武鋼工業(yè)脫硫工藝的選擇

0鐵水脫硫技術(shù)鐵水脫鹽技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代研磨生產(chǎn)區(qū)。國外知名轉(zhuǎn)爐鋼廠鐵水脫硫比一般均達(dá)到100%,日本的鋼鐵企業(yè)鐵水“三脫”(脫Si、P、S)預(yù)處理比已超過90%。為適應(yīng)我國煉鋼生產(chǎn)發(fā)展的要求,資料提出的我國該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)是:2006年鐵水脫硫比應(yīng)達(dá)到35%以上;2010年鐵水脫硫比應(yīng)達(dá)到60%以上;2020年轉(zhuǎn)爐用鐵水基本實(shí)現(xiàn)全脫硫。近幾年,武鋼在優(yōu)化生產(chǎn)工藝,調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的進(jìn)程中,對鐵水脫硫技術(shù)給予了高度重視,鐵水脫硫能力不斷擴(kuò)大,2005年武鋼集團(tuán)公司共生產(chǎn)鋼1304萬t,其中武漢鋼鐵股份公司(以下簡稱武鋼股份公司)三個(gè)煉鋼廠共生產(chǎn)鋼1038.49萬t,不同工藝技術(shù)的鐵水脫硫處理量831.47萬噸,平均鐵水脫硫比為82.92%,為提高鋼的質(zhì)量,開發(fā)新的鋼種,增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力提供了重要條件。1不同鐵水處理技術(shù)的應(yīng)用1.1轉(zhuǎn)爐復(fù)吹—脫硫設(shè)備類型和產(chǎn)量武鋼股份公司三個(gè)鋼廠均采用鐵水脫硫預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐復(fù)吹—鋼水爐外精煉—連鑄的生產(chǎn)工藝。三個(gè)鋼廠不同的鐵水脫硫技術(shù)裝備和2005年的鐵水脫硫處理量、鐵水脫硫比和鋼產(chǎn)量見表1:1.2脫硫技術(shù)緣由武鋼股份公司三個(gè)鋼廠采用不同鐵水脫硫技術(shù)的緣由,按三個(gè)鋼廠投產(chǎn)時(shí)間的先后,簡述如下(關(guān)于不同鐵水脫硫技術(shù)的應(yīng)用和進(jìn)步詳情將另述于后):1.2.1c2鐵水脫硫技術(shù)裝置20世紀(jì)70年代后期,二煉鋼從新日鐵引進(jìn)硅鋼生產(chǎn)技術(shù)專利的同時(shí),配套引進(jìn)了第一套KR機(jī)械攪拌CaC2鐵水脫硫技術(shù)裝置。鑒于KR法具有良好的脫硫動(dòng)力學(xué)條件和很高的脫硫效率等優(yōu)點(diǎn),加之在消化、吸收的基礎(chǔ)上,積累了豐富的操作經(jīng)驗(yàn),改進(jìn)了很多工藝技術(shù),使脫硫的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有了大幅度的進(jìn)步,因此,1999年該廠在擴(kuò)大脫硫能力時(shí),仍然選擇了KR法,脫硫劑為CaO,并于2000年11月建成投產(chǎn)。1.2.2噴吹顆粒鎂技術(shù)1)采用混鐵車噴吹脫硫。1996年8月投產(chǎn)的三煉鋼,轉(zhuǎn)爐公稱容量為250噸,設(shè)計(jì)時(shí)選用320噸混鐵車運(yùn)輸鐵水,并在鋼廠外采用頂噴脫硫工藝?！皽\脫”硫時(shí),設(shè)計(jì)采用CaO基脫硫劑,約占80%;“深脫”硫時(shí),則采用CaC2作脫硫劑。投產(chǎn)后,為適應(yīng)生產(chǎn)的需要,必須大幅度提高脫硫鐵水的處理量和脫硫效果,故基本上采用了噴吹CaC2脫硫劑,少量采用了CaO加顆粒鎂混合脫硫劑的工藝。2)增加鐵水罐噴吹脫硫。三煉鋼混鐵車頂噴鐵水脫硫工藝,其設(shè)計(jì)能力252.6萬t/年(一期為188.9萬t/年)。2002年實(shí)際脫硫鐵水量雖然已達(dá)297.8萬t,當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)經(jīng)過挖掘生產(chǎn)潛力,脫硫鐵水量可望達(dá)到350萬t/年,但仍滿足不了兩座250噸轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)需要。隨著第3座轉(zhuǎn)爐和第3臺(tái)鑄機(jī)的增建,原有的混鐵車脫硫能力顯然更適應(yīng)不了生產(chǎn)的需要,必須相應(yīng)增建新的鐵水脫硫裝置。在選擇新的鐵水脫硫方式時(shí),鋼廠曾提出可選擇復(fù)合噴吹或噴吹顆粒鎂技術(shù),兩者各具有其特點(diǎn)。招標(biāo)時(shí),由于噴吹顆粒鎂技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上有較明顯的優(yōu)勢,由烏克蘭“鈦”科研設(shè)計(jì)院中標(biāo)。300t鐵水罐噴吹顆粒鎂技術(shù)裝置已于2005年5月建成投產(chǎn)。1.2.31.鉻開采1.2.3.不同kr法與頂噴法的對比1998年一煉鋼技術(shù)改造時(shí),初步設(shè)計(jì)的鐵水脫硫方式為鐵水罐噴吹工藝,采用的脫硫劑是以CaC2為基的混合物。初步設(shè)計(jì)說明書指出:KR攪拌法最大的優(yōu)點(diǎn)就是脫硫效率高,對冶煉低硫鋼和超低硫鋼是很適用的,其缺點(diǎn)是攪拌作業(yè)較復(fù)雜,設(shè)備維修量較大,脫硫成本較高;而頂噴法脫硫效率雖不如KR法高,但噴吹作業(yè)較簡單,設(shè)備維修量較小,脫硫成本較低,且能滿足一煉鋼長材用鋼生產(chǎn)要求,頂噴法也能獲得超低硫鐵水。故初步設(shè)計(jì)時(shí)推薦了上述技術(shù)工藝。1.2.3.混合脫硫劑和脫硫噴吹模型的建立從減少投資、降低成本和生產(chǎn)安全考慮,1999年2月該設(shè)備投產(chǎn)時(shí),一煉鋼就采用了CaO脫硫劑。其后,為提高脫硫的綜合效果,從1999年6月開始改用20%Mg+80%CaO的混合脫硫劑,并取得一定效果。但采用20%Mg+80%CaO混合脫硫劑后,又出現(xiàn)如下問題:①由于CaO+Mg混合脫硫劑為離線混合,比重粒度不一樣,輸送不均勻,脫硫劑效率不穩(wěn)定,影響脫硫噴吹模型的建立;②噴吹時(shí)間長,與轉(zhuǎn)爐冶煉周期不匹配;③容易出現(xiàn)堵槍,扒渣鐵損多、溫降大、噴槍壽命低;④處理成本較高;⑤由于脫硫命中率較低,給轉(zhuǎn)爐冶煉低硫鋼種帶來困難。1.2.3.噴吹顆粒鎂鐵水脫硫系統(tǒng)為解決噴吹混合脫硫劑存在的上述問題,經(jīng)多方面比較和實(shí)地考察,鑒于顆粒鎂脫硫劑具有脫硫能力強(qiáng)、脫硫速度快、單耗低、脫硫后渣量少、鐵損少、熱損失少、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn),國外早已應(yīng)用于鐵水脫硫生產(chǎn),武鋼也進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn),驗(yàn)證了上述優(yōu)點(diǎn),因此,從中烏(烏克蘭)合資的戴斯瑪克公司購買了噴吹顆粒鎂鐵水脫硫的部分設(shè)備和控制元件,在原有噴吹設(shè)備的基礎(chǔ)上作了適當(dāng)改造,于2001年8月正式用于生產(chǎn)至今,取得較好的效果。1.3鐵水脫硫效率經(jīng)過上述技術(shù)改造和增建脫硫裝置,目前,武鋼股份公司三個(gè)煉鋼廠已具備了現(xiàn)有產(chǎn)鋼能力下鐵水全脫硫處理的能力。不同脫硫工藝在“深脫”后,鐵水[S]≤0.005%,最好時(shí)可達(dá)到[S]≤0.001%;“淺脫”后根據(jù)不同鋼種的要求,[S]可分別控制在≤0.015%和≤0.010%,鐵水脫硫效率一般可達(dá)90%以上。2001～2005年間,武鋼股份公司的鋼產(chǎn)量、脫硫鐵水量和鐵水脫硫比增長情況如圖1所示,三個(gè)鋼廠的鐵水脫硫比情況如圖2所示,不同鐵水脫硫工藝的脫硫劑消耗如圖3所示:2kr-coo硫凈化技術(shù)的應(yīng)用和進(jìn)步2.1kr脫硫工藝第二煉鋼廠第一套KR攪拌式鐵水脫硫裝置是1979年引進(jìn)投產(chǎn)的。其設(shè)計(jì)脫硫能力為47.5～53.5萬t/年,主要用于硅鋼生產(chǎn)。后經(jīng)過技術(shù)改造和不斷的技術(shù)進(jìn)步,使鐵水脫硫生產(chǎn)水平較原設(shè)計(jì)能力大幅提高,2000年最高處理量達(dá)93.4萬t,比原設(shè)計(jì)能力提力提高了86%,雖然如此,其經(jīng)脫硫處理的鐵水量,仍僅占實(shí)際消耗鐵水的41.82%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了生產(chǎn)高質(zhì)量鋼的要求。第二煉鋼廠承擔(dān)了大量高難度鋼種和新試鋼種的生產(chǎn),為了滿足生產(chǎn)的需要,1999年決定擴(kuò)大二煉鋼的脫硫能力,在全面分析比較噴吹和KR法工藝優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,決定仍采取KR脫硫工藝。2000年11月,由國內(nèi)設(shè)計(jì)的一套140萬噸KR脫硫“一攪雙扒”裝置建成投產(chǎn)(2號(hào)脫硫),加上原有1號(hào)KR處理90萬t,年處理量可達(dá)230萬t,具備了鐵水全脫硫的能力。根據(jù)鋼種的要求,采用“深脫”和“淺脫”方式?！吧蠲摗笔硅F水[S]≤0.003%,以滿足超低硫鋼的生產(chǎn)?！皽\脫”[S]≤0.015%,用于一般鋼種冶煉。KR鐵水脫硫設(shè)備主要由扒渣機(jī)、攪拌器和脫硫劑儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)3個(gè)主要部分組成,其裝置主要參數(shù)見表2、表3。2005年達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)與引進(jìn)時(shí)設(shè)計(jì)指標(biāo)對比見表4:2.2技術(shù)進(jìn)步2.2.1復(fù)合脫硫劑脫硫配碳的脫硫效果原引進(jìn)的KR脫硫設(shè)備和技術(shù)專利規(guī)定,脫硫劑采用CaC2,故從投產(chǎn)后至1985年一直采用CaC2來進(jìn)行鐵水脫硫。CaC2脫硫劑雖有脫硫能力強(qiáng)、脫硫速度快等優(yōu)點(diǎn),但也存在以下兩個(gè)問題:一是由于細(xì)小顆粒的CaC2(0.1～1.0mm)極易與水和空氣中的水分發(fā)生反應(yīng),其生成物乙炔氣體(C2H2)易燃易爆,危及安全。因此,在加工、運(yùn)輸、貯存和使用過程中必須有嚴(yán)密的安全措施和保護(hù)系統(tǒng);二是CaC2加工困難、價(jià)格較貴。鑒于上述情況,從1981年開始研究以CaO為主要成分的復(fù)合脫硫劑,進(jìn)行了多方案、大批量(共6萬余噸)的工業(yè)性試驗(yàn),取得了良好的脫硫效果,1985年采用這種CaO基復(fù)合脫硫劑成功地取代了CaC2,在此種CaO基復(fù)合脫硫劑中,配有一定量的活性碳或?yàn)r青焦,以期保持脫硫反應(yīng)界面處的還原氣氛來提高脫硫效果。為了進(jìn)一步研究加入碳成份對CaO基復(fù)合脫硫劑脫硫效果的影響,武鋼委托鋼鐵研究總院對CaO復(fù)合脫硫中活性碳的作用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn),對配碳和不配碳的CaO脫硫劑進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:配碳和不配碳的CaO基復(fù)合脫硫劑,其脫硫曲線十分接近,不配碳的CaO脫硫劑脫硫速度還要略高一些。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,優(yōu)化了CaO基復(fù)合脫硫劑成分,去除了脫硫劑中配加的活性碳,從1988年使用至今,其效果良好。2.2.2攪拌頭使用壽命提高情況KR脫硫法的最大難點(diǎn)就是攪拌頭壽命低而制約該技術(shù)的發(fā)展。第二煉鋼廠為提高KR攪拌頭使用壽命,從1996年起經(jīng)過攻關(guān),不斷改進(jìn)工藝操作和攪拌頭烘烤技術(shù),使攪拌頭壽命有了大幅度提高,圖4為1996～2005年攪拌頭平均使用壽命提高情況。需要說明的是,近3年由于“深脫”硫的比例增加,攪拌頭壽命略有降低,但仍保持在460次以上。2.2.3低硫鋼種產(chǎn)量“雙高”二煉鋼是武鋼股份公司新鋼種的生產(chǎn)和試驗(yàn)基地,2005年冶煉“雙高”產(chǎn)量比例達(dá)83%。生產(chǎn)的鋼種中有69.8%屬低硫鋼種,30%左右為超低硫鋼種,要求入轉(zhuǎn)爐鐵水[S]≤0.001%。圖5是2002～2003年轉(zhuǎn)爐入爐鐵水[S]的分布情況。2.2.4高爐渣操作的影響因素“深脫”硫須將鐵水[S]脫除到≤0.003%,“深脫”硫及回硫的控制,主要與高爐渣的扒除、脫硫劑的質(zhì)量、加入量和加入時(shí)機(jī)、攪拌時(shí)間和效果、攪拌頭插入深度和旋轉(zhuǎn)速度等因素有關(guān)。通過多年來的生產(chǎn)實(shí)踐,二煉鋼在KR鐵水深脫硫的工藝技術(shù)操作方面積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn),并不斷取得新的進(jìn)步。2.2.4.kr脫硫預(yù)處理鐵水帶來的高爐渣(見表5)中含硫量高,同時(shí)含(SiO2)、(Al2O3)等不利于脫硫的成份,KR處理前一定要將高爐渣扒除,以提高脫硫效率。通常扒前渣(高爐渣)應(yīng)達(dá)到鐵水液面裸露≥1/3的狀態(tài)。2.2.4.器轉(zhuǎn)速對脫硫效率的影響KR鐵水脫硫時(shí)的攪拌速度是根據(jù)鐵水硫含量、鐵水溫度以及攪拌頭狀況確定的。鐵水溫度與含硫量一定值時(shí),在一定范圍內(nèi)攪拌器轉(zhuǎn)速越高脫硫效率越高。但攪拌器轉(zhuǎn)速過高,在攪拌時(shí)會(huì)造成脫硫鐵水罐內(nèi)鐵水嚴(yán)重噴濺,同時(shí)加速攪拌頭的磨損。使用新攪拌頭時(shí),同樣的攪拌效果,設(shè)定其轉(zhuǎn)速可比已經(jīng)使用一段時(shí)間的攪拌器降低10～20r/min。加入脫硫劑時(shí)攪拌器轉(zhuǎn)速應(yīng)比正常轉(zhuǎn)速降低2～5r/min,在投料剩余100kg時(shí),開始均勻增速到所需的正常轉(zhuǎn)速,以防止在加入脫硫劑時(shí)出現(xiàn)噴濺。2.2.4.人工脫硫劑和攪拌脫硫劑加入過早,即渦流未形成時(shí),脫硫劑不能隨渦流充分彌散到鐵水中,部分脫硫劑粘于攪拌頭的軸部,生成“蘑菇”,影響脫硫效果,增加人工處理“蘑菇”的次數(shù)。加入過晚,高速攪拌時(shí),易產(chǎn)生飛濺,脫硫劑利用率降低。加入時(shí)間控制在1～1.5min之間,待脫硫劑加完后,再根據(jù)攪拌頭的狀況,適當(dāng)提高旋轉(zhuǎn)速度。現(xiàn)場操作時(shí)依靠觀察攪拌鐵水時(shí)產(chǎn)生的鐵水火花、亮度判斷攪拌效果:通常罐口火花飛濺強(qiáng)烈、罐口亮度高,表明攪拌速度偏快;罐口無火花飛濺、且亮度昏暗,表明攪拌速度偏慢。2.2.4.鐵水中脫硫和污染物攪拌頭的插入深度,必須適中。如果插入太深即無旋渦部也不能使脫硫劑充分?jǐn)U散到鐵水中,脫硫的效果不太好;如果插入太淺,鐵水飛濺嚴(yán)重,同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生旋渦,脫硫效果也不太好(如圖6所示)。從圖6可見攪拌頭的插入深度(從鐵水液面起到攪拌頭葉片上部的距離)600mm為最好。2.2.4.脫硫廢水中鐵水硫含量不高,造成轉(zhuǎn)爐鋼水“回硫”扒除脫硫后渣是穩(wěn)定脫硫效果防止回硫的關(guān)鍵。由于脫硫后渣成分(見表6)中[S]含量很高(通常是脫硫后鐵水硫含量的幾百倍甚至上千倍),因此在生產(chǎn)低硫、超低硫鋼種時(shí),少量未扒除的脫硫渣進(jìn)入轉(zhuǎn)爐都會(huì)造成轉(zhuǎn)爐鋼水“回硫”。二煉鋼要求鐵水脫硫后扒后渣(脫硫渣)時(shí),鐵水液面應(yīng)裸露≥2/3～3/4并盡可能扒除干凈。2.2.4.混鐵爐低硫鐵水回硫量的測定攪拌結(jié)束后鐵水需要進(jìn)行一段時(shí)間的鎮(zhèn)靜,以促使脫硫產(chǎn)物充分上浮。二煉鋼曾經(jīng)進(jìn)行“靜置”與“未靜置”的統(tǒng)計(jì)分析:“未靜置”時(shí)進(jìn)行取樣,混鐵爐低硫鐵水回硫0.002%～0.003%;“靜置”一段時(shí)間,讓脫硫產(chǎn)物充分上浮,混鐵爐的低硫鐵水回硫僅為0.0005%。此外,為了控制回硫,脫硫后的鐵水(除直兌外)不能倒入普通鐵水罐,必須倒入新設(shè)置的低硫?qū)Ｓ描F水備用罐,以避免超低硫鐵水發(fā)生回硫。2.2.5雙罐脫硫系統(tǒng)1號(hào)KR原作業(yè)模式為單罐脫硫模式,單罐周期長達(dá)62min,單罐生產(chǎn)時(shí),總有一個(gè)主要設(shè)備工位閑置(如攪拌時(shí),扒渣位閑置)造成脫硫設(shè)備生產(chǎn)能力受到限制。改造為雙罐脫硫作業(yè)方式后,單位時(shí)間作業(yè)率提高了40.77%。同時(shí),通過加強(qiáng)脫硫劑的管理,降低了攪拌和扒渣時(shí)間。雙罐處理時(shí)間縮短到66±2min。在1號(hào)KR實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,新建的2號(hào)KR鐵水脫硫處理站采用一座KR機(jī)械攪拌裝置和兩座扒渣裝置(俗稱:“一攪雙扒”)的設(shè)備布局,顯著提高了生產(chǎn)效率。2.2.6吹工藝試驗(yàn)取得的效果近年來,為進(jìn)一步提高KR工藝的脫硫效果,進(jìn)行了鐵水罐底吹工藝試驗(yàn),取得了初步效果:縮短處理時(shí)間3min,降低了脫硫劑的消耗0.5～1.0kg/t,減少爐渣帶鐵約100kg/罐,鋼水回硫量從0.004%降至0.002%。2.3武鋼二鋼二鋼技術(shù)鑒于武鋼二煉鋼在采用KR鐵水脫硫工藝的20多年間,在消化引進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上的諸多技術(shù)進(jìn)步和取得的優(yōu)異效果,近年來,先后有四川川威鋼廠、昆明鋼廠、濟(jì)南鋼廠和江蘇華西鋼廠與武鋼二煉鋼合作采用了此技術(shù),取得良好效果。其推廣應(yīng)用的簡況見表7:3混合鐵路和鐵水罐噴霧浮浮技術(shù)的應(yīng)用和進(jìn)步3.1320噸混合鐵路車輛被吹干，c2硫熏蒸3.1.1脫硫間的系統(tǒng)三煉鋼320t混鐵車鐵水脫硫處理站脫硫主要設(shè)有混鐵車脫硫間和倒渣間。脫硫間為雙工位布置,兩套裝置可同時(shí)作業(yè)。脫硫間的裝置,包括脫硫劑卸料系統(tǒng)、儲(chǔ)料系統(tǒng),噴吹系統(tǒng)和噴槍儲(chǔ)存區(qū)等。混鐵車噴吹CaC2脫硫工藝主要參數(shù)見表8:采用混鐵車噴吹CaC2脫硫后,“深脫”后,鐵水[S]可控制到≤0.005%,其比例可達(dá)到80%左右,脫硫效率一般可達(dá)到90%以上。3.1.2影響環(huán)保車的噴丸效果和回硫因子的分析和控制3.1.2.混鐵車噴吹cac2脫硫效果采用混鐵車鐵水噴吹脫硫工藝的動(dòng)力學(xué)條件較差,而且無法扒除鐵水帶來的高爐爐渣,從而影響鐵水脫硫效果和增大脫硫劑的用量。同時(shí),混鐵車脫硫后倒罐時(shí)容易回硫,且周期較長。這些問題都難以完全解決。采用混鐵車噴吹CaC2脫硫的生產(chǎn)實(shí)踐表明,影響其脫硫效果的主要因素為鐵水溫度、脫硫劑耗量、鐵水裝入量等。圖7、8分別示出了鐵水溫度、CaC2脫硫劑單耗對混鐵車噴吹脫硫效率的影響:3.1.2.鐵水破碎帶的渣墻影響混鐵車噴吹CaC2脫硫后,一般[S]可脫至0.005%(深脫)和0.015%(淺脫)以下的目標(biāo)值,完全達(dá)到冶煉要求。但將混鐵車脫硫后的鐵水倒入鐵水罐后,往往出現(xiàn)回硫現(xiàn)象。它主要與混鐵車內(nèi)口粘渣、結(jié)瘤、二次裝鐵、鐵水裝入量、脫硫噴吹后是否進(jìn)行“后吹工藝”、脫硫后鐵水等待時(shí)間等因素有關(guān)。1)鐵水回硫情況。統(tǒng)計(jì)了5800余爐經(jīng)混鐵車噴吹脫硫再倒入鐵水罐后的鐵水回硫情況如圖9所示:2)混鐵車內(nèi)口粘渣、結(jié)瘤的影響。混鐵車在周轉(zhuǎn)運(yùn)行過程中,由于高爐鐵水帶渣及脫硫后生成的脫硫渣熔點(diǎn)高、粘度大、流動(dòng)性差,很容易附結(jié)在罐壁上,尤其集中在罐口周圍,產(chǎn)生形似井桶的渣墻。井筒形渣墻高約500～1000mm,嚴(yán)重影響脫硫噴吹流場,形成死區(qū),鐵水兌入時(shí)重新混合,硫含量回升。為此,根據(jù)粘渣情況及時(shí)清理罐口,打掉積渣結(jié)瘤。通過研制試用的稀渣劑有較好的稀釋粘渣作用,在鐵水脫硫之前投入混鐵車,可隨鐵水的攪動(dòng)與鐵渣很好地混合,明顯降低罐內(nèi)鐵渣的熔點(diǎn),改善渣子的流動(dòng)性,便于翻車倒渣。3)混鐵車二次裝鐵的影響。通常320t容量的混鐵車在高爐裝鐵水時(shí),是由同一高爐或不同高爐兩次出鐵裝入的。一般清況下,高爐出鐵時(shí)間間隔約在1～2小時(shí)內(nèi),有時(shí)甚至更長。因此將會(huì)增加鐵水溫降。第二次裝鐵時(shí),不能使兩次出鐵的鐵水很好地混合,造成混鐵車內(nèi)的鐵水溫度梯度。在噴粉脫硫攪拌時(shí),脫硫反應(yīng)只能在上層進(jìn)行,下層相對靜止或攪動(dòng)緩慢。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,兩次裝鐵引起鐵水回硫比例大約在73.4%,回硫值為0.003%～0.004%。因此,應(yīng)積極協(xié)調(diào)高爐出鐵與混鐵車裝鐵節(jié)奏,盡可能避免混鐵車二次裝鐵。4)混鐵車裝入鐵水量的影響。CaC2脫硫劑從倒“T”字形噴槍噴出,其噴出距離隨供氣壓力、供氣量的大小變化。噴氣量過大,則容易形成鐵水噴濺;噴氣量過小,則噴射距離縮短。噴槍的插入深度應(yīng)固定,脫硫劑上浮路徑隨鐵水液面的高度變化,鐵水量大,則鐵水液面高,脫硫劑上浮路徑長,有利于提高脫硫效率,混鐵車鐵水裝入量與CaC2脫硫劑單耗的對應(yīng)關(guān)系如圖10所示:5)脫硫后吹工藝的影響。在實(shí)際操作中,當(dāng)計(jì)算投放的脫硫劑噴吹完后,采用只吹氣(N2)的“后吹工藝”,使已噴入的脫硫劑得到充分?jǐn)嚢?。在鐵水溫度許可時(shí),延時(shí)3～5min或更長一些時(shí)間,這樣可以減少鐵水回硫的幾率。6)脫硫后鐵水等待時(shí)間的影響。脫硫后鐵水含硫量已達(dá)到目標(biāo)要求,鐵水液面爐渣中富集了大量的硫,若停留時(shí)間較長,則渣中硫?qū)⒅匦孪蜩F水?dāng)U散,造成鐵水回硫。因此,當(dāng)停產(chǎn)檢修時(shí),應(yīng)掌握好合適的鐵水等待節(jié)奏,盡可能縮短鐵水停留等待時(shí)間,防止渣中硫返回鐵水。3.1.3鐵車的脫硫效果1)噴吹氣力的濃相輸送改為稀相輸送。采用這一措施后,可以提高脫硫劑的利用率,減少脫硫劑的消耗。同時(shí)在此基礎(chǔ)上,再用稀渣和“后吹”措施,使混鐵車的內(nèi)壁形狀得以改善,穩(wěn)定了脫硫效果,基本保證混鐵車的正常周轉(zhuǎn)和生產(chǎn)需要。2)脫硫劑改用CaC2,解決了原設(shè)計(jì)中采用CaO基脫硫劑帶來的一系列問題。3)穩(wěn)定和提高混鐵車的出鐵量,應(yīng)盡可能將鐵水控制在250～270t范圍。4)混鐵車噴吹脫硫時(shí),采用供氣磚吹氣試驗(yàn),已取得初步效果,有待擴(kuò)大試用。5)對混鐵車脫硫噴槍進(jìn)行添加壓制氣體的改造,已完成初步試驗(yàn),并有一定效果,有待擴(kuò)大試用。3.2300t鐵水罐噴吹顆粒鎂脫硫3.2.1主要設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)三煉鋼增建的鐵水罐噴吹顆粒鎂脫硫裝置(二脫硫),于2005年5月投產(chǎn)。其主要設(shè)備包括:上料罐、噴吹、兩支噴槍傳動(dòng)、測溫取樣、兩個(gè)鐵水罐車和兩個(gè)渣罐車及就地操作、兩個(gè)扒渣機(jī)、除塵等系統(tǒng)。主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表9:考慮到三煉鋼鐵水罐容量大(300t),噴吹到鐵水的脫硫劑有較多的反應(yīng)時(shí)間和界面,故未用帶有氣化室的噴槍。采用噴吹顆粒鎂脫硫,脫硫后鐵水[S]≤0.005%的比例可達(dá)到90%左右,但轉(zhuǎn)爐內(nèi)鋼水回硫量較多,轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水[S]一般可控制在0.005%～0.015%的水平。目前,采用噴吹顆粒鎂鐵水脫硫的月處理量,已達(dá)到設(shè)計(jì)水平。3.2.2技術(shù)進(jìn)步效果由于300t大容量鐵水罐采用噴吹顆粒鎂脫硫工藝的參考資料較少,該項(xiàng)裝置投產(chǎn)后,為了穩(wěn)定其鐵水脫硫的效果,借鑒了一煉鋼鐵水罐噴吹顆粒鎂的經(jīng)驗(yàn),采取了以下技術(shù)進(jìn)步措施,取得了初步效果。1)穩(wěn)定鐵水量。要求混鐵車兌入鐵水罐的鐵水量要≥250t,以保證扒渣操作;2)鐵水罐側(cè)壁安裝供氣裝置。在鐵水罐側(cè)壁適當(dāng)位置安裝供氣裝置,便于提高扒渣效果并顯著縮短扒渣時(shí)間,從16min縮短至9min,最好時(shí)可縮短5～6min,該項(xiàng)研試取得一定效果;3)鎂脫硫稀渣的稠化處理。通過對此種稀渣進(jìn)行稠化處理,有利于提高扒渣效果,減少轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水回硫量。3.2.3除塵效果該脫硫裝置投產(chǎn)后,目前尚存以下問題有待解決:1)脫硫除塵效果不好,現(xiàn)場煙塵較大;2)噴槍易發(fā)生堵塞;3)脫硫生成物MgS上浮時(shí)間較長。這些問題,正在進(jìn)行試驗(yàn)研究、采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改造和工藝改進(jìn)措施予以逐步解決。4100t鐵水罐噴霧劑的應(yīng)用和進(jìn)步4.1顆粒鎂鐵水脫硫技術(shù)特點(diǎn)一煉鋼100噸鐵水罐噴吹顆粒鎂脫硫裝置是2001年8月投產(chǎn)的。其主要設(shè)備包括:貯料、噴吹給料、噴槍等,噴槍頭部配有使顆粒鎂氣化的裝置。主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表10:設(shè)備供貨方對采用顆粒鎂鐵水脫硫在下述條件下即:脫硫處理前鐵水[S]含量在0.035%左右,鐵水溫度為1280℃～1350℃,每罐鐵水量為105t～116t時(shí),提供的技術(shù)保證值見表11:通過幾年來的生產(chǎn)實(shí)踐,不斷改進(jìn)工藝操作,采用顆粒鎂脫硫的生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高,上述技術(shù)保證值均已超額達(dá)到。2005年根據(jù)鋼種實(shí)際需要,“深脫”后[S]≤0.005%的比例為9.92%(約14萬t,“深脫”能力遠(yuǎn)較此數(shù)大),[S]平均為0.003%,[S]最低可控制到0.002%以下?！吧蠲摗钡钠骄摿蛐室话憧蛇_(dá)90%,其它鋼種則進(jìn)行“淺脫”處理。4.2技術(shù)進(jìn)步4.2.1噴吹脫硫的數(shù)學(xué)模型在確定了噴吹工藝參數(shù)之后,通過理論計(jì)算及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,找出鐵水溫度、鐵水重量、脫硫劑用量的影響,從而得出噴吹脫硫的數(shù)學(xué)模型,整個(gè)噴吹過程采用數(shù)學(xué)模型控制,顆粒鎂脫硫的命中率已達(dá)90%以上。4.2.2解決氣化室粘渣處理的氣體性能生產(chǎn)初期,噴槍壽命為60次左右。通過改進(jìn)噴槍材質(zhì),并對噴槍的氣化室部位噴涂脫渣涂料,減少了因氣化室粘渣而堵槍的現(xiàn)象和處理氣化室粘渣而造成的耐材大面積剝落,同時(shí)也保證了噴吹效果,使噴槍平均壽命提高到150次以上。4.2.3高效粘渣劑生產(chǎn)技術(shù)采用顆粒鎂脫硫后,脫硫渣量減少且流動(dòng)性增加(渣稀),扒渣十分困難。為此,2001年年底開發(fā)了高效粘渣劑,生產(chǎn)中根據(jù)鐵水溫度、鋼種情況加入不同種類和重量的粘渣劑,以及確定最佳的加入時(shí)機(jī),粘渣效果良好,顯著地改善了扒渣效果,對減輕轉(zhuǎn)爐鋼水回硫發(fā)揮了重要作用。4.2.4脫硫渣吹向罐咀,縮短7.7min為進(jìn)一步提高脫硫渣的扒除效果,2005年開發(fā)了鐵水罐罐咀另一側(cè)采用側(cè)吹供氣裝置,于扒渣同時(shí)供氣,將脫硫渣吹向罐咀,進(jìn)一步提高了扒渣效果并縮短了扒渣時(shí)間?，F(xiàn)在,平均扒渣時(shí)間從未采用此裝置的11～12min,降至7min以內(nèi),大多罐次可控制在5～6min;平均渣鐵損失從15kg/t降至13kg/t以內(nèi)。4.2.5噴吹工藝的改進(jìn)按理論計(jì)算,Mg與[S]作用生成MgS時(shí),其反應(yīng)消耗應(yīng)為0.758kg·Mg/kg.S。2004年實(shí)際鎂反應(yīng)消耗為1.592kg·Mg/kg.S,鎂的利用率為47.6%。為提高鎂脫硫的利用率,進(jìn)行了水模實(shí)驗(yàn),并椐研試結(jié)果,改進(jìn)了噴吹工藝取得了較好效果?；靹驎r(shí)間與噴吹流量、槍位的關(guān)系如圖11所示,噴吹流量對顆粒鎂單耗的影響如圖12所示,噴槍材質(zhì)改進(jìn)前后的理化指標(biāo)和噴槍結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后鎂脫硫的利用率見表12、表13。(試驗(yàn)條件:噴槍夾角10○、喇叭口高度705mm)4.2.6水模及生產(chǎn)應(yīng)用通過水模實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算,研究了噴槍夾角、喇叭口高度、槍位、載氣流量等因素對噴鎂脫硫時(shí)混勻時(shí)間及流量的影響。據(jù)此對噴鎂脫硫工藝進(jìn)行了優(yōu)化,結(jié)果表明,采用夾角110°、喇叭口高度為705mm的噴槍,在槍位為2150mm,噴吹載氣流量為35Nm3/h的條件下,獲得了較好的生產(chǎn)效果(如圖13所示),可使鎂的消耗系數(shù)在不同脫硫量的條件下分別降低13.58%、8.39%、0.63%和7.88%。水模實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)應(yīng)用表明:1)對鐵水罐內(nèi)液相混勻時(shí)間的影響程度由強(qiáng)到弱依次為:噴槍槍位,載氣噴吹流量,噴槍夾角,噴槍喇叭口高度。其中噴槍槍位的影響程度明顯大于其它因素。2)噴槍槍位的增加會(huì)明顯縮短液相混勻時(shí)間,改善混勻效果,同時(shí)也增加了鎂氣泡在鐵水中的停留時(shí)間,有利于提高鎂的利用率。3)增加載氣噴吹流量,液相流動(dòng)速度明顯加快,平均動(dòng)能增大,混勻時(shí)間明顯縮短,但對混勻效果影響不大。載氣流量太大,易生成大氣泡,降低鎂的利用率。4)優(yōu)化后工藝條件下的鎂消耗系數(shù)均低于原工藝條件下的鎂消耗系數(shù),減幅最大可達(dá)13.58%,效果明顯。4.2.7吹煉終點(diǎn)鋼水回硫一煉鋼研究了影響低硫鋼H08GX([S]≤0.005%)冶煉過程的回硫因素,并提出了相應(yīng)的控制措施。共試驗(yàn)5爐,入爐鐵水[S]:3爐為≤0.001%,2爐為≤0.005%。對試驗(yàn)爐次進(jìn)行硫的物料平衡計(jì)算見表14,其轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)鋼液回硫情況如圖14所示:在冶煉低硫鋼種時(shí),其控制吹煉終點(diǎn)鋼水回硫的措施主要有:1)盡可能提高入爐鐵水溫度,縮短廢鋼熔化時(shí)間,保證爐渣脫硫反應(yīng)的時(shí)間;2)鐵水殘?jiān)鼛肓蛄空伎偭蛄康?%～12%,扒渣時(shí)應(yīng)盡量扒盡,應(yīng)保證較高的終渣堿度(R=4.4)、較低的終渣(FeO)(不大于16.40%)及適宜的終點(diǎn)溫度(t≈1680℃),以增強(qiáng)爐渣脫硫能力;3)控制轉(zhuǎn)爐殘留渣量,應(yīng)考慮停止濺渣1～2爐后再冶煉,在爐況允許的情況下,連續(xù)冶煉低硫鋼種時(shí)也應(yīng)該停止濺渣;4)造渣材料要滿足低硫要求。5鐵水脫硫工藝的效果評價(jià)如上所述,武鋼股份公司三個(gè)鋼廠在不同的投產(chǎn)時(shí)期、生產(chǎn)鋼種和生產(chǎn)條件下,采用了三種不同技術(shù)的鐵水脫硫工藝。多年的生產(chǎn)實(shí)踐表明,總體來看,均滿足了現(xiàn)有生產(chǎn)的需要。但三種不同鐵水脫硫技術(shù)也有其各自的特點(diǎn)。5.19鋼鐵水脫硫技術(shù)的改進(jìn)和進(jìn)步KR攪拌式鐵水脫硫技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)是脫硫反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件好,脫硫反應(yīng)充分,脫硫效率高,脫硫劑改用CaO的條件下,同樣可以將[S]脫至≤0.005%以下。過去一般認(rèn)為該技術(shù)存在設(shè)備較復(fù)雜,維修量較大、且液壓攪拌設(shè)備國內(nèi)不能制造需進(jìn)口、攪拌頭壽命較低、溫降較大等問題,經(jīng)過二煉鋼做了很多改進(jìn),現(xiàn)已有了明顯的改善和進(jìn)步。如攪拌頭使用壽命已提高至450～500次,維修量已大幅降低,溫降已可控制在28℃左右,液壓攪拌設(shè)備國內(nèi)合資企業(yè)已可制造,脫硫效率已達(dá)91.77%,“深脫”硫比高達(dá)85.95%,兩罐同時(shí)作業(yè)的比例高達(dá)90%,處理周期可控制在66+2min范圍。KR鐵水脫硫技術(shù)特別適合于低硫鋼和超低硫鋼的生產(chǎn),由于采用CaO脫硫劑,也適宜一般優(yōu)質(zhì)鋼的生產(chǎn)。且日本一些鋼廠近幾年來也恢復(fù)了該法的應(yīng)用。由于二煉鋼“深脫”硫比很高,目前成本較一煉鋼高一些。近幾年來,國內(nèi)已有4家企業(yè)與二煉鋼合作相繼采用了此技術(shù),使用效果良好。5.23鋼鐵脫硫脫硫國內(nèi)采用大容量(300t以上)混鐵車運(yùn)輸鐵水和噴吹脫硫技術(shù),寶鋼煉鋼廠是第一家,武鋼第三煉鋼是第二家。該法的優(yōu)點(diǎn)是鐵水保溫效果較好,脫硫時(shí)鐵水溫度較高,熱力學(xué)條件較好,車內(nèi)反應(yīng)空間較大,噴粉速度可大一些。但該法的不足也是明顯的,突出的是反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件差,脫硫反應(yīng)不易充分進(jìn)行,且脫硫前不能扒除鐵水帶來的高爐渣,從而會(huì)影響脫硫效果和脫硫劑的耗量。由于三煉鋼不斷改進(jìn)該法的操作工藝和有關(guān)裝備,仍然取得了如前所述的較好脫硫效果,脫硫后[S]可控制在≤0.005%的水平,脫硫效率可達(dá)到90%以上。當(dāng)然也應(yīng)看到,混鐵車口易結(jié)瘤粘渣,增加了維修量,此外,二次裝鐵裝入量不準(zhǔn)等原因,也會(huì)給生產(chǎn)帶來一定的影響。但是,對于用作大容量(如300t以上)鐵水運(yùn)輸裝備的混鐵車,目前國內(nèi)尚未研制出較為理想的替代裝備。混鐵車運(yùn)輸及其噴吹脫硫技術(shù)仍在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用。5.33噴吹顆粒鎂脫硫技術(shù)如前所述,三煉鋼在增建鐵水脫硫設(shè)備時(shí),在招標(biāo)時(shí)從控制費(fèi)用考慮,選用了噴吹顆粒鎂脫硫技術(shù),其綜合脫硫效果目前基本滿足了生產(chǎn)需要。但由于應(yīng)用該技術(shù)的時(shí)間較短,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)尚少,目前尚存在一些如前已述及的