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镁粒脱硫工业试验研究

发表时间：[2007-10-27]　　作者：　　编辑录入：admin　　点击数：1808

摘要:通过采用冷态模拟试验,确定了合适的喷吹工艺参数,设计了喷吹镁粒设备在酒钢炼钢厂脱硫站进行了工业试验。试验结果表明:采用喷吹镁粒脱硫工艺,其脱硫率在85%～92%之间,铁水温降10～15℃,镁粒耗量吨铁0.45～0.60kg。镁粒脱硫工艺与其它脱硫工艺相比,具有脱硫效率高、铁水温降小、产生的渣量少、对环境的污染少等特点。

关键词:镁粒;脱硫;试验

　酒钢炼钢厂脱硫站有2个脱硫工位和2个扒渣工位。石灰脱硫站于1986年投产,脱硫剂配比采用90%的活性石灰粉、5%的萤石、5%的焦炭。通过流态化喷吹罐喷吹到120t铁水罐中,铁水装入量在80～120t之间,脱硫率平均65%,年处理能力45万t,铁水温降30～40℃。虽然脱硫后铁水硫可达到0.010%,但由于近年来品种钢生产对铁水中w(S)提出了较高的要求,而CaO脱硫工序处理时间长,粉剂用量曾一度达到12kg/t,铁水温降80～100℃,每罐处理周期90min。脱硫工序与转炉冶炼周期无法匹配,在开发冶炼品种钢时,常需准备几罐深脱硫铁水,转炉才开始冶炼品种钢,否则无法保证转炉的连续生产。由于脱硫工艺落后,铁水处理时间长,导致高炉铁水罐口时有结壳,生产组织极为被动,转炉操作控制不稳定,品种钢的质量受到影响。因此,在借鉴国外脱硫工艺的基础上,针对酒钢脱硫工艺的状况,选择单吹镁粒脱硫工艺作为研究对象。通过冷态模拟试验获得的喷吹工艺参数,进而进行了工业试验研究。

1 铁水镁粒脱硫工业试验装置

1.1 镁粒脱硫喷枪的选用

　根据乌克兰依里奇钢厂和亚速钢厂镁粒脱硫的研究结果,如果直接向铁水中投放冷态镁粒,镁粒会发生剧烈的反应,铁水喷溅严重,镁粒在铁水中上浮时受热和气化过程占去了一部分时间,导致镁的利用率降低。如果采用镁的复合脱硫剂,则添加剂对镁的受热和气化有抑制作用,同样会使镁的利用率降低。为此,向铁水中喷吹纯镁粒,使镁在进入铁水前预先受热和气化,用设计独特的带有气化室的喷枪插入铁水包喷吹镁粒,能使镁粒在铁水中熔化、气化,达到较好的铁水脱硫效果,镁粒在铁水中呈气态,这就使镁粒使用量相对较低,而利用率较好。本试验选用自行设计的喷枪,参数见表1 。

表1 　喷枪结构参数

管道直径/mm	氮气耗量/ (m³·h^-1)	气源压力/ MPa	枪口直径/ mm	喷枪候口直径/mm
20	75	0.6	15	12

1.2 铁水脱硫处理装置

　本试验装置由喷粉罐、镁粒吊斗、料斗、吊车挂钩、称量装置、喷枪、铁水包等组成;气路控制系统主要由喷粉罐、料罐、回收罐、流量计、调节阀、压力表及其它各类阀门管路等组成;喷吹参数参考冷态模拟试验确定。

2 铁水镁粒脱硫试验方案

2.1 高炉铁水条件

　酒钢炼铁厂来的铁水条件见表2 。

表2 　镁粒脱硫使用的铁水成分和温度

脱硫站铁水温度/ ℃	铁水成分( w_B ) /%
脱硫站铁水温度/ ℃	C	Si	Mn	P	S
1350～1470	3.8～4.0	0.3～0.8	1.00～1.40	≤0.15	0.030～0.055

2.2 脱硫剂的理化指标

　活性镁是钝化镁脱硫剂中脱硫的有效成分,其含量的高低直接影响到脱硫的效果,本试验使用活性镁的理化指标如下:松装密度0.75～1.02g/cm³;流动性指标,安息角小于30°,流动性21.6s (指定量物质从定高的漏斗全部落下所需的时间);自燃点为700～1000℃;吸潮性,定温下放置20h增重小于2%;粒度直径为0.5～1.6mm。本试验中部分钝化镁中的活性镁的分析结果见表3。

表3 　脱硫剂理化指标

活性镁中w (Mg) / %		杂质质量分数/ %			水分/%
钝化前	钝化后	铁	锰	酸盐不熔物	水分/%
不小于 98.5	92～97	不大于 0.2	不大于 0.10	不大于 0.20	不大于 0.5

2.3 喷吹参数的选择

2.3.1 粉气比

　根据冷态模拟实验的最佳参数,本次镁粒试验用量选择为0.5kg/t。实验过程观察输送物料是否畅通,脱硫时铁水的喷溅情况。

2.3.2 载粉气体压力和流量

　气体的压力大于插入铁水深度的铁水压力加上整个喷吹系统压力损失及喷出压力之和。确定载粉气体压力的原则,一般是在喷口处的压力必须略大于此处铁水的静压力,以利载粉气体在铁水中与粉剂分离并缓慢上升,如果压力过大,气体呈射流状进入铁水中,易形成气管状通道,难发挥脱硫剂的作用,脱硫效率下降。一般地适当提高供气量可使铁水搅动增强,提高脱硫效率。但在喷枪插入深度一定时,过分地提高供气量,会引起喷溅和铁水温降增大,本次试验为60～125m³/h。在喷吹处理时,载粉气体的流量和压力对操作安全与处理效果都有影响。载粉气体的流量和压力的最佳值需在生产实践中摸索确定。

2.3.3 喷吹速度

　对一定的脱硫工艺,应有一个最佳的喷吹速度,这需要在生产实践中摸索确定。设计的喷吹速度是5～15kg/min。

2.3.4 喷枪插入深度

　影响镁脱硫剂脱硫效率的最重要因素是插枪深度,枪插入浅,镁的脱硫效率会大大下降。喷枪的插入深度直接关系到粉剂在铁水中逗留时间的长短和与铁水接触机会的多少,还会影响脱硫剂扩散范围的大小。本试验喷枪深度为2.3m左右,喷枪出口距罐底0.5m。

2.4 工业试验操作

　 (1)将高炉铁水运至脱硫线扒渣位,进行测温、取样,倾翻铁水罐,开始第一次扒渣;

　 (2)扒渣完毕,铁水罐恢复原位,喷枪下降插入铁水罐内喷吹脱硫;

　 (3)喷吹完毕,开始脱硫后的测温取样,倾翻铁水罐,开始第二次扒渣;

　 (4)扒渣完毕,铁水罐回到原位,将脱硫后铁水兑入混铁炉。

3 试验结果

3.1 喷成率

　首次试验钝化镁的安全性是铁水镁粒喷吹脱硫成败的关键,其次设备喷粉控制系统的安全可靠性与否对喷成率影响很大。在喷吹处理的50罐中,46罐顺利地实现脱硫,达到工艺要求,占92%,未达到工艺和喷吹失败要求的4罐占8%。在试验过程中所发生的4次事故,2次由于外部铁水原因所致,一次由于喷枪头部耐材质量不良,喷吹过程中头部脱落;一次由于胶管破裂等原因导致试验中断,其余罐次试验喷吹过程正常。因此,该喷吹系统稳定,调节简单,操作方便。

3.2 铁水处理效果分析

　工业试验共处理的46罐铁水中,所使用的铁水每罐80～120t,铁水温度1200～1450℃,铁水中的w(S)为0.024%～0.045%。脱硫率在85%～92%之间,平均脱硫率88%,铁水脱硫后,硫最低达0.003%;铁水温降10～15℃,平均温降12.5℃,喷吹时间每罐9～15min,平均11.4min,镁粒吨铁消耗0.45～0.65kg,平均吨铁消耗0.51kg。部分数据见表4。

　本试验成果已经成功地应用于酒钢工业生产,并取得了良好的效果。

表4 　铁水镁粒脱硫工业试验原始数据

铁水重量/t	喷镁量/ kg	镁单耗/ (kg·t ^-1)	脱前报脱硫/%	脱后硫/%	脱硫率/%	脱前温度/℃	脱后温度/℃	枪位/mm
99	45	0.45	0.045	0.00675	85	1320	1304	2350
82	45	0.55	0.040	0.00440	89	1318	1302	2350
83	55	0.54	0.037	0.00339	91	1324	1310	2350
101	55	0.57	0.032	0.00384	88	1316	1302	2350
87	50	0.57	0.027	0.00351	87	1325	1305	2350
110	60	0.37	0.024	0.00336	86	1337	1317	2350
113	42	0.44	0.027	0.00324	88	1339	1309	2350
114	49	0.57	0.036	0.00504	86	1324	1296	2350
113	50	0.51	0.040	0.00400	90	1310	1289	2350
106	60	0.54	0.040	0.00400	90	1330	1310	2350

4 试验结果讨论

4.1 喷枪深度

　插枪深度是影响镁脱硫剂脱硫效率高低的重要因素,枪插入浅,镁的脱硫效率会大大下降。当枪插入深度由2.3m降至1.3m,镁的脱硫效率会下降10%～15%。本次试验在铁水温度1360℃、插枪深度1.2～1.6m的条件下,镁脱硫剂的脱硫率由64.8%升到66.3%。可见,随着枪深的增大,脱硫率有所提高,但并不显著(见图1) 。

图1 　脱硫率随枪位的变化趋势(Q=80m³/h)

　喷枪插入深度影响镁的利用率和熔池的搅拌情况。但插入太深,会引起溶池的振荡,对铁水包底面冲击大而降低铁水包的寿命,喷吹速度大时振荡更为明显。对酒钢120t铁水包最佳枪深为2.3m。

4.2 喷吹气体流量

　喷粉冶金的优点之一是吹入的气体在其上升过程中带动液体运动,促进传质,使液体和反应剂充分混合,从而提高反应速度。喷吹镁粉时,若气体流量过大,则镁气泡在铁液中的停留时间短,来不及完全反应就到达溶池顶部而逸出,使其效率下降。因此,从提高镁的脱硫效果出发,应选择合适的气体流量和粉剂喷吹速度。

　粉气比的大小通常要直接受到喷粉设备的影响。从工艺操作角度出发,在保证一定搅拌力的前提下,应尽可能减少载气,增大粉气比。运载气体能增快脱硫剂的上浮速度。在气量大的情况下,还会出现脱硫剂尚未充分发挥作用就被气泡带到液面上的情况。另外,载气量大时,喷枪粉气出口速度较大,造成气流和气泡对铁水搅拌力强,易出现铁水喷溅现象。

　从试验过程看,喷吹气体流量小于50m³/h,会因搅拌力不够影响脱硫效果,而且镁粒容易堵塞管道;大于100m³/h时,随喷吹时间延长,铁水温降会增大。对于酒钢脱硫系统合适的气体流量范围70～85m³/h。

4.3 喷吹气体压力

　压力是调节整个系统正常工作的重要参数,通过对管道及铁水静压力的计算,整个系统阻力约为0.50MPa,因此,在整个实验过程中,总管压力始终大于0.55MPa,喷吹过程正常,调节罐顶与助吹的压差,喷粉速度增大,当喷粉速度大于12kg/min时,铁水喷溅严重。从整个实验过程看,镁粒脱硫的最佳喷吹参数为:助吹压力0.32MPa,喷粉罐压力为0.3255MPa。

4.4 铁水温度

　因为镁脱硫反应是放热反应,温度升高不利于脱硫的进行。尽管温度升高传质系数增大,但总的看来,随温度的升高,脱硫率下降,镁的利用率减少。初始w(S)为0.02%的铁水,经过相同的处理, 温度为1400℃的铁水终点w(S)为1250℃时的2倍。

4.5 带渣量

　高炉渣因为含硫高,碱度低,硫容量小,故对脱硫极为不利,而且渣量过大,造成的铁损也大。所以一般均要求尽量少带高炉渣,且最好在喷吹前进行扒渣操作。

4.6 高炉铁水罐装入量

　当铁水罐装入量较满时,脱硫反应空间小,喷吹时,容易产生铁水喷溅;铁水装入量过少,进行扒渣处理时,铁水罐倾翻不到位,脱硫后渣子无法拔除干净,转炉冶炼时,会产生“回硫”现象,根据实验的情况,合理的铁水装入量应控制在80～120t之间,保证铁水罐净空在300～500mm之间。

5 结论

　 (1)适合酒钢120t铁水罐喷吹脱硫的工艺参数为:喷枪喉口直径12mm;喷枪插入深度控制在2.3m左右;喷吹氮气耗量70～85m³/h;总管压力大于0.55MPa;罐顶压力0.325MPa;助吹压力0.32MPa。

　 (2)适合酒钢1300℃左右的铁水罐喷吹脱硫的钝化镁的物理和化学特性指标为:松装密度0.75～1.02g/cm³;安息角小于30°;自燃点700～1000℃;粒度直径0.5～1.6mm;钝化镁中活性w(Mg)大于92%。