徐延浩，徐向陽，高學中，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合復合噴吹脫硫和KR 攪拌脫硫兩種工藝的優(yōu)勢，研制了復合旋轉(zhuǎn)噴吹鐵水脫硫預處理工藝，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，采用復合旋轉(zhuǎn)噴吹鐵水脫硫預處理工藝可以降低脫硫粉劑消耗約30%，脫硫率提高了4.25%。

關鍵詞： 鐵水脫硫預處理；復合旋轉(zhuǎn)噴吹；噴槍

鐵水脫硫預處理能夠減少帶入煉鋼轉(zhuǎn)爐的硫含量，降低轉(zhuǎn)爐脫硫負擔，有利于鋼種低硫含量的控制。現(xiàn)有的鐵水罐脫硫工藝主要有復合噴吹脫硫和KR 攪拌脫硫兩種^［1-2］。復合噴吹脫硫操作簡單，鐵水脫硫過程溫降小，但動力學條件差；KR 攪拌脫硫動力學條件好，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用復合噴吹并模擬攪拌法鐵水脫硫預處理工藝， 形成了復合旋轉(zhuǎn)噴吹鐵水脫硫預處理工藝（以下簡稱復合旋轉(zhuǎn)噴吹），該工藝結合了復合噴吹脫硫和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入鐵水中，先后發(fā)生液化、氣化反應^［6-7］，發(fā)生如下脫硫反應：

（Mg）+［FeS］=MgS_（s）+［Fe］ （1）

（Mg）_（g）→［Mg］              （2）

［Mg］+［FeS］=MgS_（s）+［Fe］ （3）

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

2 復合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝流程及參數(shù)

2.1 復合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝流程

煉鋼總廠一分廠鐵水預處理采用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），復合旋轉(zhuǎn)噴吹技術參數(shù)見表1。

3 復合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝特點

復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行脫硫化學反應。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行脫硫化學反應。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條件，但隨著鐵水攪動的加強，鐵水脫硫過程溫度損失加大。

復合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝結合了復合噴吹脫硫和KR 攪拌脫硫兩種工藝的優(yōu)勢，在現(xiàn)有復合噴吹鐵水預處理系統(tǒng)、粉劑及輸送介質(zhì)的基礎上，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行脫硫化學反應。粉劑從噴槍底部倒T 型噴吹孔旋轉(zhuǎn)噴出，增強了鐵水的縱向、橫向攪動， 彌補了原有復合噴吹工藝的不足， 模擬了KR 法脫硫動力學條件。

3.1 旋轉(zhuǎn)噴槍設計

復合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝脫硫噴槍與原有復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，與復合噴吹直筒噴槍相比，復合旋轉(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)噴槍為在復合噴吹工藝基礎上模擬KR 攪拌奠定了基礎。復合旋轉(zhuǎn)噴槍的結構示意如圖1 所示。

3.2 旋轉(zhuǎn)噴槍轉(zhuǎn)速控制

在電機的帶動下，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。采用原有復合噴吹工藝，轉(zhuǎn)速過大時，進入到鐵水中的脫硫粉劑在高溫條件下加速了反應，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)噴槍噴出孔設計

由表2 看出， 復合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝將原有直筒槍噴出孔內(nèi)徑更改為8~12 mm。因在原有復合噴吹工藝的作業(yè)情況下， 復合旋轉(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)徑進行相應縮小，從而達到穩(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留了空間。

3.4 脫硫工藝參數(shù)優(yōu)化

鐵水脫硫預處理需要實現(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。復合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝在原有復合噴吹工藝的基礎上，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，與復合噴吹工藝（各統(tǒng)計100 罐次）進行對比，見表3。

從表3 中的數(shù)據(jù)對比可以看出， 與原有復合噴吹脫硫效果相比，復合旋轉(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，脫硫率最高達到79.47%，此時的罐壓為0.63 MPa、噴槍轉(zhuǎn)速為20~40 r/mim，復合旋轉(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 應用效果

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

從表4 中的數(shù)據(jù)及對比結果可以看出， 在相近鐵水條件下， 復合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝與復合噴吹工藝脫硫效果對比結果：脫硫率提升了4.25%、噸鐵鈣粉、鎂粉單耗降低幅度分別達到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，應用復合旋轉(zhuǎn)噴吹脫硫工藝后，噸鐵脫硫粉劑成本可降低約1.255 元。

5 結論

（1） 在現(xiàn)有復合噴吹鐵水預處理系統(tǒng)、粉劑及輸送介質(zhì)的基礎上， 將原有復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)了復合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝。

（2） 復合旋轉(zhuǎn)噴吹工藝結合了復合噴吹脫硫、KR 攪拌脫硫兩種工藝的優(yōu)點， 增強了鐵水的縱向、橫向攪動，有利于鐵水脫硫反應進行。

（3） 旋轉(zhuǎn)噴槍轉(zhuǎn)速、罐壓參數(shù)優(yōu)化后的復合旋轉(zhuǎn)噴吹鐵水脫硫工藝實現(xiàn)了穩(wěn)定的規(guī)模化生產(chǎn)應用，應用比例達到100%。

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

參考文獻

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