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用颗粒镁进行铁水的炉外脱硫

作者:宣钢分院 更新时间:2000年10月10日 点击次数:130

用颗粒镁进行铁水的炉外脱硫
刘志敏
河北工业职业技术学院宣钢分院冶金材料工程系(075100)
Xuangang Branch, Hebei college of Institute of Industry and Technology   metsllurgy material department, Xuanhua 075100

摘要 
本文通过对宣钢铁水脱硫站120组统计数据的分析研究,提出了影响颗粒镁脱硫效果的工艺因素和设备因素,得出了相对合理的结论和观点,为生产实践提供了一定的指导意义和理论根据,对提高脱硫效率、改善脱硫剂的使用效果有明显的作用。
关键词
脱硫率    颗粒镁   喷吹     铁水预处理
Abstract
Based on the analysis to 120 groups statistical data of XuanHua Steel hot metal desulfurization station, we conclude the process factors and equipment factors which will affect megesium desulfurization and relatively reasonable conclusions and viewpoints. These provide some guidance and theorietical basis for the production practice and have an obvious effect on increasing the desulfurization rate and improving the use of desulfurizer effects.
Key words
 Desulfurization rate  Coated magnesium granules  Injection   Hot metal pretreatment,

由于影响铁水脱硫的因素很多,既有工艺方面的,又有设备方面的,所以在实际生产中诸多因素要同时考虑,切忌顾此失彼,最终寻求一个最佳工艺参数和设备工作状态,本文通过对宣钢铁水脱硫站120组统计数据的分析研究,得出以下主要影响因素。
1.影响颗粒镁脱硫效果的工艺因素分析
1.1初始硫含量对脱硫率的影响
在其他参数不变的情况下,随着铁水初始硫含量的增加,脱硫率呈上升趋势,也就是说铁水初始硫含量高有利于脱硫率的提高。这是因为铁水初始硫含量越高,硫的活度越大,脱硫反应越容易进行,同时由于在一定的铁水温度下,铁水中的[Mg]•[S]之积为一常数,[S]越高,与之平衡所需的[Mg]越少,故溶解到铁水中的[Mg]就越有足够量与[S]反应,所以镁的利用率高,脱硫效率更高。

 
图1.1  初始硫含量与脱硫率的关系
根据宣钢脱硫站120组统计数据得到图1.1,是宣钢不同初始硫含量与脱硫率的关系。从图中可以看出,脱硫率与初始[S]%几乎无关,呈一水平线,这是因为初始[S]高,脱硫率高,而宣钢初始[S]并不高,几乎都在0.03%~0.04%,所以效果不明显。
1.2初始温度对脱硫率的影响
从热力学条件来讲升高温度有利于脱硫反应的进行,因为温度升高能有利于获得碱度高、均匀性好的熔渣,同时改善熔渣的流动性,提高硫在金属液及渣中的扩散系数,因此,温度升高有利于改善脱硫反应的动力学条件。
但对镁脱硫反应来说,温度升高时,气化速度较快,形成的气泡较大,铁水粘度降低,使气泡上浮速度增快,从而减少了镁在铁水中的停留时间,这会使颗粒镁的利用率降低。因而从总的来看,随着铁水初始温度的升高,脱硫剂的利用率变化不大,脱硫效率没有明显提高。图1.2是宣钢脱硫站120组具体数据得到脱硫率与铁水初始温度的关系曲线。从图中可以看出在其他操作参数不变的情况下,脱硫率随初始温度升高变化不大。这同热力学、动力学原理是相符的。


 
图1.2  铁水初始温度与脱硫率的关系
1.3颗粒镁消耗对脱硫率的影响
1.3.1 当初始硫与目标硫确定时,脱硫率随吨铁的喷镁量增加而增加。但当吨铁喷镁量增加时,镁的利用率是降低的,因为单位时间喷镁量增加,虽可使脱硫反应速度加快,但脱硫剂在铁水中分布不均,脱硫反应不充分。事实上,初始硫较高时脱去单位硫所消耗的镁量小于初始硫低时脱去的硫量[1]。
1.3.2颗粒镁单耗与脱硫率的关系
根据宣钢脱硫站120组统计数据得到颗粒镁单耗与脱硫率的关系见图1.3所示。从图1.3可知,随着颗粒镁单耗的增加,脱硫率得到提高。原因有以下几方面:
①镁与[S]有很强的亲合力。相对于铁来说,金属镁的熔点和沸点都较低,分别为650℃与1110℃,在铁水预处理温度下,进入铁水中的固体镁很快被熔化和气化,并且有部分溶解与铁水中。溶解与铁水中的镁和气态镁都能与铁水中[S]迅速反应生成固态(MgS)进入渣中,所以颗粒镁增加,脱硫率提高。
②溶解镁[Mg]相对于镁蒸气而言是与溶解在铁水中的[S]反应的主要形式,即:
  [Mg] + [S] ====== (MgS)
生成的(MgS)大部分以故态析出,其活度aMgS = 1,上述反应的平衡常数为:
  K = aMgS/(a[Mg]•a[S])   (其中aMgS = 1)
即, a[Mg]•a[S] = 常数
显然,硫含量与最终镁含量二者总成反比关系,故随着颗粒镁消耗的增加,a[Mg],增加,a[S]则减少,即铁水中的硫含量降低。
③ 但不能靠提高颗粒镁消耗来提高脱硫效率。前面已阐述过,脱硫需要综合考虑,当脱硫率要求较低时,用较少的颗粒镁消耗就能达到目标;脱硫率要求较高时,则需要较高的颗粒镁消耗。所以对于不同的脱硫应有一个最适宜的镁单耗。由图可见当脱硫率要求在70%时,最佳的颗粒镁镁单耗应在0.3~0.35kg/t。

 
图1.3  颗粒镁单耗与脱硫率的关系
1.4喷吹时间与脱硫率的关系
根据宣钢脱硫站120组统计数据得到喷吹时间与脱硫率的关系见图1.4所示。
从图1.4可看出,在其他喷吹参数不变的情况下,随着喷吹的延长,脱硫效率增加。这是因为随着喷吹时间的延长,颗粒镁消耗量增多,故脱硫效率越高。

 
图1.4  喷吹时间与脱硫率的关系
当然也不能靠增加喷吹时间提高脱硫率,因为喷吹时间越长,颗粒镁消耗越多,但脱硫剂的利用率却越来越低,同时铁水降温增大。由图1.4可见,当脱硫率在70%~80%时,喷吹时间应控制在8~10分钟为宜。
1.5铁水重量对脱硫率的影响
通过对宣钢铁水脱硫站120组的统计数据分析,铁水量与脱硫率的关系如图1.5所示。从图中可看出,铁水重量对脱硫率的影响较大,随着铁水重量的加大,脱硫率不断提高,这是因为铁水重量加大,熔池加深,而喷枪插入熔池的深度总是距包底300mm,镁在熔池中行程较长、反应时间充分,更容易形成(MgS)上浮,颗粒镁的利用率提高,脱硫率自然也提高。

 
图1.5  铁水重量与脱硫率的关系
1.6喷吹压力和喷吹速度对脱硫的影响
镁脱硫的步骤是首先镁溶解于铁液中,然后再与铁液中的硫发生化学反应。因此,颗粒镁脱硫,镁蒸汽能快速溶解于铁液是关键。适当的喷吹压力有利于镁蒸汽溶解分布均匀,加快脱硫反应;但当压力过大,镁在铁液中停留时间会缩短,与硫反应不充分,降低镁的脱硫利用率,严重时甚至产生喷溅。
在一定条件下,脱硫率随喷吹速度的增加而略有升高,即通过提高喷吹速度来提高脱硫率很有限,这是因为喷吹速度过高,镁粉来不及与铁水中的硫反应便逸出铁液,造成巨大浪并且污染环境,可见适当的喷吹速度及喷吹时间是保证脱硫反应充分、提高脱硫率的关键。喷吹速度主要依靠铁水包口的喷溅状况及闪光程度来确定。宣钢颗粒镁脱硫工业生产经验得出,在下枪初期,一般设定小喷速3.5kg/min进行喷吹,等待80秒喷吹平稳后,再逐渐提高喷速在4.0~5.0kg/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。

1.7铁水的初始硫和终点硫与脱硫剂(Mg)单耗的关系
运用统计分析方法对宣钢铁水脱硫站120组的统计数据进行试验数据分析[2]。铁水脱硫试验数据见表1.1。

表1.1  铁水喷吹颗粒镁脱硫试验数据
脱硫剂(Mg)单耗  /  kg/t 铁水初始硫  /  % 铁水终点硫  /  %
0.30 0.044 0.020
0.35 0.046 0.023
0.40 0.057 0.028
0.50 0.042 0.009
0.55 0.031 0.004
0.60 0.050 0.007
0.65 0.052 0.004
0.98 0.084 0.008

从表1.1可以看出,脱硫剂(Mg)单耗与铁水中的初始硫和终点硫的关系。当铁水中的初始硫一定时,铁水要求终点硫越低,其脱硫剂单耗随之越高;当铁水终点硫一定时,随着铁水初始硫越高,其脱硫剂单耗越高。将表1.1数据处理后列表于表1.2中。
表1.2  脱硫剂(Mg)单耗与㏑(So/Sf)数据
X Mg单耗 0.30 0.35 0.40 0.50 0.55 0.60 0.65 0.98
y ㏑(So/Sf) 0.7709 0.6931 0.7073 104916 2.0021 2.0031 2.5759 2.3206

运用数值分析的最小二乘法[3],进行计算如下:
 y = ax + b                  (1-1)
代入
G(a, b) =  
从而代入方程组得:
   
再把数据代入上式得 :
   
解得:a = 2.92,b =  0.010。                       (1-2)
得线性方程:
  ㏑(So/Sf) = 2.92w  0.01            (1-3)
其中w为颗粒镁(Mg)单耗量。
将(式5-3)变形整理得:
  w = 0.3425•㏑(So/Sf) + 0.003425          (1-4)
               (1-5)
用所得方程可以做近似计算,如果铁水初始硫含量为0.040%,在终点目标硫含量分别为0.015%、0.010%、0.008%的情况下,所需喷入脱硫剂(Mg粉)的数量分别为0.34kg/t、0.48 kg/t、0.55 kg/t,与实际生产中的情况基本相符。
2.影响颗粒镁脱硫效果的设备因素分析
目前铁水预处理系统从总体上来说处于正常状态,喷吹稳定,能适合生产需要,但仍然存在不少问题,主要体现在以下方面。
2.1设备及生产影响
2.1.1 换枪时间长:由于宣钢炼钢厂脱硫站单喷颗粒镁工艺,采用带气化室喷枪喷吹,喷吹振动大,喷吹时间长,有时需用2枪,由于喷吹时间不能超过900s,否则烧坏喷枪,而换枪时间长,约1h。虽然有两套作业设备,但因为有时生产作业紧张,影响脱硫作业。
2.1.2 脱硫站除尘效果差:由于脱硫站没有自己专门的除尘设施,只有一个烟气集尘罩通过排烟管道与车间外的精炼炉二次除尘系统相连,除尘能力低,除尘效果差,污染环境,直接影响现场操作和80吨炉区环保。
2.2客观方面因素
 2.2.1 设计方面遗留的问题。一是设备维护量大,倾翻车及扒渣机液压都存在漏油现象,倾翻车行走经常出现过流变频跳闸。二是系统存在的问题,如一些阀门的选型、流化系统的设计等均不是很理想。
2.2.2 场地小、扒渣工位少。每个站只有一个扒渣工位,脱硫与扒渣不能同时进行,两个站只相当于外厂的一个站,影响了脱硫作业率,这是提高脱硫作业率的一个限制性环节。
2.2.3 铁水成分不能及时分析出来,操作时很难根据原始硫含量调节颗粒镁用量。
2.3整改措施
2.3.1 铁水到站及时取送样,并且加强与检测中心的联系,及时清楚铁水脱前硫量,做到有针对性下料;改用专用铁水取样器,使用光谱分析,加快分析速度。
2.3.2优化脱硫工艺,加强管理,针对冶炼钢种需要,而决定是深脱还是浅脱,避免造成脱硫剂浪费。
2.3.3 加强员工培训,提高员工操作水平,缩短喷吹时间,多采用铁水直兑进转。喷吹时间控制在10min内。
2.3.4 充分发挥两个脱硫站的生产能力,合理安排组织生产,在不影响公司生产的大前提下,尽量多安排铁水脱硫,提高脱硫作业率。
结论
由于宣钢铁水脱硫站存在一些设备问题,加之使用时间短,对工艺参数还处在摸索过程中,影响了脱硫作业。通过对设备改造、工艺因素的分析及工业试验,目前已取得了较好生产效果和经济效益。

参考文献

[1] 周汉香,王丹青,杜秀峰.颗粒镁铁水脱硫技术.钢铁研究,Aug.2005,(4):28~30
[2] 孙中强,梁连科,车荫昌.用镁和石灰对铁水脱硫预处理的热力学.炼钢,Oct.2001,17(5):22~23, 39
[3] 刘炳宇,庄汉宁.纯镁铁水脱硫技术的应用.炼钢,Aug.2002,18(4):1~2, 11
(此论文发表在《金属世界》2008.5)

 





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