近年來我國鐵水脫硫預處理的發(fā)展及應用
隨著科學技術的高速發(fā)展，對鋼鐵材料的要求日趨嚴格，特別是海洋石油，化工，汽車等工業(yè)的發(fā)展，均需要低硫，甚至超低硫的高品質鋼材。鐵水爐外脫硫作為鋼鐵生產的一道工序，其優(yōu)勢主要在以下方面：
－鐵水脫硫預處理發(fā)揮了渣吸收硫能力的潛力，可提高高爐的生產率；
－發(fā)展鐵水脫硫預處理更重要的是可得到含硫很低的鐵水，為生產優(yōu)質鋼提供必要條件；
－鐵水爐外脫硫相對高爐，轉爐，爐外精煉等工序而言，其脫硫成本最低；
－發(fā)展鐵水脫硫預處理后，擴大了轉爐冶煉的鋼種范圍，使轉爐能夠冶煉汽車板、海洋平臺板、造船板、不銹鋼等新鋼種；
－脫硫預處理的應用也進一步保證了連鑄工序生產順行和連鑄坯的質量；
－鐵水脫硫預處理可以縮短轉爐、精煉工序的冶煉周期。
鐵水預處理的發(fā)展概況
西歐、日本早在20世紀60～70年代就在鐵水脫硫預處理理論研究的基礎上在工業(yè)上進行了應用。國內武鋼二煉鋼1979年引進了日本新日鐵的機械攪拌法 (ＫＲ)鐵水脫硫裝置，北臺，天鋼，宣鋼，冷水江，攀鋼，酒鋼等企業(yè)先后由國內自主開發(fā)了噴吹石灰、螢石的脫硫方法。1985年寶鋼一煉鋼引進日本魚雷罐車內噴吹石灰、螢石的脫硫裝置。武鋼一煉鋼開發(fā)的鎂基混合噴吹工藝，1998年寶鋼，鞍鋼，包鋼引進美國ＥＳＭⅡ公司鎂基復合噴吹技術，本鋼引進了霍戈文鎂基復合噴吹法脫硫技術。
近幾年我國鐵水預處理有了強勁發(fā)展，隨著鋼產量從1996年1億ｔ發(fā)展到2004年的2.725億ｔ，近5年來全國共計建設了約80多套鐵水脫硫預處理裝置，處理能力近7000萬ｔ。新建設的鐵水脫硫預處理生產線使用的脫硫工藝主要有ＫＲ法和噴吹法，處理容器基本上為轉爐鐵水罐。近幾年來鐵水脫硫預處理的發(fā)展還有以下特點：
－鐵水脫硫每罐鐵水容量從50ｔ(石鋼等)到300ｔ(寶鋼)不等。
－脫硫劑主要為石灰和金屬鎂，既有以單獨一種粉劑作脫硫劑的(如武鋼一煉鋼，邯鋼三煉鋼等)，也有以一種粉劑為基礎的復合粉劑作脫硫劑的(如包鋼，梅鋼等)。
－以金屬鎂作脫硫劑得到了大力發(fā)展，使用鎂及鎂基脫硫劑的生產線占到了80%以上)。
－大部分為引進國外先進的脫硫預處理工藝。如日本的ＫＲ法，北美、西歐的鎂基復合噴吹技術，烏克蘭的單吹顆粒鎂噴吹技術。
－在工藝相似的情況下，引進技術來自不同的技術供應商。如復合噴吹法既有美國ＥＳＭⅡ、加拿大ＤＡＮＩＥＬＩＣＯＲＵＳ(原霍戈文)、還有日本ＤＩＡＭＯＮＤ公司等。
－我國在早期引進國外先進技術的基礎上改進的自主知識產權開發(fā)技術也在發(fā)揮著作用。如國內開發(fā)的純鎂噴吹技術也得到廣泛應用(如馬鋼等)。
－有很多生產線是對落后處理工藝的改造和替代。如武鋼一煉鋼2001年以純鎂噴吹替代原有鎂、石灰混合噴吹工藝；太鋼改造原三脫設施。
－還有在原生產線基礎上的增建。如寶鋼，鞍鋼2003年再次引進ＥＳＭⅡ鎂基復合噴吹技術；本鋼2004年引進ＤａｎｉｅｌｉＣｏｒｕｓ鎂基復合噴吹技術；武鋼二煉鋼增建1套ＫＲ法脫硫裝置。
－除在上世紀引進后改良的ＫＲ法、鎂基復合噴吹法占有很大市場外，烏克蘭(Ｄｅｓｍａｇ)顆粒鎂噴吹技術自武鋼一煉鋼項目進入我國后短短幾年內也發(fā)展十分迅速(如首鋼、青鋼、邯鋼三煉鋼、唐鋼等)。德國Ｐｏｌｙｓｉｕｓ公司鎂基復合噴吹技術在2003年也進入到中國，如鞍鋼大脫硫，新區(qū)260ｔ轉爐車間脫硫均采用這一技術。
雖然近幾年鐵水脫硫預處理得到發(fā)展，但對我國鋼產量來說，其比例與先進國家水平相比還相差甚遠。
常用脫硫劑的特點及應用趨勢
鐵水脫硫預處理工藝中主要使用的脫硫劑有ＮａＣＯ3、ＣａＣ2、ＣａＯ、Ｍｇ等及以其為基礎的復合脫硫劑。
ＮａＣＯ3基鈉系脫硫劑。我國在20世紀50年代就采用過蘇打灑入高爐出鐵溝脫硫的方法，蘇打分解的液態(tài)氧化鈉有很強的腐蝕性，氧化納揮發(fā)污染環(huán)境。用蘇打脫硫產生的渣流動性好使得除渣困難。蘇打價格也相對較高。所以，蘇打作為脫硫劑已經非常少見。
ＣａＣ2基鈣系脫硫劑。電石(ＣａＣ2)具有很強的脫硫能力，研究表明鐵水溫度在1350℃時，電石粉劑脫硫反應的平衡常數最高。電石、干煤粉、鎂或氧化鈣這樣的復合脫硫劑在工業(yè)中應用比較廣泛，如攀鋼就曾使用過ＣａＣ2基脫硫劑。但是電石極易與空氣中的水分反應生成乙炔氣體，這種氣體易燃易爆，所以電石加工、運輸、貯存、使用過程中的安全措施要求很高，造成加工困難。而且不能滿足深脫硫的要求。
ＣａＯ基鈣系脫硫劑。我國很多企業(yè)早期使用的ＣａＯ基脫硫劑主要為石灰ｗ(ＣａＯ)=90%左右加螢石ｗ(ＣａＦ2)=5%～10%的混合脫硫劑。活性石灰加入螢石、Ａｌ可以顯著改善脫硫效果，目前日本提供ＫＲ技術所用脫硫劑瑩石約為5%，Ａｌ為10%，其余為活性石灰。石灰是非常容易得到的原料，原料充足，價格便宜，但是石灰基脫硫劑使用量大，渣量大，處理周期長，在鐵水溫度高時也體現高的脫硫效率。武鋼二煉鋼ＫＲ法脫硫在使用ＣａＣ2幾年后改用ＣａＯ基脫硫劑。
Ｍｇ及Ｍｇ基脫硫劑。數據顯示，[Ｍｇ]與[Ｓ]反應在1350℃沒有電石、石灰脫硫反應的平衡常數高。但是金屬鎂和硫有極高的親和力，反應區(qū)動力學條件非常好，反應迅速而且十分強烈。鎂和鐵水中的硫反應生成的ＭｇＳ熔點高(2000℃)，密度低(2.82ｇ/ｃｍ3)，容易成渣。但是金屬鎂活性很高，作為脫硫劑必須作鈍化處理。 字串2
烏克蘭最早開發(fā)了金屬鎂脫硫技術。這種狀態(tài)的鎂是利用熔融狀態(tài)下的液態(tài)金屬鎂離心分離技術，將鹽液包覆在鎂粒外層制成了球狀顆粒，直徑0.6～1.5ｍｍ。ｗ(Ｍｇ)>92%。
鎂不僅可以單獨脫硫，也可以使用鎂基復合脫硫劑。鎂基脫硫劑使用的鎂粉也是需要做鈍化處理的，這種鎂粉使用銑刀切削或噴霧法制成，直徑在 0.15～1.2ｍｍ，ｗ(Ｍｇ)=90%，其余為鈍化涂層。將流態(tài)性處理的氧化鈣粉劑與鎂粉混合，保證濃相輸送通暢。鎂與石灰的復合脫硫劑脫硫反應機理如下：由于石灰的加入，氧化鈣粉裹包并離散鎂粉使之均勻分布在鐵水中，既擴大其反應區(qū)域，又減緩鎂的氣化速度，提高鎂的利用率；ＣａＯ可以作為復合物的核心把細小的ＭｇＳ(1～5μｍ)聚合起來，加快夾雜物上浮，不斷降低反映區(qū)域內硫的濃度，提高脫硫速度，有利于實現快速深脫硫的要求；硫與ＣａＯ、ＳｉＯ2等生成熱力學穩(wěn)定性高的硅酸鈣鹽類，被固定在渣中，經扒渣除去不易回硫；而且約10%質量分數的氧化鈣粉參與脫硫反應；這種脫硫渣中的硫不易被水溶解洗滌出來，不污染環(huán)境，為渣的便利處理或開發(fā)利用創(chuàng)造了條件。
國內鐵水脫硫預處理工藝的應用效果
ＫＲ法。日本新日鐵君津廠是ＫＲ法的首創(chuàng)者。將脫硫粉劑直接加入鐵水中，使攪拌頭下降至鐵水中攪拌進行脫硫處理。武鋼二煉鋼ＫＲ法已應用生產20多年，生產技術水平和技術經濟指標均較原設計有大幅度的提高。濟鋼三煉鋼ＫＲ法脫硫2003年3月投產，在鐵水初始硫質量分數為0.05%時，處理后硫質量分數可達0.010%以下，脫硫劑單耗最大為7.1ｋｇ/ｔ。昆鋼，川威等廠也采用了ＫＲ法。2005年江陰特鋼引進了Ｄｉａｍｏｎｄ公司的ＫＲ法脫硫裝置。
單吹顆粒鎂工藝。單吹顆粒鎂工藝是單一噴吹鈍化了的顆粒鎂進行脫硫。顆粒鎂的給料是通過轉子給料計實現精確給料，給料強度范圍為6～15ｋｇ/ｍｉｎ。噴槍端頭帶一個氣化室，創(chuàng)造了鎂氣化溶于鐵水中的良好條件。對大型鐵水罐，也使用直筒型噴槍。
太鋼二煉鋼2002年引進了烏克蘭單吹顆粒鎂脫硫技術，建設了一套鐵水脫硫裝置。每罐鐵水重量近80ｔ，顆粒鎂噴吹強度為8～10ｋｇ/ｍｉｎ，用作粉劑輸送的氮氣流量為130ｍ3/ｈ，初始硫質量分數為0.031%，目標硫質量分數為0.003%，金屬鎂消耗為0.807ｋｇ/ｔ，溫降為11℃，渣量一般在0.6～1.4ｔ。湘鋼新煉鋼也采用了這種工藝，2005年6月熱試成功。在鐵水129.4ｔ時，初始硫質量分數為0.018%，終點硫質量分數為 0.005%，顆粒鎂用量為41.2ｋｇ，溫降14℃。首鋼、唐鋼等也采用了單吹顆粒鎂脫硫技術。
鎂基脫硫劑復合噴吹工藝。鎂基脫硫劑復合噴吹法，是將兩種以上脫硫粉劑分別在不同的噴吹罐內流態(tài)化，通過調節(jié)氬氣壓力按比例使其在輸送管路中均勻混合后，噴吹至鐵水中發(fā)生脫硫反應。
南鋼引進日本Ｄｉａｍｏｎｄ公司鎂基復合噴吹技術，建設的1套鐵水脫硫預處理裝置于2004年順利投產，設計年脫硫處理鐵水能力120萬ｔ，脫硫周期小于 30ｍｉｎ。生產過程中鎂噴吹速度15～20ｋｇ/ｍｉｎ，石灰噴吹速度60～100ｋｇ/ｍｉｎ。從2005年6月的生產數據看，當鐵水原始硫質量分數為0.042%，實現目標硫質量分數為0.005%時，每噸鐵脫硫劑消耗純Ｍｇ為0.433ｋｇ，石灰為3.163ｋｇ，噴吹時間9.4ｍｉｎ。溫降為 13℃。鞍鋼2003年引進德國Ｐｏｌｙｓｉｕｓ公司鎂基復合噴吹技術，建設4套脫硫裝置的大脫硫車間，年處理鐵水440萬ｔ。鎂噴吹速度 7～17ｋｇ/ｍｉｎ，石灰噴吹速度20～50ｋｇ/ｍｉｎ，當鐵水原始硫質量分數為0.040%，實現目標硫質量分數為0.010%時，脫硫劑消耗純Ｍｇ為0.388ｋｇ/ｔ，ＣａＯ為1.737ｋｇ/ｔ，噴吹時間9ｍｉｎ。大脫硫投產以來，鞍鋼相繼開發(fā)出多種轎車用鋼材，生產的轎車面板達到德國標準規(guī)定的Ｏ5等級要求。因此鞍鋼新區(qū)也采用了這一技術。安鋼，天鐵，北臺鋼鐵公司均采用了ＤａｎｉｅｌｉＣｏｒｕｓ的鎂基復合噴吹脫硫技術。
幾種處理工藝的比較。實踐證明，這幾種工藝技術都能滿足鋼鐵企業(yè)鐵水深脫硫的要求。幾種工藝都能得到鐵水終點硫質量分數為0.002%，甚至更低的水平，也能滿足轉爐生產周期的要求。他們之間的優(yōu)劣都只是相對而言的，而且所涉及的因素是多方面的。ＫＲ法工藝能將硫降到很低的水平，而且不回硫，基本沒有噴濺。在鐵水溫度高的條件下，脫硫效率高。
ＫＲ法的關鍵設備是攪拌頭及其提升旋轉機構，它是需要變壓變頻控制的，其液壓系統(tǒng)仍需要引進，設備復雜并且較為龐大，一次性投資較大。攪拌頭是價格不匪的消耗件，它的維修制造需要費用和時間。處理過程渣量大。由于提高攪拌速度可促進脫硫反應，加強攪拌，會使鐵水溫降較大，這就對鐵水溫度要求就比較高。
單吹顆粒鎂工藝的核心是針對鐵水條件實現顆粒鎂用量的精確計算和精確給料，實現噴吹及顆粒鎂在鐵水脫硫反應中的充分利用和平穩(wěn)進行。關鍵設備是計量給料罐及其控制系統(tǒng)。處理過程鐵水溫降小，渣量少。但是這種工藝的噴槍壽命較低，維修比較麻煩，噴槍系統(tǒng)設備較為復雜，需要兩支噴槍實現在線橫移快速換槍。噴槍在噴吹時采用1個液壓夾持器來避免噴槍震動。由于渣量少，并且渣較稀，扒渣操作較為困難，不容易快速扒掉脫硫渣，易造成回硫。特別是大批量生產超低硫鋼時，回硫問題會十分嚴重，雖然有些廠采取了撒稠渣劑等措施，但效果不盡人意。
鎂基復合噴吹設備一次性投資與單吹顆粒鎂噴吹工藝相差不大。這種技術的核心是粉劑的最佳配比，粉劑的流態(tài)化程度，粉劑在線混合的均勻性，不同粉劑的噴吹速度的精確控制和調節(jié)，關鍵設備是噴吹罐及下料喉口調節(jié)閥。實際生產中，鐵水條件很不穩(wěn)定，針對每罐鐵水的噴吹模型選擇及對噴吹設備的精確控制非常重要，這是保證以最經濟的粉劑消耗來達到脫硫目的的關鍵所在。鎂基復合噴吹可以使用不同的鎂和石灰的配比，也可以單獨噴吹石灰，溫降小，產生的渣子容易扒除，不易產生回硫現象。
鐵水脫硫預處理工藝及裝備的選擇
ＫＲ法，單吹顆粒鎂，鎂基復合噴吹等是近幾年國內普遍采用的鐵水脫硫預處理工藝，理論分析和實踐證明，絕大多數指標與上世紀相比有了很大的進步。關于這幾種工藝及技術裝備的比較，不能片面地以某一指標，某一設備性能去比較，因為某一工藝的效果應以達到目標的整個生產成本來比較。目前各企業(yè)諸如鐵水、處理容器、介質、脫硫劑、設備(扒渣機、噴吹罐、噴槍升降裝置等)性能，操作人員水平等條件很不相同，要在同一基準上比較非常困難。另外成本中有些指標很難得到準確的量化標準，如鐵損，回硫，渣的利用價值等。還有就是某些指標數值的絕對值在各個企業(yè)的成本核算中所占的比重不盡相同。企業(yè)在選擇某種脫硫工藝或裝備時，除了對比成本外，還要結合企業(yè)自身條件和特點，如脫硫劑的獲取途徑、鐵水條件、鋼種要求、整個工藝流程流暢的需要、廠房條件的限制等。
單從脫硫劑的消耗來看，不同工藝使用的石灰、螢石、鎂等脫硫劑的市場價格相差很大。我國的鎂資源相當豐富，大量使用金屬鎂脫硫是我國鋼鐵工業(yè)難得的有利條件。從技術裝備來看，在選擇優(yōu)異性能設備的情況下，不斷優(yōu)化專家系統(tǒng)，實現脫硫劑最大效率的利用才是節(jié)省成本的根本。目前歐美復合噴吹技術提供商較多，技術的發(fā)展也就有了可對比性和競爭性，對于技術進一步提高很有幫助。大部分復合噴吹工藝設備能實現4種以上的粉劑配比(ｍ(石灰)：ｍ(鎂)可以為3∶1、 4∶1、5∶1、6∶1)處理工藝，可以根據生產需要單吹石灰淺脫硫來降低成本。復合噴吹設備可以根據每一包鐵水條件、時間、成本來靈活選用不同的粉劑配比，調整不同的噴吹速率，以達到脫硫高命中率、高精度，脫硫劑消耗最小化的目的。噴槍制作、維護應簡單，流態(tài)化裝置應達到脫硫粉劑混合均勻，噴吹速率均衡。
另外一點就是復合噴吹技術還在發(fā)展之中，美國ＥＳＭⅡ公司的雙槍噴吹技術，可以大大減少噴吹處理的時間。鞍鋼的噴槍中心管采用可移動技術，大大延長噴槍使用壽命。鎂基復合噴吹工藝還可以采用鎂與電石(ＣａＣ2)的復合脫硫，如林茨鋼廠、多特蒙德鋼廠等。鎂基復合噴吹也可以改造為鎂、石灰、電石多元復合噴吹，此工藝應用在德國沙士司吉達鋼廠，比利時鋼廠等。
近年來鐵水脫硫預處理技術有了較大發(fā)展，隨著我國鋼鐵產量持續(xù)增長，市場競爭將愈演愈烈。提高鋼鐵產品的高附加值仍是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。企業(yè)選擇合適的鐵水脫硫技術是企業(yè)降低成本，提高生產效率的需要。鎂基復合噴吹技術從脫硫成本、脫硫效率、設備國產化要求、逐步實現技術自主開發(fā)等方面綜合來看，是較先進的鐵水脫硫技術，應該大力發(fā)展。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網”
