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喷吹法铁水炉外脱硫

作者:宣钢分院 更新时间:2000年10月10日 点击次数:218

                           Injection of molten iron stove desulfurization
                                             刘志敏
                                           LIU Zhimin
                         河北工业职业技术学院宣钢分院,河北 宣化 075100
          Xuangang Branch, Hebei college of Institute of Industry and Technology,  Xuanhua 075100
摘要: 本文对喷吹法炉外脱硫进行了简要的说明,指出了喷吹法脱硫的优缺点及喷吹设备、喷吹操作制度,包括喷枪孔形式、喷孔直径及个数和喷枪管管径、喷吹粉剂压力及速度、气粉比以及喷枪的插入深度等对喷吹效果产生的诸多影响进行了简单的论述,对生产实践有一定的指导意义。
Abstract:In this paper, it presents a brief description of the injection of the furnace desulfurization and points out the advantages and disadvantages of it. Besides those, the paper also provides a simple discussion about how the injection equipment and operating system including the form, diameter and the number of the lane hole, diameter of the lane pipe, the pressure and speed of the injection power, gas power ratio and lance insertion depth affect the injection. To some extent, it will produce a practical guidance to the production.
关键词: 喷吹法;脱硫效果;喷枪    
Key words:injection method, the effect of the desulfurization,lane

    70年代以后,由于喷射冶金技术的发展,喷吹法被引入到了铁水预处理,从而使铁水预处理方法逐渐趋于两大方法:搅拌法和喷吹法。但由于机械搅拌复杂,设备投资高,而且搅拌叶片寿命短,脱硫成本较高,因而现在很少采用,国外如瑞典、日本等几乎所有的钢铁厂均已采用喷吹法进行铁水预处理。国内除武钢1979年从日本引进的KR仍在使用外,其它钢厂(如宝钢、宣钢、包钢、柳钢、酒钢、太钢等)主要的是喷吹法。喷吹法处理铁水就是靠向液体深部喷吹注入处理剂的办法来达到搅动熔池,使处理粉剂与液体金属混合以脱除铁水中硫、磷等杂质。与其它方法相比,喷吹法有如下优点[1]:
(1) 相对较低的处理费用;
(2) 处理很快,这就是说处理能力很大;
(3) 原始硫含量波动很大的生铁也可直接处理到低含硫水平([S]≤0.005%);
(4) 产品成分稳定,即可控,有重现性。
但喷吹法也有其缺点[2]:
(1) 喷枪的寿命和材质问题。喷枪受高温、高压、振动、磨损、化学侵蚀和凝结渣等作用,工作条件差,非常易坏;
(2) 铁水温降较多,影响处理效果;
(3) 扬尘大,喷溅严重,须解决密封、除尘、扒渣等问题;
(4) 堵塞管道以及压力波动剧烈等问题。
   尽管喷吹法还存在着不少缺点,但是和其它处理方法比较,它的优点还是相当显著的,所以,A.M.Sillie[1]认为:对于预处理脱硫来说,要搞一个低硫铁水的生产线,最好的办法、最广泛的办法,首先应该是喷吹法。
   宣钢针对本企业的实际情况,通过多方考察、比较、论证后认为,单喷颗粒镁法具有脱硫剂消耗少、能够深度脱硫、渣量少、铁水温降低等优点,是国际较先进的喷吹金属镁对铁水进行预处理的脱硫剂,因而宣钢炉外预处理脱硫设备采用单喷钝化颗粒镁。
   喷吹法铁水预处理全套设备包括储粉系统、喷粉系统、除渣系统和除尘系统四部分,其核心部分为以喷粉罐为中心的喷粉系统,喷粉罐构造见示意图1,目前,喷粉罐多是锥体流化设备。
为达到良好的喷吹效果,除必须有较好的喷吹设备保证外,还必须建立合理的喷吹制度,喷枪孔形式(直孔、斜孔和水平孔)、喷孔直径及个数和喷枪管管径、喷吹粉剂压力及速度、气粉比以及喷枪的插入深度等都会对喷吹效果的好坏产生很大影响。
   从粉剂能在铁水内部得到良好分布和较好的气粉分离角度看,采用一个以上的喷孔是比较有利的。
为了避免粉剂沿枪管内流动,因摩擦造成速度过慢,造成在喷孔处的堆积和阻塞,为了有利于气、粉的相互分离,适当提高粉流在枪管内和出口处的速度是必要的。为此,就需要保证一定的枪管内和出口处的工作压力,应该选用的粉剂喷出速度为大于100m/s[3]。

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1—罐顶压力表;2—进料钟阀;3—快排气阀;4—压差调节阀;5—慢排气阀;
6—灌顶进气阀;7—罐体;8—流态化气阀;9—流化床;10—出料阀;
11—助吹阀;12—助吹流量调节阀;13—助吹压力表;14—平衡气阀
图1  铁水预处理喷粉罐

   喷枪管是以均匀分布料流的状态来输送脱硫剂的,必须保证管内不发生阻塞现象,喷吹管径过大,则气流速度变小,脱硫剂输送效果不良。如果管径过小,则容易造成堵塞及吹入压力增大等弊病。显然,过大或过小的喷枪管径对提高脱硫效率都是不利的,各厂应根据水力学模型及生产实践选择。国内目前在铁水罐内常用喷枪口径在12~32mm,出口处6~12mm[4]。
   脱硫剂的吹入速度的大小直接影响脱硫效果,在一定的载气流量下,减少脱硫剂的吹入速度即增加了脱硫剂和铁水的接触时间,从而提高?S,如图2和表1所示。但过小的吹入速度会使处理周期延长,生产能力下降。而且生产实践表明,在一定的脱硫剂单耗范围内,随着脱硫剂吹入速度增加,脱硫剂的利用率是增加的,只是在达到最大值后就下降了,而在增加了脱硫剂的单耗后,利用率的最大值向吹入速度高的方向移动,见图3[4]。很明显,这里存在着一个最佳吹入速度的问题,这个最佳吹入速度究竟是多少,这得由各个厂生产实践决定。

表1  实际统计的数据
喷吹时间 /  min 3 3~4 4~5 5~6 6~7 7~8 8~9 9~10 11~12
数    量 /  罐次 2 4 5 7 8 9 8 6 1
平均脱硫率 /  % 34.9 33.03 40.4 48.57 50.23 57.92 61.7 61.2 60.7

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       图2  脱硫时间与脱硫率的关系                     图3  CaC2效率和脱硫剂吹入速度的关系      

   粉气比m(m=单位时间内粉剂吹入量/单位时间内载气量=脱硫剂的吹入速度/载气流量)是喷吹工艺制度中的重要可控工艺参数,它对喷粉反应的动力学条件与喷粉过程气体输送的稳定性有着直接影响。由于粉气比是固气两相流中粉料量与气体量的比值,所以,它是喷吹过程中喷粉速度与载气流量两个工艺因素影响的综合反映。合适的粉气比选择,取决于在不同罐形及容量下所允许的供气强度,以及粉剂单耗和要求的对熔池搅拌力和气泡上浮引起的粉剂损失等。如果供气强度选择过大(粉气比过小)则会引起严重的金属喷溅甚至向罐外抛洒,并同时也会由于贯穿铁水内气泡量过多而造成粉剂在铁水内部的均匀弥散。一般说来,在不影响脱硫效果与喷吹稳定性的前提下,应尽量按上限控制粉气比,以减少喷溅、缩短处理时间与温降。但在具体控制时,粉气比的选择应与粉剂条件相适应,以免产生输送停滞与管道堵塞等危险。据统计,不同罐形的允许供气强度,开口罐为:0.015~0.02m3/(min?t),混铁车为0.03~0.05m3/(min?t),对于钢水罐一般?0.01m3/(min?t)[5]。
   喷枪插入深度直接影响粉剂在罐内的上浮距离,影响到粉剂在铁水内部的逗留时间,并同时也影响熔池的活跃程度,不同枪深对脱硫的影响示于图4,从图中可看出,喷枪插入液面深一些对提高?S是有利的,但是从另一方面说,喷枪插入液面太深,则使喷溅增大,操作困难,喷枪寿命下降,反而对提高?S不利。据日本新日铁公司在鱼雷罐车顶喷法专利公报中介绍,插入液面下深度以>51%为合适,根据国内大多数厂家试验数据,一般插入深度为60~75%[4]为宜。
粉剂加入量是喷粉处理工艺中最重要的可控因素,它是决定脱硫幅度的主要参数。图5为喷粉量与脱硫效率(=([S]初?[S]终)/[S]初?100%)的统计关系[6],由图可看出,脱硫效率与脱硫剂用量是明显的相关关系,其中在脱硫剂用量3kg/t至9kg/t铁范围内,与单耗有较强的正相关关系,而脱硫剂单耗超过9.5kg/t铁后,随粉剂用量的增加,?S不再有明显变化,这说明脱硫剂用量有一个临界范围,超过此范围,脱硫剂的利用率将明显下降。

   
 图4  喷枪插入深度与脱硫的关系               图5 脱硫剂单耗与脱硫率的关系

    另外,影响喷吹效果的还有诸如脱硫剂质量和铁水温度等,这里不详加讨论了。
宣钢采用喷吹法铁水脱硫工艺生产实践表明,喷吹过程平稳,喷溅少,铁水降温低;能灵活地满足不同的铁水脱硫深度的要求;同时需要的工艺装备少,重量轻,工程量小,同时,为改善脱硫各项指标,对脱硫工艺参数进行了优化,主要有通过工艺优化将喷吹速度作了调整:在下枪喷吹初期,一般设定小喷速3.5kg/min进行喷吹,待80s喷吹平稳后,再逐渐提高喷速在4.0~4.5kg/min,直到铁水包口有少量剧烈白光为止,使用这个喷速一直到喷吹结束。使喷吹作业稳定性加强,基本杜绝了喷溅。
    脱硫站使用后的经济效益状况,与没有使用脱硫站相比,取得了良好的经济效益和社会效益,使炼钢成本下降了9.03元/t钢。

参 考 文 献:
[1] Smillie A M (刘述临译).生铁炉外脱硫.宣钢译文,1981.12.,108~112
[2] 吴业宏.铁水预处理剂浓相输送和稳定性研究[硕士学位论文],北京科技大学,1990.12.,9, 19~20
[3] 赵荣玖.铁水预处理.中国金属学会,1988.12.,19~22
[4] 李宏鸣.影响顶喷法脱硫效果的初步分析,铁水预处理文集,1983.11.,34~41
[5] 翟兴华.铁水预脱硫喷吹系统的优化设计.炼钢,1999.8.,15(4):14~17
[6] 太原钢铁公司.太钢专用铁水包喷粉脱硫预处理生产工艺研究.氧气转炉炼钢顶底复合吹炼技术(“七五”攻关资料汇编(1986~1990)),1992,第二册,69~70

 


本文作者为冶金材料系主任,教授。本文荣获河北省人力资源和社会保障厅颁发的河北省技工教育和职业培训优秀教研成果二等奖。





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