铁水在线脱硫扒渣工艺的研究与应用

铁水在线脱硫扒渣工艺的研究与应用

杨楠

承钢板带事业部河北省承德市067001

摘要：随着铁矿石价格的大幅上涨，随着新增产能的不断释放以及国内外钢铁市场竞争的日益加剧，中国钢铁业单纯靠以量取胜的时代即将过去，靠质量、成本和品种创新取胜的时代已经到来。铁水预处理脱硫对于优化钢铁冶金工艺、提高钢的质量、发展优质钢种、提高钢铁冶金综合效益起着重要作用。2005年铁水预处理比例达到40％，到2009年达到了60％。脱硫渣地扒除是铁水预处理脱硫的重要环节。高炉铁水在进入混铁炉、炼钢炉前的清渣，对钢铁生产的顺行和提质降耗非常重要，铁水扒渣工艺越来越受到重视。本文分析了铁水在线脱硫扒渣工艺的研究与应用。

关键词：铁水在线脱硫；扒渣工艺；应用；

铁水预处理工艺是决定钢水中最终硫含量的主要工艺环节,目前已经为钢铁企业普遍采用。但由于脱完硫后铁水包中含有大量的渣子,在入炉前既要保证除渣干净以免回硫,又要防止铁水流失,因此这就促进了铁水除渣技术的发展。

一、铁水在线脱硫扒渣工艺的研究

目前,一般的铁水预处理工艺流程是:铁水进站—扒除高炉渣—测温取样—加入脱硫剂—扒除脱硫渣—测温取样—出站。因此,铁水包扒渣分为两种:一种是前扒渣,一种是后扒渣。这两种扒渣过程对铁水预处理脱硫的效果都具有很大的影响。前扒渣是指在铁水预处理过程中喷吹前将铁水包中大量的高炉渣扒除掉。先扒除高炉渣,对降低镁粉消耗、提高脱硫率有极大的促进作用。铁水高炉渣中硫很高,同时还含有二氧化硅、三氧化二铝和氧化钛等不利于脱硫的组分,特别是钛的氧化物会降低炉渣碱度,从而减少炉渣硫容量使脱硫效率降低;脱硫时钛还会与氮气反应生成钛的碳氮化物,熔点很高,渣子变稠,使渣铁不易分离。相关的生产实践证明,与不进行前扒渣直接喷吹相比,在相同终点情况下镁粉消耗减少0.05～0.10kg/t,扒渣铁损下降3～5kg/t,时间缩短2～3min。因此,在铁水预处理过程中进行前扒渣是非常必要的。后扒渣是指在铁水预处理以后,在铁水包内有大量的脱硫渣,为了避免回硫,又防止铁水流失,要通过一些手段将这些渣子扒除。经深脱硫铁水最终S≤0.002%,如何干净、彻底、快速且有效地将含高硫的铁水渣扒除,是稳定脱硫最终效果的关键,也直接影响到转炉终点出钢。高硫渣兑入转炉必将产生回硫效应,硫又重新回到钢中,即使是少量未扒除的脱硫渣进入转炉都会造成转炉回硫,特别是在转炉冶炼洁净钢时这种回硫更为明显。脱硫与扒渣是两个相互独立、且又紧密联系的铁水预处理工艺,脱硫工艺决定了处理终点铁水含硫的水平,而扒渣则是将脱硫处理后的高硫渣从铁水中去除的重要手段,是决定入炉硫总量的主要因素。因此比较而言,扒渣工艺对过程控硫显得更为重要。如果脱硫产物得不到有效去除,再好的脱硫工艺也不能充分发挥作用。因此,从某种意义上说扒渣效果决定最终脱硫率。所以,采用先进的扒渣工艺与设备对系统控硫与降低生产成本是十分必要的。

二、铁水在线脱硫扒渣工艺应用

1.铁水扒渣设备及控制的技术探究。由于捞渣机是机电液一体化的大型设备，作为钢铁生产的关键设备，又是在1300—1500℃的高温辐射下工作(轴承、液压与润滑系统的最高工作温度要求小于70℃)，因而，要求设备在有高度的可靠性的同时，还需要很好的冷却条件相配合。渣耙作为扒渣机的重要设备，使用寿命非常关键，采用专用耐火防粘渣涂料，渣耙在使用50—100包次时。控制动作采用纵向轨道和立体升降控制，渣机冷却采用三种工艺方案，扎耙优选耐高温材料并外涂耐火防粘涂料，实现微机画面全自动化控制。一是纵向轨道和立体升降控制。针对脱硫扒渣的现场应用工艺特点，依据扒渣的工艺布局来研究捞渣机设计方案，采取捞渣系统安装在小车上，小车在轨道中行走的结构，另外，又增加了捞渣系统升降、回转动作，不仅满足了捞渣机的工作要求，还创造了回转放渣，赋予捞渣机占地小、布置灵活，铁水包不倾翻的特点。二是渣机冷却采用工艺方案。针对铁水的特点，以及捞渣机的工作要求，我们设计了水冷、风冷和水冷风冷相结合的三种方式，依据实际模拟实验测试，选择不同的介质流量，确定采用不同的冷却方案。三是优选渣耙材料。在1450—1500℃铁水温度条件，使用工频感应电炉做实验，选取钢板焊接结构与铸铁件两种材料，得出结论：铸钢渣耙寿命长、易补焊；铸铁渣耙焊补困难。三是渣耙耐火防粘涂料优选。耐火防粘涂料使用铸造石墨涂料，该涂料与渣耙和渣子黏结力均较强，能够提高渣耙寿命，粘渣后不宜清理。通过试验，确定了一种与渣耙结合力不强，一敲震即可随渣子一起脱落的配方，并采用渣耙浸入涂料池中的浸涂方法，操作方便、效率高、效果好。

2.自动化控制系统。采用计算机远距离遥控控制与手动控制台控制相结合的方式，实现中央控制室集中控制和人机对话，故障报警，画面监控及操作功能，对各项控制建立分析曲线，实现画面报警和现场报警相结合，工艺控制全自动化。

3.在炼钢工业中,对液态渣的扒渣,通常是将铁水包倾翻到扒渣板的位置即正好低于铁/渣界面的位置来实现的。然而扒渣设施存在的共同问题是扒渣板不能伸到铁水罐后墙的渣层处,所以只有开始位于扒渣口周围的渣子才能被快速扒掉,使扒渣率明显下降。为了使渣滓不停的随扒渣板流出,要求铁水罐内远处的渣子必须移动到扒渣板的行走范围内。为了使铁水罐中的渣子移动到扒渣板处,便于扒渣机将渣扒除干净。国内很多学者研究了铁水罐上安装透气砖或在铁水罐中插入喷枪底吹或侧吹进行吹气辅助扒渣的工艺,为铁水脱硫扒渣技术提出了新的思路。为了解决单喷颗粒镁脱硫渣稀散,普通扒渣机难以扒除干净的问题,北京中冶设备研究设计总院有限公司开发了一种吹渣式扒渣机。其特点是在扒渣板的上方安装了一个吹氮装置,扒渣过程中利用氮气将散渣、稀渣、残留渣聚拢到铁水包边缘将其扒出，但是由于这种扒渣机的技术还不成熟,目前还没有推广应用。为了降低铁损和提高清渣效率山东烟台盛达利公司盛富春开发了一种扒捞渣方法,具体做法是:首先将回转式捞渣机的渣耙浸入铁水包中渣聚集较多的位置。操纵两渣耙打开呈一条直线,然后向包口水平运动,运动中操纵两渣耙逐渐合拢聚渣,将渣从包口扒出,或利用扒渣机的升降功能将渣夹住后捞出。

4.铁水扒渣工艺几个难点。铁水包越大，渣耙也越长，一次捞渣量也越大，捞渣效率也越高，在扒渣处理过程中有需要解决以下难点：(1)铁水包挂渣问题：铁水包挂渣后，在包口形成渣圈，影响捞渣率，严重时根本不能捞渣。目前我们解决的办法一是及时捞渣，包包捞渣，少留残渣，这样，挂渣速度大大降低；二是及时清渣。(2)渣滓的黏度波动较大，有时松散，有时黏。松散时捞渣较容易，效率高、不粘渣耙；较黏时粘渣耙厉害，需每包用风镐清理。(3)在捞渣过程中流出渣耙的铁水，带出一部分渣子，满足捞渣3—5次、捞渣时间3—5分钟和捞渣率90％的要求。⑷对于特别松散细小和液体的渣子和捞渣后期渣子较少时，由人工或专门设计的装置加入固渣剂，将渣子粘住或固化，然后用捞渣机可一次捞去90％以上的渣子，效果更佳。

有关铁水包除渣工艺和设备的改进已经引起了很多冶金工作者的重视,各个钢铁公司和科研机构也都投入了大量人力物力从事这方面的研究和应用,如何提高扒渣的工作效率,减少铁水损失,提高渣的去除率成为研究工作的主要方向。

参考文献：

[1]吴明.铁水镁脱硫高效化的研究与应用.中国冶金,2016,Vol.18(6):28～31

[2]马传凯.鞍钢铁水脱硫吹渣发展综述.中国冶金,2016

[3]钢铁冶金．炼铁部分[M]．北京：冶金工业出版社,2016