铁水预处理工艺

1、东北大学继续教育学院毕业设计（论文）摘要本设计的的题目：铁水脱硫预处理技术的发展及其应 用。内容：讲述铁水脱硫预处理技术的发展状况及趋势。分析几种脱硫剂和喷吹方式的特点，脱硫剂效率 及脱硫剂的反应率和影响铁水脱硫效果效率的 因素等。介绍炼钢铁水脱硫工艺及助理效果，并提出铁水 脱硫预处理生产中存在的问题和改进意见。关键词；铁水预处理；脱硫；喷吹；效率；反应率。.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）目录第一章 绪论1.1 铁水预处理概念1.2 铁水预处理的发展基础1.3 铁水脱硫预处理的发展概况1.4 铁水脱硫预处理的经济指标1.4.1 脱硫效率1.4.2 脱硫剂效率1.4.3 脱硫剂的反应率

2、1.4.4 脱硫分配比第二章 铁水脱硫的热力学2.1 脱硫剂的种类2.2 脱硫剂的反应特点2.3 如何选择脱硫剂2.5 影响铁水脱硫效果的因素第三章脱硫的喷吹方式3.1 脱硫预处理喷吹方式的选择3.2 脱硫预处理方法第四章 铁水脱硫预处理工艺在炼钢的应用.4.1 工艺流程 .4.2 主要设备及工艺参数.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）4.2.1 脱硫前铁水条件4.2.2 脱硫齐配比4.2.3 脱硫剂的喷吹速度4.2.4 氮气的工作压力4.2.5 铁水脱硫作业周期时间4.3 脱硫处理能力及脱硫处理比.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）第一章绪论1.1 铁水预处理概念铁水预处理，炼钢

3、生产中主要是指铁水在进入转炉之前的脱硫处理。广义的铁水预处理是指包括对铁水脱硫、脱硅、脱磷的三脱处理， 另外还有特殊铁水的预处理，如含V铁水的提V等。1.2 铁水预处理的发展基础近年来由于考虑到高炉的原料情况和提高生产效率，并且 为适应转炉提高质量的要求，在装料前，普遍对铁水进行预处 理。铁水预处理包括对铁水中的硅、钮、磷、硫、氮进行处理。 其中，为冶炼低硫钢种而进行的铁水预脱硫处理以被广泛采 用。实际操作中采用与硫亲和力大的物质作为脱硫剂，如钙、 镁、稀土金属以及Na 2 CO 3、CaC2、镁焦、氮化石灰及生石灰 等。为了提高这些脱硫剂的效率，以及提高炉渣碱度和流动性， 增加反应界面，发展

4、了用搅拌进行有效脱硫的方法。铁水同时 脱磷、脱硫在日本发展很快，并导致炼钢工艺发生根本性的变 化1,2。汽车用钢、海上采油平台用钢、石油管线钥、硅钢等要求.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）更高的性能，原工艺不能满足要求，铁水预处理可以提高钢的 纯洁度和性能，同时对新品种开发也起到推动作用，如厚船板 钢、抗氢致裂纹钢IF钢，转炉冶炼高碳钢，高钻钢、高铭钢、 焊条钢、合金钢、不锈钢、航空用钢、无缝钢管用钢、防腐钢 及钢轨钢等用铁水预处理后开发了许多新钢种，大大扩大了转 炉冶炼钢种的范围。为防止普通钢板坯内裂纹和提高表面质 量，规定S应小于0.02% ;为防止钢的各向异性，要求S不 大于 0

5、.011% 。采用铁水预处理工艺，是现代化炼钢厂的重要标志。国外 先进钢铁厂一般均采用全量铁水脱硫预处理：日本绝大多数钢 厂采用全量铁水“三脱”（脱Si、P、S）预处理。随着冶金技术的发展，铁水炉外脱硫技术的研究与实践正 风糜世界。在一般情况下，硫是钢中的有害元素。高炉要获得 低硫铁水就必须提高渣的碱度和炉温，而这将使高炉技术经济 指标下降。转炉由于炉内冶炼过程热力学条件的制约，脱硫率 仅40%左右。因止匕，为保证钢的质量，就必须在炉外对铁水进 行脱硫预处理。铁水炉外脱硫技术从本世纪30年代开始应用、 60年代蓬勃发展至今，在国外已趋成熟，在实际生产中大量应 用，处理工艺方法种类繁多，约六类1

6、6种。先后发明的工艺有摇动法，包括瑞典的单向偏心摇动铁 水罐法和日本神户川崎铁厂的可逆旋转式DM 摇包法；机械搅.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）拌法有原西德 DO（Demag-Ostberg） 法、RS（Rheinstahl） 法和 赫歇法，日本新日铁的KR（Kambara Reactor） 法和千叶的NP 法；吹气搅拌法有新日铁的PDS（底喷）法和CLDS（顶喷）法；钟 罩压入法，主要有美国Janes Laughlin 公司的镁焦法和其它 镁系脱硫法；喷吹法有原西德Thyssen 的ATH（斜插喷枪）法和 新日铁的TDS（顶喷）法；炉前铁水沟连续脱硫法。我国在50年代初期就开始用苏

7、打铺撒法处理高硫铁水。但由于我国从平炉改造到转炉炼钢比较晚，因此铁水炉外脱硫 到70年代才逐渐发展起来。至今，攀钢、武钢、鞍钢、宝钢、 太钢、包钢、齐钢、天钢、上钢一厂、冷水江铁焦总厂、承钢、 酒钢、宣钢、重钢、涟钢、鄂钢等厂均建立了高炉铁水炉外喷 吹脱硫站，还有不少厂进行了工业试验研究。国外工业上应用 的铁水炉外脱硫剂主要有：苏打（Na 2CO3）、电石（CaC 2）、石灰 （CaO）、金属镁以及以它们为基础的复合脱硫剂。研究表明，复合脱硫剂具有比单一脱硫剂脱硫效率高、成 本低、环境污染小的优点，因而工业生产多使用复合脱硫剂， 如电石系（西欧、日本、北美）、苏打系（日本、西欧）、石灰系（日

8、本、前苏联、法国、美国）、金属镁系（北美、前苏联、西欧、 日本）等。我国工业上采用的铁水脱硫剂则主要以石灰系为主。 目前国内外大中型钢铁厂广泛采用的是铁水罐、混铁车内喷吹 石灰系，电石系和镁系脱硫法.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）1.3 铁水脱硫预处理的发展概况西欧、日本早在20世纪6070年代就在铁水脱硫预处理理论研究 的基础上在工业上进行了应用。国内武钢二炼钢1 979年引进了日本新日 铁的机械搅拌法（KR）铁水脱硫装置，北台，天钢，宣钢，冷水江，攀 钢，酒钢等企业先后由国内自主开发了喷吹石灰、萤石的脱硫方法。1985 年宝钢一炼钢引进日本鱼雷罐车内喷吹石灰、萤石的脱硫装置。武钢

9、一 炼钢开发的镁基混合喷吹工艺，1 998年宝钢，鞍钢，包钢引进美国E S M n公司镁基复合喷吹技术，本钢引进了霍戈文镁基复合喷吹法脱硫技 术。近几年我国铁水预处理有了强劲发展，随着钢产量从1996年1 亿t发展到2011年的8. 1亿t ,近5年来全国共计建设了约80多套铁 水脱硫预处理装置，处理能力近7 000万t。新建设的铁水脱硫预处理生 产线使用的脱硫工艺主要有KR法和喷吹法，处理容器基本上为转炉铁 水罐。近几年来铁水脱硫预处理的发展还有以下特点：铁水脱硫每罐铁水容量从50 t （石钢等）到300 t （宝钢）不等。脱硫剂主要为石灰和金属镁，既有以单独一种粉剂作脱硫剂的 （如武钢一炼

10、钢，邯钢三炼钢等），也有以一种粉剂为基础的复合粉剂作 脱硫剂的（如包钢，梅钢等）。以金属镁作脱硫剂得到了大力发展，使用镁及镁基脱硫剂的生产 线占到了 80%以上）。大部分为引进国外先进的脱硫预处理工艺。如日本的K R法，北.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）美、西欧的镁基复合喷吹技术，乌克兰的单吹颗粒镁喷吹技术。在工艺相似的情况下，引 进技术来自不同的技术供应商。如复合 喷吹法既有美国E SMn、加拿大DANI EL I CORUS （原霍戈 文）、还有日本DI AMOND公司等。我国在早期引进国外先进技术的基础上改进的自主知识产权开 发技术也在发挥着作用。如国内开发的纯镁喷吹技术也得到

11、广泛应用（如 马钢等）。有很多生产线是对落后处理工艺的改造和替代。如武钢一炼钢 2001年以纯镁喷吹替代原有镁、石灰混合喷吹工艺；太钢改造原三脱设 施。还有在原生产线基础上的增建。如宝钢，鞍钢2003年再次引进 E SMn镁基复合喷吹技术；本钢2004年引进Da n i e 1 i C o ru s镁基复合喷吹技术；武钢二炼钢增建1套KR法脱硫装置。除在上世纪引进后改良的K R法、镁基复合喷吹法占有很大市场 外，乌克兰（De smag）颗粒镁喷吹技术自武钢一炼钢项目进入我国 后短短几年内也发展十分迅速（如首钢、青钢、邯钢三炼钢、唐钢等）。 德国Po 1 ys i u s公司镁基复合喷吹技术在2

12、003年也进入到中国， 如鞍钢大脱硫，新区260 t转炉车间脱硫均采用这一技术。虽然近几年铁水脱硫预处理得到发展，但对我国钢产量来说，其 比例与先进国家水平相比还相差甚远。1.4 铁水脱硫预处理的经济指标.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）1.4.1 脱硫效率（联）xWO%式中：7前处理前铁水原始含硫量，% 处理后铁水成品含硫量，%此值反映脱硫工艺对铁水脱硫的直接影响，是工艺操作中很重要的工艺参数，叫值较大，说明此工艺的脱硫效果越好，当然时值的大小与原始含硫量有关，如脱硫前原始硫很高，即使仍值较大，也不能说明成品硫就很低。此外由于公式中无脱硫剂的使用量，因此该公式并未反映出脱硫剂的脱硫效

13、果。1.4.2 脱硫剂效率（Ks）.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）式中：w 脱硫剂的消耗量，kg/t铁假设在脱硫反应过程中，脱硫剂的效率不变，则：蜕脱硫剂效率Ks的意义是单位脱硫剂的脱硫量，此值虽不能准确地描述脱硫剂的脱硫能力，但在生产操作中有实际意义。当掌握了一定工艺条件下的经验脱硫数据后，就可以根据要求的脱硫量控制加入脱硫剂的数量。1.4.3 脱硫剂的反应率rM脱硫剂加入铁水后，并非全部脱硫剂都参与了脱硫反应而起到了脱硫作用，为比较脱硫工艺中脱硫剂参与脱硫反应的程度，可用脱硫剂的理论消耗量和实际消耗量的比值来表示脱硫剂的反应率.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）x 1%心式

14、中：Or脱硫剂的理论消耗量，k g/t铁Q脱硫剂的实际消耗量，kg/t铁例如：用电石粉的脱硫剂的反应率000x（区L冏砂卜卬蒐式中：64 厘色的分子量32 S的分子量°陆一电石粉的单耗，kg/t铁土2一电石粉中匚工J的含量，.1.东北大学继续教育学院毕业设计(论文)般来说脱硫剂的反应率都不高，电石粉的反应率为2040 % ,而石灰粉的反应率仅510%。1.4.4 脱硫分配比二"脱硫的产物必须进入渣中，从而使钢中的硫减少，其反应式简化为：炉渣的脱硫能力，通常用硫在渣一铁中的分配比上吕的大小来表示，“=(S )/ S 上石一硫在渣一铁中分配比(S)一渣中硫的含量，%.1.东北大

15、学继续教育学院毕业设计（论文）S铁中硫的含量，%上石值越大，说明炉渣的脱硫能力越强，一般而言，象高炉渣由于FeO 低，“可达100 ,电炉还原期 叁可达3050 ,而转炉渣仅为510。.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）第二章铁水脱硫的热力学2.1脱硫剂的种类实际生广中，铁水预脱硫常用的脱硫剂有4种：1石灰粉系；2碳化钙系；3钝化镁系；4苏打粉系。脱硫剂是决定脱 硫率和脱硫成本的主要因素。选择脱硫剂需要考虑脱硫效率、成本、资源、环境保护、对罐体耐火材料的侵蚀、脱硫产物形 态和安全等因素 这4种脱硫剂特点的对比见表1铁水预脱硫熔剂的比较表1优点价格便宜石灰粉系脱硫对罐体耐材侵蚀少扒渣容易碳

16、化钙系脱硫效率高，渣量少，温降小易于防止回硫脱硫能力强，耗量少渣量钝化镁系 少，铁损低温降小缺点脱硫效率低温降大，铁损大易受潮失效易受潮，易产生爆炸，对运输，贮存和使用要求高高温时，脱硫效率低，要求喷入铁水的深度大，价格高脱硫效率低，温差大，污染环境.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）苏打系 价格便宜渣很稀，扒渣困难从表1可看出，任何一种脱硫剂单独使用时，都达不到完 全满意的效果。近期工业铁水预脱硫技术的发展，主要倾向于 两种脱硫剂方案：1 CaO- Mg 基熔齐; 2 CaC - Mg 基熔剂。实践证明，氧化钙和镁基熔剂共同使用或碳化钙和镁基熔 剂共同使用比单独使用效果好，其原因在于：

17、1镁在熔剂中 不仅充当一种脱硫，还在熔池内起搅拌作用；2溶剂中一定量的 CaO或CaC,可控制镁的挥发速度，阻止镁的挥发损失。在相 同脱硫条件下，CaO - Mg 基脱硫剂不但比CaC - Mg 基脱硫剂 少产生大约15 %的渣，而且铁损低、工艺投资小。因此，CaO -Mg基脱硫剂得到更普遍的使用。2.2 脱硫剂的反应特点2.2.1,电石粉（。必）碳化钙脱硫反应为CsG + S=Q3S+2C.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）0 = -3592454109.% J( mal用CaC2脱硫有如下特点：1）在高碳系铁水中，CaC2分解出的Ca离子与铁水中的硫有极强的亲和力。因此CaC 2有很

18、强的脱硫能力，在一定的铁水条件下，用CaC2脱硫，脱硫反应的平衡常数可达6.9 X105 ,反应达到平衡时，铁水中硫含量可达4.9 X10-7 。2）用CaC2脱硫，其脱硫反应是放热反应，有利于减少铁水的温降。3）脱硫产物CaS ,其熔点24500c,因此脱硫后，在铁水面上形成疏松的固体渣，有利于防止回硫，且对混铁车内衬浸蚀较轻，扒渣作业方便。4）由于电石粉脱硫能力强，故用量少，渣量也较少。.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）5）电石粉易吸潮，吸潮时产生如下反应：CaC2+H2O=CaO+C2 H2CaC2+2H2O=Ca(OH ) 2+C2H2这个反应会大大降低电石的脱硫能力，而且放出

19、的C2H2是属易爆气体，因此在运输和保存电石粉时要采用氮气密封，储料罐必须安装乙焕检测等安全装置，以防爆炸等事故。6）用电石粉脱硫生成的碳除饱和溶解于铁水外，其余以石墨态析出，喷吹过程中随喷吹气体有少量的电石粉带出，同时还有少量的C2H2产生，这些都会对环境产生污染，故必须有除尘设备。2.2.2. 石灰粉脱硫匕储石灰脱硫的反应式为：.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）CaQ"、十S十C = 99十ILL冏L却白多二86670-68.697 jfgf22%）+ 冏+1 / 2 冬卜 41 / 2 C/ &。灼0 =-251 外。+/36T用二门0脱硫有如下特点：1）在高C

20、和一定含硅量的铁水中，有较强的脱硫能力，在1350 C时，用？脱硫，反应达平衡时，铁水中硫含量可达3.7式10 -, 比的匕的脱硫能力要弱得多。2）脱硫渣为固体渣，扒渣方便，对铁水缶、混铁车侵蚀较小，但 用量较大，故形成的渣量也大，铁损也较高，铁水温降也较大。3）石灰粉资源广、价格低、易加工，使用安全。4）石灰粉流动性差、在输送中易堵塞、在料罐中也可能会架桥” 而堵料，且石灰易吸潮，吸潮后其流动性大大恶化，吸潮后会生成 “9HL,不仅影响脱硫效果，而且会污染环境，因此，石灰的加工 运输和贮存都要在干燥条件下进行，一般也采用氮气密封和输送。2.2.3. 用Mg粉脱硫用Mg粉脱硫，其反应式为：.1

21、.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）%十网”AG =-427567 + 180镁粉脱硫有如下特点：1）Mg有很强的铁水脱硫能力，13500c 时，用Mg粉脱硫，反应的平衡常数为3.17 X105,反应达到平衡时，铁水中含硫量可达l.6 X10-7 ,大大高于Ca0的脱硫能力。2）Mg的沸点为11070 C, Mg加入铁水后，变成Mg蒸气，形成气 泡，使Mg的脱硫反应在气液相界面上进行，另外由于金属Mg变成 Mg蒸气.使得反应区附近的流体搅拌良好，大大增强Mg的脱硫效果。3）Mg在铁水中有一定的溶解度，铁水经过Mg饱和后能防止回硫，这部份饱和的M g在铁水处理后的运送过程中仍能起到脱硫作用。4

22、）由于Mg进入铁水后就会气化，反应非常强烈，因此一般不使用纯Mg ,而与其他材料混合一起喷入，目前多与Ca0 一起混合后作成 混合脱硫剂。5）Mg的价格昂贵，但因Mg混合脱硫剂只要配比合适，也会使其 用量少，而且铁水温降小，渣量少，铁损也少等特点，其综合成本也 不一定高，而且由于用量少，处理周期也短，对高节奏的转炉也是有 利的，因此Mg脱硫剂已越来越多被采用。其他脱硫剂，像石灰石（CaCO3 ）因脱硫效果差而且铁水温降太.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）大，而像苏打（Na2 CO3 ）由于资源短缺，而且脱硫产物呈液态对罐 衬侵蚀严重，降温也大，因此这些在铁水脱硫生产中已较少采用。2.3

23、 如何选择脱硫剂现在的问题是选择什么脱硫剂最好？过去普遍采用钙系脱硫剂，即CaO+CaF2 十C或CaO十CaC2 十CaF2。至于镁，人们早就认识到镁是一种很强的脱 硫剂，镁进入铁水后立即汽化并与铁水中的硫产生化学反应， 反应区流体搅拌强烈，脱硫反应的动力学条件比其他方法单纯 固液两相反应条件要好，从热力学角度看，镁和硫在铁水中的 溶度积随温度下降而下降，所以处理后铁水在运送过程中还有 二次脱硫作用，镁可以防止铁水回硫。但是由于其价格昂贵和 易燃易爆的化学特性，一般不敢问津。早期曾经将镁制成镁焦、 镁铝、镁白云石等以块状物加入铁水中，近年来又开发了喂丝 法，都取得了很好的脱硫效果，但在大规模

24、铁水预处理工艺中 并未得到广泛应用.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）20世纪70年代，原苏联乌克兰亚速钢厂采用喷吹法将纯 镁粒喷入铁水罐中脱硫获得成功，到了 20世纪80年代，技 术发展对钢的纯净度要求越来越高，人们又注意到镁的高效脱 硫功能，镁剂喷吹脱硫开始兴起。在西方，由于已建了大量喷 钙系粉剂脱硫的铁水预处理设施，不可能拆除另建，但为了满 足对钢质愈来愈高的要求，一般都是在原有的喷吹系统上增设 镁粒喷吹罐，与原有的粉剂配合使用，按脱硫程度的不同调节 镁的加入比例和方式，或将镁粒以一定比例混入钙系粉剂中仍 利用原有的喷吹系统进行喷吹，形成所谓复合镁脱硫喷吹工 艺。铁水预处理喷吹法现

25、有三种工艺：钙系脱硫剂工艺、复合 镁脱硫剂工艺和纯镁粒脱硫剂工艺，其中复合镁工艺是从钙系 脱硫剂工艺中演化而来的，就其工艺方法和工艺设备而言两者 没有区别，但由于使用的脱硫剂不同效果却大不一样，尤其对.1.东北大学继续教育学院毕业设计(论文)于铁水深脱硫(s <0 . 005 % )来说钙系脱硫剂就显得力不从 心，即使勉强达到，也是以大消耗量、大渣量、更长的处理周 期和铁水更大的温度损失及金属损失为代价得来的，长的处理 周期和过高的处理成本使钙系脱硫剂在铁水深脱硫领域基本 被淘汰。而复合镁脱硫剂则能满足铁水不同程度的脱硫要求， 处理周期短，综合成本低，因而得到广泛采用。然而复合镁脱 硫剂

26、工艺与纯镁粒脱硫剂工艺相比又逊一筹，纯镁粒脱硫剂工 艺脱硫剂消耗最少，载气耗量最小，产生的渣量和烟气量也最 小，不产生毒害物质，处理周期最短，铁水温降最小，金属损 失亦最少，操作更简便，脱硫深度是其他方法所不及的，不论深脱硫(s <0 . 005 % )或 浅脱硫"(s02 % )其综合成本都是最低的。乌克兰方面曾把纯镁脱硫工艺与美国、德国采 用的复合镁剂脱硫工艺的技术经济指标进行了比较，比较条件 是同样处理100t铁水，铁水原始含硫量为0 . 040 %。.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）3.4影响铁水脱硫效果的因素3.4.1. 脱硫剂种类，C aC2的脱硫效果明显优

27、于Ca0基脱硫剂，其对比试验见下表：表9 2 C aC2和Ca0脱硫效果比较脱硫剂脱硫（ ）处理时间（min）温降（0c）脱硫剂耗量（kg / t 铁）喷吹速 度(kg / min)原始S处理后脱硫率Ca0基粉剂0.0190.00576.4520.93710.8150CaC2粉剂0.0220.00675.315.1254.380.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）可见，CaC2的脱硫能力比Ca0基强，而且温降也小，处理时间也缩短，因此，如果要求铁水硫要0.010 ,则都要使用一部份CaC2因为单纯使用Ca0基，虽然用量加大也可以达到0.005 %的水平，但结果是铁水温降太大，处理时间太长

28、，这是与转炉冶炼不相适应的，所以对用Ca0基处理仅用于浅脱硫，用量一般在7kg/t铁，对深脱硫，般要采用Ca0基再加CaC2进行深脱或全部采用CaC2进行深脱。3.4.2. 粒度，对混铁车喷吹脱硫剂的粒度选定为0.1lm m。3.4.3. 喷吹气体流量及喷粉速度，由于混铁车铁水量大，从生产节凑考虑喷粉速度控制在80150k g/min,为达到这高的喷粉速度，其喷吹的氮气流量应达到200260NM3 / h ,较好。3.4.4. 喷枪的插入方式和插入深度。.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）由于混铁车是平放的园柱体，水平方向较长，因此喷枪插入喷吹时，混铁事的铁水不易搅拌均匀，容易出现死角，

29、因此从喷枪的插入角 度和喷枪口型的设计上尽量使铁水和脱硫剂得到均匀的搅拌。喷枪的插入方式可分为垂直插入和倾斜插入，从水力模型试验中可得出结论，倾斜插入的喷枪搅拌区偏向一边，另一边有死角，而喷枪垂直插入但喷口横吹的方式，其搅拌比较均匀，故混铁车一般都采用垂直插入方式。喷枪横吹，其喷枪口型式有倒T型和倒Y型，这两种的搅拌都能使脱硫剂和气泡在脱离了喷口后才分离，喷出具有一定的动能，但以倒T型效果效好，因为这种喷口正好是水平方向，水平方向动能较大，而倒Y型与水平有一夹角，水平方向动能要小一些，因此对混铁车的.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）两端的搅拌要差一些，而且倒T型喷枪，使用维护都较方便，

30、因此应选用倒T型喷枪。关于喷枪插入深度，过浅则脱硫剂在铁水中停留的有效时间短，使脱硫剂难以发挥作用，但插入过深，则一方面喷枪寿命下降，而且对混铁车的耐材浸蚀也增加，另一方面也会使混铁车的振动加剧，影响到操作的安全。因此脱硫喷枪的插入深度控制在1 0001500 m m较总之，混铁车喷粉脱硫与铁水缶喷粉腔硫的工艺有很多相同之处，但由于混铁车在由高炉出铁后直接送到脱硫站，脱硫前不扒渣，由于高炉渣含硫量较高的影响，其脱硫率特别是脱硫剂的效率比铁水缶喷粉脱硫要低一点，但铁水温度高，生产节奏能满足大吨位转炉的要求.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）又是铁水缶脱硫工艺无法做到的，因此，这两种方法各有

31、利弊，根据前后工艺的要求选定脱硫工艺后，就要根据工艺特点控制好参数，使之扬长避短，充分发挥这些设备的作用。.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文） 第三章脱硫的喷吹方式 3.1脱硫预处理喷吹方式的选择对于CaO -Mg基或CaC2-Mg基混合工艺而言，脱硫剂喷吹方式可 分为复合喷吹和混合喷吹。在我国一些钢厂为了节省基建投资，常常选用混合喷吹，实际上 这是企业的一种短期行为。铁水炉外脱硫的费用，除基建投资外，脱 硫剂的耗量和脱硫效果也是很重要的因素。虽然复合喷吹设备占地面积大，但它能有效地将因偏析影响脱硫 效率的可能性降至最低点。从它与应用混合脱硫剂的混合喷粉脱硫技 术使用效果上看，将270

32、t铁水硫含量从0. 055%降至0. 003%时，复合 喷粉镁的消耗量减少11% ,当硫含量降至0.014% 时，其镁消耗量减少 16% 。3.2脱硫预处理方法铁水预处理脱硫的方法多种多样，但现在普遍采用喷吹.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）法，因为这种工艺设备简单、运行成本低、处理时间短、处理 能力大、反应效率高以及易于控制等，特别适应转炉冶炼的生 产要求。目前铁水脱硫预处理方法主要有：鱼雷罐车喷吹法、铁水 罐喷吹法等。其中铁水罐喷吹脱硫以技术新、铁水处理量大、 脱硫效率高、操作灵活、处理速度快、去渣彻底、成本低而得 到了普遍应用。国内的许多钢铁企业如鞍钢、太钢、梅钢、洒 钢、马钢先

33、后采用了该项技术，并取得了良好的效果。铁水罐 喷吹脱硫又分为复合喷吹和混合喷吹。混合喷吹需要一个喷粉 罐，脱硫剂事先混合好，系统易于操作和维护，设备简单，操 作俺全，占地面积小，设备投资低。复合喷吹需要两个喷粉罐， 两种脱硫剂通过同一喷枪喷入铁水中，控制系统复杂，对设备 的可靠性能和自动控制水平要求较高，对 现场安全防护措施要 求严格，投资较高。虽然复合喷吹设备、控制、安全、占地面.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）积以及投资要求高，但它可使操作者更好地控制喷吹过程，有 效地将因偏析影响脱硫效率的可能性降至最低点，另外它还具 有脱硫到相同的目标值，比使用混合喷吹所用的脱硫剂消耗量 减少1

34、0 %以利用 CaO - Mg 基脱硫剂、铁水罐熔剂复合喷吹工 艺时，镁脱硫剂沸点低，以气相和铁水中的硫反应，故脱硫速 度快，但早期加入将很快损失，在脱硫后期因镁溶解度增加也 会降低其脱硫效率；CaO脱硫剂在铁水中呈固态，要以细粉未加 入，脱硫效率比镁低，价格也低，经测算1kg镁的脱硫效果相 当于15 kgCaO。为了在提高脱硫效果的同时最大限度的降低镁 的消耗量，以利于降低操作成本，根据脱硫机理及脱硫剂的特 点，喷吹操作时，将喷射过程分为3个阶段：第一阶段：先用CaO 进行预喷吹，喷入 CaO以形成强烈的旋涡，完成熔体和渣的脱氧，建立起铁水罐中的环流运动。.1.东北大学继续教育学院毕业设计（

35、论文）第二阶段：用选定的钝化镁 深脱硫 和CaO 浅脱硫 的喷吹速 度进行主喷吹。第三阶段：主喷吹完成后，以高气体量喷入一段时间CaO以清 除杂质、防止回硫，完成脱硫过程。在喷吹过程中，要控制喷入物及输送气体流速，使铁水罐中形 成的旋涡在铁水罐边沿高度容许的情况下保持最高，这样可使 脱硫剂效果最好而且处理时间最短。.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）第四章 铁水脱硫预处理工艺在炼钢的应用4.1 工艺流程及特点4.1.1 工艺流程简介工艺流程中一般都包括：供粉系统，供气系统，喷 吹系统，喷枪运动及夹枪系统，测温取样系统，除尘系 统，扒渣系统，枪库，电气控制系统，仪表检测系统， 喷枪维修系统

36、，控制操作室，以及相应的铁水罐倾翻车 系统，渣罐车系统，轻型吊车等设备。工艺流程的确定 要从企业的需要和可能出发，综合考虑决定，也可以从 其中取舍简化。一般的脱硫工艺流程如图1所示：帙合套钱却必限样分析确热髭取样分析成国I被水窜位诚I 上阴，门F IM4.1.2 工艺流程的描述高炉铁水经铁水罐车运至喷粉站处理工位，此前， 喷粉站的供粉系统已经准备好喷粉脱硫剂，其它各系统 已做好了各项准备工作，铁水罐准确到位后，信号传至 控制系统，除尘系统打开。.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）根据需要进行取样和测温。喷粉过程控制开关分自动和手动两档，正常生产在 自动挡发出开始喷吹指令（手动档用于调试和

37、维修）， 供气系统打开，喷枪喷气并开始下降，当到达设定的铁 水深度喷吹系统开始喷粉。在按专家系统计算的喷粉 量，喷粉速度喷吹到确定的时间后自动停粉（不停气）, 喷枪上升。升至指定高度停气、停止上升。测温取样枪开始执行测温、取样操作，完成后液压 铁水罐倾翻车原位倾翻铁水罐到一定角度，扒渣机开始 扒渣，或者罐车移位到另一位置（根据车间实际情况决 定是否移位）再扒渣。扒渣过程中铁水罐倾斜角度可以 有所变化。扒渣完毕铁水罐恢复直立，铁水罐倾翻车开 出扒渣工位，天车将车上铁水罐运至转炉或混铁炉。4.1.3 铁水罐顶喷纯镁脱硫技术特点（1 ）高精度的喷吹系统具有精确度量和输送脱 硫剂的喷粉系统。该技术改变

38、过去载气压差法输送粉料不够均匀有 脉冲现象的缺点，采用稳定精确的容积式送料方式。对 送料量采用精度高的电子称连续测量的方法获得信号 并反馈到供料控制系统加以调节，可以获得连续稳定的 喷料量，其调节精度可以达到±0.3kg/min ,达到目前 世界上喷料量控制的先进水平。从而可杜绝铁水喷溅， 确保喷吹脱硫成功。同时降低脱硫剂消耗，提高脱硫效.1.东北大学继续教育学院毕业设计(论文)率及喷吹效益。这种高精度喷吹系统对喷吹价格比较贵 的钝化镁粒或镁粉脱硫剂尤为必要。(2)建立高精度的脱硫剂喷吹量自动控制模型一 即专家系统。自动控制模型主要是依据铁水量、初始硫、目标硫 含量，参考铁水温度、带

39、渣量、渣的成分等通过PLC 中设置的专家系统软件，比较精确地自动计算出本炉次 需要喷入的脱硫剂量，确定喷粉速度和喷吹时间，建立 起高精度的控制模型，从而保证高的脱硫命中率，较精 确的脱硫剂量，提高脱硫剂的利用率，降低成本，提高 经济效益。同时采用WINCC或国内组合软件，对系统实行计 算机操作和翻屏监控。(3)科学合理的工艺技术软件从理论和实践两个方面确定合乎企业实际的工艺 技术，包括：喷吹工艺、操作工艺、与工艺有关的设备 的技术参数等。这就为在硬件的基础上确保铁水预处理 成功作出了最重要的保证。南钢集团两套铁水喷纯镁脱 硫站投产近一年的生产实践证明了该设备及工艺技术 的成功。(4) 喷纯化镁

40、专用的带气化室喷枪为了加速颗粒镁的气化，促进镁的脱硫反应，提高 镁的利用率和脱硫率，喷镁枪一般使用带气化室的喷 枪，这也是喷镁的关键技术。我们可以通过技术合作向.1.东北大学继续教育学院毕业设计(论文)用户提供质量优良的气化室喷枪或者其制造技术。根据 铁水罐等实际情况也可能向企业提供倒Y形喷枪。(5)六项专有先进实用技术根据国外喷镁实践中发现的问题和我们自己的实 践经验，认为在硬件设施和控制方面有几个重要的问题 应当得到解决。经过我们的努力，已经在以下六个方面 取得了突破，它们的实施对保证正常喷吹，提高效率， 提高和进一步发展铁水预处理技术水平具有重要的积 极的意义。不论铁水罐内铁水面高低，确

41、保测温枪、取样 枪进入铁水深度为设定值目前国内外测温取样枪大多没能正常使用，我国众 多厂家从国外引进的情况也基本如此，究其原因：枪行 程一定，铁水液面高度却是经常变化的，有时变化较大， 使得枪工作时不是进入太深，将枪体烧坏；就是进入太 浅，检测不准。而枪的行程不可能每次都调，即使调， 也没有铁水液面高度的数据，因此这成了老大难的问 题。我们提供的技术可以实现不论铁水罐内铁水液面 有多高或者多低，可以确保测温枪、取样枪进入铁水深 度为设定值，到达设定值时，枪的动作自动停止，完成 测温或取样任务后自动提枪。此项技术的实现不但对铁水预处理有重要作用，而 且对炼钢，炉外精练等凡是需要对金属溶液测温取样

42、的.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）场合都可以应用，它的实用价值是比较高的，意义是重 要的。喷枪触罐底结的铁渣凸包瞬间能自动停枪、再升 枪到定高、再自动喷吹的技术由于铁水处理罐不能及时清理，用到一定时候罐底 会结铁渣凸包，喷枪下降时有可能触碰凸包，引起巨大 震动，此时只能把喷枪提起，铁水罐吊走，严重影响铁 水处理计划和生产调度。为解决这一实际问题，我们推 出：喷枪下降中一旦触碰罐底结的铁渣凸包的瞬间，喷 枪即能自动停止，然后再开枪到预定高度并立即自动开 始喷吹的技术。 气化室喷枪在线维修长寿技术目前国内外气化室喷镁枪都是离线人工维修喷枪， 时间长，质量不稳定，影响脱硫节奏，劳动条件差。

43、在 线气化室清理机、喷补机，以及喷枪烘烤器和保温室的 使用可以有效地解决和改善这些问题。喷枪、测温取样枪枪位检测显示目前国内外喷枪、测温枪、取样枪在显示屏上显示 的仅仅是上下极限位置，不够准确，没有行程的定量数 据，对控制不利。现在我们的这三支枪都有行程检测功 能，可以准确地测量和控制枪位，对完成工艺目的将十 分有利。事故停电提喷粉枪装置喷吹时当万一发生停电等事故时，目前国内外的喷.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）枪都一筹莫展，不但损坏了枪，连一罐铁水都有可能报 废。我们加设了停电事故装置，可以很快的很容易地将 喷粉枪提出铁水罐外，避免重大损失。瞬时显示喷粉质量流量表瞬时显示喷粉质量流

44、量表可以测量管道中粉剂的 瞬时质量流量，反应快，误差小，成本低，对更好地最 佳喷粉工艺可以起一定的作用。4.2工艺参数4.2.1 脱硫前铁水条件2. 3铁水脱硫铁水预处理脱硫是铁水预处理过程的最重要的环 节，具优点在于：1 ）有利于稳定高炉造渣制度，节约能耗；2）保证炼钢吃精料，有利于钢铁产品的结构改革， 提高质量。3）有利于钢铁冶金的整个流程实现最优化。.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）铁水脱硫一般采用如下两种方法：1）用石灰，铁水脱硫的化学反应为CaOs S CaSs OG 25290 6.66T热力学计算表明，单纯用CaO是不能脱硫的，但在 。存在的条件下，脱硫反应是很容易进行的

45、，CaOs S C CaS COG 25320 26.33T2）用钝化金属镁脱硫，这是近几年刚兴起的钢铁 冶金新技术，新工艺。其化学反应为Mg S MgS或由于镁的沸点是1170 C ,当喷入铁水后，来不 及溶入铁水即气化，反应为Mg g S MgS g长期以来，北京科技大学对金属镁粒铁水预处 理过程脱硫进行了系统的研究，得到镁在铁水中的物理 化学行为及镁脱硫的热力学结果。固态金属镁粒进入铁 水后少部分在铁水中溶解，并很快达饱和溶解；大部分 镁粒升华后在铁水中形成镁蒸气气泡，气泡直径与固体1镁粒直径Ds及温度T的关系为Dg 1.368T3Ds；单位Kg的 镁粒产生的气泡与铁液界面积，和固体镁粒直径4及温20.015T3A5度T的关系为Ds;与丁01325 10 Pa的气态镁平衡的.1.东北大学继续教育学院毕业设计（论文）06131