攪拌法和噴吹法鐵水脫硫工藝的比較

供稿|黃彩云/HUANG Cai-yun

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文章主要對(duì)攪拌法和噴吹法鐵水脫硫工藝從多個(gè)方面進(jìn)行了對(duì)比,脫硫原理、脫硫劑、脫硫劑耗量、造渣量、過(guò)程溫降、鐵損、脫硫效果、運(yùn)行成本、工藝設(shè)備及投資等方面.通過(guò)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)兩種脫硫工藝各有優(yōu)勢(shì),各有不足.在工藝選擇上,還是需要根據(jù)企業(yè)自身的生產(chǎn)流程及終端產(chǎn)品的要求進(jìn)行選擇.

隨著鋼鐵市場(chǎng)對(duì)潔凈鋼產(chǎn)品的需求量不斷增加,作為生產(chǎn)潔凈鋼必不可少的工藝手段之一,鐵水脫硫工序在廣大鋼鐵廠已經(jīng)廣泛采用.現(xiàn)階段鐵水脫硫工藝分為兩種:一種是攪拌法,一種是噴吹法 (單吹和復(fù)合噴吹),兩種工藝有著各自的優(yōu)缺點(diǎn),各大鋼鐵廠也需要從產(chǎn)品定位、設(shè)備投資、運(yùn)行成本等方面進(jìn)行綜合考慮,選擇適合自身的脫硫工藝.

兩種工藝的對(duì)比

通過(guò)對(duì)一些鋼鐵廠不同脫硫工藝的系統(tǒng)總結(jié),統(tǒng)計(jì)出來(lái)的結(jié)果如表 1.以下分別從脫硫原理、脫硫劑、脫硫劑耗量、造渣量、過(guò)程溫降、鐵損、脫硫效果、運(yùn)行成本、工藝設(shè)備及投資幾個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比.

KR 法脫硫使用的脫硫劑為 CaO,其反應(yīng)機(jī)理[7]:

CaO+[S]+[C]=CaS(s)+CO ΔGφ=86670-68.96T(吸熱反應(yīng))

CaO(s)+[S]=CaS(s)+[O] ΔGφ=109070-29.2T(吸熱反應(yīng))

噴吹法脫硫使用是 Mg 或者 Mg+CaO,其反應(yīng)機(jī)理[7]:

Mg(g)+[S]=MgS(s)ΔGφ=-427367+180.67T(放熱反應(yīng))

注:(S)為渣中硫,(L)為液態(tài)下,(g)為氣態(tài)下,[S]為鋼中硫.

KR 法脫硫劑采用 CaO;噴吹法采用 Mg 顆粒 (鈍化) 和 CaO.

每種脫硫劑都有各自的脫硫極限,根據(jù)鐵水脫硫程度的要求,通過(guò)這些極限就可以選擇出經(jīng)濟(jì)適用的脫硫劑.在脫硫反應(yīng)中,在相同溫度下,各種脫硫劑的平衡常數(shù)如表 2.在相同溫度、初始硫、終點(diǎn)硫要求相同的情況下,K 值越大,說(shuō)明反應(yīng)進(jìn)行的越徹底,脫硫效率越好,所以脫硫劑 Mg 優(yōu)于 CaO.

表 1 各種鐵水預(yù)處理工藝的對(duì)比[1-6]

表 2 各種脫硫劑的相對(duì)脫硫能力和平衡硫含量(1350 ℃)[7]

脫硫劑的脫硫效率高,所以脫硫劑的消耗量就少.在生產(chǎn)實(shí)踐中 KR 法脫硫劑的消耗量明顯高于噴吹法的脫硫劑的消耗量 (見表 1).盡管 KR 的消耗量大,但是 CaO 的來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、脫硫成本低,加工、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及使用方便安全;而鎂 Mg 顆粒的價(jià)格昂貴,儲(chǔ)存是需要氮封.從脫硫劑的消耗成本講,仍然是 KR 法經(jīng)濟(jì).

造渣量的多少直接取決與參與反應(yīng)的脫硫劑的加入量的多少,因此脫硫劑消耗量大的脫硫工藝必然產(chǎn)生的渣量就大.由表 1 可知 KR 法的造渣量大于噴吹法的造渣量.

KR 法有著卓越的動(dòng)力學(xué)條件,在生產(chǎn)過(guò)程中鐵水?dāng)嚢鑴×?脫硫劑 CaO 的加入量很大,導(dǎo)致溫降也大;而鎂基的脫硫溫降都比較小 (見表 1),主要是因?yàn)閲姶捣▌?dòng)力學(xué)條件不好,在生產(chǎn)過(guò)程中鐵水?dāng)嚢鑿?qiáng)度不大,所以熱量散失較少;其次是因?yàn)轭w粒 Mg 的脫硫反應(yīng)是個(gè)放熱反應(yīng),可以補(bǔ)償一部分熱量;所以在過(guò)程溫降方面比較,噴吹法占優(yōu)勢(shì).

鐵損直接關(guān)系到企業(yè)的效益,也是企業(yè)相當(dāng)關(guān)心的一個(gè)方面.鐵損的多少與生產(chǎn)過(guò)程中扒渣量、扒渣次數(shù)成正比.噴吹法扒渣一次,渣量小,鐵損小 (采用脫硫劑的 CaO 含量越高,渣量越大,故扒渣鐵損也越大);KR 法脫硫需要兩次扒渣,即脫硫前扒渣一次,脫硫完后再扒渣一次,且由于 CaO 的加入量較大,所以造渣量也大,受以上兩因素影響,因而鐵損較大.

脫硫效果在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不僅與設(shè)備有關(guān),還受溫度、時(shí)間、脫硫劑、操作工藝水平等多種因素的影響.

在終點(diǎn)硫含量要求是 ≤50 ppm 的情況下,噴吹法及 KR 法均能達(dá)到目標(biāo)值,兩者的脫硫率也相差不多.是因?yàn)閲姶捣ǖ拿摿騽?Mg 的脫硫能力較強(qiáng),而 KR 法有著優(yōu)越的動(dòng)力學(xué)條件,在工藝允許的脫硫周期內(nèi),兩種工藝均都能達(dá)到終點(diǎn)目標(biāo)值要求.

從表1中可以得到以下結(jié)論:在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中使用單吹顆粒鎂時(shí)脫硫率最高;使用 CaO 做脫硫劑的 KR 法脫硫率較低;復(fù)合噴吹法,使用脫硫劑 CaO/Mg 比值越大,脫硫效果越差,脫硫率介于單吹顆粒鎂和 KR 之間.

運(yùn)行成本主要是從脫硫劑消耗、鐵損、噴槍或攪拌頭的消耗、溫降等方面進(jìn)行對(duì)比.由于在生產(chǎn)操作過(guò)程中,人為因素較為重要,且各種消耗的價(jià)格因區(qū)域差異較大,所以表 3 的對(duì)比情況僅供參考.KR 攪拌法脫硫運(yùn)行成本相對(duì)低一些 (參照表 3).復(fù)合噴吹脫硫站的運(yùn)行成本比 KR 脫硫站的運(yùn)行成本低約 30%.

表 3 各種脫硫工藝噸鐵生產(chǎn)成本[8] 元

噴吹法的工藝設(shè)備由鐵水罐傾翻車、渣罐車、扒渣機(jī)、液壓站、石灰儲(chǔ)倉(cāng)、Mg 顆粒儲(chǔ)倉(cāng)、噴吹閥站、噴吹計(jì)量罐、核心工藝包、噴槍升降裝置、噴槍臺(tái)架、除塵及電氣自控系統(tǒng).其中大部分的設(shè)備均已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化,除了核心工藝包技術(shù)和脫硫劑噴吹控制稍遜于國(guó)外引進(jìn)技術(shù).先進(jìn)的工藝包應(yīng)該能夠根據(jù)初始硫含量、目標(biāo)硫及脫硫周期的要求,對(duì)其噴吹速率和脫硫劑的配比進(jìn)行最合理的計(jì)算,在通過(guò)噴吹控制系統(tǒng)對(duì)其噴吹粉劑的進(jìn)行精準(zhǔn)控制,從而達(dá)到生產(chǎn)要求.年處理量在 130~150 萬(wàn) t 的雙站預(yù)處理生產(chǎn)線的投資,設(shè)備全部國(guó)產(chǎn)化,總包價(jià)格約為 1500 萬(wàn)元,若核心工藝包及噴吹控制系統(tǒng)引進(jìn)的的話,總包價(jià)格約為 2500 萬(wàn)元.

攪拌法工藝設(shè)備由鐵水罐傾翻車、渣罐車、扒渣機(jī)、液壓站、石灰儲(chǔ)倉(cāng)、攪拌頭升降及攪拌裝置、攪拌頭更換小車、噴吹閥站、噴吹計(jì)量罐、脫硫模型、除塵及電氣自控系統(tǒng).就其設(shè)備和技術(shù)本身都比較簡(jiǎn)單,設(shè)備主要為常規(guī)的電機(jī)傳動(dòng)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)的提系統(tǒng);加料方式是常見的汽車槽罐車運(yùn)輸粉料;控制系統(tǒng)的電氣、儀表、液壓等方面的技術(shù)都比較成熟.年處理量在 130~150 萬(wàn) t 的單站預(yù)處理生產(chǎn)線的投資,設(shè)備及控制系統(tǒng)全部國(guó)產(chǎn)化,由于其設(shè)備組成較復(fù)雜,設(shè)備重量較大,因此總包價(jià)格約為 2500 萬(wàn)元.

兩種脫硫工藝在一次性投資上,明顯復(fù)合噴吹有優(yōu)勢(shì),但是在正常生產(chǎn)后,日常維護(hù)及運(yùn)行費(fèi)用,KR法的優(yōu)勢(shì)強(qiáng)于復(fù)合噴吹.

噴吹法生產(chǎn)工藝流程:先通過(guò)鐵路將裝有鐵水的高爐鐵水罐運(yùn)至加料跨,由吊車將鐵水罐放置于鐵水車上,開至脫硫工位后,先進(jìn)行測(cè)溫取樣,將測(cè)量結(jié)果輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi),通過(guò)對(duì)鐵水重量、鐵水初始硫、目標(biāo)硫參數(shù)等進(jìn)行分析,專家系統(tǒng)將自動(dòng)確定該次噴吹的噴吹曲線、粉劑噴吹量和噴吹時(shí)間,然后即可啟動(dòng)自動(dòng)噴吹按鈕,按照程序進(jìn)行噴吹,到達(dá)設(shè)定值后會(huì)自動(dòng)停止噴吹,噴吹結(jié)束后提槍,再進(jìn)行測(cè)溫取樣.溫度和成分合格后,將鐵水罐車開到扒渣工位進(jìn)行扒渣作業(yè).扒渣操作完成后,鐵水車將鐵水運(yùn)至轉(zhuǎn)爐加料跨由吊車吊起兌入轉(zhuǎn)爐,渣罐由渣罐車運(yùn)至渣跨.

KR 法生產(chǎn)工藝流程:高爐鐵水用鐵水罐車運(yùn)送至主廠房一端內(nèi)的鐵水停放線上,用吊車將鐵水罐吊到脫硫站并稱量,然后脫硫鐵水罐車運(yùn)行到處理位,進(jìn)行測(cè)溫和取樣,將測(cè)量的數(shù)據(jù)傳入冶金模型,由其根據(jù)終點(diǎn)要求及脫硫周期來(lái)控制脫硫劑的加入量.接著鐵水罐車傾翻進(jìn)行扒前渣;然后鐵水罐回位,然后下降攪拌器,夾緊升降小車,并旋轉(zhuǎn)攪拌器開始攪拌,加脫硫劑進(jìn)行脫硫,脫硫完畢再進(jìn)行測(cè)溫和取樣,然后進(jìn)行扒后渣,最后鐵水罐車開至吊罐位用吊車將脫硫后的鐵水兌入轉(zhuǎn)爐,渣罐由渣罐車運(yùn)至渣跨.

結(jié)束語(yǔ)

噴吹法和 KR 法脫硫工藝在各大鋼鐵廠使用情況均得到良好的應(yīng)用,對(duì)其進(jìn)行對(duì)比,各有所長(zhǎng).KR 法脫硫工藝的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力學(xué)條件優(yōu)越,脫硫劑廉價(jià),脫硫效率高,運(yùn)行費(fèi)用低.不足的地方是,鐵水溫度損失及鐵水損失較大,設(shè)備數(shù)量多,設(shè)備及基建費(fèi)用較大;噴吹法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單,投資少,鐵損少,溫降少,不足的是動(dòng)力條件差,脫硫劑價(jià)格較貴,運(yùn)行費(fèi)用較高.

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