干法除尘工艺下转炉留渣操作的探索与实践

干法除尘工艺下转炉留渣操作的探索与实践
张书欣;马旭朝;张朝发;宋悦;安海玉;王生金
【期刊名称】《金属世界》
【年(卷),期】2017(000)004
【总页数】4页(P70-72,78)
【作者】张书欣;马旭朝;张朝发;宋悦;安海玉;王生金
【作者单位】河钢唐钢长材部,河北唐山 063000;河钢唐钢长材部,河北唐山063000;河钢唐钢长材部,河北唐山 063000;河钢唐钢长材部,河北唐山 063000;河钢唐钢技术中心,河北唐山 063000;河钢唐钢长材部,河北唐山 063000
【正文语种】中文
内容导读
留渣操作就是将炼钢转炉上一炉所形成的高温、高碱度、含有一定量FeO的终渣全部或部分留在炉内，可以显著降低转炉冶炼成本。

河钢唐钢长材部转炉采用干法除尘技术，在投产的初期无法实现留渣操作，炼钢成本居高不下。

文章通过分析干法除尘系统的泄爆机理，指出干法除尘工艺下转炉留渣操作的难点，针对性地制定了高拉碳操作、控制留渣量、控制吹炼枪位等一系列措施，实现了干法除尘工艺条件下转炉留渣操作，从而达到了降低转炉冶炼成本的目的。

留渣操作就是将上炉所形成的高温、高碱度、含有一定量FeO的终渣全部或部分留在炉内，使下炉的初渣快速形成，有利于前期去除P、S，减少渣料消耗，降低钢铁料消耗，有利于提高炉龄。

在碱性炼钢法中，P的氧化是在炉渣-金属界面进行的，其总反应式为：
式中可以定性地看出脱P条件：(l)提高CaO含量，即提高炉渣碱度；(2)提高渣中FeO含量，即提高炉渣氧化性；(3)因为脱P反应是放热反应，所以低温对脱P有利。

冶炼初期温度较低，碱度为1.8~2.0，且渣中含有一定的FeO，满足了脱P
的热力学条件。

留渣操作使初期成渣速度加快，流动性好，满足了脱P的动力学
条件。

因此留渣操作对脱P是有利的。

唐钢长材部2014年9月份新转炉(采用干法除尘工艺)投产。

由于干法除尘容易发生泄爆的特点，对转炉留渣工艺带来了诸多限制，在投产初期未实施留渣操作，造渣料消耗居高不下，对炼钢成本造成巨大的压力，因此研究干法除尘条件下如何留渣操作成为唐钢长材部降低炼钢成本的一条途径。

干法除尘系统
干法除尘系统主要由蒸发冷却器、荒煤气管道、静电除尘器、离心风机、净煤气管道、切换站、煤气冷却器、放散烟囱、粗输灰系统、细输灰系统组成，如图1所示。

干法除尘泄爆机理分析
转炉炼钢过程中，炉内的铁水与氧气发生剧烈的化学反应而生成大量的高温烟气，伴随炉口有一部分空气混入，烟气主要成分为CO、CO2、O2、N2、Ar及粉尘等。

伴随着兑铁、加废钢、开吹、拉碳、补吹、出钢等操作，干法除尘系统始终处于煤气与空气的交替流动，且静电除尘器内又有电极放电，当CO≥9%，O2≥6%时，或者当H2≥3%，O2≥2%时均会出现泄爆[1]。

通过对典型烟气成分变化曲线(图2)的分析表明，正常的转炉冶炼过程中产生的烟
气成分有规律性地变化。

在吹氧开始阶段(图2，a段)，转炉冶炼前期的主要任务
是Si、Mn的氧化、炉渣的形成和熔池升温，当温度达到C-O反应温度时，转炉
烟气中的CO气体含量开始缓慢上升。

此时整个转炉系统内的化学反应处于富氧的气氛下，熔池中的碳无论是与气体氧接触反应，还是与金属中溶解的氧反应，生成
的CO气体(见化学反应式(3))在排出熔池前，经过化学反应(4)后，生成物以CO2
为主：
由于初期产生的CO全部转变成CO2，高浓度的CO2气体将CO与氧隔离开从而阻止爆炸气体的形成。

随着熔池温度的不断升高，炉渣和金属的黏度逐渐降低，
C-O 反应速度提高。

在熔池内C含量较高的情况下(图2，b段)，碳活度系数变大，氧活度系数变小，富氧条件被改变，作为脱C反应的氧化剂，一部分CO2参与反应(见化学反应式(5))，生成CO气体。

因此，在烟气成分曲线中，O2、CO2含量逐步下降，CO含量逐步提高，而在此过程中，极易达到泄爆点的泄爆条件，也是整个冶炼过程中的关键控制点。

当转炉冶炼进行到中后期(图2，c段)，随着C-O
速度的不断提高，烟气中O2含量快速下降到1%以下，当反应达到平衡时，烟气成分处于相对稳定状态，静电除尘器内的烟气流不处于泄爆范围。

通过以上分析，控制静电除尘器泄爆的基本原则是：合理控制转炉烟气中CO 的
上升速度和O2的下降速度，避免两者同时达到泄爆条件，即确保图2中的AB曲线段与CD曲线段无交汇点[2]。

留渣操作的难点
◆ 兑铁大喷溅事故
留渣操作面临的问题之一是在兑铁时容易发生大喷事故，造成喷溅的主要原因为转炉终渣中含有一定FeO成分。

这种终渣在下一炉兑入铁水时，会同时发生式(6)、式(7)的反应，生成大量气体而带动大量渣、铁喷出炉口。

尤其是在冶炼低碳钢时，由于终渣中FeO质量分数高达20%以上，过氧化性很强，式(6)、式(7)反应激烈，瞬间产生大量的气体附带炉渣、铁水冲出，造成爆发性喷溅事故。

要防止喷溅最直接的办法是控制炉内气体，杜绝或减缓式(6)、式(7)的反应。

要实现这一目的，最
佳办法是减少式(6)、式(7)中反应物含量，而铁水中C含量不能减少，若减少兑铁水时炉渣的(FeO)含量到一定值，即可控制炉中气体量[3]。

◆ 干法除尘泄爆
干法除尘条件下，留渣操作面临的另一大问题是干法除尘系统的泄爆，因此通过研究干法除尘泄爆机理优化转炉操作避开泄爆关键点即可实现留渣操作。

留渣操作工艺优化
◆ 控制兑铁时发生喷溅
为确保留渣操作兑铁时不发生大喷溅，兑铁前先加废钢，废钢加完后先向大面摇炉，铺展废钢，再摇起装铁。

若溅渣时间较长的炉次，渣补后需先向下摇炉，炉渣平铺于大面，后摇起执行如前操作。

◆ 精细操作防止干法除尘泄爆
通过研究干法除尘系统泄爆的机理可知：只要合理避开泄爆条件即可实现干法除尘系统的留渣操作。

第一，控制好入炉原材料，主要是控制好废钢和入炉铁水。

对废钢的总量以及废钢中渣钢的量进行严格控制，并且保证废钢无大块。

加强对铁水的扒渣操作并且优化铁水包周转避免铁水等待时间过长，保证铁水温度。

第二，吹炼过程精细化操作。

开吹前期实行低流量开吹，保证开吹顺利点火，并且不降罩，通过富氧燃烧法，保证CO全部转变成CO2，高浓度的CO2气体将CO与空气隔离开，从而阻止爆炸气体的形成，避免开吹泄爆。

稳定冶炼中期的枪位和氧流量控制，合理控制炉内熔池温度的上升速率，确保C-O反应平稳进行，预防炉渣严重返干
和大规模喷溅的发生。

全程吹炼枪位控制采取低—高—低的控制原则。

第三，采
用高拉补吹拉碳法确保终点碳。

能否进行留渣操作的关键在于转炉终点碳的控制，根据火焰情况、装入量、铁水情况、过程冷料加入量等条件，在适当的耗氧量下选择合适的拉碳时机，控制好一次拉碳温度和碳含量，并根据一次拉碳样勺目测终点碳含量，采取恰当的补吹方法，末次拉碳终点C控制在0.08%以上。

第四，控制
合适留渣量。

对于终点C＜0.06%炉次不留渣，对于终点C≥0.08%炉次留渣，并
视终点渣子泡沫化程度、拉碳角度及炉渣状况确定合适留渣量。

通过实施留渣操作，唐钢长材部转炉车间的造渣料消耗得到大幅降低，由改造初期的79.42 kg/t降至62 kg/t左右，高拉碳比例得到了提高，转炉冶炼终点碳的升高，从而使诸多转炉技术经济指标得到优化，钢铁料消耗有所降低、合金料成本得到降低、脱氧剂成本得到降低、炉况得到好转耐材消耗降低，同时也提高了钢水质量。

通过实施留渣操作转炉冶炼吨钢成本得到降低。

生产实践证明留渣操作可以明显降低转炉冶炼成本，干法除尘条件下留渣操作的关键是如何避免泄爆。

唐钢长材部通过优化转炉吹炼操作，提高炼钢工拉碳水平严格执行高拉碳操作，控制合适的留渣量等措施成功实现了干法除尘条件下留渣操作，从而达到降低转炉冶炼成本的目的。

【相关文献】
[1] 方震宇．120 t转炉烟气干法除尘技术实践//转炉除尘应用技术研讨会论文集. 北京：冶金工业出版社，2011
[2] 佟圣刚. 干法除尘条件下的转炉冶炼工艺探索. 山东冶金，2010，32(6)：10
[3] 刘效森，王念欣，贾崇雪，等. 济钢120 t转炉留渣操作工艺的实践. 河北冶金，2010(4)：25。