鐵水預處理涌動驅（扒）渣的生產實踐

張振杰

（南京鋼鐵股份有限公司第一煉鋼廠南京 210000）

摘  要：針對第一煉鋼廠1#脫硫新上的鐵水預處理涌動扒渣設備進行了描述，并對實施后產生的效益進行了綜合評價。從優化設備革新、改進操作等方面入手，使扒渣鐵損、鐵水脫硫率得到了有效的控制。

關鍵詞：鐵水；涌動扒渣；效益

引言：對于絕大多數中厚板鋼種而言，硫是一種非常有害的元素，在鋼水凝固過程中，硫具有明顯的晶界偏聚傾向，延緩晶界處的凝固，同時過多硫的偏析也會導致晶界脆化，降低鋼的延性，因此硫的存在不僅大大增加了鋼的裂紋敏感性，而且還會嚴重影響鋼材的各種加工和使用性能，MnS會影響厚板的超聲波探傷合格率，特別是石油管線鋼、耐磨鋼、鎳系鋼除要求具有較高的強度和韌性外，還必須有良好的抗HIC（氫致裂紋）和抗SSCC（硫應力致裂紋）的能力，因此就要求對硫的含量必須嚴格控制，南鋼中厚板系列的石油管線鋼、耐磨鋼、鎳系鋼的主要產品硫要求20ppm以下，要求更加嚴格的必須在10ppm以下。

例如：南鋼管線鋼脫硫工藝路線：

   鐵水預處理→ 轉爐控硫→ 精煉脫硫

因為鐵水預處理脫硫有如下優點：

（1）鐵水中的碳、硅含量高，可提高硫的反應能力，有利于脫硫。

（2）鐵水中的氧含量比較低，提高渣、鐵間的硫的分配比，脫硫效率高。

（3）鐵水脫硫動力學條件較好，脫硫劑利用率高，脫硫速度快。

（4）鐵水脫硫生產成本較低，其費用比LF脫硫要低的多。

（5）鐵水脫硫可明顯提高高爐和轉爐的生產能力，節約工序能耗，降低生產成本。

因此我廠品種鋼在鐵水預處理硫都降得比較低，可控制在20ppm左右，但脫硫后鐵水面的脫硫渣難以扒除，同時由于轉爐爐料（廢鋼、石灰等）硫含量比較高，且轉爐氧比較高，造成轉爐終點“回硫”現象，回硫基本都在60ppm—70ppm之間，相應給LF脫硫造成很大困難，因此保護好來之不易的鐵水脫硫的成果。我們想到了如何盡可能的將鐵水脫硫渣扒除干凈。

1 涌動驅渣系統簡介

1.1 思考背景

目前，鐵水脫硫預處理后，鐵水包表面均要覆蓋大量脫硫渣，必須對其進行扒除。扒除不凈的殘渣繼續留在鐵水包表面，由于殘渣中富含一定量的硫，在后續的轉爐冶煉條件下，這些硫不但會重新轉化到鋼水中，造成“回硫”現象，而且增加其后精煉成本及負擔。

常規操作是脫硫后投入一定量的聚渣劑，在聚渣劑的作用下使脫硫渣變得粘稠而易于扒除。但當剩余少量較薄的殘渣時，尤其純鎂脫硫法，脫硫后渣稀量少，不易徹底扒除，不得不二次、甚至三次投入聚渣劑，不僅無形中增加聚渣劑消耗，而且還增加鐵損成本。

脫硫渣形貌如圖1所示，破碎后如圖所示，圖中畫“紅圈”處為肉眼直觀可見鐵粒。磁選可分離物195g，化學檢驗全鐵含量為79.6%，形貌如圖2所示；剩余111g，形貌如圖3所示。化學檢驗全鐵含量為23%。即平均含鐵量大于50%。在當下同質化競爭越來越激烈的鋼鐵市場背景下，對生產成本的壓力越來越大。

1.2 原理描述

使用扒渣機進行扒渣作業時鐵水罐會有一定的傾斜角，由于幾何形狀變化，在表面張力作用下脫硫渣覆蓋面積被擴大，為將脫硫渣聚集扒除普遍使用聚渣劑。在投放聚渣劑周圍脫硫渣“成坨”，易于扒除，但坨狀渣扒除后，剩余殘渣不但量少，而且流動性極好，大部分會繞過扒渣板從兩側回流，只有扒渣板正面少部分頂渣被帶出。為將脫硫渣扒除干凈只能以犧牲鐵損為代價，頻繁扒渣。解決此問題的手段多集中在：1改進聚渣劑、2改進扒渣板設計、3優化操作。有的將鋼包底吹技術引進到鐵水罐，對鐵水罐進行偏心底吹，利用氣體上升推動頂渣向扒渣口聚集。該方法有一定的改進功能，但存在兩大弊端：1為達到頂部推渣效果，要求底吹流量較大，這勢必嚴重影響底吹噴嘴壽命，而頻繁更換噴嘴必然加大使用和維護成本；2 出于安全及砌包難度等原因，底吹噴嘴不能加的太多，一般只能有一個，這樣在鐵水頂部只能形成“彎月”形頂渣，對于“月牙”兩端依然不易扒除。

針對以上問題及弊端，“涌動驅（扒）渣系統”其原理為：2支噴氣槍從鐵水罐偏頂部插入鐵水，在噴吹氣體上浮力的作用下，形成“人造波浪”狀鐵水自下而上涌動，裸露的鐵水將頂渣推向扒渣口，由于有2個發力點，頂渣呈“半月”形淤積在扒渣口，扒渣板行程減半，扒渣動作由空間3維(上下左右)“S”形運動，變成僅需平面1維(前后)“—”運動。在鐵水涌動源源不斷驅動的作用下，稀渣不斷向排渣口聚集，渣層厚度翻倍，因此扒渣速度加快，不但扒渣時間可縮短一半，而且鐵損也可大幅度降低，且基本不用聚渣劑。真正達到低耗、快速、低成本扒渣目的。與傳統扒渣設備對比如圖4所示。

1.3 熱態實驗

利用多功能感應爐熱態模擬鐵水扒渣實驗。效果如圖5所示。噴槍插入后鐵液即翻滾涌動，僅約20s頂渣即偏聚在扒渣口一側，效果如圖6所示。在脈沖鐵水涌動作用下，頂渣穩定偏聚在扒渣口上下蕩動，效果如圖7所示。提槍停吹后，頂渣依然偏聚在一起，效果如圖8所示。

2 項目實施和改造的主要內容

南鋼第一煉鋼廠1#脫硫，在鐵水預處理扒渣工位增加涌動驅渣設施。根據我廠鐵水預處理扒渣工位實際工況條件，采用了“站立式”涌動驅渣設計。

涌動驅渣機工作過程：當鐵水罐傾翻到位后，涌動扒渣機將噴槍插入到鐵水罐中，并吹入適量氮氣，在氮氣作用下鐵水涌動，將渣推向出渣口，此時，原扒渣系統開始工作，在原出渣口處將渣快速扒出。

3 項目實施后的影響

該系統已于2016年7月底在我廠1#脫硫投入正常運轉，產生了可觀的直接及間接經濟效益。直接經濟效益體現在：降低噸鋼鐵水損耗3-5kg/t，減少聚渣劑(基本不用)用量；間接經濟效益體現在：縮短扒渣時間30%，降低轉爐回硫超標率10%以上(鐵水脫硫目標0.001-0.002%，轉爐出鋼硫含量大于0.01%為超標)，減輕精煉脫硫壓力。

項目實施后介質消耗：

N₂消耗:0.06Nm³/噸鐵、電消耗：噸鐵0.001Kwh、易損備件：噴槍消耗0.33元/噸鐵。

4 經濟效益分析

4.1 直接經濟效益：

（1）減少噸鐵鐵水損耗：

深脫硫鋼種(脫硫后硫含量在0.001%以下)降低噸鐵扒損3-5kg/t，按平均4kg/t，每月生產200爐，每爐150噸，脫硫量為鐵水的70%，作業率95%，鐵水1511元/噸計算：

4kg×200爐×150噸×1511元×12月＝217.58萬元/年。

（2）氮氣和電消耗：

N₂消耗0.06Nm³/噸鐵，即

年N₂消耗費用:200×150×0.06 Nm³×0.261元×12月＝0.564萬元/年。

電消耗噸鐵消耗為0.001Kwh，即

年電消耗費用為：200×150×0.001 Kwh×1.4元×12月=0.05萬元/年。

（3）備件消耗

系統主要吹氣噴槍消耗，費用為200×150×12月×0.33元/噸鐵=11.88萬元/年

預計年產生效益合計：

217.58-0.564-0.05-11.88=205.086萬元/年

4.2 間接經濟效益：

縮短扒渣時間30%，降低轉爐回硫超標率10%以上，按精煉脫硫每增加100ppm需延長精煉時間5min，需增加電、電極、石灰、脫氧鋁、螢石等消耗總計約4元/100ppm[S]。則具有很大間接經濟效益。

參考文獻

[1] 王雅貞、李承祚,轉爐煉鋼問答,2004

[2] 馮捷   張紅文,煉鋼基礎知識,2007