KR脱硫在含钒钛铁水中的应用

赵希林

(攀钢集团西昌新钢业有限公司炼钢厂，四川西昌，615012)

摘 要：含钒钛铁水具有物理热低、还原性气氛不足、流动性差、渣铁不易分离的特点，不利于应用KR脱硫。通过优化KR脱硫参数，有效控制了铁水回硫量，提高了脱硫率，降低了铁损，在完全满足提钒炼钢生产的同时有效降低了生产成本，取得了可观的经济效益。

关 键 词：KR法；脱硫；含钒钛铁水

1 前言

攀钢集团西昌新钢业有限公司(以下简称攀钢新钢业)是使用含钒钛矿石炼铁并进行提钒炼钢的厂家之一，自2002年投产以来，含钒钛铁水[S]含量高且一直波动较大，温度低且波动大导致半钢冶炼渣量大，钢铁料消耗高。攀钢新钢业炼钢厂新建KR脱硫站，针对含钒钛铁水特点优化KR脱硫参数，有效解决了含钒钛铁水脱硫困难及回硫量大的问题，创造了可观的经济效益。

2 含钒钛铁水特点

攀钢新钢业含钒钛铁水含S高且波动范围大(见表1)，高炉不同炉次间铁水成分波动大(见表2)，增大了脱硫的难度。含钒钛铁水过热度低，炉渣中TiO2质量分数较高导致炉渣流动性差[1]，渣铁分离困难。

3 含钒钛铁水KR脱硫问题分析

3．1 脱硫的热力学条件差

导致含钒钛铁水脱硫率较低的因素有：铁水温度低(见图1)，脱硫率低；同时低温导致脱硫渣与铁水不易分离，脱硫铁水回硫量较大(随机抽取100炉进行统计，结果如表3)。

3．2 脱硫铁损大

铁水温度低增加粘包铁损；脱硫后渣铁分离效果差增加扒渣温损和扒渣铁损(见表4)。

4 KR脱硫工艺参数优化

4．1 脱硫剂选择

4．1．1 脱硫剂选择的原则

适宜含钒钛铁水KR脱硫的脱硫剂要适当添加还原剂以弥补铁水还原性气氛不足，应具有脱硫能力强、效率高、单耗低，对温度和成分的适应范围广，脱硫反应时不降温或少降温的特点。同时成渣后要能够有利于渣铁分离，降低扒渣铁损。

4．1．2 脱硫剂特点及选择

目前使用的脱硫剂主要有石灰基、苏打、电石基和镁基脱硫剂。Mg脱硫能力较强，但熔点和沸点较低(651℃和1107℃)，爆炸式反应造成喷溅，同时价格和成本高。CaO资源广、价格低、易加工，生成固体渣，扒渣方便，但单耗高，渣量大，处理周期长。CaC2具有很强的脱硫能力，在铁水中反应为[2]：

CaC2+[S]=CaS+2[C]

△GΘ1=﹣359245+109.45Tj/mol

在温度高和S含量高时，CaC2有较高的脱硫速率，硫在较短时间能降到一定水平；生成的CaS熔点高(2450℃)，形成疏松状固体渣便于扒渣及减少回硫。生成的C可弥补铁水C低的缺陷；CaC2脱硫属放热反应，可降低温损。

因此，选用主要成分为CaO∶CaC2∶CaF2=5∶4∶1的复合脱硫剂，能够满足含钒钛铁水KR脱硫的工艺要求。历年KR脱硫主要指标如表5，脱硫剂对铁水S含量的适应性如表6。

4．2 优化KR脱硫参数

KR脱硫的关键参数在搅拌头，合适的搅拌头转速、插入深度及加料时间，是强化脱硫的关键参数。在KR搅拌脱硫过程中，脱硫剂与铁水的接触时间，接触面积和接触概率是实现强化脱硫反应的关键手段之一。优化扒渣操作可有效控制脱硫后铁水的回硫量。

4．2．1 搅拌三阶段

搅拌过程可分为三阶段：1)开始启动阶段：搅拌不充分，搅拌头的旋转使得铁水沿叶片端高速排出，并在近壁区与壁面发生作用，流体被分为上下两股。2)加速旋转未达到正常转速前：铁水动能不断增加，轴向的环流不断向顶部和底部延伸，轴向环流半径增大，同时，由于搅拌头的带动，铁水旋转流矢量逐渐增大。3)正常转速阶段：搅拌充分，液面漩涡形成，径向旋转流和轴向环流充分耦合，使脱硫剂在轴向和径向充分混合。

4．2．2 搅拌的特点

搅拌形成漩涡对脱硫剂的卷入量和卷入深度有很大关系。搅拌头旋转后，在离心力作用下，液体表面中心形成抛物面状的漩涡。漩涡深度随着搅拌头转速以及浸入深度变化。在浸入深度一定的情况下，液面漩涡深度随着转速的提高而不断增大；在转速一定的情况下，漩涡深度随着浸入深度的减小而加深。加大漩涡深度有利于增大液体表面脱硫剂的卷入深度和传质速度。但是，漩涡深度越大，铁水罐的有效容积比率越小，包壁周围的铁水液面就越高，铁水容易溢出。

通过分析搅拌规律和试验对比，将搅拌头转速与使用次数关联，前、中、后期(100次、200次及以后)的转速控制分别为低、中、高(80rpm、85rpm、90rpm)，将搅拌头浸入深度控制在上端面距铁水液面200～300mm，加料时间控制在搅拌前3min，保证脱硫率的同时延长了设备寿命(搅拌头寿命由改进前的150次提高到350次，搅拌轴及轴承寿命从改进前的3个月提高到12个月)。

4．2．3 扒渣操作

含钒钛铁水脱硫渣上浮困难，导致脱硫后铁水回硫。曾经对扒净渣的铁水采用过静置，观察到脱硫渣还在上浮，对于低温铁水尤其明显。因此在扒渣操作时采取：1)底吹氮：在铁水罐底部靠扒渣倾翻侧增加底吹氮气装置，可加快铁水内脱硫产物上浮的速度，增加上浮几率，使铁水更洁净。同时，底吹氮上浮力将铁水液面的脱硫渣向扒渣倾翻方向驱赶，可改善扒净效果(见图2)，降低扒渣铁损(见表7)。2)严格控制扒渣时间：在不明显增加温损的情况下适当延长扒渣时间能降低回硫量增。扒渣时间6～12min试验的回硫量对比得出，扒渣时间10min时回硫量最小(见表8)。占有率降低。

6 结论

(1)通过优化水冷系数、带钢与轧辊间热传导系数、摩擦系数等系数，能解决换规格卷带钢终轧温度存在计算偏差较大的问题。

(2)优化短期温度自学习参数在转换卷的权重系数，能提高温度模型预测精度和轧制稳定性。

(3)2010年生产实践证明，该终轧温度预测模型的优化过程和方法是正确、有效的。

参 考 文 献：

[1]   孙一康轧制过程数学模型[M]．北京冶金工业出版社，1979．

[2]   杨节．轧制过程数学模型[M]．北京冶金工业出版社，1993．

[3]   汪祥能，丁修．现代带钢连轧机控制[M]．东北大学出版社，1996．

[4]   蔡正，刘相华，王国栋．热轧带钢温度场的数值模拟[J]．金属成形工艺，1996．

[5]   沈颐身，李保卫，吴懋林．冶金传输原理基础[M]．冶金工业出版社，2000