低成本鐵水脫硫預(yù)處理技術(shù)的開發(fā)及其應(yīng)用

賈新風(fēng)，李 健，張 明，肖加海，王 肖，張燕平

（唐山不銹鋼有限責(zé)任公司，河北 唐山 06300）

轉(zhuǎn)爐鐵水進(jìn)行預(yù)脫硫處理是低硫、超低硫高品質(zhì)鋼生產(chǎn)的重要手段，可有效降低成本、擴(kuò)大品種范圍并簡化后續(xù)煉鋼操作[1-2]資源節(jié)約、綠色環(huán)保的發(fā)展道路是目前鋼鐵企業(yè)的發(fā)展方向，同時也是國家推進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的必由之路。鎂粉、脫硫噴槍和撈渣耙是采用符合噴吹工藝的鐵水預(yù)處理脫硫技術(shù)必不可少的耗材，其價格昂貴是成本重要組成部分，因此，降低鐵水預(yù)處理鎂粉和耐材使用量是國內(nèi)外企業(yè)發(fā)展的必由之路。國外一般采用單直孔噴槍與雙側(cè)孔噴槍提高鎂粉的利用率從而降低鐵水預(yù)處理工序成本，唐鋼不銹鋼公司煉鋼廠通過采用調(diào)整撈渣方式，發(fā)明噴槍防粘劑，動態(tài)調(diào)整鈍化石灰和鎂粉給料比例來降低鐵水預(yù)處理工序的綜合成本，在降低節(jié)能環(huán)保的同時充分做到提產(chǎn)增效。

圖1 流程分析圖

將鐵水預(yù)處理區(qū)域的作業(yè)流程圖梳理，發(fā)現(xiàn)效率、利潤提升點。對兌鐵作業(yè)進(jìn)行優(yōu)化，將兌鐵率降低至60%，減少溫度損失創(chuàng)效4元/噸。測溫取樣一鍵同時進(jìn)行，縮短鐵水預(yù)處理冶煉周期10秒/爐。

1 脫硫機理分析

1.1 石灰粉脫硫

石灰脫硫的反應(yīng)式為：

用CaO脫硫有如下特點：①在高C和一定含硅量的鐵水中，CaO有較強的脫硫能力，在1350℃時，用CaO脫硫，反應(yīng)達(dá)平衡時，鐵水中硫含量可達(dá)3.7×10-5，比CaC2的脫硫能力要弱得多。②脫硫渣為固體渣，扒渣方便，對鐵水缶、混鐵車侵蝕較小，但用量較大，故形成的渣量也大，鐵損也較高，鐵水溫降也較大。③石灰粉資源廣、價格低、易加工，使用安全。④石灰粉流動性差、在輸送中易堵塞、在料罐中也可能會“架橋”而堵料，且石灰易吸潮，吸潮后其流動性大大惡化，吸潮后會生成Ca（OH）2，不僅影響脫硫效果，而且會污染環(huán)境，因此，石灰的加工運輸和貯存都要在干燥條件下進(jìn)行，一般也采用氮氣密封和輸送。

1.2 用Mg粉脫硫

用Mg粉脫硫，其反應(yīng)式為：

鎂粉脫硫有如下特點：①Mg有很強的鐵水脫硫能力，13500℃時，用Mg粉脫硫，反應(yīng)的平衡常數(shù)為3.17×105，反應(yīng)達(dá)到平衡時，鐵水中含硫量可達(dá)l.6×10-7，大大高于Ca0的脫硫能力。②Mg的沸點為ll070℃，Mg加入鐵水后，變成Mg蒸氣，形成氣泡，使Mg的脫硫反應(yīng)在氣液相界面上進(jìn)行，另外由于金屬Mg變成Mg蒸氣．使得反應(yīng)區(qū)附近的流體攪拌良好，大大增強Mg的脫硫效果。③Mg在鐵水中有一定的溶解度，鐵水經(jīng)過Mg飽和后能防止回硫，這部份飽和的Mg在鐵水處理后的運送過程中仍能起到脫硫作用。④由于Mg進(jìn)入鐵水后就會氣化，反應(yīng)非常強烈，因此一般不使用純Mg，而與其他材料混合一起噴入，目前多與Ca0一起混合后作成混合脫硫劑。⑤Mg的價格昂貴，但因Mg混合脫硫劑只要配比合適，也會使其用量少，而且鐵水溫降小，渣量少，鐵損也少等特點，其綜合成本也不一定高，而且由于用量少，處理周期也短，對高節(jié)奏的轉(zhuǎn)爐也是有利的，因此Mg脫硫劑已越來越多被采用。

其他脫硫劑，像石灰石（CaCO3）因脫硫效果差而且鐵水溫降太大，而像蘇打（Na2CO3）由于資源短缺，而且脫硫產(chǎn)物呈液態(tài)對罐襯侵蝕嚴(yán)重，降溫也大，因此這些在鐵水脫硫生產(chǎn)中已較少采用。

2 撈渣操作方式調(diào)整

鐵水預(yù)處理工序，原撈渣作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為鐵水亮面≥95%。撈渣操作要點為：（1）撈渣。按動遙控器功能鍵，起升工作臂，將撈渣機前進(jìn)至撈渣位，利用”慢開”鍵讓渣耙處于完全打開狀態(tài)并下降渣耙下邊緣浸入到鐵水液面以下150mm為宜（渣層厚度不同，需目測，嚴(yán)禁將渣耙全部浸入鐵水）。慢關(guān)渣耙進(jìn)行撈渣。（2）卸渣。起升并旋轉(zhuǎn)工作臂，讓渣耙處于渣盤上方，快開快關(guān)渣耙使兩個渣耙互相敲擊2-3次進(jìn)行卸渣，卸渣工序使將易脫落的渣子卸掉，粘附在耙子上的少量渣子在清渣工序中清理。（3）清渣。重復(fù)撈渣、卸渣操作撈完一包鐵水卸完渣后，對仍粘附在渣耙上的渣子進(jìn)行清渣，將渣耙落入到水槽中冷卻30秒左右，讓渣耙處于渣盤上方互相敲擊2-3次（次數(shù)不易過多，過多影響撈渣機構(gòu)的使用壽命），其余不易脫落的渣子再利用風(fēng)鎬清理，使渣耙達(dá)到無粘渣。（4）掛涂料。將清理干凈的渣耙完全浸入到涂料槽中上下浸蘸涂料2次每次浸入時間5-10秒鐘，使粘渣充分掛好涂料（涂料厚度＞1mm），將渣耙靠近鐵水包，烘干涂料回到撈渣位，等待下一包鐵水撈渣。

由于符合噴吹工藝脫硫產(chǎn)物上浮需要時間，在原有撈渣方式下，編撈渣上浮的想象，導(dǎo)致?lián)圃螖?shù)平均16次/包，撈渣耙子的使用壽命約10包/對，噸鐵處理費用5元/噸，針對脫硫渣上浮需要時間和撈渣最后幾耙子渣量遠(yuǎn)小于渣耙容積的特點制定了方案。進(jìn)站撈前渣，將前渣撈干凈，亮面≥50%，提高CaO的脫硫能力。吹煉結(jié)束后將先靜置3min，再進(jìn)行撈渣作業(yè)，讓脫硫渣充分上浮之后再撈渣，提高了撈渣效率，減少了撈渣次數(shù)，方案調(diào)整后撈渣次數(shù)平均9次/包，撈渣耙子的使用壽命約20包/對，直接降低噸鐵處理費用2.5元/噸。

3 噴槍維護(hù)分析

脫硫噴槍是復(fù)合噴吹系統(tǒng)最主要的消耗品，冶煉過程中插入鐵水，不斷受到鐵水的沖刷的和爐次切換的熱振，冶煉結(jié)束后噴槍頭會粘鐵渣，導(dǎo)致槍頭變大無法使用。常規(guī)工藝中都會有專人用鐵釬和撬棍處理噴槍頭部，但是在處理過程中會損傷到噴槍本身耐材，導(dǎo)致噴槍使用壽命至于100爐，噸鐵處理成本為1元/t。

對下線槍進(jìn)行分析，70%是由于維護(hù)槍身難度大和處理處理過程中損傷槍體被迫下線，通過試驗，不銹鋼公司自主研發(fā)了噴槍涂料，每次噴槍使用后用專用工具給噴槍涂一層涂料，明顯改善了脫硫噴槍的維護(hù)難度，降低了工人的工作強度，提高脫硫噴槍的壽命至230爐。將脫硫噴槍噸鐵成本有1.05元/t降低至0.46元/t。

4 脫硫模型分析

脫硫命中率低，模型在淺脫硫情況下輸出的鎂粉量的值不準(zhǔn)確，造成成本浪費。如果脫硫不命中就需要降槍二次噴吹以及重新測溫取樣等措施來保證出站硫成分符合控制計劃要求，導(dǎo)致時間的浪費。基于淺脫硫命中率低的前提下，為保證生產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)定，脫硫只能高成本過度控制。鐵水預(yù)處理沒有軌道衡，鐵水重量只能采用天車稱量數(shù)據(jù)，帶渣量無法測量，所以原來靜態(tài)模型計算有2%固定誤差。鐵水預(yù)處理淺脫硫命中率57.21%，月淺脫硫產(chǎn)量占脫硫總產(chǎn)量40%，高成本控制比例40%。

經(jīng)過對標(biāo)先進(jìn)和水模擬實驗，驗證了鎂粉顆粒度對脫硫噴吹壓力的影響，同時結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備的實際情況，論證了鈍化石灰安息角對脫硫噴吹壓力的影響，修訂鈍化石灰技術(shù)條件，對鐵水預(yù)脫硫的數(shù)據(jù)進(jìn)行了多元回歸統(tǒng)計分析[2]編制了鐵水預(yù)處理脫硫模型，并對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行了二次開發(fā)，成功建立數(shù)據(jù)庫以及修正規(guī)則，將產(chǎn)線數(shù)據(jù)直接反饋于產(chǎn)線。將脫硫命中率提高至96%。

5 降低脫硫工序成本實踐效果

通過撈渣方式調(diào)整，脫硫噴槍維護(hù)方案制定，數(shù)據(jù)庫開發(fā)以及動態(tài)模型的而建立，操作順行、質(zhì)量穩(wěn)定、冶煉周期縮短，產(chǎn)能釋放，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。①通過撈渣方式調(diào)整，直接降低噸鐵處理費用2.5元/噸。②通過脫硫噴槍維護(hù)方案制定與實施，脫硫噴槍噸鐵成本降低至0.59元/t。③數(shù)據(jù)庫開發(fā)和動態(tài)模型建立，脫硫噸鐵成本降低2.88元/t。