铁水预处理涌动驱（扒）渣的生产实践

铁水预处理涌动驱（扒）渣的生产实践

张振杰

（南京钢铁股份有限公司第一炼钢厂南京 210000）

摘  要：针对第一炼钢厂1#脱硫新上的铁水预处理涌动扒渣设备进行了描述，并对实施后产生的效益进行了综合评价。从优化设备革新、改进操作等方面入手，使扒渣铁损、铁水脱硫率得到了有效的控制。

关键词：铁水；涌动扒渣；效益

引言：对于绝大多数中厚板钢种而言，硫是一种非常有害的元素，在钢水凝固过程中，硫具有明显的晶界偏聚倾向，延缓晶界处的凝固，同时过多硫的偏析也会导致晶界脆化，降低钢的延性，因此硫的存在不仅大大增加了钢的裂纹敏感性，而且还会严重影响钢材的各种加工和使用性能，MnS会影响厚板的超声波探伤合格率，特别是石油管线钢、耐磨钢、镍系钢除要求具有较高的强度和韧性外，还必须有良好的抗HIC（氢致裂纹）和抗SSCC（硫应力致裂纹）的能力，因此就要求对硫的含量必须严格控制，南钢中厚板系列的石油管线钢、耐磨钢、镍系钢的主要产品硫要求20ppm以下，要求更加严格的必须在10ppm以下。

例如：南钢管线钢脱硫工艺路线：

   铁水预处理→ 转炉控硫→ 精炼脱硫

因为铁水预处理脱硫有如下优点：

（1）铁水中的碳、硅含量高，可提高硫的反应能力，有利于脱硫。

（2）铁水中的氧含量比较低，提高渣、铁间的硫的分配比，脱硫效率高。

（3）铁水脱硫动力学条件较好，脱硫剂利用率高，脱硫速度快。

（4）铁水脱硫生产成本较低，其费用比LF脱硫要低的多。

（5）铁水脱硫可明显提高高炉和转炉的生产能力，节约工序能耗，降低生产成本。

因此我厂品种钢在铁水预处理硫都降得比较低，可控制在20ppm左右，但脱硫后铁水面的脱硫渣难以扒除，同时由于转炉炉料（废钢、石灰等）硫含量比较高，且转炉氧比较高，造成转炉终点“回硫”现象，回硫基本都在60ppm—70ppm之间，相应给LF脱硫造成很大困难，因此保护好来之不易的铁水脱硫的成果。我们想到了如何尽可能的将铁水脱硫渣扒除干净。

1 涌动驱渣系统简介

1.1 思考背景

目前，铁水脱硫预处理后，铁水包表面均要覆盖大量脱硫渣，必须对其进行扒除。扒除不净的残渣继续留在铁水包表面，由于残渣中富含一定量的硫，在后续的转炉冶炼条件下，这些硫不但会重新转化到钢水中，造成“回硫”现象，而且增加其后精炼成本及负担。

常规操作是脱硫后投入一定量的聚渣剂，在聚渣剂的作用下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，不仅无形中增加聚渣剂消耗，而且还增加铁损成本。

脱硫渣形貌如图1所示，破碎后如图所示，图中画“红圈”处为肉眼直观可见铁粒。磁选可分离物195g，化学检验全铁含量为79.6%，形貌如图2所示；剩余111g，形貌如图3所示。化学检验全铁含量为23%。即平均含铁量大于50%。在当下同质化竞争越来越激烈的钢铁市场背景下，对生产成本的压力越来越大。

1.2 原理描述

使用扒渣机进行扒渣作业时铁水罐会有一定的倾斜角，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，为将脱硫渣聚集扒除普遍使用聚渣剂。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。解决此问题的手段多集中在：1改进聚渣剂、2改进扒渣板设计、3优化操作。有的将钢包底吹技术引进到铁水罐，对铁水罐进行偏心底吹，利用气体上升推动顶渣向扒渣口聚集。该方法有一定的改进功能，但存在两大弊端：1为达到顶部推渣效果，要求底吹流量较大，这势必严重影响底吹喷嘴寿命，而频繁更换喷嘴必然加大使用和维护成本；2 出于安全及砌包难度等原因，底吹喷嘴不能加的太多，一般只能有一个，这样在铁水顶部只能形成“弯月”形顶渣，对于“月牙”两端依然不易扒除。

针对以上问题及弊端，“涌动驱（扒）渣系统”其原理为：2支喷气枪从铁水罐偏顶部插入铁水，在喷吹气体上浮力的作用下，形成“人造波浪”状铁水自下而上涌动，裸露的铁水将顶渣推向扒渣口，由于有2个发力点，顶渣呈“半月”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，变成仅需平面1维(前后)“—”运动。在铁水涌动源源不断驱动的作用下，稀渣不断向排渣口聚集，渣层厚度翻倍，因此扒渣速度加快，不但扒渣时间可缩短一半，而且铁损也可大幅度降低，且基本不用聚渣剂。真正达到低耗、快速、低成本扒渣目的。与传统扒渣设备对比如图4所示。

1.3 热态实验

利用多功能感应炉热态模拟铁水扒渣实验。效果如图5所示。喷枪插入后铁液即翻滚涌动，仅约20s顶渣即偏聚在扒渣口一侧，效果如图6所示。在脉冲铁水涌动作用下，顶渣稳定偏聚在扒渣口上下荡动，效果如图7所示。提枪停吹后，顶渣依然偏聚在一起，效果如图8所示。

2 项目实施和改造的主要内容

南钢第一炼钢厂1#脱硫，在铁水预处理扒渣工位增加涌动驱渣设施。根据我厂铁水预处理扒渣工位实际工况条件，采用了“站立式”涌动驱渣设计。

涌动驱渣机工作过程：当铁水罐倾翻到位后，涌动扒渣机将喷枪插入到铁水罐中，并吹入适量氮气，在氮气作用下铁水涌动，将渣推向出渣口，此时，原扒渣系统开始工作，在原出渣口处将渣快速扒出。

3 项目实施后的影响

该系统已于2016年7月底在我厂1#脱硫投入正常运转，产生了可观的直接及间接经济效益。直接经济效益体现在：降低吨钢铁水损耗3-5kg/t，减少聚渣剂(基本不用)用量；间接经济效益体现在：缩短扒渣时间30%，降低转炉回硫超标率10%以上(铁水脱硫目标0.001-0.002%，转炉出钢硫含量大于0.01%为超标)，减轻精炼脱硫压力。

项目实施后介质消耗：

N₂消耗:0.06Nm³/吨铁、电消耗：吨铁0.001Kwh、易损备件：喷枪消耗0.33元/吨铁。

4 经济效益分析

4.1 直接经济效益：

（1）减少吨铁铁水损耗：

深脱硫钢种(脱硫后硫含量在0.001%以下)降低吨铁扒损3-5kg/t，按平均4kg/t，每月生产200炉，每炉150吨，脱硫量为铁水的70%，作业率95%，铁水1511元/吨计算：

4kg×200炉×150吨×1511元×12月＝217.58万元/年。

（2）氮气和电消耗：

N₂消耗0.06Nm³/吨铁，即

年N₂消耗费用:200×150×0.06 Nm³×0.261元×12月＝0.564万元/年。

电消耗吨铁消耗为0.001Kwh，即

年电消耗费用为：200×150×0.001 Kwh×1.4元×12月=0.05万元/年。

（3）备件消耗

系统主要吹气喷枪消耗，费用为200×150×12月×0.33元/吨铁=11.88万元/年

预计年产生效益合计：

217.58-0.564-0.05-11.88=205.086万元/年

4.2 间接经济效益：

缩短扒渣时间30%，降低转炉回硫超标率10%以上，按精炼脱硫每增加100ppm需延长精炼时间5min，需增加电、电极、石灰、脱氧铝、萤石等消耗总计约4元/100ppm[S]。则具有很大间接经济效益。

参考文献

[1] 王雅贞、李承祚,转炉炼钢问答,2004

[2] 冯捷   张红文,炼钢基础知识,2007