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1、 10炼铁技术通讯2009年第 2期 铁水炉外处理新工艺 周占兴 刘江姜学仕 ( 北台钢铁集团设计院 ) 摘要: 为炼钢提供低硅、低硫铁水, 降低炼钢生产成本, 满足冶炼高附加值精品钢需要, 提出了新的铁水炉 外处理工艺, 该工艺是在炉前出铁场增加副铁沟、反应器、加料罐、副撇渣器和除尘器等设备, 实现了铁水在 出铁场集中脱硅、脱硫、增硅一套系统三种方式的复合工艺。该工艺设备简单、投资少, 使用方便, 经济实用。 关键词: 脱硅脱硫增硅输料器反应器撇渣器 1 概况 随着科学技术的飞速发展 ,对钢材质量的要 求越来越高 。提高钢材的纯净度 , 可显著提高钢 材的性能与使用寿命 。以纯净钢为代表的高
2、附加 值钢铁市场需求日益增加, 促使很多钢铁企业积 极研究开发纯净钢生产工艺。降低钢中夹杂物特 别是降低碳钢中硫的含量, 是提高钢材综合性能 的最佳途径 。 北台钢铁集团炼铁厂采用的是中小炼铁高 炉 。为便于化渣 ,高炉冶炼时用较高化学热保证 较高的物理热, 致使生产炼钢铁水的硅含量达到 0. 3% 1. 0%; 硫含量平均达到 0. 05% 0. 06%, 这对炼钢生产过程控制、成本控制和质量控制是 极其不利的 。为解决该难题, 我们借鉴国内外炉 前脱硫经验 ,研制出了高炉炉前脱硅 、 脱硫、增硅 “二脱一增 ”复合工艺 , 具有很好的推广应用前 景 。 2 设计理念 铁水炉外处理技术作为提
3、升钢铁产品质量和 发展品种的重要手段之一 。根据国外资料介绍以 脱硫为例: 每脱除 1 硫的生产成本炼钢前铁水 预处理为 10. 5美元、 高炉内为 27美元 、 炉外精炼 为 64美元、 转炉为 177美元 。因此国内外都在探 讨炼钢前铁水“三脱”预处理工艺, 如能在高炉生 产过程实施铁水部分预处理, 那么因节省炼钢时 间和其它材料的消耗 ,所创造的经济效益 、 质量效 益是可观的 。 高炉铁水既要有高的物理热,同时又要低硅、 低硫, 并长期稳定 ,这对炼铁高炉来说是困难的, 为解决这些矛盾 , 不得不在原燃料上限制高硫物 料进入高炉 ,采取高碱度渣实现降硫的目的,但高 碱度必然增加渣量和焦
4、比 。即使如此 ,也不能完 全满足冶炼精品钢的需求 。冶炼精品钢最佳的办 法是预先进行钢铁水脱硫、脱硅等。图 1为北钢 高炉铁水硫含量分布图。 图 1脱硫前铁水硫含量分布图 1. 周占兴, 机械工程师, 1983年毕业于黑龙江矿业学院矿山机械专业。现就职于北台钢铁集团设计院工艺机械室, 从事工艺和机械设计 工作, 2211163. 周占兴刘江姜学仕铁水炉外出路新工艺 11 北台钢铁集团炼钢厂现有脱硫站二个, 脱硫 率低, 大量的脱硫、脱硅等工作积累到炼钢工序 中 。 增硅是在需要提供特殊的铸造铁水时, 可在 上述的相同装置中,添加增硅剂 ,以提高铸造铁水 的流动性能 ,减少了高炉冶炼铸造生铁的
5、繁杂工 艺要求 、 从而在不增加冶炼成本的前提下 ,冶炼出 高附加值铸造生铁。 3 工艺与设备简介 3. 1 系统组成与工艺原理 3. 1. 1系统组成 该系统主要由副沟 , 反应器 、输料设备、副撇 渣器等组成 。输料设备由支架 、料罐 、输料机、等 组成。 ( 见图 2) 为了确保不因脱硅、 脱硫影响高炉正常出铁, 反应器 、 输料设备设置在铁水沟一侧 ,采用铁水副 沟与主沟连通, 生产时可根据需要通过挡板使铁 水通过副沟进行脱硅 、 脱硫或维修 ,不脱硅、脱硫 时铁水走主沟,确保脱硫与不脱硫两不耽误。 反应器采用耐火材料制造 , 由搅拌区、反应 区 、 出铁口等组成 。 输料设备采用重力
6、、螺旋机械的方式进行输 料 ; 熔剂装在料罐里, 料罐采用小储料周转式料 罐 ,料罐装料量为 1 2炉次的熔剂量 ,方便更换、 调整; 料罐下安装有称重传感器 ,传感器信号与值 班室微机相连,值班室可根据铁水硅 、 硫含量确定 熔剂需要量 ,通过调整变频调速电机转速实现熔 剂下料量的变化 。 该系统的工作过程是 : 装满的熔剂罐经天车 吊装到设备系统上,打开插板阀 ,下料操作 。输料 操作与铁水进入反应器基本是同步进行, 铁水流 动与熔剂自动搅拌, 并反应。尚未充分反应的在 途经副沟期间继续反应, 反应产生的渣到达副撇 渣器后由人工清渣 ,处理后的铁水经沟嘴流入铁 水罐内 。反应器及副沟上部设
7、置除尘器进行同步 除尘。 3. 1. 2工艺原理 脱硅反应: 脱硅剂的有效成分 与铁水中 的 发生反应, 生成铁及 2, 铁进入铁水中, 2经撇渣器人工清除 ,反应式如下: + - 2 + 。 脱硫反应 : 脱硫剂中的 2 3、 、 与 铁水中的 发生反应 ,生成硫化物等形成渣, 用反 应式如下: ( 2 3) ( 2)+ 2 ( 2 )+ ( 2 )+ ( ) ( )+ + ( )+ + 3. 2 装置的主要特点 1) 设备简单、体积小、便于炉前安装 ; 投资 省 ; 同时可满足炉前脱硅 、 脱硫 、 增硅多种生产工 艺需要 。 2) 设备采用机械螺旋式无级调速输料, 解决 了生产上的均匀
8、、 定量 、 变量给料需求。克服了载 气法铁水降温大、系统复杂 、 投资大, 喷吹到铁水 表面部分被除尘管路吸走的问题。 3) 料罐采用周转式, 每次铁一般只需换一个 料罐即可,每个料罐重约 3 左右 , 料罐采用快速 插接,每个料罐更换时间不超过 2 ,调整 、 更换 方便。 4) 反应器设计上实现了铁水沟内自动搅拌、 集中反应及存铁冷凝问题 ,解决了投撒法 、 喷吹法 不能沟内搅拌,反应不集中 、 不充分的问题 。增加 了沟内反应时间 , 实现了沟内完成反应 70%左 右 。 图 2 铁水炉外处理示意图 12炼铁技术通讯2009年第 2期 5) 反应器上的输料设备及除尘罩可采用手 动折叠或
9、电动推杆回转,不影响反应器的维修 ,不 影响炉前作业面积。 3. 3 工艺存在问题及应对 脱硅剂主要成分是除尘灰 , 除尘灰堆比重 1. 8 / 3 ,粒度 0. 05 -0. 1 ,全铁含量要求大于 55%。采用烧结机头除尘灰配加辅料, 然后适当 混匀、罐装即可。 脱硅反应属于氧化放热反应 ,理论上讲脱硅 反应可提高铁水温度; 炉前铁水脱硫反应属于还 原吸热反应 ,实际检测脱硫反应一般能造成铁水 降温 30 50 左右, 实践证明 50降温对炼钢的 影响很小。 脱硫剂主要有 、 、 2、 3等。脱 硫剂无论采用 、 、 2、还是 3都产 生碱性渣,在副撇渣器中清除了大部分渣 ,剩余渣 可以由
10、脱硫站或混铁炉前二次扒渣 ,因此此工艺 比人工投撒法脱硫效果要好。 脱硅剂消耗量按吨铁 17. 8 计, 反应后生 成金属铁 6 。 假设铁水中 由 0. 45%脱至 0. 2%, 每次出铁按 100 计算 ,则 100 铁脱除硅为 250 ,每次出铁需要脱硅剂 1. 78 ,脱硅剂生成金 属铁 0. 6 。产生的总渣量 250 +1780 -600 = 1430 。铁水增加量 600 - 250 = 350 。副撇渣 器按 70%量清除渣 ,则副撇器清渣量约 1 , 进入 铁水罐渣量 0. 4 ,实际铁水罐渣净增量 400 - 250 = 150 ,每炉铁按二个铁水罐计 ,则每个罐增加 渣量
11、 75 。由于脱硅剂反应后形成的渣为高碱 度渣, 而铁水罐内衬采用的都是碱性耐火材料 ,因 此不会对铁水罐产生腐蚀 。每罐 75 渣的增加 量 ,不会造成大量渣黏结, 因此不会对铁水罐产生 大的影响。 由于采用机械式输料 ,没有罐式输送的载气, 因此除尘不需要对载气进行回收 , 除尘任务主要 就是对反应过程中产生的烟尘回收 ,由于反应主 要集中在反应器内,烟尘相对集中,不象投撒法烟 气布满整个铁沟 ,完全可以在反应器及副沟上设 置除尘罩。 采用“二脱一增 ”复合工艺增加的工作量主 要有: 更换料罐、开插板阀 、熔剂输送、轧副沟、清 理副撇渣器渣及除尘等。 更换料罐采用炉前天车专用吊装工具吊装,
12、 吊装时间限制在 2分钟; 开插板阀采用手动或电 动插板法方便快捷 ; 熔剂输送采用值班室或炉前 自动控制,不影响生产操作 ; 每次清理副撇渣器产 生的渣重量约 1吨 ( 100吨铁计 ) , 清理副撇渣器 的渣可采用锚件, 天车吊装清理 。小周转料罐式 脱硅、脱硫增加的工作量不大, 比投撒法增加的工 作量要小的多, 炉前每班增加一人完全可满足工 作需要 ,不设专人负责脱硅 、 脱硫也可以生产。 此工艺出铁场需做很大的改动, 一般在高炉 大修改造时实施上述工艺过程为最佳。 4 现场实验效果 2008年在北钢 6号高炉出铁场进行了脱硅、 脱硫实验。临时在主铁沟上制作简易反应器 ( 因 出铁场位置
13、限制 ,只能在主沟上设置) ,上部安装 了机械螺旋式无级调速输料器 ,按上述操作方式, 分别进行了脱硅 、 脱硫实验 。 4. 1脱硫效果 脱硫剂成分 : 生石灰 ( 活性石灰 , 87%、 22. 9%、 0. 028%,活性度 400 ) ,脱硫前后 变化数据如表 1: 表 1脱硫实验数据 序号 硫 % 铁水温度 ( ) 溶剂消耗 / 脱前脱后脱前脱后 080422010. 060. 0251430140011 080422020. 0550. 0331380136010 4. 2脱硅效果 实验时采用的是 - 305脱硅剂, 脱硅前 后变化数据如表 2: 表 2脱硅实验数据 序号 硅 %
14、铁水温度 ( ) 溶剂消耗 / 脱前脱后脱前脱后 080422030. 50. 11430140015 080422040. 50. 091380136014 从实验可以看出 : 脱硫 、 脱硅效果还是很可观 的 。后因出铁场位置限制 ,无法设置反应器、 副铁 水沟和副撇渣器等, 停止了试验 。北钢集团决定 此项目作为保留项目 ,待适当时机正式投入应用。 周占兴刘江姜学仕铁水炉外出路新工艺 13 5经济效益估算 5. 1脱硅 由于脱硅过程是在周转时间内完成, 因此节 省了炼钢时间 。按有关资料介绍 , 铁水含硅量下 降 1. 33%, 转炉利用系数提高 18% 20%, 石灰 用量可下降 20
15、 / ,降低氧气单耗,吨钢成本降低 42. 9元。 如果北钢年钢产量按 500万 计算 , 吨钢成 本下降按 30元计算,则年创效益 15000万元 。 5. 2脱硫 从国外一些钢铁厂的实际经验证明: 高炉铁 水采用炉外脱硫后,高炉炉渣碱度可以从 1. 25降 至 1. 06, 焦比可降低 36 / , 生产率提高 13%; 铁水炉外脱硫费用仅占低碱度运行所节省费用的 83%。每吨铁水还能节省约 0. 8美元 。铁水炉外 脱硫处理,对转炉炼钢也是十分有利的。用低硫 铁水, 不需造高碱度渣, 因此节省了石灰用量, 减 少了转炉渣量 ,降低了金属损失 。与传统炼钢操 作相比 ,钢渣碱度可以从 4降
16、到 3,石灰加入量可 减少 20 / , 渣量可减少 25 / , 金属收得率提 高约 0. 6%。吨钢可节省成本 3. 41美元 。北钢 年产钢量按 500万 计算,年可节约 3. 41 8. 3 500= 14151万元 。 对炼铁而言 ,该工艺减少了高炉受原燃料 、 炉 温 、 碱度的限制 ,生产操作水平要求降低 ,同时由 于炉前增加了一个可根据生产需要的补救、保证 工序, 降低炉况波动带来的损失 ; 5. 3增硅 在冶炼铸造铁时可采用该工艺装置加硅粉, 通过炉前铁沟实现增硅操作, 以满足铸造生铁铸 造性能的要求 。这种工艺操作, 减轻了对炼铁高 炉高炉温操作要求,产生效益也是很可观的。
17、 6 结论 该工艺与喷吹法、炼钢前设脱硫站单独脱硫 等工艺相比 ,设备简单 、 投资小 、 操作方便 ,投入产 出比大 。综合效益极好,值得推广和利用 。 参考文献 1 周传典高炉炼铁技术手册北京: 冶金工业出版社. 2005 2 许增启炉外精炼北京: 冶金工业出版社. 1994 1 赵沛炉外精炼及铁水预处理北京: 冶金工业出版社. 2004 ( 上接第 9页 ) 表 1中由于使用的煤种多且多为硬质煤 ,中 速磨台时产量偏低,主要原因是使用顺峰、唐山中 和及乌海西产地的原煤煤质硬 。 2006年 5月实验 天良、保都无烟煤 ,消耗本井及乌海西产地的硬质 无烟煤 。消耗本井及乌海西产地的硬质无烟
18、煤 。 顺峰和本井无烟煤 1: 1比例混合。烟煤比从 4月 27日开 始由 30%提高 到 40%。 本月 烟煤比 30%。消耗硬质无烟煤。 10月 11日起烟煤比由 40%提高到 45%, 10 月 12日烟煤比又恢复到 40%。 9月 22日配加助燃添加剂, 9月 29日停 止 。 10月 23日起烟煤比由 40% 降到 35%。 6 结束语 宣钢炼铁厂 1800 3 高炉喷煤系统经过对原 煤配比比例、制粉各工艺参数的及时 、有效的调 整, 原煤输送、中速磨磨机本体 、 制粉、喷吹等设备 一系列改造后 , 提高了台时产量 , 截止 2007年 3 月, 9号高炉中速磨台时产量均达到了 35 / 以 上, 故障发生率明显降低 、提高了高炉喷吹煤粉 量, 提高喷煤比节焦降耗, 确保了高炉顺行 , 达到 了预期的效果 。现在,经改造的设备运行良好、稳 定。改造及时 、 方便 ,解决了生产实际难题。起到 了节焦降耗 ,降低生铁成本的作用 。在今后的生 产实践中还需要继续摸索实践以达到更好的效 果。