宣鋼 150 噸干法除塵轉(zhuǎn)爐二次下槍防泄爆處理研究

于春強(qiáng)

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司二鋼軋廠，河北宣化  075000）

摘  要：本文主要闡述了宣鋼 150 噸大型國(guó)產(chǎn)干法除塵轉(zhuǎn)爐吹煉中途提槍后的二次下槍防泄爆處理方法，詳細(xì)介紹了吹煉中途提槍的原因、泄爆機(jī)理、處理不當(dāng)泄爆的危害以及正確的處理方法、操作注意要點(diǎn)，從而有效避免大型泄爆造成的設(shè)備損壞和人員傷亡事故的發(fā)生，達(dá)到生產(chǎn)順行之目的。

關(guān)鍵詞：靜電除塵器泄爆轉(zhuǎn)爐煙氣除塵氮?dú)庀♂?/span>

The Research for preventing secong dropping-gun explosion in XuanSteel 150T dry dust converter

Yu Chunqiang

( NO.2 Steel Rolling Mill,Company , Hesteel Group , Xuansteel Company,

Xuanhua Hebei ,075000 )

Abstract: This paper mainly expounds the Xuanhua 150 tons of large domestic dry dust converter blowing halfway to carry a gun after the second gun anti explosion venting processing method, a detailed description of the blowing midway put the gun, vent burst mechanism, improper handling of the relief explosion hazards and the correct treatment, operation points for attention, so as to avoid large relief explosion caused equipment damage and personal casualty accident occurred, to achieve smooth production.

Key words: electrostatic precipitator dust discharge converter flue gas dust removal nitrogen dilution

1  宣鋼轉(zhuǎn)爐干法除塵工藝介紹

宣鋼二鋼軋廠煉鋼作業(yè)區(qū)現(xiàn)擁有兩座 150T 轉(zhuǎn)爐，這兩座 150T 轉(zhuǎn)爐一次除塵系統(tǒng)均采用目前國(guó)際上先進(jìn)的干法除塵技術(shù)，其工藝流程圖如下圖所示：

轉(zhuǎn)爐煙氣采用干法除塵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)水、節(jié)電、環(huán)保經(jīng)濟(jì)。干法除塵運(yùn)行后，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)如下：

1）水耗可降低 60%。

2）噸鋼電耗降低了 9kW·h。

3）轉(zhuǎn)爐煤氣回收處于穩(wěn)定狀態(tài)，煤氣的熱值提高，煤氣回收量可達(dá)到 115m3/t 鋼以上。

4）煤氣的含塵量實(shí)現(xiàn) 50mg/m3 以下。

5）提高含鐵煙塵回收量，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

6）結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。

2 吹煉中途提槍的原因

2.1 造成中途事故提槍的原因總結(jié)起來(lái)有以下幾種原因：

1）各種 A 類連鎖報(bào)警。

2）噴濺等不正常狀態(tài)。

3）干法除塵報(bào)警或顯示“急�！毙盘�(hào)。

2.2 干法除塵泄爆機(jī)理分析

卸爆產(chǎn)生的條件如下：

1）可燃性氣體與氧氣混合比達(dá)到爆炸極限，即 CO≥9%且 O2≥6%，或者 H2≥3%，O2≥2%。

2）混合氣體的溫度在最低著火點(diǎn)以下：CO≤610℃，H2≤645℃。

3）有火種（EP 內(nèi)電極放電，產(chǎn)生電火花）。

只要上述條件同時(shí)滿足，靜電除塵器就會(huì)發(fā)生泄爆。

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，吹入熔池中的氧使金屬中的一系列元素氧化。其中，碳氧化生成的CO 和 CO2 氣體是爐氣的主要來(lái)源。煉鋼的爐氣是以 CO 為主的混有少量 CO2 的高溫可燃?xì)怏w。轉(zhuǎn)爐內(nèi)反應(yīng)的主要?dú)怏w生成物是 CO 和 CO2。爐氣上升過程中由爐口處吸入空氣，在煙罩內(nèi)進(jìn)行二次燃燒，所以，煙氣成分包含有 N2、Ar 和 O2 等氣體。研究轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)，主要是研究轉(zhuǎn)爐冶煉過程與產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐煙氣在進(jìn)入電除塵器時(shí)的變化規(guī)律，采取有效的措施避免煙氣達(dá)到靜電除塵器的泄爆條件。

圖 2 是正常冶煉時(shí)典型的 CO、O2 和吹氧量隨吹氧時(shí)間的變化曲線。在整個(gè)吹煉期間，煙氣中隨著供氧量的增加 CO 有一個(gè)先升后降的趨勢(shì)，在鄰近終點(diǎn)時(shí)，大幅度地下降。

在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，煙氣中 CO 和 O2 的典型變化曲線如圖 3 所示。這是一爐正常吹煉的爐次，圖中中間的兩條曲線為煙氣成分中 CO 和 O2 體積百分比。在排出熔池前，經(jīng)過反應(yīng)（2-2）后，生成物以 CO2 為主，由于初期產(chǎn)生的 CO 全部轉(zhuǎn)變成 CO2，高濃度的 CO2 氣體將 CO 與氧隔離開，從而阻止爆炸氣體的形成。

隨著反應(yīng)的深入，熔池溫度不斷升高，爐渣和金屬的黏度逐漸降低，C-O 反應(yīng)速度提高。在熔池內(nèi)碳含量較高的情況下，碳活度系數(shù)變大，氧活度系數(shù)變小，富氧條件被改變，做為脫碳反應(yīng)的氧化劑，一部分 CO2 參與反應(yīng)，生成 CO 氣體。因此，在煙氣成分曲線中， O2 含量逐步下降，CO 含量逐步提高，而在此過程中，極易達(dá)到卸爆點(diǎn)的泄爆條件，也是整個(gè)冶煉過程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

當(dāng)轉(zhuǎn)爐冶煉進(jìn)行到中期，隨著 C 與 O 速度的不斷提高，煙氣中 O2 含量快速地下降到1%以下并趨于穩(wěn)定，CO 含量逐漸增加，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，煙氣成分處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，靜電除塵器內(nèi)的煙氣流不處于泄爆范圍。

在吹煉末期，由于副槍測(cè)溫取樣，氧氣流量為 50%，反應(yīng)速度有所降低，CO 含量下降，反應(yīng)結(jié)束后 CO 含量急劇下降，O2 含量升高。

圖 4 二次下槍煙氣中 CO、O2 的變化曲線

圖 4 是二次下槍冶煉時(shí)典型的 CO、O2 和吹氧量隨吹氧時(shí)間的變化曲線。第一次下槍吹煉，煙氣中隨著供氧量的增加 CO 含量略有上升，O2 含量下降，因故提槍后，O2 含量因空氣的進(jìn)入迅速上升，熔池內(nèi)停止反應(yīng)，CO 含量下降，二次下槍后 CO、O2 含量變化與正常吹煉情況相同，開始 O2 含量較高，CO 含量較少，隨著反應(yīng)的深入，O2 含量成下降趨勢(shì)并逐漸穩(wěn)定，CO 含量逐漸增加，反應(yīng)結(jié)束后 CO 含量急劇下降，O2 含量升高。

經(jīng)過分析可知：電除塵內(nèi)的爆炸其根本原因是電除塵內(nèi)煙氣中的 CO 與 O2 混合后濃度到達(dá)一定比例后，經(jīng)電場(chǎng)中高壓閃絡(luò)的電弧火花引起爆炸。由于在吹煉 200 秒后轉(zhuǎn)爐由于中途提槍時(shí)硅錳氧化期已經(jīng)結(jié)束，熔池溫度也達(dá)到碳迅速氧化的溫度。冶煉已進(jìn)入脫碳期，再次下槍吹入的氧氣直接與鋼水中的碳反應(yīng)快速地生產(chǎn)大量的 CO（此時(shí)的脫 C 速度一般為0.4%/min，最大脫碳速度 0.5％/min）。如果產(chǎn)生的 CO 在爐口沒有被完全燃燒而進(jìn)入靜電除塵器，在靜電除塵器內(nèi)部與開吹前煙道中的空氣進(jìn)行混合，CO 與煙道中空氣中的氧氣混合進(jìn)入電除塵器，在電火花的作用下，如果混合氣體達(dá)到爆炸極限就會(huì)產(chǎn)生爆炸。此階段若處理稍有不慎可能炸廢整個(gè)靜電除塵器。這也是干法除塵在實(shí)際應(yīng)用中最難避免的難題。

3 電場(chǎng)泄爆危害

泄爆是指通過泄爆裝置將容器內(nèi)或管道內(nèi)部的高壓已燃和未燃混合氣體導(dǎo)至外部空間，使內(nèi)部爆燃、爆炸壓力迅速降低的一種技術(shù)，但這是一種補(bǔ)救措施。電場(chǎng)內(nèi)頻繁發(fā)生爆炸給轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重危害，給電除塵系統(tǒng)設(shè)備造成損壞。靜電除塵器防止泄爆的發(fā)生既是轉(zhuǎn)爐冶煉的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，尤其是發(fā)生在脫碳中期抬槍因處理不當(dāng)而再次下槍發(fā)生的泄爆危害極大，輕則造成生產(chǎn)中斷，重則炸廢整個(gè)靜電除塵器甚至造成人身事故的發(fā)生。靜電除塵器發(fā)生泄爆的危害可歸納為如下幾個(gè)方面：

爆炸源點(diǎn)附近的陽(yáng)極板和陰極絲會(huì)因?yàn)閯×业谋�炸產(chǎn)生變形，導(dǎo)致陰陽(yáng)極短接，電壓、電流降低，電場(chǎng)失效。

泄爆閥的頻繁動(dòng)作，受力不均，易產(chǎn)生形變和密封膠圈的脫落需要停產(chǎn)修理。

泄爆的產(chǎn)生使得除塵器內(nèi)部瞬間為正壓狀態(tài)，保溫箱內(nèi)部絕緣瓷瓶易掛灰，容易對(duì)內(nèi)壁放電，損害瓷瓶。

泄爆對(duì)電除塵器的檢測(cè)儀表造成巨大沖擊損壞儀表。

發(fā)生電場(chǎng)泄爆后，由于泄爆閥受到較大沖擊，回位不好，使轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)被迫中斷。

電除塵泄爆一次通常會(huì)使該爐次生產(chǎn)中斷約 8 min，從而打亂正常生產(chǎn)時(shí)序，影響其它工作的生產(chǎn)。

因此，對(duì)吹煉進(jìn)入脫碳期的中途抬槍的正確處理至關(guān)重要，正確的處理可有效預(yù)防轉(zhuǎn)爐電除塵系統(tǒng)的泄爆，是避免設(shè)備損壞、維持轉(zhuǎn)爐穩(wěn)定生產(chǎn)的必要條件。

4 二次下槍處理方法

在分析了中途事故抬槍的原因及泄爆機(jī)理后，并通過前期去其他兄弟單位學(xué)習(xí)時(shí)采集的泄爆資料以及對(duì)我作業(yè)區(qū)轉(zhuǎn)爐電除塵的長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集，積累故障趨勢(shì)后從泄爆現(xiàn)象的根源出發(fā)。防止泄爆的發(fā)生就是控制轉(zhuǎn)爐煙氣中 CO 與 O2 的混合濃度不達(dá)到爆炸極限。在研究了中期 CO 生成速度的影響因素后，總結(jié)了具有宣鋼特色的二次下槍處理法，在操作上提出以下技術(shù)方案及操作步驟：

1）起槍先到渣。中途抬槍后馬上搖爐盡可能多的倒掉大部分氧化渣，這樣不至于使再次下槍時(shí)爐渣中的（FeO）迅速的與熔池中的[C]發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生 CO 氣體，有效地避免泄爆的發(fā)生。

2）靜置三分鐘。就是從起槍到再次下槍的時(shí)間間隔要大于三分鐘，這樣可使高濃度的 CO 氣體從整個(gè)干法除塵系統(tǒng)排除。

3）硅鐵四百斤。加入 FeSi 的作用是為了再次下槍時(shí)供入熔池的氧首先與硅反應(yīng)，這樣可以減緩熔池中[C]的氧化速度，盡可能少的產(chǎn)生 CO 氣體，最大限度的避開煤氣的泄爆點(diǎn)。

4）爐子前后搖，前后搖的角度要大于 40°，保證加入的脫氧物料最大限度的與氧化爐渣反應(yīng)，避免再次下槍時(shí)產(chǎn)生大量 CO 氣體。

5）吹氮一分鐘。下槍前手動(dòng)開氮?dú)獯祾邿煹酪环昼娨陨希�其目的是利�?N2 形成一種活塞式煙氣柱．一直推動(dòng)煙氣管道中殘余的空氣向放散煙囪排出，后來(lái)產(chǎn)生的富含 CO 的轉(zhuǎn)爐煙氣利用非爆炸性的 N2 與空氣中的 O2 隔離來(lái)，將 CO 與 O2 的混合濃度控制在爆炸極限范圍之外。

6）下槍看分析。再次下槍要注意看 EP 處煤氣含量分析，若 CO 的生成速度過快，則需抬槍重新進(jìn)行二次下槍的七步法處理。

7）氧槍緩慢跟。二次下槍槍位在保證不噴濺的情況下要盡量高些，以減緩 CO 的生成速度，但是不能長(zhǎng)時(shí)間高槍位吹煉防止由此帶來(lái)的大噴。

為了嚴(yán)格控制供入熔池的氧與鋼水反應(yīng)速率，經(jīng)反復(fù)查看煙氣含量分析趨勢(shì)圖，將二次下槍軟吹時(shí)間定為 120 秒，二次下槍開吹流量設(shè)為正常全流量吹煉的 45%,然后分階段逐步上調(diào)流量至正常吹煉時(shí)的氧氣流量。此外，準(zhǔn)備小批量的白灰、輕燒、生白等造渣劑（以 300-500kg 為宜），防止軟吹帶來(lái)的噴濺。當(dāng)點(diǎn)火正常后，可根據(jù)爐渣渣化情況，小批量的加入造渣料。這樣既可減緩熔池升溫速度（減緩溫度過快進(jìn)入快速脫碳時(shí)的溫度）又可適當(dāng)稠化爐渣，有效地防止因二次下槍軟吹帶來(lái)的噴濺。

采用中途抬槍的二次下槍七步處理法后，有效地避開了因再次下槍而帶來(lái)的泄爆問題，保護(hù)了設(shè)備，穩(wěn)定了操作。

以上操作步驟總結(jié)起來(lái)可歸納為“起槍先倒渣，F(xiàn)eSi400kg,爐子前后搖，靜置三分鐘，吹氮六十秒，選擇二次下槍模式，下槍看分析（煙氣中 CO 與 O2 含量），氧槍緩慢跟”

5 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)轉(zhuǎn)爐靜電除塵器煙氣泄爆機(jī)理以及對(duì)轉(zhuǎn)爐吹煉過程各階段煙氣含量變化的研究，在吸收消化了其他兄弟單位處理二次下槍的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合宣鋼 150T 轉(zhuǎn)爐自身實(shí)際情況總結(jié)出了一套安全可行的轉(zhuǎn)爐中途抬槍防泄爆方案，并在實(shí)踐中檢驗(yàn)，使轉(zhuǎn)爐電除塵泄爆頻率有效降低，穩(wěn)定了轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)節(jié)奏，提高了轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)能，延長(zhǎng)電除塵的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃希祜．鋼鐵冶金原理［M ］( 第三版) ．北京: 冶金工業(yè)出版社，2007．

[2] 胡耀元，周邦智，楊元法，等．H2，CH4，CO 多元爆炸性混合氣體的爆炸極限及其容器因素［J］．中國(guó)科學(xué)． 2002，2．

[3] 王巖，邵飛．煙氣性質(zhì)對(duì)電除塵器運(yùn)行的影響［J］．科苑·實(shí)踐．2009． 12．