炼钢炉除尘装置的设计与应用研究

昝忠明

（晋能控股装备制造集团大同机电装备有限公司中央机厂，山西 大同 037000）

随着国内供给侧结构改革推进，机械装备的发展同步迭代升级。对铸造产业中的铸造系统进行升级优化研究，极具实用价值与意义。钢铁铸造过程中，因高温引起的物理、化学反应，不可避免会产生有害气体与粉尘颗粒，机器周边的高浓度烟尘导致冶炼工人患职业病，烟尘最终扩散到空气中，污染了工厂周边的环境。国家大力推进的要绿水青山的环保理念深入人心，企业排污管理日趋严格，如何对炼钢炉除尘系统进行现网改造，降低环境污染与对人员的伤害，成为一个企业落实社会责任的重要落脚点[1]。

以某铸造厂100 t炼钢炉除尘系统为研究对象，分解炼钢炉生产运转流程，从混铁炉、铁水预处理、转炉和LF炉精炼等角度，研究了该厂炼钢炉从原料到成品的除尘关键节点。

炼钢炉通过机械臂完成原料添加，从生产车间内部将料仓物料搬运至混铁炉，进行铁水预处理后，形成铁水，并与废钢一起进入转炉操作，在LF炉精炼，最终进入连铸机。炼钢炉工艺流程如图1所示。这些操作会对周边空气造成污染，气体内烟尘含量瞬时增大，因其操作场所固定、流程周期不变，进行操作节点附近的烟气进行抑尘，可大大提升除尘系统的抑尘效率。

图1 炼钢炉流程示意图

2.1 抑尘器分析

静电除尘器通过高压电能的作用，使含尘烟气中的粉尘带电，通过电场的作用使粉尘与气流分离，达到抑尘的目的。常用在化学、钢铁、水泥等行业。

优点：可对含尘量较大的气体进行有效吸附抑尘，能有效吸附烟气中的细微颗粒，在温度高、气压强、湿度大的场所抑尘作用依旧保持较好。

缺点：设备用电量大，对电力设备配置要求高。整套设备投资费用较高，成本支出大。

2.1.2 布袋除尘器

布袋除尘器通过多层纤维织物对含尘气体进行过滤。通常在有色金属、钢铁、化工以及市政等行业中广泛使用。

优点：布袋式除尘器的除尘效率很高，可达到99.9%。对设备配置要求低，成本支出小。

缺点：由于外部温度骤降，可能造成水雾结冰，引发“糊袋”。布袋除尘器需做耐腐蚀与耐高温优化，延长使用寿命。

2.1.3 旋风式除尘器

试验过程中，需要检测面包制品的比容，检测方法按照下面的公式进行计算，得出5次检测结果的平均数为面包的比容数值。

旋风式除尘器通过风机给含尘烟气提供离心力，使粉尘在离心力的作用下与气体分离。常用在五金、家居、陶瓷及炼钢等行业。

优点：设备体积较小，结构简单，便于安装与维护。可对有价值粉尘进行回收利用，增强原材料复用。在温度高、压力大的环境中，仍具有良好的工作效率。

缺点：处理高浓度分层会减少设备使用寿命，对关键部位造成磨损严重。筒体直径增大会减弱除尘效率，除尘效率不如布袋式除尘器。

2.2 比较结果

通过对比，并结合炼钢炉实际工作环境与投资成本分析，布袋式除尘器具有一定优势。主要体现在：除尘效率高，可实现0.3 μm以上粉尘颗粒的有效抑除，整体除尘效率不低于99%。风量调节灵活，阈值范围广。组网灵活，可单独布放运行，也可组成机组并行。结构简单，易于操作与维护。

进一步细化布袋式除尘器选型，从机械振打布袋除尘器、分室反吹布袋除尘器和脉冲布袋除尘器中选择，最终确定选用脉冲除尘器。脉冲除尘器可在短时间内将气体压缩挤压至滤袋，同时产生数倍于喷射气流的空气，瞬时提升滤袋内的压力值，使得滤袋壁获得反向加速，达到抑尘的目的。其结构原理如图2所示[2]。

图2 脉冲布袋除尘器工作原理图

2.3 除尘系统布置方案

1）混铁炉物料添加口：由于物料添加产生的粉尘，可通过在混铁炉物料添加口上部安装排烟罩，完成抑尘及气体采集。

2）兑铁水位：向炼钢炉添加转运过来的铁水，由于高温导致气体膨胀，造成气体压强增加，烟尘被分散到周边空气中，可通过在兑铁水位安装排烟罩完成抑尘及气体采集。

3）铁水预处理工位：在对铁水进行预处理过程中，高温因素仍然存在，需设置封闭罩进行抑尘。

4）转炉全流程：转炉流程涉及烟气无法通过一次抑尘完成，需分两步处理。通过安装封闭罩增强除尘能力，可有效抑制物料添加、吹炼、出钢程序生成的粉尘及有害气体。

5）LF炉：LF炉同样也是除尘系统重点关注的节点，抑尘主要通过加装炉盖排烟罩完成。

6）上料系统：设备运转会造成振动，故需该处封闭式除尘罩需加装软封闭装置，避免因振动引起漏风，降低抑尘能力。

7）物料存储仓库：为避免原辅料装卸过程的粉尘污染，选定在卸料棚的停车位中间设置隔离罩，隔离罩上部设置过滤装置。此外在传送带两端上下料位置，也需要加装密闭罩。

8）风量调节功能：因炼钢炉生产流程各节点废气浓度与成分不同，为确保除尘装置抑尘效果达到最佳，同时满足炼钢炉冶炼钢铁需求，故分段配置风量调节阀门。在除尘器产生风阻较大的情况下，增大调节阀门送风量。在除尘器产生风阻较小的情况下，减小调节阀门送风量。具体为：兑铁水时开启风量调节阀门，在吹炼过程减小风量调节阀门，在转炉停止运转时关闭风量调节阀门[3]。

为检验炼钢炉铸造厂除尘系统优化升级实际效果，在混铁炉、兑水位和转炉等位置设含烟尘气体采集点，采集设备稳定运行后，含烟尘气体采集分析。通过多次采集取平均参数值，该套除尘系统可将96%以上的含烟气有效收集，烟囱口附近的废气烟尘质量浓度低于10 mg/m3，满足国家工业废气排放执行标准。工作人员接触环境周边的废气烟尘质量浓度低于8 mg/m3，达到国家相关卫生环境要求，且除尘器的使用，未对设备周边造成噪声影响，满足国家相关要求。

为量化风量调节阀操作规程，汇总了炼钢炉各冶炼环节除尘效果最佳的工作风量，如表1所示[4]。

表1 兑铁水与吹炼流程风量及含尘烟气指标

以某铸造厂100 t炼钢炉除尘系统为例，分析了含烟气体成因与特性，结合生产实际制定除尘方式，并通过实地采集数据，证实了袋式除尘器的适用性与有效性。该方案可在不改变原有生产系统的基础上进行优化，兼顾生产效益与成本投入，具有良好的推广性，为同行业优化升级提供了可借鉴案例。