干法除尘条件下的转炉冶炼工艺探索.pdf

第32卷 第6期 2010年12月 山东冶金 Shandong Metallurgy Vol.32 No.6 December 2010 摘要 济钢210 t转炉采用了干法除尘技术， 在冶炼中前期， 随着碳活度系数变大， 氧活度系数变小， 烟气成分中O2、 CO2含 量下降， CO含量提高， 易达到卸爆条件， 是关键控制点。通过摸索供氧制度、 废钢投入、 造渣制度、 烟罩升降控制、 氧枪枪位 控制等操作规律， 确保了210 t转炉快速达产达效， 实现了静电除尘器 “零卸爆” 的控制目标。 关键词 干法除尘； 卸爆； 冶炼工艺； 烟气成分； 供氧流量 中中图分类号号 TF723文献标识码 B文章编号 1004-4620 （2010） 06-0010-02 1前言 与传统湿法 （OG） 除尘相比， 干法除尘具有能耗 低、 占地少、 运行成本低、 烟尘回收处理容易、 改善 环境等优势。近年来， 随着该项工艺技术不断完善 和趋于成熟， 愈来愈多的转炉开始采用干法除尘。 济钢炼钢厂4210 t转炉工程引进德国Lurgi－ Bischoff公司的LT干法除尘技术， 在工程筹备期间， 通过到多家钢厂考察、 学习， 制定了符合本厂转炉 冶炼实际的各项工艺制度和参数。工程于2009年 12月底投产， 经过投产前期短时间的参数调整和人 机磨合， 整个转炉系统和LT干法除尘系统即实现了 设计产能和功效， 至今转炉冶炼已超过500炉， 干法 除尘系统运行平稳， 静电除尘器实现了 “零卸爆” 的 控制目标。 2除尘系统工艺流程及主要设备参数 LT干法除尘系统工艺流程见图1。 转炉 汽化冷 却烟道 蒸发冷却器 粗输灰 8001 000 ℃ 烟气 1 4001 600 ℃ 切换站风机静电除尘器 细输灰 粗除尘精除尘 煤气 分析仪 150200 ℃ （烟道250 m） 100125 ℃ 气柜煤气冷却器 合格煤气 ≤10 mg/m3 放散烟囱 不合格煤气 ＜70 ℃ 图1LT干法除尘系统工艺流程 转炉冶炼过程中产生的烟气， 在ID轴流风机的 抽引下， 经过汽化冷却烟道冷却至 700～1 000 ℃ 后， 经由蒸发冷却器进一步冷却至200～300 ℃； 同 时， 有约40～50的粗颗粒粉尘在水雾的作用下 沉降， 从烟气中分离； 冷却后的烟气通过管道进入 圆筒型静电除尘器， 在电场作用下， 收集剩余的细 粉尘， 使经过电除尘器的烟气含尘量在10 mg/m3以 下。系统根据气体分析仪检测的净煤气中CO、 O2浓 度， 通过控制切换站杯阀的动作， 实现煤气的回收 或放散 合格煤气经过煤气冷却器降温到约70 ℃后 入煤气柜， 不合格烟气通过放散烟筒放散。 冶炼系统设备工艺参数 转炉公称容量210 t， 炉容比1.0， 铁水比90； 氧枪外径Φ355 mm， 工作 压力 （1.00.2） MPa， 氧气流量 42 000～50 000 m3/h， 冶炼周期36～40 min， 吹氧时间～15 min。 干法除尘系统设备工艺参数 蒸发冷却器， 筒 体直径6 m， 高度约36 m， 喷枪平台共18杆双流介质 喷枪； 静电除尘器， 筒体直径12.6 m， 总长约37 m， 4 个独立电场， 27个通道， 异极距为400 mm， 8个泄爆 阀； ID轴流风机， 最大转速1 675 r/min， 流量109 m3/s。 3冶炼过程烟气成分变化 由于转炉炼钢工序的不连续生产特性， 导致冶 炼过程中产生的CO和少部分O2易同时进入除尘系 统。一旦两种气体混合并同时达到一定比例， 在遇 到火花或明火时， 就会产生燃烧和爆炸。而在静电 除尘器的阴极极线一端， 随时都在放电， 产生电火 花， 因此， 当转炉烟气通过静电除尘器时， 极易产生 燃烧和爆炸， 爆炸发生后将迫使转炉系统停止冶炼。 综合以上各类因素， 预防静电除尘器卸爆是确 保炼钢系统平稳运行的核心问题， 转炉烟气成分的 控制， 即平衡煤气中的O2和CO含量， 是解决核心问 题的最佳切入点和关键因素。而烟气成分的变化 与转炉冶炼工艺存在密切的关系。 虽然每个炼钢厂的工艺制度和参数存在差异， 但静电除尘器卸爆点一般设定在 CO＞9、 O2＞ 6。相比于湿法条件下的炼钢工艺， 转炉除完成正 常的冶炼任务以外， 还要保证产生的烟气成分避开 静电除尘器的卸爆范围。 干法除尘条件下的转炉冶炼工艺探索 佟 圣 刚 （济南钢铁股份有限公司 炼钢厂， 山东 济南 250101） 收稿日期 2010-05-05 作者简介 佟圣刚， 男， 1979年生， 2003年毕业于东北大学机械工程 与钢铁冶金专业双学士学位。现为济钢炼钢厂210炼钢车间责任 工程师， 从事转炉冶炼及其汽化、 除尘、 煤气回收等工作。 􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘 􀥘􀧘 􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘 􀥘􀧘 生产技术生产技术 10 通过对典型烟气成分变化曲线 （见图2） 的分析 表明， 正常的转炉冶炼过程中， 产生的烟气成分有 规律性地变化。 O2曲线 CO曲线 供氧曲线 A B C D ab c 6 9 图2正常条件下转炉烟气含量变化曲线 在吹氧开始阶段 （图2 a段） ， 转炉冶炼前期的 主要任务是硅、 锰元素的氧化， 炉渣的形成和熔池 升温， 当温度达到C-O反应温度时， 转炉烟气中的 CO气体含量开始缓慢上升。此时整个转炉系统内 的化学反应处于富氧的气氛下， 熔池中的碳无论是 与气体氧接触反应， 还是与金属中溶解的氧反应， 生成的CO气体 ［反应 （1） ］ 在排出熔池前， 经过反应 （2） 后， 生成物以CO2为主 2 ［C］ {O2}/ ［O］ 2{CO}；（1） {CO} ［O］ {CO2}；（2） {CO2} ［C］ 2{CO}。（3） 由于初期产生的 CO 全部转变成 CO2， 高浓度 的CO2气体将CO与氧隔离开， 从而阻止爆炸气体 的形成。 随着熔池温度的不断升高， 炉渣和金属的黏度 逐渐降低， C-O反应速度提高。在熔池内碳含量较 高的情况下 （图2 b段） ， 碳活度系数变大， 氧活度系 数变小， 富氧条件被改变， 做为脱碳反应的氧化剂， 一部分CO2参与反应 ［反应 （3） ］ ， 生成CO气体。因 此， 在烟气成分曲线中， O2、 CO2含量逐步下降， CO含 量逐步提高， 而在此过程中， 极易达到卸爆点的卸 爆条件， 也是整个冶炼过程中的关键控制点。 当转炉冶炼进行到中后期 （图2 c段） ， 随着C-O 速度的不断提高， 烟气中O2含量快速地下降到1 以下， 当反应达到平衡时， 烟气成分处于相对稳定 状态， 静电除尘器内的烟气流不处于卸爆范围。 4冶炼工艺的摸索与改进 通过以上分析， 控制静电除尘器卸爆的基本原 则是 合理控制转炉烟气中CO的上升速度和O2的 下降速度， 避免两者同时达到卸爆条件， 即确保图2 中的AB曲线段与CD曲线段无交汇点。 主要工艺改进如下 1） 优化复吹转炉供氧制度， 相比于OG法， 转炉 开吹应适当降低顶吹供氧流量、 提高底吹流量 （见 图3） ， 并且顶、 底吹流量必须实现PLC自动控制， 确 保转炉内反应的高精度控制。根据不同的铁水比 和入炉原料条件， 调整供氧低流量持续时间和提升 梯度， 确保供氧强度与炉内的C-O化学反应速度匹 配， 在保证安全烟气成分的前提下， 尽可能提高转 炉煤气回收量和煤气热值。 2） 由于低流量开吹， 为确保顺利点火， 要求入 炉的废钢比≯20， 且轻薄废钢不超过废钢总量的 50。 3） 调整造渣制度， 根据不同原料条件， 提前估 算炉次的相对热量， 在吹炼前期要做好整个炉次的 热量平衡， 前期冷却剂的一次性加入量要达到总量 的50以上， 造渣料加入量达到总量90以上， 避免 CO生成速度过快。 4） 开吹前期1 min不进行降罩， 通过富氧燃烧 法， 保证CO全部转变成CO2， 高浓度的CO2气体将 CO与空气隔离开， 从而阻止爆炸气体的形成。 5） 稳定冶炼中期的枪位和氧流量控制， 合理控 制炉内熔池温度的上升速率， 预防炉渣严重返干和 大规模喷溅的发生， 避免冶炼过程中渣料和冷却剂 的大量、 集中加入， 确保C-O反应平稳进行。尤其 是在以矿石作为冷却剂的情况下， 在设定的供氧流 量的基础上， 考虑矿石返氧后的实际供氧量。通过 供氧流量的动态控制， 可有效避免混合性爆炸气体 的形成。 6） 一旦出现冶炼中断或二次吹炼的情况， 复吹 以后在转炉内快速生成大量的CO气体。为了阻止 易爆的混合气体形成， 相比于正常炉次吹氧开始阶 段， 对氧枪供氧流量进行更加严格的限制 （见图3） ， 根据不同的冶炼中断点， 通过流量和枪位的合理搭 配， 制定了相应的防卸爆模块。 顶吹曲线 底吹曲线 前期流 量设定 中后期流 量设定 750 700 550 350 300 供氧流量/ （m3 min-1） 60 90630TSC终点 120 s 吹炼时间/s 图3济钢4210 t转炉顶吹流量设定 5结语 通过采用以上转炉冶炼工艺的改进措施， 投产 至今， 实现了干法静电除尘器 “零卸爆” 的控制目 标， 确保了济钢4210 t转炉工程快速达产达效， 为 济钢的循环经济与可持续发展， 做出了新的贡献。 （下转第13页） 干法除尘条件下的转炉冶炼工艺探索佟圣刚2010年第6期 11 3.2.2强化吹炼枪位准确性控制 采用铝条测量金属液面， 为防止铝条在高温环 境中断裂或过度熔化， 采用在枪孔中同时插入细铁 丝和铝条， 两种结果相互参考； 另外在交接班、 更换 新氧枪、 更换氧枪钢丝绳或标尺、 补炉、 操作异常等 情况下， 都要重新测量金属液面。通过上述措施， 降低了出现假枪位的概率。 3.3优化溅渣护炉工艺 3.3.1溅渣工艺的改进 合理的溅渣护炉工艺应满足在尽可能短的时 间内将炉渣均匀地喷溅涂敷在整个炉衬表面 ［2］， 并 对渣线、 两侧耳轴、 炉帽等易于侵蚀的部位形成厚 而致密的溅渣层。根据出钢后的渣况不同， 分别采 用两种溅渣工艺。一是直接溅渣， 如转炉终渣成分 合适、 流动性适中， 溅渣过程只调整枪位完成溅渣 操作。二是调渣溅渣， 如出钢温度过高、 终点碳过 低时， 在溅渣过程中加入适量镁块调渣， 目的是使 终渣MgO达到饱和值， 提高炉渣的熔点， 同时加入 的调渣剂熔解吸热， 调整炉渣过热度， 增加炉渣黏 度。推荐的溅渣枪位控制见图2。 3.3.2重点维护渣面兑铁位 采用先加废钢后兑铁水的装入顺序， 加完废钢 后炉子前倾110， 然后再兑铁水， 让有限的废钢堆 积在兑铁位， 避免铁水直接冲击。另外利用生产间 隙将溅渣后的黏渣挂在该处， 代替炉衬砖接受冲击 或侵蚀。 4改进效果 改进前后各项指标对比情况见表1。 表1改进前后各项指标对比情况 项目 改进前 改进后 喷溅渣量/ （kg t-1） 25.5 17.5 钢铁料消耗/ （kg t-1） 1 069.5 1 064.0 氧枪 寿命/炉 210 325 耐材消耗/ （kg t-1） 0.42 0.20 采取改进措施后， 喷溅次数减少， 前期溢渣程 度减轻， 喷溅渣数量及钢铁料消耗也相应降低。吹 炼过程反应平稳， 基本解决了氧枪枪身粘钢问题， 氧枪平均寿命提高至325炉。炉型控制也明显改 观， 降低了因兑铁位维护用耐材消耗。因此， 通过 对熔池温度、 吹炼枪位、 转炉炉型等因素进行优化 控制， 可以缓解高铁水比装入制度给转炉冶炼带来 的不利影响， 获得较好的效果。 参考文献 ［1］ 龚尧.转炉炼钢 ［M］ .北京 冶金工业出版社， 1991 252-257. ［2］ 苏天森， 刘浏， 王维兴.转炉溅渣护炉技术 ［M］ .北京 冶金工业 出版社， 1999. 01234 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 时间/min 枪位/m 图2溅渣枪位控制 Smelting Process Practice of the Converter with High Hot Metal Ratio in Laiwu Steel ZHENG Jie, WANG Xian-jun, WEI Xiao, LIU Zhi-qiang, HUANG You-ming （The Steelmaking Plant of Laiwu Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271104, China） AbstractAbstract Laiwu Steel adopted the loading system with high hot metal ratio in the converter procedure. The improper slagging system, lance position control and furnace type control and hot metal flow impact lead to increased splashing, even the iron-bit erosion. By optimizing the slagging process, the lance control and slag splashing process, splash volume was decreased from 25.5 kg/t to 17.5 kg/t; the amount of steel consumption from 1 069.5 kg/t to 1 064.0 kg/t and the refractory consumption from 0.42 kg/t to 0.20 kg/t. In addition, the working life of oxygen lance was increased from 210 heats to 325 heats. Key wordsKey words converter; high hot metal ratio; splash; lance position Research of Converter Smelting Process in the Condition of Dry Dedusting TONG Sheng-gang （The Steelmaking Plant of Jinan Iron and Steel Co., Ltd., Jinan 250101, China） AbstractAbstract Jinan Steel’ s 210 t converter used dry-dedusting technology. In order to ensure the whole line safe and stable production, the author analyzed the change rule of flue gas analysis in smelting course. In the early middle period of smelting, with largening of the carbon activity coefficient and lessening of oxygen activity coefficient, the O2content and CO2contents in flue gas decreased and the CO content increased, they was easy to achieve discharge explosion conditions. It was a key point. Jinan Steel groped the oxygen supply system, steel scrap , slagging system, the lift control of fume hood, the position control of oxygen lance and other operation rules. Then it ensured the 210 t converter attaining designed capacity and expected effects rapidly, and realizing“zero discharge explosions” control objective of the electrostatic precipitator. Key wordsKey words dry dedusting; discharge explosion; smelting process, flue gas analysis; oxygen supply flow 􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣 （上接第11页） 莱钢高铁水比转炉冶炼工艺实践郑杰等2010年第6期 13