張 波，謝 圓

(1.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司 煉鋼事業(yè)部，重慶 401122； 2.中冶賽迪重慶信息技術(shù)有限公司 智能制造工程部，重慶 401122)

鐵水脫硫作為鐵水進入轉(zhuǎn)爐之前的最后一道處理工序，對減少鐵水硫含量，提高鋼水質(zhì)量具有重要作用。因此鐵水脫硫已成為煉鋼和煉鐵之間的重要環(huán)節(jié)，也是煉鋼廠提高鋼質(zhì)、擴大品種和優(yōu)化煉鋼操作的重要手段[1]。目前國內(nèi)鐵水脫硫主要有噴吹法和KR攪拌法，兩種方法在技術(shù)上均已相當成熟[2-3]。噴吹法主要采用鎂基復(fù)合噴吹，即采用以氧化鈣、碳化鈣為主要成分的脫硫劑[4]，其原理是將流化態(tài)氧化鈣或碳化鈣和鎂粉按一定比例在管道中混合，通過噴槍噴入鐵水中[5-6]。該系統(tǒng)主要由粉倉、噴吹罐、粉末流量調(diào)節(jié)閥、噴槍、中間輸送管道、調(diào)節(jié)儀表閥門等組成。鎂粉和氧化鈣或碳化鈣的混合物經(jīng)噴槍噴入鐵水罐底部，相對于鐵水來說，金屬鎂的熔點和沸點較低[7]，鎂粉在侵入鐵水后會迅速氣化變成氣泡，氣泡在上浮的過程中與鐵水中的S發(fā)生反應(yīng)，達到脫除鐵水中S的目的，因此噴吹系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響鐵水脫硫效果。本文基于國內(nèi)某鋼廠120 t復(fù)合噴吹鐵水脫硫改造總承包項目，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對噴吹罐壓力控制方式、粉末流量調(diào)節(jié)閥控制邏輯、噴吹罐下流化氣體流量、助吹氣體流量等對噴吹穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的因素進行了研究。

1 概 況

對國內(nèi)某鋼廠120 t復(fù)合噴吹鐵水脫硫進行改造，主要改造內(nèi)容為粉劑輸送系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、其他輔助系統(tǒng)等。該脫硫裝置的粉劑輸送系統(tǒng)原來為國外引進技術(shù)，在使用過程中存在粉劑噴吹流量小，噴吹時間長，鐵水溫降大，噴吹系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題，本次粉劑輸送系統(tǒng)改造采用CISDI自主開發(fā)技術(shù)，粉劑輸送系統(tǒng)工藝簡圖見圖1。

圖1 粉劑輸送系統(tǒng)工藝簡圖

2 噴吹罐壓力控制方式對噴吹穩(wěn)定性的影響

在脫硫噴吹過程中，噴吹罐與噴吹管道需要保持一定的正壓差以保證物料順利流動。正壓差的保持可以通過噴吹罐壓差控制與恒壓控制法進行，壓差控制即根據(jù)噴吹管道壓力的變化適時進行噴吹罐充壓與泄壓操作，進而維持噴吹罐與噴吹管道的正壓差值保持在適當范圍。恒壓控制即給噴吹罐設(shè)定一個固定的壓力范圍，此壓力范圍高于噴吹管道壓力，當噴吹罐壓力低于下限或者高于上限時則對罐體進行充壓或者泄壓。研究表明，若采用壓差法控制，由于噴吹管道壓力時刻都在波動，噴吹罐需要時刻進行充壓、泄壓操作，噴吹罐壓力的變化會引起罐子稱重傳感器數(shù)值的變化，噴吹罐重量波動較大，不利于噴吹速度的穩(wěn)定。且頻繁的充壓、泄壓也導(dǎo)致閥門動作次數(shù)多，設(shè)備壽命降低，增加生產(chǎn)成本。恒壓法只需要設(shè)定一個保壓范圍，由于噴吹罐本身氣密性較好，在噴吹過程中罐體內(nèi)壓力變化不大，基本上能保持在設(shè)定范圍，噴吹罐重量穩(wěn)定，有利于噴吹速度的穩(wěn)定控制。數(shù)據(jù)表明：采用恒壓法控制，噴吹罐的壓力波動范圍在±0.02 MPa，噴吹過程中噴吹罐與噴吹管道之間的正壓差、噴槍出口的壓力都能維持在穩(wěn)定的范圍，壓力值波動小，粉劑輸送及噴吹速度穩(wěn)定。

3 粉末流量調(diào)節(jié)閥控制邏輯對噴吹穩(wěn)定性的影響

粉末流量調(diào)節(jié)閥是安裝在噴吹罐下對噴吹速度進行調(diào)節(jié)的核心設(shè)備，直接影響到噴吹速度控制的穩(wěn)定性和精度，本項目的粉末流量調(diào)節(jié)閥為進口設(shè)備。根據(jù)閥門供貨商提供的控制邏輯，需在調(diào)試階段提前測試出閥門在不同開度對應(yīng)噴吹速度的曲線，將曲線導(dǎo)入控制程序，然后程序再根據(jù)操作人員輸入的噴吹速度自動調(diào)節(jié)到相應(yīng)的開度。但此控制邏輯在實際應(yīng)用中的效果并不好，主要是由于每罐鐵水的條件不一樣，物料條件也不一樣，外部條件變化后直接導(dǎo)致曲線的準確性降低，實際噴吹速度與設(shè)定速度偏差大，無法滿足生產(chǎn)要求。本項目對閥門開度控制邏輯進行了改進，在原閥門開度與速度曲線的基礎(chǔ)之上，采用了CISDI自主設(shè)計的速度動態(tài)控制模塊。該模塊可以實現(xiàn)噴吹實時速度與設(shè)定速度的實時、自動對比，然后自動對閥門的開度進行動態(tài)調(diào)整，以保證實際速度與設(shè)定速度最大限度的吻合。

數(shù)據(jù)表明，采用該控制邏輯之后，鎂粉和石灰噴吹速度的控制精度顯著提高，石灰噴吹速度偏差均值為1.63%，噴吹速度控制精度達98.37%，鎂粉噴吹速度偏差均值4.25%，噴吹速度控制精度達95.75%，提高了噴吹速度穩(wěn)定性。詳細數(shù)據(jù)見表1。

表1 噴吹速度偏差

噴吹速度控制精度提高之后，系統(tǒng)的噴吹速度能穩(wěn)定控制，噴吹時間顯著降低。以噴吹100 kg的鎂粉為例，原系統(tǒng)鎂粉的噴吹速度僅能達到7 kg·min-1左右，噴吹時間約14.3 min，改造之后由于速度穩(wěn)定，噴吹時間約10 min，噴吹時間減少了30 %左右。噴吹時間的縮短也降低了鐵水的溫度損失，根據(jù)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，改造后每爐鐵水處理前后的平均溫降約26 ℃，遠小于設(shè)計保證值。

4 流化、助吹氣體流量對噴吹穩(wěn)定性的影響

流化氣體經(jīng)流化裝置使噴吹罐下料口的物料形成氣固兩相流，助吹氣體提高經(jīng)流化后物料的流動性，使其經(jīng)過輸送管道、噴槍之后保持一定的速度和出口壓力進入鐵水中。流化氣體流量過小，將造成物料流化態(tài)不充分[8]，無法形成穩(wěn)定的流化狀態(tài)，助吹氣體流量過小，則噴槍出口物料速度及壓力減小，容易發(fā)生管道及噴槍槍口堵塞。但粉氣比也不能過大，流化氣體流量過大，物料在流化反應(yīng)室中一直處于懸浮狀態(tài)，無法落料，助吹氣體流量過大，噴槍出口粉氣比降低，鐵水噴濺嚴重。因此噴吹過程中，氮氣流量必須與給料強度相匹配[9-10]，合適的流化、助吹氣體流量對粉劑的正常流化、流動、噴槍出口速度、壓力以及鐵水噴濺程度有著直接影響。數(shù)據(jù)研究表明：對于120 t復(fù)合噴吹鐵水脫硫裝置，調(diào)整流化、助吹氣體流量在合適的范圍，保持粉氣比在32左右，粉劑流化效果較好，噴槍出口粉劑速度和壓力滿足要求，粉劑輸送管道及噴槍未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，有效降低了系統(tǒng)故障率。另外噴吹過程中鐵水噴濺較小，提高了生產(chǎn)過程的安全性。

5 結(jié) 論

項目改造后，粉劑輸送系統(tǒng)運行穩(wěn)定，噴吹速度控制精度高，有效解決了原系統(tǒng)存在的噴吹速度小、噴吹時間長、鐵水溫降大、噴吹系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。對于噴吹系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究得出如下結(jié)論：

(1) 噴吹罐與噴吹管道的正壓差控制采用噴吹罐恒壓法，采用恒壓法有利于保持正壓差及噴吹罐質(zhì)量的穩(wěn)定，提高噴吹速度控制的穩(wěn)定性。同時噴吹罐壓力調(diào)節(jié)次數(shù)大幅減少，提高了調(diào)節(jié)閥門的使用壽命，降低了生產(chǎn)成本。

(2) 粉末流量調(diào)節(jié)閥的控制邏輯采用開度速度曲線結(jié)合噴吹實時速度與設(shè)定速度動態(tài)比對調(diào)整控制模塊進行，可有效降低外部環(huán)境變化對噴吹速度的影響，提高噴吹速度的控制精度，數(shù)據(jù)表明：采用開度速度曲線+實時動態(tài)調(diào)整模塊控制邏輯后，石灰及鎂粉的噴吹速度控制精度均可達95%以上。

(3)數(shù)據(jù)表明：對于120 t復(fù)合噴吹鐵水脫硫裝置，調(diào)整流化、助吹氣體流量在合適的范圍，保持粉氣比在32左右，粉劑流化效果較好，噴槍出口粉劑速度和壓力滿足要求，噴槍未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，噴吹過程中鐵水噴濺小。