铁水脱硫改造实践与应用

2018-01-17高建国程玉珺李勇强张晓磊薛启河

河南冶金 2017年6期

高建国孔超程玉珺李勇强张晓磊薛启河李鹏

(河钢集团承德分公司)

0 前言

北方A厂为满足高端品种生产开发的需要，建有2套单喷颗粒镁脱硫设备，1座提钒转炉，2座炼钢转炉，并配置LF、RH等精炼设施，单喷颗粒镁脱硫设备投入运行使用后，受喷吹系统给料速度慢、铁水脱硫率低等因素的影响，造成铁水脱硫周期不能与炼钢转炉冶炼周期有效匹配，铁水脱硫目标命中率、脱硫后铁水回硫量均与设计指标要求存在较大差距，严重制约了品种钢的生产。通过对脱硫区域现有土建面积、脱硫设备布置等方面进行论证，决定对A厂脱硫设备进行改造，以满足现有品种生产、开发的需要。

1 改造方案

1.1 改造方案的选择

结合当期品种结构及现场脱硫区域相关设备的实际布置情况，提出三种改造方案：(1)方案一：在现有的脱硫装置旁增加一套复合喷吹脱硫装置；(2)方案二：在现有的脱硫装置旁增加一套搅拌脱硫装置；(3)方案三：将现有的两套单喷颗粒镁改造为复合喷吹脱硫装置。

1.1.1 方案一

保留现有的两套单喷颗粒镁装置不变，在现有的脱硫装置南侧增加一套复合喷吹脱硫装置，新增脱硫装置本体布置于脱硫跨，台车轨道延伸至转炉加料跨。由于现有的除尘系统已处于满负荷状态，还需为新增的脱硫装置在车间外增加一套除尘系统。同时，为满足天车能够起吊铁水罐，还需对现有的2#倒罐坑进行改造。新增一套复合喷吹脱硫系统后，三套脱硫系统的主要分工为：对入炉铁水硫含量要求不高的铁水，以单喷颗粒镁脱硫为主，对入炉铁水硫含量要求严格的铁水，全部采用复合喷吹脱硫。

1.1.2 方案二

保留现有的两套单喷颗粒镁装置不变，在现有的脱硫装置南侧增加一套搅拌脱硫装置，新增脱硫装置本体布置于脱硫跨，台车轨道延伸至转炉加料跨。由于现有的除尘系统已处于满负荷状态，还需为新增的脱硫装置在车间外增加一套除尘系统。同时，为满足天车能够起吊铁水罐，还需对现有的2#倒罐坑进行改造。由于搅拌装置设备最高点～27 m，因此还需将脱硫跨内的单梁吊轨面标高由25.44 m改造至28.00 m。新增一套搅拌脱硫系统后，三套脱硫系统的主要分工为：对入炉铁水硫含量要求不高的铁水，以单喷颗粒镁脱硫为主，对入炉铁水硫含量要求严格的铁水，全部采用搅拌脱硫。

1.1.3 方案三

将现有的两套单喷颗粒镁脱硫装置改造为两套复合喷吹脱硫装置，将现有的倾翻台车、渣罐台车及扒渣机等设备利旧，新增石灰及镁粉料仓系统、新增镁粉、石灰粉喷吹系统。改造后的脱硫站不仅能够满足钢种的需求，同时可以满足生产节奏。

1.1.4 三种改造方案比较

三种改造方案的对比见表1。

表1 三种改造方案比较

从表1可以看出，从满足改造范围、占地及对其它工序的影响对比，确定选择改造方案三，即将现有的两套单喷颗粒镁装置改造为两套复合喷吹脱硫装置。

1.2 改造原则与内容

1.2.1 改造原则

改造后新的脱硫系统达到国内先进水平，脱硫能力能够满足现有钢种生产开发的需要，同时对于原脱硫系统铁水罐倾翻台车、扒渣机设备、除尘系统进行利旧，以求达到降低投资的目的。

1.2.2 改造的内容

1.2.2.1 储料仓及喷吹罐系统

储料仓及喷吹罐系统改造所需的设备数量及主要参数见表2。

表2 储料仓及喷吹罐系统改造

1.2.2.2 喷枪存放架移位

由于粉剂输送管路的设计距离对喷吹系统的稳定性影响较大，喷吹系统尽量要靠近处理工位，根据现场情况，将新增的料仓及喷吹罐系统布置于现有的喷枪存放架位置，新设计的喷枪存放架整体向厂房北端平移7 m，以保证脱硫系统的整体布局合理。

1.2.2.3 喷枪升降机构改造

脱硫工艺改为复合喷吹后，因脱硫工艺变动，还需对现有的喷枪升降机构和喷枪行程进行改造，通过对喷枪夹紧机构、喷枪升降滑道高度进行改造，以满足喷枪升降速度为12 m/min，喷枪行程为9 500 mm的要求。

1.3 改造后铁水脱硫区域布置

铁水脱硫设备改造后，脱硫设备布局合理，对铁水正常倒运、脱硫交叉作业均不发生冲突，具体布置详如图1所示。

(a) 俯视图

(b) 给料系统侧视图图1 改造后的脱硫区域布置

2 脱硫改造前后主要设备参数对比

对铁水脱硫设备进行改造后，主要设备参数变化见表3。

表3 脱硫改造前后主要设备参数对比

3 脱硫改造后工艺参数制定及应用效果

3.1 钙镁喷吹速度比

喷吹速率决定铁水罐内脱硫粉剂的浓度、脱硫反应的速度及处理时间。如果喷吹速率较低，会造成喷吹时间长，处理温降大，粉气比较低，不利于脱硫进行；如果喷吹速率过大，Mg气化产生的气泡体积增大，镁蒸气压力增加，明显加快镁蒸气的上浮速率，缩短镁在铁水中停留时间，未参与脱硫反应的镁蒸气外溢量增大，镁的利用率降低，如图2所示[1]。因此，在保证快节奏生产的同时，选择镁粉利用率相对较高的CaO/Mg速率比，确定了CaO/Mg喷吹速率比为38：9。

3.2 CaO与Mg喷吹粉剂比

随着粉剂中CaO/Mg比例的提高，CaO作为镁粉脱硫促进剂和直接参与脱硫的作用更加突出，使铁水渣的碱度和硫容得到提高。易于促进脱硫产物的充分上浮和提高镁粉利用率，但是喷吹时间较长，温降较大，增加喷枪等耐材的消耗[1]，最终确定将粉剂比为4：1。

图2 不同喷吹速率下的镁粉利用率

3.3 CaO与Mg喷吹量

混合喷吹脱硫装置采用PLC系统全自动控制，实际脱硫过程中只需将铁水重量、初始硫含量、目标硫含量，即可通过模型控制功能自动完成整个喷吹过程，自动化程度和脱硫命中率大幅提高。

3.4 喷枪插入深度

喷枪插入深度对铁水脱硫有较大的影响，金属镁由于其熔点与沸点都很低，进入铁水后很快气化，如果喷枪插入深度过浅，镁气泡上浮的距离缩短，镁气泡来不及溶解、反应就可能溢出铁水液面，造成浪费。同时，喷枪插入深度过浅，溶池搅拌较弱，使[Mg]、[S]在铁液中的扩散速度大大降低，从而降低镁粉利用率，但喷枪插入深度过深，对反应器底部的耐火材料冲击过大，耐火材料的消耗增加[2]，结合原单喷颗粒镁喷吹插入深度经验，确定脱硫喷枪插入深度距铁包包底300 mm～500 mm。