赵自鑫，费鹏，赵雷，李超，徐国义，牛兴明
（鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁营口115007）
摘要：为了进一步降低鞍钢鲅鱼圈铁水预处理的生产成本， 在扒渣过程中采用了涌动式扒渣工艺。新工艺实施后，深脱硫罐次转炉回硫量降低了0.000 5%，铁水预处理扒渣铁损降低了2.11 kg/t 铁，工序时间缩短了1.5 min/罐，铁水聚渣剂消耗降低了0.145 kg/t 钢，为低成本生产极低硫钢奠定了基础。
关键词：铁水；预处理；涌动式扒渣
鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼钢部于2008 年9 月投产，设计年产钢能力650 万t，集成了当今世界冶金领域多项先进装备， 包括三座铁水预处理、三座公称吨位260 t 顶底复吹转炉及三台板坯连铸机, 其中铁水预处理采用德国POLYSIUS 复合喷吹技术并引进其关键设备。
随着钢铁产业同质化竞争的进一步加剧，如何降低生产成本成为众多冶金工作者的共同目标。鲅鱼圈炼钢部结合涌动式扒渣系统，在生产实践的基础上，对脱硫扒渣工艺进行改进，实施了涌动式扒渣技术，有效缩短了扒渣时间，降低了扒渣铁损。本文对此作一介绍。
1 鞍钢鲅鱼圈铁水预处理工艺
1.1 铁水预处理工艺特点
鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司铁水预脱硫喷吹系统以氮气作为输送气体，采用高压、浓相、复合喷粉工艺，可以实现喷吹CaO+Mg、单吹CaO 粉或单吹Mg 粉。喷粉枪采用倒T 型喷枪，铁水喷粉脱硫结束后，在铁水罐内有大量的脱硫渣，为了避免炼钢过程中回硫， 要通过一些手段将这些脱硫渣除去。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硫含量的水平，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。因此采用先进的扒渣设备与工艺对系统控硫与降低生产成本是十分必要的。鞍钢鲅鱼圈采用液压扒渣机对脱硫后的铁水进行扒渣，工艺流程为：倒罐间测温取样（脱硫前）→铁水罐吊运至运输倾翻车→运输倾翻车开至喷吹位→启动喷枪对铁水进行喷吹→喷吹结束测温取样（脱硫后）→倾翻铁水罐进行扒渣操作→扒渣结束运输至吊罐位→铁水吊运至转炉。
1.2 铁水预处理设备介绍
鞍钢鲅鱼圈炼钢部铁水预处理区域共有三套脱硫、扒渣系统。系统采用的是德国POLYSIUS 复合喷粉脱硫及扒渣设备， 其中扒渣机的主要设备参数如表1。
2 涌动式扒渣系统工艺设计
2.1 涌动式扒渣工艺原理
涌动式扒渣工艺原理如图1 所示。
涌动式扒渣工艺的主要原理为： 在铁水罐上方垂直插入一支喷枪， 利用喷枪向铁水罐内喷吹氮气，吹入的氮气泡受热后膨胀，导致铁水与气体的混合物密度显著降低， 喷枪周围的铁水与气体混合物在浮力作用下迅速上浮， 同时在喷枪孔周围不断有液态铁水进行补充， 铁水液面产生了横向移动， 铁水脱硫渣在铁水与脱硫渣摩擦力的作用下随铁水进行了横向移动， 随着扒渣过程的进行，脱硫渣不断涌向扒渣侧，形成了半月型脱硫渣面，显著减小了扒渣板在扒渣过程中的扒渣行程。同时由于吹入氮气形成的涌动效应减小了脱硫渣面的面积，在脱硫渣体积一定的条件下，增加了渣层厚度和扒渣板单次扒渣的扒渣量， 提高了扒渣效率，达到降低扒渣铁损、提高扒净率的目的。
2.2 涌动式扒渣工艺流程
铁水在脱硫位喷粉结束， 待脱硫喷枪抬至上极限后，开始倾动铁水倾翻车至扒渣角度，使用涌动式扒渣前先将铁水罐内大块、固体脱硫渣扒除，待渣层厚度小于100 mm 时， 启动涌动式扒渣系统，扒渣过程中扒渣板前伸至整个脱硫渣面的3/4处进行扒渣，待脱硫渣全部扒除后，将涌动式喷枪提起，喷吹气体自动关闭，倾动铁水倾翻车至“零位”扒渣结束。涌动式扒渣过程实际效果如图2所示。
2.3 涌动式扒渣工艺参数对排渣效果的影响
2.3.1 喷枪位置对排渣效果的影响
涌动式扒渣喷枪的插入位置对排渣效果会产生很大的影响，在设计喷枪位置时需要重点关注，随着喷枪插入位置逐渐向扒渣侧移动， 排渣距离逐渐增大， 但是当喷枪插入位置与扒渣侧罐壁的距离小于铁水液面直径的2/3 时， 在兑铁侧产生了扒渣死区，影响到扒渣作业。喷枪插入位置至扒渣侧罐壁的距离与铁水液面直径的比值在0.7～0.8 之间，得到了比较理想的排渣效果。
最佳喷枪插入位置示意图如图3 所示， 图3中，D 为铁水罐倾翻后，铁水液面直径。
2.3.2 喷吹气体流量对排渣效果的影响
涌动式扒渣喷吹氮气流量对排渣效果的主要影响表现在铁水液面翻腾高度与排渣距离的平衡，随着氮气流量的提高，排渣距离逐渐增大，而铁水液面翻腾高度随之增大， 液面波动幅度逐渐增大。表2 列出了在不同氮气流量下排渣距离和液面翻腾高度的情况。
由表2 看出， 当喷吹N2流量下降至200 m3/h时，铁水液面翻腾高度显著降低，扒渣过程中的铁水液面波动不明显，有利于扒渣操作的顺利进行。
2.3.3 喷吹气体压力、喷孔内径对排渣效果的影响
喷吹气体压力对排渣距离产生显著影响，排渣距离随着喷吹气体压力的增加而增大， 在喷枪内径一定的条件下，喷吹气体压力与流量成正比。为了获得更大的排渣距离， 需要通过增大气体流量来增加喷吹气体压力。但是，当喷吹气体流量超过200 m3/h 时，出现了严重的液面波动。为了增加排渣距离，减小液面波动，喷吹过程中应采用低流量、高压力的喷吹方式。
在喷吹气体流量一定的条件下， 随喷枪喷孔内径的减小，喷吹压力逐渐增加，表3 列出了不同喷枪内径的工作压力与排渣效果情况。根据表3可以看出，相同的喷吹气体流量条件下，小内径喷枪工作压力大，在增加排渣距离的同时，显著降低了液面翻腾高度，能够保证扒渣平稳，不喷溅。
2.3.4 喷枪插入深度对排渣效果的影响
涌动式扒渣喷枪的插入深度对排渣效果的影响与N2流量对排渣效果的影响相似，当喷枪插入深度大于400 mm 时，随着喷枪插入深度的增加排渣距离逐渐增大，但同时铁水液面翻腾高度增大、液面波动情况加剧。当喷枪插入深度小于400 mm时，排渣距离显著减小，同时铁水液面出现了严重的飞溅现象。
3 涌动式扒渣工艺应用效果
3.1 对扒渣铁损及扒渣时间的影响
由于涌动式扒渣系统产生的涌动效应将脱硫渣赶至铁水罐扒渣侧，显著缩小了脱硫渣面积，缩短了扒渣机的扒渣行程， 增加了脱硫渣厚度和扒渣板单次扒渣量，提高了扒渣效率。有效降低了扒渣铁损、缩短了扒渣工序时间。涌动式扒渣系统投入前后平均扒渣铁损及扒渣时间对比如表4。
由表4 可以看出，采用新工艺后，平均扒渣铁损降低2.11 kg/t 铁,平均工序时间缩短1.5 min。
3.2 对回硫量的影响
对不同脱硫目标值罐次转炉冶炼过程的回硫量进行跟踪分析， 涌动式扒渣工艺实施前后转炉回硫量对比如表5。由表5 看出，采用涌动式扒渣工艺后，转炉冶炼过程回硫量显著降低，深脱硫即目标硫含量在0.005%以下罐次的转炉回硫量降低更为明显，达到0.000 5%以上。
涌动式扒渣工艺成功应用于工业纯铁、9Ni 等重点钢种硫含量的控制上， 在降低生产成本的同时，为转炉稳定提供了极低硫含量的铁水，为低成本生产高附加值钢种奠定了基础。
3.3 对脱硫温降的影响
涌动式扒渣工艺加强了铁水扒渣过程中液面的翻腾，增加了脱硫工序温降，表6 列出了相同喷吹时间，不同铁水温度区间内，工艺实施前后铁水温降的对比。从表6 可以看出，采用涌动式扒渣工艺后，铁水脱硫过程温降比原工艺增加了5 ℃。
由表6 可以看出，脱硫温降随铁水温度的升高而逐渐增大，铁水温度≥1350 ℃时，平均温降增加了6 ℃，应用涌动式扒渣工艺虽然增加了脱硫温降， 但是由于铁水温度高， 转炉仍然富余热量，未影响转炉热平衡，不会对废钢比及转炉终点温度造成影响。
3.4 对聚渣剂消耗的影响
涌动式扒渣工艺所产生的涌动效应将铁水脱硫渣渣面减小了2/3 以上，在脱硫渣体积恒定的条件下，由于渣面面积减小， 显著增加了渣层厚度，强化了铁水渣的聚集，提高了扒渣效率，原工艺聚渣剂消耗为0.290 kg/t，采用涌动式扒渣工艺聚渣剂消耗为0.145 kg/t，聚渣剂消耗降幅达到50%。
4 结语
（1） 鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司铁水预脱硫采用了涌动式扒渣工艺， 扒渣铁损降低2.11 kg/t 铁， 扒渣工序时间缩短1.5 min/罐，铁水聚渣剂消耗降低了0.145 kg/t 钢，降幅达50%。
（2） 应用涌动式扒渣工艺在降低扒渣铁损的同时，有效提高了铁水渣的扒净率，降低了转炉冶炼过程的回硫量，深脱硫钢种降幅达到0.000 5%。
（3） 涌动式扒渣工艺成功应用于工业纯铁、9Ni 等重点钢种硫含量控制上，在降低生产成本的同时，稳定为转炉提供了极低硫含量铁水，为低成本生产高附加值钢种奠定了基础。