[科普中國]-粘渣面

粘渣是鋼鐵冶金行業(yè)常見的一種現(xiàn)象，主要出現(xiàn)在與熔融金屬緊密接觸的器壁表面。對于鐵水脫硫系統(tǒng)，粘渣主要表現(xiàn)為脫硫器具壁面、盛鐵容器內(nèi)壁面、防濺罩內(nèi)表面等部位。

簡介脫硫器具壁面的粘渣將導(dǎo)致脫硫器具使用性能的下降，甚至導(dǎo)致使用性能的喪失；脫硫鐵水罐內(nèi)壁面的粘渣，將造成有效容積減少和空罐質(zhì)量增加，很容易達到或超過行車的最大起吊質(zhì)量，給行車的運行帶來安全隱患。由于粘渣物非常堅硬，往往夾帶堅硬的冷凝金屬，需采用火焰切割的方式進行粘渣物清除，造成清渣處理時間長、操作環(huán)境惡劣、罐襯的火焰熔損和熔渣飛濺的安全隱患，導(dǎo)致脫硫鐵水罐周轉(zhuǎn)緊張、使用壽命短、維護成本高、耐火材料消耗大等系列問題。1

脫硫過程粘渣狀況與粘渣物成分在鐵水脫硫過程中，鐵水罐和脫硫器具工作襯壁面的粘渣過程與渣、鐵水罐的熱狀態(tài)和耐材質(zhì)量緊密相關(guān)，黏結(jié)在鐵水和脫硫器具工作襯壁面的物質(zhì)不僅僅是渣，還有渣冷凝后的析出產(chǎn)物和冷金屬，因此，把這些物質(zhì)統(tǒng)稱為粘渣物。

通過對武鋼一、二煉鋼廠噴吹脫硫與KR攪拌脫硫鐵水罐粘渣物結(jié)圈清理過程的現(xiàn)場跟蹤與粘渣物的取樣分析可見，粘渣物中鐵含量較高，粘渣物沿著鐵水罐上部自由空間的罐壁與罐沿形成完整的結(jié)圈。

粘渣物中的主要成分是鐵，其中，一煉鋼脫硫過程的粘渣物中全鐵含量高達90%，普遍高于二煉鋼，對于二煉鋼廠的粘渣物，渣中氧化物主要是CaO，鐵水罐粘渣物中全鐵含量明顯高于攪拌頭上的粘渣物；對于一煉鋼廠的粘渣物，渣中氧化物為多種氧化物復(fù)合而成，且含量隨粘渣部位的不同有較大的變化，但渣中全鐵含量變化較小。1

脫硫工藝的影響目前國內(nèi)外普遍使用的鐵水脫硫方式總體上有兩大類，即：噴吹脫硫和KR攪拌脫硫，其中，噴吹脫硫又可按照使用的脫硫劑和脫硫劑加入方式的不同，分為純噴顆粒鎂脫硫、鈣基混合噴吹、鎂基混合噴吹、復(fù)合噴吹等。以下就武鋼一煉鋼廠氣化室噴槍純噴顆粒鎂脫硫與二煉鋼廠KR攪拌脫硫為例，分析脫硫工藝對鐵水罐與脫硫器具工作襯表面粘渣狀況的影響關(guān)系。通過對鐵水噴吹脫硫工藝的現(xiàn)場調(diào)研，其具體的噴吹脫硫工藝過程是：鐵水罐就位，并進行脫硫前鐵水的取樣測溫；潛入脫硫噴槍，按照設(shè)定的脫硫工藝參數(shù)，在載氣的動力作用下，將定量的脫硫劑均勻地噴射到鐵水深處，進行鐵水脫硫，具體的脫硫反應(yīng)過程則根據(jù)脫硫劑種類的不同而不同，主要的脫硫反應(yīng)過程有固相界面反應(yīng)與脫硫劑溶解后的均相反應(yīng)，對于純噴顆粒鎂鐵水脫硫，則以溶解鎂的均相反應(yīng)脫硫為主，對于鈣基混合噴吹脫硫，則完全依靠脫硫劑固相界面反應(yīng)進行脫硫，對于鎂基混合噴吹脫硫，固相界面反應(yīng)與均相反應(yīng)均很重要，對于復(fù)合噴吹脫硫，則視其不同噴吹階段脫硫劑種類的不同，具體脫硫反應(yīng)方式也不同；在完成要求時間的噴吹后，提升噴槍，并進行鐵水取樣測溫；達到鐵水脫硫要求后，進行鐵水扒渣，完成整個鐵水的噴吹脫硫。根據(jù)上述工藝過程和上述熔渣性能的影響因素分析，認為引起武鋼一煉鋼廠純噴顆粒鎂脫硫過程粘渣的原因主要有以下幾個方面：

（1）殘存鐵水渣。由于殘留鐵水渣熔點較低，在脫硫過程中，通過對鐵水罐與噴槍渣線的侵蝕與滲透，引起渣線粘渣，同時，大量鐵水渣的殘存，將引起脫硫后渣成分的改變和渣鐵夾帶現(xiàn)象，致使粘渣物中冷鐵增大，強化了粘渣物的結(jié)合強度，使粘渣物清除困難。

（2）顆粒鎂脫硫劑。由于顆粒鎂脫硫渣的復(fù)合化合物還原性能以及部分鎂化合物熔點低、脫硫渣量少等，使渣中部分金屬氧化物還原，從而，降低了脫硫渣的綜合熔點，改善了其流動性能，加劇了脫硫渣對罐襯耐火材料的侵蝕與滲透，并隨著反應(yīng)的不斷進行和氧化鎂的析出，最終形成高熔點粘渣物，增進了粘渣的形成和粘渣的結(jié)合強度。

（3）噴吹的機械作用。噴吹過程中，載氣與鎂蒸氣的聚集與排放，導(dǎo)致鐵水面和渣面不斷起伏波動，引起高位低溫渣線部位渣鐵滲透與凝固黏結(jié)，增強了渣層的黏合強度，促進了粘渣的發(fā)展速度，同時，較大的聚集氣泡上升過程突然減壓的爆排，將引起渣鐵噴濺，噴吹攪拌過程的液面波動和脫硫反應(yīng)過程的輕微飛濺，也使熔融粘渣物不斷地沖擊鐵水罐上部自由空間的內(nèi)壁，并在飛濺與撞擊的冷卻條件下，在罐壁形成渣鐵不分的堅固的固體粘渣物；同時，在粘渣物的撞擊力作用下，未形成固體的熔融粘渣物滲入罐壁耐火材料或粘渣物的氣孔與裂紋之中，并通過粘渣物滲透凝固的鉚釘狀結(jié)合作用，將粘渣物牢牢地固定在脫硫鐵水罐的內(nèi)壁。

（4）飛渣的影響。在脫硫過程中，載氣與未充分反應(yīng)的鎂蒸氣的排放，引起細小粉塵與微粒的飛揚，導(dǎo)致細塵粘渣。

（5）扒渣的影響。由于扒渣板結(jié)構(gòu)的變形，導(dǎo)致鐵水罐兌鐵嘴存渣，惡化了兌鐵水嘴的粘渣狀況，給轉(zhuǎn)爐兌鐵帶來困難。同時，脫硫劑、脫硫渣、鐵水殘渣對脫硫鐵水罐工作襯耐火材料的侵蝕與滲透，致使罐壁表面凹凸不平，增強了渣線罐壁粘渣的接觸面積和結(jié)合強度，加速了渣線粘渣的形成速度；由于噴吹過程液面渣鐵的強烈混合，致使渣中渣鐵不分，并使罐壁粘渣物通過凝鐵的增強作用，極大地增強了粘渣的結(jié)合強度。隨著脫硫過程的不斷進行，罐壁表面粘渣物不斷增厚，鐵水罐加重、重心上移，引起鐵水罐的正常吊運的安全隱患，并使鐵水的兌入與翻罐困難，因而，只有頻繁地進行粘渣處理方可滿足生產(chǎn)的需要。由于粘渣物的堅固以及與罐壁黏結(jié)強度大，致使鐵水罐上部自由空間粘渣物清除十分艱難，一般采用大型的火焰切割方式進行清理，通過將粘渣物結(jié)圈切割成小塊，再采用吊鉤將小塊粘渣物吊出，但在火焰切割過程中，由于切割火焰強烈的沖擊，致使切割熔融物四處飛濺，嚴重地惡化了操作環(huán)境，并給操作人員帶來燒傷的危險，導(dǎo)致渣線粘渣清除困難，處理時間長，處理勞動強度大。同時，由于粘渣物結(jié)合強度大，盡管采取火焰切割與小塊吊脫的方式進行處理，但在吊鉤的機械撞擊與吊脫過程的拉扯力作用下，罐壁耐火材料工作襯破損十分嚴重，導(dǎo)致鐵水罐使用壽命降低，耐材消耗和噸鐵成本急劇增加。1

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

劉軍 - 副研究員 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所