低温高硫钒钛铁水脱硫工艺优化与实践

李 琨，孙 毅，黄生权，钟正华，万朝明

(攀钢集团成都钢钒有限公司，四川成都 610300)

1 引言

随着我国钢铁工业的迅猛发展，对铁矿石的需求大幅增加，钢铁产品市场竞争日益激烈，而我国的铁矿石资源大多品位较低，杂质元素含量较高［1］，进口铁矿石价格飞速上涨，加之运输成本上升，对于内陆钢铁企业造成巨大冲击。世界金融危机爆发后，西方国家对我国钢铁产品征收高额关税，导致国内钢材严重过剩，为占领更多市场份额，各钢铁企业纷纷降价销售，以致大多数钢铁企业亏损。为适应市场发展趋势，提高产品竞争力，各公司使用价格相对低廉的国内矿石比重越来越大。

攀钢集团成都钢钒有限公司高炉是400 m3的小高炉，2008年以前铁水［S］在0.06%以内，铁水平均温度≥1300℃。2008年以后，公司原料急速变差，主要以高硫高磷原料为主，同时又有30% ～50%的钒钛磁铁矿，高炉冶炼硫负荷较大，吨铁达到6.5 kg以上，因此铁水温度、成分波动变化无常，加之铁水运输等问题，导致转炉的脱硫比和脱硫率较低，甚至冶炼普通建材钢都有困难，低硫管线钢更难。

2 铁水脱硫现状

2．1 工艺流程

攀成钢转炉炼钢厂铁水喷粉脱硫站于2004年建成投产，工艺流程为:铁水进站→翻铁入混铁炉(或直接翻入铁水包)→出铁→测温取样→设定喷吹参数→脱硫车进入脱硫工位→喷吹→倾动扒渣→测温取样→补加铁水→吊包。

2．2 主要设备

转炉炼钢厂喷粉脱硫设备主要包括:供气系统、供料系统、喷枪系统(三孔Y型枪)、夹钳装置、电控系统、仪表及检测系统、扒渣机和铁水罐倾翻车等。

2．3 主要工艺参数

铁水包喷粉脱硫主要设计工艺参数，见表1。

表1 喷粉脱硫主要设计参数

2．4 脱硫现状

转炉炼钢厂喷粉脱硫效果从投产以来不太理想，特别是高炉采用大量钒钛磁铁矿冶炼之后，铁水温度低，硫磺越来越高，喷粉脱硫效果更差，转炉炼钢困难，低硫钢基本无法生产，见表2。

表2 喷粉脱硫指标

3 现状分析及改进

3．1 脱硫枪改进

从表2数据可以看出，脱硫枪粘堵较严重，特别是堵塞率高达81%，既影响了脱硫效果，也影响了作业率，处理喷枪时间长，工作量大，处理之后很快又发生堵塞。我们将堵塞脱硫枪解剖发现，铁水堵塞了Y型枪的喷嘴，而主管道并未堵塞。从统计数据看，铁水温度低于1250℃时，喷枪堵塞占64%，但也出现了较高温度堵枪的情况。分析认为，喷枪主管道内径(Φ40)较脱硫粉气主管道(Φ25)大，在三个喷嘴焊接位置出现气流和粉剂不均的问题，导致喷嘴出口压力不均，压力较小的的喷嘴就易堵塞。

针对此问题，我们进行了2次脱硫枪改进，第1次做了35支单孔直通喷枪，内径Φ28。试验结果为:5支发生了堵塞，30支正常，分析5支堵塞的脱硫枪时发现，使用温度低于1230℃，解剖喷枪时发现堵塞的冷铁长度较长，认为内孔仍然偏大，出口速度压力不如粉气输送主管道。为进一步解决好脱硫枪堵塞问题，我们把枪的内径改为Φ25和粉气输送主管道一致，进行了40支试验。试验结果只有2支枪发生了堵塞，其余正常，被堵塞枪使用温度在1230℃以下。经过2次喷枪改进试验后，我们进一步确定了铁水脱硫的最低脱硫温度，确保了生产顺行，同时脱硫率提高约5%。

3．2 脱硫剂改进

从表2数据可以看出，我厂脱硫率较低、铁损大，究其主要原因有四个方面:

3．2．1 铁水温度较低

从表2可以看出，我公司高炉铁水温度较低，铁水温度低对脱硫率有较大影响［2］，见图1。

图1 脱硫率与铁水温度的关系

3．2．2 脱硫剂熔点高

脱硫剂熔点较高，在铁水温度较低的况下很难熔化，脱硫剂利用率降低，铁渣分离较难，脱硫效果较差，从表3脱硫剂成份可以看出其熔点较高。

表3 脱硫剂主成分/%

3．2．3 铁水带渣量大

因高炉炉料中有较大比例钒钛磁铁矿(见表4、表5)，钒钛磁铁矿冶炼特点是低炉温操作，铁水温度低且区间较窄，因此常见铁渣分离不好，铁水带渣量大，渣中硫含量高且波动大。转炉炼钢厂脱硫站不具备扒除初渣条件，在脱硫过程中不仅影响了Ls，而且脱硫终渣粘结成团，扒渣困难(见图2)，图3为铁水带渣量较少的脱硫渣。

表4 铁水主成分/%

3．2．4 镁粉比例较高且不均

镁粉比例较高，粒度、比重与石灰粉不一致，在运输和使用中分层，喷吹时料中镁粒不均，在铁水中气化致较大喷溅，枪位越深喷溅越严重，铁损越大，但枪位越浅脱硫率越低。

表5 高炉渣主成分/%

3．2．5 脱硫剂改进

在铁水条件得不到改善的情况下，针对脱硫率低和喷溅严重的问题，我们对脱硫剂进行了改进，降低熔点、增加少量催化剂和其它有益成分做工业性试验，改进型Ⅰ试验了150吨，改进型Ⅱ试验了300吨，脱硫剂成分见表6，试验结果见表7。

表6 脱硫剂成分/%

表7 试验数据

从改进型脱硫剂使用结果看，改进型Ⅰ脱硫率较原脱硫剂有所提高，渣中全铁和喷溅损失大幅下降，喷吹速度快，每包喷吹时间缩短了3 min，脱硫温降比原脱硫剂小3℃左右。改进型Ⅱ脱硫率比原脱硫剂提高了30%，喷溅损失与改进型Ⅰ相当，喷吹速度更快，渣中全铁还进一步降低，温降比原脱硫剂小3℃以上，终渣形状较好，扒除较快且不易粘扒渣板，见图3。改进型Ⅱ吨铁成本比改进型Ⅰ高1.5元，但比原脱硫剂降低了5.2元，因喷溅减少、渣中全铁下降减少损失12.5元/吨铁。

图2 铁水带渣量较大的脱硫终渣

3．3 喷吹参数优化

在改进脱硫剂的同时，我们对喷吹参数作了优化，如加大给粉速度，适当降低罐压、喷枪插入深度尽量接近设计水平，这有利于缩短脱硫处理时间和提高脱硫率，减少温度损失。

3．4 设备问题及改进

3．4．1 捞渣机代替扒渣机

铁水带渣量较大，不具备扒初渣条件，在试验中有约15%的炉次受到了较大影响，脱硫率明显偏低，同时脱硫终渣不能有效扒除，转炉回［S］量较大，平均回［S］量达0.011%。采用捞渣机在铁水组完罐后捞初渣，对稳定和提高脱硫率有较大好处，受铁水带渣影响脱硫的问题得以解决，同时终渣捞除率提高了10% ～20%，转炉回［S］量降低了0.009%，脱硫渣中无块铁，每炉可少损失铁水100～150 kg，还可节约处理时间2～3 min。

3．4．2 加高铁水罐口高度

在优化脱硫过程中，我们发现铁包使用寿命较短，主要是渣铁粘罐口边沿问题较严重，适当加高铁水罐口高度，减少粘结，在提高铁水罐使用寿命的同时，进一步降低喷溅损失，也避免了二次出铁高硫铁水带来的影响。

4 结语

(1)在铁水温度较低的情况下喷粉脱硫，单孔喷枪不易堵塞。

(2)通过对脱硫剂改进，提高了低温高硫钒钛铁水脱硫率，减少了温度损失，且带来较好直接经济效益。

(3)合适的喷吹参数，对降低温度损失、提高脱硫率有一定作用。

(4)对脱硫设备做恰当改进可进一步优化脱硫效果。

［1］ 刘炳宇．不同铁水脱硫工艺方法的应用效果［J］．钢铁，2004，39(6)．

［2］ 孙恩茂．铁水脱硫在鞍钢的生产应用［J］．钢铁，2003，38(4)．