KR搅拌法脱硫工艺黄彩云【期刊名称】《金属世界》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】5页(P56-59,76)【作者】黄彩云【作者单位】唐山钢铁国际工程技术有限公司,河北唐山063000【正文语种】中文内容导读文章介绍了KR搅拌法脱硫工艺的反应机理、生产工艺流程、主要工艺设备组成、工艺设计特点。
由于KR搅拌法动力性能优越，脱硫剂价格低廉，脱硫效果比较稳定，效率高，脱硫剂消耗少，所以比较适应于低硫品种钢要求高、比例大的钢厂采用，成为铁水深脱硫的首选工艺。
但是，KR搅拌法脱硫工艺也存在着一些不足，如脱硫剂的消耗量大、造渣量大、过程温降大、基建投资费用很大等等。
各钢铁厂也需要根据自身的生产工艺及产品定位，来选择适合自身的脱硫工艺，从而扩宽自身的产品范围，且产品更能适应市场的需求。
钢中的硫元素一般以硫化物的形式存在，如果钢中的含硫量高，就会降低钢材的加工性能和使用性能，而且在热加工过程中会产生“热脆”现象，出现断裂。
随着科学技术的发展，广大用户对钢材质量的要求越来越高，尤其对钢中含硫量提出了更严格的要求。
铁水脱硫不但可以减轻高炉、转炉的冶金负荷，还能提高其经济技术指标，且为开发高品质钢种创造先决条件，成为冶炼低硫洁净钢不可或缺的技术手段之一。
在当前钢铁厂内使用较为普遍的脱硫方式为两种：喷吹法和搅拌法。
文章着重介绍KR[知识小贴士]搅拌法脱硫工艺。
KR 法脱硫使用的脱硫剂为 CaO 和 CaC2。
由于 CaC2 的稳定性差，价格较贵，在运输及存储时安全隐患很高，大多用户逐渐降低其使用量，基本上采用价格低廉，货源广泛的 CaO 来代替 CaC2。
其反应机理[1]：注：(s)为渣中硫，[s]为钢中硫。
KR 法脱硫就是将浇注耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头，浸入铁水包熔池一定深度并使之旋转，旋转过程中使铁水液面形成“V”形旋涡，氧化钙微粒从搅拌头端部区域沿着半径方向“喷出”，然后悬浮，绕搅拌头旋转并上浮于铁水中，简而言之就是借助机械搅拌作用使氧化钙脱硫粉剂卷入铁水中并与之充分接触，混合、搅动，进行脱硫反应，从而达到脱硫的目的。
常用脱硫剂种类及其反应特点，脱硫生产指标，KR法脱硫的生产工艺流程和脱硫的基本操作铁水预处理，炼钢生产中主要是指铁水在进入转炉之前的脱硫处理。
广义的铁水预处理是指包括对铁水脱硫、脱硅、脱磷的三脱处理，另外还有特殊铁水的预处理，如含V铁水的提V等。
铁水脱硫是二十世纪70年代发展起来的铁水处理工艺技术，它已成为现代钢铁企业优化工艺流程的重要组成部分。
铁水脱硫的主要优点如下:1.铁水中含有大量的硅、碳和锰等还原性的元素，在使用各种脱硫剂时，脱硫剂的烧损少，利用率高，有利于脱硫。
2.铁水中的碳、硅能大大提高铁水中硫的活度系数，改善脱硫的热力学条件，使硫较易脱致较低的水平。
3.铁水中含氧量较低，提高渣铁中硫的分配系数，有利于脱硫。
4.铁水处理温度低，使耐火材料及处理装置的寿命比较高。
5.铁水脱硫的费用低，如在高炉、转炉、炉外精炼装置中脱除一公斤硫，其费用分别是铁水脱硫的2.6、16.9和6.1倍。
6.铁水炉外脱硫的过程中铁水成份的变化，比炼钢或钢水炉外处理过程中钢水成份的变化对最终的钢种成份影响小。
采用铁水脱硫，不仅可以减轻高炉负担，降低焦比，减少渣量和提高生产率，也使转炉也不必为脱硫而采取大渣量高碱度操作，因为在转炉高氧化性炉渣条件下脱硫是相当困难的。
因此铁水脱硫已成为现代钢铁工业优化工艺流程的重要手段，是提高钢质量、扩大品种的主要措施。
早期的铁水脱硫方法有很多种:如将脱硫剂直接加在铁水罐罐底，靠出铁铁流的冲击形成混合而脱硫的铺撒法。
也有将脱硫剂加入装有铁水的铁水罐中，然后将铁水罐偏心旋转或正向反向交换旋转的摇包法。
之后逐步发展至今天采用的KR搅拌法及喷枪插入铁水中的喷吹法。
第二节常用脱硫剂及脱硫指标一、常用脱硫剂经过长期的生产实践，目前选用作为铁水脱硫剂的主要是Ca、Mg、Na等元素的单质或化合物，常用的脱硫剂主要有:Ca系:电石粉(CaC2)、石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)等Mg系:金属Mg粉Na系:苏打(Na2CO3)二、常用脱硫剂反应特点1.电石粉碳化钙脱硫反应为用CaC2脱硫有如下特点:1)在高碳系铁水中，CaC2分解出的Ca离子与铁水中的硫有极强的亲和力。
KR法铁水脱硫工艺的发展、脱硫的原理及其探讨摘要：介绍了KR法铁水脱硫工艺的发展、脱硫的原理、该工艺的优、缺点及影响脱硫效果的因素，对喷吹和KR脱硫工艺进行了比较，为铁水脱硫装置的选择提供借鉴。
关键词：铁水预处理；脱硫；搅拌；喷吹前言铁水预处理已成为现代化的炼钢生产工艺：铁水预处理—复吹转炉—炉外精炼—全连铸和热装热送．当下用户对钢材质量要求越来越苛刻，一般要求钢中的硫含量控制在0.015%以下，有的甚至要求达到“双零”的超低硫水平，而且考虑到减轻转炉的冶炼任务和减少转炉消耗指标，使各冶炼设备的任务更加单一化、专业化，发挥各自的特长，因此近年来国内新建转炉钢厂都配备了铁水脱硫装置，老厂则经过改造配备了脱硫装置．搅拌法作为一种主流脱硫工艺，在国内许多钢厂得到了很好应用．1搅拌脱硫工艺1．1搅拌脱硫工艺在国内的发展KR搅拌法是日本新日铁广烟制铁所于1965年用于工业生产的铁水炉外脱硫技术［1］，早在1976年武钢二炼钢就从日本新日铁引进了国内第一台搅拌法脱硫装置，单罐处理能力为70～80t，处理周期约85min，采用CaC2基作为脱硫剂，由于当时该套装置的消耗指标及运行成本均较高，处理周期长，所以并没有在国内得到广泛推广．随着时间的推移，搅拌法脱硫工艺经过近二十年的发展，已形成为一种成熟稳定的脱硫工艺，无论消耗指标、运行成本还是处理周期都大大降低．2000年武钢二炼钢在消化了第一套搅拌法脱硫工艺的基础上，联合原武汉钢铁研究设计总院自主设计和建造了第二套搅拌脱硫装置．2001年宝钢集团一钢公司从日本川崎重工引进两套150t搅拌脱硫装置，2002年原武汉钢铁研究设计总院又在昆钢建造了两套55t的搅拌脱硫装置，2003年原上海冶金设计研究院在宝钢集团上钢三厂建造了两套40t的搅拌脱硫装置．2007年在武钢新二炼钢新建两套200t、马钢四炼钢新建两套300t搅拌脱硫装置．韶钢新一钢工程在建两套130t搅拌脱硫装置，这样在国内已形成了300t、200t、150t、130t、80t、55t、40t的搅拌脱硫大、中、小系列．1． 2 搅拌法脱硫工艺的原理所谓搅拌法脱硫工艺，是将浇铸耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头，插入到有一定量铁水的铁水罐中旋转，使铁水形成漩涡，然后将经过称量好的脱硫剂通过振动给料(或旋转给料器)加入到旋转的铁水中．脱硫剂进入铁水罐后，迅速被漩涡卷入铁水中，在不断的搅拌过程中与铁水中的硫充分反应，从而脱硫的．影响脱硫速度的因素主要有二，一为脱硫剂种类，二为动力学条件．研究证明，动力学条件的影响大于脱硫剂种类的影响，搅拌速度高达 120r/min，铁水充分旋转，获得了良好的冶金动力学条件，投入的脱硫剂能够充分的反应，因此脱硫效率高达 95%以上．目前搅拌法脱硫工艺以石灰作为脱硫剂，再配入少许萤石、铝渣作为助熔剂．当铁水中的硅含量在0. 05!以上时，脱硫反应为: 反应生成的CO 气体对铁水起到搅拌作用，更加快了脱硫反应的进行．因为高炉铁水中的硅含量一般均大于0. 05%，因此脱硫反应均为(1)式．在反应式(1)中生成的Ca 2 SiO 4 层将石灰颗粒包住，此层质地紧密，且熔点高，阻碍了铁水中的硫透过它向深部扩散，使脱硫速度变缓，且生成的致密层包住新加入的石灰，增加了石灰的消耗，因此向脱硫剂中配入萤石等助熔剂，生成低熔点物质，从而使铁水中的硫进一步与石灰反应，能提高脱硫效率约 20%［2］．由于降低氧势可以提高脱硫效率，因此部分钢厂向铁水中加入铝渣，通过铝脱氧来降低氧势［3］．1． 3 搅拌法脱硫工艺的优缺点1． 3． 1 搅拌法脱硫工艺的优点1) 脱硫效率高而稳定搅拌法脱硫工艺由于其良好的动力学条件及重现性，使脱硫效率高而稳定，且回硫少，国内某厂，采用搅拌法一个班处理了8 炉铁水，7 炉达到0. 001%，一炉为0. 002%，而采用石灰加镁粉的喷吹法则较难达到这个水平，且回硫情况较严重［4］．2) 脱硫剂搅拌法采用石灰基脱硫剂，运输与储存无需特殊措施，镁基喷吹法脱硫工艺所用镁粉需钝化处理，且运输和储存需有防护措施．3) 运行成本无论是喷吹工艺还是搅拌工艺，主要运行成本为脱硫剂和耐材．搅拌装置的搅拌头经过多年的改进，寿命已经大大提高，目前通常大于250 炉，在武钢高达500 多炉，而喷吹法喷枪的寿命通常在60 多炉;搅拌装置采用石灰基的脱硫剂，来源广泛，价格低廉，而镁基脱硫剂价格很高，且受市场的波动影响较大，通过对国内某厂生产数据的分析，在铁水终点硫≤0. 005%时，搅拌法比喷吹法运行成本低，而当铁水终点硫＞ 0. 005%，喷吹法比搅拌法运行成本低．1． 3． 2 搅拌法脱硫工艺的缺点1) 设备较大，占用面积较多．2) 一次性投资较大．3) 铁水的温降较大．4) 铁损较大．5) 处理周期较长．1． 4 影响搅拌法脱硫效率的因素影响搅拌法脱硫效果的主要因素如下．1) 在进行搅拌脱硫之前，铁水液面上的渣子不能太多，否则将会影响脱硫剂的充分反应．因此在搅拌脱硫之前需进行前扒渣，以扒除70%的渣量为宜，或者采用已成熟的捞渣工艺，韶钢KR 脱硫装置中选用了山东烟台的新型捞渣装置．2) 搅拌桨的转速不能太低，否则达不到良好的动力学条件，脱硫效率降低．通常搅拌作业时的正常转速为 100 ～120 r/s，随着搅拌头的损耗，可适当提高搅拌桨的转速，以保证良好的动力学条件．3) 脱硫剂必须是粉剂，以增加反应面积，使铁水中的硫与石灰充分接触．如果脱硫剂颗粒太大，则脱硫剂无法充分反应，且增加了单耗，直接影响脱硫效果．通常要求脱硫剂＜3 mm．4)脱硫剂主要成分是石灰，因此石灰的质量对脱硫效果影响非常大，主要是石灰中的 CaO 含量、石灰的活性度及石灰中的硫含量．5) 搅拌桨的插入深度要适当，插入深度过深或过浅都会直接影响到脱硫效果，过浅，搅拌时喷溅严重，且铁水罐内下部铁水搅动效果差;过深，则上部的铁水搅动较差．2 搅拌法与喷吹法比较2． 1 脱硫工艺比较两种脱硫工艺的比较见表 1．2． 2 脱硫运行成本估算比较脱硫运行成本估算的比较见表 2．2． 3 两种脱硫方法的分析评价通过对两种脱硫工艺的脱硫效果和运行成本综合比较，可见搅拌法在深脱硫和总成本方面优势突出．对于大中钢铁企业，从长远考虑并结合生产实际，KR 搅拌法铁水预脱硫应是更具有深远价值的选择．3 结论搅拌法脱硫工艺作为一种高效，低成本的脱硫工艺在国内外已得到广泛推广，在国内已经形成由小到大的系列产品．尽管搅拌脱硫设备的一次性投资较大，但脱硫效果好，运行成本低，收回投资快．因此搅拌法脱硫将成为今后的一种主流脱硫工艺，得到更广泛的推广，并有向三脱处理工艺演化的趋势．。
