结合炼钢生产实际 选择最佳铁水脱硫工艺

2010-10-25

我国铁水预处理技术近年来发展迅速，喷吹法、搅拌法铁水脱硫预处理和转炉脱磷预处理等装备技术已得到广泛应用，宝钢、武钢等企业板材生产时的铁水预处理率已接近100%。但由于许多钢厂铁水预处理技术的应用时间还不长，工艺装备适应性和反应机理的研究还有待深入，各种方法的优劣和适应性之间的讨论分析仍须不断深入。

　　武钢采取了多种铁水预处理工艺方法，并积累了一定的生产实践经验。本文介绍武钢在这方面的一些有关做法，希望对广大读者有所借鉴。

　　武钢集团炼钢总厂现有3个炼钢分厂（即二、三、四炼钢），其铁水脱硫采用了喷吹法（包括混铁车和铁水罐）和KR搅拌法（包括平底和球底铁水罐）。自2003年以来，武钢铁水脱硫比一直维持在80%以上。随着低硫品种钢产量的不断提高，2007年武钢铁水脱硫比已超过90%；2009年高达99%，深脱比在88%以上。铁水全脱硫和深脱硫，已成为武钢洁净钢生产的必要手段。

　　综合铁水脱硫效果、成本选择最佳工艺

　　二、四炼钢采用KR机械搅拌脱硫，三炼钢采用混铁车（又称鱼雷罐）和铁水罐喷吹脱硫，工艺装备概况见表1。

　　铁水罐KR搅拌脱硫。武钢二炼钢1号KR脱硫装置采用KK搅拌脱硫技术，其设计能力为50万吨/年。该方法具有深脱硫能力强（处理后硫可达0.001%）、铁水入炉不易返硫，脱硫成本低等优点；但脱硫设备相对较复杂。KK脱硫相关技术参数见表2。

　　混铁车喷吹脱硫。三炼钢采用320吨混铁车喷吹CaC2（或CaO）脱硫工艺，2套脱硫装置可同时作业。该方法的优点是脱硫效率高，温损低，但存在脱硫“死区”，脱硫渣须另外扒除等不足。喷吹脱硫装置主要参数见表3。

　　铁水罐颗粒镁喷吹脱硫。三炼钢另一脱硫站采用铁水罐颗粒镁喷吹脱硫工艺，该方法脱硫效率高，温损低，但脱硫渣少，难以扒尽易产生回硫，脱硫成本较高。其主要设计参数见表4。

　　脱硫剂单位消耗和成本。上述3种脱硫方法的脱硫剂（见表1）中，镁脱硫剂现行市价最高，是价格最低的氧化钙脱硫剂的近20倍，是碳化钙单价的近5倍。

　　KR法中，普通氧化钙脱硫剂单位消耗约7kg/t；喷吹法中，碳化钙脱硫剂单位消耗约6.5kg/t，钝化镁脱硫剂单位消耗约0.45kg/t。因此，按目前市场价格测算，氧化钙脱硫剂的单位脱硫成本最低。

　　根据生产现状不断改进铁水脱硫工艺

　　随着市场对低硫钢需求量的日益增加，原脱硫工艺和产能已不适应低硫铁水比例急剧提高、入炉铁水硫含量不断降低的生产要求。因此，进行脱硫工艺改进势在必行。

　　延长搅拌头寿命，开发新型搅拌器。KR脱硫法使用初期，最大的难点就是搅拌头寿命短制约该技术的发展。二炼钢厂为延长KR搅拌头使用寿命，不断改进、完善搅拌头浇注料配比、制作、烘烤和热修补技术，使搅拌头寿命大幅度延长，稳定在500次/根以上。实践证明，四叶搅拌头的最佳经济寿命为500次-600次左右。

　　他们还开发了新型三叶片搅拌器（头），提高了搅拌卷吸强度，增强了卷入叶片间脱硫剂的径向排出分散，扩展了旋涡回旋循环区域，使搅拌头寿命稳定在600次/根以上。

　　KR法底侧吹工艺实践。武钢在KR脱硫罐（球底）上引入底吹系统，在铁水罐底部偏西的位置安装材质为Al2O3-SiC-C的耐高温侵蚀、两环太阳形狭缝吹气的整体透气砖；为增强使用安全性和砌筑方便性，在整体透气砖四周设计相同材质的三块砖座对其进行保护和定位。

　　四炼钢脱硫铁水罐为平底，二炼钢脱硫罐为球底。研究表明，平底罐采用侧吹，球底罐采用底吹效果较好。

　　KR变速搅拌实践。为提高一次脱硫命中率，降低脱硫剂消耗，武钢还进行了变速搅拌探索。与目前KR脱硫采用的恒速搅拌相比，由于在铁水搅拌过程中进行了多次变速，破坏了铁水运动平衡，强化了铁水与脱硫剂颗粒间的接触和反应，从而实现了提高脱硫剂反应速度，增强脱硫反应的效果。

　　KR法脱硫剂的选择和优化。武钢KR脱硫设备的脱硫剂原采用CaC2。CaC2脱硫剂虽然具有脱硫能力强、脱硫速度快等优点，但易燃易爆，不便运输存贮，且加工困难，价格较贵。二炼钢厂研究以CaO为主要成分的复合脱硫剂，并成功取代CaC2，效果良好，脱硫后平均硫含量可达1×10-5，且脱硫成本大幅度降低。

　　新型高效脱硫剂的开发和应用。武钢开发了含Mg、Al的复合脱硫剂以及钝化石灰脱硫剂等新型KR脱硫剂。该新型脱硫剂采用物理或化学钝化法，将原材料萤石和石灰石加工到150目左右，按比例进行混合、干燥、造粒，再在隔焰窑内进行焙烧，在高温下进行气相法钝化。其成品具有粒度均匀、成分稳定、便于存放和运输、有效利用率高等特点。如再添加一定量镁、铝等，其脱硫效果更佳。

　　KR二次脱硫法的应用。武钢对异常高炉铁水（温度≤1200℃、硫含量≥0.090%）根据铁水预处理的特定条件和化学反应，借鉴转炉“双渣法”原理，改变以往多加脱硫剂、提高搅拌速度、延长搅拌时间的工艺操作方法，按标准加入脱硫剂、控制正常的搅拌速度和搅拌时间，在使用变速搅拌法的同时采用二次脱硫法，收到了良好的脱硫效果。

　　纯镁喷吹脱硫工艺辅助扒渣技术开发。对于喷吹镁脱硫剂的脱硫工艺而言，最大的困难是脱硫渣难以扒除，并最终造成转炉炼钢时回硫。对此，武钢先后加入粘渣剂，并采用铁水罐侧吹工艺，取得较好效果。

　　由于喷吹镁脱硫剂产生的脱硫渣以MgS为主，导致脱硫渣呈现液态；同时，因喷镁脱硫本身脱硫效率高，Mg剂加入量小，使脱硫渣渣量小而极难扒除。因此，在脱完硫后投入粘渣剂使脱硫渣黏稠。粘渣剂的成分以SiO2为主，SiO2因分子团较大，具有良好的吸附能力，投入大罐后，能较快吸附MgS颗粒，并聚合形成大块的固态渣层，便于扒除，可显著改善扒渣效果。

　　为了进一步提高扒渣速度，缩短扒渣时间，武钢开发了铁水罐侧吹工艺，在铁水罐第5个-6个环砖上安装供气砖。当开始扒渣时，进行侧吹，将脱硫渣吹向罐口，以便于扒渣。实践证明，喷吹镁脱硫工艺引入侧吹技术后，平均扒渣时间缩短约3分钟，转炉冶炼平均回硫炉次降低约70%。

　　混铁车混合喷吹工艺实践。以前三炼钢一号脱硫站使用碳化钙脱硫剂，二号脱硫站使用钝化镁脱硫剂。但由于碳化钙、钝化镁价格不断上涨，铁水脱硫成本急剧提高。为了降低脱硫成本，并结合三炼钢现有脱硫工艺和设备现状，武钢提出在处理后的铁水硫含量、温度、供应节奏等能满足转炉生产要求的前提下，以（价格低廉的）CaO替代部分（价格较高的）CaC2这一基本思路，并进行了氧化钙替代部分碳化钙的混合喷吹脱硫试验。实践证明，只要科学控制氧化钙脱硫剂原料组成配比和粒度构成，合理定位目标硫，以氧化钙替代部分碳化钙脱硫在温降、罐况、节奏等方面可完全满足生产需要。

作者：邓品团 邹继新 张先贵 来源：《中国冶金报》2010年10月21日