鐵水脫硫改造實(shí)踐與應(yīng)用

高建國(guó) 孔 超 程玉珺 李勇強(qiáng) 張曉磊 薛啟河 李 鵬

(河鋼集團(tuán)承德分公司)

0 前言

北方A廠為滿(mǎn)足高端品種生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的需要，建有2套單噴顆粒鎂脫硫設(shè)備，1座提釩轉(zhuǎn)爐，2座煉鋼轉(zhuǎn)爐，并配置LF、RH等精煉設(shè)施，單噴顆粒鎂脫硫設(shè)備投入運(yùn)行使用后，受?chē)姶迪到y(tǒng)給料速度慢、鐵水脫硫率低等因素的影響，造成鐵水脫硫周期不能與煉鋼轉(zhuǎn)爐冶煉周期有效匹配，鐵水脫硫目標(biāo)命中率、脫硫后鐵水回硫量均與設(shè)計(jì)指標(biāo)要求存在較大差距，嚴(yán)重制約了品種鋼的生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)脫硫區(qū)域現(xiàn)有土建面積、脫硫設(shè)備布置等方面進(jìn)行論證，決定對(duì)A廠脫硫設(shè)備進(jìn)行改造，以滿(mǎn)足現(xiàn)有品種生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)的需要。

1 改造方案

1.1 改造方案的選擇

結(jié)合當(dāng)期品種結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)脫硫區(qū)域相關(guān)設(shè)備的實(shí)際布置情況，提出三種改造方案：(1)方案一：在現(xiàn)有的脫硫裝置旁增加一套復(fù)合噴吹脫硫裝置；(2)方案二：在現(xiàn)有的脫硫裝置旁增加一套攪拌脫硫裝置；(3)方案三：將現(xiàn)有的兩套單噴顆粒鎂改造為復(fù)合噴吹脫硫裝置。

1.1.1 方案一

保留現(xiàn)有的兩套單噴顆粒鎂裝置不變，在現(xiàn)有的脫硫裝置南側(cè)增加一套復(fù)合噴吹脫硫裝置，新增脫硫裝置本體布置于脫硫跨，臺(tái)車(chē)軌道延伸至轉(zhuǎn)爐加料跨。由于現(xiàn)有的除塵系統(tǒng)已處于滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，還需為新增的脫硫裝置在車(chē)間外增加一套除塵系統(tǒng)。同時(shí)，為滿(mǎn)足天車(chē)能夠起吊鐵水罐，還需對(duì)現(xiàn)有的2#倒罐坑進(jìn)行改造。新增一套復(fù)合噴吹脫硫系統(tǒng)后，三套脫硫系統(tǒng)的主要分工為：對(duì)入爐鐵水硫含量要求不高的鐵水，以單噴顆粒鎂脫硫?yàn)橹鳎瑢?duì)入爐鐵水硫含量要求嚴(yán)格的鐵水，全部采用復(fù)合噴吹脫硫。

1.1.2 方案二

保留現(xiàn)有的兩套單噴顆粒鎂裝置不變，在現(xiàn)有的脫硫裝置南側(cè)增加一套攪拌脫硫裝置，新增脫硫裝置本體布置于脫硫跨，臺(tái)車(chē)軌道延伸至轉(zhuǎn)爐加料跨。由于現(xiàn)有的除塵系統(tǒng)已處于滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，還需為新增的脫硫裝置在車(chē)間外增加一套除塵系統(tǒng)。同時(shí)，為滿(mǎn)足天車(chē)能夠起吊鐵水罐，還需對(duì)現(xiàn)有的2#倒罐坑進(jìn)行改造。由于攪拌裝置設(shè)備最高點(diǎn)～27 m，因此還需將脫硫跨內(nèi)的單梁吊軌面標(biāo)高由25.44 m改造至28.00 m。新增一套攪拌脫硫系統(tǒng)后，三套脫硫系統(tǒng)的主要分工為：對(duì)入爐鐵水硫含量要求不高的鐵水，以單噴顆粒鎂脫硫?yàn)橹?，?duì)入爐鐵水硫含量要求嚴(yán)格的鐵水，全部采用攪拌脫硫。

1.1.3 方案三

將現(xiàn)有的兩套單噴顆粒鎂脫硫裝置改造為兩套復(fù)合噴吹脫硫裝置，將現(xiàn)有的傾翻臺(tái)車(chē)、渣罐臺(tái)車(chē)及扒渣機(jī)等設(shè)備利舊，新增石灰及鎂粉料倉(cāng)系統(tǒng)、新增鎂粉、石灰粉噴吹系統(tǒng)。改造后的脫硫站不僅能夠滿(mǎn)足鋼種的需求，同時(shí)可以滿(mǎn)足生產(chǎn)節(jié)奏。

1.1.4 三種改造方案比較

三種改造方案的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 三種改造方案比較

從表1可以看出，從滿(mǎn)足改造范圍、占地及對(duì)其它工序的影響對(duì)比，確定選擇改造方案三，即將現(xiàn)有的兩套單噴顆粒鎂裝置改造為兩套復(fù)合噴吹脫硫裝置。

1.2 改造原則與內(nèi)容

1.2.1 改造原則

改造后新的脫硫系統(tǒng)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，脫硫能力能夠滿(mǎn)足現(xiàn)有鋼種生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的需要，同時(shí)對(duì)于原脫硫系統(tǒng)鐵水罐傾翻臺(tái)車(chē)、扒渣機(jī)設(shè)備、除塵系統(tǒng)進(jìn)行利舊，以求達(dá)到降低投資的目的。

1.2.2 改造的內(nèi)容

1.2.2.1 儲(chǔ)料倉(cāng)及噴吹罐系統(tǒng)

儲(chǔ)料倉(cāng)及噴吹罐系統(tǒng)改造所需的設(shè)備數(shù)量及主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 儲(chǔ)料倉(cāng)及噴吹罐系統(tǒng)改造

1.2.2.2 噴槍存放架移位

由于粉劑輸送管路的設(shè)計(jì)距離對(duì)噴吹系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大，噴吹系統(tǒng)盡量要靠近處理工位，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，將新增的料倉(cāng)及噴吹罐系統(tǒng)布置于現(xiàn)有的噴槍存放架位置，新設(shè)計(jì)的噴槍存放架整體向廠房北端平移7 m，以保證脫硫系統(tǒng)的整體布局合理。

1.2.2.3 噴槍升降機(jī)構(gòu)改造

脫硫工藝改為復(fù)合噴吹后，因脫硫工藝變動(dòng)，還需對(duì)現(xiàn)有的噴槍升降機(jī)構(gòu)和噴槍行程進(jìn)行改造，通過(guò)對(duì)噴槍夾緊機(jī)構(gòu)、噴槍升降滑道高度進(jìn)行改造，以滿(mǎn)足噴槍升降速度為12 m/min，噴槍行程為9 500 mm的要求。

1.3 改造后鐵水脫硫區(qū)域布置

鐵水脫硫設(shè)備改造后，脫硫設(shè)備布局合理，對(duì)鐵水正常倒運(yùn)、脫硫交叉作業(yè)均不發(fā)生沖突，具體布置詳如圖1所示。

(a) 俯視圖

(b) 給料系統(tǒng)側(cè)視圖圖1 改造后的脫硫區(qū)域布置

2 脫硫改造前后主要設(shè)備參數(shù)對(duì)比

對(duì)鐵水脫硫設(shè)備進(jìn)行改造后，主要設(shè)備參數(shù)變化見(jiàn)表3。

表3 脫硫改造前后主要設(shè)備參數(shù)對(duì)比

3 脫硫改造后工藝參數(shù)制定及應(yīng)用效果

3.1 鈣鎂噴吹速度比

噴吹速率決定鐵水罐內(nèi)脫硫粉劑的濃度、脫硫反應(yīng)的速度及處理時(shí)間。如果噴吹速率較低，會(huì)造成噴吹時(shí)間長(zhǎng)，處理溫降大，粉氣比較低，不利于脫硫進(jìn)行；如果噴吹速率過(guò)大，Mg氣化產(chǎn)生的氣泡體積增大，鎂蒸氣壓力增加，明顯加快鎂蒸氣的上浮速率，縮短鎂在鐵水中停留時(shí)間，未參與脫硫反應(yīng)的鎂蒸氣外溢量增大，鎂的利用率降低，如圖2所示[1]。因此，在保證快節(jié)奏生產(chǎn)的同時(shí)，選擇鎂粉利用率相對(duì)較高的CaO/Mg速率比，確定了CaO/Mg噴吹速率比為38：9。

3.2 CaO與Mg噴吹粉劑比

隨著粉劑中CaO/Mg比例的提高，CaO作為鎂粉脫硫促進(jìn)劑和直接參與脫硫的作用更加突出，使鐵水渣的堿度和硫容得到提高。易于促進(jìn)脫硫產(chǎn)物的充分上浮和提高鎂粉利用率，但是噴吹時(shí)間較長(zhǎng)，溫降較大，增加噴槍等耐材的消耗[1]，最終確定將粉劑比為4：1。

圖2 不同噴吹速率下的鎂粉利用率

3.3 CaO與Mg噴吹量

混合噴吹脫硫裝置采用PLC系統(tǒng)全自動(dòng)控制，實(shí)際脫硫過(guò)程中只需將鐵水重量、初始硫含量、目標(biāo)硫含量，即可通過(guò)模型控制功能自動(dòng)完成整個(gè)噴吹過(guò)程，自動(dòng)化程度和脫硫命中率大幅提高。

3.4 噴槍插入深度

噴槍插入深度對(duì)鐵水脫硫有較大的影響，金屬鎂由于其熔點(diǎn)與沸點(diǎn)都很低，進(jìn)入鐵水后很快氣化，如果噴槍插入深度過(guò)淺，鎂氣泡上浮的距離縮短，鎂氣泡來(lái)不及溶解、反應(yīng)就可能溢出鐵水液面，造成浪費(fèi)。同時(shí)，噴槍插入深度過(guò)淺，溶池?cái)嚢栎^弱，使[Mg]、[S]在鐵液中的擴(kuò)散速度大大降低，從而降低鎂粉利用率，但噴槍插入深度過(guò)深，對(duì)反應(yīng)器底部的耐火材料沖擊過(guò)大，耐火材料的消耗增加[2]，結(jié)合原單噴顆粒鎂噴吹插入深度經(jīng)驗(yàn)，確定脫硫噴槍插入深度距鐵包包底300 mm～500 mm。

3.5 脫硫改造后應(yīng)用效果

通過(guò)對(duì)鐵水脫硫設(shè)備和工藝進(jìn)行改造，脫硫效果得到明顯性改善，生產(chǎn)過(guò)程控制平穩(wěn)，在鐵水脫硫周期、鐵水回硫量控制等方面均取得了較好的應(yīng)用效果。改造后脫硫的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4，改造前、后的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比情況見(jiàn)表5。

表4 改造后脫硫的主要技術(shù)指標(biāo)

表5 改造前、后的主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

從表5可以看出，鐵水脫硫改造后，鐵水扒渣量和鐵水脫硫處理溫降有所增加，但關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)改善明顯，其中鐵水脫硫率提高7.52%，鐵水回硫量降低0.002%，回硫量平均降低50%，鎂粉消耗平均降低0.16 kg/t，鐵水脫硫周期平均降低6.25 min，滿(mǎn)足了現(xiàn)有品種鋼生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)的需要。

4 結(jié)論

為滿(mǎn)足品種開(kāi)發(fā)生產(chǎn)需要，對(duì)鐵水脫硫設(shè)備進(jìn)行了改造，由單噴顆粒鎂脫硫工藝改為鈣鎂復(fù)合噴吹脫硫工藝，改造后重新對(duì)鈣鎂噴吹速度比、粉劑比、噴槍插入深度等參數(shù)進(jìn)行了確定，取得了較好的實(shí)踐效果，通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證可得到如下結(jié)論：

(1)鐵水脫硫設(shè)備由原來(lái)的單噴顆粒鎂脫硫改為鈣鎂復(fù)合噴吹脫硫是可行的，改造后的脫硫設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)通過(guò)實(shí)踐證明，鐵水脫硫改造后，鐵水脫硫周期由原來(lái)的42.27 min降至改造后的36.02 min，鐵水脫硫率由82.22%提高至89.74%，鐵水回硫量由原來(lái)的0.004%降至改造后的0.002%，達(dá)到了改造的目的。

[1] 牛興明，魏春新，徐國(guó)義，等. CaO-Mg復(fù)合噴吹脫硫鎂粉利用率分析[J].鞍鋼技術(shù)，2013(1)：52-54.

[2] 張紅旭，申斌，劉海強(qiáng)，等. CaO-Mg粉劑復(fù)合脫硫技術(shù)在安鋼的應(yīng)用[J].河南冶金，2006,14(2)：39-40.