关于一炼钢溅渣护炉项目的论证和实践

张旭

(首钢水城钢铁集团有限公司炼钢厂机动科，贵州 六盘水 553028)

1简介

溅渣护炉是把转炉炼钢时所产生的炉渣经调渣处理后，用高压氮气喷溅到炉衬上，弥补吹炼时钢水对炉衬材料的侵蚀，减少转炉补炉时间，降低耐火材料消耗，提高转炉炉衬使用寿命，实现炉机匹配，达到产能最大化释放，实现降低成本的目的。目前一炼钢压力小、流量低，造成溅渣时间长、溅渣效果差，转炉熔池以上部位无法靠溅渣护炉，被迫利用人工贴补技术进行维护，严重制约了生产节奏的提高，增加耐火材料消耗，没有很好地发挥溅渣护炉技术的作用。同时，增加了工人劳动强度和加剧了环境污染。

2溅渣护炉的可行性分析

2.1 技术可行性分析。山东莱钢、杭钢、福建三明钢厂、广西柳钢等国内钢厂溅渣护炉工艺成熟，可通过对参数的比较进一步摸索和优化，并且一炼钢于2000年底采用溅渣护炉技术，在实践中也摸索了一些经验，同时，可以参考新炼钢溅渣护炉技术。因此，溅渣护炉技术是完全可行的成熟技术。

2.2 经济可行性分析。氮气储气罐制造安装所需资金约130万元；储气罐总阀、切断阀、电动80球阀、手动阀等阀门及计量仪表所需资金约万元；土建资金约20万元；管道安装约40万元；总费用共计270万元。因该项目得到公司职能部门的大力支持已批准立项，资金问题可以解决。

3溅渣护炉存在问题分析。为什么一炼钢溅渣护炉压力小、流量低？和国内同类型企业先进水平相比差距如此大？现从转炉开始分析查找原因：

第一，氧枪喷头是否满足溅渣护炉要求？

现在所用氧枪喷头临界直径d*=Φ26.5mm，得出喉口断面积 A*=πd*2/4=5.5155cm2，当氮气滞止压力P0=1MPa，氮气滞止温度T0=288K时，氮气质量流量G=A*×m×P0/（T0）1/2，对于氮气 m=0.0398，计算出 G=1.2676Kg/s，在标准大气压下氮气密度为1.251Kg/m3，每小时氮量：Q=3×3600×G/1.251=10943nm3/h，通过上述计算现用氧枪喷头完全满足溅渣护炉要求。

第二，氧枪管道是否满足溅渣护炉要求？

氧枪管道内氮气流速为：V=8000/[3600×（0.06/2）2×3.14×16]=49.15m/s，氮 气 比 重 ：ρ=1.251Kg/m3，沿程阻力：μ=1.675×10-5（Kg/m.s），ν=μ/ρ =1.3389 ×10-5，Re=V ×d/ν=49.15 ×0.06 ×105/1.3389=220255＞2300，可得 λ=0.023，hl=λ(l/d)×(v2/2g)=661.45米（氮气柱）=0.083Kg/cm3，经过计算可以看出所产生的阻力很小，对氮气流量影响不大。从实践中也可得此结论，因为生产时氧气是通过此管道进行输送的，它完全可以满足氧气压力及流量。

第三，氮气总管道是否满足溅渣护炉要求？

一炼钢氮气主管道通径为Φ219×8管，从氧气厂到转炉大约有800m，所送氮气压力1.6MPa，我厂需要溅渣氮气流量8000m3/h，低压用氮设备提供氮气流量为6000m3/h，经过计算可以看出一座转炉溅渣时压力为0.8 MPa，经过管损实际压力为0.66 MPa，则氮气流速为：V=14000/[3600×（0.203/2）2×3.14×（16-1.4）/（8-1.4）]=55.34 m/s，氮气量：Q=V*（d/2）2×3.14≈6444.71m3/h，溅渣氮气量：Q=8000×6444.71/14000=3682.69 m3/h，因此，主管道太长，管损大，是影响溅渣护炉的重要原因。

4溅渣护炉改造方案的研究。方案一：利用现有管道增加管道压力达到满足溅渣护炉要求的目的。按照此方案经过计算需把压力提高到4.122MPa才能满足一炼钢溅渣护炉的要求。这不仅现有管道承受不了此压力，氧气厂也无法提供如此高的压力。此方案无法实施。

方案二：把现有氧气厂氮气储气罐移至一炼钢南面小花园处，将氧气厂至氮气储气罐管道改为2.5MPa高压管，使氮气储气罐储气压力为2.5MPa，储气罐出口管道改为φ273管，减压为1.6MPa送一炼钢进行溅渣护炉，此方案不仅满足溅渣护炉的需要，同时可调节全水钢氮气使用量。此方案由于无法进行整体搬移固无法实现。

方案三：考虑资金问题，经过多方比较，重新设计二座75m3的氮气储气罐安装至一炼钢南面小花园处，将氧气厂至氮气储气罐管道改为2.5MPa高压管，使氮气储气罐储气压力为2.5MPa，储气罐出口管道改为φ273管，减压为1.6MPa送一炼钢进行溅渣护炉。

5溅渣护炉方案的实施

根据以上论证，决定采用方案四进行实施。2008年8月：主要设备订货并制造加工；2008年12月至2009年2月：土建工程施工；2009年3月-4月，设备安装和调试，全面投入运行。实施前一炼钢溅渣护炉使用的氮气工作压力0.6MPa，流量 3000m3/h-4500m3/h；实施后一炼钢溅渣护炉使用的氮气工作压力1.2MPa，流量8000m3/h以上，完全达到使用要求。

6效果对比

一炼钢溅渣护炉上半年和上年成本指标数据如下：

2008年在十一、十二月没有生产的情况下,一炼钢生产合格钢959307吨，补炉料消耗4.32kg/t钢，成本支出8.01元/t钢，合计补7687268.4元；氮气消耗0.032km3/t钢,成本支出8.43元/t钢，合计氮气消耗30519km3，总成本支出8087535元。

2009年上半年在一月份没有生产的情况下，一炼钢生产合格钢452746吨，补炉料消耗2.55kg/t钢，成本支出4.72元/t钢，合计补炉料消耗1152.88吨，总成本支出2138592.4元；氮气消耗0.029km3/t钢，成本支出7.80元/t钢，合计氮气消耗13326km3，总成本支出3531390元。

根据以上数据可以看出一炼钢溅渣护炉项目的实施，在氮气消耗没有增加的情况下，使补炉料消耗大大降低，可节约补炉料1.6kg/t钢，按年产100万吨钢计算，可节约补炉料1600吨，按目前价格计算成本节约2968000元。项目总工程费270万元，一年即可收回投资，经济效益非常可观。

综上所述，一炼钢溅渣护炉氮气系统从今年4月改造完工后，投用至今取得明显的效果，它不仅可降低工人劳动强度及环境污染，并带来非常可观经济效益。因此，一炼钢溅渣护炉氮气系统改造与实施是成功的、有效的。当然目前还存在流量、压力不稳定的状况，我们将在今后工作中给以解决，确保一炼钢溅渣护炉达到最终效果。

[1]张玉明，郭鸿志.工程流体力学[Z].