半钢炼钢吹炼初期干法除尘泄爆及爆燃问题的研究

攀 钢 技 术 25 半钢 炼钢 吹炼初期 干法除尘 泄爆 及爆燃问题 的研究 吴 鹏 （ 攀钢 集团 西昌钢钒 有限公司 炼钢厂 ） 摘 要 ： 介绍了 西昌钢钒炼钢厂半钢冶炼过程中干法除尘系统初期 泄爆及爆燃 的 研究与 对策 ， 对 半钢冶炼过程中如何抑制初期泄爆及爆燃问题 ， 从 优化 加料制度 、 初期供氧 模式 及 风机转速 等多 方面提出了解决方案 ， 半钢冶炼日均爆燃率从优化前的 低至优化后的 关键词 ： 转炉 ； 半钢冶炼 ； 干法除尘 ； 爆燃 ； 供氧模式 0 引 言 干法除尘具有能耗低、节水、除尘效果好等优点，已在全球广泛应用，特别是在欧美及中国发展较快。攀钢西昌钢钒 200 t 转炉系统引进了西门子干法除尘工艺，对于干法除尘工艺来说 ，控制电场泄爆非常重要，而泄爆与转炉冶炼操作及铁水条件密切相关，攀钢拥有独特的钒钛资源，采用提钒 炼钢双联工艺，由于这种独特的 半钢工艺，对除尘器泄爆及爆燃的控制难度大 ，易造成 粉尘 排放超标 。 1 西昌钢钒 200 t 炼钢转炉概况 攀钢西昌钢钒铁水的一个显著特点是 S 偏高。转炉提钒是炼钢厂重要的工艺环节，原理是利用高速氧气射流搅动氧化转炉内含钒铁水，并配加冷却剂来控制炉内氧化条件，达到去钒保碳的目的。攀钢转炉提钒工艺技术不断提高 ，各项指标全面优化，现在主要技术居世界先进水平。但是，提钒后造成温度、成分波动大，半钢质量有较大波动。半钢质量的不稳定影响到转炉炼钢，使转炉操作参数不稳定，从而影响转炉吹炼控制。攀钢炼钢的主原料是含钒铁水经脱硫、提钒处理后的半钢。 攀钢半钢炼钢操作中极易产生喷溅、泄爆现象。因此攀钢西昌钢钒炼钢在采用干法除尘后，必须建立一套独特的供氧制度，以 满足生产及环保需要。 2 泄爆及爆燃机理 分析 可燃气体的爆炸条件和爆炸极限 可燃气体同时具备下述三个条件，才会引起爆炸： 1） 可燃气体和空气或氧的混合比在爆炸极限的范围内 。 2） 混合时的温度在最低着火温度以下，否则只能引起燃烧 。 3） 遇到足够能量的火种。 混合气体的爆炸极限 如为多种可燃气体和空气或氧气的混合，其可燃部分的爆炸极限计算 公 式为： 式中 ， 混合气体中可燃气体的爆炸上（下）限， %， 各气体组分的体积比 ， 各气体组分的爆炸极限 值 。 炼钢转炉 干法除尘的烟气是由 2、 少量 组成的高温、高粉尘易燃易爆、高毒性气体。经计算器爆炸极限为 9%， 6%或者 3%， 2%。烟气从汽化冷却烟道约 1 000 降到 160 ，若此时烟气组成达到 9%， 6%或者 3%， 2%，由于静电除尘器的电晕放电作用，产生电火花，将产生爆炸 ，爆炸后气体压力急剧升高，泄爆阀泄爆。 26 201 6 年第 39 卷第 1 期 为减少泄爆 、爆燃 频次，只有通过优良的设计、最佳运行参数控制及工艺控制。 3 半钢吹炼初期 出现的 泄爆及爆燃问题 实际生产过程中 在半钢冶炼初期，氧枪开始下枪吹炼至吹氧时间 120 s 区间放散烟囱发生 “冒黄烟 ”现象最为突出。此时在线监测仪表显示 粉尘 浓度（如图 1 中 浅 绿色曲线所示） 瞬间达到 100 相应的除尘器出口压力检测由 00 加至+1 090 图 1 中灰色曲线所示） ，正常情况下因 机处于除尘器后端，除尘器内压力应为负压力 ，表明除尘器内部发生了气体反应 ， 气体压力升高 ，也就是爆燃现象。而一旦产生爆燃及泄爆必然导致粉尘浓度瞬间排放超标。 图 1 吹氧初期除尘器烟气成分及压力趋势 4 对策 优化加料制度 1)由于低流量开吹，为确保顺利点火，要求入炉的废钢比不大于 20，废钢严格分类，混有油脂或有色金属、潮湿的废钢严禁入炉，且轻薄废钢不超过废钢总量的 50，入炉原材料实行精料方针。入炉铁皮球、冷压块、石灰等原材料必须干燥，且粉尘少。 2)造渣材料在吹炼过程中避免集中加料，每批料加入量控制在 500 1 000 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的 90以上，避免温度的急剧升高或降低而使上升。加料过程杜绝喷溅。 3)根据炼钢转炉炉底具体情况，控制好留渣量，减小吹炼过程的加料量，并控制好所加原辅材料的粉尘量，防止粉尘泄爆和下枪打不燃火。 4)兑完铁后，下枪打燃火之后再加料 ， 下枪的同时禁止加增碳剂 ， 下枪开吹后， 吹炼 1 后 ，加头批料。 优化初期自动供氧模式及风机转速 控制半钢冶炼初期 泄爆及爆燃的思路主要有两点： 减缓半钢中 成速率 ; 降低烟气中的氧气浓度。 根据现有的半钢初期供氧模式如图 2 所示 。优化前 采用的 自动供氧模式是： 0 60 s，氧气切断阀为正常开度的 40%； 60 90 s,供氧量为正常供氧量的 60%； 90 s 以后，为正常吹氧量（其中由转炉炉役周期分为前期、中期、末期各不相同，炉役前期正常吹氧量为 40 000 h，炉役中期正常吹氧量为 45 000 h，炉役末期正常吹氧量为48 000 h）。 通过生产实践，半钢冶炼在吹炼初期也就是氧气开始吹炼 60 120 s 是 泄爆及爆燃的高发期。 通过控制吹氧量控制烟气中 成速率及氧气含量是控制 半钢冶炼 初期泄爆率的主要手段 。而在氧气切断阀调节的过程中产生的扰动造成氧气流量 波动可能造成 烟气中氧气含量超标，到达至静电除尘器内与 烟气中的 合后产生 爆燃或泄爆 。 图 2 优化前的供氧模式 为抑制半钢冶炼初期的爆燃及泄爆，分别对风机转速及初期供氧模式进行了进一步的优化。 机的控制主要采用烟气流量控制器，也就是根据以下公式：设定烟气流量 =（氧气流量 ） +烟罩烟气流量。 在转炉吹炼阶段烟气流量控制器的设定值将通过一个基于炉口压力和氧气流量的比例数加以修改。换句话说，在吹炼期间炉口压力控制器将影响烟气流量控制器的设定值。具体来说就是将氧枪吹氧量乘以一个系数再与炉口压力控制器的输出信号相加所得到的值，作为烟气流量控制器除尘器出口压力变化 氧气切断阀在调节过程中产生的扰动 时间 /s 流量 转速 流量及转速攀 钢 技 术 27 的设定值。烟气流量控制器的输出信号经过变频器去控制轴流风机的转速，从而实现对转炉烟气流量的控制。 因吹炼初期 120 s 内烟罩烟气流量未投入控制， 为一固定数值 在 90 000 h 左右输入至控制程序内。 正常吹氧量为 40 000 48 000 h 时经公式计算 后 对应的系统设定流量为 170 000 180 000 h， 而对应的 风机转速 设 定为 840 860 r/平稳干法除尘系统流量波动将兑铁阶段状态的风机转速也同时降为 840 860 r/ 同时对于初期自动供氧模式进行优化 ， 由三步优化至四步 ： 0 60 s，氧气切断阀为正常开度的40%； 61 75 s, 氧气切断阀为正常开度的 50%； 76 90 s, 氧气切断阀为正常开度的 60%； 90 正常吹氧量（其中由转炉炉役周期分为前期、中期、末期各不相同，炉役前期正常吹氧量为40 000 h，炉役中期正常吹氧量为 45 000 h，炉役末期正常吹氧量为 48 000 h）。 这样就进一步平稳了初期吹氧过程中 氧气调节阀调节过程中氧气 波动造成的影响。 趋势 如图 3 所示 。 5 取得的效果 采取优化后的供氧模式及风机转速设定，以2014 年全年西昌钢钒炼钢厂产量计算可节约用电294 000 度，电费约 19 万元以上。同时半钢冶炼初期爆燃率得到了有效控制。（爆燃率 =发生爆燃的转炉冶炼炉数 /当日转炉所生产的冶炼炉数），半钢冶炼日均爆燃率从优化前的 分别见表 1、 2，使得干法除尘半钢冶炼的冒黄烟现象得到了极大 的 缓解。 图 3 优化后的供氧模式 曲线 表 1 优化前每日爆燃率统计 时间 爆燃率 /% 时间 爆燃率 /% 时间 爆燃率 /% 时间 爆燃率 /% 113 113 122 117 117 12 123 115 116 124 120 115 115 124 125 11 115 125 122 110 119 120 12 110 129 123 120 117 12 122 平均 10 12 120 表 2 优化后每日爆燃率统计 时间 爆燃率 /% 时间 爆燃率 /% 时间 爆燃率 /% 时间 爆燃率 /% 1 1 1 18 1 15 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 15 1 2 13 1 1 2 1 12 20 1 13 15 平均 3 10 1 0 30 60 90 120 150 180 210 时间 /s 流量及转速流量 转速 28 201 6 年第 39 卷第 1 期 6 结 语 通过对加料 潮湿程度控制 、 多批少量加料、粉料控制；初期 吹氧量 稳定 控制 ，避免吹氧量波动；降