川威煉鋼廠鐵水預(yù)處理工藝實踐與優(yōu)化

目錄摘要 ⅠABSTRACT Ⅱ1緒論 11.1鐵水預(yù)處理介紹 11.2鐵水預(yù)處理的發(fā)展及展望 11.3鐵水預(yù)脫硫 21.3.1KR法的發(fā)展 21.3.2KR脫硫工藝在國內(nèi)的發(fā)展 31.3.3攪拌法脫硫工藝的優(yōu)缺點 31.4鐵水預(yù)脫硅 41.5鐵水預(yù)脫磷 41.6鐵水預(yù)脫釩 51.7鐵水預(yù)處理的設(shè)備 51.8國內(nèi)外脫硫劑的研究成果 71.9研究本課題的目的及意義 81.10本課題的任務(wù) 82鐵水脫硫的熱力學(xué) 92.1鐵水脫硫預(yù)處理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 92.1.1脫硫效率(η（s）) 92.1.2脫硫劑效率(Ks) 92.1.3脫硫劑的反應(yīng)率ηM 92.1.4脫硫分配比﹙Ls﹚ 102.2脫硫劑的種類 102.3脫硫劑的反應(yīng)特點 102.3.1電石粉﹙CaC2﹚ 102.3.2石灰粉脫硫 112.3.3用Mg粉脫硫 112.4如何選擇脫硫劑 122.5影響鐵水脫硫效果的因素 132.5.1脫硫劑種類 132.5.2粒度 132.5.3噴吹氣體流量及噴粉速度 132.5.4噴槍的插入方式和插入深度 133川威集團(tuán)KR法鐵水預(yù)處理現(xiàn)狀闡述 153.1原料要求標(biāo)準(zhǔn) 153.1.1鐵水條件 153.1.2脫硫劑采用CaO 153.2預(yù)處理脫硫操作參數(shù)統(tǒng)計 163.3預(yù)處理脫硫操作工藝流程 163.4對原料條件的狀況分析 173.4.1石灰 173.4.2瑩石粉 183.4.3釩鈦鐵水 193.5預(yù)處理脫硫原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計 203.6脫硫效率分析 234川威集團(tuán)KR預(yù)處理效率的工藝優(yōu)化 244.1KR法處理工藝優(yōu)化方案 244.1.1方案一：調(diào)渣技術(shù)方案 244.1.2方案二：高電石型脫硫調(diào)渣技術(shù)方案 244.1.3方案三：低電石型脫硫調(diào)渣技術(shù)方案 254.2試驗條件及應(yīng)用方法 254.2.1試驗采用的工藝流程。如下圖4.1 254.2.2脫硫調(diào)渣劑制備 254.2.3試驗過程KR脫硫主要工藝參數(shù) 264.2.4試驗方法 264.3試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析 264.3.1脫硫效果 264.3.2KR脫硫前后鐵水碳、釩成分變化 324.3.3脫硫渣 324.4經(jīng)濟(jì)效益分析 334.4.1經(jīng)濟(jì)效益計算依據(jù) 334.4.2經(jīng)濟(jì)效益計算 334.5本章小結(jié) 345結(jié)論 35參考文獻(xiàn) 36致謝 37重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文1緒論1緒論1.1鐵水預(yù)處理介紹鐵水預(yù)處理，主要是指在煉鋼生產(chǎn)中鐵水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐之前進(jìn)行脫硫、脫硅、脫磷處理，廣義的鐵水預(yù)處理包括從鐵水中提取有價金屬，如鐵水提釩、提鈮等[1]。鐵水預(yù)處理主要任務(wù)是脫硫、脫磷、脫硅。少量工藝需要脫釩。隨著市場競爭壓力的不斷增加，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)成本不斷增大，尤其是最近幾年鋼鐵產(chǎn)能迅速增加，為了在產(chǎn)能得不斷增加下保持著高效率、高品質(zhì)、低成本的鋼鐵生產(chǎn)，鐵水預(yù)處理技術(shù)在競爭環(huán)境惡劣下得到了快速的發(fā)展。1.2鐵水預(yù)處理的發(fā)展及展望現(xiàn)在對低硫鋼要求特別的苛刻，對鐵水預(yù)脫硫處理被絕大多數(shù)的鋼廠廣泛采用。生產(chǎn)過程中企業(yè)都采用與硫親和力較大的物質(zhì)作為脫硫劑，如鎂、鈣、CaC2、鎂焦、稀土金屬以及生石灰、氮化石灰及Na2CO3等。脫硫方法從噴吹法發(fā)展到了現(xiàn)在大多數(shù)鋼廠用的機(jī)械攪拌法主要是為了從提高脫硫劑的效率，流動性和提高爐渣堿度，增加反應(yīng)界面等反面考慮。由于現(xiàn)在對材料在性能上的要求越來越高，比如汽車用鋼、石油管線鑰、硅鋼、海上采油平臺用鋼等，以前的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出來的材料根本達(dá)不到這些材料需要的性能，那么在這種情況下迫使企業(yè)對工藝的改進(jìn)，所以鐵水預(yù)處理就由然而生，鐵水預(yù)處理能提高材料的性能和純潔度，從而滿足特殊材料用鋼，同時鐵水預(yù)處理對新品種開發(fā)也起到了助推作用，轉(zhuǎn)爐冶煉的航空用鋼、高鉻鋼、防腐鋼、焊條鋼、不銹鋼、高碳鋼、無縫鋼管用鋼及鋼軌鋼等都是用鐵水預(yù)處理后開發(fā)出來的新鋼種，鐵水預(yù)處理使鋼種的種類不斷增多[2]。我國的鋼產(chǎn)量從之前的1億噸發(fā)展到現(xiàn)在的8.1億噸，在最近幾年我國大約建設(shè)了將近八十套預(yù)處理裝置，處理能力達(dá)到近7000萬噸。鐵水脫硫預(yù)處理工藝現(xiàn)在主要的方法是ＫＲ法和噴吹法進(jìn)行脫硫，處理容器是轉(zhuǎn)爐鐵水罐,鐵水脫硫預(yù)處理的脫硫劑主要為金屬鎂和石灰，脫硫劑既可以單獨用一種粉劑作脫硫劑的，也有以一種粉劑為基礎(chǔ)的復(fù)合粉劑作脫硫劑的，比如武鋼一煉鋼，邯鋼三煉鋼等就是單獨一種粉劑作脫硫劑，而包鋼，梅鋼等是復(fù)合劑作脫硫劑[3]?，F(xiàn)在有80%以上的鋼廠用的都是鎂基復(fù)合劑，所以鎂脫硫發(fā)展得非常迅速。國內(nèi)大部分引進(jìn)先進(jìn)北美、西歐的鎂基復(fù)合噴吹技術(shù)，烏克蘭的單吹顆粒鎂噴吹技術(shù)，日本的ＫＲ法等國外新進(jìn)的脫硫預(yù)處理工藝設(shè)備。我國在國外先進(jìn)技術(shù)的同時并加以改進(jìn)成為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)也發(fā)揮著作用。如國內(nèi)開發(fā)的純鎂噴吹技術(shù)在行業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用(如馬鋼等)。有很多企業(yè)是對舊的生產(chǎn)線和落后工藝進(jìn)行改造和替代。如武鋼一煉鋼2021年以純鎂噴吹替代原有鎂、石灰混合噴吹工藝；太鋼改造原三脫設(shè)施。也有在原生產(chǎn)線基礎(chǔ)上的增建。如本鋼2021年引進(jìn)Danielicorus鎂基復(fù)合噴吹技術(shù)；武鋼二煉鋼增建1套ＫＲ法脫硫裝置。上世紀(jì)的脫硫方法在市場上占很大比例的是引進(jìn)改良的ＫＲ法、鎂基復(fù)合噴吹法，后面烏克蘭的顆粒鎂噴吹技術(shù)進(jìn)入我國后也發(fā)展得十分迅速。其后，鞍鋼新區(qū)的260ｔ轉(zhuǎn)爐脫硫車間采用了德國Polysius公司的鎂基復(fù)合噴吹技術(shù)。在未來，我國將繼續(xù)在預(yù)處理脫硫技術(shù)上加以發(fā)展及改進(jìn)，提高脫硫能力，煉高質(zhì)量的鋼，努力趕超國際先進(jìn)水平。1.3鐵水預(yù)脫硫現(xiàn)代化煉鋼廠鋼廠的重要標(biāo)志就看鐵水預(yù)處理工藝是否先進(jìn)和效率高，近代國際上先進(jìn)的鋼鐵廠一般都采用了全量鐵水脫硫，像歐美、日本絕大多數(shù)鋼廠都采用全量鐵水“三脫”(脫P、S、Si)處理[4]。隨著冶金技術(shù)的發(fā)展，鐵水爐外脫硫技術(shù)的研究與實踐正風(fēng)糜全球。在一般情況下，硫是鋼中的有害元素。高爐提高渣的爐溫和堿度能獲得了低硫鐵水，但這樣的話就會使高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下降。轉(zhuǎn)爐由于爐內(nèi)冶煉過程中熱力學(xué)條件的限制，脫硫率一般都不高。因此，為保證鋼的質(zhì)量，爐外對鐵水進(jìn)行脫硫預(yù)處理就成了必要工序。鐵水爐外脫硫技術(shù)從本世紀(jì)30年代開始投入應(yīng)用、經(jīng)過幾十年蓬勃發(fā)展至今，處理工藝方法也是層出百窮，方法還在不斷的改進(jìn)中，在國外已趨成熟，在實際生產(chǎn)中已大量的應(yīng)用在企業(yè)[5]。鐵水預(yù)處理脫硫工藝經(jīng)過多年的積累和對技術(shù)的改進(jìn)先后發(fā)明的工藝有搖動法，包括瑞典的單向偏心搖動鐵水罐法和日本神戶川崎鐵廠的可逆旋轉(zhuǎn)式DM搖包法，機(jī)械攪拌法有原西德DO(Demag-Ostberg)法、RS(Rheinstahl)法和赫歇法，日本新日鐵的KR(KambaraReactor)法和千葉的NP法，吹氣攪拌法有新日鐵的PDS(底噴)法CLDS(頂噴)法，鐘罩壓入法，主要有美國JanesLaughlin公司的鎂焦法和其它鎂系脫硫法，噴吹法有原西德Thyssen的ATH(斜插噴槍)法和新日鐵的TDS(頂噴)法，爐前鐵水溝連續(xù)脫硫法，噴粉法，由德國博克默維賴因工廠的波爾等人研制，主要是向鐵水噴粉脫硫法，噴粉脫硫法應(yīng)用于魚雷罐車[4]。機(jī)械攪拌法脫硫主要有KR法、RS法和DO法。在這幾種方法中在實際生產(chǎn)當(dāng)中運用的最多的還是KR法，下面重要介紹下KR法。1.3.1KR法的發(fā)展鐵水預(yù)處理逐漸已成為現(xiàn)代化的主要煉鋼生產(chǎn)工藝，現(xiàn)在用戶對鋼材質(zhì)量要求越來越苛刻，一般要求鋼中的硫含量控制在0.015％以下，有的甚至要求達(dá)到“雙零”的超低硫水平，考慮到減輕轉(zhuǎn)爐的冶煉任務(wù)和減少轉(zhuǎn)爐原料的消耗，使各冶煉設(shè)備發(fā)揮各自的作用，因此近年來國內(nèi)新建轉(zhuǎn)爐鋼廠都配備了鐵水脫硫裝置，老廠也經(jīng)過改造配備了脫硫裝置[7]。KR法作為一種主流脫硫工藝，在國內(nèi)許多鋼廠得到了廣泛應(yīng)用。1.3.2KR脫硫工藝在國內(nèi)的發(fā)展KR攪拌法是日本新日鋼鐵廠于1965年用于工業(yè)生產(chǎn)的鐵水爐外脫硫技術(shù)，早在1976年武鋼二煉鋼就從日本新日鐵引進(jìn)了國內(nèi)第一臺攪拌脫硫裝置，單罐處理能力為70—80t，處理周期約85min，采用CaC2基作為脫硫劑，由于當(dāng)時該套裝置的消耗指標(biāo)及運行成本均比較高，處理周期也長，所以這套裝置并沒有在國內(nèi)得到推廣。攪拌法脫硫工藝隨著時間的推移經(jīng)過近二十年的發(fā)展，已形成為一種成熟穩(wěn)定的脫硫工藝，在消耗指標(biāo)、運行成本、處理周期上都大大的降低了。在2021年武鋼二煉鋼對第一套攪拌法脫硫工藝進(jìn)行消化改進(jìn)，聯(lián)合原武漢鋼鐵研究設(shè)計總院自主設(shè)計和建造了第二套攪拌脫硫裝置。2021年寶鋼集團(tuán)一鋼公司從日本川崎重工引進(jìn)兩套150t攪拌脫硫裝置，2021年原武漢鋼鐵研究設(shè)計總院又在昆鋼建造了兩套55t的攪拌脫硫裝置，2021年原上海冶金設(shè)計研究院在寶鋼集團(tuán)上鋼三廠建造了兩套40t的攪拌脫硫裝置[7]。武鋼在2021年新二煉鋼新建兩套200t、馬鋼四煉鋼新建兩套300t攪拌脫硫裝置。韶鋼新一鋼工程在建兩套130t攪拌脫硫裝置，這樣在國內(nèi)已形成了300t、200t、150t、130t、80t、55t、40t大、中、小系列的攪拌脫硫。攪拌法脫硫工藝的原理就是將用耐火材料燒鑄烘烤而成的十字形攪拌頭，插人到鐵水罐中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使鐵水形成運動的漩渦，然后將脫硫劑通過振動給料加入到旋轉(zhuǎn)的鐵水中。脫硫劑被漩渦卷入鐵水中，在攪拌過程中與鐵水中的硫充分接觸反應(yīng)，從而達(dá)到脫硫的效果。影響脫硫速度的因素主要有脫硫劑種類和動力學(xué)條件?，F(xiàn)在的攪拌法脫硫工藝大多數(shù)是用石灰作為脫硫劑，再配入少許螢石、鋁渣作為助熔劑。當(dāng)鐵水中的硅含量在0.05％以上時，脫硫反應(yīng)為：2CaOfs+[s]+1／2[si]=(ca2s)(B)+1／2(Ca2SiO4)(1.1)當(dāng)鐵水中的硅含量很低時，脫硫反應(yīng)為：CaO+[S]+[S]=(Ca2S)+(CO)(1.2)反應(yīng)生成的CO氣體對鐵水起到攪拌作用，更加快了脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。因為高爐鐵水中的硅含量一般均大于0．05％，因此脫硫反應(yīng)均為(1.1)式。在反應(yīng)式(1.1)中生成的Ca2SiO4層將石灰顆粒包住，此層質(zhì)地緊密，且熔點高，阻礙了鐵水中的硫透過它向深部擴(kuò)散，使脫硫速度變緩，且生成的致密層包住新加入的石灰，增加了石灰的消耗，因此向脫硫劑中配入螢石等助熔劑，生成低熔點物質(zhì)，從而使鐵水中的硫進(jìn)一步與石灰反應(yīng)，能提高脫硫效率約20％。部分鋼廠向鐵水中加入鋁渣，從而降低氧勢，達(dá)到提高脫硫效率。1.3.3攪拌法脫硫工藝的優(yōu)缺點1.3.3.1攪拌法脫硫工藝的優(yōu)點①脫硫效率高而穩(wěn)定KR法脫硫工藝脫硫效率高且穩(wěn)定，并且回硫少，動力學(xué)條件及重現(xiàn)性都非常的良好。國內(nèi)某廠，采用KR攪拌法一個班處理了8爐鐵水，7爐達(dá)到0.001％，1爐為0.002％，采用石灰加鎂粉的噴吹法則達(dá)不到這個水平，且還會產(chǎn)生回硫[7]。②脫硫劑采用脫硫劑是石灰基脫硫劑，運輸與儲存都不需特殊裝置和措施，鎂基噴吹法脫硫工藝所用鎂粉需鈍化處理，且運輸和儲存需有防護(hù)措施[7]。③運行成本預(yù)處理的主要運行成本為脫硫劑和耐材。攪拌法的攪拌裝置的攪拌頭經(jīng)過多年的改進(jìn)，壽命已經(jīng)大大提高，目前通常大于250爐，有的壽命高達(dá)500多爐，而噴吹法的噴槍壽命通常在60多爐；攪拌裝置采用石灰基的脫硫劑，來源廣泛，價格低廉，而鎂基脫硫劑價格很高，且受市場的波動影響較大，通過對國內(nèi)某廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析，在鐵水終點硫≤0.005％時，攪拌法比噴吹法運行成本低，而當(dāng)鐵水終點硫>0.005％，噴吹法比攪拌法運行成本低[7]。1.3.3①設(shè)備較大，占用面積較多。②一次性投資較大。③鐵水的溫降較大。④鐵損較大。⑤處理周期較長。1.4鐵水預(yù)脫硅鐵水預(yù)處理“三脫”中的硅是一個比較穩(wěn)定的物質(zhì)，在鐵水中硅含量過高或過低都會對鐵水帶來影響，并將損害煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從而增加生產(chǎn)成本。所以，為了提高鋼材的質(zhì)量，世界各國都在預(yù)處理過程中增加了脫硅工序。脫去鐵水中的硅能減少轉(zhuǎn)爐冶煉的渣量、提高煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。轉(zhuǎn)爐需要較低量的硅含量，那么就需要在轉(zhuǎn)爐冶煉前對鐵水中的硅進(jìn)行處理。當(dāng)鐵水中的硅含量在1.15%時脫硫劑首先與硅起作用，就會影響脫硫，脫硅就去處脫硫的影響。所以脫硅不僅是對減少渣量有關(guān)，而且對脫硫脫磷也有聯(lián)系，為進(jìn)一步提高鋼材質(zhì)量打好基礎(chǔ)。經(jīng)過近十年的發(fā)展，脫硅也逐漸成為了鐵水預(yù)處理的必要環(huán)節(jié)了，為提高鐵水純度提供很大幫助。1.5鐵水預(yù)脫磷磷是鋼中的有害元素,在晶界容易產(chǎn)生偏析,引起鋼的低溫脆性和回火脆性。高級優(yōu)質(zhì)鋼對鋼中磷含量的要求很嚴(yán)格,低溫用鋼、抗氫致裂紋鋼、海洋用鋼都要求[P]小于0.01%或0.005%，鐵水預(yù)處理脫磷具有低溫的有利條件,常用的鐵水脫磷劑要求要有高堿度、高氧化性，采用鐵水預(yù)處理脫磷,既減輕了轉(zhuǎn)爐脫硅、脫磷任務(wù),實現(xiàn)少渣或無渣煉鋼,改善了轉(zhuǎn)爐煉鋼的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),又為冶煉低磷優(yōu)質(zhì)鋼、實現(xiàn)全連鑄、連鑄連軋?zhí)峁┙?jīng)濟(jì)的技術(shù)保障，鐵水預(yù)脫磷處理分為還原脫磷和氧化脫磷,目前,各鋼廠普遍采用氧化脫磷工藝[8]。脫磷方法根據(jù)脫磷劑不同分為鐵水罐法、SARP法、轉(zhuǎn)爐法、ORP法和NRP法等。1.6鐵水預(yù)脫釩提釩過程是鐵水中的鐵、釩、碳、硅、錳、鈦、磷、硫等元素的氧化反應(yīng)過程。主要方法就是向轉(zhuǎn)爐噴吹氧氣把釩氧化為高價的釩氧化合物，從而制取釩渣的物理化學(xué)過程。1.7鐵水預(yù)處理的設(shè)備鐵水預(yù)處理過程是從高爐出鐵水到轉(zhuǎn)爐煉鋼中間這個過程，主要設(shè)備由鐵水罐車、電動渣罐車、扒渣機(jī)、攪拌系統(tǒng)升降小車、定位夾緊裝置、升降導(dǎo)軌及框架、升降小車卷揚裝置、攪拌頭、除塵煙罩提升裝置、液壓驅(qū)動裝置、脫硫劑輸送裝置、測溫取樣裝置以及電氣自動化控制設(shè)備等，設(shè)備的先進(jìn)與否直接影響到鐵水預(yù)處理的效果。扒渣在鐵水預(yù)處理中是一個重要的環(huán)節(jié)，它為轉(zhuǎn)爐煉鋼去處鐵渣，使煉鋼在少渣的環(huán)境中運行，冶煉高質(zhì)量的鋼材，同時對轉(zhuǎn)爐起保護(hù)作用。扒渣是除去鐵水預(yù)處理后在鐵水表面產(chǎn)生的高硫渣,是控制入爐鐵水含硫量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐，扒渣設(shè)備也是迅速的發(fā)展著，下面重要介紹扒渣設(shè)備。1)氣動扒渣機(jī)全氣動小車走行式扒渣機(jī)的動力源是利用壓縮空氣來完成,在扒渣小車上按裝著上下擺動的扒渣臂裝置、扒渣板位置微調(diào)裝置、扒渣臂夾緊裝置和扒渣臂旋轉(zhuǎn)裝置，扒渣機(jī)行走、回轉(zhuǎn)、扒渣等所有動作的完成都通過氣缸氣體的運動，該扒渣機(jī)是從日本引進(jìn)的KR法鐵水脫硫裝置的扒渣機(jī)，再結(jié)合我國國情進(jìn)行改進(jìn)，是國內(nèi)使用較早的鐵水罐除渣設(shè)備[9]。平面圖見圖1.1。圖1.1氣動扒渣機(jī)氣動扒渣機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、重量輕等優(yōu)點。氣動扒渣機(jī)的氣體工作介質(zhì)采用氮氣,氮氣的可壓縮性較強(qiáng),扒渣時不好控制，且操作不平穩(wěn),扒渣時耙頭下砸力大,使得渣鐵不易分離,從而造成扒渣時間比較長、扒渣還不那么徹底,且鐵損大等缺點[9]。2)液壓扒渣機(jī)通過對氣動扒渣機(jī)缺點的研究,消化引進(jìn)國外液壓扒渣機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計制造了液壓扒渣機(jī),主要有液壓小車行走式扒渣機(jī)形式與氣動小車行走扒渣機(jī)兩種形式,所有的動作主要靠液壓驅(qū)動，設(shè)備主要部分由液壓站、扒渣臂上下擺動裝置、小車行走裝置、扒渣板初始位置微調(diào)裝置、電氣控制系統(tǒng)、扒渣機(jī)左右擺動裝置等組成，液壓小車行走式扒渣機(jī)行走系統(tǒng)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動,通過比例閥控制油缸來完成扒渣、左右旋轉(zhuǎn)、初始位置調(diào)整等動作，液壓扒渣機(jī)具有結(jié)構(gòu)形式牢固,工作穩(wěn)定且操作性好、扒渣力度大等優(yōu)點,但缺點是設(shè)備占地面積大,液壓設(shè)備要求高[9]。結(jié)構(gòu)見圖1.2。圖1.2液壓扒渣機(jī)3)小車式三抓扒渣機(jī)山東煙臺盛達(dá)利公司為了降低鐵損和提高清渣效率開發(fā)了一種扒渣方法，就是小車式三抓扒渣機(jī)，其特點是具有三個能打開和合攏的扒渣抓板,操縱渣耙在合攏狀態(tài)下進(jìn)圖1.3小車式三抓扒渣機(jī)入鐵水液面一定深度扒渣,然后再使兩個活動渣耙向兩邊打開,聚攏渣子后將其扒出，具體操作方法是:首先將回轉(zhuǎn)式撈渣機(jī)的渣耙浸入鐵水包中渣聚集較多的位置，然后操縱兩渣耙打開呈一條直線,向包口水平運動,運動中操縱兩渣耙逐漸合攏聚渣,最后將渣從包口扒出,或者利用扒渣機(jī)的升降功能將渣夾住后撈出[9]。此扒渣機(jī)的特點是既可以扒渣也可以用于撈渣。其結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。1.8國內(nèi)外脫硫劑的研究成果脫硫劑經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，種類變得越來越多，如今國外多數(shù)工業(yè)上使用的脫硫劑主要有：蘇打(Na2CO3)、電石(CaC2)、石灰(CaO)、金屬鎂以及以它們?yōu)榛A(chǔ)的復(fù)合脫硫劑。我國攀鋼采用CaC250%～55%+CaO30%～45%+CaF24%～10%+焦炭1%～5%，原始硫0.078%左右，脫硫率大于70%。德國發(fā)明的鈣鎂混合脫硫法由CaC266%～86%+干煤粉(揮發(fā)份不小于15%)+細(xì)鎂粉10%～30%組成，由鎂粉和電石組成使脫硫效果大大的增加。現(xiàn)在CaC2、Mg作為復(fù)合脫硫劑的基本組成，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。當(dāng)然CaC2和Mg粉可單獨順序使用,也可混合使用。美國LTV公司在[S]不小于0.045%和[S]不大于0.007%時采用CaC2，在其間采用Mg粉。北美地區(qū)鎂基脫硫劑基本上采用Mg+CaC2(或CaO),其中Mg為10%～90%。噴入方法有聯(lián)合順序噴入和混合噴入。聯(lián)合順序噴入一般有二支噴槍,最多三支噴槍,每支噴槍噴入一種脫硫劑。如一支噴(CaC2+CaO)作為載劑,一支噴Mg，載劑：鎂為3∶1或4∶1。脫硫劑用量0.686kg/t、噴吹時間3.4min,原始[S]為0.030%時,可將硫脫至0.015%。脫硫劑用量1.267kg/t,噴吹時間6.3min,可將硫脫至0.005%。土耳其伊茲密爾鋼鐵廠用的脫硫劑組成為Mg48%～52%+MgO1%+Al30%～40%+SiO25%～10%，脫硫劑粒度0.2～1.0mm，脫硫劑用量0.427kg/t，噴吹時間6～8min我國主要是對CaO基脫硫劑進(jìn)行研究，主要研究它的石灰活性和添加劑。東北大學(xué)與鞍鋼第三煉鋼廠對活性度的聯(lián)合研究下，發(fā)現(xiàn)活性石灰的脫硫率一般不小于90%，而普通石灰脫硫率小于70%,而且隨著活性石灰用量的增加脫硫率也會隨著增加,用量從6kg/t增至10.5kg/t，脫硫率從81%增至92%～97%。寶鋼與東北大學(xué)對粗晶粒的石灰石在加食鹽下煅燒制得的石灰對脫硫的影響進(jìn)行了實驗，不加食鹽煅燒的石灰活性度比沒有加食鹽的高,而且脫硫率平均提高24.02%。經(jīng)研究認(rèn)為:加食鹽煅燒后的活性石灰中CaO(n)結(jié)構(gòu)數(shù)量增加，石灰顆粒的缺陷多，比表面積大,鋼鐵研究總院對脫硫劑的添加物進(jìn)行了深入研究，除CaF2外對添加CaCO3、天然堿、CaCl2進(jìn)行了對比,在脫硫劑用量1%的情況下，吹煉8min，加CaCl2的為63%，加天然堿的脫硫率最高(73%),加CaCO3的為44%[10]。用量為1.5%時,加天然堿的脫硫率為87%。天然堿的主要成份為Na2CO382%、Na2SO45%、SiO23.2%。之所以加入天然堿后脫硫率較高，是由于Na2CO3脫硫能力比CaO、CaCl2和CaCO31.9研究本課題的目的及意義研究鐵水預(yù)處理主要目的是為了降低鐵水中的有害元素(硫、硅和磷)含量，為轉(zhuǎn)爐煉鋼提供較純的鐵水，最終生產(chǎn)出合格的高質(zhì)量的鋼材。如今，中國的鋼鐵產(chǎn)量和生產(chǎn)能力持續(xù)遞增，而隨著煉鋼技術(shù)的發(fā)展和國內(nèi)外的激烈競爭，對鋼材的質(zhì)量和生產(chǎn)的技術(shù)都提出了很高的要求。開展鐵水預(yù)處理研究的意義是增加優(yōu)質(zhì)鋼材產(chǎn)量、提高鋼材質(zhì)量、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、促使企業(yè)發(fā)展，這是當(dāng)下我國冶金行業(yè)在高產(chǎn)能的情況下面臨的亟需解決的問題。傳統(tǒng)的高爐煉鐵—轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝很難滿足鋼中P、S含量達(dá)到“雙零”的要求。鐵水預(yù)處理包括三脫：脫硫、脫磷、脫硅。鐵水預(yù)處理脫磷的主要目的是為了冶煉低磷鋼和超低碳鋼，以用于一些特殊場合。研究表明，進(jìn)行預(yù)處理脫磷必然先脫硅，碳也會有一定程度的降低。預(yù)處理雖然會造成熱量一定程度的減少，但由可以使轉(zhuǎn)爐煉鋼只有較少的渣，轉(zhuǎn)爐就避免了用于化渣的熱量，兩者幾乎可以相抵消,在日本、美國、西歐一些鋼鐵工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家的鐵水預(yù)處理技術(shù)發(fā)展非?？?，鐵水預(yù)處理量基本上在70%~80%以上，有的企業(yè)已達(dá)100％[10]。1.10本課題的任務(wù)為提高川威KR法鐵水預(yù)處理脫硫的效果，降低脫硫劑的消耗，在現(xiàn)有工藝條件下，研究脫硫劑各組分對脫硫效率和綜合成本的影響。根據(jù)川威集團(tuán)的鐵水主要為釩鈦鐵水的實際情況，并結(jié)合現(xiàn)場的操作條件，通過調(diào)整脫硫劑成分，進(jìn)行現(xiàn)場試驗，得到優(yōu)化的鐵水脫硫方案。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文2鐵水脫硫的熱力學(xué)2鐵水脫硫的熱力學(xué)2.1鐵水脫硫預(yù)處理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)2.1.1脫硫效率(η（s）)η（s）=（[s]前-[s]后）/[s]前×100%（2.1）式中：[s]前——預(yù)處理前鐵水含硫量，％[s]后——預(yù)處理后鐵水成品含硫量，％通過公式脫硫效率反映出脫硫工藝對鐵水脫硫的直接影響，在工藝操作中起著很重要的作用，ηs值越大，說明脫硫效果就越好，ηs值的大小與原始含硫量有關(guān)系，如脫硫前原始硫很高，那么ηs值較大，所以不能說明成品硫就很低。但公式中沒有脫硫劑的使用量，所以該公式不能反映出脫硫劑的脫硫效果。2.1.2脫硫劑效率(Ks)Ks=d[s]／dw（2.2）式中：w—脫硫劑的消耗量，kg/t鐵假設(shè)在脫硫反應(yīng)過程中，脫硫劑的效率不變，則：Ks=[S]前-[S]后／W（2.3）脫硫劑效率Ks的意義是單位脫硫劑的脫硫量，雖然不能準(zhǔn)確地表述出脫硫劑的脫硫能力的大小，但在實際生產(chǎn)操作中有著實際意義。在掌握脫硫數(shù)據(jù)的情況下，就可以按照要求加入所需要的脫硫劑的數(shù)量。2.1.3脫硫劑的反應(yīng)率ηM鐵水中加入的脫硫劑，并不是所有的脫硫劑都參與了脫硫反應(yīng)并起到了脫硫作用，為了便于比較脫硫工藝中脫硫劑參與脫硫反應(yīng)的程度，可用脫硫劑的理論消耗量和實際消耗量的比值來表示脫硫劑的反應(yīng)率ηM=QT／QP×100%（2.4）式中：QT——脫硫劑的理論消耗量，kg/t鐵QP——脫硫劑的實際消耗量，kg/t鐵例如：用電石粉的脫硫劑的反應(yīng)率CaC2+[S]=CaS+2CηCaC2=1000×﹙[S]前－[S]后﹚×64/32／QCaC2×KCaC2（2.5）式中：64—CaC2的分子量32—S的分子量QCaC2—電石粉的單耗，kg/t鐵KCaC2—電石粉中CaC2的含量，％2.1.4脫硫分配比﹙Ls﹚脫硫的產(chǎn)物必須進(jìn)入渣中，從而使鋼中的硫減少，其反應(yīng)式簡化為：[S]=﹙S﹚。爐渣的脫硫能力，通常用硫在渣—鐵中的分配比的大小來表示，Ls=（S）/[S]（2.6）式中：Ls—硫在渣—鐵中分配比(S)—渣中硫的含量，％[S]—鐵中硫的含量，％Ls值的大小說名了爐渣脫硫能力的強(qiáng)弱，越大則脫硫能力越強(qiáng)，一般而言，像高爐渣由于FeO低，Ls可達(dá)100，電爐還原期Ls可達(dá)30～50，而轉(zhuǎn)爐渣僅為5～10。2.2脫硫劑的種類實際生產(chǎn)中，鐵水預(yù)脫硫常用的脫硫劑有4種：石灰粉系、碳化鈣系、鈍化鎂系、蘇打粉系。脫硫劑是決定脫硫率和脫硫成本的主要因素。選擇脫硫劑主要需要考慮成本、脫硫效率、環(huán)境保護(hù)、資源、脫硫產(chǎn)物形態(tài)、對罐體耐火材料的侵蝕和安全等眾多因素。這4種脫硫劑特點的對比見表2.1。表2.1鐵水預(yù)脫硫熔劑的比較脫硫劑優(yōu)點缺點石灰粉系價格便宜,脫硫?qū)摅w耐材侵蝕少,扒渣容易脫硫效率低,溫降大，鐵損大易受潮失效碳化鈣系脫硫效率高，渣量少，溫降小易于防止回硫易受潮，易產(chǎn)生爆炸，對運輸，貯存和使用要求高,高溫時，脫硫效率低，要求噴入鐵水的深度大，價格高鈍化鎂系脫硫能力強(qiáng)，耗量少渣量少，鐵損低溫降小脫硫效率低，溫差大，污染環(huán)境蘇打系價格便宜渣很稀，扒渣困難從表2.1可看出，使用一種脫硫劑，都達(dá)不到完全滿意的效果。隨著工業(yè)鐵水預(yù)脫硫技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在企業(yè)主要傾向于CaO-Mg基熔劑和CaC2-Mg基熔劑兩種脫硫劑方案。2.3脫硫劑的反應(yīng)特點2.3.1電石粉﹙CaC2﹚碳化鈣脫硫反應(yīng)為CaC2+[S]=CaS+2CΔG°=-359245+109.5tj/mol用CaC2脫硫有如下特點：①在高碳鐵水中，CaC2分解出的Ca離子與鐵水中的硫有極強(qiáng)的親和力。因此CaC2有很強(qiáng)的脫硫能力故用量少，渣量也較少。②用CaC2脫硫反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，有利于減少鐵水溫度降低。③用電石粉脫硫形成電石粉，同時還有少量的C2H2產(chǎn)生，會對環(huán)境產(chǎn)生污染，所以必須得有除塵設(shè)備。④該反應(yīng)的脫硫產(chǎn)物為CaS，其熔點2450℃，熔點高，因此脫硫后，在鐵水面上形成的是疏松的固體渣，能有效的⑤電石粉易吸潮，吸潮時產(chǎn)生如下反應(yīng):CaC2+H2O=CaO+C2H2CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2這個反應(yīng)會大大降低電石的脫硫能力，而且放出的C2H2是屬易爆氣體，不便于運輸和儲存。2.3.2石灰粉脫硫石灰脫硫的反應(yīng)式為：CaO﹙s﹚+[S]+[C]=CaS﹙S﹚+CO﹙g﹚ΔG°=86670-68.69Tj/molCaO﹙s﹚+[S]+1/2[Si]=CaS﹙S﹚+1/2Ca2SiO4﹙s﹚ΔG°=-251930+83.36Tj/mol用CaO脫硫有如下特點：①在一定含硅量和高C的鐵水中，脫硫能力較強(qiáng)，在1350℃時，用CaO脫硫，反應(yīng)達(dá)平衡時，鐵水中硫含量可達(dá)3.7×10-5，比CaC2②石灰粉資源廣、價格低、易加工，使用安全。③脫硫渣為固體渣，扒渣方便，對混鐵車、鐵水缶侵蝕較小，但用量比較大，形成的渣量也大，鐵損也較高，鐵水溫降也較大。④在實際中，由于石灰粉的流動性差、在料罐中也可能會堵料、在輸送中也易堵塞，而且石灰容易吸潮，吸潮后其流動性基本不行，吸潮后會生成物為Ca﹙OH﹚2，不僅影響了脫硫效果，而且還會污染環(huán)境，因此，石灰必須在干燥的條件下進(jìn)行加工運輸和貯存，通常也采用氮氣密封和輸送[11]。2.3.3用Mg粉脫硫用Mg粉脫硫，其反應(yīng)式為：Mg﹙g﹚+[S]=MgS﹙s﹚ΔG=-427367+180.67Tj/mol鎂粉脫硫有如下特點：①Mg的沸點為ll07℃，Mg加入鐵水后，變成Mg蒸氣，形成氣泡，使Mg的脫硫反應(yīng)在氣液相界面上進(jìn)行，另外由于金屬Mg變成Mg蒸氣．使得反應(yīng)區(qū)附近的流體攪拌良好，大大增強(qiáng)Mg的脫硫效果[12]②Mg有很強(qiáng)的鐵水脫硫能力，1350℃時，用Mg粉脫硫，反應(yīng)的平衡常數(shù)為3.17×105，反應(yīng)達(dá)到平衡時，鐵水中含硫量可達(dá)l.6×10-7，大大高于Ca0的脫硫能力[12]③Mg能溶解一部在鐵水中，鐵水經(jīng)過Mg溶解飽和后能有效的防止回硫，飽和的Mg在鐵水處理后的運送過程中仍能對鐵水起到脫硫作用。④Mg的價格雖然昂貴，但只要Mg混合脫硫劑配比合適，使用量就會減少少，而且鐵水溫降小，渣量少，鐵損也少等優(yōu)點，綜合起來成本也不一定高，而且用量少，處理周期也短，對于高節(jié)奏的轉(zhuǎn)爐來說是有利的，所以Mg基復(fù)合脫硫劑已被越來越多的企業(yè)采用[12]。⑤當(dāng)Mg進(jìn)入鐵水后就會發(fā)生氣化，并且反應(yīng)非常劇烈，所以一般都不使用純Mg，而與其他材料混合一起組成復(fù)合脫硫劑噴入，現(xiàn)在大多數(shù)與Ca0一起混合后組成混合脫硫劑。除鎂的其他脫硫劑，像石灰石（CaCO3）脫硫效果差而且鐵水溫降太大，蘇打（Na2CO3）脫硫效果好，但是資源短缺，而且脫硫產(chǎn)物呈液態(tài)對罐襯侵蝕比較嚴(yán)重，降溫也很大，因此這些脫硫劑在鐵水脫硫生產(chǎn)中采用較少。2.4如何選擇脫硫劑過去普遍采用鈣系脫硫劑，即CaO+CaF2+C或CaO+CaC2+CaF2。當(dāng)鎂進(jìn)入鐵水后在高溫下就會發(fā)生汽化并與鐵水中的硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生氣體對鐵水形成攪拌，加強(qiáng)鐵水的流動性，使脫硫反應(yīng)的動力學(xué)條件比其他單純固液兩相反應(yīng)條件要好，另一方面從熱力學(xué)角度看，鎂和硫在鐵水中的溶度積隨溫度下降而下降，所以處理后鐵水在運送過程中還可以對鐵水進(jìn)行二次脫硫，防止鐵水回硫[12]。在對鎂劑的研究過程中，有些研究者就將鎂制成鎂鋁、鎂焦、鎂白云石等固體塊狀物加入鐵水中，然后隨著發(fā)展近些年來又出現(xiàn)了喂絲法，脫硫效果都取得了很好的成效，但還是由于鎂的價格比較昂貴，所以沒能得到大規(guī)模的廣泛應(yīng)用。鐵水預(yù)處理噴吹法如今有鈣系脫硫劑工藝、純鎂粒脫硫劑工藝和復(fù)合鎂脫硫劑工藝三種工藝，鈣系要達(dá)到進(jìn)一步的脫硫也要靠大量的原料來實現(xiàn)，同時就會產(chǎn)生大量的爐渣，處理周期的會很長并且鐵水的溫度損失會很大，尤其對鐵水的損失最大，長的處理周期和過高的處理成本使鈣系脫硫劑在鐵水深脫硫領(lǐng)域基本被淘汰。雖然復(fù)合鎂脫硫劑相對于純鎂粒脫硫劑相比又遜一籌，純鎂粒的物質(zhì)全是鎂，脫硫效果更強(qiáng)，對鐵水反應(yīng)更劇烈，在工藝使用量上消耗最少，產(chǎn)生的渣量和煙氣量也最小，載氣耗量最小，處理周期最短，不產(chǎn)生毒害物質(zhì)，鐵水溫降最小，金屬損失亦最少，操作更簡便，脫硫深度是其他方法所不及的，不論“深脫硫”或“淺脫硫”其綜合成本都是最低的[12]。選擇好的脫硫劑是預(yù)處理脫硫的關(guān)鍵，所以選擇脫硫劑不僅要考慮脫硫劑的脫硫效率，同時還要考慮到脫硫劑的原料來源，價格，運輸存儲，對環(huán)境的危害，是否產(chǎn)生大量的渣，對鐵水是否有影響等因素。脫硫劑的選擇就直接影響到鐵水脫硫效果和經(jīng)濟(jì)效益。2.5影響鐵水脫硫效果的因素2.5.1脫硫劑種類CaC2的脫硫效果明顯優(yōu)于Ca0基脫硫劑，其對比試驗見下表：表2.2CaC2和Ca0脫硫效果比較脫硫劑脫硫(％)處理時間(min)溫降(0C)脫硫劑量(kg／t鐵)噴吹速度(kg／min)原始S處理后脫硫率Ca0基粉劑0.0190.00576.4520.93710.8150CaC2粉劑0.0220.00675.315.1254.380可見，CaC2的脫硫能力比Ca0基強(qiáng)，而且溫降也小，處理時間也縮短，因此，如果要求鐵水硫要<0.010，則都要使用一部份CaC2，因為單純使用Ca0基，雖然用量加大也可以達(dá)到0.005％的水平，但結(jié)果是處理時間太長，鐵水的溫降太大，著對轉(zhuǎn)爐冶煉增加了困難，所以用Ca0基處理鐵水僅用于淺脫硫，對深脫硫，一般要采用Ca0基再加CaC2進(jìn)行深脫硫或全部采用CaC2進(jìn)行深脫[10]。2.5.2粒度經(jīng)過實踐，對混鐵車噴吹脫硫劑的粒度選定為0.1～lmm。2.5.3噴吹氣體流量及噴粉速度由于混鐵車鐵水量大，從生產(chǎn)節(jié)湊考慮噴粉速度控制在80～150kg／min，為達(dá)到這高的噴粉速度，其噴吹的氮氣流量應(yīng)達(dá)到200～260NM3／h較好。2.5.4噴槍的插入方式和插入深度由于混鐵車是平放的園柱體，鐵水不易攪拌均勻，容易出現(xiàn)死角。噴槍的插入方式就尤為重要，一般有垂直插入和傾斜插入，通過試驗，傾斜插入的噴槍攪拌區(qū)偏向一邊，另一邊有死角，而噴槍垂直插入但噴口橫吹的方式，其攪拌比較均勻，所以混鐵車一般都采用垂直插入方式。噴槍插入的深度會影響脫硫的效率，噴槍插入過深，噴槍壽命下降，而且對混鐵車的耐材浸蝕也增加，另一方面也會使混鐵車的振動加劇，影響到操作的安全，插入過淺則脫硫劑在鐵水中停留的有效時間短，脫硫劑難以發(fā)揮作用，脫硫效果就不佳[10]。因此脫硫噴槍的插入深度控制在1000～1500mm較好。在鐵水預(yù)處理中，噴槍的使用關(guān)系到脫硫的效果，正確的操作使用噴槍有利于提高脫硫效率，對設(shè)備也有好處，同時能為轉(zhuǎn)爐提供低硫少渣的鐵水。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文3川威集團(tuán)KR法鐵水預(yù)處理現(xiàn)狀闡述3川威集團(tuán)KR法鐵水預(yù)處理現(xiàn)狀闡述KR法脫硫工藝是以一個外襯耐火材料的攪拌器侵入鐵水罐內(nèi)，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)攪動鐵水，使鐵水產(chǎn)生漩渦，同時加入脫硫劑（CaO+CaF2）使其卷入鐵水內(nèi)部進(jìn)行充分反應(yīng)，從而達(dá)到鐵水脫硫的目的。反應(yīng)式為：(CaO)+[S]=(CaS)+[O]3.1原料要求標(biāo)準(zhǔn)3.1.1鐵水條件鐵水溫度：T≥1200鐵水硫含量：[S]≤0.140%渣層厚度：δ＜50mm處理鐵水量：Q=73-76噸/罐·次3.1.2脫硫劑采用CaO3.1.2.1活性石灰：90%;瑩石粉：10%石灰要求條件：CaO≥80%，SiO2≤5%,S≤0.030%,活性度≥300ml，H2O≤0.1%瑩石要求條件：CaF2≥80%,(原料緊張時可適當(dāng)放寬，最低不低于60%，SiO2≤2.8%，S≤0.050%，粒度0.1~2.0mm,H2O≤0.5%3.1.2.2粒度要求，如下表3.1表3.1脫硫劑粒度要求規(guī)格>1mm1.0~0.5mm0.5~0.1mm<0.1mm比例<3%55~65%25~32%<5%3.1.2.3脫硫劑加入范圍，見下表3.2表3.2脫硫劑加入范圍處理前鐵水[S]×10-5≤40目標(biāo)[S]×10-5≤20≤10脫硫劑加入量Kg/T.Fe4~4.56.5~7.041~50≤40≤20≤103.0~3.54.0~4.56.0~6.551~60≤40≤20≤103.5~4.06.0~6.56.0~8.561~70≤40≤20≤103.5~4.56.0~8.07.5~9.071~80≤40≤20≤104.5~7.57.5~9.09.0~10.581~90≤40≤20≤105.5~7.09.0~10.510.0~12.591~100≤40≤20≤106.5~8.010.5~11.512.5~13.5101~110≤40≤20≤108.0~9.511.5~12.512.5~14.5＞110≤40≤20≤10≥9.513.0~14.514.5~16.5注：（1）視脫硫劑理化指標(biāo)上升、下降，可將前[S]減少或提高0.02%。(2)前[S]≤0.045%時，可將前[S]提高0.005~0.010%。（3）根據(jù)攪拌頭狀況、鐵水帶渣量的多少，脫硫劑加入量可適當(dāng)調(diào)整。（4）特殊情況（如：設(shè)備故障、生產(chǎn)節(jié)奏緊、前硫未及時分出來）脫硫劑加入量可按照上限含量進(jìn)行處理3.2預(yù)處理脫硫操作參數(shù)統(tǒng)計預(yù)處理脫硫操作參數(shù)，詳見下表3.3：表3.3KR脫硫主要參數(shù)鐵水量（t）扒前渣時間(min)扒后渣時間(min)脫硫前溫度℃攪拌時間(min)旋轉(zhuǎn)速度r/min60~803~87~101200~13006~9100~1403.3預(yù)處理脫硫操作工藝流程川威集團(tuán)KR脫硫工藝主要設(shè)備包括：80t脫硫鐵水罐車、電動渣罐車、扒渣機(jī)、攪拌系統(tǒng)升降小車、升降導(dǎo)軌及框架、定位夾緊裝置、升降小車卷揚裝置、除塵煙罩提升裝置、脫硫劑輸送裝置、液壓驅(qū)動裝置、測溫取樣裝置、攪拌頭以及電氣自動化控制設(shè)備等。KR法工藝流程圖，詳見下圖3.1：扒前渣轉(zhuǎn)爐取后樣測后硫加脫硫劑攪拌扒后渣取前樣脫硫?qū)Ｓ霉迣Ｓ没扈F爐高爐鐵水扒前渣轉(zhuǎn)爐取后樣測后硫加脫硫劑攪拌扒后渣取前樣脫硫?qū)Ｓ霉迣Ｓ没扈F爐高爐鐵水圖3.1KR法工藝流程圖3.4對原料條件的狀況分析3.4.1石灰以下是石灰的質(zhì)量統(tǒng)計情況，如圖3.2~3.4。圖3.2CaO統(tǒng)計分布圖圖3.3SiO2含量范圍統(tǒng)計分布圖圖3.4MgO含量范圍統(tǒng)計分布圖從上圖中不完全統(tǒng)計結(jié)果可以看出，石灰中的CaO含量在61.94%~90.84%，平均71.88%；SiO2含量在3.18%~7.41%，平均5.23%；MgO含量在0.41%~1.43%，平均含量0.94%；參照冶金石灰的理化標(biāo)準(zhǔn)YB/T042-2021，四級以上石灰的比例僅占5.5%，大部分達(dá)不到四級石灰，同石灰要求條件相比較差8.12個點，可見石灰質(zhì)量較差；SiO2也達(dá)不到四級石灰的要求。3.4.2瑩石粉以下是螢石粉的質(zhì)量統(tǒng)計情況，如圖3.5~3.6。圖3.5CaF2含量范圍統(tǒng)計分布圖圖3.6水含量范圍統(tǒng)計分布圖從上圖中不完全統(tǒng)計結(jié)果可以看出，螢石粉中的CaF2含量在66.95%~88.82%，平均含量在78.58%；水的含量在0.1%~1.41%之間，平均含量0.52%；參照瑩石塊礦的理化標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)GB8216-87，五級以上螢石粉的比例僅占54%，同螢石粉要求條件相比差1.42個點，可見基本達(dá)到要求。水含量平均為0.52%偏高，0.5~1.0的范圍占了40%，導(dǎo)致石灰的配料中容易吸潮，吸潮的石灰粉輸送起來困難，有時會發(fā)生堵塞噴槍，影響生產(chǎn)效果并容易帶來嚴(yán)重事故。3.4.3釩鈦鐵水以下是釩鈦鐵水的質(zhì)量統(tǒng)計情況，圖3.7所示。圖3.7S含量范圍統(tǒng)計分布圖從上圖不完全統(tǒng)計可以看出，釩鈦鐵水中的S含量在0.035%以下的沒有，S含量在0.100~0.120%之間占27.5%，S含量在0.120~0.140%占13.5%，而超過0.140%的占7.5%，由此可見鐵水含S量較高，對爐外脫硫帶來一定難度。3.5預(yù)處理脫硫原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計以下是預(yù)處理脫硫原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計情況，如表3.4~3.5所示。表3.4采用瑩石粉+石灰工藝脫硫后渣分析結(jié)果編號CaOSiO2TFeMgOMnOMFeFeO129511295212953129541973719738197391974019741197421974319744197451974619747197481974919750197561975719758198001980819810198111981219815198171981819674196751967619677196781967919680197341973555.4161.6950.756.7558.2151.5955.6359.6760.1256.9858.3247.3354.9659.8948.2355.6350.0251.3753.6152.9455.0746.8857.249.850.9248.1252.0453.3946.7755.8658.155.1847.3351.8243.2960.7958.2140.1514.8212.0512.7513.9312.6214.3113.513.3914.9216.1115.7813.2914.9812.9912.5413.4714.2316.0212.9913.3913.112.6215.711.6818.0412.5419.0013.2313.1014.6313.2911.8621.4515.0913.2311.6512.7211.1710.258.316.3511.6511.49.811.99.67.59.47.822.9511.38.719.515.91317.717.314.712.720.089.520.55.9521.28.0515.9227.7210.813.514.611.519.18.110.6530.91.921.771.932.261.532.261.772.742.12.12.421.772.422.421.531.612.741.291.771.932.51.932.262.022.92.12.422.11.692.422.421.931.933.462.742.422.181.770.4210.2680.1240.1750.3810.2060.0930.180.1440.1240.2170.1650.0820.2270.1030.1750.2270.680.1390.1960.2060.3810.330.160.1960.2580.2270.160.1960.2580.2270.2680.2270.2060.3920.2060.1750.1864.833.810．057.057.155.67.15.284.155.34.217.86.95.4514.7511.48.513.311.49.9813.55.814.52.8515.23.91216.15.25.37.810.057.9514.454.255.825.55.024.828.15.795.215.46.185.044.184.54.126.564.894.056.115.667.596.185.667.596.185.668.464.767.087.725.344.57.593.256.436.695.724.445.984.576.246.43averminmax53.3940.1560.7914.0411.1721.4513.655.9530.92.161.293.460.220.0820.3928.992.8525.55.723.256.69表3.4采用螢石粉+石灰工藝脫硫后渣分析結(jié)果（續(xù)）編號V2O5PSTiO2總重/g篩上物/g全鐵/g12951129521295312954197371973819739197401974119742197431974419745197461974719748197491975019756197571975819800198081981019811198121981519817198181967419675196761967719678196791968019734197350.4610.1770.4250.1260.1720.3340.3640.1420.1320.3040.2080.3490.2330.1220.4350.2020.3240.2020.2020.2840.2630.4760.1820.2730.1520.3490.6480.4150.3440.2580.1220.2840.8230.2330.3140.2330.3140.4860.0450.080.060.0530.0690.0610.0540.0430.0530.0740.040.0620.0590.0420.0560.0480.0550.0750.0630.0730.0840.0750.0460.0650.0310.0710.0420.0650.0710.0540.0720.01030.0540.0410.050.0770.0550.0764.226.084.866.346.153.725.245.835.225.385.023.295.334.334.055.483.883.824.485.485.514.265.734.942.353.433.064.933.745.715.385.174.893.423.816.024.833.655.193.946.693.554.566.365.494.094.844.25.335.15.264.137.073.637.023.453.744.845.356.784.115.997.665.648.775.445.447.974.464.654.816.7312.264.615.815.85495039383957.54737.552.3523244443532.53032.53531.5333632363438.836.5493730.538.53433.533.733323641.73331.811.31422.599.322.5168.51115.292010161215101010101217.517131528.51017239.5101015201010201624.4927.9456.1826.726.9138.6335.3224.4822.2130.0628.3350.6225.7944.142.5350.733.5835.2136.3534.1735.2355.3445.5639.838.6758.7127.1755.4860.2528.8930.5832.5832.1946.4059.2335.4424.8156.83averminmax0.30.1220.820.060.0310.14.72.356.025.563.4512.2638.343041.714.048.52038.8922.2159.23表3.5實驗前的原始脫硫數(shù)據(jù)項目脫硫鐵水量（t）扒前渣時間（min）扒后渣時間（min）脫前硫含量%脫后硫含量%脫硫效率%脫硫溫降℃攪拌時間（min）脫硫劑加入量kg脫硫劑噸鐵消耗量kg/t脫出單個硫的脫硫劑消耗量kg.t/Fe數(shù)值76.13.49.20.1050.0281288.3104113.71.1613.6脫硫效率分析采用螢石粉+石灰工藝對釩鈦鐵水進(jìn)行爐外脫硫，渣流動性差，渣鐵分離困難，脫硫單耗高，脫硫率不高，綜合成本較高。重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文4川威集團(tuán)KR預(yù)處理效率的工藝優(yōu)化4川威集團(tuán)KR預(yù)處理效率的工藝優(yōu)化通過對川威現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析，不難得出川威現(xiàn)在的鐵水預(yù)處理工藝存在很多不足，脫硫效果不佳，綜合成本變得較高，自然就影響廠里的效益，根據(jù)數(shù)據(jù)該如何優(yōu)化呢？川威集團(tuán)煉鋼用鐵水主要為低溫含釩鈦高硫鐵水，與其他鋼鐵廠相比，鐵水脫硫相對困難，主要表現(xiàn)在：1、高爐冶煉的原料是釩鈦磁鐵礦，生產(chǎn)的鐵水含硫量高，平均硫含量比其他鋼廠（如寶鋼，鞍鋼）高出0.05%~0.07%。2、鐵水成分和溫度與普通高爐鐵水相比有較大差距，溫度比一般的鐵水低40度到50度，低硅、低溫及釩鈦元素的存在，影響了硫在鐵水中的傳質(zhì)，不利于脫硫反應(yīng)。3、高爐渣為CaO-SiO2-Al2O3-TiO2渣系，渣中含量較高（13%左右），熔渣與含碳飽和的鐵液接觸時，其中的TiO2被還原，形成相當(dāng)數(shù)量的TiC,TiN,Ti(C,N)及高熔點物質(zhì)，導(dǎo)致爐渣熔化溫度升高，流動性差，脫硫反應(yīng)動力學(xué)條件差[13]。針對川威集團(tuán)這一特殊情況，就KR法脫硫處理效率的工藝進(jìn)行優(yōu)化。4.1KR法處理工藝優(yōu)化方案在KR法處理后的爐渣成分和鐵水成分變化規(guī)律研究及渣-鐵反應(yīng)的平衡的基礎(chǔ)，針對現(xiàn)行工藝的問題，根據(jù)川威集團(tuán)鐵水低溫高硫特點，從提高脫硫效率和降溫脫硫生產(chǎn)成本入手，設(shè)計3個現(xiàn)場試驗技術(shù)方案。4.1.1方案一：調(diào)渣技術(shù)方案本方案主要從動力學(xué)的角度出發(fā)，重點針對KR脫硫渣進(jìn)行調(diào)渣處理，以進(jìn)一步降低脫硫過程鐵損，增加經(jīng)濟(jì)效益。調(diào)假劑的指標(biāo)見表4.1。試驗過程中調(diào)渣劑與現(xiàn)有石灰脫硫劑的配比為1:9，同時在使用石灰+螢石配比（9:1）相同。表4.1調(diào)渣劑理化指標(biāo)表成分CaO/%S/%P/%H2O/%Al2O3/%發(fā)氣量/L.kg-1粒度數(shù)值≥30≤0.20≤0.15≤0.5≥500≤1.5mm，其中小于0.5mm者不小于60%4.1.2方案二：高電石型脫硫調(diào)渣技術(shù)方案本案主要是從提高KR法脫硫效率的角度出發(fā)，在方案一實驗基礎(chǔ)上，在調(diào)渣劑中加入一定量的電石等強(qiáng)脫硫劑，提高KR脫硫劑的脫硫效率，同時，進(jìn)一步針對KR脫硫渣進(jìn)行調(diào)渣處理，降低脫硫過程鐵損。在方案二中，高電石脫硫調(diào)渣劑的理化指標(biāo)見表4.2.實驗過程中，高電石脫硫劑與現(xiàn)有石灰脫硫劑調(diào)渣劑的配比為2:8，同現(xiàn)在使用的石灰+螢石配比（9:1）有一定不同，作了一定的調(diào)整。表4.2高電石調(diào)渣劑理化指標(biāo)表成分CaO/%S/%P/%H2O/%Al2O3/%發(fā)氣量/L.kg-1粒度數(shù)值≥60≤0.20≤0.15≤0.5≥20≥20≤1.5mm，其中小于0.5mm者不小于60%4.1.3方案三：低電石型脫硫調(diào)渣技術(shù)方案在方案二中，發(fā)現(xiàn)脫硫渣渣態(tài)有時粘結(jié)，扒渣有一定難度。為了改變這種現(xiàn)象，對脫硫劑配比做了一些調(diào)整。調(diào)整后的高電石脫硫劑為低電石脫硫調(diào)渣劑(新型脫硫劑)的指標(biāo)見表4.3。該低電石脫硫調(diào)渣劑作為方案三實驗方案，在方案三實驗過程中，低電石脫硫調(diào)渣劑與現(xiàn)有石灰脫硫劑的配比為2:8，同現(xiàn)在使用的石灰+螢石配比（9:1）有一定不同。表4.3低電石調(diào)渣劑理化指標(biāo)表成分CaO/%S/%P/%H2O/%Al2O3/%發(fā)氣量/L.kg-1粒度數(shù)值≥55≤0.20≤0.15≤0.5≥25≥10≤1.5mm，其中小于0.5mm者不小于60%4.2試驗條件及應(yīng)用方法石灰+造渣劑4.2.1試驗采用的工藝流程。如下圖4.1。石灰+造渣劑鐵塊+鐵塊+冷固球團(tuán)新型脫硫劑+石灰脫硫后扒渣脫硫前扒渣80t轉(zhuǎn)爐80t轉(zhuǎn)爐提釩脫硫后扒渣脫硫前扒渣80t轉(zhuǎn)爐80t轉(zhuǎn)爐提釩脫后鐵水脫前鐵水半鋼KR脫硫半鋼KR脫硫脫硫前渣脫硫渣鋼渣釩渣脫硫前渣脫硫渣鋼渣釩渣圖4.1川威集團(tuán)KR脫硫流程圖4.2.2脫硫調(diào)渣劑制備試驗前，將脫硫調(diào)渣劑運至現(xiàn)場。然后，按方案一、二、三要求進(jìn)行脫硫調(diào)渣劑配料。配制的脫硫調(diào)渣劑置于備料倉，試驗前送至KR料倉，為本次試驗使用。4.2.3試驗過程KR脫硫主要工藝參數(shù)試驗過程KR工藝主要參數(shù)見表4.4。由表4.4可見，試驗過程中，相關(guān)工藝參數(shù)基本未作調(diào)整，與現(xiàn)有工藝相同。表4.4KR脫硫主要工藝參數(shù)鐵水量t扒前渣時間min扒后渣時間min脫硫前溫度℃攪拌時間Min旋轉(zhuǎn)速度r/min60~803~87~101200~13006~9100~1404.2.4試驗方法試驗在KR工藝上進(jìn)行，脫前鐵扒前渣后，運至KR工位，然后，啟動攪拌器至要求速度，并將制好的脫硫劑從輸料管放至鐵水液面。按表4.4工藝參數(shù)攪拌脫硫至要求值，最后扒渣。扒渣的脫后鐵水送至轉(zhuǎn)爐提釩。4.3試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析4.3.1脫硫效果4.3.1.1第一輪試驗冶金效果第一試驗是按照方案一進(jìn)行的，共28罐。試驗結(jié)果詳見表4.5，由4.5可見，單一采用調(diào)渣劑進(jìn)行調(diào)渣脫硫效果不好，鐵水脫硫率下降，脫硫劑單耗提高?？梢姺桨敢徊靠尚?。表4.5第一輪試驗脫硫?qū)Ρ软椖棵摿蜩F水量扒前渣時間脫前硫含量脫后硫含量脫硫效率攪拌時間脫硫劑加入量扒后渣時間脫硫劑噸鐵消耗量脫出每個硫的脫硫劑消耗量對比76．34.10.0950.01881.17.28839.3911.60.15試驗754.40.0960.02178.18.310309．2814.190.18差值1.3-0.3-0.001-0.033-1.1-1470.11-2.59-0.03注：為了減少鐵水計量誤差對kR脫硫的影響，脫硫鐵水量在70t以下者，不計入試驗有效數(shù)據(jù)4.3.1.2第二輪試驗冶金效果為進(jìn)一步提高脫硫效率，開展了高電石型脫硫調(diào)渣劑脫硫試驗，共28罐，第二輪KR脫硫試驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)詳見表4.6，試驗結(jié)果詳見4.7。表4.6第二輪KR脫硫試驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)脫硫序號脫硫量（噸）扒前渣時間（min）扒后渣時間(min)脫硫前溫（℃）脫硫后溫（℃）前SX后SX10-5攪拌時間(min)脫硫劑加入(kg)脫硫量X10-5脫硫劑消耗(kg/T)脫硫能力kg/t.個206082060920610206122061320614206152061620618206192062020621206222062320624206252062620627206282062920630206312063220633206342063520636206377675.674.271.172.269.675.678.364.871.574.271.873.973.172.376.976.174.379.777.467.476.27675.778.472.47874.2333433334333333433343334333499888889989109991010109101091010101010912441274125812631286125312661255124812491276128312761269131412441271124512861277126812551302125112851252128312591221124512281248123912271224122712281244122212641236124712391278122912541231124412419511282927110086127956513812982120111136123951111051329811412014012113697121914211824935171515322181754221464988262631118989999999998999988998989898813102565576058981674310807905101270120068011701025131210258689841000115492710001025111596310807808393687153767792785012397611129413111973979912889106112114951058610.6913.558.8210.688.1511.729.8213.7912.197.1317.116.79.21614.117.0613.411.6812.3412.9117.1212.1613.1513.5414.2213.313.8410.510.1280.1450.1290.150.150.1540.1270.1490.1560.1420.1390.1720.150.1420.150.130.1120.160.1270.130.1330.1370.1240.1210.1250.140.1320.122averminmax7571.179.73.2349.28101269124413141239122112981086514016.24358.6899445101312925013112.67.1317.10.1380.1120.172表4.7第二輪試驗脫硫?qū)Ρ软椖棵摿蜩F水量t扒前渣時間min脫前硫含量%脫后硫含量%脫硫效率%攪拌時間min脫硫劑加入量kg扒后渣時間min脫硫劑噸鐵消耗量脫出每個硫的脫硫劑消耗量溫降對比76．13.40.1050.02818.310419.213.70.16128試驗753.20.1080.0285.28.69449.212.60.13827差值-1.1-0.20.00304.20.3-970-1.1-0.023-1注：為了減少鐵水計量誤差對kR脫硫的影響，脫硫鐵水量在70t以下者，不計入試驗有效數(shù)據(jù)由表4.7可見，在KR工藝參數(shù)與遠(yuǎn)工藝基本一致的條件下，試驗罐次的脫硫冶金效果很好，具體分析如下：①試驗罐次的鐵水脫硫效率85.2%，比對比罐次高4.2個百分點。②脫硫劑噸鐵消耗量12.6kg，比對比罐次低1.1kg。③脫單個的脫硫劑消耗量0.138kg/t鐵，比對比罐次低0.023kg/t鐵。④脫后鐵水[S]0.016%，完全滿足生產(chǎn)要求。⑤KR脫硫過程溫降27℃，較對比罐次根據(jù)上述情況分析可見，第二套方案較為成功，基本達(dá)到目的。4.3.1.3第三輪試驗冶金效果在第二輪試驗基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步考察調(diào)進(jìn)整脫硫渣態(tài)，并穩(wěn)定、重現(xiàn)KR脫硫冶金效果，所以接下來開展低電石新型脫硫調(diào)渣劑脫硫試驗，共十六罐，第三輪KR脫硫試驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)詳見表4.8，試驗結(jié)果詳見4.9。由表4.9可見，在KR工藝參數(shù)與原工藝基本一致條件下，與表4.7比較，第三輪試驗KR脫硫重現(xiàn)性良好。表4.8第三輪KR脫硫試驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)脫硫序號脫硫量（噸）扒前渣時間（min）扒后渣時間(min)脫硫前溫（℃）脫硫后溫（℃）前SX后SX10-5攪拌時間(min)脫硫劑加入(kg)脫硫量X10-5脫硫劑消耗(kg/T)脫硫能力kg/t.個2687826879268832688426885268892689026891268922689326894268952688026886268872688878.474.576.970.277.572.17377.977.278.57776.861.467.259.462.433333343333334339910101099101010910910108127613221292128812561299127512811303126712981283128213051290127512541297127512691228126912311248128012501274126