新型寶鋼1#RH頂槍噴粉脫硫系統的設計

徐 忍

(上海寶冶集團有限公司 寶鋼工程事業部，上海 200941)

0 前言

硫在大部分鋼種中都是屬于有害元素(除易切削鋼外)，硫在鋼中以共晶體的形式存在，嚴重影響鋼的沖擊韌性和延展性[1]。隨著制造業對鋼的性能要求越來越高，對鋼中硫含量的要求越來越嚴格，這對煉鋼提出了更高的要求。目前煉鋼生產過程中控制硫含量主要集中在鐵水預處理和爐外精煉中，其中爐外精煉控制硫含量主要有LF深脫硫和RH真空脫硫。主要真空脫硫方式有噴粉脫硫和投入法脫硫，噴粉脫硫根據脫硫粉劑在RH裝置內加入的方式不同又可以分為RH-IJ法、RH-PB法、RH-PTB法、RH-KPB法、VI真空法和MESID法。RH頂槍噴粉脫硫具有其獨特的優勢[2]：(1) 粉劑通過多功能水冷頂槍送入到鋼液之中，在真空室內負壓的環境下輸送粉劑，粉劑輸送流暢，噴嘴不易堵塞；(2)頂槍不與鋼液直接接觸，槍使用壽命長，降低生產成本；(3) 脫硫反應為脫硫劑-鋼液界面反應，反應動力學條件好；(4) 真空槽內的高真空度降低鋼液中的氧活度，更有利于脫硫反應的進行；(5) 生產周期短，處理能力大，精煉效果好。文章主要闡述寶鋼新建1#RH頂槍噴粉系統的組成、工藝流程和相應的技術優化措施。

1 頂槍噴粉系統的原理簡圖

寶鋼新建1#RH頂槍噴粉脫硫系統主要由德國西馬克公司(SMS)設計制造，部分采用國產化設備。系統主要由汽車上料系統、儲料倉、倉頂除塵器、旋轉給料器、輸送罐、噴吹罐、頂槍、氮氣氣源和閥站、氬氣氣源和閥站、噴粉上料閥站、粉劑流化裝置、各類閥門和管路組成，系統簡要原理圖如圖1所示。

圖1 寶鋼新建1#RH頂槍噴粉脫硫系統簡圖

2 工藝流程

2.1 RH頂槍噴粉脫硫原理

RH頂槍噴粉脫硫原理是脫硫粉劑中的CaO成分在鋼液中與硫反應生成CaS，從而達到降低鋼液中硫元素的目的。RH頂槍噴粉脫硫可以分為移動脫硫和持續性脫硫兩種方式[3]。移動脫硫是指脫硫劑在運動過程中與鋼液發生脫硫反應；持續性脫硫是指脫硫劑上浮進入到頂渣后通過渣-鋼界面進行脫硫。對于RH噴粉脫硫而言，移動脫硫在RH噴粉脫硫過程中的貢獻率要遠大于持續性脫硫。但是在RH生產過程中，鋼液循環流動速度較大，脫硫劑很快就會進入到鋼渣之中，移動脫硫就轉變為持續性脫硫。脫硫反應方程式為

(CaO)+[S]=(CaS)+[O]

2.2 噴粉脫硫系統工作流程

如圖1所示，粉劑在罐車氣源系統和助推氣源的作用下將粉劑送入到料倉；粉劑經流化器流化后在旋轉給料器旋轉帶動下落入輸送罐；粉劑在輸送罐中經過進一步加壓達到設定壓力后壓送到噴吹罐；根據生產需要由稱量系統計算出需要的粉劑重量，粉劑由噴吹罐經多功能頂槍的拉瓦爾噴口最后到達真空室中的鋼液參與脫硫反應。此系統設置兩路粉劑返送管：輸送罐至料倉，噴吹罐至料倉。在系統出現故障需要檢修時，將輸送罐至噴吹罐、噴吹罐至多功能頂槍的耐磨橡膠軟管斷開分別連接到返送管15和14，管路和罐中的粉劑返送到料倉。在料倉中的粉劑卸入輸送罐和輸送罐中的粉劑輸送到噴吹罐時，將均壓管13和18分別與料倉聯通，使料倉與輸送罐和噴吹罐內壓力近于相等。

3 技術優化

3.1 汽車上料系統

噴粉系統的輸送及噴吹過程，在設計上完全采用了氣力輸送原理[4]。根據粒子沉降速度和粒子之間以及粒子和管壁之間的互相摩擦、碰撞或粘附作用，結合流量、連續方程及沿程壓力損失計算出合適的輸送氣流速度將汽車運送過來的氧化鈣(CaO)和氟化鈣(CaF2)送到料倉中[5]。噴粉脫硫用粉劑中起到脫硫作用的是氧化鈣(CaO)，氟化鈣(CaF2)的作用可顯著提高氧化鈣(CaO)的脫硫率和利用率:一方面可以降低氧化鈣(CaO)的熔點，另一方面氟化鈣(CaF2)可降低渣的粘度,有助于石灰顆粒的液化,有利于提高氧化鈣(CaO)的脫硫能力,促進脫硫反應的順利進行[6]。

整個噴粉系統是由德國西馬克(SMS)公司設計，在生產過程中，由于粉劑會在管路彎曲部分改變速度方向，導致該部位不斷有粉劑積聚在一起，最終會阻礙粉劑的正常輸送。因此，寶鋼通過生產經驗分析，對上料系統進行了技術優化，在管路彎曲部分增加了助推氣源，助推氣及時的將輸送過來的粉劑進一步硫化后送入料倉中，如圖2所示。

圖2 粉劑助推氣管路

3.2 物料返送管

寶鋼新建1#RH頂槍噴粉脫硫系統物料返送管設置了兩路返送：輸送罐至2#料倉，噴吹罐至1#料倉。較于傳統的噴吹罐至料倉的一路返送管，兩路返送具有以下優點：

(1)物料返送更徹底。檢修時，需要將罐子和管路中剩余的粉劑返送到料倉中，傳統的一路返送管由于返送路程較長，無法將剩余粉劑徹底返送至料倉中；

(2)返送效率更高。兩路返送管同時將剩余粉劑返送至料倉，減少了返送過程中的阻力和沿程損失，返送效率更高。

3.3 系統采用“雙罐”制

對比寶鋼5#RH頂槍噴粉脫硫系統采用噴吹罐“單罐”制噴吹，此次新建系統采用輸送罐和噴吹罐“雙罐”制噴吹。“雙罐”制系統能夠降低料倉在工藝平臺的安裝高度，從而降低安裝過程

中的風險，同時為日后的檢修提供更加便捷的條件。“雙罐”制系統還能夠減小汽車上料系統的上料高度，減小管路輸送過程中粉劑與管壁的摩擦阻力。

3.4 氣源一致性

為了保持與鋼包底吹攪拌氣體、真空槽上升浸漬管側吹鋼液上升氣體氬氣保持一致性，頂槍噴粉脫硫系統噴吹罐粉劑輸送氣體采用氬氣輸送，其余部分采用氮氣輸送。

4 結束語

寶鋼新建1#RH頂槍噴粉脫硫系統自投產以來運行情況良好，上料系統增加的粉劑助推管路有效地解決了粉劑輸送過程中的堵塞問題。該系統的投產運行可以處理轉爐過來的超過鋼種所要求的一定范圍內硫含量的鋼液，降低了LF+RH的雙重處理比，解決了因LF脫硫效率低而引起的工藝銜接問題。平均每噸鋼的脫硫劑耗量約6 kg，可以達到60%的脫硫率，大大降低了生產成本。