KR法年產(chǎn)300萬噸合格鑄坯鐵水預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計-weiyan1

內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書題目：年產(chǎn)300萬噸合格鑄坯鐵水預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名：魏延學(xué)號：0703102214專業(yè)：冶金工程班級：2007-2班指導(dǎo)教師：富曉陽

年產(chǎn)300萬噸合格鑄坯煉鋼精煉系統(tǒng)設(shè)計摘要：鐵水預(yù)處理是指在進入煉鋼爐之前預(yù)先脫除某些雜質(zhì)的預(yù)備處理過程，包括預(yù)脫硫，預(yù)脫硅，預(yù)脫磷，鐵水預(yù)處理是目前鋼鐵企業(yè)工藝技術(shù)結(jié)構(gòu)調(diào)整、增鐵節(jié)焦、改善鋼材質(zhì)量、擴大純凈鋼冶煉品種、提高鋼鐵產(chǎn)品競爭力和附加值的最有效途徑。本文通過對鐵水預(yù)脫硫、預(yù)脫磷、脫硅發(fā)展現(xiàn)狀，預(yù)脫硫、脫磷、脫硅基本原理，預(yù)處理劑，處理方法和處理效果的比較研究，在此基礎(chǔ)上，通過參考大量文獻資料并結(jié)合國內(nèi)外多家大型鋼鐵廠的生產(chǎn)實踐，全面考慮設(shè)計車間的經(jīng)濟性、先進性、環(huán)保性，設(shè)計了一套當(dāng)前先進的鐵水“三脫”預(yù)處理系統(tǒng)，即KR脫硫，轉(zhuǎn)爐脫磷、脫硅。本設(shè)計對KR攪拌脫硫裝置，料倉，扒渣及除塵設(shè)備和脫磷轉(zhuǎn)爐、供氧系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等方面進行了詳細(xì)的計算和設(shè)計，同時對一些與設(shè)備有關(guān)的工藝參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計。關(guān)鍵詞：鐵水預(yù)處理；KR脫硫；轉(zhuǎn)爐脫磷、脫硅Abstract：Ironpretreatmentreferstosteelfurnaceinadvanceintothepreparedsomeimpurityremovalprocess，Includingpre-desulfurization，pre-siliconremoval，predephosphorization，Hotmetalpretreatmenttechnologyistherestructuringofsteelindustry，cokebyrail，toimprovethesteelquality，andexpansionofcleansteelsmeltingvarieties，improvecompetitivenessandvalue-addedsteelproducts，themosteffectiveway.Basedonthedesulfurizationofhotmetalpre-，pre-dephosphorization，desiliconization，pre-desulfurization，dephosphorization，desiliconizationthebasicprinciplesofpre-treatmentagent，theprocessingmethodandcomparativestudyofthetreatmenteffect，onthisbasis，byreferencetoalargenumberofdocumentsmorethanathomeandabroadincombinationwiththeproductionoflarge-scalesteelplantpractice，takingfullaccountofthedesignworkshopoftheeconomy，nature，environmentalprotection，anddesignedacurrentofhotmetalart＂threefrom＂pre-processingsystem，soKRdesulfurization，dephosphorizationconverter，desiliconization．ThedesignofmixingKRdesulfurizationdevices，hopper，Paslaganddustremovalequipmentanddephosphorizationconverter，oxygensystems，feedsystems，dustremovalsystemsindetailthecalculationanddesign，andequipmentatthesametimethenumberofprocessparametersoptimizeddesign．Keywords：hotmetalpretreatment；KRdesulfurization；dephosphorizationconverter，desiliconization．文獻綜述1.1發(fā)展?fàn)t外鐵水預(yù)處理的必要性鐵水預(yù)處理是現(xiàn)代化煉鋼廠的重要工序之一，其主要目的是降低鐵水中的有害元素(硫、硅和磷)含量，為煉鋼爐提供合格的鐵水。近幾十年來，近海石油的開采、汽車工業(yè)和大型建筑工程對鋼材質(zhì)量的要求越來越苛刻，要求鋼材具有高強度、低溫韌性、良好的冷成型和焊接性能。為了滿足市場需求，世界各國鋼鐵工業(yè)都在不遺余力地通過降低鋼中雜質(zhì)特別是磷、硫含量途徑來提高鋼材質(zhì)量。以硫為例，為了保證脫硫的需要，高爐不得不用高爐溫、高堿度、大渣量的保守操作方法，導(dǎo)致焦比高、產(chǎn)量低，難以實現(xiàn)高產(chǎn)低耗。即使鐵水含硫量達到一級品標(biāo)準(zhǔn)，對煉鋼來說也還是偏高，煉鋼過程中還需要再進行脫硫處理，使煉鋼時渣量大、冶煉周期長，導(dǎo)致煉鋼工序產(chǎn)量低、消耗高。采用鐵水爐外脫硫技術(shù)既可大大減輕高爐脫硫負(fù)擔(dān)，真正實現(xiàn)高產(chǎn)低耗，同時又可使轉(zhuǎn)爐煉鋼甩掉脫硫環(huán)節(jié)，改善連鑄坯質(zhì)量，提高成材率，也能實現(xiàn)高產(chǎn)低耗。而采用鐵水預(yù)脫磷技術(shù)(包括脫硅、脫磷、脫硫，俗稱三脫)，既可減輕轉(zhuǎn)爐脫硅、脫磷任務(wù)，實現(xiàn)少渣或無渣煉鋼，大大改善轉(zhuǎn)爐煉鋼的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，又為經(jīng)濟地冶煉低磷硫優(yōu)質(zhì)鋼、實現(xiàn)全連鑄、連鑄連軋和熱裝熱送提供了技術(shù)保障。因此，大力發(fā)展鐵水預(yù)處理技術(shù)，特別是近期推廣爐外脫硫工藝，是鋼鐵工藝技術(shù)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要內(nèi)容，是節(jié)焦增鐵、擴大品種、改善質(zhì)量、降低成本、提高企業(yè)競爭力的有效途徑。鐵水預(yù)處理技術(shù)從上個世紀(jì)六、七十年代發(fā)展起來到現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各國，用于提高鐵水質(zhì)量，其技術(shù)也已經(jīng)得到迅速的發(fā)展，目前可以用于鐵水預(yù)處理的技術(shù)不下二、三十種。鐵水預(yù)處理工藝方法主要有：（1）機械攪拌法，有代表性的是日本開發(fā)的KR法；（2）吹氣攪拌法，包括頂吹噴粉法和底吹法，目前頂吹噴粉法得到最廣泛的應(yīng)用，如ATH、TDS、IRSID、ISIDD等法；（3）喂絲法近年來開始得到應(yīng)用。鐵水預(yù)處理的主要工藝目標(biāo)是：（1）脫硫；（2）脫磷；（3）脫硅、磷、硫（俗稱三脫）；（4）其它。從處理熔劑的選擇來看有：主要是石灰系、碳化鈣系、鎂系三類脫硫劑，可以單獨使用，可以復(fù)合應(yīng)用，往往可以取得更好的冶金效果。頂吹噴粉法近年發(fā)展了更多的工藝形成：產(chǎn)生了混合噴吹法和復(fù)合噴吹法以及分步噴吹法等。從控制模型方面看：近年來更加重視建立較高精度的預(yù)處理粉劑噴吹量的控制模型。中國加入世貿(mào)組織后，鋼材市場競爭日趨激烈。如何不斷開發(fā)新品種和高附加值鋼種已成為企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。隨著產(chǎn)品市場競爭的不斷加劇，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)成本的壓力日益增大，特別是近年來鋼鐵產(chǎn)能迅速擴大，為了在高產(chǎn)量下保持高效率、高品質(zhì)、低成本，鐵水預(yù)處理技術(shù)得到了迅速發(fā)展。鐵水預(yù)處理是指鐵水兌入煉鋼爐之前進行的一些處理，可分為普通鐵水預(yù)處理和特殊鐵水預(yù)處理兩種。普通鐵水預(yù)處理有單一脫硫、脫硅、脫磷和同時脫硫、脫硅、脫磷等；特殊鐵水預(yù)處理有脫鉻、提釩、提鈮和提鎢等。歐美鋼廠一般采用鐵水脫硫預(yù)處理，而日本多數(shù)鋼廠采用全量鐵水三脫預(yù)處理。目前，新一代鋼廠多采用全量鐵水三脫預(yù)處理工藝，從而加快轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)節(jié)奏，實現(xiàn)緊湊、高效、節(jié)能的循環(huán)型煉鋼生產(chǎn)模式，高效、低成本地生產(chǎn)潔凈鋼。1.2國外鐵水預(yù)處理的發(fā)展情況 在國外，鐵水預(yù)處理的發(fā)展可分為三個時期，見表1.1表1.1國外鐵水預(yù)處理工藝技術(shù)發(fā)展歷程1.3國內(nèi)鐵水預(yù)處理的發(fā)展情況在我國，1976年武鋼引進日本新日鐵的KR法1985年寶鋼引進日本新日鐵的TDS法。同期鞍鋼、天鋼、宣鋼、攀鋼、酒鋼和冷水江等鋼廠先后建成我國自行設(shè)計的鐵水脫硫站。1988年，太鋼引進鐵水三脫技術(shù)，建成鐵水預(yù)處理站。1998年，寶鋼一煉鋼又從美國引進CaO加Mg粉復(fù)合噴吹脫硫技術(shù)，寶鋼二煉鋼廠從日本川崎制鐵引進鐵水三脫技術(shù)，進行混鐵車噴吹鐵水預(yù)處理。同年，本鋼引進加拿大霍戈文廠工藝和美國羅斯波格噴粉設(shè)備，建成石灰加鎂粉復(fù)合噴吹脫硫站。1999年，鞍鋼二煉鋼也從美國引進石灰加鎂粉復(fù)合噴粉設(shè)備。隨后，包鋼從美國引進了石灰加鎂粉復(fù)合噴吹技術(shù)，并建成鐵水脫硫站。目前，中國的鐵水預(yù)處理水平各廠不均衡，寶鋼和武鋼已接近國際先進水平。寶鋼已實現(xiàn)了全量鐵水脫硫和部分鐵水三脫預(yù)處理。武鋼二煉鋼引進的KR法脫硫工藝改進后，粉劑消耗、攪拌頭壽命、處理過程溫降和處理成本等指標(biāo)均已優(yōu)于國外同類工藝鋼廠。第二章工藝及方案選擇2.1鐵水預(yù)脫硫鐵水預(yù)處理脫硫是鐵水預(yù)處理過程的最重要的環(huán)節(jié)。通過鐵水預(yù)脫硫，可以放寬對高爐鐵水硫含量的限制，減輕高爐脫硫負(fù)擔(dān)，降低焦比，提高產(chǎn)量。采用低硫鐵水煉鋼，可減少渣量和提高金屬收得率。鐵水預(yù)處理脫硫與煉鋼爐和二次精煉脫硫相結(jié)合，可以實現(xiàn)深脫硫，為冶煉超低硫鋼創(chuàng)造條件，滿足用戶對鋼材品質(zhì)不斷提高的要求，有效提高鋼鐵生產(chǎn)流程的綜合經(jīng)濟效益。目前，國內(nèi)外冶金行業(yè)普遍采用三種流行的鐵水脫硫方法：鎂基脫硫復(fù)合噴吹法（簡稱復(fù)合噴吹法，脫硫劑主要包括Mg＋CaO，Mg＋CaC2兩種）、單吹顆粒鎂法（簡稱單吹法或純鎂法，脫硫劑為鈍化Mg）、機械攪拌法（習(xí)慣簡稱KR法，脫硫劑主要為CaO＋CaF2）。由于作為脫硫劑的鎂價格受國際市場波動影響不斷上漲、鎂基脫硫不易扒渣且容易回硫等因素影響，近年來KR法在國內(nèi)得到了長足發(fā)展。2.1.1鐵水脫硫的基本反應(yīng)生產(chǎn)常用的脫硫劑有碳化鈣、石灰、蘇打、金屬Mg和Ca及其組成的各種復(fù)合脫硫劑。<1>堿性氧化物脫硫堿性氧化物(CaO、BaO、Na2O等)脫硫反應(yīng)式如下：CaO(S)+［FeS］+［C］=(CaS)+［Fe］+CO(g)BaO(S)+［S］=BaS(S)+［O］Na2O(L)+［S］=Na2S(L)+［O］在鐵水預(yù)處理溫度范圍內(nèi)，堿性氧化物的脫硫反應(yīng)多為吸熱過程，故提高溫度對脫硫有利，且高溫能使熔點較高的CaO加速成渣。對于熔點較低的Na2O，升溫雖然對脫硫反應(yīng)有利，但溫度升高又導(dǎo)致鈉的揮發(fā)強烈增加。<2>Mg、Ca和CaC2的脫硫Mg、Ca和CaC2的脫硫反應(yīng)式如下：［Mg］+［S］=(MgS)CaC2+［S］=CaS(S)+2［C］采用Mg、Ca脫硫時，脫硫反應(yīng)為放熱過程，宜低溫操作。固態(tài)金屬鎂粒進入鐵水后少部分在鐵水中溶解，并很快達飽和溶解；大部分鎂粒升華后在鐵水中形成鎂蒸氣氣泡，氣泡直徑與固體鎂粒直徑及溫度T的關(guān)系為；單位Kg的鎂粒產(chǎn)生的氣泡與鐵液界面積，和固體鎂粒直徑及溫度T的關(guān)系為；與的氣態(tài)鎂平衡的鎂在鐵液中的飽和溶解關(guān)系式為：；與鐵水中飽和的鎂平衡的硫與溫度的關(guān)系式為：；噸鐵水脫除同樣的硫，高溫下鎂粒的消耗遠(yuǎn)高于低溫。例如，噸鐵水脫除的硫，鐵水溫度1600℃時鎂粒的理論消耗是1300℃時的1.64倍。另外，當(dāng)鐵水中含有較高的碳和硅時，采用Mg、Ca脫硫不會發(fā)生脫碳和脫硅反應(yīng)，因為這些金屬與硫的親合力大于與碳或硅的親合力。溫度對CaC2脫硫的影響比較復(fù)雜，從反應(yīng)式可以看出，升溫對CaC2脫硫不利，但從動力學(xué)角度看，升溫有利于傳質(zhì)。實際生產(chǎn)時，升溫對CaC2脫硫有利。碳化鈣脫硫優(yōu)于氧化鈣的主要原因是脫硫時有碳析出，降低了鐵水的氧勢。2.1.2脫硫劑的選擇脫硫劑種類較多，而且各有其技術(shù)和經(jīng)濟上的優(yōu)缺點。因此，根據(jù)具體情況選擇最合適的脫硫劑，應(yīng)從以下幾個方面來加以考慮：·鐵水原始硫含量及脫硫后的目標(biāo)要求·脫硫處理后，硫化物的穩(wěn)定性·鐵水損失小·鐵水溫度降小·脫硫過程中對耐火材料侵蝕小·環(huán)境污染小·當(dāng)?shù)刭Y源情況，避免長距離運輸·便于加工、運輸、儲存·價格便宜2.1.2.1(Na2CO3)蘇打是最古老的爐外脫硫劑，有時將其加入鐵水溝用來處理硫超標(biāo)的號外鐵。它的主要缺點是不能把硫降到今天所要求的水平。用這一方法時大量的氧化鈉揮發(fā)，環(huán)境極差，對人體有害。此外，渣中Na2O侵蝕鐵水包襯，且因渣的流動性好，機械扒渣困難。2.1.2.2石灰是應(yīng)用時間較長、價格便宜的一種脫硫劑。它的脫硫原理是固體CaO極快地吸收鐵水中的硫，鐵水中的硅和碳是極好的還原劑，吸收了反應(yīng)生成的氧，脫硫反應(yīng)的產(chǎn)物是CaS和SiO2(或CO)。從脫硫機理說，CaO粒子和鐵水中[S]接觸生成CaS的渣殼，渣殼阻礙了[S]和[O]通過它的擴散，脫硫過程減慢。用石灰做脫硫劑，需要把石灰磨細(xì)。磨繼的石灰粉易吸水，生成的爐渣帶走大量鐵粒。脫硫鐵水必須嚴(yán)格地除去高爐渣，否則脫硫效果差。此外，脫硫過程須在高溫條件下進行。2.1.2.3電石(CaC2)實際脫硫用的電石是含CaC2約80%的工業(yè)電石，還含有16%的CaO，其余是碳。CaC2和CaO一樣，吸收鐵水中的硫后生成CaS的渣殼，脫硫過程被阻滯。所以，電石須破碎到極細(xì)(0.12mm)，但太細(xì)的CaC2在鐵水溫度下又燒結(jié)，脫硫效率也不高。為了解決上述太高，在電石中混入一定量的石灰石粉(CaCO3)，其商業(yè)名稱叫CaD。加入CaCO3的目的是讓其分解產(chǎn)生CO2，防止CaC2燒結(jié)。提高CaC2脫硫效率的方法有：①電石要磨細(xì)(0.12mm)；②噴射速率要與[S]含量相適應(yīng)，如果噴入過快，鐵水面上會出現(xiàn)未反應(yīng)的CaC2顆粒；③防止鐵水帶渣，因CaC2易與爐渣中的MnO和FeO作用，會降低脫硫效率；④要有較大的插槍深度；⑤考慮CaD分解吸熱以及溫度低渣粘度高對脫硫不利，要保持高的鐵水溫度；⑥鐵水[S]含量高時脫硫好，未反應(yīng)進入爐渣的CaC2也相對少。用電石脫硫的優(yōu)點是：電石便宜，噴吹設(shè)備簡單，在高溫下(>1400℃)，脫硫效率相對較高。用電石脫硫的問題是：儲運電石粉須用特殊的方法，要在惰性氣體保護下運輸；儲藏容量大且需防爆的高壓容器；對低溫鐵水(<1300℃)脫硫效率很低；脫硫過程受鐵水罐內(nèi)襯和帶入高爐渣的影響。此外，含有CaC2的脫硫渣遇濕生成C2H22.160年代就有了鎂焦，價格很貴。目前，市場上有4種鎂系脫硫劑：(1)鎂焦(Mag—coke)；(2)鎂合金(Mg—Fe—Si)；(3)覆膜鎂粒，其惰性保護膜占重量的3%~10%；(4)覆膜混合鎂粒，Mg含量為30%~80%，其余為惰性物質(zhì)。前兩類不僅貴，而且易堵槍。后兩類可用，應(yīng)用最廣泛的是第4類，即在鎂粒中混入多于10%的惰性物質(zhì)。使用方法是用噴吹系統(tǒng)把外裹保護膜的鎂粒(coatedMggranules)或混合鎂粒噴入鐵水液面以下2~3m處。鎂的脫硫機理分兩步進行：首先金屬鎂氣化并溶于鐵水，然后鐵水中的[Mg]和氣態(tài)的Mg都能與鐵水中的[S]迅速反應(yīng)生成固態(tài)的硫化鎂(MgS)。反應(yīng)生成的硫化鎂在鐵水溫度時是固態(tài)，進入渣中?；旌湘V粒中的惰性物質(zhì)在噴吹過程中避免噴槍堵塞，同時降低鎂在熔池中的反應(yīng)速度，它本身并不參加脫硫反應(yīng)，最終進入渣中。鎂系以外的各種脫硫劑都不溶于鐵水。鎂則不同，它先溶入鐵水，再和鐵水中的硫反應(yīng)，脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)條件和動力學(xué)條件較好。鎂在較低的溫度時也有較好的脫硫能力，而石灰和電石只有在高溫時才有較好的脫硫能力。鎂脫硫反應(yīng)的速度取決于鐵水中鎂的消耗速度或鎂蒸汽在鐵水中的溶解速度。為了獲得高的脫硫效率，必須保證鎂蒸汽泡在鐵水中完全溶解，避免未溶解完的鎂蒸汽逸入大氣造成損失。促進或保證鎂蒸汽完全溶于鐵水中的措施是：①鐵水溫度較低；②用外包裹惰性物質(zhì)的方法減緩鎂的氣化速度來控制鎂蒸汽泡的大小；③噴槍插入鐵水液面以下2~3m處，使鎂蒸汽壓高，鎂蒸汽泡與鐵水接觸時間長。影響鎂脫硫劑脫硫效率的最重要因素是插槍深度，在用小型鐵水包處理時，槍插入深度淺，鎂的脫硫效率會大大下降。如槍插入深度由2.3m降至1.3m，鎂的脫硫效率會下降10%~15%。目前，采用鎂脫硫劑，已經(jīng)可以把鐵水中的硫降低到極低的水平。當(dāng)鐵水含硫量降至0.005%時，每噸鐵水鎂的用量為300~500g。鎂脫硫劑的優(yōu)點是：鎂和硫的親和力極高，脫硫反應(yīng)主要是在鐵水中的均相反應(yīng)，對低溫鐵水來說，鎂是最強的脫硫劑之一，因此鎂脫硫劑可用于深脫硫處理；鎂用量少，對鐵水帶有高爐渣不敏感，因渣和脫硫反應(yīng)無關(guān)；生成的渣量少，所以鐵損少，而且脫硫渣沒有環(huán)境問題；脫硫處理用的設(shè)備投資低。鎂脫硫劑的缺點是：由于鐵水中會有殘留鎂，造成部分鎂損失；在高溫下由于鎂的蒸汽壓太高，難以控制，有時使鎂的脫硫效率降低；用鎂進行脫硫處理時，須用深的鐵水包，以利于保證插槍深度，保證深噴，鐵量少、鐵水淺脫硫效果就差；另外要避免鎂遇濕產(chǎn)生危險。評價：綜合上述選用CaO作為脫硫劑較為恰當(dāng)。2.1.2脫硫方法的選擇鐵水預(yù)脫硫的方法很多，主要有投擲法(將脫硫劑投入鐵水中)、噴吹法(將脫硫噴入鐵水中)和攪拌法(KR法)三種。攪拌脫硫法(KR法)將一個外襯耐火材料的攪拌器插入鐵水罐內(nèi)，攪拌器旋轉(zhuǎn)攪動鐵水，產(chǎn)生漩渦，經(jīng)過稱量的脫硫劑由給料器加入到鐵水表面，并被漩渦卷入鐵水中，與高溫鐵水混合、反應(yīng)，達到脫硫的目的。該脫硫方法大大改善了脫硫的動力學(xué)條件，具有脫硫效率高(脫硫到≤0.005)、脫硫效果比較穩(wěn)定，脫硫劑消耗少、作業(yè)時間短、金屬收得率高、耐火材料消耗低等特點、適應(yīng)于低硫品種鋼要求高、比例大的鋼廠采用。KR法脫硫劑一般以石灰為主，成本低，脫硫效果好。武鋼的KR法生產(chǎn)實踐表明，攪拌5min就可使脫硫劑得到充分的利用，脫硫速度快、效果好，鐵水原始的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．03%時，處理終點硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達0．001%以下。不足是，設(shè)備復(fù)雜，一次投資較大，脫硫鐵水溫降較大。噴吹法，是利用惰性氣體（N2或Ar）作載體將脫硫粉劑（如CaO，CaC2和Mg）由噴槍噴入鐵水中，載氣同時起到攪拌鐵水的作用，使噴吹氣體、脫硫劑和鐵水三者之間充分混合進行脫硫。脫硫劑在上浮的過程中與鐵水中的硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時載氣和脫硫劑的沖擊與上浮能夠攪拌鐵水，但其上浮造成的鐵水對流運動很弱，只有部分脫硫劑與硫反應(yīng)，脫硫劑耗量比KR法大，脫硫效率較低。目前，以噴吹鎂系脫硫劑為主要發(fā)展趨勢，其優(yōu)點是設(shè)備費用低，操作靈活，噴吹時間短，鐵水溫降小。相比KR法而言，一次投資少，適合中小型企業(yè)的低成本技術(shù)改造。噴吹法最大的缺點是，動力學(xué)條件差，有研究表明，在都使用CaO基脫硫劑的情況下，KR法的脫硫率是噴吹法的四倍。綜合比較，鐵水包KR法脫硫的動力學(xué)條件優(yōu)越。2.1.3脫硫容器的選擇鐵水預(yù)處理過程中，常用的處理容器有鐵水罐、魚雷罐，不同企業(yè)選擇的預(yù)處理裝置不同，這與企業(yè)選擇的工藝路線有關(guān)。實際上，鐵水預(yù)處理過程中，處理效果是否理想，與處理過程中容器內(nèi)的熱力學(xué)、動力學(xué)條件密切相關(guān)，其中動力學(xué)的影響尤為顯著。從熱力學(xué)的觀點看，為最大限度地促使吸熱的脫硫反應(yīng)朝著生成硫化物渣的方向移動，就必須保持較高的鐵水溫度；脫磷雖然是放熱反應(yīng)，但熔劑所需的熱量大，也需要鐵水的溫度相對較高。為此，應(yīng)該采用保溫性能好的容器，盡量減少各個環(huán)節(jié)中的溫度損失。魚雷罐和鐵水罐相比，運輸和處理過程中相對散熱面小，保溫性能好，有利于保證鐵水預(yù)處理效果。在早些年，許多鐵水運輸距離較長，轉(zhuǎn)爐公稱容積較大的煉鋼廠常采用魚雷罐作為鐵水預(yù)處理容器。從動力學(xué)的觀點來看，為提高脫硫、脫磷反應(yīng)速度，必須強化攪拌，使整個熔池強烈而均勻地進行化學(xué)反應(yīng)，避免死角區(qū)。采用鐵水罐處理時，無論是噴吹法，還是KR法，其攪拌效果、動力學(xué)條件都較魚雷罐優(yōu)越。在相同噴吹或攪拌強度下，在整個鐵水罐內(nèi)產(chǎn)生的攪拌程度比魚雷罐大，并且由于熔池相對深度大，對罐底的沖擊也相對較小。用魚雷罐進行鐵水預(yù)處理，一般采用噴吹法。在罐內(nèi)攪拌范圍是有限的，流場極不均勻，旋渦橫向發(fā)展，造成的死角多，尤其是魚雷罐兩頭、底部以及中間部分區(qū)域的鐵水流動性較差，在很大程度上惡化了脫硫、脫磷的動力學(xué)條件。由于噴吹的攪拌對上述區(qū)域的鐵水影響較小，粉劑不易到達，加之粉劑很快上浮，所以脫硫、脫磷終了時，這部分鐵水的含硫、含磷量仍相對較高，影響到整罐鐵水的處理效果。為改善魚雷罐的動力學(xué)條件，冶金工作者嘗試過改善噴槍結(jié)構(gòu)、采用多槍噴吹，但總體來看，其產(chǎn)生的攪拌效果還沒有鐵水罐那樣強烈、均勻。因此，鐵水罐內(nèi)的預(yù)處理動力學(xué)條件優(yōu)于魚雷罐，選擇鐵水罐更有利于保證預(yù)處理效果，避免鐵水回硫、回磷。近幾年新建的一些預(yù)處理站更傾向于采用鐵水罐來進行鐵水預(yù)處理，即使采用魚雷罐運輸鐵水，在預(yù)處理階段，也傾向于采用倒灌的方式，在轉(zhuǎn)爐鐵水罐內(nèi)進行鐵水預(yù)脫硫、脫磷的操作。2.1.4鐵水預(yù)處理扒渣設(shè)備及技術(shù)鐵水預(yù)處理工藝是決定鋼水中最終硫含量的主要工藝環(huán)節(jié)，目前已經(jīng)為鋼鐵企業(yè)普遍采用。但由于脫完硫后鐵水包中含有大量的渣子，在入爐前既要保證除渣干凈以免回硫，又要防止鐵水流失。目前，一般的鐵水預(yù)處理工藝流程是：鐵水進站—扒除高爐渣—測溫取樣—加入脫硫劑—扒除脫硫渣—測溫取樣—出站。因此，鐵水包扒渣分為兩種：一種是前扒渣，一種是后扒渣。這兩種扒渣過程對鐵水預(yù)處理脫硫的效果都具有很大的影響。前扒渣是指在鐵水預(yù)處理過程中噴吹前將鐵水包中大量的高爐渣扒除掉。高爐渣各組分為：CaO∶38%，SiO2∶36%，A12O3∶16.4%，TiO2∶0.8%，S∶1.5%。先扒除高爐渣，對降低鎂粉消耗、提高脫硫率有極大的促進作用。鐵水高爐渣中硫很高，同時還含有二氧化硅、三氧化二鋁和氧化鈦等不利于脫硫的組分，特別是鈦的氧化物會降低爐渣堿度，從而減少爐渣硫容量使脫硫效率降低；脫硫時鈦還會與氮氣反應(yīng)生成鈦的碳氮化物，熔點很高，渣子變稠，使渣鐵不易分離。相關(guān)的生產(chǎn)實踐證明[1]，與不進行前扒渣直接噴吹相比，在相同終點情況下鎂粉消耗減少0.05~0.10kg/t，扒渣鐵損下降3~5kg/t，時間縮短2~3min。因此，在鐵水預(yù)處理過程中進行前扒渣是非常必要的。后扒渣是指在鐵水預(yù)處理以后，在鐵水包內(nèi)有大量的脫硫渣，為了避免回硫，又防止鐵水流失，要通過一些手段將這些渣子扒除。經(jīng)深脫硫鐵水最終S≤0.002%，如何干凈、徹底、快速且有效地將含高硫的鐵水渣扒除，是穩(wěn)定脫硫最終效果的關(guān)鍵，也直接影響到轉(zhuǎn)爐終點出鋼。高硫渣兌入轉(zhuǎn)爐必將產(chǎn)生回硫效應(yīng)，在吹氧冶煉時發(fā)生(MgS)+[O]=(MgO)+[S]反應(yīng)，硫又重新回到鋼中，即使是少量未扒除的脫硫渣進入轉(zhuǎn)爐都會造成轉(zhuǎn)爐回硫，特別是在轉(zhuǎn)爐冶煉潔凈鋼時這種回硫更為明顯。2.2鐵水預(yù)脫硅預(yù)脫硅是鐵水脫磷的必要條件，有利于減少石灰加入量和渣量，在低堿度下脫硅成本低。鐵水中目標(biāo)硅含量：噴吹蘇打脫磷預(yù)處理時，硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0．1%以下；噴吹CaO－CaF2熔劑脫磷預(yù)處理時，硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0．15%～0．20%。工藝方法包括高爐出鐵場的出鐵溝、魚雷罐車、鐵水罐和轉(zhuǎn)爐噴吹脫硅。高爐出鐵場出鐵溝、魚雷罐和鐵水罐預(yù)脫硅采用噴吹Fe2O3和少量CaO熔劑，鐵水表面吹氧。脫硅的目的有：(1)脫硅的主要目的是脫磷，在氧化脫磷時，由于SiO2比P2O5更穩(wěn)定，Si比P優(yōu)先氧化。(2)減少轉(zhuǎn)爐石灰用量、渣量和鐵損。(3)對于含釩和含鈮等特殊鐵水，預(yù)脫硅可為富集V2O5和Nb2O5等創(chuàng)造條件。2.2.1鐵水脫硅的基本反應(yīng)鐵水脫硅用的氧化劑有氣體(氧氣或空氣)和固體(鐵磷、燒結(jié)礦、鐵精礦粉、鐵礦石)氧化劑。脫硅的基本反應(yīng)如下：［Si］+O2(g)=SiO2(S)［Si］+2/3Fe2O3(S)=SiO2(S)+4/3Fe(L)［Si］+1/2Fe3O4=SiO2(S)+3/2Fe(L)，［Si］+2(FeO)=SiO2(S)+2Fe(L)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氣體脫硅劑與固體脫硅劑相比，使用氣體脫硅劑脫硅反應(yīng)更易進行。由于脫硅反應(yīng)產(chǎn)物中有SiO2，故在固體脫硅劑中加入一定量的CaO等堿性氧化物，有利于促進脫硅反應(yīng)的進行。2.2.2脫硅劑的種類脫硅劑以提供氧源的材料為主劑，以調(diào)整爐渣堿度、改善爐渣流動性的熔劑為副劑。脫硅劑主劑主要成分為氧化劑，氧化劑有固體氧化劑和氣體氧化劑。固體氧化劑主要有：鐵礦石、球團礦、燒結(jié)礦、軋鋼鐵皮、鐵礦砂；生產(chǎn)高錳鋼時，也可用錳礦石作為脫硅劑，其主要成分是氧化鐵、氧化錳。氣體氧化劑主要是氧氣。在高爐出鐵溝內(nèi)脫硅，各種氧化鐵之間的脫硅氧效率沒有很大差別，可是為了抑制爐渣的形成，以軋鋼鐵皮比較好；混有石灰的錳礦比氧化鐵的脫硅氧效率要高些，錳的還原率可選70％～90％；用氧氣頂吹時，脫硅氧效率沒有很大增加，但可以一邊升溫一邊脫硅；噴射氧氣法，同時脫硅和升溫，脫硅氧效率也高。除主劑外還加入少量副劑，常用的副劑主要是石灰、螢石、CaCl2、NaCI、CaO+CaF2、CaO+CaF2+Na2c()3以及轉(zhuǎn)爐鋼渣等。脫硅副劑用于調(diào)節(jié)爐渣堿度、改善爐渣流動性、降低鐵錳損耗，從而改善脫硅反應(yīng)的動力學(xué)條件，提高脫硅效率，一般將渣堿度[(CaO+CaF2)／SIC)2]調(diào)整為o．9～1.2。2.2.3脫硅方法<1>高爐鐵水溝連續(xù)脫硅法高爐鐵水溝脫硅處理的優(yōu)點是脫硅不占用時間，處理能力大，溫降少，渣鐵分離方便；缺點是脫硅劑的利用率低和工作條件較差。該法的關(guān)鍵在于選擇脫硅劑的加入方式，確保脫硅渣的流動性和鐵水溝耐火材料壽命。<2>在混鐵車或鐵水包中噴粉脫硅法這種脫硅法的優(yōu)點是脫硅反應(yīng)氧的利用率高，工作條件較好，并可克服高爐出鐵時鐵水硅含量的波動，處理后鐵水硅含量穩(wěn)定；缺點是易發(fā)生噴濺，且溫降較大。2.2.4影響鐵水脫硅效率的因素1）鐵水初始溫度對脫硅效率的影響根據(jù)平衡常數(shù)與AGe的關(guān)系，則脫硅平衡常數(shù)與溫度丁的關(guān)系如圖2.1所示圖2.1平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系平衡常數(shù)K越大，越有利于脫硅反應(yīng)的充分進行，從圖9可知，低溫有利于脫硅。理論計算結(jié)果表明，脫硅達到平衡時，鐵水中硅的濃度遠(yuǎn)低于實際脫硅條件下的硅濃度，這是由于脫硅反應(yīng)受到動力學(xué)條件的限制。由Si在渣鐵中的分配比Lsi與K呈正比的關(guān)系，溫度高，Lsi值小，不利于脫硅。但是，脫硅反應(yīng)的表觀活化能不大，因此溫度對脫硅反應(yīng)的影響也小，較高的溫度有利于熔體黏度下降，促進傳質(zhì)過程，有利于防止金屬和大氣接觸，促進脫硅反應(yīng)的傳質(zhì)過程，因此升溫有利于提高脫硅率。圖2.2為鐵水初始溫度與脫硅率的關(guān)系。圖2.2鐵水初始溫度與脫硅率的關(guān)系由圖2.2可知，隨鐵水初始溫度的提高，鐵水的脫硅率明顯提高。2）鐵水初始含硅量對脫硅效率的影響生產(chǎn)實踐表明，鐵水初始含硅量越高，鐵水脫硅效率也越高，其對脫硅率的影響如圖2.3所示。圖2.3脫硅效率與鐵水初始含硅量的關(guān)系這是由于鐵水初始含硅量高，鐵水中Si的活度大，有利于脫硅反應(yīng)的進行。3)堿度對脫硅效率的影響脫硅渣堿度對脫硅有重要影響。一般情況下，鐵水上原始熔渣(夾帶高爐渣)堿度為1.15左右，隨著鐵水中[Si]的脫出，并以Si02進入渣中，脫硅渣堿度下降，使脫硅熱力學(xué)條件惡化，從而限制了脫硅效率的提高。同時，脫硅過程中產(chǎn)生的玻璃狀酸性渣很黏稠，阻礙了CO氣泡逸出。預(yù)脫硅效率低的一個重要原因就是堿度降低，即便是使用高效脫硅劑，脫硅效率也不會有很大提高，故維持適當(dāng)堿度，創(chuàng)造有利于脫硅的熱力學(xué)條件，將有利于提高脫硅效率。在堿性渣下，SiO2與CaO結(jié)合形成穩(wěn)定的硅酸鈣，γSiO2(SiO2活度系數(shù))很小，Lsi(硅在渣鐵之間分配比)很大，硅氧化進行得很徹底。在脫硅后期，由于仍是在堿性條件下，γSiO2仍然很小，故渣中SiO2很難還原。在酸性渣下，因為SiO2含量高，γSiO2比堿性條件下要大，雖然在脫硅初期，[Si]也強烈氧化，但渣中FeO活度αFeO不高(FeO與SiO2結(jié)合形成硅酸鐵)，故渣中SiO2可發(fā)生還原，降低了脫硅效率。但隨脫硅渣堿度提高，脫硅效率并非一直增大。堿度對鐵水脫硅效率的影響如圖2.4所示。圖2.4堿度對鐵水脫硅率的影響由圖2.4可知，堿度較小時，隨著堿度的提高，脫硅率也提高。當(dāng)堿度達到一臨界值時，脫硅率最大，之后隨著堿度的升高，脫硅率下降。這是由于渣中堿度提高，使SiO2的活度下降，而渣中FeO的活度卻有所提高，當(dāng)堿度升高到脫硅渣處于有強結(jié)晶能力的硅灰石區(qū)，爐渣有較強的反應(yīng)能力，可使(FeO)中的氧利用率較為充分，同時熔渣熔點和黏度均較低，利于反應(yīng)氣體逸出和扒渣。而堿度過高時，渣中CaO含量過高，降低了渣的黏度、流動性變差，因此限制了鐵水的脫硅效率。2.3鐵水預(yù)脫磷磷在絕大多數(shù)鋼種中是有害元素，對于低溫、海洋用鋼、高壓管線鋼等，除需要硫含量很低外，還要求磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0．01%或0．005%，冶金專家們已進行過大量鐵水脫磷和同時脫磷脫硫的研究，有的已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。2.3.1鐵水脫磷的基本反應(yīng)一些重要堿性氧化物脫磷反應(yīng)式為：6/5CaO(S)+4/5［P］+O2(g)=2/5·3CaO·P2O5(S)8/5CaO(S)+4/5［P］+O2(g)=2/5·4CaO·P2O5(S)，6/5MgO(S)+4/5［P］+O2(g)=2/5·3MgO·P2O5(S)6/5MnO(S)+4/5［P］+O2(g)=2/5·3MnO·P2O5(S)6/5Na2O(L)+4/5［P］+O2(g)=2/5·3Na2O·P2O5(S)堿性氧化物中Na2O和CaO的脫磷能力最強。但在用堿性氧化物脫磷前，鐵水必須先經(jīng)脫硅處理，使W［Si］＜0．1%或更低，否則鐵水中硅將優(yōu)先氧化而使磷得不到有效去除。2.3.2脫磷劑的構(gòu)成鐵水脫磷劑由氧化劑、固定劑和助熔劑三大要素構(gòu)成。要有效地脫去鐵水中的有害雜質(zhì)磷，首先要有適當(dāng)?shù)难趸瘎⑷芙庥阼F水中的磷氧化。然后采用強有力的固定劑，使被氧化的磷牢固地結(jié)合在爐渣中。生產(chǎn)實踐證明：及早造好高氧化性、高堿度和流動性好的爐渣，是順利進行脫磷的基本條件。加入助熔劑則有利于改善渣的流動性，改善鐵水預(yù)脫磷的動力學(xué)條件。如石灰熔點高，在用石灰作固定劑時，必須依靠其他成分幫助熔化，即需要助熔劑。氧化劑Fe2(SO4)3、MnO2、CaSO4、Fe2O3、FeO、MnO等都是很好的脫磷氧化劑，CaCO3次之。CaCO3氧化能力不強，氧以CO2形式過早逸出，而沒有起到氧化作用。由于外界的CO分壓不高，CaCO3分解的CO2在鐵水中易與碳反應(yīng)生成CO，造成鐵水中碳的燒損。為兼顧脫磷效果和成本，用鐵礦粉和軋鋼鐵皮作為氧化劑有利，能增加鐵量。選用錳礦粉(Mn02)可以增加鐵液的含錳量。固定劑有CaO、Na2O、BaO等。CaO本身是很穩(wěn)定的化合物，只作固定劑，不能兼作氧化劑，Na2O、BaO則以碳酸鹽的形式加入。BaO代替CaO在用量18％～20％的范圍內(nèi)，都能取得較好的脫磷效果。從離子理論的觀點看：Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+離子的半徑逐步增大，其與熔體中O2-離子結(jié)合能力順序減弱，而與磷酸根離子的結(jié)合能力則依次增強，在鐵水預(yù)處理脫磷劑中，適量配入BaO有利于提高脫磷率。助熔劑有CaCl2、CaF2、B2O3等。CaCl2的熔點為772℃，CaF2的熔點為1418℃，CaCl2降低熔點較CaF2顯著，但CaCl2極易潮解，黏性強，實際使用中會污染設(shè)備且給操作帶來不便，同時還需設(shè)法解決其表面鈍化的問題，才可望有較好的使用前景。在高溫條件下的不同助熔劑的助熔能力大小為：CaCl2>CaF2>B2O3>Na2CO3>Al2O3(在1350℃下作用時間超過第三章生產(chǎn)規(guī)劃3.1生產(chǎn)規(guī)模該鐵水預(yù)處理車間匹配的是年生產(chǎn)規(guī)模300104噸合格連鑄坯的煉鋼廠，全部用來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼。X70、X80、27CrMoNbV等鋼種主要用于制備高級別石油管線，由于工作環(huán)境惡劣，對鋼中有害元素S、P等要求極為嚴(yán)格，要求鋼中S≤0.005%、P≤0.010%。3.1.1脫硫生產(chǎn)能力的確定該鐵水預(yù)處理車間匹配的是年生產(chǎn)規(guī)模為300104噸合格連鑄坯的，鑄坯收得率取96%，轉(zhuǎn)爐金屬收得率取92%，廢鋼比取12%，則需合格鐵水300104t/a。根據(jù)我國近年冶金科技指南要求，年產(chǎn)鋼量大于100萬噸的鋼廠要求進行鐵水預(yù)處理，全國鐵水預(yù)處理比提高到60%。在本次設(shè)計中，按照設(shè)計要求，我采取100%鐵水預(yù)處理，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加品種，從而提高鋼鐵廠的競爭力。3.1.2KR脫硫工序時間如采用單罐脫硫模式，單罐周期長達64min，單罐生產(chǎn)時，總有一個主要設(shè)備工位閑置造成脫硫設(shè)備生產(chǎn)能力下降，因此采用雙罐操作，這樣單罐周期為36min，KR脫硫工序時間見表3.1。表3.1KR脫硫工序時間分析序號作業(yè)項目作業(yè)時間(min)1向鐵水罐中兌鐵水1.52鐵水罐運到扒渣位并傾翻2.54扒前渣75運行16測溫、取樣2.57傾翻1.58運行29攪拌對位1.510攪拌、下料811扒后渣、等成分612測溫、取樣2.5合計36表3.2脫硫站設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)序號項目名稱單位數(shù)值1KR脫硫套數(shù)套22脫硫站能力萬噸/年3003每罐鐵水裝入量噸1404鐵水罐公稱容量噸1605脫硫處理周期min/罐366脫硫站年有效工作時間天310所以：本設(shè)計選用兩座160t的預(yù)處理設(shè)備進行鐵水預(yù)處理3.1.3脫磷脫硅生產(chǎn)能力的確定=1\*GB3①處理規(guī)模前面已提到生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種鋼300萬噸，一套KR裝置脫一罐鐵水周期為36min，轉(zhuǎn)爐脫磷、脫硅周期為20min，所以為了KR脫硫與轉(zhuǎn)爐脫磷、脫硅，轉(zhuǎn)爐脫碳相匹配，300萬噸鐵水全部經(jīng)過KR裝置脫硫后，全部的鐵水再在專用轉(zhuǎn)爐內(nèi)進行脫磷、脫硅處理，也就是說要經(jīng)過脫磷、脫硅處理的鐵水也是300萬噸。脫磷后：[P]≦0.018%脫硅后：[Si]≦0.01%可以根據(jù)冶煉鋼種的需要進行深、淺，脫磷、脫硅處理。表3.3轉(zhuǎn)爐脫磷脫硅周期表序號運行時間(min)1鐵水兌入轉(zhuǎn)爐22廢鋼加入轉(zhuǎn)爐23吹氧、供氣、下料84測溫取樣25倒渣36倒鐵水37合計20表3.4轉(zhuǎn)爐脫磷、脫硅站主要技術(shù)指標(biāo)序號項目名稱單位數(shù)值1轉(zhuǎn)爐脫磷套數(shù)套22脫磷脫硅能力萬噸/年3003每爐鐵水裝入量噸1404轉(zhuǎn)爐公稱容量噸1505脫磷脫硅處理周期min/罐206脫磷站年有效工作時間天3103.1.4KR法脫硫原料要求1）高爐鐵水條件鐵水溫度：T≥l250oC鐵水硫含量：[S]≤0.07％渣層厚度：σ<50mm2）脫硫劑（1)重量配比：

活性石灰：88～90%螢石：12～10%（2)粒度要求：表3.5

脫硫劑粒度要求粒度≤0.1mm0.1-0.6mm0.1-1.0mm≥1.0mm比例<5％≥60％≥30％≤5％（3)要求新鮮、干凈、干燥、不混有雜質(zhì)、不粉化變質(zhì)。第四章預(yù)處理工藝流程及工藝布置4.1鐵水預(yù)處理工藝流程高爐鐵水兌入轉(zhuǎn)爐鐵水包混鐵爐進鐵、蔽渣鐵水包運行至扒渣位并傾轉(zhuǎn)向脫硫鐵水包中兌鐵水扒高爐渣槽罐車鐵水包運行至扒渣位鐵水包回位脫硫劑料倉第一次測溫、取樣給料泵攪拌頭下降并旋轉(zhuǎn)溜槽加脫硫劑、攪拌脫硫攪拌頭上升第二次測溫、取樣渣罐鐵水包傾轉(zhuǎn)扒脫硫渣鐵水包回位鐵水包車開至吊罐位鐵水包吊走兌入轉(zhuǎn)爐圖4-1KR法鐵水預(yù)處理工藝流程鐵水預(yù)處理一般都在專門的鐵水預(yù)處理站進行，脫硅一般設(shè)置在高爐鐵水溝中和混鐵車中進行?；扈F車（又稱魚雷罐車）由罐車支撐，傾動機構(gòu)和車體等部分組成，其形狀可保證有較小的熱損失，混鐵車的傾動機構(gòu)，可使?fàn)t身轉(zhuǎn)動向外倒鐵，因此，不需建設(shè)專門的廠房，只需在主廠房內(nèi)留出必要的倒鐵水位置。根據(jù)生產(chǎn)流程特點，結(jié)合工程實際情況和企業(yè)管理要求，并綜合考慮節(jié)能、環(huán)保、安全等因素，在煉鋼車間工藝布置設(shè)計中，應(yīng)遵循以下原則：(1)煉鋼車間布置要緊湊合理，充分利用原有舊廠房設(shè)施，并預(yù)留未來擴建的場地。(2)煉鋼車間布置應(yīng)與廠區(qū)總平面布置相適應(yīng)，使制氧、供電、除塵、水處理等廠房與主車間布局協(xié)調(diào)合理、物流方便。(3)各主要生產(chǎn)設(shè)備按照生產(chǎn)流程布局，并盡量縮短距離，避免物料往返運輸。(4)車間設(shè)施布置應(yīng)考慮設(shè)備維修更換和事故處理的空間，還要注意設(shè)備之間的距離和安全距離要求，既要保證操作方案，又要保證維修和清潔衛(wèi)生的方便。(5)要盡量利用車間的空間，合理安排各種廢料的排出。人員進出和物料進出分開，保證安全和衛(wèi)生。(6)車間主產(chǎn)品連鑄坯應(yīng)設(shè)置一定的存放場地，保證成品堆放和外運的要求。4.1KR法鐵水預(yù)處理工藝順序的選擇上述提到所選CaO為脫硫劑以下面就著重分析CaO作為三脫劑的最佳預(yù)處理順序。4.1.1脫硅-脫硫-脫磷順序(1)脫硅反應(yīng)式為：[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]lgKSi=18360/T-10.68通過計算平衡常數(shù)得出不同溫度下反應(yīng)平衡時的硅含量見表4.1。表4.1鐵水溝脫硅平衡時的[%Si]T1773K1723K1673K1623K[%Si]0.280.150.060.03表4.1中數(shù)據(jù)表明：鐵水脫硅是放熱反應(yīng)，鐵水的溫度越低，脫硅的效果越好，若將脫硅置于脫硫之后，因為鐵水脫硫時的溫降和運輸時的溫降，使得脫硅時的鐵水溫度將較鐵水溝脫硅更低，所以鐵水預(yù)脫硅工序應(yīng)盡量置于脫硫之后，而不是在脫硫之前。(2)脫硫此順序下脫硫反應(yīng)式為：2(CaO)+[S]+1/2[Si]=(CaS)+l/2(2CaO·SiO2)計算結(jié)果見表4.2。表4.2脫硅、脫硫、脫磷順序脫硫反應(yīng)平衡時硅、硫含量T1723K1673K1623K1573K[%S]3.8910-43.4510-43.1010-42.9510-4[%Si]0.2710.1410.0510.020反應(yīng)平衡時S含量已經(jīng)達到10-4數(shù)量級，可滿足所有鋼種的要求，并且溫度變化對鐵水脫硫效果的影響很小，所以脫硫應(yīng)提至脫硅之前，在確保脫硫效果的同時也保證較好的脫硅效果。(3)轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫硅、脫磷有資料顯示：鐵水中[%Si]大于0.15時為脫硅期，[%Si]小于0.15時脫磷反應(yīng)才會開始。脫硅反應(yīng)：[Si]+2[O]=(SiO2)脫磷反應(yīng)：3CaO(s)+2[P]+5(FeO)=3CaO·P2O5(s)+5[Fe]計算結(jié)果如見表4.3。表4.3轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫硅、脫磷反應(yīng)平衡時硅、磷含量T1673K1623K1573K[%Si]3.110-48.710-52.210-5[%P]1.3510-44.3310-46.1610-5比較表4.1、表4.3可知：脫磷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，較低溫度的脫磷爐內(nèi)脫硅的熱力學(xué)條件應(yīng)是最好的，因此，脫硅應(yīng)在脫硫之后與脫磷一同進行。4.1.2脫硫-脫硅、磷順序此順序下脫硫反應(yīng)式為同上，計算結(jié)果如表4.4。T1723K1673K1623K1573K[%S]7.6410-56.7810-56.0010-55.3110-5比較表4.4與表4.2可知：在“脫硫、脫硅、脫磷”順序的情況下，脫硫反應(yīng)平衡時[%S]下降了一個數(shù)量級，脫硫之后再脫硅，能明顯改善CaO粉劑脫硫的熱力學(xué)條件。4.1.2脫硅、脫磷-脫硫順序此順序下的脫硫反應(yīng)為：(CaO)+[S]=(CaS)+[O]，計算結(jié)果如表4.5表4.5脫硅、磷、脫硫順序脫硫反應(yīng)平衡時的[%S]T1673K1623K1573K[%S]2.7410-33.5210-34.4510-3比較表4.5、表4.4及表4.2：在“脫硅、脫磷、脫硫”順序的情況下，脫硫反應(yīng)平衡時[%S]為10-3數(shù)量級，而在“脫硫、脫硅、脫磷”順序下，[%S]為10-5數(shù)量級。在“脫硅、脫硫、脫磷”順序下，[%S]為10-4數(shù)量級，顯然“脫硫、脫硅、脫磷”順序下Cao粉劑脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)條件更好。所以：CaO作三脫劑時的最佳預(yù)處理順序為：脫硫、脫硅、脫磷。4.2KR法鐵水預(yù)脫硫工藝KR鐵水預(yù)處理是煉鋼的一道重要工序，在轉(zhuǎn)爐冶煉前，鐵水中的硫需要從鐵水中除去，用低硫鐵水進行煉鋼。意義在于：降低轉(zhuǎn)爐冶煉成本，縮短冶煉周期，延長爐齡，提高各鋼種的內(nèi)在質(zhì)量。本工藝?yán)脭嚢杵髟阼F水中旋轉(zhuǎn)造成渦流，使脫硫劑和鐵水充分接觸，促進脫硫反應(yīng)進行，達到深脫硫的目的。KR機械攪拌法脫硫一般要求鐵水溫度不小于1300℃(1)KR法鐵水預(yù)處理工藝特點圖4-1KR預(yù)處理系統(tǒng)工藝圖KR攪拌脫硫法是日本某制鐵廠于1963年開始研究，1965年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的一種鐵水爐外脫硫技術(shù)。脫硫方法是以外襯耐火材料的脫硫攪拌器侵入鐵水罐內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)攪動鐵水，使鐵水產(chǎn)生漩渦，將經(jīng)過稱量的脫硫劑由給料器加入到鐵水表面，并被漩渦卷入鐵水中，與高溫鐵水混合反應(yīng)，達到脫硫目的。如圖1所示為KR鐵水預(yù)處理工藝圖。主要控制設(shè)備有鐵水罐車、攪拌升降小車、攪拌頭、活動煙罩、升降溜槽、氧化鈣料倉、料斗以及噴吹閥等。(2)工藝控制系統(tǒng)要求KR鐵水預(yù)處理過程及動作順序如下：①由吊車將裝有鐵水的鐵水罐吊起，運至停在吊罐位的鐵水車上；②開動鐵水車，進入到處理工作位；③開動渣罐車到工作位；④鐵水車傾翻，測溫取樣，扒渣處理；⑤升降攪拌小車液壓系統(tǒng)啟動，升降小車夾鉗松開；⑥升降攪拌頭小車下降到攪拌位，升降小車夾鉗夾緊，液壓系統(tǒng)停止；⑦活動煙罩下降，攪拌頭低速旋轉(zhuǎn)10s；⑧升降溜槽下降，攪拌頭高速攪拌；⑨料斗給料機運行，料斗流化閥打開，噴吹閥打開；⑩料斗空信號達到時，延時3s關(guān)閉流化閥，延時10s關(guān)閉噴吹閥；攪拌時間到達時，停止攪拌，活動煙罩、升降溜槽、升降攪拌小車均回到待用位；鐵水車傾翻，測溫取樣，扒渣處理；鐵水車復(fù)位，開到吊裝位，處理完畢。第五章KR法預(yù)脫硫站設(shè)備選擇及設(shè)計KR攪拌法鐵水預(yù)處理設(shè)備分為三大部分：攪拌系統(tǒng)設(shè)備、加料系統(tǒng)設(shè)備、除塵系統(tǒng)設(shè)備。攪拌系統(tǒng)設(shè)備為鐵水處理的核心設(shè)備，這一部分有攪拌器、攪拌器升降裝置、煙塵收集裝置、升降系統(tǒng)、鐵水罐車、渣罐車、扒渣機、溜槽升降裝置、活動軌道、翻板裝置、更換攪拌器小車和與其設(shè)備相關(guān)的液壓站、電氣室等，通過攪拌器提升裝置，可將攪拌器埋沒在鐵水中，由電動馬達控制其旋轉(zhuǎn)攪拌鐵水及添加溶劑。加料系統(tǒng)設(shè)備包括：氣動閥門室、粉料倉、給料泵及其管路。除塵系統(tǒng)設(shè)備包括：風(fēng)機、管路及粉塵收集裝置。鐵水接受、機械攪拌和扒渣時產(chǎn)生煙氣有煙罩和煙道收集，煙罩和煙道與布袋過濾器除塵設(shè)備相連。5.1KR法處理容器的選擇鐵水預(yù)處理過程中，常用的處理容器有鐵水罐、魚雷罐，不同企業(yè)選擇的預(yù)處理裝置不同，這與企業(yè)選擇的工藝路線有關(guān)。實際上，鐵水預(yù)處理過程中，處理效果是否理想，與處理過程中容器內(nèi)的熱力學(xué)、動力學(xué)條件密切相關(guān)，其中動力學(xué)的影響尤為顯著。從熱力學(xué)的觀點看，為最大限度地促使吸熱的脫硫反應(yīng)朝著生成硫化物渣的方向移動，就必須保持較高的鐵水溫度；脫磷雖然是放熱反應(yīng)，但熔劑所需的熱量大，也需要鐵水的溫度相對較高。為此，應(yīng)該采用保溫性能好的容器，盡量減少各個環(huán)節(jié)中的溫度損失。魚雷罐和鐵水罐相比，運輸和處理過程中相對散熱面小，保溫性能好，有利于保證鐵水預(yù)處理效果。在早些年，許多鐵水運輸距離較長，轉(zhuǎn)爐公稱容積較大的煉鋼廠常采用魚雷罐作為鐵水預(yù)處理容器。從動力學(xué)的觀點來看，為提高脫硫、脫磷反應(yīng)速度，必須強化攪拌，使整個熔池強烈而均勻地進行化學(xué)反應(yīng)，避免死角區(qū)。采用鐵水罐處理時，其攪拌效果、動力學(xué)條件都較魚雷罐優(yōu)越。在相同攪拌強度下，在整個鐵水罐內(nèi)產(chǎn)生的攪拌程度比魚雷罐大，并且由于熔池相對深度大，對罐底的沖擊也相對較小。因此，鐵水罐內(nèi)的預(yù)處理動力學(xué)條件優(yōu)于魚雷罐，選擇鐵水罐更有利于保證預(yù)處理效果，避免鐵水回硫、回磷。近幾年新建的一些預(yù)處理站更傾向于采用鐵水罐來進行鐵水預(yù)處理，即使采用魚雷罐運輸鐵水，在預(yù)處理階段，也傾向于采用倒灌的方式，在轉(zhuǎn)爐鐵水罐內(nèi)進行鐵水預(yù)脫硫、脫磷的操作。5.2攪拌系統(tǒng)主要設(shè)備昆鋼的攪拌裝置如圖5.1所示1—升降小車軌道2一攪拌器旋轉(zhuǎn)裝置3一攪拌器升降裝置4一主傳動軸5一攪拌器6一翻板軌道7一下料溜管8一除塵煙罩9一活動門液壓缸10一攪拌頭更換小車圖5.1昆鋼攪拌裝置組成攪拌器的主要作用是攪拌鐵水使鐵水中的雜質(zhì)和粉料充分反應(yīng)，生成浮渣。驅(qū)動裝置帶動攪拌器旋轉(zhuǎn)，根據(jù)工藝要求控制其旋轉(zhuǎn)時間和速度。首先，根據(jù)鐵水罐的容積和鐵水的重量、鐵水的溫度、鐵水與耐火材料之間的摩擦力，攪拌器和鐵水罐的結(jié)構(gòu)等相關(guān)條件和參數(shù)，計算出所需攪拌力的大小和攪拌器的轉(zhuǎn)速。以現(xiàn)在各鋼鐵公司較為通用的鐵水罐(50—100t鐵水容積)為例，對攪拌頭進行分析和計算，外形尺寸高度一般應(yīng)為2800一3000mm，最大處外圍直徑為950一1200mm。芯部為鋼制能形成冷卻壓縮空氣循環(huán)的結(jié)構(gòu)件，外表為耐高溫、耐沖擊、耐急冷急熱的特殊耐火材料，加上自身特殊的結(jié)構(gòu)，使它們能達到滿意的使用次數(shù)。每根攪拌頭一般情況下，可攪拌鐵水300一400罐，最高轉(zhuǎn)速可達120rpm，每次連續(xù)工作最高可達20分鐘，平常轉(zhuǎn)速為80rp攪拌器可實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，便于將粘在攪拌頭外表的鋼渣等甩掉。其次，綜合工藝上的要求，就可以選擇攪拌器旋轉(zhuǎn)電機和減速機。國內(nèi)有些鋼廠就直接采用液壓馬達驅(qū)動攪拌器。由于使用工況的要求，液壓馬達的密封要求特別高，所以，現(xiàn)在廣泛采用的還是電機驅(qū)動，安全可靠。5.2.1攪拌器升降裝置該裝置由一臺提升電機，通過減速機帶動兩套雙鋼絲繩卷揚機經(jīng)滑輪組提升機械攪拌裝置。其上配備有過載及防松檢測器(力矩檢測器)以保證鋼絲繩的安全。此外還配有一臺作應(yīng)急處理的氣動馬達，斷電時，啟動氣動馬達將攪拌槳從鐵水罐中提起。攪拌槳插入鐵水深度有一定要求，川崎制鐵公司采用一套測鐵水液面裝置，而川崎重工則通過倒罐站的鐵水稱重車，以控制升降車行程。根據(jù)工藝要求，攪拌器必須在垂直方向升降來滿足工作位、待用位、檢修位及上、下極限位的要求。這就要求有一套定位準(zhǔn)確的卷揚裝置。由攪拌器及其附件的重量和攪拌器提升速度的要求，計算出卷揚電機、減速機功率的大小，以及卷筒直徑的大小，確定出最佳參數(shù)。升降裝置的定位和控制采用主令控制器和編碼器電機采用變頻電機來實現(xiàn)升降過程中要求的低速和高速的變化。5.2.2機械攪拌裝置該裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖5.2所示。圖5.2機械攪拌裝置結(jié)構(gòu)示意圖1—主電機2—同軸式減速器3—主聯(lián)軸器4—攪拌器主軸5—上軸承6—升降車7—導(dǎo)向輪8—下軸承9—攪拌頭聯(lián)軸器它主要由攪拌器及其旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降車以及升降車夾緊機構(gòu)等組成。攪拌器由主電機(1)帶動旋轉(zhuǎn)，它通過一臺同軸式減速器(2)及主聯(lián)軸器(3)與攪拌器主軸(4)聯(lián)接并將攪拌力矩傳給攪拌器主軸。攪拌器主軸又通過上、下軸承(5、8)支撐在升降車(6)上。這樣攪拌器主軸既可相對升降車旋轉(zhuǎn)，又能隨升降車升降。升降車通過安裝其上的提升滑輪組(11)及四組導(dǎo)向輪(7)，由升降裝置的卷揚機驅(qū)動，沿固定框架上的四根軌道作升降運動。在升降車上下兩端各裝有四套液壓裝置，它們組成升降車夾緊機構(gòu)(10)(見圖5.3)。圖5.3升降小車夾緊機構(gòu)9—攪拌頭聯(lián)軸器10—夾緊機構(gòu)11—提升滑輪組當(dāng)攪拌器主軸旋轉(zhuǎn)攪拌鐵水時，夾緊機構(gòu)將升降車夾緊在框架軌道上，以減少攪拌鐵水時所產(chǎn)生的不規(guī)則振動。川崎制鐵公司與川崎重工公司不同之處是夾緊機構(gòu)裝在固定框架上。另外，該公司在固定框架上還裝有由四個氣缸驅(qū)動的鎖定裝置，當(dāng)升降車停在高位(換槳位置)時，鎖定裝置可防止其墜落(圖中未示出)。攪拌器主軸下部聯(lián)接著攪拌頭，它的頭部呈十字形，由耐火材料通過雙頭銷釘澆注在鋼管及十字頭上。攪拌器主軸和攪拌頭軸均為空心軸，工作時，壓縮空氣通過旋轉(zhuǎn)接頭，進入空心軸，從而帶走部分熱量，延長其壽命。攪拌頭和攪拌器主軸的聯(lián)接結(jié)構(gòu)(9)必須考慮易于對中，方便快速更換。其結(jié)構(gòu)(見圖5.4)是在攪拌頭的上部法蘭凸出四個梯型塊和攪拌器主軸下部法蘭相對應(yīng)的凹槽相配合，然后用8個螺栓聯(lián)接。圖5.4攪拌頭結(jié)構(gòu)示意圖5.2.3KR主體設(shè)備有關(guān)計算KR主體設(shè)備的計算主要包括攪拌設(shè)備的功率計算以及升降裝置的功率計算，這是選擇電機功率的最基本的依據(jù)?，F(xiàn)分述如下：5.2.3.1攪拌設(shè)備功率計算攪拌槳的基本受力情況是在旋轉(zhuǎn)時受到鐵水的阻力，其功率基本計算公式如下：NL=Tω/1000(1)式中NL—攪拌槳理論功率/kWT—攪拌槳攪拌時所受的鐵水阻力矩/N·mω—攪拌槳旋轉(zhuǎn)角速度/r·s-1通過動力學(xué)及流體力學(xué)的變換，可以得到：NL=(KN·ρ·nj3·d5)/1000(2)式中ρ—鐵水密度/kg·m-3nj—攪拌槳計算轉(zhuǎn)速/r·s-1d—攪拌槳直徑/mKN—功率系數(shù)，由下式得到：(3)式中θ—攪拌槳角度/°(一般取90°)A—尺寸系數(shù)，由下式得到：(4)B—尺寸系數(shù)，由下式得到：(5)w—尺寸系數(shù)，由下式得到：(6)b—攪拌槳厚度/mD—鐵水罐直徑/mZ—鐵水罐深度/mRe—鐵水雷諾數(shù)，由下式得到：(7)式中μ—動力粘度/Pa·s對于鐵水μ=5×10-3通過以上計算，可得到攪拌槳所需的理論功率。需要說明的是，由于上面計算假設(shè)當(dāng)攪拌介質(zhì)為牛頓型單一液體時攪拌所需的理論功率，未考慮在攪拌過程中加入固體介質(zhì)、溫度變化及化學(xué)反應(yīng)，也未考慮機械效率及慣性力矩，為計算方便，引出基準(zhǔn)功率如下式所列：(8)式中NB—基準(zhǔn)功率/kW，即在nj=1.55r/s基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速下由公式(2)~(8)得出的計算功率k—考慮到在攪拌過程中加入固體介質(zhì)、溫度變化、化學(xué)反應(yīng)，安全系數(shù)、機械效率及慣性力矩后的經(jīng)驗系數(shù)；該處取5.51η—機械效率系數(shù)，通常取0.8為了符合KR攪拌法工況，根據(jù)國外某公司設(shè)計研究所的實踐經(jīng)驗，提供了如下經(jīng)驗公式。(9)式中N—符合KR攪拌法工況的實際計算功率/kWnB—基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速/r·s-1；即nj=1.55n—攪拌槳實際轉(zhuǎn)速/r·s-1；α—經(jīng)驗值1.65~3，該處取1.65下面對公稱容量為160t的鐵水罐攪拌設(shè)備攪拌功率進行計算。根據(jù)川崎制鐵公司提出的技術(shù)參數(shù)n=150r/min，首先由公式(2)~(8)以基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速nj=nB=1.55r/s代入，計算出基準(zhǔn)功率NB，其原始資料及計算結(jié)果如下(見圖5.5)。圖5.5攪拌示意圖已知：nj=nB=1.55r/sρ=6500kg/m3d=1.127m[取攪拌槳中徑，以(1.2+1.053)/2=1.127m計入]θ=90°2×b=1.7m(考慮到攪拌槳共4片葉子，故計算時以2b=2×0.85=1.7mD=3.201m[取鐵水罐中徑，以(3.29+3.112)/2=3.201m計入]Z=3.017mμ=5×10-3Pa·sk=5.51η=0.8由以上資料代入(2)~(8)式，計算得：A=134.15B=7.85ω=2.61Re=2557039.53NB=187.83kW然后由公式(9)計算出攪拌槳的實際功率，其結(jié)果計算如下。已知：NB=187.83kWnB=1.55r/sn=150r/min=2.5r/sα=1.65由以上數(shù)值代入(9)式，計算得：N=413.36kW則攪拌槳功率應(yīng)取450kW。需要說明的是由于前面提到的受到諸多因素的影響，單從攪拌理論計算出的功率數(shù)值與實際功率數(shù)值相差很大，需要增加不少的經(jīng)驗系數(shù)和修正值，而各家公司的操作工藝、經(jīng)驗和計算方法的差異，最后計算的結(jié)果亦稍有出入。5.2.3.2升降裝置功率計算升降裝置在上升的過程中基本的公式是：（10）式中P—升降裝置起吊量或牽引力/Nυ—升降速度/m·s-1η—卷揚機械工作效率，通常卷揚設(shè)備取η=0.6~0.7根據(jù)川崎制鐵提供的技術(shù)參數(shù)：P=352800N、υ=5m/min=0.0833m/s，代入(10)式有：則電機功率應(yīng)選取45kW。5.3除塵系統(tǒng)除塵煙罩示意圖如圖5.6所示：圖5.6除塵煙罩示意圖除塵煙罩通過一套卷揚提升系統(tǒng)借助于四拉桿使煙罩上下運動，達到鐵水罐進出工位較順利地目的。使用過程中曾發(fā)現(xiàn)活動煙罩因為有上下運動會使煙塵大量外泄，不僅對現(xiàn)場環(huán)境造成污染、影響其它設(shè)備使用壽命，還會對人身安全產(chǎn)生危害，埋下安全隱患，甚至?xí)钩龎m系統(tǒng)失去作用。不僅如此，活動式煙罩還存在以下弊端：①需要一套煙罩卷揚設(shè)備來提升巨大的煙罩，設(shè)備投資大；②煙罩為大而薄的結(jié)構(gòu)件，離鐵水罐距離近極易受熱變形，而煙罩殼體和導(dǎo)軌之間的設(shè)計間隙很小，僅有40mm，在上下滑行時煙罩的受熱變形經(jīng)常導(dǎo)致導(dǎo)軌發(fā)生卡阻；③煙罩卷揚設(shè)備發(fā)生故障時如果用人工將煙罩提升費時費力，如果煙罩將鐵水罐罩在下面不能及時移出就會造成重大生產(chǎn)事故。因為活動煙罩存在很多缺點，所以我們選用固定煙罩，并在煙罩上增加一個用液壓缸驅(qū)動能打開和關(guān)閉的門，便于鐵水罐進出。此項設(shè)計去掉了復(fù)雜的煙罩升降卷揚裝置，不僅增加了工作可靠性而且節(jié)約了設(shè)備的投資成本。固定煙罩與活動煙罩比較有下列幾點好處：①煙罩卷揚隨活動煙罩的取消而取消，減少上層平臺布置煙罩卷揚的面積；②沒有活動煙罩，既節(jié)約了生產(chǎn)運行成本又減小設(shè)備投資成本；③煙罩滑行導(dǎo)軌隨活動煙罩同時取消，減少故障點；④活動煙罩因為有導(dǎo)軌所以需在機加工時就整體焊接好，體積龐大運輸難度大、費用高。固定煙罩可以分成四至六塊制作，在施工現(xiàn)場組合安裝，對加工制作、運輸、安裝都方便；⑤不存在煙罩卷揚起吊裝置與現(xiàn)場更換攪拌頭的電動葫蘆的干涉問題；⑥固