鞍钢涌动式扒渣技术研究与实践

鞍钢涌动式扒渣技术研究与实践

曹  东¹  万雪峰  马  勇²  张晓光¹  赵  亮¹  徐延浩²

（鞍钢集团钢铁研究院，辽宁省鞍山市，114009

鞍钢股份有限公司炼钢总厂，辽宁省鞍山市，114021）

摘  要：通过对铁水脱硫渣物性及铁水扒损产生原因分析，结合水模冷态、500kg中频炉热态实验及120t铁水罐工业生产试验数据，探讨了铁水涌动式扒渣技术的可行性。得出：在铁水自下而上的涌动力作用下，铁水罐顶部呈一半铁水裸露、一半脱硫渣淤积成“半圆形”状态，扒渣板操作由空间3维运动变成直线1维运动；对于120t铁水罐涌动式扒渣供气流量控制60-80m³/h，气体压力0.6-0.8Mpa。取得扒渣时间从8.2min缩短到4.5min，铁损从4.5t/罐减少到2.8t/罐，聚渣剂消耗为0的实绩。

关键词：涌动；扒渣；脱硫；回硫；聚渣剂

Technology Research and application of Gush Skiming of Ansteel

CAO Dong¹, WAN Xue-feng¹, MA YONG², ZHANG Xiao-guang¹, ZHAO Liang¹, XU Yan-hao²

(Iron and Steel Academe of AnSteel Group, Anshan Liaoning, 114009

2 General steelmaking Plant of Ansteel Co., Ltd. Anshan Liaoning, 114021)

Abstract: By analyzing the properties of hot metal desulfurization slag and the causes of hot metal loss during slag skiming, combined with the data from cold state experiment by water-model and thermal state experiment by 500kg intermediate frequency furnace and industrial production test by 120t hot metal ladle, the feasibility of hot metal gush skiming technology was discussed. It was concluded that on account of hot metal bottom-up gush power, the top of hot metal ladle was shown such state which one half was naked and the other half was covered by "semicircle" desulfurization slag, slag skiming board operation was changed from space three-dimensional motion into straight line one-dimensional motion; For the 120t hot metal ladle, to gush skiming, gas flow was control 60-80m³/h, and gas pressure was 0.6-0.8Mpa. Such a performance was achieved that skiming time was shortened from 8.2min to 4.5min, and hot metal loss was reduced from 4.5t/ladle to 2.8t/ladle, and the consumption of slag-conglomerating agent was 0.

Keywords: gush; skiming; desulfurization; resulfurizatio; slag-conglomerating agent

目前，欧美一般采用全量铁水脱硫预处理，而日本大多采用全量铁水三脱预处理^[1-3]。无论何种脱硫方法(喷吹或KR)，脱硫后铁水罐表面均要覆盖大量脱硫渣，必须对其进行扒除。扒除不净的残渣中富含一定量的硫，在后序的转炉冶炼条件下，这些硫不但会重新转化到钢水中，造成“回硫”现象^[4-9]，而且增加其后序精炼成本及负担。当下常规操作是脱硫后向铁水罐投入一定量的聚渣剂，使脱硫渣变得粘稠而易于扒除。但当剩余少量较薄的残渣时，尤其纯镁脱硫法，脱硫后渣稀量少，不易彻底扒除，不得不二次、甚至三次投入聚渣剂^[10]，不仅延长扒渣时间，而且还增加成本。因此，本文研究一种快速、少铁损、不用聚渣剂的涌动式扒渣方法，并在大生产中取得积极降本效果。

1 铁水脱硫渣中含铁量

铁水脱硫渣破碎后形貌如图1所示，图中标注处为直观可见铁粒。对其进行磁选分离，可磁选筛上分离物195g，化学检验全铁含量为70%；剩余筛下分离物111g，化学检验全铁含量为23%，即铁水脱硫渣平均含铁量约53%。本厂120t铁水罐平均扒损约为4.5t/罐(高炉渣+脱硫剂+铁水损失)，因个别钢种需求，扒损甚至达到5-6t/罐。因此，在当下同质化竞争越发激烈的钢铁市场倒逼背景下，对生产成本的压力越来越大，减少因脱硫扒渣而带来的铁水损失十分必要。

2 铁水扒损原因

本厂各脱硫站采用钝化Mg粉+CaO粉混合喷吹脱硫工艺及机械扒渣板进行扒渣法。因此，铁损主要来自两方面，一是喷吹脱硫过程因铁水上下翻腾搅拌，致使渣中包裹一定量的金属铁液滴，一部分液滴在铁水罐从脱硫站到扒渣站转运搁置过程重新渗流回到铁水熔池中，但仍有另一部分滞留在渣中，随顶渣一起被扒除。针对这一问题，一般采取降低脱硫渣粘度措施以降低铁损，如在脱硫粉剂中配入一定量的NaCl或KCl^[11]，或在喷吹前加在铁水罐表面，或折铁前加在铁水罐底，生成低熔点物质以降低脱硫渣熔点，从而使渣中金属铁液滴更充分地渗流回到铁水熔池；二是人工扒渣时，在扒渣板往复运动扒渣过程不可避免地携带一定量铁液，尤其在扒渣后期残渣较少，且要求扒净时，这种铁损明显增加。通过添加NaCl或KCl降低顶渣熔点虽可减少渣中包裹的金属铁液滴，但流动性变好的顶渣极易于从扒渣板两侧回流，更加不易扒除，因此还要添加聚渣剂，其熔点一般在l100-1300℃，在铁水温度高时，如1350℃左右时，聚渣剂加入后融化速度较快，需加快扒渣板运行速度，在操作上很难控制铁水液面稳定，反而增加铁损，若调高聚渣剂熔点，则对于低温铁水的聚渣效果大大降低。以上添加NaCl或KCl和聚渣剂等措施对于减少铁损均有一定辅助作用，但也均增加一定成本。

3 涌动式扒渣原理

扒渣作业时铁水罐会有一定的倾斜角(约23°)，由于几何形状变化，在表面张力作用下脱硫渣覆盖面积被扩大。在投放聚渣剂周围脱硫渣“成坨”，易于扒除，但坨状渣扒除后，剩余残渣不但量少，而且流动性极好，大部分会绕过扒渣板从两侧回流，只有扒渣板正面少部分顶渣被带出。为将脱硫渣扒除干净只能以牺牲铁损为代价，频繁扒渣。针对以上问题及弊端，涌动式扒渣技术原理为：喷气枪(喷吹N₂)从铁水罐偏顶部(1/4-1/2半径处)插入铁水，在喷吹气体上浮力的作用下，形成“泉涌”状铁水自下而上翻涌，裸露的铁水将顶渣推向扒渣口，由于有2个发力点，顶渣呈“半圆形”淤积在扒渣口，扒渣板行程减半，扒渣动作由空间3维(上下左右)“S”形运动，变成仅需直线1维(前后)“一”运动。在铁水涌动源源不断推动力的作用下，既使稀渣也不易从扒渣板两侧绕过回流，淤积渣层厚度翻倍，因此扒渣速度加快，不但扒渣时间缩短，而且铁损大为减少，且不用聚渣剂。

4 热态实验

利用500kg多功能感应炉进行热态模拟铁水扒渣实验。生铁450kg，升温到1300℃时投入脱硫渣4.5kg，脱硫渣熔化后，将炉体倾斜23°，贴近炉口上沿内壁下降喷气枪，直至插入铁水深度约400mm，供气流量1m³/min。喷枪插入后铁液即自下而上翻滚涌动，仅约30s顶渣即偏聚在扒渣口一侧，效果如图2所示。

5 水模实验

因500kg中频炉炉口限制，无法同时安装2支喷气枪，热态实验只能验证涌动效果，为精准确定各控制参数，进行水模涌动式扒渣实验。利用树脂颗粒模拟铁水脱硫后顶渣，顶渣厚度30mm，树脂颗粒直径1mm，密度0.4g/mm³。铁水罐模型倾斜23°，两支喷气管从铁水罐模型顶部贴近倾斜上沿垂直插入，供气流量60-80m³/h，气体压力0.6-0.8Mpa，实验效果如图3所示。仅20s即将模拟顶渣排开1/2裸露面积，且通过气体流量及压力的控制可实现“半圆形”顶渣。实验结果表明：不但扒渣速度快，而且残渣剩余少。甚至，若牺牲少量铁损的情况下，可以实现残渣“零”剩余。

6 工业生产试验

将实验室技术成果转化为工业生产试验。在120t铁水罐进行30罐次涌动式微损扒渣工业试验，如图4所示。试验结果表明，铁水罐顶渣在喷枪插入后30s就已偏聚扒渣口一侧，扒渣时间从8.2min缩短到4.5min，铁损从4.5t/罐减少到2.8t/罐，且试验过程未使用聚渣剂。

7 结论

(1) 机械扒渣法的铁损主要来自渣中包裹金属铁液滴和扒渣板往复运动扒渣时携带的铁液，在扒渣后期残渣较少铁损明显增加；

(2) 涌动式扒渣可使顶渣呈“半圆形”淤积在扒渣口，扒渣板动作由空间3维“S”形变成直线1维“一”运动；

(3) 对于120t铁水罐涌动式扒渣供气流量控制60-80m³/h，气体压力0.6-0.8Mpa，扒渣时间从8.2min缩短到4.5min，铁损从4.5t/罐减少到2.8t/罐，聚渣剂消耗为0。

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