300 t铁水罐喷吹颗粒镁脱硫的生产实践

关键词：钝化颗粒镁；喷吹；脱硫；回硫

中图分类号：TF702．2文献标识码：B文章编号：1002—1043(2008)01 0001—04

随着武汉钢铁(集团)公司二热轧的兴建和高炉技术改造的完成，武汉钢铁(集团)公司第三炼钢厂(以下简称武钢三炼钢)将要承担700万t钢或更多的生产任务。同时钢的质量、品种也要求有与之相适应的脱硫能力，而超深脱硫也要求产量的增长。从尽可能节约投资和充分发挥1号脱硫站现有设备能力出发，在现有鱼雷罐铁水脱硫装置能力的基础上，借鉴武钢一炼钢采用铁水罐喷吹纯镁的成熟技改经验，在武钢三炼钢厂内铁水倒灌坑以西兴建了300 t铁水罐喷吹纯镁脱硫剂的2号铁水脱硫站。该脱硫站采用从乌克兰引进的纯镁粒喷吹脱硫工艺，于2005年5月25日一次性热负荷试车成功；经过一年来的生产表明，纯镁粒喷吹脱硫工艺在武钢三炼钢得到了成功应用，已具备380万t／a的生产能力。但该技术在应用中的最大缺点是脱硫后渣稀，渣量少，难扒渣，易回硫。为解决该难题，技术人员通过在生产

实践中不断摸索，采取大量切实可行的措施，取得了显著的攻关效果。

1 主要工艺设备及参数简介

武钢三炼钢2号脱硫站铁水罐脱硫系统设备包括：上料罐系统；喷吹系统；喷枪传动系统；测温取样系统；一个脱硫工位两个扒渣工位、两个铁水罐车及两个渣罐车系统；COROS画面操作系统；铁水罐车及渣罐车就地(OP7)操作系统及除尘系统组成。主要设计参数如下。

年处理能力 380万t

平均单罐铁水重量 264 t(最少240 t，

最多290 t)

铁水深脱率 ≥90％(ω(So)≤

0．035％时，ω(S_E)≤

0．005％)

温降速度 ≤1℃／min

金属镁单耗 0．23～0．48 kg／t

(ω(S_o)≤0．035％)

常规喷镁强度 6～12 kg／min

常规喷吹工作压力 0．9～1．3 MPa

铁损 ≤0．2％

转炉终点回硫 △ω (S)≤0．004％

喷吹处理时间 6～15 min

水处理周期 16～29 min

2镁脱硫反应的基本原理

钝化镁一般通过物理钝化和化学钝化获得。钝化颗粒镁流动性好，参与脱硫反应较平稳。钝化后的颗粒镁适合于喷吹脱硫。喷吹人铁水的颗粒镁，在喷枪出口处迅速得到汽化，并溶入铁水，汽化上升或溶人铁水中的镁在载流气体的搅拌下与铁水中的硫进行充分接触，发生高效的脱硫反应。

喷入铁水中Mg主要发生以下4个反应^[1]：

Mg_(s)一Mg₍₁₎一Mg_(g)一[Mg] (1)

Mg(g) [O]=MgO(s) (2)

△G₁= 一612 300 208．08T

Mg_(g) [S]：MgS_(S)(汽一液界面多相反应)

(3)

△G₂= 一435 138 184．2T(T=1 623 K，

△G₂= 一13 618J／mo1)。

[Mg] [S]=．MgS(s) (4)

(单相反应，T=1 623 K，

△G₃= 一159 789 J／mo1)

反应(1)是镁喷人铁水后状态的变化过程。

反应(2)是在喷吹最初，镁的消耗主要用于溶

解和脱氧，由于铁水中的氧含量较低，所以反应(2)很快终止。

反应(3)、(4)同时进行。反应(4)是主要脱硫反应(△G₃<△G₂)。

镁脱硫反应是放热反应，低的铁水温度更有利于脱S反应。镁在铁水中的饱和溶解度随铁水温度降低而提高，随铁水温度的上升而大幅度降低。随镁蒸气压的增大而增加。

3铁水罐喷吹钝化镁脱硫的生产实践

武钢三三炼钢2号脱硫站300 t铁水罐喷吹钝化镁脱硫于2005年5月25日一次性热负荷试车成功，设备及工艺参数均达到设计要求。经过一年来的生产证明，纯镁粒喷吹脱硫工艺在我厂得到了成功应用。已达到380万t／a的生产能力。投产初期，转炉终点钢水回硫在ω(S)≤0.017％的水平，不能满足生产低硫品种钢的需要，更不能满足冶炼诸如BDG、W30G、W30GS等超低硫钢的工艺要求，为了解决回硫问题，我们对铁水罐脱硫工艺进行了研究和改进。

3．1 铁水罐装铁量控制

铁水罐装铁量决定罐内铁水液面高度，装铁量低于250t，液面高度低，铁水脱硫渣不易扒出。铁水罐喷镁脱硫投产初期，倒罐站出铁量在264±2 t范围内的比例为76％。为此，我们及时制定倒罐站鱼雷罐出铁的管理规定，要求鱼雷罐出铁必须控制在250t以上，大幅提高了鱼雷罐出铁264±2 t的装准率(见图1)，从而保证脱硫后能顺利扒渣，平均缩短扒渣时间1．5 min。

3．2铁水表面粘渣剂稠化处理

纯镁脱硫工艺铁水处理后，铁水罐内渣稀且渣量少，不易扒渣。为解决此问题，采取先扒去部分原始渣，铁水表面出现液态渣时加入100kg粘渣剂，并用扒渣板来回搅动几次，使粘渣剂在铁水液面均匀铺散开，等待2 min后再扒净新渣。对转炉出钢要求ω(S)≤0．010％的钢种，采取二次稠渣操作，即扒渣后期第一次加入100 kg粘渣剂，扒出铁水表面的浮渣后，第二次再加入50kg粘渣剂，用扒渣板搅动几下，等待1～2 min后扒净新生渣。

粘渣剂主要以珍珠岩为原料，其中ω(SiO₂)≥60％，依靠物理作用，通过吸收渣的热量、提高渣的粘度、发泡吸附，将渣稠化扒出。该铁水粘渣剂在投入试验以来，使用基本正常。在未使用铁水粘渣剂以前，自2005年5月25日投产到7月18日，2号脱硫站平均回硫(指转炉终点硫与2号脱硫站结束硫)为△ω(S)=170×10^-6，深脱硫(指入炉ω(S)≤50×10^-6)的钢种平均回硫为△ω(S)=80×10^-6。使用粘渣剂的2006年年平均回硫为△ω(S)=78×10^-6，深脱硫(指人炉ω(S)≤50×10^-6)的钢种年平均回硫Aw(S)=35×10^-6(注：2006年2号脱硫站深处理率为82．3％，绝大部分铁水都深脱硫)。回硫分别降低△ω(S)=92×10^-6和△ω(S)：45×10^-6，回硫情况得到较大改善(见图2)。目前可以正常满足冶炼电工钢BDG入炉铁水的要求，但对更高级别的需超深脱硫的电工钢W30G、w30GS还不能满足正常生产的工艺要求。

3．3铁水扒渣侧吹工艺的研究与应用

铁水罐壁增加吹气孔砖，将扒渣板不能触及的渣吹到出渣口处，缩短扒渣时间，且容易将渣扒干净。利用水模拟试验，研究铁水罐吹气装置在安装方式、安装位置、供气压力和供气流量等对搅拌效果的作用及其影响，确定合适的工艺参数(见表1)。目前，所有铁水罐上均安装了吹气装置，8号、10号为底吹，其余为侧吹。加吹气装置后，扒渣时间大幅缩短，回硫也大幅降低。分别对出口材SAEl008、SAE1006两钢种的冶炼数据进行统计，使用前后效果对比见表2(表中为只使用吹气装置后的效果)。

3．4 喷吹中加活性石灰并后搅

如生产节奏不紧，铁水到2号脱硫站脱硫位先扒去大部分高炉渣，随后加入10袋(100kg)活性石灰，下枪喷吹后，再依次加入20袋(200kg)活性石灰。喷吹完颗粒镁，空吹2 min(即后搅)。其作用是：第一铁水渣硫高，碱度低，硫容量小，对脱硫不利，加入CaO造部分新渣，提高铁水表面新渣的硫容量，有利于扒渣，铁损少，减少转炉回硫；第二CaO具有很强的脱硫能力，且能帮助溶解的镁以MgS形态在CaS表面形核；第三后搅工艺有利于促进镁的汽化溶解，喷入气体在上升过程中带动铁水运动，促进传质，提高反应速度。

从近来在电工钢BDG上试验的41炉数据看，转炉终点ω(S)≤0．010％的有36炉，占87．8％，试验炉次转炉终点平均ω(S)=0．008％，回硫质量分数为0.005％，效果较好(见图3)。目前电工钢BDG生产用铁水也完全可在2号脱硫站正常脱硫处理。

3．5 采用两步铁水脱硫工艺

对于ω(S)>0．050％的高炉铁水，直接到2号脱硫站处理困难较大。一方面由于脱硫后渣量大，时间紧，扒渣不干净，回硫较严重；另一方面由于处理周期较长，对快节奏的生产组织十分不利。为此充分利用武钢三炼钢1号脱硫站离转炉转炉终点平均硫及回硫质量分数对比较远，脱硫后的铁水通过在运输途中的镇静和倒罐站冲兑时的充分搅拌，使脱硫剂与铁水中的硫充分反应，脱硫产物能充分上浮，以及2号脱硫站脱硫反应较快的工艺特点，当高炉铁水ω(S)≥()．080 ％，且铁水温度在1 300℃以上时，不用等样，先在1号脱硫站喷吹1．5 t碳化钙进行初脱硫，然后转至2号脱硫站脱至冶炼标准要求(如果时间允许先扒渣再脱硫)；当高炉铁水0.050％<ω(S)<0.080％且铁水温度在1 300℃以上时，不用等样，先在1号脱硫站喷吹1 t碳化钙进行初脱硫，然后转至2号脱硫站脱至冶炼标准要求(如果时间允许先扒渣再脱硫)。通过采用两步脱硫法，班计划的不兑现由原来的每月3次降为0次；品种钢不兑现由原来的每月4次降为0次。

在采取两步脱硫法的攻关中，我们还发现当高炉铁水先在1号脱硫站用碳化钙初脱至ω(S)≤0.020％，再到2号脱硫站喷吹颗粒镁把硫脱至ω(S)≤0．003％的铁水，能满足冶炼超低硫钢(W30G、W30GS)的工艺要求。从2006年7～9月对W30G、W30GS钢所做的17炉试验来看，光谱分析硫有2炉ω(S)>0．008 ％，原因是生产节奏紧，扒渣不彻底；红外分析全部ω(S)≤0．008％，回硫△ω(S)=38×10^-6。这说明只有在采取两步脱硫法的条件下，2号脱硫站才能满足生产W30G、’W30GS等超低硫钢的工艺要求。

通过采取上述攻关措施，转炉终点回硫从改进前△ω(S)=170×10^-6，降低到2005年改进后△ω(S)=94×10^-6，2006年平均回硫为△ω(S)=78×10^-6；扒渣时间从16 min缩短至9．6 min，效果较显著。

4 两种脱硫工艺技术经济指标对比

武钢三炼钢目前有两个铁水脱硫站，其中1号脱硫站于1996年投产，脱硫方法为：320t鱼雷罐顶喷碳化钙脱硫法(简称TDS法)。2号脱硫站于2005年5月25日一次热负荷试车成功，为300t铁水罐单喷颗粒镁。2006年两种脱硫工艺的技术经济指标对比情况见表3。

从表3可以看出1号脱硫站脱硫工艺处理时间较长，成本高，但回硫少，处理的铁水有利于冶炼超低硫钢(如W30G、W30GS等)。2号脱硫站脱硫工艺处理时间短，成本低，但该工艺回硫较严重的固有缺点不能彻底解决，仅适于铁水的浅脱硫和一般深脱硫。

5 结 论

根据铁水罐喷吹颗粒镁脱硫工艺的原理，结合武钢三炼钢铁水脱硫预处理的生产实际，通过采取：(1)控制铁水罐装铁量；(2)铁水罐壁增加吹气砖；(3)扒渣后期在铁水表面加粘渣剂稠化处理；(4)喷吹中加活性石灰并后搅；(5)采用两步铁水脱硫工艺等措施，有效地降低了品种钢的回硫，大大缩短扒渣时间，使得一般低硫钢种如BDG生产更顺行；但对于超低硫钢种，目前该脱硫工艺尚不能满足铁水深脱硫和防止转炉终点回流的要求，有待进一步研究。