鐵水包渣厚和成分硫變化分析

陳貴

【摘要】針對鐵水進入煉鋼廠后鐵水硫增多的現象，研究了鐵水包中的渣厚變化與對應清理后的魚雷罐使用次數、渣中硫元素的變化。對鐵水渣的相關測量、檢測和計算，發現鐵水包渣的厚度和渣中硫含量，與清理后的魚雷罐使用次數有關。控制好魚雷罐清理后的使用次數，可以降低鐵水包渣的硫含量。

【關鍵詞】鐵水、硫元素、渣厚、魚雷罐

0、前言

梅鋼公司高爐鐵水采用魚雷罐儲存和運輸，在煉鋼廠進行倒罐到鋼廠用鐵水包，由鐵水包采用鎂粉石灰粉的復合噴吹法進行脫硫，而噴吹鎂粉量由脫硫模型計算，其中主要由鐵水原始硫確定，因此他們對鐵水脫硫效果影響很大，相關研究也非常多。但鐵水脫硫效果除這因素影響外，鎂粉脫硫還受原始鐵水渣量和鐵包渣中硫含量的影響，而梅鋼公司還采用魚雷罐加廢鋼工藝，廢鋼中的雜質元素、魚雷罐耐材等均影響最終的脫硫效果。同時煉鐵的鐵水產量以煉鋼廠倒罐時計量為準，并采用固定扣渣方式計產，而高爐出鐵帶渣量也成為影響鐵水產量計量的關鍵因素。鐵包渣的成分含量以及影響因素等的研究分析并不多，需要我們進行進一步的分析和研究。為了解引起鐵水從煉鐵廠到煉鋼廠后硫增多的原因，以及鐵水包中渣的重量，開展了鐵水渣的測量、檢測和計算等工作。進行了鐵水渣的厚度測量，并取了高爐渣樣和鐵水包渣樣進行密度測量。

1、鐵水包渣厚測量分析

本次實驗（6月18日、21日和22日共三天）分三次測量了11個鐵水包次的渣厚，并且在測量前對魚雷罐加廢鋼情況、鐵水包渣的渣況進行了分類。分為干渣和油渣、加廢鋼與不加廢鋼、鐵水溫度幾種狀態。具體渣厚測量數據見表1。

根據表1數據可知，鐵水包渣厚與鐵包的渣況，即干渣還是油渣，對應關系不明顯在這兩種情況下，油渣的渣厚都比較低，最大值僅3.8cm，最小圍毆2.0cm，因此在油渣情況下，渣厚是較薄的。鐵水包渣厚與魚雷罐加或不加廢鋼，對應關系也不明顯，加廢鋼時，最大值為9.0cm，最小值為2.0cm，不加廢鋼時，最大為10.5cm，最小為2.5cm，變化較大，無規律。鐵水包渣厚，與鐵水溫度的高低，對應關系也不明顯，溫度低時，1335℃時渣厚達到10.5cm，溫度高達1402℃時為2.5cm。鐵水包渣厚，與清理后的魚雷罐使用次數，有一定的關聯性，如6月18日測量的制造命令號分別是31108299和31108337，清理后的魚雷罐使用次數分別是25次和35次，對應的鐵水包渣厚分別高達9.0厘米和10.5厘米，而渣厚在2.0-5.0厘米的其余9包次的清理后魚雷罐使用次數的平均值是10.1次，即魚雷罐清理后的使用次數增加，則鐵水包渣厚有增厚的趨勢，反之，有降低的趨勢。

本次測量的渣厚平均為4.44厘米，與往年相比，渣厚數值最低。歷次測量的鐵水包渣厚見表2。

往年測量了三次，分別是2009年、2010年和2017年，但2010年測量的鐵水包渣厚數值不穩定，波動太大，在3.5-14厘米，當時渣況不良，鐵水包表面的渣呈團塊狀，引起測量偏差大，數值客觀性不強，故不作對比分析用。而引起前面三次渣厚值大的因素是清渣后的使用次數多引起。

2、鐵水包渣重的計算

鐵水包的渣重指的是熱態下的重量。鐵水包渣的直徑為344.2厘米，渣厚平均為4.44厘米。所取的鐵水包渣的冷態密度平均為2.35g/cm3，高爐渣的冷態密度平均是2.84g/cm3，熱態密度平均為3.34g/cm3，高爐渣的冷態密度比熱態密度平均小14.97%。

在取鐵水包渣樣時，由于取樣條件不具備，致使所取的渣樣不符合要求，混有泥土、揮發份和鐵，使得各鐵水包渣樣的冷態密度波動大（2.27-2.75g/cm3），正因為如此，其熱態密度沒做成。

而高爐渣冷態密度波動小（2.70-2.90g/cm3），熱態密度波動也小（3.28-3.37g/cm3），因此按高爐渣密度代替鐵水包渣密度較合理。另外，由于計算的是熱態鐵水包的渣重（所測量的渣厚也是熱態下的），故按高爐熱態渣密度計算客觀。

鐵水包渣重按如下公式計算：

渣重=3.14*R2*h*γ

式中：

R：鋼包內徑之半，cm;

H：渣厚，cm;

γ：渣密度，g/cm3

故渣重計算為：

3.14*（344.2cm/2）2*4.44cm*3.34g/cm3=1379179.6g≈1.38噸

由以上計算可見，本次測量的鐵水包渣重平均為1.38噸（占鐵水重量百分比1.01%），與往年歷次測量的鐵水包渣重及占鐵水重量百分比的對照情況見表3。

由表3可見，本次測量的鐵水包渣重數值接近2009年，但與2017年的有一定差距。由于往年計算渣重時，使用的渣密度是冷態密度，不是熱態密度。由上所知，冷態密度比熱態密度小14.97%，故計算出的渣重客觀性不強，因此，必須對往年計算的渣重進行修正，才能進行對比分析。

本次計算鐵水包渣重時，密度值是熱態下的渣密度，然后用熱態的渣厚數值進行計算，這樣得出的熱態下的渣重比較合理。因此，對前表3中的2009年和2017年的渣重加以修正，多增加14.97%，則這三次的鐵水包中的渣重情況如表4所示。

可見，對前二次計算的鐵水包渣重進行修正后，這三年的鐵水渣所占鐵水重量百分比波動相對小了些，基本在1.0%左右。說明梅鋼鐵水包的渣占鐵水重量百分比是相對穩定的。因此上文中提到本次測量的鐵水包渣厚和渣重的數值是這三年三次中最低的，其實是目前煉鋼轉爐加料實現“大廢鋼比”而減少了鐵水包裝入量，渣也隨著減少，但從渣鐵重量百分比來看，都是基本處于同一水平。

3、高爐鐵水渣與鐵水包渣的硫分析

取了鐵水包渣樣9個，高爐渣樣11個，做了硫分析。詳細見表5和表6。

由表5所示的高爐渣硫含量的情況可見，不論是幾號高爐（渣樣編號分隔號前一位是高爐號），其渣硫含量比較穩定，在1.0%左右，說明高爐生產是穩定的，高爐渣中的硫含量也基本穩定，符合高爐冶煉脫硫原理，梅鋼公司高爐生產的原料條件和脫硫也穩定。

但表6所示的鐵水包渣的硫含量總體比較低，但波動較大，最低僅0.162%，最高達1.5%以上，其中有兩包渣的硫含量達到1.547%和1.569%，經過對比，發現與其對應的清理后的魚雷罐使用次數有一定的關聯性，即清理后的魚雷罐使用次數高，則鐵水包渣的硫含量有增高趨勢，這部分數據應該是反常數據，從理論上分析，高高爐出鐵帶入魚雷罐中的渣的來源看，主要是由以下來源，高爐渣、鐵溝料、魚雷罐加廢鋼帶入渣，鐵水包中渣，而高爐渣已經檢測出值，鐵溝料中的硫含量雖然未檢測，但也不會高，魚雷罐加廢鋼所帶入的硫含量雖受廢鋼中雜質元素比如油污等影響，但這些油污在加入時會揮發，不會過多的帶入硫含量。而使硫含量增高的可直接測量的來源是鐵水包脫硫后，鐵包中殘存的鐵渣所引起，因為鐵水包脫硫是一個高效脫硫，使鐵水中硫含量聚集到鐵水渣的過程，如果鐵包渣未到干凈或者殘留，會引起鐵包取渣樣硫含量的準確性。但魚雷罐清渣也是控制魚雷罐渣量的最有效的辦法，特別是魚雷罐使用次數多時。因此，當清理后的魚雷罐的使用次數在20次以下時，可以有效規避魚雷罐使用的影響。

4、結論

對鐵水包渣的工作，從渣厚、密度、渣重和硫含量等方面進行了測量、檢測、統計和計算，相關結論如下：

鐵水包渣厚平均為4.44厘米，比往年測量數值有不同程度的降低，主要是清渣后魚雷罐使用次數控制較好。在正常使用時，鐵水包的渣厚在4.2厘米之內。如果鐵水包渣厚過高，則首先要考慮魚雷罐使用次數這個因素。

鐵水包渣厚與渣況（即干渣還是油渣），與魚雷罐加或不加廢鋼，與鐵水溫度的高低等，未顯示出關聯性。

測量的鐵水包渣厚和渣重的數值比往年低，其實是目前煉鋼因實現“大廢鋼比”而減少了鐵水包裝入量，渣也隨著減少，但從渣鐵重量百分比來看，都是基本處于同一水平。

本次對渣樣分析了硫含量，發現鐵水包渣的硫含量波動性大，而高爐渣硫含量穩定性好。經對照清理后的魚雷罐使用次數，發現與使用次數的高低有一定的關聯性，即使用次數高，則鐵水包渣的硫含量就有高的趨勢，反之，就有低的趨勢。根本原因與鐵包渣清理關系較大，今后要重點關注鐵水包掛渣的影響。同時也顯示出鎂粉脫硫后扒渣的重要作用。

在本次鐵水包渣的測量工作中，最為突出的問題就是鐵水包渣的厚度與渣中硫含量，都與清理后的魚雷罐使用次數存在如上所述的關聯性。

參考文獻：

[1]張京周，鄧云川.LNG接收站工藝管道爆破吹掃技術[J].化工設計，2019，29（05）：21-25+1.

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