西鋼120t轉(zhuǎn)爐煤氣回收優(yōu)化實踐

刁興武，李乾坤

(西林鋼鐵集團(tuán)有限公司，黑龍江 伊春153025)

轉(zhuǎn)爐煤氣CO含量約60%～80%、平均熱值在8 360kJ/m3左右，是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源，因此提高煤氣回收是轉(zhuǎn)爐煉鋼企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排、負(fù)能煉鋼的有效途徑。西林鋼鐵公司2012年9月份投產(chǎn)的120t轉(zhuǎn)爐干法除塵煤氣噸鋼回收量(標(biāo)態(tài))在98m3左右，與國內(nèi)轉(zhuǎn)爐干法煤氣極值130m3差距非常大，因此如何提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收是我們急需解決的問題。

西鋼2×120t轉(zhuǎn)爐干法除塵及煤氣回收系統(tǒng)工藝流程:120t轉(zhuǎn)爐→活動煙罩→汽化冷卻煙道→蒸發(fā)冷卻器→靜電除塵器→變頻軸流風(fēng)機(jī)→液壓杯閥切換系統(tǒng)→煤氣冷卻器→煤氣儲柜。

轉(zhuǎn)爐煤氣回收原理:

轉(zhuǎn)爐下槍吹氧冶煉產(chǎn)生的煙氣，經(jīng)活動煙罩捕捉，并經(jīng)水冷氣化煙道冷卻至1 600℃左右，進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器，經(jīng)過噴氮?dú)夂退禍兀谥亓ψ饔孟?，進(jìn)行粗除塵，煙氣溫度降至180℃～200℃后進(jìn)入靜電除塵器進(jìn)行精除塵，然后根據(jù)CO含量、O2含量由閥門切換站進(jìn)行煤氣回收或放散操作，需要回收的煤氣經(jīng)煤氣冷卻塔噴水進(jìn)一步冷卻，煤氣溫度降至70℃以下進(jìn)入煤氣儲柜回收。轉(zhuǎn)爐冶煉初期爐內(nèi)溫度較低，吹煉時鐵水中元素氧化順序為Fe、Si、Mn、P、C，下槍吹氧時爐內(nèi)反應(yīng)以Si、Mn氧化反應(yīng)為主，煙氣中CO含量非常低，煙氣不具備回收條件，吹煉末期，鋼水中含碳量較低，煙氣中CO含量也較低也不具備回收價值。只有在轉(zhuǎn)爐冶煉中期，爐內(nèi)溫度高達(dá)1 400℃～1 600℃，碳與氧反應(yīng)劇烈，生成大量的CO氣體，這也是煤氣回收的主要階段。

1 影響煤氣回收原因分析

影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收的因素較多，主要包括轉(zhuǎn)爐除塵及煤氣回收系統(tǒng)的設(shè)備條件、原料條件、鐵水碳含量、活動煙罩與爐口的間隙、煤氣回收條件、供氧強(qiáng)度等方面。

1.1 轉(zhuǎn)爐干法除塵及煤氣回收系統(tǒng)設(shè)備的影響

轉(zhuǎn)爐設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否正常直接影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收水平高低，特別是變頻軸流風(fēng)機(jī)的實時頻率與轉(zhuǎn)爐煤氣回收量是否配套尤為重要，軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率小時，煤氣有可能不完全回收，軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率大，有時造成不應(yīng)有的電力損耗;另外煤氣柜容量和用戶用氣量的調(diào)配狀態(tài)也影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收，煤氣回收供大于求，煤氣儲柜無儲存空間，會造成煤氣無法回收。

1.2 轉(zhuǎn)爐原料成分對煤氣回收的影響

因為轉(zhuǎn)爐煤氣主要是碳與氧反應(yīng)生成的CO氣體，因此鐵水含碳量的高低直接影響煤氣的回收量，鐵水中含碳量高時，碳與氧反應(yīng)生成的CO氣體量多;另外廢鋼比、廢鋼含碳量的高低也影響著煤氣的回收，廢鋼比小，鐵水兌入量相對較大，轉(zhuǎn)爐冶煉時產(chǎn)生的CO氣體量也多，廢鋼含碳量高冶煉時產(chǎn)生的CO氣體量也多。原料條件與鐵水含碳量變化對轉(zhuǎn)爐t鋼煤氣回收的影響數(shù)據(jù)如表1。

表1 各因素對回收的影響

1.3 轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度的影響

轉(zhuǎn)爐冶煉進(jìn)入中期，鐵水中的碳與氧開始劇烈反應(yīng)，生成大量的CO氣體，此階段轉(zhuǎn)爐熔池以脫碳反應(yīng)為主，此時轉(zhuǎn)爐冶煉的供氧強(qiáng)度決定著C與O反應(yīng)速度，提高供氧強(qiáng)度可以提高煤氣回收的效率。

1.4 轉(zhuǎn)爐冶煉操作的影響

因為120t轉(zhuǎn)爐冶煉周期為35～40min，其中吹氧冶煉時間在15min左右，冶煉初期、末期煙氣中CO含量低，煤氣回收量較低;冶煉中期碳與氧反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生的CO氣體量較大，是煤氣回收主要階段，任何影響轉(zhuǎn)爐冶煉連續(xù)性的操作都會影響煤氣回收，如鐵水硅含量高進(jìn)行的雙渣操作，轉(zhuǎn)爐冶煉中期爐渣返干造成的金屬噴濺等都會造成煤氣回收操作中斷，降低轉(zhuǎn)爐噸鋼煤氣回收量

1.5 活動煙罩與爐口間隙

轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，在活動煙罩與爐口的間隙處會有少量空氣吸入，進(jìn)入的空氣中的O2與CO反應(yīng)燃燒，造成煙氣中CO含量下降，煤氣熱值降低，影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收的實際效果。另外為了減少煙氣外溢污染環(huán)境不得不提高凈化系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)抽風(fēng)量這對加大煙氣燃燒形成惡性循環(huán)。

1.6 煤氣回收條件的影響

生產(chǎn)實踐證明，切換鐘閥從接到指令到完全動作到位需要一定時間，因此煤氣回收過程中存在滯后性，影響煤氣及時回收。

2 轉(zhuǎn)爐煤氣回收優(yōu)化措施

2.1 原料條件的優(yōu)化

盡量控制鐵水成分，使碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥4.50%，硅含量0.3%～0.5%，錳含量0.1%～0.4%;控制入爐廢鋼質(zhì)量，盡量使用含碳總量≥0.50%的高碳鋼作冷料，廢鋼比≤5%;鐵水溫度不低于1 250℃，為提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)條件。

2.2 轉(zhuǎn)爐冶煉工藝優(yōu)化

(1)為了防止電除塵泄爆，影響煤氣回收，冶煉前期梯級供氧，供氧強(qiáng)度控制在正常水平的60%左右，適當(dāng)降槍吹氧，保證及時著火;轉(zhuǎn)爐冶煉進(jìn)入中期，鐵水中的碳氧開始劇烈反應(yīng)，生成大量的CO氣體，此階段轉(zhuǎn)爐熔池以脫碳反應(yīng)為主，為了保證煤氣回收的效率，此時適當(dāng)提槍并把供氧強(qiáng)度提至最高。

(2)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉過程的加料制度，采用多批次加料，即在開吹后即加入石灰石總量的50%～70%以及全部鎂球等輔料，遇鐵水溫度低時，先降低槍位吹氧點(diǎn)火，等爐口碳焰出現(xiàn)后再加入;剩余的石灰石在吹煉過程中根據(jù)化渣情況分批加入，在吹煉到6min前全部加完，加料時槍位提100～200mm;避免短時間加料過于集中爐溫波動大，碳氧反應(yīng)不均勻，造成爐氣中CO含量變化波動過大，影響煤氣回收。

(3)轉(zhuǎn)爐冶煉過程中嚴(yán)格實行降罩操作，冶煉前期確認(rèn)著火后，吹氧60s及時降下活動煙罩，減少活動煙罩與爐口間隙處的空氣進(jìn)入量，保證冶煉前期的煤氣回收。

2.3 轉(zhuǎn)爐操作技術(shù)的優(yōu)化:

提高轉(zhuǎn)爐操作工的技術(shù)水平，減少雙渣操作，減少人為操作不當(dāng)造成的噴濺、非正常提槍，杜絕轉(zhuǎn)爐冶煉過程產(chǎn)生的泄爆造成轉(zhuǎn)爐冶煉中斷，影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收。

2.4 干法除塵及煤氣回收系統(tǒng)的工藝及設(shè)備的優(yōu)化

(1)在煤氣熱值不影響用戶使用的前提下，把原來煤氣回收條件CO含量大于35%、O2含量小于0.5%開始回收，改為CO含量15%、O2含量不大于1%時放散杯閥開始動作關(guān)閉，CO含量大于18%時開始回收，使回收時間由原來的500s延至700s左右，使t鋼煤氣回收量達(dá)到128m3以上。

(2)改進(jìn)變頻軸流風(fēng)機(jī)的控制程序，根據(jù)前期梯級供氧制度及爐氣量變化，考慮到爐口微壓差的調(diào)節(jié)，把爐口微壓差設(shè)定在10Pa，使風(fēng)機(jī)根據(jù)爐氣量變化及爐口微壓差值進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，特殊階段配合手動，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在出鋼－兌鐵期間達(dá)到1 600r/min，吹煉200s后提到2 200r/min。如果是雙渣冶煉，二次下槍吹煉開始手動降至1 600 r/min，120s后恢復(fù)2 200r/min滿足了轉(zhuǎn)爐煙氣正常流動的要求，減少了爐口處空氣的進(jìn)入量。

3 優(yōu)化后的效果

經(jīng)過兩年來對轉(zhuǎn)爐原料條件、生產(chǎn)工藝控制的持續(xù)優(yōu)化和轉(zhuǎn)爐冶煉操作水平、管理水平的提高，120t轉(zhuǎn)爐煤氣回收指標(biāo)有了極大地改善，到2014年年末轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收量達(dá)到128m3以上，較2012年120t轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)時噸鋼煤氣回收98m3有大幅度提高，煤氣內(nèi)部結(jié)算價格按0.22元/m3、年產(chǎn)鋼150萬t計，年平均增創(chuàng)效益400余萬元。

圖1 轉(zhuǎn)爐噸鋼煤氣回收逐年提高趨勢圖

4 存在問題

(1)煉鐵—煉鋼環(huán)節(jié)中無鐵水預(yù)處理裝置，鐵水成分波動較大，特別是鐵水中硅、磷含量高，造成轉(zhuǎn)爐不得不進(jìn)行雙渣操作，不可避免地影響煤氣回收。

(2)由于鐵水成分波動較大，轉(zhuǎn)爐操作還存在一定的不穩(wěn)定性，集中表現(xiàn)在終點(diǎn)命中率差，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)拉碳過高，造成二次倒?fàn)t補(bǔ)吹冶煉，影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收。

以上兩點(diǎn)是我們近階段煤氣回收急需解決的問題。

5 結(jié)語

轉(zhuǎn)爐煤氣回收是一項實踐性很強(qiáng)的技術(shù)，與煉鋼的工藝設(shè)備條件及操作水平密切相關(guān)，西鋼120t轉(zhuǎn)爐結(jié)合自身設(shè)備及工藝特點(diǎn)，通過不斷優(yōu)化和完善煤氣回收操作制度，大幅度提高了噸鋼煤氣回收量，特別在目前國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，鋼材價格持續(xù)下跌，在鋼鐵企業(yè)低利潤甚至負(fù)利潤情況下，提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收工作對企業(yè)最大限度低回收和利用能源，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)負(fù)能煉鋼起到了重要作用。

［1］王愛華等.轉(zhuǎn)爐煤氣回收的影響因素及改善措施［M］.中國鋼鐵年會論文集，2005.