徐延浩，徐向陽，高學(xué)中，馬勇

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

摘要： 鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠結(jié)合復(fù)合噴吹脫硫和KR 攪拌脫硫兩種工藝的優(yōu)勢，研制了復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹鐵水脫硫預(yù)處理工藝，并且增加了脫硫噴槍的噴吹孔數(shù)量，調(diào)整了噴槍旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，優(yōu)化了噴吹孔位置分布以及噴吹孔徑尺寸等參數(shù)。實踐表明，采用復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹鐵水脫硫預(yù)處理工藝可以降低脫硫粉劑消耗約30%，脫硫率提高了4.25%。

關(guān)鍵詞： 鐵水脫硫預(yù)處理；復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹；噴槍

鐵水脫硫預(yù)處理能夠減少帶入煉鋼轉(zhuǎn)爐的硫含量，降低轉(zhuǎn)爐脫硫負(fù)擔(dān)，有利于鋼種低硫含量的控制?，F(xiàn)有的鐵水罐脫硫工藝主要有復(fù)合噴吹脫硫和KR 攪拌脫硫兩種^［1-2］。復(fù)合噴吹脫硫操作簡單，鐵水脫硫過程溫降小，但動力學(xué)條件差；KR 攪拌脫硫動力學(xué)條件好，但一次投資大，鐵水脫硫過程溫降大。兩種脫硫工藝在使用不同類型的脫硫粉劑情況下，脫硫劑單耗成本也不同。

國內(nèi)外鋼廠根據(jù)品種質(zhì)量要求及自身生產(chǎn)條件采用了不同的脫硫工藝流程^［3-5］。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠一分廠應(yīng)用復(fù)合噴吹并模擬攪拌法鐵水脫硫預(yù)處理工藝， 形成了復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹鐵水脫硫預(yù)處理工藝（以下簡稱復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹），該工藝結(jié)合了復(fù)合噴吹脫硫和KR 攪拌脫硫兩種工藝的優(yōu)勢， 最大限度地發(fā)揮了現(xiàn)有工藝設(shè)備的脫硫功效，實現(xiàn)了降低脫硫粉劑消耗的目的。

1 脫硫工藝原理

高溫下，噴吹鈍化金屬鎂粉進(jìn)入鐵水中，先后發(fā)生液化、氣化反應(yīng)^［6-7］，發(fā)生如下脫硫反應(yīng)：

（Mg）+［FeS］=MgS_（s）+［Fe］ （1）

（Mg）_（g）→［Mg］              （2）

［Mg］+［FeS］=MgS_（s）+［Fe］ （3）

脫硫反應(yīng)生成固態(tài)的MgS 產(chǎn)物上浮進(jìn)入渣中得以排除。噴吹的鈣粉和鎂粉促進(jìn)脫硫反應(yīng)進(jìn)行，同時鈣粉和噴吹氮氣起到流動載體的作用。

2 復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝流程及參數(shù)

2.1 復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝流程

煉鋼總廠一分廠鐵水預(yù)處理采用100 t 鐵水罐頂噴吹工藝。其工藝流程為：煉鐵廠出鐵至鐵水罐→鐵水罐運鐵水至脫硫準(zhǔn)備區(qū)域→鐵水罐吊至脫硫站→鐵水罐車開至噴吹位→測溫取樣分析硫→計算機(jī)運算確定噴粉量、下槍噴吹→噴吹完畢→鐵水罐吊至扒渣站→扒渣→測溫取樣、分析硫→鐵水罐吊離至轉(zhuǎn)爐→兌鐵水。

2.2 復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹主要參數(shù)

利用原有噴吹系統(tǒng)，采用氮氣輸送脫硫粉劑，脫硫粉劑為鈍化石灰粉、鈍化金屬鎂粉（以下分別簡稱鈣粉、鎂粉），復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹技術(shù)參數(shù)見表1。

3 復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝特點

復(fù)合噴吹是依靠一定壓力和流量的氮氣，把兩種或幾種脫硫粉劑經(jīng)由管道輸送進(jìn)噴槍后，從噴槍底噴出孔噴出， 靠脫硫劑上浮與鐵水中的硫進(jìn)行脫硫化學(xué)反應(yīng)。此種方法有利于鐵水罐內(nèi)的鐵水對流運動，但未能使鐵水形成環(huán)流運動，脫硫劑較難均勻進(jìn)入到鐵水罐底部的區(qū)域。

KR 法是將攪拌頭插入鐵水罐中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生漩渦，通過漩渦將脫硫劑卷入鐵水中，脫硫劑在不斷攪拌過程中與鐵水中的硫進(jìn)行脫硫化學(xué)反應(yīng)。此種方法，攪拌頭攪拌形成了鐵水的縱向、橫向循環(huán)流動，改善了脫硫的動力學(xué)條件，但隨著鐵水?dāng)噭拥募訌?qiáng)，鐵水脫硫過程溫度損失加大。

復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝結(jié)合了復(fù)合噴吹脫硫和KR 攪拌脫硫兩種工藝的優(yōu)勢，在現(xiàn)有復(fù)合噴吹鐵水預(yù)處理系統(tǒng)、粉劑及輸送介質(zhì)的基礎(chǔ)上，將原有直筒型噴槍改為倒T 型雙側(cè)噴出孔旋轉(zhuǎn)噴槍，脫硫粉劑在噴槍底部實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)噴吹， 脫硫劑上浮與鐵水中的硫進(jìn)行脫硫化學(xué)反應(yīng)。粉劑從噴槍底部倒T 型噴吹孔旋轉(zhuǎn)噴出，增強(qiáng)了鐵水的縱向、橫向攪動， 彌補(bǔ)了原有復(fù)合噴吹工藝的不足， 模擬了KR 法脫硫動力學(xué)條件。

3.1 旋轉(zhuǎn)噴槍設(shè)計

復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝脫硫噴槍與原有復(fù)合噴吹脫硫噴槍工藝參數(shù)的對比見表2 所示。從表2 可以看出，與復(fù)合噴吹直筒噴槍相比，復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹噴槍增加了噴吹孔數(shù)量、調(diào)整了噴吹孔布置位置、優(yōu)化了噴吹孔內(nèi)徑尺寸。采用旋轉(zhuǎn)噴槍為在復(fù)合噴吹工藝基礎(chǔ)上模擬KR 攪拌奠定了基礎(chǔ)。復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴槍的結(jié)構(gòu)示意如圖1 所示。

3.2 旋轉(zhuǎn)噴槍轉(zhuǎn)速控制

在電機(jī)的帶動下，旋轉(zhuǎn)噴槍的轉(zhuǎn)速范圍為0~60 r/min，可以針對不同脫硫狀態(tài)選擇轉(zhuǎn)速。與原有復(fù)合噴吹直筒噴槍相比，一般情況下，轉(zhuǎn)速越大， 噴槍底部倒T 型噴吹孔粉劑旋轉(zhuǎn)噴出帶動鐵水的縱向、橫向攪動越大；反之亦然。采用原有復(fù)合噴吹工藝，轉(zhuǎn)速過大時，進(jìn)入到鐵水中的脫硫粉劑在高溫條件下加速了反應(yīng)，易產(chǎn)生較大噴濺。生產(chǎn)實際表明，相近的鐵水條件下，鐵水溫度低于1 350 ℃時，采用30~60 r/min 的中高轉(zhuǎn)速脫硫效果較好； 鐵水溫度高于1 350 ℃時， 采用0~30 r/min 的中低轉(zhuǎn)速脫硫效果較好。因鐵水條件差異，實際生產(chǎn)中一般采用20~40 r/min 的轉(zhuǎn)速。

3.3 旋轉(zhuǎn)噴槍噴出孔設(shè)計

由表2 看出， 復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝將原有直筒槍噴出孔內(nèi)徑更改為8~12 mm。因在原有復(fù)合噴吹工藝的作業(yè)情況下， 復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴槍增加了噴吹孔個數(shù)，在工作壓力不變的情況下，會造成噴出孔壓力降低，從而產(chǎn)生粉劑速率不穩(wěn)定、堵料堵槍故障發(fā)生。因而需要對噴出孔內(nèi)徑進(jìn)行相應(yīng)縮小，從而達(dá)到穩(wěn)定的粉劑噴吹速率，減少各類故障發(fā)生。噴出孔位置距底部100~200 mm，相應(yīng)的也減少了噴吹孔鐵水靜壓力， 并為噴槍升降后處理粘渣預(yù)留了空間。

3.4 脫硫工藝參數(shù)優(yōu)化

鐵水脫硫預(yù)處理需要實現(xiàn)高效、低成本運營，以同時滿足生產(chǎn)、成本管理需要，還要控制鐵水脫硫過程鐵水噴濺等損失。復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝在原有復(fù)合噴吹工藝的基礎(chǔ)上，增加了旋轉(zhuǎn)噴吹。噴吹速率的變化（即通過噴吹罐壓的變化實現(xiàn)噴吹速率的變化）、旋轉(zhuǎn)噴槍的轉(zhuǎn)速變化都對脫硫效果、噴濺控制產(chǎn)生影響，需要重新制定脫硫工藝參數(shù)。

在相近鐵水條件下（ 鐵水溫度1 300 ℃～1 350 ℃，初始硫含量0.025%～0.035%），不考慮脫硫粉劑質(zhì)量波動、脫硫設(shè)備波動等影響，對比噸鐵0.001%硫含量粉劑消耗數(shù)值，即：噸鐵單位硫含量粉劑消耗數(shù)值=噸鐵粉劑單耗/（鐵水初始硫含量-鐵水脫硫終點硫含量）。以鎂粉為例，統(tǒng)計不同罐壓、不同轉(zhuǎn)速情況下的脫硫率和鎂粉單耗，與復(fù)合噴吹工藝（各統(tǒng)計100 罐次）進(jìn)行對比，見表3。

從表3 中的數(shù)據(jù)對比可以看出， 與原有復(fù)合噴吹脫硫效果相比，復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹脫硫工藝的各組組合條件下，噸鐵單位硫含量鎂粉單耗均有不同程度的降低， 鎂粉單耗最低降到0.021 kg，脫硫率最高達(dá)到79.47%，此時的罐壓為0.63 MPa、噴槍轉(zhuǎn)速為20~40 r/mim，復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝可以獲得最佳的脫硫率和相對較低的粉劑單耗。

4 應(yīng)用效果

目前， 一分廠鐵水預(yù)處理4 個脫硫工位已全部應(yīng)用復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹脫硫工藝。鐵水脫硫預(yù)處理過程受鐵水質(zhì)量（溫度、初始硫含量）、鐵水計劃目標(biāo)硫含量控制標(biāo)準(zhǔn)、脫硫粉劑質(zhì)量狀態(tài)、脫硫設(shè)備狀態(tài)、人員操作狀態(tài)等影響。不考慮人為和設(shè)備差異，2016 年10 月以來， 復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝與原有復(fù)合噴吹工藝的脫硫效果對比見表4。

從表4 中的數(shù)據(jù)及對比結(jié)果可以看出， 在相近鐵水條件下， 復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝與復(fù)合噴吹工藝脫硫效果對比結(jié)果：脫硫率提升了4.25%、噸鐵鈣粉、鎂粉單耗降低幅度分別達(dá)到14.94%（0.46 ÷3.08≈14.94% ），15.73% （0.0997 ÷0.6340≈15.73%），累計脫硫粉劑噸鐵單耗降低約30.67%。受初始鐵水硫含量偏高的影響， 平均終點鐵水硫含量比復(fù)合噴吹工藝略高0.000 7%， 對轉(zhuǎn)爐冶煉幾乎無影響。鈣粉560 元/t，鎂粉10 000 元/t，按此計算，應(yīng)用復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹脫硫工藝后，噸鐵脫硫粉劑成本可降低約1.255 元。

5 結(jié)論

（1） 在現(xiàn)有復(fù)合噴吹鐵水預(yù)處理系統(tǒng)、粉劑及輸送介質(zhì)的基礎(chǔ)上， 將原有復(fù)合噴吹直筒脫硫噴槍改為倒T 型雙側(cè)噴出孔旋轉(zhuǎn)噴吹槍， 實現(xiàn)了復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝。

（2） 復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝結(jié)合了復(fù)合噴吹脫硫、KR 攪拌脫硫兩種工藝的優(yōu)點， 增強(qiáng)了鐵水的縱向、橫向攪動，有利于鐵水脫硫反應(yīng)進(jìn)行。

（3） 旋轉(zhuǎn)噴槍轉(zhuǎn)速、罐壓參數(shù)優(yōu)化后的復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹鐵水脫硫工藝實現(xiàn)了穩(wěn)定的規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用，應(yīng)用比例達(dá)到100%。

（4） 在相近鐵水條件下，復(fù)合旋轉(zhuǎn)噴吹脫硫工藝比原有復(fù)合噴吹工藝脫硫粉劑的單耗降低約30%，脫硫率提高了4.25%

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