鐵水預處理過程穩定控制實踐

方　敏，徐福泉，王文濤，劉鵬飛，魏　元，曹　祥

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

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鐵水預處理過程穩定控制實踐

方敏，徐福泉，王文濤，劉鵬飛，魏元，曹祥

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

摘要：針對鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠低硫鋼種鐵水預處理硫含量高、噴濺和扒損嚴重等問題，采取了噴槍定位、優化扒渣方法以及應用工業鹽等措施，采取上述措施后，噴濺比例降低了68％，高釩鈦鐵水扒損降低了58.4％。

關鍵詞：鐵水預處理；低硫鋼種；脫硫；扒渣

方敏，工程師，2006年畢業于鞍山科技大學鋼鐵冶金專業。現從事煉鋼管理工作。

隨著鞍鋼開發高附加值鋼鐵產品比例的不斷提高，鋼種對硫含量的要求越來越嚴格，硅鋼、管線鋼一般要求硫含量控制在0.006 0％以下，甚至更低。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠采用鈍化金屬鎂粉和石灰粉二元復合噴吹工藝，結合脫硫專家操作系統可輕易地得到低于0.002 0％的低硫鐵水。然而，鐵水預處理時間越長，處理后的硫含量越低，鐵水噴濺量越大，扒渣鐵損越高，特別是釩鈦護爐已經成為鞍鋼高爐的常用護爐工藝，釩鈦鐵水脫硫更是加劇了噴濺和扒損的惡化，因此，必須解決生產中存在的上述問題。

1　鐵水脫硫過程影響因素分析

鐵水脫硫工藝比較復雜，影響鐵水脫硫的因素很多，主要包括脫硫過程的控制、設備和鐵水成分的控制，原材料(脫硫劑)質量等。三分廠在生產過程中針對出現的問題進行了許多改進和規范操作，例如針對不同的鐵水溫度和成分制定了不同的脫硫方法；對原材料的質量管理進行抽查和效果評價，但脫硫過程中還經常出現噴濺和扒渣操作等問題。

1.1噴吹工藝的影響

脫硫噴吹過程的鐵水噴濺問題一直是鐵水預處理工藝中的難題。噴濺的原因是多方面的，且錯綜復雜。比較直觀的原因有：鐵水預處理噴吹過程中，輸送氣體、金屬鎂氣化以及水蒸氣在鐵水內產生向上氣流，且金屬鎂反應使鐵水表面產生翻騰，發生鐵水噴濺；鐵水罐罐口直徑只有3.2 m，脫硫噴吹時，鐵水噴濺能力要超出這個范圍；脫硫噴槍槍架采用鋼制焊接結構，受外力作用時，槍架滑道極易產生變形，造成脫硫噴吹過程中噴槍在鐵水罐內左右大幅擺動，加大了脫硫灑鐵噴濺的力度。

1.2扒渣操作的影響

鐵水脫硫后會形成兩個渣系，即固態渣系和液態渣系。基本操作要求是固態渣系和液態渣系扒凈的前提下，最大限度減少罐內鐵水的扒出量。但是，在扒渣過程中發現，固態渣中混有大量的液態鐵水顆粒。經查閱資料發現，含鐵量為30％ ～ 40％［1-2］。也就是說,每扒出1 t脫硫渣，就有300～ 400 kg鐵水損失。被還原的硫通過擴散又會回到鋼水中。鋼種成品硫含量要求越低，脫硫鐵水目標硫控制的越低，冶煉過程回硫的幾率就越高。為了防止回硫反應的發生，必須最大限度提高脫硫渣扒凈率。冶煉鋼種硫含量要求越低，相應鐵水脫硫渣要求扒凈率越高，同時產生的扒渣帶鐵量越大。

1.3“釩、鈦”鐵水的影響

高爐中加入釩鈦礦提高高爐壽命，但這使得鐵水中的鈦含量升高。由于鈦和氧具有較強的親和力，在高爐出鐵、煉鋼廠折鐵以及脫硫噴吹過程中會生成鈦的氧化物，降低渣的堿度，減少爐渣硫含量，使得脫硫效率降低。另外，在鐵水脫硫過程中，鈦還會與鐵水中的碳以及載體中的氮氣反應生成鈦的碳氮化物。該化合物熔點高，使爐渣變稠，從而造成脫硫噴吹過程進入渣中的鐵珠不易沉降，形成半熔融渣鐵混熔渣系，致使扒渣時鐵損升高并易產生冶煉回硫。三分廠高釩鈦鐵水脫硫扒渣鐵損統計見表1。

表1　高釩鈦鐵水脫硫扒渣鐵損統計

由于渣鐵混熔渣系的鐵含量較高，不能簡單將此渣系全部扒除，否則會大量增加鐵損，如何將鐵水從渣鐵混合渣系中分離出來，一直是鐵水預處理及煉鋼生產的難題。

2　控制措施及工業應用效果

2.1脫硫噴濺灑鐵控制

為解決鐵水預處理脫硫噴吹過程中的噴濺問題，針對脫硫噴濺灑鐵的原因，重點做了以下工作:

(1)加強了對原材料的管理，對脫硫操作進行了規范；

(2)脫硫噴濺灑鐵的季節性強，不同的季節設置不同的系統N2的工作壓力；

(3)研究脫硫噴槍的定位問題，重點是噴槍定位系統。為此，設計了一種“夾緊式”鐵水預處理噴槍定位方法。其定位原理是：

在脫硫噴槍噴吹位(噴槍運行下極限)對應的槍架位置安裝固定支撐架，在支撐架兩側各豎直安裝一個形狀、大小相同的表面光滑的正楔鐵固定滑塊，如圖1所示，并在楔鐵傾斜面加工一槽型滑道。在升降小車兩側各豎直安裝一個倒楔鐵導向滑塊。導向滑塊斜面與固定滑塊槽型滑道寬度相同，且兩斜面傾角絕對值相同。這樣可保證導向板斜面與固定滑塊槽型滑道斜面在噴吹位緊密重合，使脫硫噴槍在噴吹過程中不產生前后左右晃動；脫硫噴槍和升降小車的自身重力保證了脫硫噴槍在噴吹過程中不產生上下振動；從而保證了脫硫噴槍在噴吹過程中始終定位在鐵水罐中心。

1-噴槍槍架；2-噴槍；3-升降小車；4-支撐架；5-固定滑塊；6-導向滑塊；7-滑槽圖1　夾緊式定位裝置結構示意圖

另外，噴槍槍架在長期的運行過程中，會產生微弱的變形，影響定位裝置的定位效果。為此在安裝支撐架的同時，在對應位置，橫穿槍架安裝四個緊固螺絲，一是防止槍架較大變形，二是對變形槍架調整。這樣，脫硫噴槍在噴吹過程中，前后左右晃動造成的灑鐵現象基本可以消除。

圖1中，固定滑塊5與導向滑塊6通過滑槽7滑動連接。固定滑塊5為楔形，滑槽7設置在固定滑塊5的楔形面上，導向滑塊6與固定滑塊5插接。支撐架4通過螺栓與固定滑塊5的上、中、下三段固定連接。為方便制作，滑槽7的截面為矩形，也可以是三角形。滑槽7的長度也可根據現場需要制作。

采取上述措施后，噴濺灑鐵得到了有效的控制。圖2為2013年與2014年鐵水預處理過程噴濺灑鐵的統計結果對比。由圖2可見，采取上述措施后，2014年噴濺灑鐵量顯著降低，并且實現穩定控制。

圖2　2013年與2014年鐵水預處理平均每罐噴濺灑鐵量統計

夾緊式脫硫噴槍定位裝置應用以來，脫硫噴濺灑鐵量每罐平均減少0.41 t，脫硫噴槍槍齡平均提高21次。脫硫站生產節奏加快，處理周期由50 min縮短到45 min，噴槍槍架、升降小車將由消耗件變為“長壽件”。

2.2脫硫扒損及脫硫渣扒凈率控制

2.2.1低鈦鐵水脫硫扒損控制

針對低鈦鐵水的處理,采取了如下方法：

(1)通過規范扒渣操作，最大限度地降低罐內鐵水的帶出量。在操作實踐中，總結歸納出覆蓋扒渣操作全過程的“四控扒渣”操作法，即控制好扒渣前鐵水罐的傾斜角度、控制好扒渣板下降至鐵水面下的深度、控制掌握好聚渣劑的投入時機、控制好扒渣機在扒渣過程中的運行速度。

(2)通過技術創新和操作創新，對固態渣和液態渣中的鐵水進行分離，具體作法是：

①在鐵水脫硫前加入一定量的促溶劑，形成的固態渣為松散顆粒狀，其中的鐵水含量會大幅降低。

②在扒渣初期將一定量的固態渣扒至鐵水罐渣口附近并堆積到一定高度。

③每次扒渣過程中，要將固態渣一層一層扒出罐口，渣層每次剝離厚度要從上至下逐步減薄，并在渣堆面對鐵水一側形成并保持一個45°左右的斜坡通道。剝離渣層時，會看到液態鐵水從斜坡通道滑入罐內。

④重復操作，直至固態渣扒凈為止。

⑤扒除液態渣前，在液態渣表面均勻加入5～ 10 kg促溶劑，液態渣隨即出現膨化現象，渣中混入的鐵水大部分被分離出來。膨化后的液態渣表面溫度降低，呈半熔融狀態。因此，扒渣作業時，扒渣板下降至鐵水表面，即可將液態渣扒凈。同時，降低了鐵水帶出罐外的幾率。

圖3為2013～2014年低鈦含量鐵水扒損控制情況對比。由圖3可見，對于低鈦含量的鐵水，2013年的扒渣鐵損平均控制在2.06 t，強化扒渣操作后2014年控制為1.84 t，每罐降低了0.22 t。

圖3　2013～2014年低鈦鐵水每罐鐵水扒損控制情況

2.2.2高鈦鐵水脫硫扒損控制

工業鹽是一種普通廉價的原材料，把它作為釩鈦鐵水脫硫的促溶劑，渣鐵混熔渣的鐵渣分離效果特別顯著。鹽在高溫作用下，會電離產生Na+和Cl-，Na+有很強的促溶作用，能將渣中高熔點化合物轉變為低熔點化合物，使渣鐵混溶渣分離為鐵和液態渣。因此，在脫硫噴吹前，加入一定量的工業鹽(鐵水量90 t，下同)，脫硫產生的渣鐵混熔渣幾乎全部分離成熔渣和鐵水。脫硫渣基本恢復常態，達到了渣鐵分離的目的。圖4為鐵水鈦含量為0.13％左右時，鐵水脫硫過程加入工業鹽進行渣鐵分離后的扒渣鐵損統計情況。

圖4　工業鹽的添加對鐵水扒渣扒損的影響

由圖4可見，加入工業鹽對高鈦鐵水脫硫進行渣鐵分離后，可以明顯控制鐵水扒損。鐵水平均扒損從4.82 t降低到2.02 t，每罐下降了58.4％，基本達到了正常鐵水的處理水平，滿足了穩定生產的要求。

2.2.3脫硫渣扒凈率控制

為了防止由于扒渣不凈造成冶煉過程回硫，在操作實踐中總結歸納出“鐵水預處理防止鐵水冶煉回硫三渣凈化”先進操作法，即改進扒渣操作，凈化固態渣；加入促溶劑，凈化混熔渣；聚渣全覆蓋，凈化液態渣。此外，要求扒渣操作人員必須有“三個全覆蓋”理念，即扒渣板的運行軌跡要做到對固態渣系的全覆蓋、促溶劑的促溶效果要做到對固態渣鐵混溶渣系的全覆蓋、聚渣劑的聚渣范圍要做到對液態渣系的全覆蓋。

上述先進操作法推廣應用后，收到良好效果。圖5為2013～2014年脫硫鐵水冶煉鋼種回硫率控制情況對比。由圖5可以看出，脫硫鐵水冶煉鋼種回硫率得到了有效控制。

圖5　2013～2014年脫硫鐵水冶煉鋼種回硫率控制情況

3　結語

針對鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠低硫鋼種鐵水預處理硫含量高、噴濺嚴重、扒損大等問題，采取了噴槍定位、優化扒渣方法以及應用工業鹽等措施。采用的夾緊式脫硫噴槍定位裝置能夠穩定控制噴槍在噴吹過程中的擺動，降低了噴吹鐵損，噴濺灑鐵降低了68％；加入工業鹽有利于高釩鈦鐵水扒損的穩定控制，扒損下降了58.4％。

參考文獻

［1］沈澍，董一誠，楊世山.國外鐵水預處理的新進展［J］.煉鋼, 1992,8(1)：49-53.

［2］潘克強，郭雷.寶鋼鐵水深脫硫技術的開發與應用［J］.上海金屬，2000,22(2)：30-34.

(編輯許營)

修回日期：2015-10-08

Practice of Stability Control for Hot M etal Pretreatm ent Process

Fang Min，Xu Fuquan，W ang W entao，Liu Pengfei，W ei Yuan，Cao Xiang
(General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning，China)

Abstract：Considering such problems as high content of sulphur,high loss in spattering and deslagging during hotmetal pretreatment for the steel grades with low content of sulphur in No.3 Branch of General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,some countermeasures such as locating the lance,optimizing the deslagging process and using industry slatwere taken.The spattering rate is reduced by 68％ and the loss in deslagging the hotmetalwith high content of vanadium and titanium is reduced by 58.4％ after taking thesemeasures.

Key words：hotmetal pretreatment;steel gradewith low content of sulphur;desulphurization; deslagging

中圖分類號：TF703

文獻標識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）01-0047-04