鐵水預(yù)脫硫在安鋼的應(yīng)用效果分析

向 華 厚健龍 徐新琰

( 安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司 )

鐵水預(yù)脫硫在安鋼的應(yīng)用效果分析

向 華 厚健龍 徐新琰

( 安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司 )

主要介紹了鐵水預(yù)處理脫硫工藝在安鋼的應(yīng)用現(xiàn)狀，通過結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對比分析了鐵水預(yù)處理和LF精煉的脫硫能力、脫硫效果和脫硫成本。認(rèn)為鐵水預(yù)脫硫和LF均具有較強(qiáng)的脫硫能力，預(yù)處理脫硫成本低于LF，但在過鐵水預(yù)處理+LF精煉工序的多數(shù)鋼種中，鐵水預(yù)處理脫硫工序的實(shí)際脫硫效率不高(實(shí)際脫硫率僅為26.2%)，綜合來看反而增加了生產(chǎn)成本。

鐵水預(yù)處理 LF精煉 脫硫成本

AbstractIn this paper, the application status of hot metal pre-desulfurization process in Anyang Steel is introduced. The desulphurization capacity, desulphurization effect and desulfurization cost of molten iron pretreatment and LF refining are compared and analyzed. It is concluded that the effect of desulfurization and the cost is lower than LF, but in the majority of steels in the superfine treatment + LF refining process, the actual desulfurization efficiency of the hot metal pret-desulfurization process is not high (the actual desulfurization rate is only 26.2%), but instead increases the production cost.

KEYWORDShot metal pretreatment LF refining desulphurization cost

0 前言

鐵水預(yù)處理脫硫過程具有良好的脫硫熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，脫硫效率很高，成為現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼廠的必備工序之一，在煉鋼生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。多年來，國內(nèi)關(guān)于鐵水預(yù)處理脫硫的工藝技術(shù)方面的文章很多，但對鐵水脫硫預(yù)處理的經(jīng)濟(jì)性、合理性討論相對較少，且均傾向于分析不同預(yù)脫硫工藝之間的成本[1]，很少涉及預(yù)處理脫硫?qū)φ麄€(gè)煉鋼工序成本的影響。本文基于安鋼第二煉軋廠(以下簡稱二煉軋)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過與LF精煉脫硫進(jìn)行對比，從煉鋼廠的角度分析了鐵水預(yù)處理的脫硫能力、脫硫效果和脫硫成本。

1 鐵水預(yù)處理脫硫的工藝現(xiàn)狀

安鋼二煉軋現(xiàn)有2套鐵水預(yù)處理脫硫設(shè)備，采用Danieli公司的CaO-Mg在線復(fù)合噴吹鐵水預(yù)處理技術(shù)，該工藝采用流態(tài)化石灰和鈍化鎂粉進(jìn)行在線復(fù)合噴吹，能夠?qū)崿F(xiàn)快速高效率的脫硫。除普碳鋼、部分低合金結(jié)構(gòu)鋼外，二煉軋大部分鋼種均要求鐵水預(yù)處理脫硫。工藝路線為：鐵水預(yù)處理脫硫-轉(zhuǎn)爐-LF-(RH)-板坯連鑄。

2 鐵水預(yù)處理脫硫與LF脫硫效果分析

2.1 鐵水預(yù)處理脫硫

以2015年鐵水預(yù)處理脫硫數(shù)據(jù)分析(見表1)，在不同鐵水條件下，其終點(diǎn)S含量均能夠達(dá)到0.010%以下；而且根據(jù)計(jì)算，鐵水預(yù)處理脫硫量平均為0.029 5%，平均脫硫率達(dá)到84.2%。可見鐵水預(yù)處理脫硫具有極強(qiáng)的脫硫能力。

表1 鐵水硫含量分布及預(yù)處理脫硫終點(diǎn)

由于鐵水預(yù)處理脫硫后硫主要進(jìn)入渣中，脫硫渣中含硫量可達(dá)到2%～3%，典型脫硫渣成分見表2。在轉(zhuǎn)爐吹氧冶煉過程中，不僅是高氧化性環(huán)境，同時(shí)頂吹氧氣和底吹氬氣還對鋼水和渣起著強(qiáng)烈的攪拌作用，為回硫提供足夠的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件。這種條件下，如果脫硫渣進(jìn)入轉(zhuǎn)爐必將造成回硫，鐵水脫硫殘?jiān)吭酱蟆堅(jiān)辛蛸|(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，則回硫幅度越大[2]。因此，鐵水預(yù)處理脫硫效果最終還取決于脫硫扒渣的效果。

鐵水脫硫扒渣量及計(jì)算的實(shí)際脫硫量見表3。

表2 鐵水脫硫渣成分分析

表3 鐵水脫硫扒渣量及實(shí)際脫硫量(計(jì)算)

從表3可以看出，安鋼鐵水預(yù)處理脫硫85.78%的爐次扒渣量≤10 kg/t鋼，平均扒渣量為5.14 kg/t鋼；根據(jù)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，鐵水實(shí)際脫硫量平均僅為0.009 2%，預(yù)處理實(shí)際脫硫率僅為26.2%。因此，由于扒渣量過低使得鐵水預(yù)處理脫硫能力沒有完全發(fā)揮。

2.2 LF精煉脫硫

LF精煉也具有較強(qiáng)的脫硫能力，根據(jù)鋼種質(zhì)量需要，目前大部分經(jīng)過鐵水預(yù)處理的鋼種均需要經(jīng)過LF精煉處理。以2015年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，鋁鎮(zhèn)靜鋼(如圖1所示)的LF精煉平均脫硫量為0.014%，平均脫硫率達(dá)到75%。而且LF初始硫含量即轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)硫含量即使達(dá)到0.045%以上，成品平均硫含量也能達(dá)到0.005%以下，而目前大部分經(jīng)過鐵水預(yù)處理脫硫鋼種的成品硫含量標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.010%或0.015%，這意味著LF工序具有較大的富裕脫硫能力。

圖 1 LF初始[S]分布與成品[S]平均含量

考慮到鐵水預(yù)處理脫硫平均脫硫量實(shí)際不足0.01%(見表3)，假設(shè)未過鐵水預(yù)處理脫硫則這部分硫?qū)B加在轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)上，由圖1可知轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)硫含量分布≥0.045%的比例將增加0.95%，并不會(huì)顯著增加LF的脫硫負(fù)擔(dān)。表明在現(xiàn)有的鐵水預(yù)處理脫硫工藝、轉(zhuǎn)爐工藝、鐵水以及原輔料條件下，鋼水脫硫存在工序上的能力富裕，對于部分鋼種以脫硫而言，可以不經(jīng)過鐵水預(yù)處理脫硫，利用LF精煉脫硫即可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 脫硫成本對比分析

3.1 鐵水預(yù)處理脫硫成本

鐵水預(yù)處理的成本包括脫硫劑消耗、鐵水溫降、鐵損、脫硫渣處理、噴槍消耗、載氣消耗、電費(fèi)等多個(gè)方面；本文主要考慮脫硫劑消耗、鐵水溫降、鐵損3個(gè)方面。粉劑消耗按照CaO粉價(jià)格500 元/t、Mg粉18 000 元/t計(jì)算；鐵損按照扒渣帶鐵量22%、鐵水價(jià)格2 100 元/t計(jì)算；鐵水溫降的影響是降低鐵水帶入轉(zhuǎn)爐的物理熱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐能耗和物料消耗升高，根據(jù)資料廢鋼比每提高1%，可減少599 kg標(biāo)準(zhǔn)煤(煤610 元/t)，即成本減少3.65 元/t鋼；另外廢鋼比每增減1%，鋼鐵料消耗減增0.587 kg，即成本減增1.23 元/t鋼，合計(jì)廢鋼比每增加1%，成本減少4.88 元/t鋼。根據(jù)文獻(xiàn)鐵水溫度降低10 ℃則廢鋼比下降約0.88%，相當(dāng)于成本增加4.29 元/t鋼。近似認(rèn)為1 t鐵冶煉1 t鋼[3]，根據(jù)鋼種的成品硫含量要求，以2015年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)成本變化見表4。

表4 鋼種的鐵水預(yù)處理主要成本

從表4可以看出，各類鋼種的預(yù)處理脫硫工序成本都在18 元/t～21元/t左右；此外脫硫要求越嚴(yán)格，扒渣量相應(yīng)越大，其單位脫硫成本也相應(yīng)較低，例如產(chǎn)品硫要求≤0.005%的鋼種扒渣量最大，平均達(dá)到6.27 kg/t，其單位脫硫成本也最低，為17.36元/t。

3.2 LF脫硫成本

從成本方面來說，LF精煉成本主要包括合金消耗、渣料消耗、電能消耗、電極消耗、水和氬氣消耗等。根據(jù)文獻(xiàn)所述，渣料/電能消耗約占LF工序成本的60%[4]。以2015年LF精煉數(shù)據(jù)，鋁鎮(zhèn)靜鋼成品硫含量范圍0.005%～0.010%為例，進(jìn)行LF工序總成本的計(jì)算，不同的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)硫含量對應(yīng)的LF精煉造渣料、電能消耗的成本 (其中，石灰、改質(zhì)劑、電價(jià)分別按500 元/t、3 500 元/t、0.58 元/t進(jìn)行計(jì)算)見表5。

表5 LF工序主要成本

對比表4和表5，LF工序總成本達(dá)到30 元/t左右，要明顯高于鐵水預(yù)處理脫硫的18 元/t～21 元/t的成本。但從表5可知，對于不同的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)硫含量，其LF成本差異不大，這主要因?yàn)長F除了需要進(jìn)行脫硫任務(wù)外，還具有送電升溫、合金化、去夾雜和工序銜接等任務(wù)，脫硫只是LF工序成本的一部分，很難單獨(dú)拿出來。

3.3 綜合分析

眾多文獻(xiàn)引用分析鐵水預(yù)處理脫硫經(jīng)濟(jì)效益時(shí)指出，相比高爐、鋼包精煉和轉(zhuǎn)爐冶煉，預(yù)處理脫硫的成本最低，其中高爐脫硫的成本僅次于轉(zhuǎn)爐[5]。由于安鋼鐵水預(yù)處理脫硫是煉鋼廠的一部分，在實(shí)際生產(chǎn)中并不考慮鐵水預(yù)處理脫硫?qū)Ω郀t冶煉成本的影響。而且在多數(shù)鋼種的冶煉中，轉(zhuǎn)爐并不作為脫硫的主要工序。通過上文分析可知，LF精煉的工序成本要顯著高于鐵水預(yù)處理脫硫工序成本，這與文獻(xiàn)觀點(diǎn)一致。但由于脫硫只是LF精煉的一部分任務(wù)，多數(shù)鋼種因?yàn)槿A雜、溫度、合金化等任務(wù)必須經(jīng)過LF精煉，在LF脫硫能力范圍內(nèi)，鐵水預(yù)處理脫硫工序則是多余的。這也是當(dāng)前鐵水預(yù)處理脫硫工序扒渣量低、脫硫率低的原因。

因此，需要針對鋼種的不同要求、不同的鐵水條件，在充分發(fā)揮轉(zhuǎn)爐、LF精煉脫硫的能力的前提下，合理的安排鐵水預(yù)處理脫硫，從而實(shí)現(xiàn)綜合工序成本最低。

4 結(jié)論

1)在不同鐵水條件下，其終點(diǎn)S含量均能夠達(dá)到0.010%以下；根據(jù)2015脫硫數(shù)據(jù)計(jì)算，鐵水預(yù)處理平均脫硫量為0.029 5%，平均脫硫率為84.2%，鐵水預(yù)處理具有極強(qiáng)的脫硫能力。

2)雖然鐵水預(yù)處理具有極強(qiáng)的脫硫能力，但是鐵水預(yù)處理扒渣量較少，限制了其實(shí)際脫硫效果，鐵水實(shí)際脫硫量平均僅為0.009 2%，預(yù)處理實(shí)際脫硫率僅為26.2%，鐵水預(yù)處理脫硫能力并沒有完全發(fā)揮。

3)目前LF脫硫具有較大的富裕能力，對于部分鋼種脫硫，可以不經(jīng)過鐵水預(yù)處理脫硫，利用LF精煉脫硫即可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

4)對于脫硫成本而言，LF精煉的總體成本要明顯高于鐵水預(yù)處理的脫硫成本，但是對于不同的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)硫含量而言，其LF精煉成本與鐵水預(yù)處理的差異并不大。

綜上所述，僅從煉鋼廠對鋼水脫硫的角度考慮，LF精煉在多數(shù)情況下有能力保證鋼種對脫硫的要求；在過鐵水預(yù)處理+LF精煉工序的多數(shù)鋼種中，鐵水預(yù)處理脫硫工序的實(shí)際脫硫效率不高(實(shí)際脫硫率僅為26.2%)，綜合來看反而增加了生產(chǎn)成本。因此，針對鋼種的不同硫含量要求、不同的鐵水條件，在充分發(fā)揮轉(zhuǎn)爐、LF精煉脫硫的能力的前提下，合理的安排鐵水預(yù)處理脫硫，才能實(shí)現(xiàn)綜合工序成本最低。

[1] 趙沛.爐外精煉劑鐵水預(yù)處理實(shí)用技術(shù)手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004:257-268.

[2] 徐輝,趙張發(fā),黃峰業(yè),等.鐵水脫硫渣回硫分析及聚渣劑研究[J].中國冶金,2011,21(11),26-29.

[3] 姜曉東,徐安軍,田乃媛,等.噴吹發(fā)和攪拌法鐵水脫硫工藝成本的綜合評估[J].煉鋼,2006,22(4),55-58.

[4] 劉敏,徐海亮,仉勇.降低LF爐精煉工序成本探討與實(shí)踐[J].鞍鋼技術(shù).2012:2,47-54.

[5] 孫中強(qiáng). 鐵水脫硫預(yù)處理的理論及工藝研究[D].沈陽：東北大學(xué)鋼鐵冶金系,2006:1-94.

APPLICATIONEFFECTANALYSISOFHOTMETALPRE-DESULFURIZATIONINANYANGSTEEL

Xiang Hua Hou Jianlong Xu Xinyan

( Anyang Iron and Steel Group Co.,Ltd )

2017—3—27