渣料。

5.2  吹氧制度優(yōu)化

下槍吹氧的 1 min 之內執(zhí)行“不降罩”操作，通過爐口帶入煙道空氣當中的 O₂ 將 CO 進行富氧燃燒，盡可能將初期生成的 CO 燃燒成為 CO₂，使 CO₂氣體將 CO 與空氣當中的 O₂ 進行阻斷，從而阻止爆炸性混合氣體的形成[8]。此外諸如小粒級燒結礦、礦石等含氧化鐵物料的加入時，要及時調整氧氣流量，可有效避免混合性爆炸氣體的形成。吹氧槍位及吹氧流量見圖 5、6。

1）點火階段，通知除塵工將氮氣稀釋閥手動打開，稀釋 180 s，降低系統(tǒng)氧含量。

2）開吹使用半流量點火，為確保快速點火成功，槍位控制在 1 500 mm，流量為 36 000 m³ /h。

3）待點火穩(wěn)定后，槍位升至 1 800 mm，流量降至 32 000 m³ /h。

4）由于渣量大，冶煉前期為盡快化渣，槍位略高于傳統(tǒng)雙渣法^[10]，并在開吹耗氧量在 1 000 m³ 后將流量降至 30 000 m³ /h，槍位升至 2 000 mm。

5）二次下槍前，用 N 吹掃 1 min，同時采用高槍位低流量模式，避免下槍后空氣中的 O₂ 與 CO 反應 發(fā)生泄爆。

6 應用效果

6.1留渣雙渣工藝經(jīng)濟效益

轉爐終點爐渣具有堿度高、溫度高的特點，同時有一定的 FeO 含量，而且是現(xiàn)成的熔體，隨著濺渣護爐工藝對爐渣的降溫，轉爐終渣在下一爐次冶煉的前期脫磷效果較好。此外，由于留渣雙渣工藝實現(xiàn)了爐渣的重復利用，較傳統(tǒng)工藝而言，在減少輕燒、白灰、小粒級燒結礦等物料的加入，以及在降低鋼鐵料消耗、轉爐噴濺等方面具有明顯的優(yōu)勢^[9]。

6.1.1  物料消耗對比

留渣雙渣工藝與轉爐傳統(tǒng)雙渣工藝相比，由于進行了留渣操作，故在白灰、輕燒以及含鐵物料等造渣物料的加入量方面都有所節(jié)約，尤其是活性石灰和輕燒白云石的消耗降低了 50%左右。根據(jù)供給轉爐的鐵水條件，溫度為 1 250~1 350 ℃，具體成分見表 1。

根據(jù)鐵水分析，以 45 號圓鋼為例，吹煉終點要求 w（C）=0.15%~0.35%，w（P）臆0.018%，溫度大于1 610 ℃，需要加入的物料如表 2 所示。

由表 2 可知，冶煉 45 號圓鋼留渣雙渣工藝較傳統(tǒng)雙渣工藝，按物料消耗中限計算，可節(jié)約活性石灰6.25 kg/t，輕燒白云石 11.25 kg/t，冷卻劑 12.5 kg/t，噸鋼節(jié)約成本 12.95 元。

6.1.2  鋼鐵消耗對比

一般轉爐終渣中含有 10%左右的金屬顆粒物和 20%左右的 撞（FeO），將轉爐終渣留到下爐使用，該爐渣具有較高效率的去磷、硫能力，且終渣本身具有可觀的物理熱，該爐渣能顯著加速新爐次初期渣的盡早形成。在硅錳氧化期結束，碳氧反應即將開始前起槍停吹，搖爐將富磷渣倒掉，可有效避免噴濺時的金屬損失和減少爐渣帶走的鐵量, 可降低鋼鐵料消耗約 3 kg/t。

6.2  留渣雙渣泄爆對比

通過以上防泄爆技術措施的實施，干式除塵下留渣雙渣工藝的泄爆率為零。為干式除塵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行奠定了良好的基礎，保證了生產(chǎn)順行，設備穩(wěn)定，創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟效益。應用效果如圖 7 所示。

從圖 7 中可以看出，通過實施后，泄爆爐次明顯降低，尤其在七、八月份泄爆次數(shù)有效降為“零”，實現(xiàn)轉爐干式除塵泄爆率臆0.1%，為干式除塵轉爐采用留渣雙渣工藝替代傳統(tǒng)雙渣工藝，從而降低物料消耗奠定基礎。

7 結語

通過有效控制手段，宣鋼 150 t 干式除塵轉爐留渣雙渣工藝在降低生產(chǎn)成本的同時通過過程控制實現(xiàn)零泄爆之目的。該方法不需要增加投資，既可冶煉低磷鋼種，生產(chǎn)調控方便，噸鋼活性石灰和輕燒白云石降低 17.5 kg 左右，鋼鐵料消耗降低 3 kg/t 鋼左右，與此同時根據(jù)其脫磷機理可開發(fā)高端低磷鋼，直接經(jīng)濟效益明顯，適應市場需要。

參考文獻

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