（矿物加工工程专业论文）脱硫扒渣的组成特性与利用研究.pdf

：- 1 ，1 ， _一-p 。、 r e s e a r c ho nt h e c o m p o s i t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n du t i l i z a t i o n o fs l a gf r o md e s u l p h u r i z a t i o na n d s l a gs k i m m i n g b y z h a oc h a n g y i n g 、 s u p e r v i s o r - p r o f e s s o r h a ny u e x i n v i c e p r o f e s s o rr e nf e i n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导f 完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：赵弗抟 日期：训牟7 4 ；臼 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： f 半年口一年口一年半口两年 学位论文作者签名：赵串影 导师签名： 签字日期： 湖手7 刀弓日 签字目期： 孰钗够 0 惑辛7 阶愉 东北大学硕士学位论文摘要 摘要 鞍钢一炼钢厂采用钝化金属镁粉和氧化钙粉进行铁水预处理脱硫，每年产出 约3 2 万吨的脱硫扒渣，由于缺乏有效的加工手段而采取堆存处理，不仅浪费了 资源而且污染了环境。为了实现可持续发展的目标，有必要对脱硫扒渣进行回收 再利用研究。 本文采用化学分析、光学显微镜、x r d 和s e m 等分析和检测手段研究了脱 硫扒渣的组成特性。研究结果表明：脱硫扒渣中的主要有用元素为铁，品位达 5 4 1 8 ，主要有害元素为硫，品位达1 0 1 ；渣中的铁相主要为金属铁、磁铁矿、 硅酸铁和方铁矿，其中可回收利用的铁相占总铁的6 1 8 8 ；脱硫扒渣中所含的 主要物相有金属铁、磁铁矿、铁酸盐类、硅酸盐类以及铝酸盐类等，其中硫主要 赋存在硫化钙和硫酸盐矿物中；由原渣样的粒度分析可知，铁主要分布在粗粒级 中，硫主要分布在细粒级中，也有部分硫夹杂在粗粒级中，造成选别分离的困难。 根据脱硫扒渣的组成特性，在脱硫扒渣利用方面主要进行了抛尾试验、渣样 磨矿试验以及提铁降硫试验。抛尾试验结果表明，虽然渣样细粒级别的铁品位较 低、硫品位较高，但由于仍含有少量的磁铁矿，故不宜作抛尾处理；脱硫扒渣中 含有部分金属铁，导致其可磨性较差，影响后续的选别，因此采取分级分选的方 式回收部分的金属铁，即当渣样磨矿细度0 0 7 4 m m 为5 4 2 0 ，+ o 3 m m 部分直 接作为铁精矿进行回收，- 0 3 m m 部分作为下一步试验的试样：提铁降硫试验主 要进行了磁选、重选、重磁选和磁重选四种流程，选别结果表明，四种流程均 可得到合格的铁精矿，综合考虑各个选别指标以及现场生产的可行性，试验最终 采取的是重一磁选联合流程，当摇床精矿的磨矿细度0 0 7 4 m m 为5 0 ，磁场强度 为1 0 8 酬m 时，磁选精矿产率4 1 4 6 、精矿t f e 品位8 6 3 2 、t f e 回收率7 8 7 8 、 精矿s 品位0 2 1 、尾矿t f e 品位1 6 7 6 。 选别尾矿的x r d 分析结果表明，尾矿中含有的主要物相为硅酸二钙、铁酸 镁、金属铁、硅酸三钙和磁铁矿，且半定量分析显示尾矿中含有的硅酸二钙和硅 酸三钙总含量高达8 2 o o 。因此，可考虑把脱硫扒渣的选别尾矿用作水泥熟料， 以实现资源的最大化利用。 关键词：脱硫扒渣；组成特性；抛尾；磨矿；提铁降硫 n ， a b s t r a c t c o m p o s i t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n du t i l i z a t i o no fs l a gf r o md e s u l p h u r i z a t i o na n ds l a g s k i m m i n ga r es t u d i e di nt h i sp a p e r t h es a m p l ew a so b t a i n e df r o m1 s ts t e e l m a k i n g p l a n to fa n s t e e lp r o c e s s e db yh o tm e t a lp r e t r e a t m e n t t h ed e s u l f u r i z i n ga g e n t s u s e di nt h ep l a n ta r ep a s s i v a t i o nm a g n e s i u mp o w d e ra n dp u l v e r i z e dl i m e t h eo u t p u t o ft h i sk i n ds l a gi s3 2 0t h o u s a n d st o n e se a c hy e a ri na n s t e e l a n dm a n ym o r et i m e t h es l a gi ss t o r e di ns l a gd a m sb e c a u s eo ft h el a c ko fe f f e c t i v em e a n st od e a lw i t hi t i n o r d e rt oa c h i e v et h eg o a lo fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，r e c y c l i n gt h e s es l a gb e c o m e s n e c e s s a r y c h e m i c a la n a l y s i s ，o p t i c a lm i c r o s c o p e ，x r da n ds e m a r ea d o p t e dt or e s e a r c h t h ec o m p o s i t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h es l a g t h et e s t sd e m o n s t r a t et h a tt h em a i nu s e f u l e l e m e n ti si r o n ，g r a d e5 4 1 8 ，t h em a i nn o c u o u se l e m e n ti ss u l p h u r ，g r a d e1 0 1 ； t h em a i ni r o np h a s e si nt h es l a ga r em e t a li r o n ，m a g n e t i t e ，f e r r o s i l i t ea n dw u s t i t e ，a n d t h er e c o v e r a b l ei r o np h a s e sa c c o u n tf o r61 8 8 ；t h es l a gi n c l u d e s m e t a l l i ci r o n ， m a g n e t i t e ，f e r r i t e ，m e t a s i l i c a t e ，a l u m i n a t ea n ds oo n ，t h e r e i n t o ，t h es u l p h u rm o s t l y o c c u r sa sc a l c i u ms u l p h i d ea n ds u l p h a t e ；s i z ed i s t r i b u t i o nr e s u l t s s h o wt h a ti r o n m o s t l yd i s t r i b u t e si nc o a r s ep a r t i c l e sa n ds u l p h u rm o s t l yd i s t r i b u t e si nf i n ep a r t i c l e s ， b u tl o t so fs u l p h u ri sm i n g l e dw i t hc o a r s ep a n i c l e s ，c a u s i n gs e p a r a t i o nw i t hd i f f i c u l t y b a s e do nt h ec o m p o s i t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，t a i l i n gd i s c a r d i n ge x p e r i m e n t ，g r i n d a b i l i t y e x p e r i m e n t ，r a i s i n gt h ei r o na n dr e d u c i n gt h es u l p h u re x p e r i m e n tw e r ec a r d e do u t t a i l i n gd i s c a r d i n ge x p e r i m e n ts h o w st h a t ，t h o u g hi r o ng r a d ei sv e r yl o wa n ds u l p h u r g r a d ei sv e r yh i g hi nf i n ep a r t i c l e s ，t h ef i n ep a r t i c l e ss t i l lc o n t a i nas p o to fm a g n e t i t e ， s ot a i l i n gd i s c a r d i n gi sn o ts u i t a b l et oc a r r yo u t ；l o t so fm e t a li r o ne x i s t i n gi nt h es l a g m a k e st h eg r i n d a b i l i t yv e r yb a d ，i n f l u e n c i n gs e p a r a t i o ni n d e x ，s oc l a s s i f i c a t i o na n d s e p a r a t i o nw a sa d o p t e dt or e c l a i mm e t a li r o n + o 3 m mp a r tw a sr e c l a i m e dd i r e c t l y w h e nt h eg r i n d i n gf i n e n e s s 0 0 7 4 m mw a s5 4 2 0 ，一0 3 m mp a r tr e g a r d e da st h ec o r e s a m p l e o ft h en e x t e x p e r i m e n t ；m a g n e t i cs e p a r a t i o n ，g r a v i t y c o n c e n t r a t i o n ， g r a v i t y - m a g n e t i cs e p a r a t i o n ，m a g n e t i c - g r a v i t yc o n c e n t r a t i o nw e r ea d o p t e dt or e c l a i m t h ei r o na n dr e m o v et h es u l p h u r t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h ef o u rf l o w sa l lc a ng c tt h c e l i g i b l ei r o nc o n c e n t r a t e ，b u tc o n s i d e r i n ge v e r ys e p a r a t i o ni n d e xa n dt h ef e a s i b i l i t yo f p r o d u c t i o n ，g r a v i t y m a g n e t i cs e p a r a t i o nw a st a k e n 弱t h ef i n a l l y f l o w w h e nt h e g r i n d i n gf i n e n e s s - 0 0 7 4 r a m o fg r a v i t yc o n c e n t r a t ei s5 0 a n dm a g n e t i cf i e l ds t r e n g t h i i i i s1 0 8 k a m ，t h ep r o d u c t i v er a t eo fc o n c e n t r a t ei s4 1 4 6 ，k o ng r a d e i s8 6 3 2 ， r e c o v e r vi s7 8 7 8 ，s u l p h u rg r a d ei s0 2 1 a n di r o ng r a d e o ft a i l i n gi s l6 7 6 t h ex r da n a l y s i sr e s u l to ft a i l i n gi n d i c a t e st h a tt h et a i l i n gc o n t a i n sd i c a l c i u m s i l i c a t e ，m a g n e s i u mf e r r i t e ，m e t a l i r o n ，t r i c a l c i u m s i l i c a t ea n dm a g n e t i t e t h e s e m i q u a n t i t a t i v ea n a l y s i ss h o w s t h a tt h ec o n t e n to fd i c a l c i u ms i l i c a t ea n dt r i c a l c i u m s i l i c a t ei nt h et a i l i n gi s8 2 0 0 ，i no r d e rt or e a l i z et h em a x i m i z a t i o nu s e so f t h es l a g ， t a k i n gt h et a i l i n ga sc e m e n tc l i n k e rc a n b ec o n s i d e r e d k e vw o r d s ：d e s u l p h u r i z a t i o na n ds l a gs k i m m i n g ；c o m p o s i t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ；t a i l i n g d i s c a r d i n g ；g r i n d i n g ；r a i s i n gt h ei r o na n dr e d u c i n g t h es u l p h u r 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明。i 摘要 第一章绪论 1 1 脱硫扒渣简介。1 1 1 1 脱硫扒渣发展背景1 1 1 2 脱硫扒渣发展概况2 1 1 2 1 脱硫发展概况2 1 1 2 2 扒渣发展概况2 1 1 3 脱硫扒渣工艺简述3 1 1 4 脱硫扒渣脱硫工序理论研究8 1 1 4 1 脱硫热力学分析8 1 1 4 2 脱硫反应的机理分析8 1 1 4 3 脱硫动力学分析9 1 2 脱硫扒渣的国内外研究现状9 1 2 1 脱硫扒渣组成特性研究9 1 2 2 脱硫扒渣返回铁水再利用研究1 0 1 2 3 脱硫扒渣资源化利用研究1 0 1 2 3 1 脱硫扒渣工业化利用现状l o 1 2 3 2 脱硫扒渣利用研究现状1 1 1 3 本课题研究意义和主要内容1 4 1 3 1 课题研究的意义1 4 1 3 2 课题研究的主要内容1 4 第二章试验样品和试验方法 1 5 2 1 试验样品的制备1 5 2 2 试验设备及仪器1 6 2 3 试验方法1 6 2 3 1 脱硫扒渣组成特性分析。1 6 2 3 2 提铁降硫试验1 7 第三章脱硫扒渣的组成特性研究 3 1 脱硫扒渣物质组成1 9 3 1 1 渣样化学成分与铁物相分析1 9 3 1 2 脱硫扒渣x r d 分析2 0 3 1 3 脱硫扒渣主要矿物的嵌布特征2 2 东北大学硕士学位论文目录 3 1 3 1 金属铁相嵌布特征2 2 3 1 3 2 铁酸盐相嵌布特征2 3 3 1 3 3 方铁矿相嵌布特征2 4 3 1 3 4 铝酸盐相嵌布特征一2 5 3 1 3 5 硅酸盐相嵌布特征2 6 3 2 脱硫扒渣粒度组成分析2 8 3 3 脱硫扒渣物理性质参数2 8 3 4 小结2 9 第四章脱硫扒渣的利用研究3 1 4 1 脱硫扒渣组成特性与可选性关系。3 1 4 2 提铁降硫试验研究3 1 4 2 1 细粒级抛尾试验3 1 4 2 2 脱硫扒渣磨矿试验。3 2 4 2 3 磁选试验研究3 4 4 2 3 1 磨矿细度条件试验3 4 4 2 3 2 磁场强度条件试验3 6 4 2 3 3 脱硫扒渣磁选机理研究3 6 4 2 4 重选试验研究3 7 4 2 4 1 重选方案3 7 4 2 4 2 脱硫扒渣重选机理研究3 9 4 2 5 重一磁选试验研究。3 9 4 2 5 1 磨矿细度条件试验。4 0 4 2 5 2 磁场强度条件试验4 2 4 2 6 磁一重选试验研究。4 3 4 2 7 试验流程的确定4 4 4 3 选矿产品组成特性分析4 6 4 3 1 选矿产品的化学组成4 6 4 3 2 选矿产品x r d 分析4 7 4 3 3 尾矿再利用研究4 8 4 4 j 、结4 9 第五章结论5 1 参考文献5 3 致i 射。5 7 硕士阶段发表的论文5 8 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 脱硫扒渣简介 1 1 1 脱硫扒渣发展背景 第一章绪论 钢铁企业间的竞争同益激烈，不断要求企业自身提高产品质量，增强产品竞 争力。目前，随着市场经济的发展与完善，钢材市场由卖方市场变为买方市场， 市场关系的改变对钢铁企业的冲击与触动是相当大的。如鞍钢在“九- 五 技术 改造中，先后进行了平炉改转炉、实现全连铸、完善和更新钢水二次精炼设备及 轧钢系统设备等重大工程，并取得较大进展。但铁水脱硫扒渣处理能力远不能满 足提高产品质量的需要，因此脱硫扒渣技术改造势在必行。 产品结构调整使得对铁水质量的要求进一步提高，特别是对铁水硫的要求更 高。如鞍钢生产的高级别船板钢、集装箱用钢、耐候钢、桥梁钢、管线钢、汽车 梁用钢等成品硫要求均在1 0 0 x 1 0 - 6 以下，而开发生产的轿车用钢、冷轧硅钢、洁 净钢等新产品对硫的要求更加严格，这就要求生产工艺过程控硫能力必须得到提 高，才能满足生产需求。铁水炉外脱硫扒渣在工艺技术与经济效益等方面都是系 统控硫的有效手段。 释放高炉与转炉的产能、提升产量规模、实现规模效益也是发展脱硫扒渣工 艺的重要原因。高炉铁水供应不足是限制产量规模提升的一个环节，因此降低高 炉脱硫负荷对释放产能与降低生产成本是十分有益的。同时为了满足转炉对高质 量铁水的需求、缩短冶炼时间，在高炉与转炉之间建立铁水脱硫扒渣生产工艺设 备是十分必要的l 卜2 】。 总之，社会发展和经济建设的发展，使得用户对钢铁产品的种类和质量要求 越来越高。硫是钢中的有害元素，要生产高质量的钢尤其是特殊用途钢和高附加 值的钢就必须降低钢中的硫含量。相对炼钢脱硫或精炼脱硫而言，铁水预处理脱 硫工艺更为简单，是降低炼铁和炼钢工序脱硫负担、简化操作和提高炼铁、炼钢 技术经济指标的有效途径之一。因此，铁水预处理脱硫逐渐成为现代钢铁工业生 产流程中必备的工序。 1 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 2 脱硫扒渣发展概况 1 1 2 1 脱硫发展概况 鞍钢炼钢厂脱硫工艺设备的发展从时问上划分可分为三个时期l 卜2 1 。 1 ) 2 0 世纪9 0 年代国产单一( 混合) 喷吹法脱硫工艺设备 鞍钢原第三炼钢厂于1 9 9 0 年7 月建成了处理能力为1 8 0 万t a 的铁水脱硫扒 渣项目，项目设计、工艺设备全部国产化。由于9 0 年代初鞍钢的产品对硫的要 求不十分严格，因此，此时脱硫工艺未发挥应有的作用。直到2 0 0 0 年，其才真 正发挥铁水预处理的作用。但由于原第三炼钢厂于1 9 9 0 年建成的脱硫设备老化、 工艺布局不合理、处理周期长、生产成本高，已不能满足生产需要，于2 0 0 1 年 3 月停止生产。 2 ) 2 0 世纪9 0 年代末引进美国e s m 复合脱硫喷粉工艺设备 1 9 9 9 年1 2 月鞍钢一炼钢厂从美国e s m 引进的脱硫复合喷粉铁水预处理工艺 项目峻工，脱硫喷粉关键部件及过程自动控制系统由e s m 提供，设计处理能力 为1 8 0 万t a 。2 0 0 0 年1 2 月原第二炼钢厂、原第三炼钢厂从美国e s m 引进的脱 硫复合喷粉铁水预处理工艺项目峻工，脱硫喷粉关键部件由e s m 提供，过程自 动控制系统由鞍钢自行设计开发，设计处理能力分别为1 8 0 万t a 、2 4 0 万t a 。 3 ) 2 0 0 3 年从德国p o l y s u i s 引进复合脱硫喷粉工艺设备 为了彻底缓解高炉与转炉脱硫的压力，释放高炉与转炉的产能，鞍钢又投资 兴建了大脱硫项目，脱硫喷粉关键部件由德国p o ly s i u s 提供，过程自动控制 系统由鞍钢自行设计开发，设计处理能力为4 1 4 万t a ，于2 0 0 3 年7 月投产。同 时，鞍钢设计的第一炼钢厂处理能力为1 8 0 万妇的脱硫二期工程也已竣工，到 2 0 0 3 年底，鞍钢已具备铁水脱硫扒渣处理设计生产能力约为1 2 0 0 万t a 的生产 装备。 1 1 2 2 扒渣发展概况 脱硫与扒渣是两个相互独立且又紧密联系的铁水预处理工艺，脱硫工艺决定 了处理终点铁水含硫的水平，而扒渣则是将脱硫处理后的高硫渣从铁水中去除的 重要手段，是决定入炉硫总量的主要因素。因此相比较而言，扒渣工艺对过程控 硫显得更为重要。如果脱硫产物得不到有效去除，再好的脱硫工艺也不能充分发 挥作用。因此采用先进的扒渣设备与工艺对系统控硫与降低生产成本是十分必要 的。 2 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 ) 扒渣倾动方式 倾动方式主要分为液压钩倾动与吊车倾动。液压钩倾动扒渣倾角比较容易控 制，而吊车倾动则是充分利用闲置吊车或提高相关岗位吊车作业率而采用的一种 倾动方式，可以节省工程投资。 2 ) 扒渣机类型 2 0 0 2 年以前，扒渣设备全部采用国产气动扒渣机，由于其采用氮气为工作 介质，氮气可压缩性强，扒渣时操作不平稳、可控性差，扒渣时耙头下砸力大， 使得渣铁不易分离，造成扒渣时问长、扒渣不彻底，且扒渣铁损大。随着铁水预 处理量的不断增加，气动扒渣机在扒渣时问与扒渣铁损两方面对尘产造成的负作 用越来越明显。鞍钢开始着手引进进口液压扒渣机，其扒渣时操作平稳，可控性 良好，铁损大幅降低，且扒渣比较彻底【卜2 1 。 1 1 3 脱硫扒渣工艺简述 铁水预处理脱硫扒渣不仅可以脱硫，而且同时也会脱除硅和磷。铁水预处理。 脱硫的方法是添加与硫的化学亲和力强的金属和吸收硫能力高的熔剂为脱硫剂。 使用的金属有c a 、m g 、r e ( 稀土类元素混合物) ，熔剂有n a 2 c 0 3 、c a c 2 、镁 焦( 镁+ 焦碳) 、氮化石灰、石灰、铝灰+ 石灰、铝灰+ 石灰+ 萤石等。 现代钢铁冶金流程中的铁水脱硫工艺有两种形式，即喷吹法和搅拌法。两种 工艺在技术上都已经相当成熟。从实际生产中的应用效果来看，二者互有优缺点。： 近年来，国内部分学者对单条铁水预处理脱硫生产线的生产成本做过计算，主要 考虑的是脱硫粉剂消耗。但在实际生产中，脱硫剂消耗不是影响脱硫工艺成本唯 一因素，还应从铁水温降、铁损、脱硫扒渣处理、喷枪或搅拌头消耗、载气消耗 和电费等几个方面进行综合比较。钢铁企业从其生产成本考虑，多数情况下采用 喷吹法。 本论文以鞍钢一炼钢厂喷吹法铁水预处理脱硫扒渣工艺为例叙述。鞍钢一炼 钢厂脱硫扒渣工艺流程如图1 1 所剥3 1 。 1 ) 脱硫过程鞍钢一炼钢厂采用的是德国p o ly s i u s 脱硫复合喷粉工艺 和设备，脱硫与扒渣处在异工位进行。业内人士认为这样布局比较合理，处理周 期短。喷吹方式是1 套喷粉系统对应2 个处理工位，交互喷吹，可提高设备作业 率。 德国p o ly s i u s 脱硫复合喷粉工艺和设备如图1 2 所剥侧。此系统采用的 是锥型流化器( 器壁均布1 5 0 个流化喷嘴) ，流化器与喷粉罐间有气室，流化气 3 东北大学硕士学位论文第一章绪论 体进入气室透过锥型流化器喷嘴进入喷粉罐，使脱硫剂松动流化。该工艺通过在 线自动调节可调喉口阀开度来调节喷粉速率，同时还能通过在线自动调节喷粉罐 的顶压、流化气体流量、输送气体压力等控制喷粉速率。脱硫喷粉采用高压、浓 相、复合喷粉工艺，脱硫剂为氧化钙粉和钝化金属镁粉，同时使用；两种脱硫剂 分储在各自的喷粉罐中，喷粉时在输送管线中混合进入铁水脱硫。该工艺有自己 的用以指导喷粉操作的专家系统，其可根据铁水的初始条件( 质量、温度、初始 硫) 及目标硫准确计算出所需的氧化钙粉喷粉量与钝化金属镁粉喷粉量，脱硫目 标可达到0 0 0 3 以下。脱硫剂消耗随相应钢种的脱硫目标值变化而变化。为保 持脱硫剂的良好流动性，流态化调节阀与顶压调节阀均保持一定的开度，使脱硫 剂始终保持流化状态，保证喷粉的正常进行。 脱硫剂广1储料罐广1喷吹剂罐 喷枪厂广输送管道r r 称量给料器 铁水脱硫广测温取样广1 1 铁罐液压倾翻 扒高炉铁水渣 转炉 堆存 铁水罐 合格铁水 渣罐渡车 扒渣机二次扒渣 渣罐 图1 1 铁水预处理脱硫扒渣的工艺流程图 f i g 1 1t h et e c h n o l o g yf l o w c h a r to f h o tm e t a ld e s u l p h u r i z a t i o na n ds l a gs k i m m i n gp r o j e c t 复合喷粉工艺( 即镁基脱硫工艺) 技术是采用钝化金属镁粉和流态化氧化钙 粉进行复合喷吹脱硫的工艺。与石灰基脱硫工艺相比具有如下特剧粥l ：实现稳 定深度脱硫，终点硫0 0 0 3 ，甚至更低；脱硫剂消耗量低，初始硫0 0 3 - 0 0 5 脱至0 0 1 ，镁基脱硫粉剂消耗为1 9 8 2 8 8 k g t ，钙系脱硫剂消耗为8 - 1 4 k g t ： 产生的脱硫扒渣少，= 2 0 k g t ( 含高炉渣) ，扒渣工作负荷降低，吊装、运渣、堆置 场减少而有利于周围环境改善；脱硫扒渣中含铁量及扒渣带铁量减少，镁基铁损 为2 2 5 k g t ，石灰基铁损l o k g t ；由初始硫0 0 3 , - - 0 0 6 脱至0 0 0 3 时，镁基 喷吹时间为4 3 - 6 6 m i n ，而采用石灰基脱硫工艺，由初始硫0 0 3 - 0 0 5 范围 4 东北大学硕士学位论文第一章绪论 脱至目标硫0 0 1 0 ，喷吹时间为1 5 m i n ；镁基脱硫铁水温度损失= 1 5 ，石灰基 脱硫时，温度损失约2 1 ；由于喷吹时间短，镁基脱硫的喷枪损耗要比石灰基 脱硫喷枪损耗小。由于镁基脱硫工艺优点明显，现在越来越多的钢厂采用这种工 艺进行铁水的预处理脱硫，既达到了预期的铁水脱硫目标，又节省了一定的工业 生产成本。 4 一钝化金属镁粉喷粉罐；5 一主加压阀；6 一流态化阀；7 一下料球阀； 8 一切换阀；9 一可调喉口；1 0 一喷吹平台；1 1 一铁水罐；1 2 一喷枪； 1 3 - 喷吹管路 图1 2p o l y s m s 脱硫工艺设备示意图 f i g 1 2s k e t c ho fp o l y s i u sd e s u l p h u r i z a t i o nt e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t 镁基脱硫剂的化学成分如表1 1 所示【6 】。 表1 1 镁基脱硫剂的化学成分 t a b 1 1c h e m i c a lc o m p o n e n t so ft h em a g n e s i a - b a s e dd e s u l p h u r a t e r 名称化学成分 氧化钙粉 金属镁粉 8 4 - 9 2 8 c a o ，1 1 6 - - 2 8 3 s i 0 2 ，1 3 0 3 7 4 m g o ， 0 0 0 2 7 - - , 0 0 0 6 5 p ，0 0 5 8 0 0 8 2 s ，灼碱0 7 2 1 7 2 ， 活性剂3 1 2 3 9 2 m l ，0 5 流化剂 9 0 m g ，1 0 惰性涂料 铁水镁粉脱硫分两步进行：第一步金属镁熔于铁水中，m g ( 固) 一m g ( 液) 5 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 一m g ( 气) 一【m 朗；第二步高温下镁和【s 】有很强的亲和力，铁水中的m g 和气 态m g 都能与铁水中的s 迅速反应生成固态硫化镁( m g s ) ，反应生成的硫化镁在 铁水温度下呈固态进入渣中【9 1 。 氧化钙粉本身脱硫效果不明显。在脱硫开始时的2 - - 3 m i n 内不发生任何化学 反应，喷任何粉剂均是浪费，所以只吹便宜易得到的氧化钙粉即可。金属镁粉只 是用于深脱硫，但镁脱硫的产物m g s 的晶核较小，在铁水高温及铁水沸腾的状 态下不易长大进入到渣中，此时c a o 便作为m g s 长大的晶核，载驮其上浮到渣 中。同时c a o 可以与部分渣混在一起，回到顶渣中，提高了顶渣的碱度，防止 回硫并起到辅助脱硫的作用，而且形成的渣粘度小易扒刚1 0 j 。 2 ) 扒渣过程脱硫决定了处理终点铁水含硫的水平，而扒渣是将脱硫处理 后的高硫渣从铁水中去除的重要手段，是决定铁水进入转炉硫总量的主要因素。 相比较而言，扒渣工艺对过程控硫显得更为重要。鞍钢一炼钢厂采用倾动方式进 行扒渣。铁水罐进入炼钢厂房内固定扒渣位置，由人工操作，使用机械耙，将浮 在铁水表面上的凝固渣扒出渣罐，落入位于铁水罐下面的接渣盘中。 鞍钢采用氧化钙粉和钝化金属镁粉作为脱硫剂，采用高压浓相输送复合喷吹 技术和异地吊罐扒渣工艺，理顺了总图运输和炼钢工艺，使运行成本降低、处理 时间缩短、粉剂消耗降低、处理能力增大、易于控制和再生产，有效地提高了钢 水的质量，大大地减轻了转炉炼钢的脱硫负担，从而显著提高了转炉的生产效率， 提高了连铸机的产量。更重要的是，钢材质量的提高，标志着鞍钢的产品在市场 竞争中占有了重要的位置【1 0 1 。 鞍钢一炼钢厂2 0 0 6 年1 1 月8 日共4 0 次铁水预处理操作的生产记录，见表 】2 。 表1 2 一炼钢厂铁水脱硫扒渣生产记录 t a b 1 2p r o d u c t i o nr e c o r do fh o tm e t a lp r e t r e a t m e n ti n1 s ts t e e l m a k i n g p l a n t 6 - 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 接上表 1 0 3 3 1 0 6 3 1 0 1 4 1 0 7 8 1 0 9 7 1 0 4 5 1 0 9 1 0 7 8 1 0 7 7 1 0 3 1 0 4 5 1 0 5 3 1 0 3 3 1 0 3 1 1 0 5 6 1 0 6 2 1 0 8 6 1 1 0 6 1 0 8 4 1 1 1 1 1 1 8 1 0 2 2 1 0 4 9 1 0 5 9 1 0 4 5 1 0 5 2 1 1 4 6 1 0 6 4 1 0 6 8 1 0 0 6 0 0 1 5 o 0 4 0 0 0 1 8 0 0 2 0 0 0 2 2 0 0 2 8 0 0 3 0 0 0 3 0 0 0 1 8 0 0 3 0 0 0 3 0 0 0 1 5 0 0 1 5 0 0 2 2 0 0 3 0 0 0 1 2 0 0 1 5 o 0 2 0 0 0 1 7 0 0 1 6 o 0 2 0 0 0 1 6 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 1 4 0 0 1 7 0 0 1 6 0 0 2 0 0 0 1 2 0 0 1 8 0 0 1 01 4 9 0 0 1 0 3 0 0 0 0 1 0 1 7 8 0 0 1 01 7 0 0 0 1 01 9 5 0 0 1 02 3 7 0 0 1 01 9 6 0 0 1 02 6 5 0 0 1 01 7 6 0 0 1 02 1 3 0 0 1 0 2 4 1 0 0 1 0 2 0 4 0 0 1 0 1 4 1 0 0 1 01 6 8 o 0 0 52 9 5 0 0 1 01 2 2 0 0 1 01 4 0 0 0 1 0 1 5 2 0 0 1 0 1 5 9 o 0 0 24 0 6 0 0 0 24 8 0 o 0 0 24 0 2 0 0 1 01 5 6 0 0 0 24 3 3 o 0 0 2 4 1 7 o 0 0 8 1 4 9 o 0 0 24 1 2 0 0 0 81 4 9 o 0 0 91 4 9 0 0 0 81 7 2 1 5 1 1 ：5 1 ：5 6 1 ：4 6 1 ：5 6 1 ：5 6 1 ：4 6 1 ：5 6 1 ：5 7 1 ：4 8 1 ：5 3 1 ：5 2 1 ：4 9 1 ：4 7 1 ：5 2 1 ：4 9 1 5 1 ：4 3 1 ：5 1 1 ：4 2 1 ：4 7 1 ：4 5 1 ：5 1 ：4 5 1 ：4 7 1 ：4 4 1 ：4 2 1 ：4 4 1 ：6 2 1 ：5 7 a a 1 0 挣 a 1 0 静 u 7 1 m n ( g ) a a u 7 1 m n ( g ) a u 7 1 m n ( g ) a a a $ 3 3 5 j 2 a u 7 1 m n ( g ) a a x 7 0 x 7 0 x 7 0 u 7 1 m n ( g ) x 7 0 x 7 0 u 7 1 m n ( g ) x 7 0 u 7 1 m n ( g ) u 7 1 m n ( g ) u 7 1 m n ( g ) 4 0 1 0 7 60 0 1 60 0 0 r 71 6 83 01 ：5 61 7 1 64 5 从表1 2 类比分析看，铁水初始硫在0 0 2 0 以上时，目标硫在0 0 1 0 以下， 喷入的脱硫剂m g ：c a 比约在1 ：4 到1 ：5 ；初始硫在0 0 2 0 以- f ，喷入的脱硫剂 m g ：c a 比约在1 ：5 5 到1 ：6 ；扒渣量平均占铁水净重的1 6 。 7 一， 3 石 石 7 5 4 7 5 五 7 石 4 7 j 9 石 j 5 4 胁 n 忽 2 惦 弓 2 忆 2 j l l l 吼l l l l l l 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 2 2 1 2 l 1 2 3 7 6 8 7 5 8 6 7 7 7 5 8 8 o 7 2 7 5 2 3 2 3 岛4 3 5 3 暑d l l l 嘎 l l l l l l 2 1 l 1 2 1 l l 1 2 2 2 1 2 2 1 2 1 1 2 凹 砣 ” 弱 轮 钙 钉 孔 钳 帖 凹 弘 签 勰 於 n 卯 嘲 眇 n 卯 踮 弘 鳄 弘 拼 如 加 n 心 b h ：2 托 掩 侈 加 俎 勉 乃 拼 答 撕 砑 勰 劣 如 孔 勉 弘 弘 於 弘 弘 的 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 4 脱硫扒渣脱硫工序理论研究 1 1 4 1 脱硫热力学分析 金属镁的熔点为6 5 1 ，沸点为1 1 1 0 ，低于一般的铁水温度，因此金属镁 加入铁水后立即变为蒸气。在采用钝化金属镁粉和钝化石狄粉复合喷吹时，可能 存在以下反应【1 1 - 1 2 1 。 ( 1 ) 镁在铁液中的熔解 m 甙g ) 2 【m g 。a l g o = 1 3 6 5 0 0 + 6 7 6 2 t ( 2 ) 以气泡形式存在的镁，与铁水中的硫反应 m g ( g ) + 【s 】= m g s ( s ) g 。= 4 0 4 6 8 0 + 1 6 9 6 2 t ( 3 ) 以溶解态形式熔解于铁水中，并与铁水中硫反应 【m g + 【s 】_ m g s ( s ) g 。= 3 7 2 6 4 8 + 1 4 6 2 9 t ( 4 ) 镁与输送载气和空气中的氮反应 3 m g + n 2 = m 9 3 n 2 ( s ) 上述反应在5 7 3 - 、一1 7 1 3 k 的温度范围内可以进行，但m 9 3 n 2 不稳定，易被还 原为m g o 和m g s 。 ( 5 ) 镁与铁水中的氧反应 m g ( 曲+ 【o 】= m g o ( s ) g 。= 1 0 4 1 0 0 + 4 4 c r 7 r ( 6 ) 在镁饱和铁水中，c a o 与铁水中硫反应 m g - i - 【s 】+ c a o ( s ) = c a s ( s ) + m g o ( s ) 镁粉和石灰粉复合喷吹脱硫过程十分复杂，采用氮为载气喷吹镁粉时，在喷 枪出口处一部分镁将与n 2 反应，然后其产物被铁水中的氧和硫还原。镁的各种 化合物的稳定性大小顺序依次为m g o 、m g s 、m 9 3 n 2 。 1 1 4 2 脱硫反应的机理分析 现在普遍认同的镁脱硫机理为：一方面在镁气泡与铁水界面进行多相反应