2002年4月
April2002
钢 铁 研 究
第2期(总第125期)
()
铁水脱硫工艺在武钢一炼钢厂的应用
杜秀峰 刘国方 庄汉宁(武汉钢铁集团公司)
摘 要 介绍武钢一炼钢厂用CaO+Mg混合脱硫剂进行铁水脱硫的生产实践及用纯金属镁脱硫剂用于铁水脱硫的试验效果
关键词 铁水 脱硫 金属镁
APPLICATIONOFDESULPHURIZATIONOFHOTMETAL
INNO.1STEELMAKINGPLANTOFWISCO(LTD)
DuXiufeng LiuGuofang ZhuangHanning
(WuHanIronandSteelCorp.)
Synopsis Thispaperintroducespracticeofusingmixdesulphurizer(CaO+Mg)insteel2makingprocessatNo.1SteelmakingPlantofWISCO(Ltd).Besides,experimentalresultsofadopt2ingpureMgasthedesulphurizerarealsodiscussed.
Keywords hotmetaldesulphurization Mg
1 前 言2.1 铁水条件(见表1)
,,铁水脱硫因具有不可比拟的技术经济效果,早已成为钢铁冶金工艺流程中的一个重要环节。随着用户对钢中硫含量的要求越来越严,铁水脱硫的重要性更加突现,因此发展脱硫技术是各钢厂提高产品竞争力的重要课题。
武钢一炼钢厂“平改转”工程于1998年投产,两座铁水脱硫站于1999年初投产,投产初期CaO作为脱硫剂。1999年6月起用CaO+Mg作为脱硫剂,用该脱硫剂在深脱硫时可使铁水硫降至0.001%,能满足目前生产的需要。但随着市场竞争的日益激烈,用户对产品质量的要求越来越高,如何解决成本与质量的矛盾就显得尤为重要。经考察,用纯镁作为脱硫剂,铁水脱硫成本可以进一步降低。为降低铁水脱硫成本,提高产品竞争力,武钢一炼钢厂于2001年8月对脱硫站进行改造,以适应用钝化镁脱硫,保证转炉生产优质钢的需要。
联系人:杜秀峰,工程师,武汉市(430083)武钢第一炼钢厂原料车间
铁水条件见表1
表1 一炼钢脱硫前铁水的化学成分(%)及温度
wC
wSi
wMn
wP
wS
TΠ℃1250～4.0～0.3～0.10～≤
0.020～2.2 处理能力
武钢一炼钢现有两个脱硫站,配合两座100t顶底复合吹炼转炉,设计为全脱硫,设计能力为每天处理64罐,铁水罐装载能力为98t～108t,铁水面距罐口800mm左右,采用喷吹法脱硫,脱硫剂用N2作载体,从插入到铁水中的喷枪枪口喷入铁水。3 脱硫工艺的发展3.1 CaO脱硫
由于石灰的碱性高有利于脱硫,更重要的原因在于它资源丰富,来源广、价格低,因而一炼钢在投产初期采用CaO作为脱硫剂。其脱硫原理
・9・
是固体CaO极快地吸收铁水中的硫,铁水中的硅和碳是极好的还原剂,吸收了反应生成的氧,脱硫反应的产物是CaS和SiO2。从传质角度分析,CaO粒子和铁水中[S]接触生成CaS的渣壳,渣壳阻碍了[S]和[O]通过它的扩散,使脱硫过程减慢。用
石灰做脱硫剂,需要把石灰磨细。磨细的石灰粉易吸水。由于生成的炉渣带走大量铁粒。因此脱
[2]
硫铁水必须严格地除去炉渣,否则脱硫效果差。此外,脱硫过程须在高温条件下进行。一炼钢采用CaO作脱硫剂的脱硫情况见表2。
表2 一炼钢采用CaO作脱硫剂的脱硫情况
CaO耗量Πt686.84
脱硫罐数Π罐
766
CaO单耗Πkg・tFe-1
75.1
脱前硫Π%
0.02452
脱后硫Π%
0.0062
脱前铁水量Πt
106.25
脱后铁Πt
104.24
扒渣量Πkg・tFe-1
18.92
脱硫过程温降Π℃
23.98
喷吹时间Πmin
18.49
周期Πmin
43
3.2 CaO+Mg脱硫3.2.1 CaO脱硫存在的问题
(1)产生的渣量大,导致脱硫扒渣量大;(2)在进行深脱硫时,脱硫剂用量多,温降大;(3)脱硫周期长,难以适应全连铸生产需要;(4)对铁水条件特别是温度要求高,适应范围
力的变化,从图中看出随温度的降低和压力的
增大,镁在铁中溶解度增大,在低温下进行镁脱硫对镁的利用率是有利的,在碳饱和的铁—碳熔体中,镁的溶解使石灰在铁中溶解度降低
。
[1]
有限。
基于上述原因,武钢一炼钢于1999年6月开始使用CaO+Mg作为脱硫剂,颗粒镁经钝化后与石灰按一定比例混合,成的MgS、CaS和CaC高可以使钢中含S≤0.001%的水平,满足了生产低硫钢的要求。3.2.2 镁脱硫的理论探讨
(1)镁脱硫的热力学1)镁的物化指标
图1 镁的蒸汽压力
注:曲线1,2,3
为不同研究者的研究结果
金属镁的原子量为24.32,在地壳中镁的质量分数为2.35%,20℃纯度为99.9%时,镁的密度为1.73gΠcm,熔点923k,熔化热4.7kJΠmol,沸点1390k,气化热136.6kJΠmol,燃烧温度896k。
2)镁的蒸汽压
图1是镁的蒸汽压和温度的关系,在1623k下镁的蒸汽压约为506.625～607.95kPa,在铁水温度下镁是很容易气化的。
3)镁在铁液中的溶解
[1]
3
镁溶于液固态的铁中,镁在铁中的溶解行为对镁脱硫反应的意义十分重大。
在铁液中Mg(g)=[Mg]
ΔG°=-136500+67.62T,JΠmollog[Mg]=7000ΠT-5.1+logP(Mg)
图2是镁在铁液中的饱和溶解度随温度和压・10・
图2 镁的溶解度
注:曲线旁的数据为压力ΠkPa
4)镁氧反应
在铁水条件下,熔于铁中的氧是由C-O平衡所决定的,镁与氧的结合能力比碳和氧的结合强得多,即在镁脱硫的条件下,铁中的氧由镁控制,换言之有一定数量的镁损失于脱氧中,此外,镁还可能与残存在铁水和炉渣中的非金属氧化物反应(见表三)同样造成镁的氧化损失。
表3 镁与非金属氧化物的反应
反 应
[Mg]+1Π2SiO2=MgO(s)+1Π2[Si][Mg]+1Π3SiO2=MgO(s)+2Π3[Al][Mg]+MnO=MgO(s)+[Mn]
τ),在不同插入深度下加热、熔化、气化和溶解(∑
两种时间和颗粒度的关系见图4,也就是说,在某一插入深度下有一粒度的上限,较小的粒度有利于溶解,此外还可通过减少载气量减少镁的大气
[1]
损失,确保完全溶解。
自由能ΠJ・mol-1ΔG°=-190176+
30.24T
1673k的ΔG°
Jmol-1
-139584
ΔG°=-144761-14.28T
-168651
ΔG°=-202259+
13.86T
-179072
图3
镁与硫在不同温度下的平衡
5)镁硫反应
金属镁与石灰等脱硫不同之处在于:石灰以
固体颗粒的形式存在于铁水中,硫与固体颗粒反应,在颗粒表面产生薄膜,行,水中,。
在喷吹条件下:
(1)Mg(g)=[Mg]
随后发生脱硫反应:
Mg(g)+[S]=MgS(s)[Mg]+[S]=MgS(s)
(2)(3)
图4 不同颗粒镁对镁上浮和溶解的影响
(曲线旁的数据为插入深度)
其中,反应式(3)是主要的,据报道仅有1%
～10%的脱硫反应发生在镁气泡表面,大部分脱硫是通过同相反应(3)进行的。
ΔG°=-291517+113.37ΔT对式(3),如果忽略相互作用系数的影响,则log[Mg]
[S]=-15225ΠT+5.92
图3显示了不同温度下镁和硫在铁液中含量的关系,很显然,温度越高,铁水中硫含量越高,需溶解平衡的镁含量则越高,而镁用于脱硫的量比例则越小。
(2)镁脱硫的动力学
镁进入铁水以后的脱硫反应分为3个步骤:首先是镁在铁水中的溶解,进入铁水的颗粒在上浮的同时被加热、熔化、气化和溶解,为提高
τ镁的利用率应使颗粒在完成上浮(r)以前,实现
[1]
其次是脱硫的化学反应,喷吹的最初,脱硫曲
线有一平台,此时的镁消耗于溶解和脱氧,随即为脱硫反应,该反应不仅在镁的导入区发生,而且在整个容器进行,反应速度较快,随硫含量的降低,溶解的镁占总镁量的比例越来越大。
最后是脱硫产物的去除,镁的脱硫产物为
3
MgS,MgS的密度为2.8gΠcm,由于载气和镁蒸汽对铁液的搅拌,有利于脱硫产物的上浮,此外,镁使碳在铁中的溶解度降低,有片状石墨析出,这些质点促进了脱硫产物的形核析出,处理结束后基本达到了硫的最低点。3.3 镁基脱硫剂的使用3.3.1 纯钝镁的理化指标见表43.3.2 试验结果
第一次试验采用CaO∶Mg=90%∶10%的方
・11・
表4 钝化镁理化指标
名称钝化镁
燃点阻燃时Π℃
571
粒度(mm)组成Π%
8
92
间Πs
13
wMgΠ%wSΠ%
案,试验结果不甚理想,第二次试验采用CaO∶Mg
=80%∶20%的方案,试验结果较为理想,进而在武钢一炼钢厂生产中铁水脱硫全部使用CaO∶Mg为80%∶20%的混合脱硫剂。
试验结果及与CaO脱硫的结果对比见表5。
97.4
表5 使用不同脱硫剂的铁水脱硫效果
脱硫剂种类
CaOCaO+Mg
脱硫剂耗量Πt
686.8410.66
脱硫罐数Π罐
76647
脱后硫Π%
0.00620.011
脱前硫Π%
0.02450.028
脱硫剂单耗Πkg・t-1
7.512.11
脱硫剂种类
CaOCaO+Mg
脱前铁水量
Πt
106.25107.56
脱后铁水量
Πt
104.24105.70
扒渣量Πkg・t-1
18.9217.30
脱硫过程温降
Π℃
23.9815.26
喷吹时间Πmin
18.499
平均脱硫周期
Πmin
4335
使用CaO+Mg复合脱硫剂在生产中不改变
原工艺操作,可明显缩短工序时间(喷吹时间可减少一半),喷吹中喷溅明显减少,脱硫剂用量减少,扒渣量小,温度损失较小,同时也能满足深脱硫的需要,根据钢种要求,脱硫后铁水硫含量最低可降至0.001%。
3.3.3 CaO+Mg的成分分析
自动化程度难以提高。
(2)从表5中可以看出,其喷吹时间仍然较长,正常处理一罐的周期时间为35min,与我厂转炉生产周期32min。
(3),为防NmΠh控制,加
3
,导致在喷吹过程中,铁损偏高,温降偏大。3.4 纯镁脱硫的试验3.4.1 纯镁脱硫的优点
(1)由于纯镁脱硫剂为颗粒镁,可以解决镁基
简化计算,、本、计算依据,Δws=0.020%计算CaO脱硫剂单价1.4元ΠkgCaO+Mg复合脱硫剂单价6元Πkg
脱硫剂的分层问题,可提高脱硫命中率,同时给脱硫喷吹模型的后建立提供了条件。
(2)根据镁脱硫的热力学条件可知,喷入铁水中的镁大部分溶解于铁水中,并产生气体搅拌铁水,与硫主要发生同相反应,因而纯镁脱硫剂利用率高,单耗低,喷吹时间短。
(3)根据镁脱硫的动力学条件,Mg的气化能起到搅拌铁水的作用,因而采用纯镁脱硫时可以降低其载气流量,可以减少3Mg(g)+N2(g)=Mg3N2(s)等反应造成的镁损失,同时使得喷溅减
喷枪成本55元Πmin铁水0.95元Πkg计算结果见表6
表6 不同脱硫剂的脱硫成本
脱硫剂-1
CaOCaO+MgCaO+Mg与11.4814.883.40
喷枪-1
9.574.60-4.97
扒渣量-1
17.9716.43-1.54
合计-1
39.0235.91-3.11
小,铁水温降少。
3.4.2 与戴斯玛马公司合作的情况
3.3.4 CaO+Mg混合脱硫剂存在的问题
(1)由于CaO+Mg混合脱硫剂的Mg粉与CaO混合为离线混合,另由于Mg粉和CaO的比
中国乌克兰合资戴斯玛克有限公司就纯镁脱硫技术与一炼钢进行了交流,根据我厂现有设备
和技术条件,提出了改造方案和技术保证值(脱前硫0.035%±,温度1280～1350℃,铁水量105～116tΠ罐),并对现有脱硫设备进行改造,改造后的设计工艺参数见表7。
重不一样,导致脱硫剂在向储料罐中输送时易产生分层,导致脱硫剂效率不稳定,给脱硫命中率带来影响,同时也影响脱硫喷吹模型的建立,使脱硫・12・
表7 用纯镁脱硫的设计工艺参数
指 标镁单耗Πkg・t-1
氮单耗Πm3・t-1喷吹温降Π℃喷吹时间Πmin
浅脱(脱后wS0.010%)深脱(脱后wS0.005%)
0.37±0.030.2±0.05
0.46±0.030.2±0.05
≤10
5±1≤12
7±1
给料,并可均匀调节镁耗量。同时需配备必要的
检测控制系统,才能使生产现场顺利操作,以有效达到脱硫目标值。
(2)根据镁的热力学及动力学条件,须配备带有蒸发室特殊的喷枪,以创造镁溶于铁水的良好条件,确保脱硫效率。3.4.4 试验效果
(1)试验工艺参数及脱硫效果见表8。
3.4.3 纯镁脱硫的关键点
(1)对设备精度要求高:由于纯镁价格较昂
贵,且单罐用量少,要求计量精度高以保证其稳定
表8 用纯镁脱硫的试验工艺参数及脱硫效果
脱硫剂耗量Πt
3.848
脱硫罐数Π罐
116
平均前硫Π%
0.02995
平均后硫Π%
0.01118
脱硫剂单耗Πkg・t-1
0.33
31.5
温降Π℃
12.31
脱前铁量Πt
101.23
脱后铁量Πt
100.41
铁损Πkg・t-1
8.20
喷吹时间Πmin
5.33
平均脱硫周期Πmin
(2)在试验中喷溅比喷吹CaO+Mg复合脱硫剂明显减少,喷吹过程中液面较为平静,产生的灰尘与烟雾与喷吹CaO+Mg复合脱硫剂比较有较大幅度减少,现场环境明显改善。
(3)由于喷枪结构与用于喷吹CaO+Mg复合脱硫剂的喷枪有所改动,所增加。3.4.5 :脱硫喷枪、脱硫剂、脱硫铁损。
CaO+Mg脱硫经两年来的实践及工艺改进,
合计:0.19+7.19+7.57=14.95元Πt
吨铁效益:20.66-14.95=5.71元Πt4 结 论
(1,
CaO脱硫。用金属镁代替CaO+Mg脱硫在技术上是可行的,其预计脱硫成本会有所降低。
(3)从降成本,提高市场竞争力的角度,一炼钢应尽快将纯镁脱硫用于生产。
(4)由于纯镁脱硫尚未全面实施,其综合经济效益有待检验。
(5)纯镁脱硫喷吹过程喷溅及烟尘较少,现场环境得于改善。
(6)喷枪结构有待改进,以减少喷枪维护工作量。
参
考
文
献
其扒渣铁损从CaO+Mg使用初期的17.30kgΠt降至2001年上半年的8.46kgΠt,纯镁脱硫试验初期扒渣铁损与CaO+Mg脱硫无明显降低。
CaO+Mg混合脱硫剂的成本:(1)脱硫喷枪:3.28元Πt(2)脱硫剂:9.57元Πt(3)扒渣铁损:7.81元Πt
合计:3.28+9.57+7.81=20.66元Πt采用纯镁脱硫预计成本:(1)脱硫喷枪:0.19元Πt(2)镁单耗:7.19元Πt(3)扒渣铁损:7.57元Πt
1 王 涛.铁水镁脱硫的理论和实绩包头钢铁学院学报,1999,
(18)增刊
2 杨世山等.铁水预处理工艺设备及操作.炼钢.2000,(5):13～16
(收稿日期:2001-11-12)
・13・
2002年4月
April2002
钢 铁 研 究
第2期(总第125期)
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铁水脱硫工艺在武钢一炼钢厂的应用
杜秀峰 刘国方 庄汉宁(武汉钢铁集团公司)
摘 要 介绍武钢一炼钢厂用CaO+Mg混合脱硫剂进行铁水脱硫的生产实践及用纯金属镁脱硫剂用于铁水脱硫的试验效果
关键词 铁水 脱硫 金属镁
APPLICATIONOFDESULPHURIZATIONOFHOTMETAL
INNO.1STEELMAKINGPLANTOFWISCO(LTD)
DuXiufeng LiuGuofang ZhuangHanning
(WuHanIronandSteelCorp.)
Synopsis Thispaperintroducespracticeofusingmixdesulphurizer(CaO+Mg)insteel2makingprocessatNo.1SteelmakingPlantofWISCO(Ltd).Besides,experimentalresultsofadopt2ingpureMgasthedesulphurizerarealsodiscussed.
Keywords hotmetaldesulphurization Mg
1 前 言2.1 铁水条件(见表1)
,,铁水脱硫因具有不可比拟的技术经济效果,早已成为钢铁冶金工艺流程中的一个重要环节。随着用户对钢中硫含量的要求越来越严,铁水脱硫的重要性更加突现,因此发展脱硫技术是各钢厂提高产品竞争力的重要课题。
武钢一炼钢厂“平改转”工程于1998年投产,两座铁水脱硫站于1999年初投产,投产初期CaO作为脱硫剂。1999年6月起用CaO+Mg作为脱硫剂,用该脱硫剂在深脱硫时可使铁水硫降至0.001%,能满足目前生产的需要。但随着市场竞争的日益激烈,用户对产品质量的要求越来越高,如何解决成本与质量的矛盾就显得尤为重要。经考察,用纯镁作为脱硫剂,铁水脱硫成本可以进一步降低。为降低铁水脱硫成本,提高产品竞争力,武钢一炼钢厂于2001年8月对脱硫站进行改造,以适应用钝化镁脱硫,保证转炉生产优质钢的需要。
联系人:杜秀峰,工程师,武汉市(430083)武钢第一炼钢厂原料车间
铁水条件见表1
表1 一炼钢脱硫前铁水的化学成分(%)及温度
wC
wSi
wMn
wP
wS
TΠ℃1250～4.0～0.3～0.10～≤
0.020～2.2 处理能力
武钢一炼钢现有两个脱硫站,配合两座100t顶底复合吹炼转炉,设计为全脱硫,设计能力为每天处理64罐,铁水罐装载能力为98t～108t,铁水面距罐口800mm左右,采用喷吹法脱硫,脱硫剂用N2作载体,从插入到铁水中的喷枪枪口喷入铁水。3 脱硫工艺的发展3.1 CaO脱硫
由于石灰的碱性高有利于脱硫,更重要的原因在于它资源丰富,来源广、价格低,因而一炼钢在投产初期采用CaO作为脱硫剂。其脱硫原理
・9・
是固体CaO极快地吸收铁水中的硫,铁水中的硅和碳是极好的还原剂,吸收了反应生成的氧,脱硫反应的产物是CaS和SiO2。从传质角度分析,CaO粒子和铁水中[S]接触生成CaS的渣壳,渣壳阻碍了[S]和[O]通过它的扩散,使脱硫过程减慢。用
石灰做脱硫剂,需要把石灰磨细。磨细的石灰粉易吸水。由于生成的炉渣带走大量铁粒。因此脱
[2]
硫铁水必须严格地除去炉渣,否则脱硫效果差。此外,脱硫过程须在高温条件下进行。一炼钢采用CaO作脱硫剂的脱硫情况见表2。
表2 一炼钢采用CaO作脱硫剂的脱硫情况
CaO耗量Πt686.84
脱硫罐数Π罐
766
CaO单耗Πkg・tFe-1
75.1
脱前硫Π%
0.02452
脱后硫Π%
0.0062
脱前铁水量Πt
106.25
脱后铁Πt
104.24
扒渣量Πkg・tFe-1
18.92
脱硫过程温降Π℃
23.98
喷吹时间Πmin
18.49
周期Πmin
43
3.2 CaO+Mg脱硫3.2.1 CaO脱硫存在的问题
(1)产生的渣量大,导致脱硫扒渣量大;(2)在进行深脱硫时,脱硫剂用量多,温降大;(3)脱硫周期长,难以适应全连铸生产需要;(4)对铁水条件特别是温度要求高,适应范围
力的变化,从图中看出随温度的降低和压力的
增大,镁在铁中溶解度增大,在低温下进行镁脱硫对镁的利用率是有利的,在碳饱和的铁—碳熔体中,镁的溶解使石灰在铁中溶解度降低
。
[1]
有限。
基于上述原因,武钢一炼钢于1999年6月开始使用CaO+Mg作为脱硫剂,颗粒镁经钝化后与石灰按一定比例混合,成的MgS、CaS和CaC高可以使钢中含S≤0.001%的水平,满足了生产低硫钢的要求。3.2.2 镁脱硫的理论探讨
(1)镁脱硫的热力学1)镁的物化指标
图1 镁的蒸汽压力
注:曲线1,2,3
为不同研究者的研究结果
金属镁的原子量为24.32,在地壳中镁的质量分数为2.35%,20℃纯度为99.9%时,镁的密度为1.73gΠcm,熔点923k,熔化热4.7kJΠmol,沸点1390k,气化热136.6kJΠmol,燃烧温度896k。
2)镁的蒸汽压
图1是镁的蒸汽压和温度的关系,在1623k下镁的蒸汽压约为506.625～607.95kPa,在铁水温度下镁是很容易气化的。
3)镁在铁液中的溶解
[1]
3
镁溶于液固态的铁中,镁在铁中的溶解行为对镁脱硫反应的意义十分重大。
在铁液中Mg(g)=[Mg]
ΔG°=-136500+67.62T,JΠmollog[Mg]=7000ΠT-5.1+logP(Mg)
图2是镁在铁液中的饱和溶解度随温度和压・10・
图2 镁的溶解度
注:曲线旁的数据为压力ΠkPa
4)镁氧反应
在铁水条件下,熔于铁中的氧是由C-O平衡所决定的,镁与氧的结合能力比碳和氧的结合强得多,即在镁脱硫的条件下,铁中的氧由镁控制,换言之有一定数量的镁损失于脱氧中,此外,镁还可能与残存在铁水和炉渣中的非金属氧化物反应(见表三)同样造成镁的氧化损失。
表3 镁与非金属氧化物的反应
反 应
[Mg]+1Π2SiO2=MgO(s)+1Π2[Si][Mg]+1Π3SiO2=MgO(s)+2Π3[Al][Mg]+MnO=MgO(s)+[Mn]
τ),在不同插入深度下加热、熔化、气化和溶解(∑
两种时间和颗粒度的关系见图4,也就是说,在某一插入深度下有一粒度的上限,较小的粒度有利于溶解,此外还可通过减少载气量减少镁的大气
[1]
损失,确保完全溶解。
自由能ΠJ・mol-1ΔG°=-190176+
30.24T
1673k的ΔG°
Jmol-1
-139584
ΔG°=-144761-14.28T
-168651
ΔG°=-202259+
13.86T
-179072
图3
镁与硫在不同温度下的平衡
5)镁硫反应
金属镁与石灰等脱硫不同之处在于:石灰以
固体颗粒的形式存在于铁水中,硫与固体颗粒反应,在颗粒表面产生薄膜,行,水中,。
在喷吹条件下:
(1)Mg(g)=[Mg]
随后发生脱硫反应:
Mg(g)+[S]=MgS(s)[Mg]+[S]=MgS(s)
(2)(3)
图4 不同颗粒镁对镁上浮和溶解的影响
(曲线旁的数据为插入深度)
其中,反应式(3)是主要的,据报道仅有1%
～10%的脱硫反应发生在镁气泡表面,大部分脱硫是通过同相反应(3)进行的。
ΔG°=-291517+113.37ΔT对式(3),如果忽略相互作用系数的影响,则log[Mg]
[S]=-15225ΠT+5.92
图3显示了不同温度下镁和硫在铁液中含量的关系,很显然,温度越高,铁水中硫含量越高,需溶解平衡的镁含量则越高,而镁用于脱硫的量比例则越小。
(2)镁脱硫的动力学
镁进入铁水以后的脱硫反应分为3个步骤:首先是镁在铁水中的溶解,进入铁水的颗粒在上浮的同时被加热、熔化、气化和溶解,为提高
τ镁的利用率应使颗粒在完成上浮(r)以前,实现
[1]
其次是脱硫的化学反应,喷吹的最初,脱硫曲
线有一平台,此时的镁消耗于溶解和脱氧,随即为脱硫反应,该反应不仅在镁的导入区发生,而且在整个容器进行,反应速度较快,随硫含量的降低,溶解的镁占总镁量的比例越来越大。
最后是脱硫产物的去除,镁的脱硫产物为
3
MgS,MgS的密度为2.8gΠcm,由于载气和镁蒸汽对铁液的搅拌,有利于脱硫产物的上浮,此外,镁使碳在铁中的溶解度降低,有片状石墨析出,这些质点促进了脱硫产物的形核析出,处理结束后基本达到了硫的最低点。3.3 镁基脱硫剂的使用3.3.1 纯钝镁的理化指标见表43.3.2 试验结果
第一次试验采用CaO∶Mg=90%∶10%的方
・11・
表4 钝化镁理化指标
名称钝化镁
燃点阻燃时Π℃
571
粒度(mm)组成Π%
8
92
间Πs
13
wMgΠ%wSΠ%
案,试验结果不甚理想,第二次试验采用CaO∶Mg
=80%∶20%的方案,试验结果较为理想,进而在武钢一炼钢厂生产中铁水脱硫全部使用CaO∶Mg为80%∶20%的混合脱硫剂。
试验结果及与CaO脱硫的结果对比见表5。
97.4
表5 使用不同脱硫剂的铁水脱硫效果
脱硫剂种类
CaOCaO+Mg
脱硫剂耗量Πt
686.8410.66
脱硫罐数Π罐
76647
脱后硫Π%
0.00620.011
脱前硫Π%
0.02450.028
脱硫剂单耗Πkg・t-1
7.512.11
脱硫剂种类
CaOCaO+Mg
脱前铁水量
Πt
106.25107.56
脱后铁水量
Πt
104.24105.70
扒渣量Πkg・t-1
18.9217.30
脱硫过程温降
Π℃
23.9815.26
喷吹时间Πmin
18.499
平均脱硫周期
Πmin
4335
使用CaO+Mg复合脱硫剂在生产中不改变
原工艺操作,可明显缩短工序时间(喷吹时间可减少一半),喷吹中喷溅明显减少,脱硫剂用量减少,扒渣量小,温度损失较小,同时也能满足深脱硫的需要,根据钢种要求,脱硫后铁水硫含量最低可降至0.001%。
3.3.3 CaO+Mg的成分分析
自动化程度难以提高。
(2)从表5中可以看出,其喷吹时间仍然较长,正常处理一罐的周期时间为35min,与我厂转炉生产周期32min。
(3),为防NmΠh控制,加
3
,导致在喷吹过程中,铁损偏高,温降偏大。3.4 纯镁脱硫的试验3.4.1 纯镁脱硫的优点
(1)由于纯镁脱硫剂为颗粒镁,可以解决镁基
简化计算,、本、计算依据,Δws=0.020%计算CaO脱硫剂单价1.4元ΠkgCaO+Mg复合脱硫剂单价6元Πkg
脱硫剂的分层问题,可提高脱硫命中率,同时给脱硫喷吹模型的后建立提供了条件。
(2)根据镁脱硫的热力学条件可知,喷入铁水中的镁大部分溶解于铁水中,并产生气体搅拌铁水,与硫主要发生同相反应,因而纯镁脱硫剂利用率高,单耗低,喷吹时间短。
(3)根据镁脱硫的动力学条件,Mg的气化能起到搅拌铁水的作用,因而采用纯镁脱硫时可以降低其载气流量,可以减少3Mg(g)+N2(g)=Mg3N2(s)等反应造成的镁损失,同时使得喷溅减
喷枪成本55元Πmin铁水0.95元Πkg计算结果见表6
表6 不同脱硫剂的脱硫成本
脱硫剂-1
CaOCaO+MgCaO+Mg与11.4814.883.40
喷枪-1
9.574.60-4.97
扒渣量-1
17.9716.43-1.54
合计-1
39.0235.91-3.11
小,铁水温降少。
3.4.2 与戴斯玛马公司合作的情况
3.3.4 CaO+Mg混合脱硫剂存在的问题
(1)由于CaO+Mg混合脱硫剂的Mg粉与CaO混合为离线混合,另由于Mg粉和CaO的比
中国乌克兰合资戴斯玛克有限公司就纯镁脱硫技术与一炼钢进行了交流,根据我厂现有设备
和技术条件,提出了改造方案和技术保证值(脱前硫0.035%±,温度1280～1350℃,铁水量105～116tΠ罐),并对现有脱硫设备进行改造,改造后的设计工艺参数见表7。
重不一样,导致脱硫剂在向储料罐中输送时易产生分层,导致脱硫剂效率不稳定,给脱硫命中率带来影响,同时也影响脱硫喷吹模型的建立,使脱硫・12・
表7 用纯镁脱硫的设计工艺参数
指 标镁单耗Πkg・t-1
氮单耗Πm3・t-1喷吹温降Π℃喷吹时间Πmin
浅脱(脱后wS0.010%)深脱(脱后wS0.005%)
0.37±0.030.2±0.05
0.46±0.030.2±0.05
≤10
5±1≤12
7±1
给料,并可均匀调节镁耗量。同时需配备必要的
检测控制系统,才能使生产现场顺利操作,以有效达到脱硫目标值。
(2)根据镁的热力学及动力学条件,须配备带有蒸发室特殊的喷枪,以创造镁溶于铁水的良好条件,确保脱硫效率。3.4.4 试验效果
(1)试验工艺参数及脱硫效果见表8。
3.4.3 纯镁脱硫的关键点
(1)对设备精度要求高:由于纯镁价格较昂
贵,且单罐用量少,要求计量精度高以保证其稳定
表8 用纯镁脱硫的试验工艺参数及脱硫效果
脱硫剂耗量Πt
3.848
脱硫罐数Π罐
116
平均前硫Π%
0.02995
平均后硫Π%
0.01118
脱硫剂单耗Πkg・t-1
0.33
31.5
温降Π℃
12.31
脱前铁量Πt
101.23
脱后铁量Πt
100.41
铁损Πkg・t-1
8.20
喷吹时间Πmin
5.33
平均脱硫周期Πmin
(2)在试验中喷溅比喷吹CaO+Mg复合脱硫剂明显减少,喷吹过程中液面较为平静,产生的灰尘与烟雾与喷吹CaO+Mg复合脱硫剂比较有较大幅度减少,现场环境明显改善。
(3)由于喷枪结构与用于喷吹CaO+Mg复合脱硫剂的喷枪有所改动,所增加。3.4.5 :脱硫喷枪、脱硫剂、脱硫铁损。
CaO+Mg脱硫经两年来的实践及工艺改进,
合计:0.19+7.19+7.57=14.95元Πt
吨铁效益:20.66-14.95=5.71元Πt4 结 论
(1,
CaO脱硫。用金属镁代替CaO+Mg脱硫在技术上是可行的,其预计脱硫成本会有所降低。
(3)从降成本,提高市场竞争力的角度,一炼钢应尽快将纯镁脱硫用于生产。
(4)由于纯镁脱硫尚未全面实施,其综合经济效益有待检验。
(5)纯镁脱硫喷吹过程喷溅及烟尘较少,现场环境得于改善。
(6)喷枪结构有待改进,以减少喷枪维护工作量。
参
考
文
献
其扒渣铁损从CaO+Mg使用初期的17.30kgΠt降至2001年上半年的8.46kgΠt,纯镁脱硫试验初期扒渣铁损与CaO+Mg脱硫无明显降低。
CaO+Mg混合脱硫剂的成本:(1)脱硫喷枪:3.28元Πt(2)脱硫剂:9.57元Πt(3)扒渣铁损:7.81元Πt
合计:3.28+9.57+7.81=20.66元Πt采用纯镁脱硫预计成本:(1)脱硫喷枪:0.19元Πt(2)镁单耗:7.19元Πt(3)扒渣铁损:7.57元Πt
1 王 涛.铁水镁脱硫的理论和实绩包头钢铁学院学报,1999,
(18)增刊
2 杨世山等.铁水预处理工艺设备及操作.炼钢.2000,(5):13～16
(收稿日期:2001-11-12)
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