一种防止高拉碳转炉干法除尘系统泄爆的方法

摘要

一种防止高拉碳法转炉干法除尘系统泄爆的方法，属于转炉干法除尘技术领域，用于防止高拉碳法转炉干法除尘系统发生泄爆事故。其技术方案是：本发明通过在高拉碳时控制氧气流量和控制吹入氮气量，以及二次下枪补吹时根据拉碳碳含量控制吹氧量模式，可以有效防止高拉碳法转炉干法除尘系统泄爆，实现安全生产，同时有利于提高转炉冶炼作业率，降低生产成本，提高钢水质量。在干法除尘技术条件下，实现转炉高拉碳法稳定生产低合金（HRB400系列）和高碳钢（40-80#、77B、82B等）的目标。

权利要求

1.一种防止高拉碳法转炉干法除尘系统泄爆的方法，其特征在于：它采用以下工艺步骤：a．高拉碳时的相关要求：

在拉碳之前提前20s降低供氧强度，氧气流量控制在额定氧流量的45-55%，低氧量吹炼一定的时间，减缓碳氧反应速度，同时打开蒸发冷却器（3）出口氮气阀门，持续30s吹入量约

7800Nm3/h的氮气；

b．补吹相关要求：

①若第一次拉碳碳含量＜0.15%时，直接开全氧吹炼；

②若第一次拉碳碳含量在0.15-0.20%时，下枪同时补吹氮气，同时直接开全氧吹炼；

③若第一次拉碳碳含量0.20%-0.40%时，执行爬坡吹氧；

④若第一次拉碳碳含量＞0.40%时，下枪同时补吹氮气，同时主吹氧量手动设定为额定氧流量的65%。

2.根据权利要求1所述的防止高拉碳法转炉干法除尘系统泄爆的方法，其特征在于：在二次下枪补吹相关要求中，所述的执行爬坡吹氧，即二次下枪前需手动调氧流量至额定氧流量的50%，下枪同时补吹氮气，吹氧30s后手动逐步提氧，20s内氧流量半氧逐步涨至全氧，氧流量涨至全氧时关闭氮气，然后全氧升温。

说明书

一种防止高拉碳转炉干法除尘系统泄爆的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种能够防止高拉碳转炉干法除尘系统泄爆的方法，属于转炉干法除尘方法技术领域。

背景技术

[0002] 随着氧气转炉炼钢生产的发展及炼钢工艺的日趋完善，除尘技术也在不断发展成熟。氧气转炉炼钢的净化回收主要有两种方法，即煤气湿法（OG）和煤气干法(LT)，在生产实践中，煤气湿法（OG）的除尘效果已与当前环境保护相关要求不相适应，煤气干法(LT)因可以通过电除尘器可直接将粉尘浓度（标态）降至10mg/m3以下，其除尘净化效率高而被广泛应用。

[0003] 目前，转炉干法除尘技术在国际上已被认定为今后一个时期的发展方向，它可以部分或完全补偿转炉炼钢过程的全部能耗，实现转炉负能耗炼钢的目标。同时，它从更加严格的环保和节能要求看，转炉干法除尘系统更迎合了冶金工业可持续发展的要求。

[0004] 转炉冶炼高碳钢根据出钢时钢水碳含量的不同有两种方式：一种是高拉碳法，一种是增碳法。高拉碳法是指熔池含碳量达到出钢要求时停止吹氧，此时熔池中不但硫磷和温度符合要求，而且计入铁合金带入金属中的碳后，钢水中的碳也能符合所炼钢中的规格要求。同增碳法出钢相比，高拉碳法出钢具有吹炼时间短、耗氧量少、铁的吹损少、金属收得率高的优点，同时炉渣对炉衬的侵蚀减轻，可以延长炉龄，还具有碳粉加入量少、钢中氧含量低、合金消耗少、原始夹杂物较少、钢中的氮、氢等气体含量低、钢水成分波动较小等优点。但是在高拉碳法转炉生产中使用干法除尘会造成电除尘频繁发生泄爆生产事故，严重地干扰了炼钢生产节奏，破坏除尘设备。因此国内、外采用干法除尘的钢铁企业均采用增碳法进行冶炼，干法除尘技术在高拉碳法转炉生产低合金和高碳钢应用受到限制，目前无成熟的工艺方法和技术来避免高拉碳法干法除尘系统泄爆。

[0005] 在现有的专利文献中，中国专利公开号CN102952917A公开了一种转炉冶炼过程中防止干法除尘系统泄爆的控制方法，中国专利公开号CN101880744A 公开了一种脱碳转炉废气处理采用干法除尘工艺电除尘不泄爆的方法，中国专利公开号CN101619375A公开了一种顶底复吹转炉防止电除尘泄爆的方法。然而，这些专利申请公开都主要集中阐述了转炉采用增碳法冶炼、干法除尘系统的使用方法或如何防止煤气泄爆，对于如何防止高拉碳法转炉干法除尘系统泄爆均未涉及。

[0006] 转炉冶炼过程中产生的烟气在风机的抽引下，经过汽化冷却烟道、蒸发冷却器冷却至约200℃。冷却后的烟气通过管道进入圆筒型静电除尘器，在电场作用下，收集剩余的细粉尘。系统根据气体分析仪检测的净煤气中CO、O2浓度，通过控制切换站，实现煤气的回收或放散。系统主要构成如图1所示主要包括：汽化冷却烟道2、蒸发冷却器(EC)3、静电除尘器(EP)4、风机5、煤气冷却器(GC)7、放散系统6等。

[0007] 顶底复吹转炉炼钢过程中，炉内的铁水与吹入的氧气发生剧烈的化学反应而生成大量的高温烟气，伴随炉口有一部分空气混入，烟气主要成分为CO、CO2、O2、N2、Ar及粉尘等。伴随着兑铁、加废钢、开吹、拉碳、补吹、出钢等操作，干法除尘系统始终处于煤气与空气的交替流动，且静电除尘器内又有电极放电，当CO≥9％，O2≥6％时；以及当H2≥3％，02≥2％时均会出现泄爆。发生泄爆，轻则导致氧枪非计划提枪造成炼钢生产中断，严重的泄爆会损害阴极板、阳极线、振打系统及刮灰机的变形，影响设备正常工作，造成转炉停产，降低转炉作业率，干扰生产节奏。

[0008] 根据日本安全协会编《安全技术手册》中一氧化碳—空气—氮气+二氧化碳系爆炸范围的三元图，转化为一氧化碳—氧气—氮气+二氧化碳系爆炸范围三元图。在三元图中 LUC所围区域称为爆炸三角形区，此区域内的CO浓度处于爆炸极限范围内，当遇到高温热源即发生爆炸。UFPC包围的区域称为潜在危险区，该区域内的CO浓度高于爆炸浓度上限，但氧气浓度较低，该区域又称为氧气浓度不足区，由于氧气不足遇到高温热源不发生爆炸。SLCQ所围区域为相对安全区，区域内的CO浓度处于爆炸浓度下限以下，由于达不到爆炸浓度极限而不具有爆炸性。为了控制静电除尘器泄爆，干法除尘设计厂家通常要求转炉出钢终点控制W（C）＜0.15%。结合图2从泄爆机理上进行分析，当钢水W（C）约为0.6%时，CO：40%，O2：0.5%时，若转炉直接采用高拉碳法，则烟气成分会沿AB走向过渡到空气成分，若一次拉碳完需要补吹时烟气成分沿BA走向穿入到爆炸区域。由三元图分析可知，直线 AB穿过LUC所围爆炸区域，烟气经静电除尘器电极放电引起泄爆。要减少转炉高拉碳干法除尘系统的泄爆次数，必须保证混合气体组分避开LUC所围成的爆炸区域，如烟气成分沿曲线ADB走向。向混合烟气中充入N2，能有效的降低CO、O2和H2的体积分数，如图3，AB成分在充入氮气后变为A’B’，远离AB，若混合气体中冲入足量的N2能避开爆炸极限范围。

[0009] 氧气顶底复吹转炉炼钢的吹氧时间约十几分钟，在此期间要完成造渣、脱碳、脱磷、脱硫、去气、去除非金属夹杂物及升温等基本任务。在吹炼初期，铁水温度较低，脱碳反应受到抑制，以硅、锰的氧化为主，CO和CO2含量缓慢上升。吹炼中期为碳氧化期，随着温度不断升高及硅、锰基本氧化完，碳氧迅速反应，CO和CO2含量开始快速上升，烟气中O2含量快速地下降到1%以下。吹炼后期，此时碳已下降到0.6％以下，碳氧反应速度呈缓慢下降趋势。由图4转炉脱碳曲线可知，直线l0为碳含量为0.15%时CO和CO2成分，l2＜0.15%，l1＞0.15%。
冶炼低合金和高碳钢时，在l2条件下拉碳和补吹，烟气中CO＜9%，很少会发生泄爆。在l1条件下即采用高拉碳法拉碳和补吹时，烟气中CO＞9%，烟道不断吸入空气烟气中氧含量逐渐增多，当O2＞6%时静电除尘器就会发生泄爆。因此，在转炉拉碳和补吹过程中，控制泄爆主要是针对终点控制采用高拉碳法时发生的泄爆。通过调研，目前没有在转炉高拉碳时防止静电除尘器泄爆成熟技术。

[0010] 由以上分析可知静电除尘器泄爆现象的机理是：转炉脱碳产生的CO和烟道中的O2在静电除尘器中的混合比例在爆炸极限范围内，当电极放电时发生泄爆。因此防止泄爆的最根本的措施就是控制烟气中CO和O2含量，使经电除尘器烟气的CO和O2含量不在爆炸极限范围内，这时电极放电时就不会引起泄爆。

发明内容

[0011] 本发明所要解决的技术问题是提供一种防止高拉碳法转炉干法除尘系统泄爆的方法，这种方法可以使干法除尘技术条件下转炉控制采用高拉碳法，避免在高拉碳法生产低合金和高碳钢时干法除尘系统发生泄爆，可以保护静电除尘器设备，提高转炉冶炼作业率，提高钢水质量，降低生产成本。

[0012] 解决上述技术问题的技术方案是：

[0013] 一种防止高拉碳法转炉干法除尘系统泄爆的方法，它采用以下工艺步骤：

[0014] 1．高拉碳时的相关要求：

[0015] 在拉碳之前提前20s降低供氧强度，氧气流量控制在额定氧流量的45-55%，低氧量吹炼一定的时间，减缓碳氧反应速度，同时打开蒸发冷却器3出口氮气阀门，持续30s吹入量约7800Nm3/h的氮气；

[0016] 2．补吹相关要求：

[0017] ①若第一次拉碳碳含量＜0.15%时，可直接开全氧吹炼；

[0018] ②若第一次拉碳碳含量在0.15-0.20%时，下枪同时补吹氮气，同时可直接开全氧吹炼。

[0019] ③若第一次拉碳碳含量0.20%-0.40%时，可执行爬坡吹氧；

[0020] ④若第一次拉碳碳含量＞0.40%时，下枪同时补吹氮气，同时主吹氧量手动设定为额定氧流量的65%。

[0021] 上述防止高拉碳法转炉干法除尘系统泄爆的方法，补吹相关要求中，所述的执行爬坡吹氧，即二次下枪前需手动调氧流量至额定氧流量的50%，下枪同时补吹氮气，吹氧30s后可手动逐步提氧，20s内氧流量半氧逐步涨至全氧，氧流量涨至全氧时关闭氮气，然后可全氧升温。

[0022] 本发明的有益效果是：

[0023] 本发明通过在高拉碳时控制氧气流量和控制吹入氮气量，以及二次下枪补吹时根据拉碳碳含量控制吹氧量模式，可以有效防止高拉碳法转炉干法除尘系统泄爆，实现安全生产，同时有利于提高转炉冶炼作业率，降低生产成本，提高钢水质量。在干法除尘技术条件下，实现转炉高拉碳法稳定生产低合金（HRB400系列）和高碳钢（40-80#、77B、82B等）的目标。

附图说明

[0024] 图1是转炉干法除尘工艺流程图；

[0025] 图2是CO-O2-CO2(+N2)系的爆炸范围；

[0026] 图3是CO-O2-CO2(+N2+ N2补)系的爆炸范围；

[0027] 图4是转炉炉气成分示意图；

[0028] 图5是本发明的第一个实施例的拉碳、补吹曲线图；

[0029] 图6是本发明的第二个实施例的拉碳、补吹曲线图。

[0030] 图中标记如下：活动烟罩1、汽化冷却烟道2、蒸发冷却器(EC)3、静电除尘器(EP)4、风机5、放散烟囱6、煤气冷却器(GC)7、煤气柜8。

具体实施方式

[0031] 本发明是一种防止高拉碳法转炉干法除尘系统泄爆的方法，这种方法可以使高拉碳法转炉生产中采用干法除尘技术，避免在高拉碳法生产低合金和高碳钢时干法除尘系统发生泄爆，可以保护静电除尘器设备，提高转炉冶炼作业率，降低生产成本，提高钢水质量。

[0032] 本发明的技术方案采用以下工艺步骤：

[0033] 1．高拉碳时的相关要求：

[0034] 在拉碳之前提前20s降低供氧强度，氧气流量控制在额定氧流量的45-55%，低氧量吹炼一定的时间，减缓碳氧反应速度，同时打开蒸发冷却器3出口氮气阀门，持续30s吹入量约7800Nm3/h的氮气。

[0035] 2．补吹相关要求：

[0036] ①如第一次拉碳碳含量＜0.15%，可直接开全氧吹炼；

[0037] ②如第一次拉碳碳含量在0.15-0.20%时，下枪同时补吹氮气，同时可直接开全氧吹炼，可直接调节流量在13000-14000 Nm3/h补吹；

[0038] ③如第一次拉碳碳含量0.20%-0.40%可执行爬坡吹氧，二次下枪前需手动调氧流量至额定氧流量的50%，下枪同时补吹氮气，吹氧30s后可手动逐步提氧，20s内氧流量半氧逐步涨至全氧，氧流量涨至全氧时关闭氮气，然后可全氧升温。

[0039] ④如第一次拉碳碳含量＞0.40%时，下枪同时补吹氮气，同时主吹氧量手动设定为额定氧流量的65%。

[0040] 下面结合附图对本发明的实施例和实施效果作进一步说明。

[0041] 实施例1

[0042] 本实施例中，炉号4A10149，钢号：HRB400B，钢种：低合金，C：0.20-0.25%。生产该低合金采用高拉碳法生产时，拉碳前20s将氧气流量手动调节到额定供氧流量的50%，同时打开蒸发冷却器后面的氮气阀门，氮气流量7800Nm3/h，充氮时间30s。补吹时氧气流量按额定供氧流量，未按照本发明方法操作。根据该炉号烟气成分绘制出CO-O2-CO2(+N2)图5三元图，由图5可知补吹时烟气成分未绕过爆炸危险区。现场实际表明该炉号冶炼时，在补吹时发生小型泄爆。

[0043] 实施例2

[0044] 本实施例中，炉号4B12161，钢号：55#，钢种：高碳钢，C：0.53-0.57%。采用高拉碳法控制终点，拉碳前20s将氧气流量手动调节到额定供氧流量的50%，同时打开蒸发冷却器后面的氮气阀门，氮气流量7800Nm3/h，冲氮时间30s。补吹时，氧气流量手动调节到供氧流量为额定氧流量的65%。根据该炉号烟气成分绘制出CO-O2-CO2(+N2)图6三元图，虚线ABC为高拉碳时烟气CO-O2-CO2(+N2)成分曲线，由图看出成分明显避开爆炸区域。CD为补吹时CO-O2-CO2(+N2)成分曲线，成分也远离爆炸范围。现场实际冶炼未发生泄爆。

[0045] 通过以上实例可以看出，采用本发明高拉碳法生产低合金和高碳钢，能防止干法除尘系统泄爆，实现安全生产，同时有利于提高转炉冶炼作业率，降低生产成本，提高钢水质量。在干法除尘技术条件下，实现转炉高拉碳法稳定生产低合金（HRB400系列）和高碳钢（40-80#、77B、82B等）的目标。