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KR法与喷吹法两种铁水脱硫工艺的比较赵炜①(南京钢铁股份有限公司，江苏南京210035)摘要：对单喷颗粒镁、复合喷吹、KR法三种脱硫工艺在脱硫率、回硫、温降、扒渣铁损、耗时、成本和对转炉冶炼影响及原材料设备要求进行比较，分析了各自优缺点，并对降低脱硫成本和不同条件下钢厂采用适宜的脱硫工艺提出建议。
关键词：脱硫工艺；技术设备；脱硫效果；温降；铁损；成本1 前言现代化炼钢厂的生产工艺流程是：高炉炼铁铁水———铁水预处理———顶底复合吹炼转炉—钢水炉外精炼———全连铸和热送热轧，而铁水脱硫是整个工艺路线中的重要环节。
铁水脱硫也是生产纯净钢和市场、企业发展的需要。
目前铁水脱硫工艺较为成熟的主要有KR法(机械搅拌法)和喷吹法两种，从两种工艺在实际生产中的应用效果来看，二者是互有长短。
为此，本文着重就两种工艺模式的发展、应用和运营成本作了比较。
2 KR法和喷吹法的工艺及特点所谓KR脱硫法，主是将浇铸耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头，插入有定量铁水的铁水罐中旋转使铁水产生漩涡。
脱硫剂在不断地搅拌过程中与铁水中的硫产生化学反应，达到脱硫的目的。
KR法优点是动力学条件优越，脱硫效果比较稳定，脱硫剂消耗较少，适应于低硫品种钢比例大、要求高的钢厂采用。
不足是，设备复杂，一次投资较大，脱硫铁水温降较大。
喷吹法，是利用惰性气体(N2或Ar)作载体将脱硫粉剂(如CaO，CaC2和Mg)由喷枪喷入铁水中，使喷吹气体、脱硫剂和铁水三者之间充分混合进行脱硫。
目前，以喷吹镁系脱硫剂为主要发展趋势，其优点是设备费用低，操作灵活，喷吹时间短，铁水温降小。
3 KR 法与喷吹法两种工艺的比较从铁水脱硫工艺倍受人们的重视以来，KR法与喷吹法技术一直处于发展之中，目前虽仍需完善，可也日趋于成熟，本文主要从以下几个方面对两种脱硫方法进行具体比对。
3．1 技术与设备喷吹法因其设备用量少、基建投入低、高效经济等诸多优势而处于脱硫技术的主要发展趋势之一，可在相当长的时间中国都是引进国外的技术和设备。
铁水喷镁脱硫技术的应用冯建新（涟源钢铁集团有限公司，湖南娄底４１７００９）摘要：简述了涟钢铁水喷镁脱硫技术的设备概况、工艺流程和试生产情况。
重点介绍了处理过程的反应机理和控制方法，通过调整和改造，解决了钢水回硫问题，实现了铁水脱硫－转炉－ＲＨ精炼炉－ＣＳＰ的匹配。
关键词：铁水；喷吹；镁；脱硫中图分类号：ＴＦ７０４．３文献标识码：Ａ文章编号：１００５—６０８４（２００７）０４—００２１—０４收稿日期：２００７—０２—２８作者简介：冯建新（１９６７—），男，工程师，主要从事炼钢技术工作。
２００７年７月Ｊｕｌ２００７ＭＥＴＡＬＭＡＴＥＲＩＡＬＳＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＯＦＤＥＳＵＬＰＨＵＲＩＺＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＩＱＵＥＢＹＭＡＧＮＥＳＩＵＭＩＮＪＥＣＴＩＯＮＩＮＭＯＬＴＥＮＩＲＯＮＦＥＮＧＪｉａｎ－ｘｉｎ（ＬｉａｎｙｕａｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｌｏｕｄｉ４１７００９，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅａｃｔｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｅｃｈｎｉｃｐｒｏｃｅｓｓａｎｄａｔｔｅｍｐｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎｉｎｍｏｌｔｅｎｉｒｏｎｂｙｍａｇｎｅｓｉｕｍｉｎｊｅｃｔｉｏｎａｔＬｉａｎｇａｎｇｗａｓｂｒｉｅｆｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅｉｎｄｅｔａｉｌｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｂｙｍｅａｎｓｏｆａｄｊｕｓｔｉｎｇａｎｄｃｈａｎｇｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｓｕｌｐｈｕｒｇｏｅｓｂａｃｋｔｏｍｏｌｔｅｎｓｔｅｅｌｗａｓｓｏｌｖｅｄ，ｔｈｅｒｅｂｙｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｏｆＨＭＰ－ＢＯＦ－ＲＨ－ＣＳＰｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｍｏｌｔｅｎｉｒｏｎ；ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ；ｍａｇｎｅｓｉｕｍ；ｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎ涟钢转炉炼钢厂有三座容量１００ｔ（平均炉产量已超过１０２ｔ）的顶底复吹转炉，为热轧板厂ＣＳＰ生产线提供粗炼钢水，另还有两台六机六流小方坯连铸机。
铁水预处理工艺方法及原理铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉前对其进行脱除杂质元素的一种处理工艺。
常用的工艺方法有：铁沟散料法、铁水罐内喷吹法、铁水罐内机械搅拌法等。
（1）铁沟散料法：高炉出铁时，在铁沟内的铁水上散入工业纯碱（Na2CO3）或复合脱硫剂（由Na2CO3 、CaO、CaCO3、CaF2、C粉等配合而成），利用铁水流动时的冲击湍流运动使铁水与脱硫剂搅拌混合，促进脱硫反应，达到脱硫目的。
该法简便易行，但脱硫效率波动大（约为20—60%）、环境污染大、恢硫多。
已基本不用。
（2）铁水罐内喷吹法：如右图所示：在送去转炉的铁路线上设立喷吹脱硫站，喷枪的铁管外复合有耐火材料浇注料，可插入铁水内一定深度，以空气为载体，喷入粉状脱硫剂，进行脱硫，而后耙除脱硫渣，防止恢硫（脱硫渣如果不去掉，在后续过程中，脱硫渣中的硫又会返回铁水中，造成恢硫）。
由于该法使脱硫剂与铁水接触良好，脱硫效率较高，还可脱除部分硅和碳。
常用的脱硫剂：a、钝化石灰粉（不含钝化剂的石灰，存放时间稍长，吸水到一定程度，就会堵塞喷吹系统）。
优点：成本较低、脱硫效率较高。
缺点：环保较差、铁水温降较大。
b、复合脱硫剂（由Na2CO3 、CaO、CaCO3、CaF2、C粉等配合而成）。
优点：成本较低、脱硫效率较高、比钝化石灰粉较易耙渣。
缺点：环保较差、铁水温降较大。
c、钝化镁粒（金属镁粒需钝化，否则存放时易氧化，同时载体需改为氮气）。
金属镁粒喷入铁水后，会迅速气化，与铁水接触条件更好，脱硫率很高。
优点：脱硫率很高、喷吹设备和操作很简单、环保较好、铁水温降很小、脱硫渣量很小。
缺点：成本高。
d、钝化镁粒与钝化石灰混喷（结合了金属镁粒脱硫率很高和钝化石灰成本低的优点，还可根据铁水含硫量和所炼钢种，来调节钝化镁粒（0—100%）与钝化石灰的配比，从而达到最佳成本与脱硫率的配合。
优点：脱硫率很高且可调、环保较好、铁水温降较小、脱硫渣量较小、成本较低且可调。
缺点：喷吹设备投资较大、操作较复杂。
铁水预处理脱硫分析【摘要】铁水预处理是现代化炼钢厂的重要工序之一，其目的主要是降低铁水中的某些有害元素含量，为炼钢提供合格的铁水，而脱硫技术更是重中之重。
，采用铁水脱硫技术已成为钢铁企业质量水平的一个标志。
本文对铁水预处理脱硫技术及方法进行了阐述。
【关键词】铁水预处理脱硫剂的比较喷吹法1、铁水预处理发展概况西欧、日本早在20世纪60～70年代就在铁水脱硫预处理理论研究的基础上在工业上进行了应用。
国内武钢二炼钢1979年引进了日本新日铁的机械搅拌法(ＫＲ)铁水脱硫装置，北台，天钢，宣钢，冷水江，攀钢，酒钢等企业先后由国内自主开发了喷吹石灰、萤石的脱硫方法。
1985年宝钢一炼钢引进日本鱼雷罐车内喷吹石灰、萤石的脱硫装置。
武钢一炼钢开发的镁基混合喷吹工艺，1998年宝钢，鞍钢，包钢引进美国EMSⅡ公司镁基复合喷吹技术，本钢引进了霍戈文镁基复合喷吹法脱硫技术。
近几年我国铁水预处理有了强劲发展，随着钢产量从1996年1亿t发展到2004年的2.725亿t，近5年来全国共计建设了约80多套铁水脱硫预处理装置，处理能力近7000万t。
新建设的铁水脱硫预处理生产线使用的脱硫工艺主要有ＫＲ法和喷吹法，处理容器基本上为转炉铁水罐。
近几年来铁水脱硫预处理的发展还有以下特点：铁水脱硫每罐铁水容量从50ｔ(石钢等)到300ｔ(宝钢)不等。
脱硫剂主要为石灰和金属镁，既有以单独一种粉剂作脱硫剂的(如武钢一炼钢，邯钢三炼钢等)，也有以一种粉剂为基础的复合粉剂作脱硫剂的(如包钢，梅钢等)。
以金属镁作脱硫剂得到了大力发展，使用镁及镁基脱硫剂的生产线占到了80以上)。
大部分为引进国外先进的脱硫预处理工艺。
如日本的KR法，北美、西欧的镁基复合喷吹技术，乌克兰的单吹颗粒镁喷吹技术。
在工艺相似的情况下，引进技术来自不同的技术供应商。
如复合喷吹法既有美国ＥＳＭⅡ、加拿大DAN1ELICORUS(原霍戈文)、还有日本DIAMOND公司等。
我国在早期引进国外先进技术的基础上改进的自主知识产权开发技术也在发挥着作用。
复合旋转喷吹铁水脱硫预处理工艺研究与应用徐延浩,徐向阳,高学中,马勇(鞍钢股份有限公司炼钢总厂,辽宁鞍山114021)摘要:鞍钢股份有限公司炼钢总厂结合复合喷吹脱硫和KR 搅拌脱硫两种工艺的优势,研制了复合旋转喷吹铁水脱硫预处理工艺,并且增加了脱硫喷枪的喷吹孔数量,调整了喷枪旋转转速,优化了喷吹孔位置分布以及喷吹孔径尺寸等参数。
实践表明,采用复合旋转喷吹铁水脱硫预处理工艺可以降低脱硫粉剂消耗约30%,脱硫率提高了4.25%。
关键词:铁水脱硫预处理;复合旋转喷吹;喷枪中图分类号:TF537文献标识码:A文章编号:1006-4613(2017)06-0013-05Research of Hot Metal Desulfurization Pretreatment Process by Complex Rotary Injection Method and Application of the ProcessXu Yanhao ,Xu Xiangyang ,Gao Xuezhong ,Ma Yong(General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning,China )Abstract :By combining the advantages of these two processes of the complex injectiondesulfurization process and stirring desulfurization process by KR,the hot metal desulfurization pretreatment process by the complex rotary injection method was developed in General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd..Based on the development of the process such measures as in ⁃creasing the number of injection holes of desulphurization lances,adjusting the rotation speed of lances,optimizing the arrangement of injection holes and the hole diameter size of injection holes were also taken.The production practice showed that the consumption of desulfurization powderwas reduced by about 30%and desulfurization rate was improved by 4.25%after the new processwas put into operation.Key words :hot metal desulfurization pretreatment;complex rotary injection;injection lance 铁水脱硫预处理能够减少带入炼钢转炉的硫含量,降低转炉脱硫负担,有利于钢种低硫含量的控制。
现有的铁水罐脱硫工艺主要有复合喷吹脱硫和KR 搅拌脱硫两种[1-2]。
复合喷吹脱硫操作简单,铁水脱硫过程温降小,但动力学条件差;KR 搅拌脱硫动力学条件好,但一次投资大,铁水脱硫过程温降大。
两种脱硫工艺在使用不同类型的脱硫粉剂情况下,脱硫剂单耗成本也不同。
国内外钢厂根据品种质量要求及自身生产条件采用了不同的脱硫工艺流程[3-5]。
鞍钢股份有限公司炼钢总厂一分厂应用复合喷吹并模拟搅拌法铁水脱硫预处理工艺,形成了复合旋转喷吹铁水脱硫预处理工艺(以下简称复合旋转喷吹),该工艺结合了复合喷吹脱硫和KR 搅拌脱硫两种工艺的优势,最大限度地发挥了现有工艺设备的脱硫功效,实现了降低脱硫粉剂消耗的目的。
1脱硫工艺原理高温下,喷吹钝化金属镁粉进入铁水中,先后发生液化、气化反应[6-7],发生如下脱硫反应:(Mg )+[FeS ]=MgS (s )+[Fe ](1)(Mg )(g )→[Mg ](2)徐延浩,硕士,高级工程师,2007年毕业于辽宁科技大学钢铁冶金专业。
E-mail:lnasxyh@13--氮气总压力/MPa 氮气工作压力/MPa氮气喷吹压力/MPa氮气助吹压力/MPa氮气喷吹速度/(m3·h-1)脱硫剂铁水温度/℃初始硫含量/%目标硫含量/%脱硫时间/min≥1.38≥1.2≥0.8≥0.97≥25.5钙粉、镁粉≥1200≤0.1000.001~0.0105~153复合旋转喷吹工艺特点复合喷吹是依靠一定压力和流量的氮气,把两种或几种脱硫粉剂经由管道输送进喷枪后,从喷枪底喷出孔喷出,靠脱硫剂上浮与铁水中的硫进行脱硫化学反应。
此种方法有利于铁水罐内的铁水对流运动,但未能使铁水形成环流运动,脱硫剂较难均匀进入到铁水罐底部的区域。
KR法是将搅拌头插入铁水罐中旋转产生漩涡,通过漩涡将脱硫剂卷入铁水中,脱硫剂在不断搅拌过程中与铁水中的硫进行脱硫化学反应。
此种方法,搅拌头搅拌形成了铁水的纵向、横向循环流动,改善了脱硫的动力学条件,但随着铁水搅动的加强,铁水脱硫过程温度损失加大。
复合旋转喷吹工艺结合了复合喷吹脱硫和KR搅拌脱硫两种工艺的优势,在现有复合喷吹铁水预处理系统、粉剂及输送介质的基础上,将原有直筒型喷枪改为倒T型双侧喷出孔旋转喷枪,脱硫粉剂在喷枪底部实现旋转喷吹,脱硫剂上浮与铁水中的硫进行脱硫化学反应。
粉剂从喷枪底部倒T型喷吹孔旋转喷出,增强了铁水的纵向、横向搅动,弥补了原有复合喷吹工艺的不足,模拟了KR法脱硫动力学条件。
3.1旋转喷枪设计复合旋转喷吹工艺脱硫喷枪与原有复合喷吹脱硫喷枪工艺参数的对比见表2所示。
从表2可以看出,与复合喷吹直筒喷枪相比,复合旋转喷吹喷枪增加了喷吹孔数量、调整了喷吹孔布置位置、优化了喷吹孔内径尺寸。
采用旋转喷枪为在复合喷吹工艺基础上模拟KR搅拌奠定了基础。
复合旋转喷枪的结构示意如图1所示。
表2喷枪参数对比1-旋转法兰接头;2-喷枪连接钢架;3-喷枪耐材本体;4-倒T型对称双侧喷出孔图1复合旋转喷枪的结构示意图3.2旋转喷枪转速控制在电机的带动下,旋转喷枪的转速范围为0~60r/min,可以针对不同脱硫状态选择转速。
与原有复合喷吹直筒喷枪相比,一般情况下,转速越大,喷枪底部倒T型喷吹孔粉剂旋转喷出带动铁水的纵向、横向搅动越大;反之亦然。
采用原有复合喷吹工艺,转速过大时,进入到铁水中的脱硫粉剂在高温条件下加速了反应,易产生较大喷溅。
生产实际表明,相近的铁水条件下,铁水温度低[Mg]+[FeS]=MgS(s)+[Fe](3)脱硫反应生成固态的MgS产物上浮进入渣中得以排除。
喷吹的钙粉和镁粉促进脱硫反应进行,同时钙粉和喷吹氮气起到流动载体的作用。
2复合旋转喷吹工艺流程及参数2.1复合旋转喷吹工艺流程炼钢总厂一分厂铁水预处理采用100t铁水罐顶喷吹工艺。
其工艺流程为:炼铁厂出铁至铁水罐→铁水罐运铁水至脱硫准备区域→铁水罐吊至脱硫站→铁水罐车开至喷吹位→测温取样分析硫→计算机运算确定喷粉量、下枪喷吹→喷吹完毕→铁水罐吊至扒渣站→扒渣→测温取样、分析硫→铁水罐吊离至转炉→兑铁水。
2.2复合旋转喷吹主要参数利用原有喷吹系统,采用氮气输送脱硫粉剂,脱硫粉剂为钝化石灰粉、钝化金属镁粉(以下分别简称钙粉、镁粉),复合旋转喷吹技术参数见表1。
表1复合旋转喷吹技术参数喷枪类型喷出孔/个喷出孔位置/mm外径/mm内径/mm喷出孔内径/mm复合喷吹喷枪直筒喷枪1底部中心2202012复合旋转喷吹喷枪旋转喷枪2对称双侧向倒T型,距底部100~200220208~12徐延浩等:复合旋转喷吹铁水脱硫预处理工艺研究与应用总第408期14--工艺平均铁水量/t 平均铁水温度/℃平均初始铁水硫含量/%平均终点铁水硫含量/%脱硫效率/%吨铁单位硫含量镁粉消耗/kg 吨铁单位硫含量硫钙粉消耗/kg钙粉单耗/(kg ·t -1)镁粉单耗/(kg ·t -1)复合喷吹99.3513030.02420.006672.720.03600.1750 3.080.6340复合旋转喷吹99.2413060.03170.007376.970.02190.1074 2.620.5343与复合喷吹相比-0.1130.00750.00074.25-0.0141-0.0676-0.46-0.0997表4复合旋转喷吹工艺与复合喷吹工艺的脱硫效果对比项目低转速(0~20)r/min中转速(20~40)r/min高转速(40~60)r/min复合喷吹工艺正常罐压(0.63MPa )脱硫率/%74.7379.4777.60脱硫率72.63%,单耗0.036kg/t 镁粉单耗/(kg ·t -1)0.0220.0210.023高压罐压(0.65MPa )脱硫率/%73.3968.4278.44镁粉单耗/(kg ·t -1)0.0270.0270.022低压罐压(0.60MPa )脱硫率/%78.4867.4664.29镁粉单耗/(kg ·t -1)0.0220.0250.025于1350℃时,采用30~60r/min 的中高转速脱硫效果较好;铁水温度高于1350℃时,采用0~30r/min 的中低转速脱硫效果较好。
因铁水条件差异,实际生产中一般采用20~40r/min 的转速。
3.3旋转喷枪喷出孔设计由表2看出,复合旋转喷吹工艺将原有直筒枪喷出孔内径更改为8~12mm 。
因在原有复合喷吹工艺的作业情况下,复合旋转喷枪增加了喷吹孔个数,在工作压力不变的情况下,会造成喷出孔压力降低,从而产生粉剂速率不稳定、堵料堵枪故障发生。
因而需要对喷出孔内径进行相应缩小,从而达到稳定的粉剂喷吹速率,减少各类故障发生。
喷出孔位置距底部100~200mm ,相应的也减少了喷吹孔铁水静压力,并为喷枪升降后处理粘渣预留了空间。
3.4脱硫工艺参数优化铁水脱硫预处理需要实现高效、低成本运营,以同时满足生产、成本管理需要,还要控制铁水脱硫过程铁水喷溅等损失。
复合旋转喷吹工艺在原有复合喷吹工艺的基础上,增加了旋转喷吹。
喷吹速率的变化(即通过喷吹罐压的变化实现喷吹速率的变化)、旋转喷枪的转速变化都对脱硫效果、喷溅控制产生影响,需要重新制定脱硫工艺参数。
