LF除尘灰应用于KR搅拌脱硫的工艺实践(终稿)

LF炉除尘灰应用于KR搅拌脱硫的工艺实践刘勇王清波俞海明（新疆八一钢铁集团股份有限公司第二炼钢厂，新疆乌鲁木齐830022）摘要：铁水预处理KR法脱硫采用高铝渣粉和钙基混合脱硫剂脱硫，脱硫剂成本占到总成本的70%以上，为了降低成本，本文介绍了一种源于LF炉除尘灰的极细颗粒组成的新型脱硫剂，在120吨转炉生产线KR脱硫站上应用的效果。关键词：LF除尘灰；KR法脱硫；脱硫效果；ThetechnologypracticeofLFfurnacedustremovalashappliedtoKRstirringdesulfurizationLIUYong,WANGQing-bo,YUHai-ming（No.2SteelMakingPlantofBayiIronandSteelCo.,Ltd.,Urumuqi830022,Xinjiang,China）Abstract:MoltenironpretreatmentKRdesulphurizationusinghighaluminaslagpowdermixedwithcalciumbaseddesulfurizerdesulfurization,desulfurizationagentcostsaccountedformorethan70%ofthetotalcost,inordertoreducecosts,thispaperintroducesakindofveryfineparticlesistheresultofLFfurnacedustremovalashcompositionofnewtypedesulfurizer,converterin120tonsproductionlineKRdesulphurizationsiteapplicationeffect.Keywords:LFdust;KRdesulphurization;Thedesulfurizationeffect;1前言近30年来铁水脱硫技术迅速发展，现已有十几种处理方法，其中应用最广泛且最具代表性的主要是喷吹法和KR机械搅拌法。通过对两种脱硫工艺的技术设备、脱硫效果、温降、铁损、成本等多方面的综合比较，KR法脱硫在深脱硫、成本和脱硫稳定性方面优势突出。国内外对KR法脱硫的认可度越来越高[1、2]，尤其是近几年在大中型钢铁企业得到广泛应用。新疆八一钢铁集团第二炼钢厂铁水预处理配备AB双工位KR机械搅拌脱硫站，日处理铁水近5000吨，日消耗脱硫粉剂约50～60吨。随着钢铁市场的持续低迷，也要求在预处理脱硫工序进行挖潜降本。在铁水预处理KR法脱硫成本构成的因素中，脱硫剂占总成本的70%以上。笔者通过化验分析和综合冶金传输理论及热力学条件，首次将LF炉除尘灰这种极细颗粒还原性钙质材料运用至KR脱硫过程中，以替代部分脱硫粉剂，从而降低脱硫成本，通过前期试验，取得了预期的脱硫效果。本文予以简述，供同行参考。2工艺技术参数（1）铁水包公称容量：120t；（2）铁水处理温度：1250℃～1380℃；（3）脱硫周期为28～45min；（4）高铝渣粉的加入量：60～80Kg/炉；（5）脱硫率：96%～98%；（6）脱硫模式以深脱硫（处理终点[S]≤0.005%）为例，混合脱硫剂用量如下表1：表1：混合脱硫剂的消耗情况Table1:mixingdesulfurizerconsumptionsituation脱硫模式目标S%进站铁水S%混合脱硫剂消耗（kg）深脱≤0.0050.030-0.040900—10000.040-0.0501000—11000.050-0.0601100—12000.060-0.0701200—13000.070-0.0801300—14003KR法脱硫的工艺原理KR法脱硫就是将耐火材料制成的搅拌器插入铁水包液面下一定深处，并使之旋转。当搅拌器旋转时，铁水液面形成“V”形旋涡(中心低，四周高)，使加入的脱硫剂微粒在浆叶端部区域内由于湍动而分散，并沿着半径方向“吐出”，然后悬浮，绕轴心旋转和上浮于铁水中，也就是说，借这种机械搅拌作用使脱硫剂卷入铁水中并与之接触，混合、搅动，从而进行脱硫反应．当搅拌器开动时，在液面上看不到脱硫剂，停止搅拌后，所生成的干稠状渣浮到铁水面上，扒渣后即达到脱硫的目的。4KR法脱硫反应的热力学条件KR法脱硫使用的脱硫剂主体是石灰，与铁水中的硫发生如下的脱硫反应[3]：[S]+(CaO)=(CaS)+[O]TG18.381154301KrRTGln1CaOSOCaSKr由上式可以看出，降低铁水终点硫含量，要求高CaO活度及铁水的低氧活度。在铁水中，可能有C、Si、Al参与脱氧反应，其脱氧反应方程式如下：[C]+[O]=COTG46.8184020.5[Si]+[O]=0.5SiO2TG42.10928717532/3[Al]+[O]=1/3Al2O3TG76.128-4006904比较上述反应的标准自由能变化，不难发现在1500℃以下，碳不参加脱氧反应。铁水中的脱氧元素主要是硅和铝，其脱氧顺序可以根据如下式子判断：SiO2+4/3[Al]=[Si]+2/3Al2O3TG76.352195005鉴于以上的因素，第二炼钢厂KR法脱硫工艺使用混合脱硫剂和高铝渣粉做为脱硫剂进行脱硫，高铝渣粉和混合脱硫剂的成份、理化指标见下表2、3、4:表2：高铝渣粉的成份（质量百分数W[]%）Table2:highaluminumslagpowderingredients(weightpercentW[]%)成份要求Al%Al2O3%SiO2%C%P%S%粒度/mm含量45.4041.304.651.170.120.335-15表3：混合脱硫剂的成份（质量百分数W[]%）Table3:mixingdesulfurizercomponent(weightpercentW[]%)CaOCaF2S+P80.19%6.20%0.03表4：混合脱硫剂粒度组成Table4:thegrainsizeofmixingdesulfurizer直径/mm1.00.6～1.00.6～0.30.3比例/%≤10≥50≥30≤105新型脱硫剂可行性分析5.1影响KR法脱硫的因素分析由前面的论述可知，不论哪一种脱硫反应，都是通过以下五个环节进行的：(1)[S]通过脱硫剂颗粒表面铁液边界层向反应界面扩散，即外扩散；(2)界面化学反应：[S]+(O2-)=(S2-)+[O]；(3)[O]离开反应界面通过铁液边界层向铁液内部扩散，亦外扩散；(4)S2-穿过CaS产物层向石灰颗粒内部扩散，即内扩散；(5)石灰内部O2-穿过CaS层向反应界面扩散，亦内扩散；在高温下，界面化学反应速度非常快，以上所有脱硫各个环节过程中，脱硫剂参与脱硫基本上遵循：脱硫剂由大颗粒向小颗粒解离，小颗粒向大分子解离，大分子向小分子，小分子向原子解离、扩散、反应。从传输理论上讲，缩短反应时间，就是提高脱硫效率的关键因素，通过以上分析可知，以合适的方式加入极细颗粒的脱硫剂，有利于脱硫反应的进行，能够有效的提高脱硫效率。5.2极细颗粒脱硫剂的来源与特点简介宝钢集团八钢公司第二炼钢厂2#精炼炉主要冶炼容器钢、中厚板钢、汽车板钢等品种，其除尘系统为独立的除尘系统，其中LF炉的工艺参数如下：LF炉形式：120吨AC-LF冶炼周期/min：20～45日产量/吨：4000除尘灰日产生收集量/吨：8～122#LF除尘系统的除尘灰主要构成分为以下几方面：1)在LF精炼过程中，LF脱氧剂，渣料，合金等原料，在电弧区有部分脱氧剂被汽化蒸发，在风机的抽吸作用下进入除尘系统。2)有部分碳质材料被合成，比如增碳剂和渣料石灰，反应形成电石，小颗粒部分被布袋捕收进入除尘系统。3)LF使用的各类脱氧剂中间的小颗粒部分，在电弧的冲击下，在氩气搅拌、高温条件下也被激发产生振动，被除尘系统抽入灰仓。该厂的精炼除尘灰经过分析，发现存在大量还原性物质，尤其以钙质还原剂CaC2、CaO为主要成粉，其理化指标见下表5：表5：除尘灰的理化指标Table5:dustproducedinthephysicalandchemicalindicators从上表可以看出，精炼炉除尘灰中除含有CaC2、CaO极细颗粒外，还含有一定量MgO、Al2O3、SiO2等极细颗粒成分，对于脱硫反应极为有利，主要表现在以下几个方面：1)由于三类物质加入之后，CaC2参与脱氧以后，能够与MgO、SiO2通过形成以钙镁橄榄石为主的低熔点基础渣[4]。何环宇教授研究成果表明[5]，S固溶于钙铝酸盐中，其多相结构的形成，取决于Ca2+和S2-之间反应过程中的熵变,所以精炼炉除尘灰的成分有利于Ca2+和S2-的结合，有利于缩短反应时间。2)精炼除尘灰还含有一定量的Al2O3，起到降低脱硫渣熔点，固溶脱硫产物的特点。3)除尘灰极细颗粒，加入以后，减少了颗粒向分子、分子向原子解离的过程，很快就能够参与反应，有利于提高脱硫效率。因此，依据以上原理，我们认为LF精炼除尘灰适合作为KR脱硫剂。6工艺实践自2012年12月20日起，该厂在KR脱硫站A、B工位进行批量试验，各试验均以深脱硫为例，试验方案及方法如下：1、选择初始S含量相同的铁水，在不加试验料的情况下进行脱硫，试验数据如表6：表6：未加试验料的脱硫试验Table6:theexperimentofdesulfurizationwithouttestmaterial2、在原有的混合脱硫剂和高铝渣粉不减量的情况下，加入150Kg除尘灰，试验数据如表7：表7：加试验料的脱硫试验Table7:theexperimentofdesulfurizationwithtestmaterial通过以上试验对比分析，在原操作工艺不变的情况下，加入试验料150Kg/包，终点的硫含量有变化，说明在深脱硫条件下，在原有工艺条件下脱硫反应达到平衡以后，除尘灰的加入对于反应有进一步的影响，深脱硫的效果优于原有的工艺。3、仍然选取初始S含量相同的铁水，将混合脱硫粉剂量减少190Kg/包，同时，等量加入极细颗粒除尘灰，试验数据如表8：表8：加试验料减混合脱硫剂的脱硫试验Table8:testisexpectedtoreducemixingdesulfurizerdesulfurizationtestSiO%CaO%MgO%Tfe%CaC2P%Al2O3粒度/mm4.2～8.826～457～154～620～400.03～0.110～201初始S%混合脱硫粉加入量/kg高铝渣粉加入量/kg脱硫时间/min终点S%0.030～0.070987～156560～8080.001～0.005初始S%混合脱硫粉加入量/kg高铝渣粉加入量/kg脱硫时间/min实验料加入量/kg终点S%0.030～0.070971～153560～8081500.001～0.003初始S%混合脱硫粉加入量/kg高铝渣粉加入量/kg脱硫时间/min实验料加入量/kg终点S%由上述试验可以看出，加入190Kg/包试验料，同时相应减少等量的混合脱硫粉剂，脱硫终点硫含量同样达到深脱模式要求，也达到了预期试验效果。随后，我们又进行了脱硫扩大再试验，效果表明，在浅脱硫模式上，具有反应速度较快，脱硫时间缩短的优势。2013年2月正式组织生产应用，代替部分外购混合脱硫剂，取得较好的脱硫效果和经济效益。7结论1、LF炉极细颗粒除尘灰在KR脱硫站的试验表明，它可以用作KR法脱硫剂。因此，可以将炼钢厂精炼除尘灰最大量应用，以替代部分外购混合脱硫剂，降低预处理铁水脱硫成本。2、LF炉极细颗粒除尘灰中间存在CaO、CaC2和MgO等成分，复合脱硫作用要比单一的脱硫剂脱硫反应更有利进行。3、LF炉极细颗粒除尘灰物质，接近或属于准分子材料，属于固废，价格低廉，若将大规模用于喷粉脱硫，喷粉冶金，定会变废为宝，对于优化厂内循环经济有积极的意义。参考文献：[1]潘秀兰，王艳红，梁慧智等.铁水预处理技术发展现状与展望[J]世界钢铁,2