喷吹法 ,是利用惰性气体 ( N2 ) 作载体将脱硫 粉剂 (如 CaO ,CaC2 和 Mg) 由喷枪喷入铁水中 ,载 气同时起到搅拌铁水的作用 ,使喷吹气体 、脱硫剂
作者简介 :张茂林 (1983 - ) ,男 ,中冶京诚工程技术有限公司炼钢所 ,助理工程师 ,硕士 ,从事炼钢工程设计的研究 。
冶金工业中喷吹这种形式应用非常广泛 ,使 用喷吹法把脱硫剂加入铁水中进行脱硫 ,这显然 是可行的且易于人们接受 。最早脱硫剂是以氧化 钙基为主 ,辅助添加 CaC2 ,而且喷吹过程也很难 获得较好的动力学条件 ,因此就面临两个问题 : (1) 如何保证 CaC2 的安全存贮运输和脱硫剂的脱 硫效果 ; (2) 怎样解决因动力学条件不足导致的脱 硫效率低下 ,不能实现深脱硫的问题 。
武钢一炼钢 混合喷吹 100 t 铁水罐 Mg + CaO (2)
7. 85 1. 68
81. 79 87. 73
40. 0 -
7. 00
31. 00 19. 07
13. 27
宝钢
复合喷吹 300 t 铁水罐 Mg + CaO 0 . 31 + 1 . 05 79 . 22
21. 3
< 10
-
-
本钢
虽然搅拌法的技术专利也是国外拥有 ,可从 其设备和技术本身而言并没有难点 ,机械构成是 常规的机械传动和机械提升 ;加料也是采用常规 大气压下的气体粉料输送系统 ,在系统的机 、电 、 仪 、液等方面都是应用成熟的技术 。尽管如此 , KR 法设备仍然是重量大且较复杂 ,可它的优势 是运营操作费用低廉 ,由此所产生的经济效益完 全可弥补前期的一次性高额投资 。据有关推算 , 一般 3～5 年即可收回所增加的投资[8 ] 。2000 年 武汉钢铁设计研究院针对武钢第二炼钢厂的情 况 ,对 KR 法和喷吹法两种方案的投资进行了估 算 ,当时条件下 KR 法的投资估算比喷吹法投资 估算多 200 万元[9 ] 。
近 30 年来铁水脱硫技术迅速发展 ,现已有 十几种处理方法 ,其中应用最广且最具代表性 的主要是喷吹法和 KR 机械搅拌法 。它们在技 术上都已相当成熟 ,从两种工艺在实际生产中 的应用效果来看 ,二者是互有长短 。虽然喷吹 法发展迅速 ,目前在实际生产中应用更广泛 ,可 KR 法在这几年中又有了新发展 ,呈现出强劲的 势头[1 ] 。这两种工艺模式各有什么优劣势 ? 哪 种更具有应用前景 ? 国内冶金界始终没有较统 一的看法 。为此 ,本文着重就两种工艺模式的 发展 、应用和运行成本作了比较 ,尤其是它们对 整个流程影响的比较 ,希望能对技术人员及企 业技术的选择提供参考 。
·7 4 ·
炼 钢
第 25 卷
和铁水三者之间充分混合进行脱硫 。目前 ,以喷 吹镁系脱硫剂为主要发展趋势 ,其优点是设备费 用低 ,操作灵活 ,处理周期短 ,铁水温降小 ;喷吹纯 Mg 时 ,脱硫剂消耗更少 。相比 KR 法而言 ,一次 投资少 ,适合中小型企业的低成本技术改造 。喷 吹法最大的缺点是动力学条件差 ,有研究表明[3 ] , 在都使用 CaO 基脱硫剂的情况下 , KR 法的脱硫 率是喷吹法的 4 倍 。
2009 年 10 月 第 25 卷 第 5 期
炼 钢 St eel ma ki n g
Oct . Vol. 25
2 0N0 9o . 5 · 73 ·
KR 法与喷吹法在铁水脱硫中应用的比较
张茂林1 ,徐安军2
(1 . 中冶京诚工程技术有限公司 炼钢所 ,北京 100176 ; 2 . 北京科技大学 冶金与生态工程学院 ,北京 100083)
Comparison of application of KR method with that of injection method in hot metal desulphurization ZHAN G Mao2lin1 , XU A n2jun2
(1 . Steel2making and Co ntinuo us Casting Engineering Instit ute , Capital Engineering & Research Inco rpo ratio n Limited , Beijing 100176 China ;
济钢
KR 125 t 铁水罐
CaO
7. 50 7. 10
95. 50
12. 0
8. 00 36. 00
-
90. 00
≤30 . 0
7. 50 25. 00
-
宝钢一炼钢 喷吹 280 t 混铁车 CaO 基
4. 30
75. 00
60. 0
18. 40 25. 50
-
攀钢
喷吹 140 t 铁水罐 CaO + CaC2 (1)
3 . 2 脱硫效果
实际生产过程中的铁水脱硫效果 ,不仅与设 备有关 ,而且受脱硫剂 、操作工艺水平 、时间及温 度等诸多因素影响 ,本文主要考虑的是镁系喷吹 法和 CaO 基 KR 法 。一般对铁水预处理的终点 硫质量分数要求不高于 50 ×1026 ,工厂生产和实 验研究结果表明 ,喷吹法因其脱硫剂 Mg 的较强 脱硫能力 , KR 法由于其表现出色的动力学条件 , 在可以接受的时间内 (一般在 15 min 以下) ,它们 都能达到预处理要求的目标值 。国内一些钢厂的
1 KR 法与喷吹法的工艺及特点
KR 机械搅拌法 ,是将浇铸耐火材料并经过 烘烤的十字形搅拌头 ,浸入铁水包熔池一定深度 , 借其旋转产生的漩涡 ,使脱硫粉剂与铁水充分接 触反应 ,达到脱硫目的 。其优点是动力学条件优 越 ,可采用廉价的脱硫剂如 CaO ,脱硫效果比较 稳定 (脱硫到 w ( S) ≤0 . 005 %) ,脱硫剂单耗成本 低于复合喷吹 ,适应于低硫品种钢要求高 、比例大 的钢厂采用 。不足的是 ,设备稍复杂 ,占地较多 , 一次投资大 ,脱硫铁水温降大[2 ] 。
2 . School of Metallurgical and Ecolo gical Engineering , U S TB , Beijing 100083 China)
Abstract : Two different hot metal desulp hurizatio n met ho ds , namely t he injectio n met h2 o d and KR mechanical stirring met hod have been co mpared co mp rehensively wit h each ot her in t he aspect s of technical equip ment s , desulp hurizatio n effect , temperat ure drop , iro n lo ss , desulp hurizatio n agent , running co st and effect o n t he operating flow. Result s show t hat for large and medium iro n and steel enterp rises t he KR hot metal desulp huri2 zatio n met ho d is generally superior over t he ot her met ho d. Key words : hot metal desulp hurizatio n ; KR ; injectio n ;co mpariso n of applicatio n
第5期
张茂林 ,等 : KR 法与喷吹法在铁水脱硫中应用的比较
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具体 脱硫 数据 可见 表 1[10 ] 。在喷 吹法 中 , 使 用 CaO 比例越高的复合脱硫剂 ,脱硫效果越差 ,使
用纯镁时脱硫率最高 ; KR 法使用 CaO 脱硫剂 ,脱 硫率仅略低于喷吹纯镁 。
表 1 国内一些钢厂不同铁水脱硫预处理工艺的比较
钢厂
工艺 处理容器
脱硫剂
脱硫剂消耗/ 脱硫率 最低 w ( S) / 纯处理时 处理温 铁损/
( kg·t - 1 ) ηS/ %
10 - 6
间/ min 降/ ℃ ( kg·t - 1 )
武钢二炼钢 KR 100 t 铁水罐
CaO
4. 69
92. 50
≤20 . 0
5. 00 28. 00
-
宝钢不锈钢 KR 160 t 铁水罐 CaO + Ca F2
2 KR 法与喷吹法的发展及现状
喷吹法的研发及应用早于机械搅拌法 。喷吹 法主要 有 德 国 Thyssen 的 A T H 法 、新 日 铁 的 TDS 和英国谢菲尔德的 ISID 法 ,早在 1951 年 , 美国钢厂就已成功地运用浸没喷粉工艺喷吹 CaC2 粉进行铁水脱硫[4 ] 。机械搅拌法有德国 DO 法 、RS 法和赫歇法 ,日本新日铁的 KR ( Kambara Reacto r) 法和千叶的 N P 法 ,其中 ,以 KR 法工艺 技术最成熟 、应用最多 。KR 法搅拌脱硫是日本 新日铁广烟田制铁所于 1965 年应用于工业生产 ,之 后迅猛的发展趋势表明 ,它比投入生产使用较早 的喷吹法具有一些优势[5 ] 。
复合喷吹 160 t 铁水罐 Mg + CaO (3) 0 . 45 + 1 . 48 90 . 00
≤50 . 0
7. 喷吹 100 t 铁水罐 纯 Mg
0. 33
≥95
≤10 . 0
5～8
8. 12
7. 10
首钢秦皇岛 喷吹 100 t 铁水罐 纯 Mg
0. 28
92. 30
40. 0
5. 90 12. 60
第一个问题侧重于开发使用脱硫效率更高且 安全的脱硫剂 ,于是出现了镁基复合喷吹法 ,脱硫 效果有所改善却成效不大 ,而且镁粉在运输 、储 存 、使用中同样存在很多的安全隐患 ,给生产带来 诸多不便 。然而 ,钝化颗粒镁的开发成功 ,使纯镁 喷吹脱硫技术得以实现 ,达到了真正高效安全的 工艺目标 ,目前 ,镁系脱硫剂已经成为世界铁水预 处理中的主导脱硫材料[6 ] 。针对第二个问题 ,如 何才能获得更好的动力学条件 ? 具有实际应用价 值的机械搅拌脱硫法应运而生 ,其中以 KR 法为 典型 ,在根本上改善了脱硫过程的动力学条件 ,可 主要采用廉价安全的 CaO 作为脱硫剂 。但在工 业应用时却又出现许多技术难题 ,如 :搅拌头的使 用寿命较短 ;单工位操作设备导致更换搅拌头的 同时无法进行铁水脱硫等 。最终难点还是被攻