铁水罐吹气辅助扒渣工艺开发与改进

发表时间：[2007-10-27]　　作者：　　编辑录入：admin　　点击数：2349

摘要：武钢第一炼钢厂采用纯镁脱硫存在渣量少而稀，渣中硫含量高，扒渣困难，扒渣时间长达11min/次、每吨铁扒渣铁损高达5 kg、炼钢回硫的质量分数为0.0051％，提出了在铁水罐上安装透气砖采用吹气辅助扒渣工艺，选择合理的透气砖材质及安装位置，并在实践过程中不断改进，大大改善了扒渣效果：平均扒渣时间不大于7min，平均每吨铁扒渣铁损降至3.5kg以内，平均出钢回硫质量分数降至0.002％以内，透气砖平均寿命达到110次以上。

关键词：铁水罐；透气砖；扒渣；纯镁脱硫

　武汉钢铁(集团)公司(以下简称武钢)第一炼钢厂于2001年进行了颗粒镁脱硫工艺改造，经工艺优化，有效地降低了脱硫剂消耗、改善了操作环境。但由于纯镁铁水脱硫工艺存在后渣量少而稀，渣中硫含量高(硫的质量分数在1％～8％之间)，难以扒除的问题，2004年在每吨铁扒渣铁损高达5㎏的条件下，扒渣时间平均长达11min/次，平均回硫达0.0051％(质量分数)，满足不了品种钢质量，特别是低硫钢的要求。受钢包吹氩启发，提出了在铁水罐上安装透气砖来改善扒渣效果。

1 铁水罐吹气辅助扒渣工艺开发

1.1 透气砖改善扒渣效果的原因

　透气砖改善扒渣效果的示意图如图1，通过透气砖向铁水罐内输入氮气时，由于氮气在高温铁水中形成的气泡受热膨胀使得铁水与气体混合物比重明显降低，从而驱使铁水与气体混合物在浮力作用下向上流动。当铁水罐倾翻了一定的角度时，存在一定扒渣死区，而在向铁水罐内吹气时，向上流动的铁水与气体混合物到达铁水液面以上后，铁水对渣的接触和相对运动使铁水面与渣面之间产生相互摩擦力，铁水对渣的摩擦则带动渣向罐嘴方向运动。随着扒渣过程的进行，渣量不断减少，铁水裸露面不断扩大，一直到渣几乎完全扒除。

1.2 透气砖安装部位的选择

　始试验时，参照钢包透气砖安装位置将铁水罐透气砖安装在罐底，位于罐底中心偏西350㎜。在此设计下，透气砖的外形尺寸与钢包透气砖相同，高度与铁水包包底厚度相匹配。在实际使用过程中，透气砖表现了良好的吹气搅拌作用。

1.3 透气砖结构及材质的选择

1.3.1 透气砖结构

　根据钢水包透气砖原理，铁水包透气砖的外形尺寸与钢包透气砖相似，高度与铁水包包壁厚度相匹配，设计了透气砖的外形结构，示意图见图2，整体砖尺寸为180mm×180mm×220mm；透气砖芯尺寸为圆柱形Φ80mm×Φ100mm×200mm；砖芯埋入座砖中20mm。透气砖内部结构有直通毛细管式和狭缝式两种，我厂铁水罐透气砖内部结构选择狭缝式结构。

1.3.2 透气砖与座砖材质的选择

　透气砖的耐火材料有刚玉质和镁碳质两种，由于我厂现使用的铁水罐耐火材料为高铝质，所以铁水罐透气砖材料选择了成分与高铝质类似的刚玉质材料，透气砖材质的相关参数如表1所示；与透气砖配套使用的座砖材质选择与透气砖相近的铬刚玉尖晶石质材料，并参考钢包透气砖系统的座砖，加入不锈钢纤维作为增韧材料。

表1　透气砖材质相关参数

项目	w_B/%		物理性能
项目	Al₂O₃	Cr₂O₃	体积密度/(g·cm^-3)	耐压强度/MPa	抗折强度/MPa
标准数值	≥90.00	≥4.00	≥3.00	≥80	≥12
实测数值	90.52	4.15	3.22	92	15

　在使用过程中，拆透气罐时发现座砖和透气砖的横断面上有夹铁以及透气砖断裂现象，为了解决上述问题，提高透气砖的寿命，我厂与濮耐公司对透气砖材质配方进行微调以提高其高温强度，同时，改进座砖材质，改善其热震稳定f生和高温强度，并调整不锈钢纤维的加入量，进一步提高其对应力的抵抗性。

1.4 透气砖型号的选择

　按气孔缝隙分布方式的不同及试验的时间顺序，我们将透气砖分为A、B、C等不同型号，见图3。

　 2005年我厂与高校一起针对不同型号的铁水罐透气砖做了水力学模型实验，从实验情况来看，不同透气砖的窄缝，在其它条件相同时，产生的吹渣效果均差异不大。在实践生产过程中，通过大量的生产数据分析，透气砖窄缝分布的不同，对使用效果并未产生明显差异，但不同的透气砖窄缝分布形式，其平均使用寿命有一定差别，不同型号透气砖的寿命见表2，从下表可以看出，C型透气砖的使用寿命明显高于其它型号，所以我们经对比试验后选择了C型透气砖。透气砖砖型外层24缝，内层12缝，成放散分布，气孔缝隙0.2㎜。

表2　不同型号透气砖的寿命

透气砖砖型	平均寿命/次
A型	89
B型	105
C型	120

2 铁水罐吹气辅助扒渣的改进

2.1 透气砖安装部位的改进

2.1.1 透气砖由底装改为侧装

　 2004年底我厂已经进行了在铁水罐底部安装透气砖的试验，安置部位在罐底中心偏西350㎜。试验数据见表3，从表3可以看出：所选取的钢种均为脱硫后小于0.005％的超低硫WLX72A钢，从效果来看，扒渣时间在10min以内，回硫均小于0.005％(质量分数)，而原来未安装透气砖时，生产WLX72A钢时平均扒渣时间为12min，平均回硫为0.0054％(质量分数)，说明在铁水罐底部安装透气砖得到的扒渣效果是较好的。

表3　透气砖底装吹气效果数据

炉号	钢种	脱硫前w(S)/%	脱硫后w(S)/%	出钢w(S)/%	扒渣时间/min	回硫(质量分数)/%
A417530	WLX72A	0.025	0.002	0.004	7	0.002
A417529	WLX72A	0.025	0.003	0.003	8	0
A417536	WLX72A	0.036	0.003	0.007	6	0.004
A427830	WLX72A	0.038	0.002	0.006	7	0.004
A427831	WLX72A	0.027	0.003	0.006	6	0.003
A417534	WLX72A	0.035	0.003	0.006	8	0.003
A417542	WLX72A	0.030	0.003	0.005	9	0.002
A427896	WLX72A	0.035	0.003	0.004	8	0.001

　当透气砖安装在铁水罐底部时，在翻铁过程中铁水对透气砖冲刷严重，损坏较大，而且铁水静压力过大，会影响透气砖的使用寿命，还增加了漏铁的危险性，而且底部一旦漏铁造成的危害很大。经过认真分析和研究，在确保透气砖使用安全目的的前提下，为了提高使用寿命，消除其可能造成漏钢的危害，决定将透气砖由底装改为侧装。由于铁水罐壁正西有翻罐装置，不能安装透气砖，另外现扒渣操作室布置在东北方向，铁水罐倾翻后液面西北方向为操作人员视线死区，经研究决定透气砖安置在西偏北30°，从罐底向上15环砖处安装，与罐桶砖表面平齐，其背面由刚玉质材料自流填充，减少喷吹时铁水对透气砖的侵蚀。安装部位如图4所示。

2.1.2 侧装透气砖安装位置下移

　透气砖侧装后，较底装寿命明显提高，达100次以上，但在使用过程中发现当铁水量较低时，铁水罐倾翻后透气砖过于接近液面，使用效果较差。另为找到铁水罐内安装透气砖的最佳位置，2005年5月份我厂与武汉科技大学一起利用水力学模型对铁水罐内铁水流场进行了物理模拟，图5为水模实验模拟图，水力学模型试验结果表明，由于气体向上做加速运动，上浮距离不同，气体到达液面的速度也不同，高度也就不同，所以当采用侧吹方式时透气砖安装在液面下的深度影响液面涌起高度，深度越大涌起高度就越高，吹气效果也越好。为此，从2005年12月份开始，我们将侧装透气砖的安装部位下移了450mm。

2.2 工艺操作的改进

　为了提高透气砖的使用寿命，避免铁水罐漏铁事故的发生，并根据使用过程中的具体情况对工艺操作进行了改进，多次修改完善了铁水罐透气砖使用、检查、维护制度，透气砖使用至今未发生漏铁事故，主要工艺操作改进见表4。

表4　工艺操作改进前后对比

序号	改进前	改进后	作用
1	透气砖每次使用后均用煤氧枪清理	不进行处理，连续吹不通则更换	避免对罐子的周转影响及减少煤氧枪处理对耐材的侵蚀
2	全程吹氮气	仅扒渣过程吹氮气	提高了透气砖的寿命
3	部分罐次启用凉罐	完善铁水罐烘烤制度，烘烤后启用	减少急冷急热造成的透气砖断裂现象
4	使用过程中存在暴吹现象	规范吹氮操作，确保铁水裸露面大小达标	减少了对罐衬的侵蚀

3 工艺效果

　 2004年底我厂在2号、8号罐上共试验了3块透气砖，平均使用寿命仅为15次，通过不断摸索实践，使用效果得到大幅度提升，透气砖寿命也大幅度提高，由原来的平均使用寿命15次提高到现在的110次，现已推广到全部铁水罐使用透气砖，具体使用前后效果见表5。

表5　铁水罐透气砖使用前后效果对比

项目	统计炉数	每吨铁水铁损/㎏	扒渣时间/min	出钢回w(S)/%	铁水罐寿命/次	温降/℃	透气砖寿命/次
使用前	14015	5.00	11	0.0051	733	13.3	未使用
使用后	14366	2.53	7	0.0015	740	13.4	110

　从上表铁水罐透气砖使用前后可以看出：

　 (1)平均扒渣时间明显缩短，由11min/次降至7min/次。

　 (2)平均每吨铁扒渣铁损(扣渣后)由5.0kg降低至2.53kg。

　 (3)平均出钢回硫明显降低，由原回硫(质量分数)的0.0051％降至0.0015％。

　 (4)铁水罐采用吹气辅助除渣工艺前后，铁水罐使用寿命水平相当，说明铁水罐安装透气砖对铁水罐使用寿命影响不大。

　 (5)铁水温降总体差别不大，说明铁水罐吹气对铁水温降影响不大，主要是虽然吹气增加温降，但扒渣时间缩短，减少温降。

　 (6)透气砖平均寿命达到110次以上。

4 结论

　 (1)武钢一炼钢厂在国内率先采用铁水罐安装透气砖工艺，在采取了攻关措施解决漏铁安全隐患和透气砖寿命低的关键问题后，铁水罐吹氮有效地改善了扒渣条件：平均扒渣时间不大于7min，平均每吨铁扒渣铁损降至3.5㎏以内，平均出钢回硫降至0.002％(质量分数)以内。

　 (2)选择较合理的透气砖材质、安装部位以及操作维护方式的完善，至今未发生透气砖漏铁事故，使用寿命也大幅度提高，透气砖平均使用寿命由原来的15次提高到110次以上。