劉鵬飛  王小善  何海龍  曹祥  魯亮  季春偉

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山，114021）

摘  要：鞍鋼180噸轉(zhuǎn)爐在干法除塵投入使用初期卸爆爐次較多，對(duì)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)干擾較大，同時(shí)影響靜電除塵器的穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)對(duì)靜電除塵器卸爆產(chǎn)生的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，不斷優(yōu)化轉(zhuǎn)爐供氧制度、氧槍槍位控制、物料加入優(yōu)化等，并采用轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化煉鋼，減少人為干預(yù)，穩(wěn)定過(guò)程和終點(diǎn)控制，提高冶煉終點(diǎn)的碳溫命中率和一拉率，從而大大降低了轉(zhuǎn)爐干法除塵的卸爆率。卸爆次數(shù)從開(kāi)工初期的月16次，卸爆比例4.86%，降低到了目前0.19‰。為進(jìn)一步降低熔劑單耗，轉(zhuǎn)爐采用留渣操作，留渣比例達(dá)到70%，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐干法除塵在留渣條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：干法除塵，卸爆，靜電除塵器

Production Practice of Dry Dedusting Explosion

Venting about Converter During Slag Remaining

Liu Pengfei，Wang Xiaoshan，He Hailong，Cao Xiang，Lu Liang，Ji Chunwei

（General Steelmaking Plant of Angang Steel Co. ,ltd. ,Anshan 114000, Liaoning. China）

ABSTRACT：In the early stage of dry dust collection, the 180 ton converter in the iron and steel company is much larger, and the interference of the converter is larger, and the stable operation of the electrostatic precipitator is also influenced. Through detailed analysis of the reason of explosion of electrostatic precipitator discharge, constantly optimize the converter oxygen lance position control system, and the material added to optimization, and the automation steelmaking process, reduce human intervention, stability and control point, improve the hit rate and a rate of carbon and temperature of smelting end, thereby greatly reducing the rate unloading converter dry dedusting. Burst discharge times from 16 early start of the month, explosive decompression ratio of 4.86%, reduced to the present 0.19 per thousand. To further reduce the flux consumption, the converter adopts the remaining slag operation, slag ratio reached 70%, to achieve stable operation of converter dry dedusting in slag under the condition.

Keywords: dry dedusting  explosion venting  electrostatic precipitator

1 前言

鞍鋼煉鋼總廠5^#線2×180噸轉(zhuǎn)爐采用干法除塵（LT），與傳統(tǒng)的濕法除塵（OG）相比，具有除塵效率高、能源消耗和運(yùn)行費(fèi)用低、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)維修少的優(yōu)點(diǎn)。特別是在降低新水消耗、能源消耗方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，可將轉(zhuǎn)爐煤氣含塵量降到15mg/m³以下，大幅降低粉塵排放^[1]。

2015年1月轉(zhuǎn)爐干法除塵投入使用初期，由于干法除塵系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)等設(shè)備都處于磨合期，轉(zhuǎn)爐工藝操作尚未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化操作，加上外界鐵水條件變化造成轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)靜電除塵器時(shí)有發(fā)生卸爆事故。卸爆事故主要發(fā)生以下兩種情況：第一種情況是在開(kāi)始吹煉時(shí)的68秒～90秒時(shí)間段內(nèi)，第二種情況是由于轉(zhuǎn)爐設(shè)備等原因造成吹煉中斷后再次下氧槍吹煉時(shí)，嚴(yán)重情況會(huì)造成冶煉爐次發(fā)生2～3次卸爆。靜電除塵器卸爆不僅影響生產(chǎn)順行，還會(huì)造成靜電除塵器內(nèi)部極板嚴(yán)重變形，使安全閥靈敏度降低等危害。

2 轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵工藝

2.1 干法除塵工藝流程

轉(zhuǎn)爐煤氣（1400～1600℃）經(jīng)煙罩收集后進(jìn)入氣化冷卻煙道，在到達(dá)蒸發(fā)冷卻器之前通過(guò)熱交換將高溫煤氣熱量回收，使轉(zhuǎn)爐煤氣溫度降低至800～1000℃范圍，然后進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器進(jìn)行煤氣的二次降溫和粗除塵。經(jīng)過(guò)蒸發(fā)冷卻器冷卻后的煤氣溫度降低至210～230℃，再進(jìn)入到靜電除塵器中進(jìn)行煤氣精除塵。經(jīng)過(guò)靜電除塵器凈化的煤氣由軸流風(fēng)機(jī)加壓后，合格煤氣經(jīng)煤氣冷卻器降溫至70℃后，進(jìn)入轉(zhuǎn)爐煤氣柜回收。轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵工藝流程圖如圖1所示。

圖1：干法除塵工藝流程圖

2.2 轉(zhuǎn)爐工藝參數(shù)

鞍鋼煉鋼總廠180噸轉(zhuǎn)爐工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1：鞍鋼煉鋼總廠180噸轉(zhuǎn)爐工藝參數(shù)表

2.3轉(zhuǎn)爐干法除塵煙氣數(shù)據(jù)

鞍鋼煉鋼總廠180噸轉(zhuǎn)爐煙氣數(shù)據(jù)表見(jiàn)表2。

表2：鞍鋼煉鋼總廠180噸轉(zhuǎn)爐煙氣數(shù)據(jù)表

3.1靜電除塵器卸爆原理

轉(zhuǎn)爐不連續(xù)吹煉的特性導(dǎo)致冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的CO和少部分O₂易同時(shí)進(jìn)入靜電除塵系統(tǒng)，當(dāng)兩種氣體混合且體積分?jǐn)?shù)同時(shí)達(dá)到φO₂＞6%、φCO＞9%，在遇到火花或明火時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而形成燃爆。另外煙氣中若存在H2，且H2體積分?jǐn)?shù)達(dá)到φH2＞3%、φO2＞2%時(shí)，遇到火花也會(huì)產(chǎn)生燃爆^[2]。靜電除塵器進(jìn)出口各安裝有4個(gè)卸爆閥，卸爆閥設(shè)定起跳壓力為5000Pa。煙氣在靜電除塵器內(nèi)發(fā)生燃爆后，除塵器內(nèi)壓力瞬間增大超過(guò)卸爆閥起跳設(shè)定值時(shí)，卸爆閥彈起釋放燃爆產(chǎn)生的壓力以降低內(nèi)部燃爆對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的危害^[3]。

3.2靜電除塵器卸爆原因

鞍鋼180噸轉(zhuǎn)爐干法除塵投入使用以來(lái)，在靜電除塵器運(yùn)行初期，由于經(jīng)驗(yàn)不足，以及工藝控制未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，靜電除塵器卸爆主要發(fā)生在吹煉初期，時(shí)間段在開(kāi)始吹煉的68秒至90秒之間，稱(chēng)為“初期卸爆”，卸爆比例占50%；其次由于各種原因?qū)е罗D(zhuǎn)爐吹煉中斷后，再次吹煉時(shí)發(fā)生卸爆，生產(chǎn)初期二次下氧槍吹煉造成的卸爆比例達(dá)到46.1%，稱(chēng)為“二次下槍卸爆”。其它原因的卸爆包括廢鋼、物料潮濕引起的卸爆，加料過(guò)早造成的粉塵卸爆，比例占3.9%。生產(chǎn)穩(wěn)定以后靜電除塵器卸爆的主要原因是“二次下槍卸爆”，占卸爆原因的89.1%。

3.2.1“初期卸爆”原因

冶煉“初期卸爆”主要發(fā)生在開(kāi)始吹煉的68秒至90秒之間。當(dāng)冶煉開(kāi)始時(shí)，鐵水中的硅、錳元素首先與氧發(fā)生氧化反應(yīng)，硅、錳元素氧化期結(jié)束后，熔池溫度達(dá)到1450℃左右，此時(shí)轉(zhuǎn)爐熔池內(nèi)開(kāi)始發(fā)生脫碳反應(yīng)，這時(shí)轉(zhuǎn)爐煙氣中的CO含量會(huì)逐漸增加。而轉(zhuǎn)爐開(kāi)始吹煉時(shí)采用24000～27000Nm³/h供氧流量，即采用“軟吹”制度，軟吹時(shí)氧流對(duì)熔池的沖擊力減小，沖擊深度變淺，反射流股的數(shù)量增多，沖擊面積加大，加強(qiáng)了對(duì)熔池液面的攪動(dòng)，脫碳速度降低，容易引起噴濺^[4]。因此操作者會(huì)逐步提高吹氧流量，這樣會(huì)增加熔池碳氧反應(yīng)速度，進(jìn)一步提高煙氣中CO含量；由于軟吹時(shí)氧氣壓力低，氧氣利用率低，煙氣中富裕的O₂含量較高，當(dāng)煙氣中O₂和CO體積分?jǐn)?shù)同時(shí)達(dá)到φO₂＞6%、φCO＞9%就會(huì)造成靜電除塵器卸爆。因此如何控制前期噴濺和如何控制熔池脫碳反應(yīng)速度使CO的生成速度逐漸提升并錯(cuò)開(kāi)O₂含量的高點(diǎn)，成為煉鋼工藝人員研究的重點(diǎn)。

3.2.2“二次下槍卸爆”原因

“二次下槍”指轉(zhuǎn)爐在吹煉中斷后重新降氧槍進(jìn)行吹煉的操作。“二次下槍”分吹煉前期和中后期，前期“二次下槍”主要原因包括：廢鋼結(jié)構(gòu)不好，輕薄料比較多，以及留渣量大、加料過(guò)早，都會(huì)造成吹煉前期打火困難。吹煉中后期“二次下槍”的設(shè)備原因：包括軸流風(fēng)機(jī)軸后溫度高、輸灰鏈故障、氧槍水套氮封封不住火等。工藝原因主要包括：鐵水硅數(shù)高，渣量大，過(guò)程渣不易控制，進(jìn)行雙渣操作；以及終點(diǎn)控制拉高碳造成二次補(bǔ)吹。

吹煉過(guò)程異常抬槍時(shí)，氧氣不能立刻關(guān)閉，待氧槍抬至關(guān)氧點(diǎn)后自動(dòng)關(guān)閉氧氣，因此大量氧氣未參與反應(yīng)而被風(fēng)機(jī)抽入煙道。“二次下槍”吹煉時(shí)氧氣在開(kāi)氧點(diǎn)自動(dòng)打開(kāi)，此時(shí)部分未參與反應(yīng)的氧氣也進(jìn)入煙道內(nèi)，氧槍到達(dá)吹煉槍位時(shí)，熔池內(nèi)溫度較高，碳氧反應(yīng)非常劇烈，產(chǎn)生大量CO，當(dāng)高濃度的CO和煙道內(nèi)富裕的O₂被風(fēng)機(jī)抽入靜電除塵器時(shí)，發(fā)生卸爆。

4 煉鋼工藝控制與改進(jìn)

通過(guò)以上分析，控制靜電除塵器卸爆的基本方法就是通過(guò)工藝調(diào)整合理控制轉(zhuǎn)爐熔池碳氧反應(yīng)速度，避免到達(dá)靜電除塵器的煙氣中CO和O₂體積含量同時(shí)滿足φO₂＞6%、φCO＞9%的卸爆條件。

4.1 工藝參數(shù)跟蹤

為了及時(shí)、準(zhǔn)確的查找靜電除塵器卸爆產(chǎn)生的原因，掌握除塵系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)主要參數(shù)的運(yùn)行情況，將干法除塵設(shè)備的相關(guān)工藝參數(shù)和轉(zhuǎn)爐冶煉的相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤并繪制成可視化的曲線非常有必要，如圖2。通過(guò)實(shí)時(shí)曲線的查詢(xún)，能夠?qū)�風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、蒸發(fā)冷卻器噴水量、爐口微壓差、煙氣量、蒸發(fā)冷卻器出口壓力、蒸發(fā)冷卻器入口溫度、蒸發(fā)冷卻器出口溫度、煤氣分析儀CO含量、煤氣分析儀CO₂含量、煤氣分析儀O₂含量、供氧流量、氧槍高度、冶煉過(guò)程加料量及種類(lèi)等信息實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)，從而大大提高了分析和解決問(wèn)題的效率。

圖2：干法除塵與轉(zhuǎn)爐工藝主要參數(shù)實(shí)時(shí)查詢(xún)曲線

4.2 原料條件

對(duì)于采用干法除塵的轉(zhuǎn)爐，廢鋼結(jié)構(gòu)的配置非常重要。廢鋼中輕薄廢鋼比例大時(shí)，轉(zhuǎn)爐吹煉開(kāi)始時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)打火不暢的現(xiàn)象，尤其是轉(zhuǎn)爐采用留渣操作時(shí)，加劇了開(kāi)吹打火不暢的情況，造成大量O₂進(jìn)入煙道，當(dāng)抬槍后再次下氧槍吹煉時(shí)極易造成靜電除塵器卸爆。因此廢鋼中輕薄廢鋼控制在30%以下，對(duì)于轉(zhuǎn)爐開(kāi)吹打火是非常有利的。

鐵水硅含量的控制對(duì)于干法除塵同樣非常重要，當(dāng)鐵水中硅含量大于0.6%，冶煉成品磷含量小于0.012%的鋼種時(shí)，由于冶煉過(guò)程對(duì)脫磷的要求，過(guò)程渣必須化透滿足脫磷條件，這樣含有較高FeO的熔渣極易大跑渣造成吹煉中斷。再次下氧槍吹煉時(shí)為靜電除塵卸爆埋下了隱患。因此干法除塵轉(zhuǎn)爐對(duì)鐵水硅含量有一定的要求。對(duì)于不同硅含量的鐵水情況在轉(zhuǎn)爐開(kāi)始吹煉時(shí)，煙氣中CO、O₂、CO₂典型控制曲線見(jiàn)圖3。

圖3：冶煉前期煙氣量隨吹煉時(shí)間的控制曲線

從上面的典型控制曲線可以看出：不同硅數(shù)的鐵水在吹煉前期時(shí)，煙氣中的CO含量達(dá)到6%，此時(shí)煙氣中O₂含量都低于9%，避開(kāi)了容易造成靜電除塵卸爆的條件。

鞍鋼180t轉(zhuǎn)爐鐵水條件見(jiàn)表3（表中所列條件為平均值），其中鐵水硅含量小于0.6%的鐵水比例達(dá)到93.9%。

表3：鞍鋼180t轉(zhuǎn)爐入爐鐵水條件

4.3 供氧制度

180噸轉(zhuǎn)爐供氧制度采用5孔氧槍吹煉，氧槍噴孔夾角13.5°，出口馬赫數(shù)2.0，最大供氧流量44000Nm³/h，供氧強(qiáng)度3.76Nm³/t·min 。

轉(zhuǎn)爐前期供氧流量根據(jù)鐵水硅數(shù)來(lái)確定。從實(shí)際生產(chǎn)情況看，鐵水硅數(shù)低時(shí)開(kāi)吹采用較低流量，鐵水硅數(shù)高時(shí)采用較高流量；雖然鐵水硅數(shù)較高時(shí)采用低流量打火對(duì)于控制“前期卸爆”有利，但是低流量供氧易造成吹煉3～4min時(shí)跑渣，經(jīng)過(guò)不斷摸索，最終確定依據(jù)鐵水硅數(shù)確定前期供氧流量的模式，并采用二級(jí)計(jì)算機(jī)控制，控制情況見(jiàn)圖4�？偟拇笛趿髁孔兓�采用梯度模式逐步提升，吹氧流量調(diào)整在二級(jí)模塊按照吹煉氧步進(jìn)行設(shè)定。

 圖4：吹煉前期供氧流量控制圖             圖5：吹煉前期氧槍槍位控制圖

轉(zhuǎn)爐前期氧槍槍位在二級(jí)計(jì)算機(jī)模塊設(shè)定，槍位控制情況見(jiàn)圖5。槍位控制原則是低硅鐵水條件采用較低槍位，高硅鐵水條件采用較高槍位。典型的吹煉控制過(guò)程見(jiàn)圖6。

圖6：典型的吹煉過(guò)程控制圖

采用二級(jí)模式控制轉(zhuǎn)爐吹煉后，不僅有效控制了靜電除塵器“前期卸爆”，而且穩(wěn)定控制了前期熔渣狀態(tài)，避免了跑渣情況的發(fā)生，過(guò)程冶煉平穩(wěn)。

4.4 留渣及加料模式

為保證轉(zhuǎn)爐合適的留渣量，根據(jù)上爐冶煉終點(diǎn)溫度和氧值進(jìn)行倒渣角度控制，倒渣結(jié)束后轉(zhuǎn)爐搖至零位濺渣，濺渣采用氮?dú)猓�流量采�?4000Nm³/h,濺渣槍位由高至低，從200cm逐漸降至50cm，濺渣時(shí)間控制在2～4min，濺渣時(shí)菱鎂石加入量控制在1.1～4.0kg/t。濺渣結(jié)束前20s加入活性白灰和輕燒白云石各1t進(jìn)行稠渣。濺渣結(jié)束后轉(zhuǎn)爐搖至95°對(duì)渣況進(jìn)行確認(rèn)。爐渣確認(rèn)結(jié)束后先加廢鋼后兌鐵水，兌鐵時(shí)小流慢兌，時(shí)間控制在4～6min。采用留渣操作后，偶爾也會(huì)出現(xiàn)開(kāi)始吹煉時(shí)打火不暢的現(xiàn)象。開(kāi)始吹煉30s不著火時(shí)立即抬槍?zhuān)�然后在煙道�?nèi)造“氮幕”，即使用氧槍向煙道內(nèi)吹掃氮?dú)猓瑫r(shí)間控制在3～4min,流量采用44000Nm³/h，軸流風(fēng)機(jī)采用自動(dòng)模式控制，煙道內(nèi)吹掃氮?dú)饨Y(jié)束后，重新開(kāi)始吹煉。轉(zhuǎn)爐采用留渣操作后活性白灰和輕燒白云石單耗比未留渣爐次降低了11.1kg/t和8kg/t，留渣比例達(dá)到了70%。

除了開(kāi)始吹煉前加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)鋪大面的熔劑外，其余熔劑按照二級(jí)計(jì)算機(jī)模式加入，加料時(shí)間和加入數(shù)量的設(shè)定在二級(jí)模塊進(jìn)行，設(shè)定原則是開(kāi)始吹煉90s后開(kāi)始加入第一批料，加料采用少量多批次加入，加料結(jié)束時(shí)間設(shè)定在吹煉11min前，加料批次按照鐵水硅含量控制在3～5批次。通過(guò)加料數(shù)量和批次的不斷優(yōu)化，不僅能夠滿足轉(zhuǎn)爐脫磷的基本要求，能夠穩(wěn)定控制前期熔渣狀態(tài)，而且避免了由于前期加料過(guò)早造成的粉塵卸爆。

4.5 二次下氧槍卸爆控制

轉(zhuǎn)爐在冶煉過(guò)程中由于軸流風(fēng)機(jī)軸后溫度高、輸灰鏈故障等原因造成吹煉中斷后，再次下氧槍吹煉時(shí)轉(zhuǎn)爐熔池內(nèi)碳氧劇烈反應(yīng)，煙氣中CO含量急速增加，極易發(fā)生卸爆。因此吹煉中斷后要求轉(zhuǎn)爐至少等待3min，再次吹煉前先在煙道造“氮幕”，吹氮?dú)?/span>3～4min，流量采用44000Nm3/h，軸流風(fēng)機(jī)采用自動(dòng)模式控制。開(kāi)始吹煉氧氣流量采用20000Nm3/h，并時(shí)刻關(guān)注煙氣分析儀中O₂含量情況，當(dāng)O₂含量逐漸降低至9%以下時(shí)，氧流量采用階梯模式逐步提升至正常吹氧流量。目的是避免CO和O₂體積含量同時(shí)滿足φO₂＞6%、φCO＞9%的卸爆條件。

干法除塵在鞍鋼180t轉(zhuǎn)爐投入使用后，通過(guò)將煉鋼工藝和干法除塵設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行跟蹤，并有針對(duì)性的進(jìn)行卸爆原因分析。細(xì)化投入轉(zhuǎn)爐的廢鋼和鐵水條件，減少?gòu)U鋼中輕薄料的比例，控制鐵水硅數(shù)在0.6%以下；對(duì)吹煉前期的氧氣流量和氧槍槍位進(jìn)行優(yōu)化；摸索和固化了轉(zhuǎn)爐留渣和加料方式，從而大大降低了轉(zhuǎn)爐吹煉“前期卸爆”比率。通過(guò)設(shè)備的完好率和工藝操作穩(wěn)定性減少“二次下槍卸爆”比率。干法除塵投入使用后卸爆次數(shù)及卸爆比例見(jiàn)圖７。

圖7 干法除塵投入使用后的卸爆次數(shù)及卸爆比例圖

從圖7可以看出，在轉(zhuǎn)爐投入生產(chǎn)初期，由于設(shè)備原因、工藝操作原因等造成干法除塵月最高卸爆次數(shù)達(dá)到16次，月最高卸爆比例達(dá)到4.86%，經(jīng)過(guò)設(shè)備完善和工藝優(yōu)化后，月卸爆次數(shù)最低達(dá)到0次，2016年1月至9月卸爆3次，按照生產(chǎn)爐數(shù)計(jì)算卸爆比例為0.19‰，轉(zhuǎn)爐干法除塵卸爆得到了有效控制，生產(chǎn)組織得以穩(wěn)定順行。

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