武钢铁水脱硫工艺实践与技术进步

1、武钢铁水脱硫工艺实践与技术进步 1. 前言武钢炼钢总厂现有三个炼钢分厂（以下称二、三、四炼钢），铁水脱硫采用了喷吹法（包括混铁车和铁水罐）和KR搅拌法（包括平底和球底铁水罐）。自2003年以来，铁水脱硫比一直维持在80%以上。随着低硫品种钢的不断增加，2007年武钢铁水脱硫比已超过90%，2009年更是高达99%，深脱比在88%以上2. 铁水脱硫工艺技术概况武钢二、四炼钢采用的是KR机械搅拌脱硫，三炼钢采用的是鱼雷罐和铁水罐喷吹脱硫，工艺装备概况见表1。 2.1 铁水罐KR搅拌脱硫概况武钢二炼钢1号KR脱硫装置是70年代末期为硅钢生产配套而采用的新日铁KR搅拌脱硫技术，其设计能力为50万t/a

2、。该法具有深脱硫能力强、铁水入炉不易返硫、脱硫成本低等优点，但脱硫设备相对较复杂。KR脱硫主体装置由扒渣、搅拌器、脱硫剂储存运送三个系统组成，相关参数见表2。 2.2 混铁车喷吹脱硫概况武钢三炼钢采用320t混铁车喷吹CaC2（或CaO）脱硫工艺，两套脱硫装置可同时作业。该法优点是脱硫效率高、温降低，但存在脱硫“死区”、脱硫渣需额外扒除等不足。喷吹脱硫装置由喷吹系统、脱硫剂输送系统及喷枪储存系统构成，主要参数见表3。2.3 铁水罐颗粒镁喷吹脱硫概况武钢三炼钢另一脱硫站采用的是铁水罐颗粒镁喷吹脱硫工艺，该法亦具有脱硫效率高、温损低等优点，但脱硫渣难以扒尽，易产生回硫、脱硫成本较高等。其主要设备包

3、括：储料系统、喷吹给料系统以及喷枪等，主要设计参数见表4。 2.4 脱硫剂单位消耗及成本上述三种脱硫方式的三种脱硫剂中，镁脱硫剂现行市场价格很高。KR法中，普通氧化钙脱硫剂单位消耗约7kg/t；喷吹法中，碳化钙脱硫剂单位消耗约6.5kg/t，钝化镁脱硫剂单位消耗约0.45kg/t。因此，按目前市场价格测算，氧化钙脱硫剂的单位脱硫成本最低。3. 不同铁水脱硫工艺的技术进步随着市场对低硫钢需求的日益增多，原有脱硫工艺及生产能力已不能适应低硫铁水比例急剧增加、入炉铁水硫含量要求越来越低的生产要求，改进脱硫工艺势在必行。3.1 KR法搅拌速度及插入深度优化对KR搅拌脱硫进行水模实验，实验目的是研究不同

4、搅拌速度和深度对脱硫剂卷入量和卷入深度的影响。以水模拟铁水，聚氯乙烯膨胀塑料颗粒模拟脱硫剂。根据二炼钢现场实际搅拌速度范围（80r/min120r/min）确定实验搅拌器速度为6r/min20r/min。根据现场实际潜入深度，确定实验搅拌器潜入深度为160mm、200mm和260mm。在某一实验工况条件下，稳定搅拌15min，再采用数码摄像进行录像拍照。实验结果表明：当转速小于9.7r/min时，穿透深度随搅拌速度的提高而稳步加深；当转速为9.7r/min10.5r/min时，穿透深度明显增大；当转速大于10.5r/min时，穿透深度极缓慢加深。显而易见，存在一个最佳转速范围。因而确定转速范围

5、为10.5r/min15.5r/min，以此指导现场操作。潜入深度也存在一个最佳值，实验结果表明200mm为最佳。按照模型与实物的比例M，实物的最佳潜入深度应为200×M mm。3.2 搅拌头寿命提高及新型搅拌器的成功开发 改进优化工艺，四叶片搅拌器寿命大幅提高KR脱硫法使用初期，最大难点就是搅拌头寿命低而制约该技术的发展。武钢二炼钢厂不断改进完善搅拌头浇注料配比、制作、烘烤及热修补技术，使搅拌头寿命稳定在500次/根以上。图1是19962006年搅拌头平均使用寿命提高情况。由图4可见，搅拌头最高寿命达到730次，较1996年提高了151%。实践证明，四叶搅拌头的最佳经济寿命为500

6、次600次左右。 新型三叶片搅拌器的开发与应用在实践中还开发了新型三叶片搅拌器（头）。传统搅拌器为四叶片十字型布置，搅拌叶桨之间角为90°；叶桨迎铁面由下而上前倾10°20°，背铁面由下而上前倾010°，侧面由下而上外倾2°4°。新型搅拌器为三叶片，沿搅拌轴周向均匀分布，叶桨迎铁面由下而上前倾2°30°，背铁面由下而上前倾030°，侧面由下而上外倾2°4°。两者比较，后者具有更高的搅拌卷吸强度，增强了卷入叶片间脱硫剂的径向排出分散，扩展了旋涡回旋循环区域，径向分散和旋涡回旋混合改善了脱

7、硫动力学条件。同时，改善了叶片夹角积渣问题，使搅拌头寿命稳定在600次/根以上。3.3 KR法底侧吹工艺实践为实现KR脱硫的高速、高效和精准，满足生产高节奏、产品优质廉价的需求。经研究认为，可以在KR脱硫罐（球底）上引入底吹系统：在铁水罐底部安装材质为Al2O3-SiC-C的耐高温侵蚀、双环缝吹气的整体透气砖。武钢四炼钢脱硫铁水罐为平底，二炼钢脱硫罐为球底。进一步研究表明，平底罐采用侧吹而球底罐采用底吹效果较好。经水模实验及现场实践对比，最终确定了底、侧吹最优吹气流量和透气砖最优安装位置。图2为球底罐底吹透气砖安装示意图。3.4 KR变速搅拌实践变速搅拌是根据KR脱硫在脱硫搅拌过程中固体颗粒脱

8、硫剂的悬浮量和滞留时间，不断调整搅拌速度，以加速熔池内脱硫剂颗粒的扩散速度。与目前KR脱硫采用的恒速搅拌相比，从机理上分析，由于在铁水搅拌过程中进行了多次变速，破坏铁水运动平衡，强化了铁水与脱硫剂颗粒间的接触与反应，从而达到提高脱硫剂反应速度，增强脱硫反应效果。3.5 KR法脱硫剂选择与优化 CaO基复合脱硫剂取代CaC2原引进的KR脱硫设备和技术专利规定，脱硫剂采用CaC2。CaC2脱硫剂虽然有脱硫能力强、脱硫速度快等优点，但也存在两个问题。一是易燃易爆，危及安全，不便运输存贮；二是CaC2加工困难，价格较贵。鉴于上述原因，1985年开始利用CaO基复合脱硫剂成功取代CaC2，效果良好，脱硫

9、后平均硫含量可达10ppm，且脱硫成本大幅度降低。 新型高效脱硫剂开发与应用由于现有的CaO-CaF2系KR脱硫剂是用石灰和萤石按一定比例人工或机械混合而成，存在易粉化受潮缺点，且在铁水条件波动时（如温度偏低1220，前硫较低在0.015%等），脱硫剂消耗相当高且脱硫效果不稳定。为此，开发了含Mg、Al复合脱硫剂，以及钝化石灰脱硫剂等新型KR脱硫剂。该新型脱硫剂采用物理或化学钝化法，最新钝化方式为，将原材料萤石和石灰石加工成150目左右。按比例进行混合，干燥、造粒，再进行焙烧，在高温下进行气相法钝化。其成品具有粒度均匀、成分稳定，便于存放和运输，有效利用率高等特点。如再添加一定量镁、铝等，其脱

10、硫效果更佳。对比试验表明，新型脱硫剂平均单耗较现行B标准耗量低约20%，较普通氧化钙脱硫剂约40%。实践表明，该脱硫剂在加入过程中下料均匀烟尘小，无喷溅，后渣流动性较好；而平均脱硫温降为与普通氧化钙脱硫剂脱硫温降相当。3.6 KR二次脱硫法的应用对于异常高炉铁水（温度1200、硫含量0.090%），根据铁水预处理的特定条件和化学反应，借鉴转炉“双渣法”的原理，改变以往多加脱硫剂、提高搅拌速度及延长搅拌时间的工艺操作方法。按标准加入脱硫剂、控制正常的搅拌速度及搅拌时间，在使用变速搅拌法的同时采用二次脱硫法，可以达到良好的脱硫效果。3.7 铁水罐颗粒镁喷吹脱硫工艺优化对铁水罐颗粒镁喷吹脱硫工艺进行

11、水模实验，实验目的是以混匀时间作为反映脱硫效率的标志性参数，研究喷枪枪位、喷吹流量、喷枪喇叭口高度及喷枪夹角对混匀时间的影响，从而优化现场的操作参数。以水模拟铁水，喷吹压缩空气模拟喷吹氮气，以某种特定溶液模拟脱硫剂。当溶液用漏斗加入到水中（靠近喷枪口附近），开始用电导仪测量电导率的变化，当电导率达到平均值的95%，即认为钢液混匀。同时用摄像机将实验过程摄录并输入到电脑进行处理。实验采用正交实验方法。混匀时间随着喷枪枪位和喷吹流量两个因素同时增大或其中任意一个单一因素增大而减小，说明在实际操作中选择大枪位和大流量有利于提高脱硫效率。喇叭口高度对混匀时间的影响无明显规律。当夹角为10°，

12、枪位740mm时，混匀时间随喇叭口高度增加而延长；当夹角为8°，枪位740mm时，混匀时间最短点出现在喇叭口高度为282mm，而最长点则为296mm。喷枪夹角对混匀时间的影响。当枪位固定为740mm时，通过实验发现，最短的混匀时间与喷枪的夹角与喇叭口高度的组合有关（见表5），且夹角的选择应随喇叭口高度的增加而减小。根据水模实验的结果，确定了现场实际操作的最佳喷枪枪位、喷吹流量、喷吹喇叭口高度及夹角等参数，获得了良好的脱硫效果。3.8 开发纯镁喷吹脱硫工艺辅助扒渣技术对于喷吹镁脱硫剂的脱硫工艺来讲，最大的困难是脱硫渣难以扒除，并最终造成转炉炼钢时回硫。因此，先后采用了加入粘渣剂和铁水罐

13、侧吹工艺，并取得较好效果。 粘渣剂的使用由于喷吹镁脱硫剂产生的脱硫渣以MgS为主，而MgS具有分子小，熔点低的特点，导致脱硫渣呈现液态。同时因喷镁脱硫本身的脱硫效率高，Mg剂加入量少，导致脱硫渣渣量少而极难扒除。因此，脱硫后投入粘渣剂使脱硫渣粘稠。粘渣剂成份以SiO2为主，SiO2因分子直径较大，具有良好的吸附能力，投入大罐后，能较快吸附MgS颗粒，并聚合形成大块的固态渣层，便于扒除，显著提高扒渣效果。 侧吹工艺实践此外，还开发了铁水罐侧吹工艺：在铁水罐第56环砖上安装供气砖。当在扒渣开始时，进行侧吹，将脱硫渣吹向罐口，便于扒渣。实践证明，喷吹镁脱硫中引入侧吹技术后，平均扒渣时间缩短约3min

14、，转炉冶炼平均回硫炉次降低约70%。3.9 混铁车混合喷吹工艺实践武钢三炼钢2008年9月以前，一号脱硫站使用碳化钙脱硫剂，二号脱硫站使用钝化镁脱硫剂。由于碳化钙、钝化镁价格不断上涨，使铁水脱硫成本急剧上升。为了降低脱硫成本，结合三炼钢现有脱硫工艺以及设备状况，提出了处理后的铁水的硫含量、温度及供应节奏等能满足转炉生产要求的前提下，以（价格低廉的）CaO替代部分（价格较高的）CaC2这一基本思路。经过论证，于2008年9月中旬开始在原单纯使用碳化钙脱硫剂的一号脱硫站，进行了氧化钙替代部分碳化钙的混合喷吹脱硫试验。实践证明，只要科学控制氧化钙脱硫剂原料组成配比和粒度构成，合理定位目标硫，以氧化钙

15、替代部分碳化钙脱硫，在温降、罐况及节奏等方面完全能满足生产需要，还可以大幅降低脱硫成本。4. 结论武钢炼钢总厂采用的三种不同脱硫技术各具特点，满足多品种结构生产需要。KR脱硫适合低硫、超低硫钢的大量生产需要，能确保硫0.001%，并显示其稳定性和经济性。铁水罐颗粒镁喷吹具有很高脱硫效率，但存在脱硫后渣难扒除的缺点，应用粘渣剂的是有效解决办法之一。混铁车喷吹脱硫具有铁水保温效果好，铁水温度高的优点，但突出问题是反应动力学条件差，深脱能力弱，还需采取多方面的措施来维持脱硫效果。武钢在20余年铁水脱硫技术发展进程中进行了多项技术改进，脱硫工艺不断优化完善。KR法中成功实现CaO取代CaC2，首创了KR底侧吹技术和三叶片搅拌器技术等；