摘要:介绍KR法铁水预处理工艺，对投产初期经济技术指标较差的原因分析及采取的应对措施进行了分析,措施实施后各项指标都有了很大提高，脱硫成本也得到控制。

　 关键词: 铁水预处理　 脱硫　 参数　 指标

1 前言

　 昆钢第三炼钢厂铁水预处理装置于2002年12月26日建成并投入使用，脱硫站内设两个搅拌脱硫工位和两个扒渣工位，采用机械搅拌法脱硫，即：KR法，年处理铁水设计能力为130万吨。在投产初期。由于诸多因素的影响，脱硫剂单耗高、脱硫率低、搅拌头寿命低、生产成本高。为此，第三炼钢厂组织了对铁水预处理工艺的研究、优化，提高工艺技术水平。降低生产成本。第三炼钢厂铁水预处理工艺流程简图见图1。

图1 铁水预处理工艺流程简图

　

2 KR脱硫预处理工艺简况

　 机械搅拌法脱硫就是将耐火材料制成的搅拌器插入铁水罐液面下一定深度，并使之旋转，加入脱硫剂后．借机械搅拌作用使脱硫剂卷入铁水中并使其接触、混合，进行脱硫反应，达到脱硫的目的。

3 铁水预处理工艺存在的问题

　 铁水预处理装置投产初期脱硫剂消耗高、脱硫率低、搅拌头寿命低、生产成本高，可从表1中看出来。

表1 投产初期主要生产指标

脱硫序号	铁量t	温度/℃		铁水成分/%		搅拌头使用次数	转速r/min	脱硫剂加入量/㎏
		前温	后温	前硫	后硫
3K-244	52	1302	1275	0.056	0.020	143	100	450
3K-247	51	1323	1290	0.057	0.012	146	102	600
3K-248	51	1327	1299	0.055	0.010	147	99	600
3R-354	51	1290	1259	0.051	0.018	308	110	560
3R-353	52	1278	1247	0.050	0.015	309	110	460
3K-219	52	1258	1235	0.038	0.017	199	100	350
3R-295	51	1261	1234	0.052	0.029	253	105	350

　

　 表1显示投产初期铁水平均温降为28.6℃，脱硫剂单耗为O.28kg，脱硫率为65％，处于一个比较低的水平。

4 铁水预处理工艺存在问题的原因简析

4.1 工艺参数

　 在设定工艺参数时主要以提高脱硫效率、降低消耗为基准。另外兼顾安全生产、设备、环境等因素。投产初期所设定的工艺参数，基本上是由技术支持单位武钢二炼钢提供的，与昆钢生产实际不完全符合。主要包括：脱硫剂加入量、搅速、搅拌头插入深度、搅拌时间等操作参数。

4.2 脱硫剂理化指标

　 脱硫剂的理化指标直接关系到脱硫率和脱硫剂消耗。石灰粉流动性差，在输送中易堵塞，在料罐中也可能“架桥”造成堵料，将影响脱硫剂的输送；脱硫剂粒度过大，减小了反应界面不符合脱硫反应的动力学条件，不利于脱硫反应的进行；粒度过．细一方面易造成输送过程的堵料，也容易被除尘风机抽走，既影响除尘又增加脱硫剂的消耗；另一方面。粒度过细，石灰粒子表面容易形成一层较厚而致密的2CaO·Si0₂与CaS的反应层，影响脱硫反应的进行，烧损也大。目前脱硫剂存在的主要问题是粒度≤0.1mm的比例过大(即粒度过细)，造成了脱硫剂消耗大。

　 脱硫剂的理化指标如下：

　 配比：活性石灰88～90％　　　 萤石10～12％

　 粒度要求见表2。

表2 石灰粒度要求

粒度（㎜）	≤0.1	0.1-0.5	0.5-1.0	≥1.0
比例（%）	＜5	25-35	55-65	≤5

　

4.3 铁水成分波动

4.3.1 铁水硅高

　 第三炼钢厂铁水成分波动大，经常要对高[Si]铁水进行处理，处理高[Si]铁水时如果不采取相应的措施，则会造成脱硫率低。

4.3.2 低温铁水

　 低温铁水无论从热力学还是动力学角度讲都不利于脱硫反应的进行，尽管从脱硫反应式看温度小于1250℃脱硫反应也比较容易进行，但在实际生产中温度低于1250℃时铁水流动性差且搅拌头容易粘渣。不利于脱硫反应的进行。

4.4 喷吹系统氮气压力

　 在最初生产阶段。加入脱硫剂喷吹过程中经常有堵料和喷溅现象发生。造成加料过程中大量的脱硫剂往外溅，不但造成脱硫剂消耗大又降低了脱硫效率,对安全生产及现场环境也带来极大的危害。

4.5 搅拌头预烘烤

　 铁水预处理生产属间断性作业，有时间隔几小时,有时间隔几天。由于生产缺乏连续性，搅拌头经常处于“急冷急热”的状态，耐火材料制作的搅拌头经常出现块状的剥落现象，造成搅拌头使用寿命低。

5 工艺优化措施

5.1 工艺参数调整优化

　 经过长期的跟班作业，收集了大量的数据，并结合脱硫原理对各操作参数进行了反复的验证和修定，最终确定了符合生产实际的各种工艺参数。

5.1.1 脱硫剂加入量

　 铁水脱硫预处理过程是一个物理化学反应过程。加入脱硫剂的目的是让脱硫剂中的CaO与铁水中的[S]发生化学反应，反应产物进入脱硫渣，而达到脱硫的目的。脱硫剂加入量与铁水重量及脱S量有关。它们的关系式可表示为：脱硫剂加入量=脱硫系数×铁水装入量×脱S量。其中脱硫系数与温度、S含量及脱硫剂的理化指标有关。由于目前所用脱硫剂理化指标尚未达到预定要求，因此脱硫剂加入量要在武钢设定参数的基础上适当增加。才能保证较高的脱硫率。以目前的铁水条件及脱硫剂理化指标，脱硫剂加入量可按表3配加。

表3 铁水条件及脱硫剂加入量

原始[S]%	终点[S]%	铁水硫降0.001%脱硫剂消耗㎏/t铁水
0.061-0.07	≤0.015	0.21-0.23
0.051-0.06	≤0.015	0.22-0.24
0.041-0.05	≤0.015	0.23-0.25
≤0.035	≤0.015	0.26-0.28

　

5.1.2 搅速的确定

　 在铁水脱硫预处理过程中。搅拌主要是为了改善化学反应的动力学条件。让铁水与脱硫剂充分接触。搅速过慢则不能满足其效果，过快则易发生事故。搅拌速度主要根据搅拌头使用次数来设定，当然在设定搅速时还应考虑铁量的多少及铁水罐的状况。鉴于昆钢铁水[Si]、[S]较高及铁水罐并不是专用的脱硫铁水罐的情况，设定搅速时适当提高转速，保证脱硫反应的动力学条件及好的脱硫效果。具体的设定数值见表4。　　　

表4 搅速设定值

搅拌头使用次数/次	＜100	100-200	200-350	＞350
转速/r/min	78-88	88-98	98-110	110-120

　

5.1.3 搅拌头插入深度

　 搅拌头插入深度与铁水液面高度有关，搅拌头插入深度应适宜。过深则不能带动上部铁水流动，过浅时要带动下部铁水的流动就必须加快搅速。由于第三炼钢厂目前使用的铁水罐并不是专用的脱硫铁水罐。在搅拌过程中，底部的铁水存在“死角”。不利于整罐铁水脱硫反应的进行，因此采取适当增加插入深度的办法以保障脱硫反应的充分进行。经过对多罐铁水的反复试验，最终确定了插入深度与铁水液面高度的关系，具体的设定数值见表5。

表5 搅拌头插入深度与铁水液面高度的设定值

液面 高度	3580	3520	3460	3400	3340	3280
	3550	3490	3430	3370	3310	3250
插入 深度	2360	2320	2280	2240	2200	2160
	2340	2300	2260	2220	2180	2140

　

5.1.4 搅拌时间构设定

　 在设定搅拌时间时主要以保证脱硫反应进行彻底为基准。搅拌时间主要与脱硫剂加入量有关。它们之间成正比关系，即加入量越多搅拌时间也越长。当然搅拌时间的设定一方面要考虑投料时间，一般投料时间以≤1:30为准。投料时间超多少则搅拌时间相应延长多少；另一方面还应考虑脱硫剂粒度及活性度。活性度<350ml或粒度>1㎜超过5％时要延时60秒使反应充分进行。与武钢相比昆钢铁水[Si]、[S]较高，脱硫剂粒度≥1.0mm的比例大，要有好的脱硫效果，搅拌时间也应适当延长。搅拌时间与脱硫剂加入量的关系见表6。

表6 搅拌时间与脱硫剂加入量设定值

脱硫剂加入量㎏	≤300	≤400	≤500	≤600	≤700	≤800	≤900
搅拌时间 分：秒	6:30	6:50	7:10	7:30	7:50	8:10	8:30

　

5.2 提高脱硫剂理化指标合格率

　 围绕着提高脱硫剂理化指标合格率问题，第三炼钢厂相关部门和生产脱硫剂的昆钢龙山冶金熔剂矿开展了大量的工作，脱硫剂的粒度指标得到很大改善：但由于受技术和设备的限制，脱硫剂粒度要求跟规定值还是存在一定的差距，这是今后相当一段时间都将存在的问题。　　　

5.3 应对铁水成分波动

5.3.1 高硅铁水处理

　 三炼钢厂采用石灰粉作脱硫剂，脱硫反应式为：

CaO(固)+[S]+[C]=(CaS)+｛CO｝　　　 (1)

4CaO(固)+2[S]+[Si]=2(CaS)+(Ca₂SiO₄)　　 　　(2)

　 从脱硫反应方程式(2)可知硅高利于反应向正向进行。即硅高利于脱硫反应的进行。但铁水硅高容易在石灰表面形成一层高熔点的Ca₂SiO₄反应层，不利于CaO与[S]的进一步接触，限制了脱硫反应的动力学条件。不利于脱硫。从表7统计数据可看出：在铁水温度相差不大，脱硫剂加入量相同的情况下由于铁水[Si]含量的不同，脱硫效果也不同(硅越高脱硫率越低)。为了改善脱硫反应的动力学条件，在处理高[Si]铁水时，一方面将前渣尽量扒干净，避免留渣，且在搅拌操作时将搅速提高3-5转，防止渣子结块，增加CaO与[S]接触的机会。另外，在处理高[Si]铁水时，还适当提高了CaF₂的配比。CaF₂本身并不脱硫，CaF₂的加入一方面降低了2Ca0．SiO₂的熔点，使硫容易向CaO固相扩散，另一方面CaF₂分解出的F破坏了2CaO·Si0₂赖以结合的化学键，易使硫扩散到CaO粒子的内部，提高Ca0的脱硫能力，保证了脱硫效率。总之，通过对高硅铁水采取特定措施后，脱硫率比原来提高7～10％,脱硫剂消耗降低约0.4㎏/t铁。

表7 铁水条件、脱硫量及脱硫剂加入量的对比

脱硫序号	铁水硅含量/%	铁量t	温度/℃		铁水成分/%		脱硫剂加入量/㎏
			前温	后温	前硫	后硫
4K-170	0.96	51	1293	1267	0.058	0.011	500
4K-171	0.94	52	1285	1261	0.061	0.010	500
4R-182	0.75	51	1287	1263	0.051	0.006	500
4K-162	0.68	51	1278	1254	0.059	0.006	500
4R-199	0.43	52	1306	1279	0.055	0.003	500
4R-200	0.39	51	1293	1264	0.056	0.002	500

　

5.3.2 低温铁水的处理

　 在处理低温铁水时，将搅速提高3～5转，缩短处理周期以提高脱硫效率。

5.4 喷吹系统氮气压力的调整

　 为防止铁水处理过程中脱硫剂外溅，第三炼钢厂会同武钢炼钢专家对两个脱硫工位的投料系统分别进行了空调试和带负荷调试。调试前空负荷各阀流量见表8，调试后，1^#、2^#工位各阀流量见表9和表10。

　 喷吹系统各阀流量进行重新设定后，基本消除了喷溅现象，改善了喷吹效果。脱硫剂消耗得到控制,吨铁脱硫剂消耗降低到1.21kg，生产现场的环境明显改善。

表8 调试前各工位各阀流量

工位编号	喷吹阀	流量（m3/h）
1#	底吹	650
	助吹	488
	压送	462
	流化	250
	四个阀全开总流量显示	1856
2#	底吹	722
	助吹	500
	压送	500
	流化	348
	四个阀全开总流量显示	2000

　

表9 1^#工位各阀流量

空调试流量/m3/h		带负荷流量/m3/h
底吹	650	底吹	660
助吹	480	助吹	480
压送	494	压送	494
流化	348	流化	250
总流量显示		总流量显示	1863

　

表10 2^#工位各阀流量

空调试流量/m3/h		带负荷流量/m3/h
底吹	620	底吹	620
助吹	503	助吹	503
压送	494	压送	494
流化	348	流化	250
总流量显示		总流量显示	1863

　

5.5 提高搅拌头寿命

　 提高搅拌头寿命的措施主要包括：

　 (1)新搅拌头必须预烘烤24小时，预烘烤温度为140～160℃。新搅拌头在前50次的使用过程中每次使用前必须在预烘烤后浸泡烧结3～5分钟。

　 (2)生产间隔时间大于30分钟时，就必须进行预烘烤，间隔时间越长，预烘烤时间也相应延长。

　 (3)即时清除搅拌头上所粘的冷铁，搅拌头耐火材料损坏或脱落，出现槽沟、孔眼、凹陷。深度≥50mm时，必须立即进行热修补。

　 经过对搅拌头实施预烘烤。搅拌头使用寿命由平均300多次提高到500多次。

6 工艺指标评述

　 第三炼钢厂铁水脱硫预处理系统自热试车以来，已进行了三年多的生产。经过对工艺参数的修订以及对喷吹系统的重新调试,各项指标均得到优化，各项指标的完成对比情况见表1l。铁水经脱硫处理后已经能够完全满足现有品种的生产要求。

表11 优化前后工艺参数的比较

	优化前	优化后
脱硫率/%	66.73	79.57
脱硫剂消耗/㎏/t铁	11.89	9.54
搅拌头寿命/次	平均：316	平均：524
	最高：359	最高：566
铁水温降/℃	深脱硫：30	深脱硫：22
	浅脱硫：22	浅脱硫：19
脱硫成本/元/t铁	31.54	27.87

　

　 铁水经脱硫处理后[S]最低可达O.001％；脱硫剂轻脱硫吨铁降一个硫的单耗为0.232kg。两项指标以及搅拌头使用寿命已经进入国内先进水平的行列。

7 结束语

　 铁水预处理系统自投产以来已处理铁水近30000包，由于各项指标的提高，生产成本降低近400多万元，随着整个工艺水平的提高，社会和环境效益还将不断增大。但是，同国外KR搅拌法相比，在脱硫剂消耗及脱硫率方面仍有差距。目前,KR法铁水脱硫存在的铁水罐硫含量均匀性不好。转炉冶炼存在回硫现象，今后仍需对整个脱硫工艺不断进行优化，为新品种的开发创造条件。