馬鋼300轉(zhuǎn)爐煉鋼鐵水預(yù)處理工藝選型

馬鋼300轉(zhuǎn)爐煉鋼鐵水預(yù)處理工藝選型

鐵水預(yù)處理技術(shù)可以經(jīng)濟(jì)有效地生產(chǎn)清潔鋼（如w（s）0.05%，w（p）0.005%）。這是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流的一個(gè)重要組成部分。馬鞍山鋼鐵股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱馬鋼)原煉鋼系統(tǒng)建有3座鐵水脫硫預(yù)處理裝置,分別采用單噴顆粒鎂、鎂粉和石灰混噴兩種鐵水預(yù)處理脫硫工藝,脫硫率可以達(dá)到80%以上,能夠滿足一般品種鋼生產(chǎn)的需要。馬鋼新區(qū)300t轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)一期工程設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)鋼567萬t,鐵水采用魚雷罐運(yùn)輸,鐵水單元主體設(shè)備為2座鐵水倒罐站和2座鐵水預(yù)處理站,馬鋼最終產(chǎn)品主要為汽車板、高檔家電板和高級(jí)別管線等。為保證產(chǎn)品質(zhì)量,鐵水預(yù)處理的建設(shè)和工藝設(shè)備選型至為關(guān)鍵。通過多方認(rèn)證、比較,最終選擇采用KR攪拌法進(jìn)行鐵水預(yù)處理,并于2005年開始設(shè)計(jì),2007年3月熱試、投入生產(chǎn)。1鐵水預(yù)處理技術(shù)的選擇1.1鐵水包脫硫工藝的比較隨著鐵水預(yù)處理技術(shù)的不斷發(fā)展,國(guó)內(nèi)鐵水預(yù)處理方式主要為攪拌法(KR)和噴吹法,基于馬鋼新區(qū)鐵水預(yù)處理以鐵水全脫硫?yàn)橹鞯墓に嚹康?為了做好預(yù)處理工藝選型,重點(diǎn)對(duì)鐵水脫硫進(jìn)行了對(duì)比分析。1)動(dòng)力學(xué)條件比較。噴吹法由于載氣與鎂的密度和總質(zhì)量遠(yuǎn)小于鐵水,它們上浮產(chǎn)生的鐵水對(duì)流運(yùn)動(dòng)較弱,罐底與噴吹口成90°夾角區(qū)域?yàn)樗绤^(qū);而KR法因攪動(dòng)產(chǎn)生鐵水旋渦運(yùn)動(dòng),故動(dòng)力學(xué)條件遠(yuǎn)好于噴吹法。KR攪拌法流場(chǎng)如圖1所示(圖中圓點(diǎn)和箭頭分別代表脫硫劑和鐵水運(yùn)動(dòng)方向)。由圖1可看出,KR攪拌形成了鐵水的循環(huán)流動(dòng),在鐵水包中無死區(qū),這大大改善了脫硫的動(dòng)力學(xué)條件,減少了脫硫劑的消耗。生產(chǎn)實(shí)踐表明:攪拌時(shí)間只需要5min就可使脫硫劑可以得到充分的利用,脫硫速度快、效果好,鐵水初始w(S)=300×10-6時(shí),處理終點(diǎn)w(S)可達(dá)10×10-6以下。文獻(xiàn)認(rèn)為:較之噴吹法,攪拌法的出現(xiàn)使得脫硫過程中的動(dòng)力學(xué)條件得到了根本性的改善。綜合比較,在幾種預(yù)處理脫硫工藝中,鐵水包KR法脫硫的動(dòng)力學(xué)條件是最優(yōu)的。2)熱力學(xué)條件比較。噴吹鎂粉脫硫,隨著鐵水溫度的升高,鎂的氣化速度加快,形成的氣泡較大,鐵水黏度降低,鎂的氣泡上浮速度較快,從而降低鎂在鐵水中的停留時(shí)間,導(dǎo)致鎂脫硫劑的利用率降低,而石灰基脫硫劑隨著鐵水溫度的升高,越利于石灰熔化,有助于提高石灰脫硫的利用率,尤其在鐵水溫度大于1400℃的情況下,KR攪拌法的熱力學(xué)條件優(yōu)于噴吹法。3)脫硫效果比較。攪拌法(KR)和噴吹法鐵水預(yù)處理脫硫效果比較如表1所示。KR攪拌法脫硫深度可達(dá)痕跡(脫后鐵水w(S)≤0.001%),且脫硫穩(wěn)定性高;噴吹法深脫硫后鐵水w(S)最低只能達(dá)到0.002%~0.005%,且脫硫效果穩(wěn)定性差,波動(dòng)大。KR攪拌法形成的脫硫渣量大且以CaS為主,CaS熔點(diǎn)2400℃呈固態(tài),相對(duì)密度在1.2~1.4,渣鐵分離較好,扒渣容易,鐵損小,轉(zhuǎn)爐回硫量小;噴顆粒鎂法脫硫渣以MgS為主,盡管熔點(diǎn)也在2000℃以上,但因其渣量少溫度高,渣稀致渣鐵界面不清晰;同時(shí)MgS相對(duì)密度在2.8左右,脫硫渣在鐵水的嵌入深度較深,脫硫渣鐵分離不好,扒渣困難。若要將脫硫渣扒干凈,則鐵損增加,同時(shí)轉(zhuǎn)爐回硫控制也不穩(wěn)定。因KR攪拌法石灰脫硫劑熔解要吸熱加上用量大,故其處理周期與處理溫降相對(duì)較大;而噴吹法脫硫劑是顆粒鎂,脫硫反應(yīng)為放熱反應(yīng),加之用量少,其處理周期與處理溫降相對(duì)較小。4)投資及運(yùn)行成本。噴吹法采用1套鎂粉儲(chǔ)料罐和噴吹罐,設(shè)備簡(jiǎn)單,基建投入少,總投資約1000萬元,但對(duì)顆粒鎂粒度、阻燃時(shí)間要求較高;KR攪拌法工藝裝備復(fù)雜,占地面積大,與噴吹法比較,投資增加近1倍,但冶金效果和成本具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。1.2關(guān)于鐵水預(yù)處理的確定KR攪拌脫硫工藝和噴吹法脫硫工藝均為成熟的脫硫工藝,KR攪拌法在動(dòng)力學(xué)條件方面更優(yōu)。選擇何種鐵水預(yù)處理方式還要根據(jù)鋼鐵企業(yè)的具體情況而定。馬鋼最終選擇KR攪拌法,還基于以下幾方面的考慮:1)KR攪拌法使用的脫硫劑主要為石灰粉,第四鋼軋總廠建有3座石灰窯為煉鋼和精煉提供石灰,此過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品粉灰恰好可以作為攪拌法的原材料,既減少了外排的壓力同時(shí)節(jié)省了購買預(yù)處理原材料的費(fèi)用。2)考慮到KR攪拌法對(duì)深脫硫的效果比噴吹法要好,能夠?qū)㈣F水中硫脫至痕跡,脫除率非常高,給低硫品種鋼的冶煉奠定了基礎(chǔ)。3)KR攪拌法使用的原料相對(duì)較多,脫硫后的渣比較容易上浮積聚,便于扒除,從而減少帶入轉(zhuǎn)爐的鐵水脫硫后的鐵水渣,轉(zhuǎn)爐吹煉過程回硫現(xiàn)象得到遏制,為低硫品種鋼的生產(chǎn)創(chuàng)造了有力條件。綜合考慮,馬鋼新區(qū)300t轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)采用KR攪拌法進(jìn)行鐵水預(yù)處理。建設(shè)2座預(yù)處理站,每個(gè)站內(nèi)設(shè)1個(gè)攪拌處理工位和2個(gè)扒渣工位。其主要功能是對(duì)鐵水進(jìn)行脫硫處理,為轉(zhuǎn)爐提供硫含量適合的鐵水,同時(shí)預(yù)留有“脫硅”、“脫磷”功能。圖2為馬鋼新區(qū)鐵水預(yù)處理脫硫工藝流程。2生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比2007年3月,KR鐵水預(yù)處理裝置熱試、投產(chǎn)以后,取得良好的脫硫效果,脫硫率超過92%,達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)企業(yè)水平。但成本較高,主要表現(xiàn)在脫硫劑加入量過多,鐵損大。表2為生產(chǎn)初期KR主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比。在后續(xù)的生產(chǎn)中,通過設(shè)備不斷改進(jìn)和工藝優(yōu)化逐步解決了脫硫劑單耗高、攪拌頭壽命低、扒損大等問題,并針對(duì)鐵水原始硫含量和鋼種成品硫要求對(duì)脫硫工藝進(jìn)行了優(yōu)化,在穩(wěn)定質(zhì)量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低了成本。2.1存在的問題及解決方案投產(chǎn)初期,攪拌頭壽命在全部深脫硫的情況下為2000min、260次左右,壽命偏低,對(duì)生產(chǎn)有一定的影響,與國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平(450次)相比差距較大,因此提高攪拌頭壽命的工作非常必要。通過分析,造成攪拌頭壽命低的主要原因有:1)耐材質(zhì)量不穩(wěn)定。少數(shù)攪拌頭的生產(chǎn)制作過程中存在缺陷,在現(xiàn)場(chǎng)使用初期就發(fā)生大面積耐材剝落現(xiàn)象。另外有部分?jǐn)嚢桀^制作精度差,上線后振動(dòng)嚴(yán)重,被迫提前下線。2)冷熱交替促使攪拌頭的耐材產(chǎn)生剝落。鐵水預(yù)處理生產(chǎn)屬間斷性作業(yè),有時(shí)間隔幾小時(shí),有時(shí)間隔幾天。由于生產(chǎn)缺乏連續(xù)性,攪拌頭經(jīng)常處于“急冷急熱”的狀態(tài),耐火材料制作的攪拌頭經(jīng)常出現(xiàn)塊狀剝落的現(xiàn)象,造成攪拌頭使用壽命低。針對(duì)以上影響攪拌頭壽命的因素,主要從優(yōu)化組織生產(chǎn),改善攪拌頭使用工況入手來提高其壽命?；谀壳懊摿蚰芰σ獜?qiáng)于轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力,在保證轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的前提下,實(shí)施單座KR站飽和生產(chǎn)、周期性輪換的預(yù)處理生產(chǎn)方式。一方面保證攪拌頭連續(xù)使用,保證其良好的使用狀態(tài)。另一方面,通過合理安排設(shè)備檢查、檢修,大幅度降低了設(shè)備故障率,從而減少頻繁轉(zhuǎn)站對(duì)攪拌頭使用壽命產(chǎn)生的影響。同時(shí),在處理過程進(jìn)行“甩渣”操作,也對(duì)提高攪拌頭壽命起到了一定作用。通過上述措施,攪拌頭壽命穩(wěn)定在3200min以上,平均使用次數(shù)達(dá)到400次以上。2.2檢出限、操作不當(dāng),降低了鐵水到灰渣的脫硫率鐵損作為衡量預(yù)處理的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),直接體現(xiàn)該工序成本控制的好壞。處理過程鐵損主要體現(xiàn)在扒損。通過對(duì)操作過程分析,造成扒損大的主要原因有:1)低硫鋼種生產(chǎn)時(shí)為減少轉(zhuǎn)爐吹煉過程“回硫”,扒渣亮面要求高,扒渣量大,扒損也相應(yīng)增加;2)扒渣操作不當(dāng),在扒渣過程中夾帶的鐵水較多。對(duì)于第1個(gè)原因,不能降低標(biāo)準(zhǔn),減少扒損只能從操作方法上入手,即摸索科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)的扒渣操作方法。通過幾年的實(shí)踐和不斷優(yōu)化改進(jìn),操作方法不斷優(yōu)化,并形成操作標(biāo)準(zhǔn),在渣鐵分離、高效扒渣方面取得了突破性進(jìn)展。表3為扒渣操作改進(jìn)前后的實(shí)際效果。扒渣操作改進(jìn)前后,脫硫率指標(biāo)基本持平,但是扒損指標(biāo)差異比較大,通過扒渣操作的改進(jìn),實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化操作,有效地降低了鐵水扒損。圖3為近幾年鐵水脫硫預(yù)處理過程鐵損情況。2.3設(shè)備及物料管理重點(diǎn)加料系統(tǒng)下料不暢時(shí)常制約鐵水預(yù)處理的連續(xù)生產(chǎn),每當(dāng)溫度驟降或梅雨季節(jié),“堵料”現(xiàn)象尤為嚴(yán)重?！岸铝稀笔鹿蕚€(gè)別是由于設(shè)備原因造成,主要原因可能與原料特性和輸送介質(zhì)有關(guān)聯(lián)。脫硫劑輸送不暢給生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響,處理堵料額外地增加了工作量。要解決“堵料”問題要從設(shè)備管理、物料管理和操作管理三方面下手:1)設(shè)備管理重點(diǎn)在于保證設(shè)備狀態(tài)的正常,在管道備件選用上一定要杜絕管道部件內(nèi)壁脫落現(xiàn)象發(fā)生;2)物料管理重點(diǎn)在于保證脫硫劑按照一定顆粒度要求進(jìn)行配比,避免物料粒度過細(xì);同時(shí)減少輸送氣體的水汽含量;3)操作管理方面要注重各個(gè)料倉儲(chǔ)、運(yùn)、投量合理搭配,只有各個(gè)料倉分工明確,物料連續(xù)使用才能夠保證輸料順暢。2.4鐵水預(yù)處理的工藝優(yōu)化KR鐵水預(yù)處理脫硫率超過90%,可以將鐵水w(S)降至0.001%以下,但極低的硫含量也必須付出成本增加的代價(jià),而且不同品種對(duì)硫的要求也不同,沒必要全部進(jìn)行深脫硫處理。因此,有必要根據(jù)鐵水原始硫含量和不同鋼種對(duì)硫的要求,制定、優(yōu)化處理工藝,對(duì)鐵水脫硫分級(jí)處理。分4種工藝路徑、5種鐵水原始硫情況制定了不同的鐵水預(yù)處理工藝。表4為KR原設(shè)計(jì)工藝技術(shù)參數(shù),表5和表6為兩個(gè)工藝優(yōu)化的實(shí)例。通過工藝優(yōu)化、鐵水分級(jí)脫硫處理的實(shí)施,脫硫劑消耗大幅度下降(見圖4)。2.5鐵水脫硫系統(tǒng)近2年來,通過持續(xù)開展淺脫硫工藝和分級(jí)處理工藝的研究和優(yōu)化以及標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè),脫硫劑消耗和鐵損指標(biāo)得到大幅度的改善,2012年脫硫劑用量降至6.4kg/t,鐵損降至6.1kg/t。同時(shí),釋放了KR脫硫的產(chǎn)能,單座脫硫站就能夠很好地滿足目前兩座轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)對(duì)鐵水預(yù)處理的需要。表7為馬鋼四鋼軋與國(guó)內(nèi)同類廠家脫硫處理消耗指標(biāo)比較(統(tǒng)計(jì)時(shí)間2012年10月—2013年1月,1號(hào)KR站)。按鎂粉價(jià)格17000元/t,石灰300元/t,鐵水2400元/t,渣中平均w(Fe)按30%計(jì)算,對(duì)KR法和噴吹法鐵水脫硫處理操作成本進(jìn)行了比較,如表8所示。假設(shè)年處理鐵水550萬t(其中60%淺處理,40%深處理),與國(guó)內(nèi)鋼廠3消耗指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,KR脫硫?qū)嶋H年生產(chǎn)運(yùn)行成本比噴吹法低3000萬元以上。3kr鐵水預(yù)處理裝置的脫硫效果1)通過對(duì)2種主要的鐵水預(yù)處理方法(KR攪拌法和噴吹法)脫硫熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、脫硫成本、投資成本分析,并綜合考慮原材料資源條件,馬鋼300t轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)選擇了KR鐵水預(yù)處理工藝,以鐵水脫硫?yàn)橹?/p>