新型宝钢1#RH顶枪喷粉脱硫系统的设计

徐 忍

(上海宝冶集团有限公司 宝钢工程事业部，上海 200941)

0 前言

硫在大部分钢种中都是属于有害元素(除易切削钢外)，硫在钢中以共晶体的形式存在，严重影响钢的冲击韧性和延展性[1]。随着制造业对钢的性能要求越来越高，对钢中硫含量的要求越来越严格，这对炼钢提出了更高的要求。目前炼钢生产过程中控制硫含量主要集中在铁水预处理和炉外精炼中，其中炉外精炼控制硫含量主要有LF深脱硫和RH真空脱硫。主要真空脱硫方式有喷粉脱硫和投入法脱硫，喷粉脱硫根据脱硫粉剂在RH装置内加入的方式不同又可以分为RH-IJ法、RH-PB法、RH-PTB法、RH-KPB法、VI真空法和MESID法。RH顶枪喷粉脱硫具有其独特的优势[2]：(1) 粉剂通过多功能水冷顶枪送入到钢液之中，在真空室内负压的环境下输送粉剂，粉剂输送流畅，喷嘴不易堵塞；(2)顶枪不与钢液直接接触，枪使用寿命长，降低生产成本；(3) 脱硫反应为脱硫剂-钢液界面反应，反应动力学条件好；(4) 真空槽内的高真空度降低钢液中的氧活度，更有利于脱硫反应的进行；(5) 生产周期短，处理能力大，精炼效果好。文章主要阐述宝钢新建1#RH顶枪喷粉系统的组成、工艺流程和相应的技术优化措施。

1 顶枪喷粉系统的原理简图

宝钢新建1#RH顶枪喷粉脱硫系统主要由德国西马克公司(SMS)设计制造，部分采用国产化设备。系统主要由汽车上料系统、储料仓、仓顶除尘器、旋转给料器、输送罐、喷吹罐、顶枪、氮气气源和阀站、氩气气源和阀站、喷粉上料阀站、粉剂流化装置、各类阀门和管路组成，系统简要原理图如图1所示。

图1 宝钢新建1#RH顶枪喷粉脱硫系统简图

2 工艺流程

2.1 RH顶枪喷粉脱硫原理

RH顶枪喷粉脱硫原理是脱硫粉剂中的CaO成分在钢液中与硫反应生成CaS，从而达到降低钢液中硫元素的目的。RH顶枪喷粉脱硫可以分为移动脱硫和持续性脱硫两种方式[3]。移动脱硫是指脱硫剂在运动过程中与钢液发生脱硫反应；持续性脱硫是指脱硫剂上浮进入到顶渣后通过渣-钢界面进行脱硫。对于RH喷粉脱硫而言，移动脱硫在RH喷粉脱硫过程中的贡献率要远大于持续性脱硫。但是在RH生产过程中，钢液循环流动速度较大，脱硫剂很快就会进入到钢渣之中，移动脱硫就转变为持续性脱硫。脱硫反应方程式为

(CaO)+[S]=(CaS)+[O]

2.2 喷粉脱硫系统工作流程

如图1所示，粉剂在罐车气源系统和助推气源的作用下将粉剂送入到料仓；粉剂经流化器流化后在旋转给料器旋转带动下落入输送罐；粉剂在输送罐中经过进一步加压达到设定压力后压送到喷吹罐；根据生产需要由称量系统计算出需要的粉剂重量，粉剂由喷吹罐经多功能顶枪的拉瓦尔喷口最后到达真空室中的钢液参与脱硫反应。此系统设置两路粉剂返送管：输送罐至料仓，喷吹罐至料仓。在系统出现故障需要检修时，将输送罐至喷吹罐、喷吹罐至多功能顶枪的耐磨橡胶软管断开分别连接到返送管15和14，管路和罐中的粉剂返送到料仓。在料仓中的粉剂卸入输送罐和输送罐中的粉剂输送到喷吹罐时，将均压管13和18分别与料仓联通，使料仓与输送罐和喷吹罐内压力近于相等。

3 技术优化

3.1 汽车上料系统

喷粉系统的输送及喷吹过程，在设计上完全采用了气力输送原理[4]。根据粒子沉降速度和粒子之间以及粒子和管壁之间的互相摩擦、碰撞或粘附作用，结合流量、连续方程及沿程压力损失计算出合适的输送气流速度将汽车运送过来的氧化钙(CaO)和氟化钙(CaF2)送到料仓中[5]。喷粉脱硫用粉剂中起到脱硫作用的是氧化钙(CaO)，氟化钙(CaF2)的作用可显著提高氧化钙(CaO)的脱硫率和利用率:一方面可以降低氧化钙(CaO)的熔点，另一方面氟化钙(CaF2)可降低渣的粘度,有助于石灰颗粒的液化,有利于提高氧化钙(CaO)的脱硫能力,促进脱硫反应的顺利进行[6]。

整个喷粉系统是由德国西马克(SMS)公司设计，在生产过程中，由于粉剂会在管路弯曲部分改变速度方向，导致该部位不断有粉剂积聚在一起，最终会阻碍粉剂的正常输送。因此，宝钢通过生产经验分析，对上料系统进行了技术优化，在管路弯曲部分增加了助推气源，助推气及时的将输送过来的粉剂进一步硫化后送入料仓中，如图2所示。

图2 粉剂助推气管路

3.2 物料返送管

宝钢新建1#RH顶枪喷粉脱硫系统物料返送管设置了两路返送：输送罐至2#料仓，喷吹罐至1#料仓。较于传统的喷吹罐至料仓的一路返送管，两路返送具有以下优点：

(1)物料返送更彻底。检修时，需要将罐子和管路中剩余的粉剂返送到料仓中，传统的一路返送管由于返送路程较长，无法将剩余粉剂彻底返送至料仓中；

(2)返送效率更高。两路返送管同时将剩余粉剂返送至料仓，减少了返送过程中的阻力和沿程损失，返送效率更高。

3.3 系统采用“双罐”制

对比宝钢5#RH顶枪喷粉脱硫系统采用喷吹罐“单罐”制喷吹，此次新建系统采用输送罐和喷吹罐“双罐”制喷吹。“双罐”制系统能够降低料仓在工艺平台的安装高度，从而降低安装过程

中的风险，同时为日后的检修提供更加便捷的条件。“双罐”制系统还能够减小汽车上料系统的上料高度，减小管路输送过程中粉剂与管壁的摩擦阻力。

3.4 气源一致性

为了保持与钢包底吹搅拌气体、真空槽上升浸渍管侧吹钢液上升气体氩气保持一致性，顶枪喷粉脱硫系统喷吹罐粉剂输送气体采用氩气输送，其余部分采用氮气输送。

4 结束语

宝钢新建1#RH顶枪喷粉脱硫系统自投产以来运行情况良好，上料系统增加的粉剂助推管路有效地解决了粉剂输送过程中的堵塞问题。该系统的投产运行可以处理转炉过来的超过钢种所要求的一定范围内硫含量的钢液，降低了LF+RH的双重处理比，解决了因LF脱硫效率低而引起的工艺衔接问题。平均每吨钢的脱硫剂耗量约6 kg，可以达到60%的脱硫率，大大降低了生产成本。