重钢新区铁水脱硫工艺的选择.doc

重钢新区铁水脱硫工艺的选择1. 前言 重钢老区地处重庆市中心主城区，已有70余年的建厂史。多年来虽然不断地进行了改造及扩建，但老区设备仍然陈旧老化，对环境的污染严重，与重庆市打造人居生态城市不相容，由此提出将重钢搬迁至新区的设想。重钢新区拟新建600万吨的板材钢铁生产线，在搬迁中将大量采用钢铁工艺新技术，新区铁-钢界面采用“一罐制”新技术，高炉铁水将按全量预处理脱硫进行设计。重钢新区定位为钢铁精品基地，而铁水脱硫工艺是新区打造精品基地的重要手段之一，因此新区选择合理的铁水脱硫工艺至关重要的。2. 不同铁水脱硫工艺的优缺点比较 随着铁水预处理技术的不断发展，铁水预处理脱硫方式逐渐定位在KR搅拌、复合喷吹和单喷颗粒镁脱硫三种方式上。经重钢多次派人考察，发现多数新建炼钢厂铁水脱硫方式选择，主要考虑为KR搅拌脱硫和单喷颗粒镁脱硫两种工艺，重钢新区也决定对此两种脱硫工艺中进行选择，并认真开展优缺点比较。 （1）动力学条件 搅拌法：将搅拌头插入铁水罐中，以80120r/min的转速旋转产生铁水旋涡，然后向铁水旋涡区投入定量的钙质脱硫剂，使脱硫剂和铁水中的硫在不断搅拌中发生脱硫反应。 单喷颗粒镁法：将镁质脱硫剂通过喷枪插入铁水罐内喷吹，使脱硫剂在铁水上浮过程中与铁水中硫发生脱硫反应。除了喷吹的气体流股外，镁在铁液中不断气化形成的气泡也搅拌了铁水，增加其脱硫动力学条件。 上述两种脱硫工艺的比较：如图1所示，单喷颗粒镁法由于气体与镁的比重和总质量远小于铁水，它们上浮产生的铁水对流运动较弱，罐底与喷吹口成90夹角区域为死区；而KR法因搅动产生铁水旋涡运动，故动力学条件远好于喷吹法。 （2）热力学条件 搅拌法：随着温度的升高，石灰越利于熔化，有助于石灰脱硫的利用率升高。 单喷颗粒镁法：随着铁水温度的升高，镁溶损量增加，铁水粘度降低，镁气泡上浮阻力减小在铁水中的停留时间也缩短，镁利用率降低，脱硫率下降。资料显示，铁水温度在13001400最佳。 比较：随着铁水温度的升高，镁脱硫剂的利用率降低，而石灰基脱硫剂的利用率提高，尤其在铁水温度1400的情况下，KR搅拌法的热力学条件优于单喷颗粒镁法。 （3）脱硫工艺效果 两种脱硫工艺效果比较如表1所示。 从表1可见：KR搅拌法脱硫深度可达痕迹（指脱后硫0.001%），且脱硫稳定性高；单喷颗粒镁法脱硫深度不能达到痕迹，脱后硫最低只能达到0.0020.005%，且脱硫效果稳定性差，波动大。 KR搅拌法形成的脱硫渣量大且以CaS为主，CaS熔点2400呈固态，比重在1.21.4，渣铁分离较好，扒渣容易，铁损小，转炉回硫量小； 喷颗粒镁法脱硫渣以MgS为主，尽管熔点也在2000以上，但因其渣量少温度高，渣铁界面不清晰致渣稀。同时MgS比重高在2.8左右，脱硫渣在铁水的嵌入深度较深，脱硫渣铁分离不好，扒渣困难。若要将脱硫渣扒干净，则铁损增加，同时转炉回硫控制也不稳定。 因KR搅拌法石灰脱硫剂熔解要吸热加上用量大，故其处理周期与处理温降相对较大；而单喷颗粒镁法脱硫剂是颗粒镁，脱硫反应为放热反应，加之用量少，其处理周期与处理温降相对较小。 （4）投资及运行成本 两种脱硫工艺成本比较如表2所示。 KR搅拌法工艺装备复杂，占地面积大，与单喷颗粒镁法比较，一次性投资较大；在成本运行方面，从表2可见，若为浅脱硫，KR搅拌法比单喷颗粒镁法略高或相当；若为深脱硫，KR搅拌法比单喷颗粒镁法低。 总之，KR搅拌脱硫工艺和单喷颗粒镁脱硫工艺各有优缺，且均为成熟的脱硫工艺，选择何种铁水脱硫工艺方式主要根据钢铁企业的具体情况而定。3. 铁水脱硫工艺的选择理由及选择结果 重钢新区铁水脱硫工艺选择的原则是首先考虑铁水脱硫效果，以满足品种生产需要为第一原则，其次是考虑运行成本，最后是考虑一次性投资。 按新区铁水脱硫方式的选择原则，阐述选择铁水脱硫方式的理由如下： （1）热力学及动力学条件 重钢新区铁钢界面采用“一罐制”新技术，二座脱硫站与两座高炉相邻布置（介于1#、2#高炉之间）这种布置方式不仅有效利用了铁水转运厂房的面积，布局紧凑合理，而且最大限度地利用了高炉铁水进入脱硫工序时的热量，预计铁水温度可达到1400以上。 依据铁水脱硫的热力学条件分析，在铁水温度1400的情况下，KR搅拌法的热力学条件优于单喷颗粒镁法。可见，从热力学角度来看，KR搅拌脱硫工艺更合适。 转炉大型化后，脱硫铁包容量增大，KR搅拌法可根据铁包尺寸及铁水装入深度灵活设计搅拌头的大小来解决动力学问题；而单喷颗粒镁法单支喷枪则难以实现，尽管提出采用双喷枪或L型喷枪，但无应用实绩，难以判断其应用效果优劣。可见，从动力学角度来看，转炉大型化后，也是KR搅拌脱硫工艺更合适。 （2）品种结构 依据新区产品大纲，提炼出新区低硫钢（指成品S0.015%的钢）种类及产量见表3。 表3 新区低硫品种构成 从表3可见：新区低硫钢比例高达23.69%。通过调查发现，重钢新区设计的低硫品种钢国内实际硫控比较低，见表4。 表4 低硫钢的硫控情况 在不考虑转炉炉后精炼脱硫的前提下，单从铁水脱硫+转炉炼钢控硫考虑，单喷颗粒镁脱硫工艺只满足生产成品S0.010%的钢，而KR搅拌脱硫工艺可生产成品S在0.0050.010%的钢。也就是说，若选择单喷颗粒镁脱硫方式，要想生产成品S0.010%的钢，还要进LF精炼（因新区RH未考虑喷粉脱硫功能）脱硫，由此对新区的品种生产带来两个影响，第一，不能生产深冲钢（IF钢），因IF钢要求N30ppm，不适宜进LF处理，而深冲钢年产量高达90万吨，占热轧板带钢的27%；第二若生产成品S在0.0050.010%的Z15、Z25、高级别的桥梁钢及抗氢腐蚀的容器钢等，就必须进LF处理，增加运行成本，否则只有通过扒渣不计铁损为代价来控制转炉回硫。而此类钢的比例高达15%，显然不现实。 可见，从新区品种结构设计来看，KR搅拌脱硫工艺更合适。 （3）脱硫渣铁分离 经考察，国内采用单喷颗粒镁脱硫工艺的炼钢厂，尽管采取了许多控制措施，仍未彻底解决脱硫渣铁分离问题。如首钢迁钢采用在喷吹前预加石灰粉方式；吉林通钢采用扒渣机扒渣并在扒渣后期加入小块石灰稠渣方式；连国内首家采用该技术的武钢一炼钢也在铁水罐上安装透气砖吹气辅助扒渣。这些扒渣工艺既增加了脱硫温降，又污染了环境，且效果还不稳定。可见，单从脱硫渣铁分离来看，KR搅拌脱硫工艺更合适。 （4）脱硫剂资源 石灰基脱硫剂来源广泛、价格低廉，加工、运输、储存及使用方便安全；镁资源稀缺，价格昂贵，且受市场的影响特别大。可见，从脱硫剂资源来看，KR搅拌脱硫工艺更合适。 （5）运行成本及投资 依据表1数据测算，仅当深脱硫（脱后硫0.005%）比小于21.51%时，单喷颗粒镁的成本优势方能体现，重钢新区低硫钢（成品S0.015%）比例虽然达到23.69%，但深脱硫比应小于20%，仍属少数，因此，选用单喷颗粒镁脱硫工艺总体运行成本较KR搅拌脱硫工艺要低。可见，单从运行成本角度来看，单喷颗粒镁脱硫工艺更合适。 KR搅拌脱硫工艺与单喷颗粒镁脱硫工艺比较，其工艺装备相对复杂，占地面积大，一次性投资高。可见，单从占地与投资来看，单喷颗粒镁脱硫工艺更合适。 综上所述，按重钢新区铁水脱硫的选择原则和上述选择理由，KR搅拌脱硫工艺更合适重钢新区的发展及品种定位的需要。4. 结论 （1）