鎂渣用于鐵水脫硫工業(yè)試驗(yàn)研究

徐祥斌 陳曜云 余建文

摘 要：本文基于前期的理論分析和試驗(yàn)室試驗(yàn)，將鎂渣用作煉鋼脫硫劑在冷水江鋼鐵有限公司進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：?jiǎn)渭兪褂面V渣作為脫硫劑，采用噴吹法，其脫硫效率能達(dá)到80%以上，較之其現(xiàn)有使用CaO系的脫硫效率大幅提高，另外，本文也進(jìn)行了脫硫效果與鎂渣的使用量和噴槍插入深度的試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鎂渣；鋼鐵；脫硫

Abstract：This research use the magnesium slag as a desulfurizer in a steel-making factory based on the analysis result of magnesium slag and the experiment.The result showed that the magnesium slag can get a high efficiency than CaO in desulfuration.The desulfuration efficiency of magnesium slag is higher than 80%，which is much more higher than CaO.This paper also research the relation between efficiency and dosage of magnesium slag or the position of airbrush.

Key words：Magnesium Slag；Steelmaking；Desulfurization

鎂渣是鎂冶煉生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢料，每冶煉1t鎂大概產(chǎn)生5.5t的鎂冶煉渣（常簡(jiǎn)稱鎂渣）[ 1 ]，我國(guó)每年都會(huì)產(chǎn)生大量這樣的廢料。通過(guò)前期對(duì)鎂渣的研究，發(fā)現(xiàn)鎂渣中含有單質(zhì)鎂、活性CaO、MgO等物質(zhì)[ 2 ]，里面的很多成分均可作為鋼鐵脫硫劑[ 3-5 ]，通過(guò)前期的實(shí)驗(yàn)室研究，我們也驗(yàn)證了鎂渣作為鋼鐵脫硫劑的可行性，并取得了脫硫率80%以上的指標(biāo)。

在前期實(shí)驗(yàn)室取得較好結(jié)果的情況下，選擇在冷水江鋼鐵廠進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，冷水江鋼鐵廠是湖南省內(nèi)較老的一家鋼鐵企業(yè)，現(xiàn)在年產(chǎn)粗鋼量約300萬(wàn)噸，本試驗(yàn)進(jìn)行所在的脫硫站現(xiàn)有一個(gè)脫硫工位和一個(gè)扒渣工位，現(xiàn)有的脫硫生產(chǎn)工藝為使用CaO并適當(dāng)配加CaF2進(jìn)行脫硫，脫硫劑通過(guò)噴吹的方式噴入鋼（鐵）水中，脫硫效率只能達(dá)到50%左右，鐵水在脫硫過(guò)程中的溫降為10～15℃，脫硫效率較為低下，迫切需要進(jìn)行技術(shù)改造提升。

試驗(yàn)過(guò)程中先根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中最好的指標(biāo)條件進(jìn)行了一次試驗(yàn)，在確認(rèn)可行，且不會(huì)對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生較大波動(dòng)的情況下，繼續(xù)進(jìn)行后面的多次試驗(yàn)。

一、試驗(yàn)原材料及裝置

（一）鎂渣

本試驗(yàn)所采用的鎂冶煉渣取自國(guó)內(nèi)某大型鎂冶煉企業(yè)，該企業(yè)具有典型的硅熱法煉鎂的生產(chǎn)工藝，在樣品運(yùn)輸過(guò)程中干燥密封良好，對(duì)該鎂渣樣進(jìn)行化學(xué)分析后得到其化學(xué)成分如下：

粒度分析得到該鎂渣粒度分布在10mm以下，以0.1～2mm居多，該鎂渣松裝密度在1.1 g/cm3左右，流動(dòng)性尚可，安息角在33～35°。

（二）鐵水

本試驗(yàn)所用的鐵水情況見(jiàn)表2。

（三）脫硫系統(tǒng)試驗(yàn)裝置

① 脫硫容器：100t 鐵水罐；平均每罐裝有預(yù)處理鐵水 85～95t；熔池深度2351mm-2914mm；

② 脫硫站有一個(gè)噴吹位、一個(gè)扒渣位、中間一個(gè)換罐位；一個(gè)待建噴吹位；

③ 配置有 1 臺(tái)鐵水罐傾翻臺(tái)車，在扒渣時(shí)可以操縱傾翻鐵水包；

④ 鋼廠的噴吹位一個(gè)，噴吹工位配備一個(gè)噴吹罐；

⑤ 每個(gè)噴吹位配備有一套噴槍升降橫移裝置（兩支槍互為備用）、水冷防濺罩和噴吹管路系統(tǒng)；

⑥ 扒渣位置配備了1 臺(tái)液壓扒渣機(jī)、渣盤(pán)車和渣盤(pán)；

⑦ 現(xiàn)場(chǎng)工人可以在換罐和扒渣位置進(jìn)行測(cè)溫取樣，設(shè)計(jì)較為合理；

⑧ 噴吹位旁邊配備有換槍起重量為 25/30t 的鑄造橋式起重機(jī)；

（四）脫硫工藝參數(shù)

1）鐵水：鐵水量75～95 t；

2） 氣源：以N2（g）為輸送脫硫劑的載體，噴吹壓力在0.3MPa 以上，流量為40～100m3/h，直接噴入鐵水內(nèi)部；

3） 噴吹參數(shù)：現(xiàn)有生產(chǎn)工藝CaO噴吹強(qiáng)度為10～15kg/min，鎂渣噴吹強(qiáng)度為為一個(gè)試驗(yàn)變量；

4） 處理周期在35min以內(nèi)，其中噴吹時(shí)間8～12min（轉(zhuǎn)爐冶煉周期32～36min）；

5） 噴槍插入深度：實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果對(duì)工業(yè)試驗(yàn)沒(méi)有太大的參考價(jià)值，一般為了擴(kuò)大脫硫劑與鐵水的接觸時(shí)間和擴(kuò)散范圍，會(huì)盡可能插入鐵水面下深一些，本試驗(yàn)選定的噴吹深度與該生產(chǎn)線原來(lái)使用CaO時(shí)相同，為鐵水面下2.1m左右，距離包底約0.5m；

（五）試驗(yàn)操作過(guò)程

① 鐵水罐在運(yùn)至扒渣位置后，進(jìn)行常規(guī)測(cè)溫、取樣、檢驗(yàn)化學(xué)成分、第一次扒渣；

② 扒渣完成后，鐵水罐恢復(fù)原位，噴槍下降插入鐵水罐內(nèi)噴吹脫硫；

③ 噴吹完畢，開(kāi)始脫硫后的測(cè)溫取樣，傾翻鐵水罐，進(jìn)行第二次扒渣；

二、結(jié)果與討論

（一）鎂渣用量的影響

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為了避免出現(xiàn)某罐鐵水因脫硫不夠而不達(dá)標(biāo)的情況，只能在保證脫硫效果達(dá)標(biāo)的前提下，將鎂渣的用量選定在一個(gè)窄的范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，未敢大范圍調(diào)動(dòng)鎂渣用量進(jìn)行試驗(yàn)，所以試驗(yàn)條件設(shè)置受到很大限制。其他試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)條件為：噴槍插入深度為鐵水面下2.1m左右，距離包底約0.5m。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，鎂渣用量的增加對(duì)脫硫率的增加不明顯，可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)中最低的鎂渣使用量其脫硫率已經(jīng)接近鎂渣脫硫的極限。另外，在扒渣現(xiàn)場(chǎng)能夠很明顯的感覺(jué)到使用鎂渣做脫硫劑其渣量比使用CaO的大，但未具體稱量，這也與理論是相符的。

（二）噴槍深度的影響

噴槍的深度會(huì)嚴(yán)重影響脫硫劑的脫硫效果及脫硫時(shí)間，插入越深則一般脫硫效果越好，本次試驗(yàn)也進(jìn)行了以鎂渣為脫硫劑噴槍插入深度對(duì)脫硫效率影響的試驗(yàn)，鎂渣用量限定在4.5 kg/t，根據(jù)鐵水的量通過(guò)自動(dòng)給料機(jī)給入料罐中后噴入鐵水罐中，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

通過(guò)結(jié)果可以看出，隨著噴槍深度的加深，脫硫效果明顯好轉(zhuǎn)，所以，為了取得更好的脫硫效果，應(yīng)當(dāng)使用更深的噴槍深度。

三、經(jīng)濟(jì)效益分析

因?yàn)殒V渣為鎂冶煉廠的廢料，就目前而言，是不需要購(gòu)買(mǎi)成本的，這點(diǎn)相對(duì)于目前的CaO、CaC2、鎂錠脫硫劑而言是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，在使用鎂渣作脫硫劑時(shí)，只需要考慮運(yùn)輸成本。因?yàn)楸驹囼?yàn)中鎂渣的用量較大，達(dá)到了5 kg/t以上，再加之鎂渣的運(yùn)輸途中要考慮防雨、吸濕等因素，進(jìn)廠后還要求入倉(cāng)，可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用較高，但考慮到鎂渣較好的脫硫效果，可能這種投入是值得的，具體如何選擇需要進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)核算。

四、結(jié)論及建議

1）鎂渣用作鋼鐵行業(yè)脫硫劑時(shí)，取得了80%以上的脫硫效率，較CaO做脫硫劑效率更高；

2）隨著鎂渣用量的增加，脫硫效率有一定的提升，渣量亦會(huì)隨之增加；

3）噴槍深度會(huì)影響脫硫效率，且一般深度越深，脫硫效果越好；

4）本試驗(yàn)設(shè)計(jì)中鎂渣用量過(guò)于保守，應(yīng)當(dāng)再適度降低鎂渣用量進(jìn)行試驗(yàn)，另外，影響脫硫效率的其他參數(shù)的試驗(yàn)還進(jìn)行的不夠。

參考文獻(xiàn)：

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項(xiàng)目名稱：*湖南省科技廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2014SK3189）；湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：HNHY2013003）。

作者簡(jiǎn)介：徐祥斌（1980-），男，江西宜春人，講師、工程師，碩士研究生，主要從事有色金屬冶煉方面的教學(xué)和研究，湖南省株洲市云龍示范區(qū)職教大學(xué)城湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院制藥與生物工程系。