广钢铁水预处理脱硫工艺探讨

发表时间：[2007-11-03]　　作者：　　编辑录入：admin　　点击数：2603

摘要:本文介绍了广钢目前的铁水质量状况对转炉冶炼带来的不利影响，阐述了铁水脱硫的意义，重点探讨了广钢铁水预处理脱硫工艺一喷镁脱硫的可行性

　关键词:广钢;铁水预处理;喷镁;脱硫

1 现状

　广钢目前有420m³, 380m³,350m³高炉各一座，利用系数按3.0计,日产铁水约3470t,配45t转炉两座,60t超高功率电炉一座。正常情况下铁水全部供给转炉厂冶炼,转炉大修或其它异常情况下部分供电炉厂。由于广钢目前的高炉原材料成分不稳定,包括铁矿石、烧结矿、焦炭等,有害元素S、P含量高,致使高炉铁水中有害元素S、P成分超标。尤其是S的超标曾经给转炉冶炼造成相当大的负面影响。2005年3月份，由于铁水成分不稳,含S偏高等情况致使转炉的生产十分被动,导致冶炼周期延长、钢铁料耗增加、原材料及氧气消耗增加、炉衬损坏加剧等,更由于铁水含S太高以致后吹严重,造成穿炉的严重事故(在有溅渣护炉工艺的条件下,转炉炉衬寿命才800多炉)。此次穿炉事故的发生最主要的原因就是铁水中S含量太高。

2 铁水脱硫的意义和必要性

2.1 铁水脱硫的意义

　一般而言,硫是钢中的有害元素,它不仅引起钢的热脆,且硫化物夹杂使钢的延展性和韧性降低,钢的力学方向性增大，影响钢的机械性能和热加工性能。因而,硫是钢铁生产中主要应脱除和控制的元素。随着科学技术的发展，各行业对钢的质量要求越来越高，对含硫量的限制也越来越严格。冶金工作者必须在钢铁生产的各个环节寻找更合适的脱硫方法。

　但是，钢铁生产发展到今天，己有的低硫原材料来源越来越少，铁水中的硫含量将相应提高。对高炉而言，要在炉内获得含硫量低的铁水势必增加渣量，提高渣碱度和炉温，其结果导致增加石灰和焦炭的消耗量，并造成炉况不顺，既降低高炉的生产率，又增加各种原材料的消耗。对转炉来说，由于炉内过程热力学条件的制约，脱硫率受到限制，一般仅为40%左右。要强化脱硫反应，需加入大量的Ca0,为此需要使用大量的熔剂，势必造成供氧量增大，生产效率降低。因而,在高炉和转炉之间进行铁水炉外脱硫预处理己成为必由之路。2005年上半年广钢的高炉、转炉的生产实践也证明这一点。

　铁水中由于硅、碳和锰的含量高，氧含量低，使得铁水脱硫具有很好的热力学条件，有利于脱硫反应的进行。同时铁水预处理是在较低温度条件下实施的，有利于延长处理装置的寿命。此外，在铁水炉外脱硫的过程中，铁水成分的变化较之在炼钢过程或钢水处理过程中的变化对最终钢种成分的影响小。因而铁水炉外脱硫在经济上和技术上更为合理。有文献提到，如果铁水含硅量为0.6%，钢中含硫量从0.025%降低到0.017%，则钢渣碱度可从4降低到3。石灰加入量相应减少20kg/t钢，钢渣量亦减少25kg/t钢，而收得率提高约0.6%。

2.2 铁水脱硫的必要性

　根据广钢“十一五”规划,在接下来的几年里,广钢准备打一场技改攻坚战,开发一些新产品,占领市场。欲开发的品种中的几个钢铁牌号和化学成分见表1。

表1　　新开发钢种的化学成分

钢铁牌号	化学成分/%
钢铁牌号	C	Si	Mn	S	P	Cu	Cr	Ni
45	0.42-0.5	0.17-0.37	0.5-0.8	≤0.035	≤0.035	≤0.25	≤0.25	≤0.30
60	0.57-0.65	0.17-0.37	0.5-0.8	≤0.035	≤0.035	≤0.25	≤0.25	≤0.25
30MnSi	0.28-0.32	0.65-0.75	0.9-1.2	≤0.02	≤0.02	≤0.2	Ceq≤0.55
30Cr	0.27-0.34	0.17-0.37	0.5-0.8	≤0.035	≤0.035	≤0.30	0.8-1.10	≤0.30
Q195	0.06-0.12	≤0.30	0.25-0.50	≤0.045	≤0.050		≤0.30	≤0.30
Q215	0.09-0.15	0.30	0.25-0.55	≤0.045	≤0.050		≤0.30	≤0.30
SWRH72A	0.69-0.76	0.17-0.35	0.6-0.9	≤0.025	≤0.025	≤0.20	≤0.10	≤0.15
SWRH82B	0.81-0.85	0.22-0.26	0.72-0.83	≤0.008	≤0.002	≤0.20		≤0.20

　由表1看出，上述所开发的钢种尤其是高碳钢盘条(SWRH82B),对硫的要求是很高的,按照目前的设备和技术水平,没法开发出该品种。为了新品种的开发,建铁水脱硫装置势在必行。这也可为以后开发对硫有更高要求的钢种提供很好的条件。

3 脱硫方案介绍

3.1 广钢铁水预处理脱硫工艺布置

　目前,广钢炼铁厂与转炉炼钢厂为顺序布置,厂间物流靠铁路运输实现,铁水运输工具为65t铁水罐。2004年10月,新45t转炉投产以后,原15t转炉车间闲置。在本方案中,将铁水预处理车间布置在原转炉车间主跨东头。铁路、运输设备、厂房己具备,只需购置铁水预处理设备并对相应设备稍加改造就行。

炼铁厂—铁水预处理车间—炼钢厂相对位置见图1。

　由图1可知,高炉铁水经火车运输从DCB路线送至铁水预处理区域进行脱硫、脱磷处理,处理完的铁水经BCA路线送至转炉炼钢厂混铁炉混合,再送入转炉进行冶炼操作。

3.2 脱硫方案

　炉外脱硫工艺传统使用的是电石型或石灰型脱硫剂,其特点是脱硫温降大、脱硫后硫高不稳定、脱硫渣量大、脱硫铁损高。近年兴起的脱硫剂则有脱硫温降小、脱硫后硫低且稳定、脱硫渣量小、脱硫铁损低等优点。本方案推荐使用新型含镁脱硫剂。

3.2.1 工艺装备一颗粒镁脱硫设备

　图2为颗粒镁脱硫设备示意图。高炉铁水运至铁水倒罐工位，倒入专供喷吹用的铁水罐中，通过铁水罐车送到喷吹工位，先对铁水测温、取样、称量，然后吹镁脱硫。结束喷镁后，驱动液压扒渣机扒渣，再用加料吊车将铁水罐吊至转炉炉前。喷镁脱硫工艺流程见图3。

3.2.2 工艺装备的特点

　铁水罐喷吹颗粒镁脱硫包括喷吹、扒渣、除尘及自动化控制等系统。主要设备组成见图2。

　该工艺装备具有以下特点:

　 (1)设备简单紧凑,便于操作和维护。

　 (2)过程控制简便,喷吹载气中只有一种粉剂,控制参数少,操作易于自动化。

　 (3)计量给料精度高,可减少镁消耗、稳定脱硫操作。

　 (4)喷枪端部带气化室,可使镁尽可能在气化室腔中气化以提高镁利用率。

　 (5)喷镁脱硫过程采用计算机自动控制,处理前输入铁水初始硫、目标硫、铁水质量、温度等参数,计算机自动计算出该罐铁水所需耗镁量,当喷吹到目标耗镁量时,自动提枪。

3.3 镁脱硫的原理

　当金属镁被喷吹到铁水内以后,镁被熔解和气化,故发生如下反应:

　 Mg_(g)+[O]=Mg0_(s)　 (1)

　 △G^H=-612300+ 208.08T　　 J/mol

　 Mg_(g)+[S]=MgS_(s)　 (2)

　 △G^H=-435138+184.2T　　 J/mol

　 [Mg]+[S]=MgS_(s)(3)

　 △G^H=-308700+91.75T　　 J/mol

　镁粉进入铁水后,首先完成加热并开始熔化,之后发生气化,镁气泡逐渐溶解到铁水中。由于铁水中氧含量很低,所以式(1)的反应很快结束。式(2)和式(3)两个脱硫反应同时进行。许多统计研究数据表明,镁气泡只能脱去铁水中硫的20%左右,因此脱硫反应还是以式(3)为主。

3.4 喷镁脱硫实际应用效果

　目前己成功应用喷镁脱硫进行铁水预处理并取得良好经济效益的有邯郸钢铁公司第三炼钢厂、湘钢第二炼钢厂等单位。

3.4.1 应用条件和参数

　若铁水初始含硫量较低,炼钢能基本满足品种质量要求,就不预脱硫只扒渣处理。当初始硫较高时,品种对硫要求较严,则喷镁脱硫。脱硫分深脱和浅脱两种工艺,处理后终点[s]分别可达0.005%和0.010%。

3.4.2 脱硫效果

　喷镁脱硫在邯钢的应用效果见表2,颗粒镁脱硫主要技术经济指标比较见表3。

表2　　喷镁脱硫在邯钢的应用效果

项目	初始[s]10^-5	目标[s]10^-5	终点[s]10^-5	镁单耗/kg·t^-1	氮气单耗/m³·t^-1	脱硫率/%	喷吹时间/min
测试值	15-53	5-10	2-12	0.27-0.62	0.063-0.092	66.2-85	3.56-8
平均值	26	7	6	0.43	0.073	76.9	5.86

表3　　颗粒镁脱硫主要技术经济指标比较

厂家	[S]_E/%	N₂单耗/kg·t^-1	喷吹温降/℃	喷吹时间/min	新渣铁损失/kg·t^-1	脱硫成本/元·t^-1
湘钢	0.010	0.034	6.36	3.18	0.42	-
二炼钢	0.005	0.040	7.50	3.80	0.46	15.4
国内某厂	0.005	0.058	9.83	5	0.612	15

　由表2可见,喷镁脱硫实际应用效果很好,完全能满足广钢目前冶炼的钢种对硫成分的要求。为广钢拓宽冶炼钢种提供了有力的支持。

4 投资分析

　该套设备进口的需1 400万左右,国产的在1100万左右(包括施工安装费用)。从成本分析而言,投入该设备后,运行成本和管理成本都增加。

　投资回报则主要是因铁水脱硫,使产品开发成为现实。新产品附加值增加将形成销售额的大幅增加。如果投入脱硫设施后,按每吨成品钢材因脱硫而增值10元,转炉厂年产120万t计算一年可以增加收入1200万元，可见一年就可以完成投资回收。

5 结束语

　喷镁脱硫的应用,将大大缩短冶炼周期。喷镁脱硫是一种值得推广的先进铁水脱硫工艺。

　广钢应加强对铁水温度、铁水初始硫、镁的粒度、枪位、喷吹压力、喷吹速度及喷镁量等对脱硫效果影响和脱硫过程中铁损的研究和分析。

　通过对喷镁脱硫的研究和实施,将改善广钢由于炼铁原材料品质不稳定造成的铁水含硫超标而引起转炉后吹严重的现象。对转炉冶炼操作稳定提供了保障,给转炉开发新品种提供了有力的支持。

　在喷镁脱硫的基础上,可开发脱磷技术。目前,硫、磷一次性脱去的技术己逐渐成熟。