摘 要：針對第一煉鋼廠1#脫硫新上的鐵水預處理湧動扒渣設備進行了描述，並對實施後產生的效益進行了綜合評價。從優化設備革新、改進操作等方面入手，使扒渣鐵損、鐵水脫硫率得到了有效的控制。
關鍵詞：鐵水；湧動扒渣；效益
引言：對於絕大多數中厚板鋼種而言，硫是一種非常有害的元素，在鋼水凝固過程中，硫具有明顯的晶界偏聚傾向，延緩晶界處的凝固，同時過多硫的偏析也會導致晶界脆化，降低鋼的延性，因此硫的存在不僅大大增加了鋼的裂紋敏感性，而且還會嚴重影響鋼材的各種加工和使用性能，MnS會影響厚板的超聲波探傷合格率，特別是石油管線鋼、耐磨鋼、鎳系鋼除要求具有較高的強度和韌性外，還必須有良好的抗HIC（氫致裂紋）和抗SSCC（硫應力致裂紋）的能力，因此就要求對硫的含量必須嚴格控制，南鋼中厚板系列的石油管線鋼、耐磨鋼、鎳系鋼的主要產品硫要求20ppm以下，要求更加嚴格的必須在10ppm以下。
例如：南鋼管線鋼脫硫工藝路線：
鐵水預處理 轉爐控硫 精煉脫硫
因為鐵水預處理脫硫有如下優點：
（1）鐵水中的碳、矽含量高，可提高硫的反應能力，有利於脫硫。
（2）鐵水中的氧含量比較低，提高渣、鐵間的硫的分配比，脫硫效率高。
（3）鐵水脫硫動力學條件較好，脫硫劑利用率高，脫硫速度快。
（4）鐵水脫硫生產成本較低，其費用比LF脫硫要低的多。
（5）鐵水脫硫可明顯提高高爐和轉爐的生產能力，節約工序能耗，降低生產成本。
因此我廠品種鋼在鐵水預處理硫都降得比較低，可控制在20ppm左右，但脫硫後鐵水面的脫硫渣難以扒除，同時由於轉爐爐料（廢鋼、石灰等）硫含量比較高，且轉爐氧比較高，造成轉爐終點「回硫」現象，回硫基本都在60ppm—70ppm之間，相應給LF脫硫造成很大困難，因此保護好來之不易的鐵水脫硫的成果。我們想到了如何儘可能的將鐵水脫硫渣扒除乾淨。
1 湧動驅渣系統簡介
1.1 思考背景
目前，鐵水脫硫預處理後，鐵水包表面均要覆蓋大量脫硫渣，必須對其進行扒除。扒除不淨的殘渣繼續留在鐵水包表面，由於殘渣中富含一定量的硫，在後續的轉爐冶煉條件下，這些硫不但會重新轉化到鋼水中，造成「回硫」現象，而且增加其後精煉成本及負擔。
常規操作是脫硫後投入一定量的聚渣劑，在聚渣劑的作用下使脫硫渣變得粘稠而易於扒除。但當剩餘少量較薄的殘渣時，尤其純鎂脫硫法，脫硫後渣稀量少，不易徹底扒除，不得不二次、甚至三次投入聚渣劑，不僅無形中增加聚渣劑消耗，而且還增加鐵損成本。
脫硫渣形貌如圖1所示，破碎後如圖所示，圖中畫「紅圈」處為肉眼直觀可見鐵粒。磁選可分離物195g，化學檢驗全鐵含量為79.6%，形貌如圖2所示；剩餘111g，形貌如圖3所示。化學檢驗全鐵含量為23%。即平均含鐵量大於50%。在當下同質化競爭越來越激烈的鋼鐵市場背景下，對生產成本的壓力越來越大。
1.2 原理描述
使用扒渣機進行扒渣作業時鐵水罐會有一定的傾斜角，由於幾何形狀變化，在表面張力作用下脫硫渣覆蓋面積被擴大，為將脫硫渣聚集扒除普遍使用聚渣劑。在投放聚渣劑周圍脫硫渣「成坨」，易於扒除，但坨狀渣扒除後，剩餘殘渣不但量少，而且流動性極好，大部分會繞過扒渣板從兩側回流，只有扒渣板正面少部分頂渣被帶出。為將脫硫渣扒除乾淨只能以犧牲鐵損為代價，頻繁扒渣。解決此問題的手段多集中在：1改進聚渣劑、2改進扒渣板設計、3優化操作。有的將鋼包底吹技術引進到鐵水罐，對鐵水罐進行偏心底吹，利用氣體上升推動頂渣向扒渣口聚集。該方法有一定的改進功能，但存在兩大弊端：1為達到頂部推渣效果，要求底吹流量較大，這勢必嚴重影響底吹噴嘴壽命，而頻繁更換噴嘴必然加大使用和維護成本；2 出於安全及砌包難度等原因，底吹噴嘴不能加的太多，一般只能有一個，這樣在鐵水頂部只能形成「彎月」形頂渣，對於「月牙」兩端依然不易扒除。
針對以上問題及弊端，「湧動驅（扒）渣系統」其原理為：2支噴氣槍從鐵水罐偏頂部插入鐵水，在噴吹氣體上浮力的作用下，形成「人造波浪」狀鐵水自下而上湧動，裸露的鐵水將頂渣推向扒渣口，由於有2個發力點，頂渣呈「半月」形淤積在扒渣口，扒渣板行程減半，扒渣動作由空間3維(上下左右)「S」形運動，變成僅需平面1維(前後)「—」運動。在鐵水湧動源源不斷驅動的作用下，稀渣不斷向排渣口聚集，渣層厚度翻倍，因此扒渣速度加快，不但扒渣時間可縮短一半，而且鐵損也可大幅度降低，且基本不用聚渣劑。真正達到低耗、快速、低成本扒渣目的。與傳統扒渣設備對比如圖4所示。
1.3 熱態實驗
利用多功能感應爐熱態模擬鐵水扒渣實驗。效果如圖5所示。噴槍插入後鐵液即翻滾湧動，僅約20s頂渣即偏聚在扒渣口一側，效果如圖6所示。在脈衝鐵水湧動作用下，頂渣穩定偏聚在扒渣口上下蕩動，效果如圖7所示。提槍停吹後，頂渣依然偏聚在一起，效果如圖8所示。
2 項目實施和改造的主要內容
南鋼第一煉鋼廠1#脫硫，在鐵水預處理扒渣工位增加湧動驅渣設施。根據我廠鐵水預處理扒渣工位實際工況條件，採用了「站立式」湧動驅渣設計。
湧動驅渣機工作過程：當鐵水罐傾翻到位後，湧動扒渣機將噴槍插入到鐵水罐中，並吹入適量氮氣，在氮氣作用下鐵水湧動，將渣推向出渣口，此時，原扒渣系統開始工作，在原出渣口處將渣快速扒出。
3 項目實施後的影響
該系統已於2016年7月底在我廠1#脫硫投入正常運轉，產生了可觀的直接及間接經濟效益。直接經濟效益體現在：降低噸鋼鐵水損耗3-5kg/t，減少聚渣劑(基本不用)用量；間接經濟效益體現在：縮短扒渣時間30%，降低轉爐回硫超標率10%以上(鐵水脫硫目標0.001-0.002%，轉爐出鋼硫含量大於0.01%為超標)，減輕精煉脫硫壓力。
項目實施後介質消耗：
N2消耗:0.06Nm3/噸鐵、電消耗：噸鐵0.001Kwh、易損備件：噴槍消耗0.33元/噸鐵。
4 經濟效益分析
4.1 直接經濟效益：
（1）減少噸鐵鐵水損耗：
深脫硫鋼種(脫硫後硫含量在0.001%以下)降低噸鐵扒損3-5kg/t，按平均4kg/t，每月生產200爐，每爐150噸，脫硫量為鐵水的70%，作業率95%，鐵水1511元/噸計算：
4kg×200爐×150噸×1511元×12月＝217.58萬元/年。
（2）氮氣和電消耗：
N2消耗0.06Nm3/噸鐵，即
年N2消耗費用:200×150×0.06 Nm3×0.261元×12月＝0.564萬元/年。
電消耗噸鐵消耗為0.001Kwh，即
年電消耗費用為：200×150×0.001 Kwh×1.4元×12月=0.05萬元/年。
（3）備件消耗
系統主要吹氣噴槍消耗，費用為200×150×12月×0.33元/噸鐵=11.88萬元/年
預計年產生效益合計：
217.58-0.564-0.05-11.88=205.086萬元/年
4.2 間接經濟效益：
縮短扒渣時間30%，降低轉爐回硫超標率10%以上，按精煉脫硫每增加100ppm需延長精煉時間5min，需增加電、電極、石灰、脫氧鋁、螢石等消耗總計約4元/100ppm[S]。則具有很大間接經濟效益。
參考文獻
[1] 王雅貞、李承祚,轉爐煉鋼問答,2004
[2] 馮捷 張紅文,煉鋼基礎知識,2007
來源：2017高效、低成本、智能化煉鋼共性技術研討會論文集，冶金交流中心