干式除尘转炉二次下枪吹炼如何减少泄爆？

国内转炉炼钢厂大多采用一枪吹炼到终点的冶炼技术，冶炼过程不起枪，并且冶炼终点的碳含量强制要求低于0.15%，此种技术显然无法满足品种钢生产的终点低磷、高碳的技术要求。为实现优质品种钢的生产，干式除尘转炉吹炼过程必须“起枪走双渣”。此外，若吹炼终点高拉碳以后仍须进行吹炼，也面临吹炼过程中起枪并二次下枪吹炼的问题。而炼钢吹炼过程中起枪并二次下枪吹炼，有可能造成CO含量急剧上升，从而显著提高泄爆发生频率。因此，有必要研究一种避免CO含量增加的干式除尘转炉二次下枪吹炼的方法。
日前，河钢宣钢研发的一种干式除尘转炉二次下枪吹炼的方法获得发明专利授权。该发明通过前期的顶吹氧气流量实现熔池弱搅拌，使得二次吹炼前期的CO2含量逐步上升到15wt%、CO含量保持在<3%的水平，从而有效避免了CO含量的增加，降低了泄爆发生频率。
控制机理及吹炼工艺
为解决泄爆问题，河钢宣钢研究出一种技术方案：即干式除尘冶炼过程高拉碳以后二次下枪吹炼时，顶吹喷枪首先采用计算得到的氧气流量吹炼80s——100s，然后正常吹炼即可。操作人员降下转炉活动烟罩的同时二次下枪，使用手动操作打开顶吹喷枪的氮气截止阀，使用氮气吹扫除尘系统管路中的空气与残留的一氧化碳;吹扫后，顶吹喷枪切换成氧气开始吹炼。氮气吹扫除尘系统管路至O2含量降至12%——14%。
具体而言，该干式除尘转炉二次下枪吹炼的方法应用下述机理及吹炼工艺：
前烧期的反应机理。对吹炼过程中起枪并二次下枪吹炼的铁水进行吹炼的前期称为前烧期。二次下枪吹炼过程中，CO+[O]=CO2的冶金反应进程最先进行(前烧期)，当熔池搅拌程度激烈时才会产生后继的冶金反应进程：[C]+CO2=2CO。因此，熔池搅拌程度决定着化学反应的进行程度，也就决定着冶金反应的产物种类。
前烧期熔池搅拌程度控制方法。控制好炼钢过程中起枪并二次下枪吹炼时的熔池搅拌程度，决定着该工艺条件下的炼钢操作能否顺利进行。在氧气转炉炼钢过程中，炉内的状态是由力学、物理化学作用形成的一个复杂的运动过程。氧气经过氧枪喷头形成了氧气射流，氧气射流经过高温炉气冲击在熔池表面，引起了熔池运动，起机械搅拌作用。尤其是在刚下枪时，转炉内乳浊层尚未形成或者很薄，熔体内部反应尚未大规模开始或者处于暂时停止阶段，氧气射流冲击熔池的深度是判断熔池搅拌程度的重要方法。前烧期熔池弱搅拌控制时，在将转炉一次除尘管路中的O2含量由21%降至6%以下这段时间内，转炉熔池冶金反应的产物主要为CO2气体，CO气体的冶金反应被限制，CO气体的产生量控制在9%以下。前烧期结束即可正常吹炼，随着熔池搅拌程度的提高，化学反应的进程迅速加快，冶金反应产物也随之发生变化：O2的含量降至0.2wt%——0.7wt%、CO含量从35wt%升至70wt%、CO2含量保持在5wt%——7wt%的水平。
炼钢过程中二次下枪吹炼前的管路吹扫控制方法。炼钢过程中起枪并二次下枪吹炼时，由于此生产间隙有空气进入荒煤气管路，极可能会有过剩的空气与烟道中残留未燃的CO进入除尘系统，造成燃烧爆炸。控制方法是降下转炉活动烟罩的同时二次下枪，使用手动操作打开顶吹喷枪的氮气截止阀，使用氮气吹扫除尘系统管路中的空气与残留未燃的CO。操作人员观察轴流风机后的激光气体分析仪数值，当O2含量由21wt%左右降至12wt%——14wt%时，切换成氧气进行前面所述的熔池弱搅拌控制吹炼。
具体应用案例
该干式除尘转炉二次下枪吹炼的方法在河钢宣钢150吨转炉上进行了实际应用。该转炉炉膛直径5.256m，高8.664m，有效容积165m3，采用静电除尘器进行一次除尘，平均出钢量180t，平均供氧时间15min，石灰消耗35kg/t，轻烧白云石消耗20kg/t。具体工艺如下：
装料。在得知铁水具体成分、温度以后，要及时调整废钢的加入量，并计划好散装料的具体加入批次、加入时间及每批加入量。
前期控制。正常模式开吹氧流量设定为35000Nm3/h，开吹在确定点火成功并度过泄爆期后，加入全部的轻烧白云石和1/3的石灰，枪位控制采用由高到低模式。待供氧量达到3000Nm3时开始有炉渣从炉口溢出，初期的硅锰氧化渣已形成，此时起枪倒渣。这时的炉气CO在35%左右，吹炼前期生成一定量的CO说明炉内温度升高，化学反应开始加速。
炼钢过程中起枪并二次下枪吹炼时的控制。提枪倒渣时要尽量多倒渣，倒完渣后立直炉子，待干法允许吹炼的信号给定后，降罩至下限。同时，向炉内吹氮气90s——120s。当轴流风机后的激光气体分析仪显示的O2含量由21%左右降至12%——14%时，切换成氧气，进行前烧期的熔池弱搅拌控制吹炼。枪位设为200cm，开吹采用熔池弱搅拌，控制流量为17711Nm3/h、时间持续80s——100s，80s——100s后氧流量恢复正常流量35000Nm3/h。其后可多批少量加入剩余石灰，一定要注意控制氧流量上升过程中炉渣发泡喷溅的情况。
过程及终点控制。过程控制枪位采用低枪位吹炼，造渣料主要以轻烧白云石、石灰、小粒级烧结矿等为主。终点控制按所炼钢种终点要求进行控制。若终点控制一次命中，即可结束吹炼，进行下一步出钢及脱氧合金化操作。假如终点控制高拉碳以后，终点成分或者温度不合，则要进一步吹炼，可重复上一步操作。
采用炼钢过程中起枪并二次下枪吹炼时的控制方法后，CO含量为6.34%，O2含量6.06%，成功地错开了干法系统电场的泄爆点，保障了设备的正常运行。
经长期试用证实，该控制方法可使得干式除尘转炉高拉碳含量为0.30%——0.60%，并在此过程中实现一次除尘用静电除尘器的零泄爆纪录。