【導(dǎo)讀】水的質(zhì)量和煉鋼廠的經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)出的含硫含量低的鋼材滿足了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。對鋼鐵材料的要求。所以鐵水預(yù)處理已成為現(xiàn)代煉鋼的重要環(huán)節(jié)。藝、常用的脫硫劑和其反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了綜述，并且在環(huán)保方面也進(jìn)行了綜述。次設(shè)計采用的是單噴顆粒鎂脫硫的預(yù)處理方法。處理工藝的優(yōu)缺點。

　　

【正文】 且 CaO 的加入量較大 ， 所以鐵水溫降也大 ， 目前國內(nèi) KR 法工藝應(yīng)用較成熟的武鋼可以使溫降控制在 28℃ 左右。相比之下 ， 鎂基脫硫劑的脫硫溫降都比較小 ， 主要原因有以下 3 點 ； 噴吹法動力學(xué)條件差 ,鐵水整體攪拌強(qiáng)度不大 ,熱量散失少 。金屬鎂的脫硫反應(yīng)過程是放熱反應(yīng) ； 鎂的利用率高 ， 脫硫粉劑加入量少。 (4) 脫硫劑 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 16 鐵水預(yù)處理過程中 ， 脫硫劑是決定脫硫效率和脫硫成本的主要因素之一。根據(jù)日本新日鐵曾做的計算 ， 脫硫劑的費用約為脫硫成本的 80%以上 ， 所以 ， 脫硫劑種類的選擇是降低成本的關(guān)鍵。 基于動力學(xué)條件和脫硫效率 ， 噴吹法主要采用的是 鎂基脫硫劑 ， KR法采用的是石灰脫硫劑。根據(jù)理論計算 [12]， 在 1350℃ ,鎂脫硫反應(yīng)的平衡常數(shù)可達(dá) 103， 平衡時的鐵水硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá) 1610 8， 遠(yuǎn)高于 CaO 的脫硫能力。然而 ，上文對兩種脫硫劑在各自工藝中脫硫效果的對比表明 ， 結(jié)合實際生產(chǎn)工藝后它們都能達(dá)到用戶對脫硫的最高要求。 在脫硫方式選擇時還要考慮脫硫劑的一個因素 ， 就是脫硫劑的來源問題。一般而言 ， 大部分鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)都要使用石灰石 ， 要么有自己的石灰廠 ， 要么有穩(wěn)定的協(xié)作供貨渠道 ， 來源穩(wěn)定 ， 成本穩(wěn)定 ， 而且供貨及時 ， 不用考慮倉儲問題。雖然我國的金 屬鎂資源較豐富 ， 可是相對鋼鐵企業(yè)來說 ， 獲得攪拌法所需的 CaO 基脫硫劑更為容易 ， 鈍化顆粒鎂就不具備這些有利因素。又隨著近年礦產(chǎn)資源價格的暴漲 ， 金屬鎂的價格節(jié)節(jié)攀升 ， 增大了鎂脫硫的成本壓力。 (5) 鐵損 鐵水預(yù)處理脫硫的鐵損主要來自于兩部分 ： 脫硫渣中含的鐵水和扒渣過程中帶出的鐵水。一般來說 ， 脫硫劑單耗少 ， 脫硫渣含鐵相應(yīng)也就低些 ， 從這一點上比較 ， 顆粒鎂脫 硫工藝的鐵損最少。不過顆粒鎂脫硫的渣子較稀、 難以扒除 ， 而CaO 粉的脫硫渣較干 ， 扒渣較為容易 ， 因此就扒渣過程中帶出的鐵水來說 ， CaO 粉脫硫工藝要少于鎂脫硫。 由于條件限制 ， 無法具體細(xì)化各工藝的鐵損 ， 只能根據(jù)查閱文獻(xiàn)的方法粗略估計。武漢鋼鐵 (集團(tuán) )公司噴吹 CaO 粉脫硫的鐵損為每噸鐵 ， 武漢鋼鐵 (集團(tuán) )公司 KR (CaO 粉 )法的鐵損沒有查到具體數(shù)據(jù) ， 可根據(jù)其粉劑消耗量與噴吹石灰粉劑脫硫的粉劑消耗量之比來估算 ， 二者粉劑消耗量比為 :1， 生成渣量和鐵損比應(yīng)與之近似 ， 可估算出武漢鋼鐵 (集團(tuán) )公司 KR(石灰粉劑 )法的鐵損為每噸鐵 kg。青島鋼鐵公司在 65t 鐵水罐上采用噴吹顆粒鎂工藝脫硫 ， 鐵損經(jīng)計算為每噸鐵 。具體準(zhǔn)確的鐵損數(shù)據(jù)有待于今后 在有條件的情況下作進(jìn)一步詳細(xì)的稱量、比較。如前 ， 鐵損的單價每噸按 1800 元來計算 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 17 鐵水深脫硫的工藝實踐 原始硫含量及鎂粉消耗對深脫硫的影響 鐵水中原始硫含量高 ， 脫硫后鐵水渣吸附 MgS 必將增加 ， 同時吸附 MgS 的能力也將減弱通過減少鐵水原始硫含量 ， 增加了鐵水渣吸附鐵水中 MgS 的能力 ，同時保證鐵水渣扒凈，提高了鐵水深脫硫的合格率，降低了轉(zhuǎn)爐的回硫量 。 當(dāng)鐵水脫硫到 %以上時，初始硫含量越高，脫硫率越高 ， 這說明在含硫量高的鐵水中使用脫硫劑效果較好，利用率較高 ， 這一現(xiàn)象的解釋為 ： 鐵水 中其他成分一定的條件下，硫的活度系數(shù)隨著含硫量的升高而升高，使鎂脫硫反應(yīng)速度加快，從而脫硫率升高。 當(dāng)鐵水脫硫到 %以下時，初始硫含量越高，鎂粉消耗也越高，同時終點硫含量也不容易達(dá)到 %以下，如表 所示 這說明在含硫量高的鐵水中前期脫硫率很高，但當(dāng)硫含量降低后，鐵水中的硫活度系數(shù)也隨之降低，因此造成噴鎂后期鎂粉消耗增加較多。同時較高的鐵水硫含量，將造成鐵水渣中 MgS大量富集，鐵水渣吸附 MgS 的能力減弱，造成鐵水回硫 ， 這說明較高的鐵水硫含量對深脫硫是不利因素 ， 目前當(dāng)冶煉低硫品種鋼時， 鐵水原始硫含量控制在 %以下，鐵水脫硫合格率已經(jīng)達(dá)到 96%以上 。 隨著脫硫劑用量的增加，脫硫效率必然升高，如圖 所示 圖中曲線表示，在相同的噴吹工藝條件下，脫硫率與脫硫劑的用量關(guān)系 當(dāng)脫硫劑用量低時，脫 硫反應(yīng)隨著鎂的供應(yīng)增加而加快 。隨著鎂用量的進(jìn)一步增加，脫硫反應(yīng)隨其增加而加快的速度減慢 原因可能有兩個方 面 :一是脫硫劑用量增加，鎂氣泡在鐵水中 表 預(yù)處理深脫硫的數(shù)據(jù) 序號 原始硫含量 % 處理后硫含量 % 噸鋼鎂粉消耗量 kg/t 脫硫效率 % 1 2 3 4 5 6 分散不好，部分鎂沒有來得及參加反應(yīng)就溢出鐵水外 ； 另一個原因是，在一定的鐵水條件下，硫的傳質(zhì)和擴(kuò)散并不隨著脫硫劑的增加而加快，二者并不同步 所內(nèi)蒙古科技大學(xué) 18 以，僅僅靠增加脫硫劑的用量來提高脫硫率不是最佳途徑 。 脫 圖 脫硫效率曲線 聚渣劑的優(yōu)化使用 及扒渣效果對鐵水深脫硫的影響 鐵水渣中硫含量為 1%左右， 為了增加脫硫過程中的鐵水渣吸附能力，通過加入 SiO2~Al2O3~Fe2O3 渣系的聚渣劑來提高鐵水渣吸附 MgS 的能力，降低了鎂粉消耗，穩(wěn)定鐵水終點的硫含量。 鐵水噴鎂脫硫后渣中含大量 MgS，若不徹底扒除干凈，帶入轉(zhuǎn)爐，在吹氧冶煉時，發(fā)生如下反應(yīng) ： (MgS)+[O]=(MgO)+[S]，硫又重新回到鋼中 ， 脫硫前后鐵水渣成分如表 2。另外，由于在單噴顆粒鎂脫硫中，渣量少而稀，富集的高硫氧化鎂渣子，不容易扒除干凈，使很少量渣子帶入轉(zhuǎn)爐，也會對出鋼回硫 有很大影響。 在非深脫硫情況下，聚渣劑主要在脫硫結(jié)束后加入，保證鐵水渣扒除干凈，但在深脫硫爐次，為了增接鐵水渣吸附 MgS 的能力分兩批加入鐵水聚渣劑，第一批在開始噴吹時加入，通過增加渣量后降低鐵水渣中硫含量。第二批在噴吹結(jié)束前 3~5 分鐘加入，保證鐵水渣充分聚集，能夠全部扒出所以，在噴吹過程和扒渣時加入 SiO2~Al2O3~Fe2O3 渣系，更顯必要，在噴吹過程中加入，主要是從動力學(xué)角度考慮，增加 [Mg]或 (Mg)與 [S]之間的接觸反應(yīng)機(jī)率，更有效地吸附脫硫產(chǎn)物 。 通過聚渣劑的分批加入的情況下，目前鐵水處 理后的硫含量穩(wěn)定在 %以下，同時鎂粉消耗從 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 19 溫度對深脫硫的影響 從脫硫的理論分析可知，隨著鐵水溫度的增加，鎂的氣化加強(qiáng)，氣泡在鐵水中停留的時間短，不利于鎂與硫的反應(yīng)。鎂實際消耗隨鐵液溫度的升高呈增加趨勢，由于鎂脫硫反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故較高的溫度不利于反應(yīng)的進(jìn)行，隨溫度的升高與相同硫平衡的鎂增多，表現(xiàn)為脫硫劑單耗增加。但另一方面，由于鎂脫硫反應(yīng)是硫在鐵水中的擴(kuò)散和傳質(zhì)，溫度升高，擴(kuò)散傳質(zhì)系數(shù)增加，加速了脫硫反應(yīng)的進(jìn)行 。單吹顆粒鎂鐵水預(yù)脫硫技術(shù)增加了 鎂氣泡的分散度，降低了鎂氣泡的上浮速度，大大增加鎂硫反應(yīng)界面，從而提高了脫硫率 此外，鐵水脫硫過程本身也會造成鐵水溫度下降，約 20~40℃ ，因此，應(yīng)把鐵水溫度適當(dāng)控 1300~1350℃ 。內(nèi)蒙古科技大學(xué) 20 第二章 生產(chǎn)規(guī)劃 生產(chǎn)規(guī)模 設(shè)計的鐵水預(yù)處理車間匹配的是年產(chǎn) 500 萬噸合格連鑄鋼坯的煉鋼廠 產(chǎn)品大綱 產(chǎn)品主要為普碳鋼，優(yōu)質(zhì)碳素鋼，合金結(jié)構(gòu)鋼，硅鋼等。其產(chǎn)品大綱 [14]如下表 ： 表 產(chǎn)品大綱 序號 生產(chǎn)鋼種 鑄坯規(guī)格（ mm） 年產(chǎn)量（萬 t） 普碳鋼 Q21 Q23 Q25 Q27 Q19 （ 200～ 250）（ 1400～1900） 150 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 45 、 45Mn （ 200～ 250）（ 1400～1900） 100 合金結(jié)構(gòu)鋼 18CrMnTi、 20Cr 30CrMnsSi （ 200～ 250）（ 1400～1900） 150 無取向 硅鋼 50W54050W1300 （ 200～ 250）（ 1400～1900） 100 產(chǎn)品方案 單噴顆粒鎂脫硫法 ，脫硫強(qiáng)度大、周期短、效率高；鎂的利用率高 ，生產(chǎn)運(yùn)行成本低；渣量少， 鐵損低；系統(tǒng)簡單，生產(chǎn)維護(hù)費用低；工程投資小、煙量少，環(huán)境污染少，所以本次設(shè)計選用了單噴顆粒鎂的預(yù)脫硫方法。 產(chǎn)品方案確定為噴吹法 （單噴顆粒鎂） 進(jìn)行鐵水預(yù)處理 。脫硫劑采用單一的顆粒金屬鎂，流動性好，噴吹罐配備了專門的計量給料裝置。為保證把鎂劑可靠的噴入鐵水中并使鎂的吸收率在 95%以上，且不堵槍，應(yīng)合理選擇噴槍，和輸鎂管路的結(jié)構(gòu)和噴吹系統(tǒng)參數(shù)。應(yīng)使供氮壓力穩(wěn)定，噴槍端面距包底約 ，噴槍結(jié)構(gòu)要保證鎂 溶解于鐵水并繼而被吸收創(chuàng)造良好的條件。單噴顆粒鎂脫硫的工藝參數(shù)如下： (1) 脫硫劑顆粒鎂，粒度為 ， wMg≥ 92% (2) 氮氣壓力 (3) 初始鐵水 w[s]=% 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 21 (4) 目標(biāo)鐵水 w[s]=% (5) 噴吹時間 ≤ 10min (6) 脫硫劑流量 8~15kg/min (7) 脫硫劑消耗 (8) 降溫 10℃ 鐵水預(yù)處理間的生產(chǎn)計劃 鐵水預(yù)脫硫 脫硫能力的確定 本鐵水預(yù)處理間的處理能力是與年產(chǎn) 500104噸合連鑄格鋼坯的連鑄車間相匹配 。鑄 坯收得率取 %，精煉損失取 %，轉(zhuǎn)爐收得率取 %，廢鋼比取%，經(jīng)過計算鐵水預(yù)處理間需要的合格鐵水量為 104 噸 鐵水預(yù)處理的工藝參數(shù)的確定 1) 脫硫作業(yè)周期 為 35min 其分配表如下： 表 脫硫作業(yè)周期分配表 序號 動態(tài) 時間 （ min） 1 混鐵車開至噴吹位置 1 2 測溫取樣 1 3 下槍 1 4 噴吹處理 18 5 提槍、提罩 1 6 測溫取樣 1 7 混鐵車開至扒渣站 1 8 扒渣 10 9 混鐵車開出 1 車間作業(yè)天 數(shù)： 350d/a (1) 脫硫鐵水平均裝入量： 290t/罐 (2) 脫硫設(shè)備作業(yè)率 ： 88% 其他工作時間分配： 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 22 (1) 輔助作業(yè)率： % (2) 檢修作業(yè)率： % (3) 事故： % (4) 停電及其他時間： % 合計： 12% 2) 平均日需處理的鐵水量： 10000／ 350＝ 3) 平均日需脫硫處理的鐵水罐數(shù)： 4) 平均日需脫硫 處理的鐵水次數(shù) 罐 /d/2 罐 /d= 次 /d 取 25 次 /d 5) 脫硫處理年純作業(yè)時間 350 =308 天 綜上所述，脫硫站設(shè)計的主要參數(shù)如下表： 表 脫硫站設(shè)計參數(shù)表 序號 項目名稱 單位 數(shù)值 1 脫硫站數(shù) 套 2 2 脫硫能力 萬噸 /年 3 混鐵車公稱容量 噸 320 4 每罐脫硫鐵水裝入量 噸 290 5 脫硫處理周期 min/罐 35 6 脫硫站年有效工作時間 天 308 7 每天脫硫次數(shù) 次 25 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 23 第三章 方案選擇 鐵水預(yù)處理間的位置確定 鐵水預(yù)處 理間建在高爐通向煉鋼廠的途中，這樣操作獨立、干擾少。在鐵水預(yù)處理站內(nèi)需設(shè)置粉劑貯存 和運(yùn)輸裝置，噴槍升降裝置和槍序粉劑噴吹裝置、氣路控制裝置、煙氣收集凈化以及扒渣設(shè)備。 鐵水預(yù)脫硫 處理方法 噴吹法是將脫硫劑用載氣經(jīng)噴槍吹入鐵水深部，使粉劑與鐵水充分接觸，在上浮過程中將硫去除。為了完成這一過程，要求從噴粉罐送出的氣粉流均勻穩(wěn)定、噴槍出口不發(fā)生堵塞、脫硫劑粉粒有足夠的速度進(jìn)入鐵水、在反應(yīng)過程中不發(fā)生噴濺，最終取得高的脫硫率，使處理后的鐵水含硫量能滿足低硫鋼生產(chǎn)的需要。這些具體的技術(shù)環(huán)節(jié)將在工藝技術(shù)中進(jìn)一步 討論。 下面主要介紹兩種不同特點的噴吹裝置和生產(chǎn)狀況，魚雷罐車頂噴法（ TDS）鐵水脫硫和鐵水罐噴吹脫硫，還介紹噴吹法的新發(fā)展和其他脫硫新方法。 魚雷罐車頂噴法（ TDS） 在魚雷罐車中采用頂部插入噴槍進(jìn)行脫硫的。脫硫車間位于高爐和轉(zhuǎn)爐車間之間，共有兩條脫硫線可同時脫硫，互不干擾。脫硫車間日處理能力為 2 萬 t。魚雷罐車裝鐵水量為 290t 左右。 TDS 法鐵水脫硫處理工藝如圖 所示。氮氣 流量（標(biāo)態(tài)）為 430480m3/h，其中配入 CaC2 比例越大流量越小，加壓壓力為~，噴吹壓力為 ~。噴吹速度 CaO 為 50~60kg/min, CaC2為 40~45kg/min。噴槍插入深度為 ~，噴吹時間因處理后的含硫量要求不同、噴粉量不同而不同，時間變化在 5~30 min，平均 min。脫硫劑單耗不大于 5 kg/t（其中 CaC2 控制在 kg/t 以下）。根據(jù)統(tǒng)計的平均脫硫率 %，處理后硫含量可達(dá) %~%。噴吹溫降為 20℃ 左右。 該噴吹系統(tǒng)的特點是：噴粉罐下部采用旋轉(zhuǎn)給料器，驅(qū)動采用嚙合式變速電動機(jī)，葉輪用聚胺酯類彈性材料制成，給 料器的速度可在 10:1 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。因此， CaO 和 CaC2 的配料可根據(jù)各自的給料器的不同轉(zhuǎn)速進(jìn)行在線配