高硫鐵水脫硫工藝及高效脫硫劑試驗研究

李華彬，張 璽，陳 俊，范先國

（四川龍蟒礦冶有限責任公司，四川 攀枝花 617113）

1 引言

釩鈦鐵精礦經(jīng)轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原新工藝流程處理后，原輔材料中（S）以SO2排放到大氣的量很少，大多數(shù)（S）富集到鐵水中，2007年～2013年期間釩鈦磁鐵礦煤基直接還原新工藝流程多次工業(yè)試驗結(jié)果都表明，含釩鐵水的S含量最高達0.69%，平均S含量也在0.3%以上，遠高于普通高爐鐵水，生鐵中硫含量的高低直接影響產(chǎn)品的價格，甚至決定著生鐵能否順利銷售，也是釩鈦磁鐵礦煤基直接還原新流程產(chǎn)業(yè)化及延伸產(chǎn)業(yè)鏈最關(guān)鍵的瓶頸技術(shù)指標，國內(nèi)相關(guān)的研究工作也較少。

2 脫硫工藝流程

含釩鈦鐵金屬化球團經(jīng)過電爐熔分冶煉，得到直接還原鈦渣（TiO2≥50.0%）和含釩鐵水（V≥0.45%，C≥2.5%），含釩鐵水排放于鐵水罐中，經(jīng)過稱重、測溫、取樣，加入脫硫劑，進行脫硫冶金反應，脫硫處理后的合格鐵水通過鑄鐵機鑄造成鐵塊，其工藝流程見圖1。

圖1 含釩鐵水脫硫工藝流程

3 主要試驗設備及脫硫劑

機械攪拌法鐵水脫硫的設備包括:脫硫劑加料系統(tǒng)，鐵水運輸系統(tǒng)，攪拌系統(tǒng)，扒渣系統(tǒng)等。Kr法脫硫就是將耐火材料制成的攪拌器插入鐵水罐液面下一定深度處，并使之旋轉(zhuǎn)，加入的脫硫劑顆粒在槳葉端部區(qū)域內(nèi)由于湍動而分散，并沿著半徑方向“吐出”，在機械攪拌作用下，脫硫劑卷入鐵水中，與熱態(tài)鐵水混合、攪動，進行脫硫冶金反應，停止攪拌后，生成的稠狀冶金渣浮到鐵水面上，扒渣后即達到脫硫的目的。

3.1 脫硫裝置及自動化控制

2007年，自主建設了Kr法脫硫裝置，在生產(chǎn)使用過程中出現(xiàn)攪拌裝置傳動軸斷裂、攪拌槳（及傳動軸端聯(lián)軸器）脫落、裝置整體擺動、攪拌槳擺動幅度大、傳動基座強度不足，不能穩(wěn)定地達到鐵水脫硫需要的攪拌強度，甚至根本就無法實施脫硫操作，設備運行安全無法保證，檢修頻次高，任務繁重。2010年，針對這些問題，對Kr法脫硫系統(tǒng)攪拌裝置進行改造，提高攪拌轉(zhuǎn)速、改善攪拌槳結(jié)構(gòu)形式，增強了攪拌強度和攪拌效果，提升攪拌裝置的整體機械強度，保證運行過程的安全性和可靠性。2012年，新增鐵水罐傾翻液壓裝置，行程3100mm，液壓扒渣機、2.0m3脫硫渣盤車的扒渣系統(tǒng)，實現(xiàn)脫硫前的扒渣操作，為后續(xù)脫硫操作提供更好的條件。同時采用了在制造商定制的脫硫劑添加裝置和脫硫攪拌裝置，可根據(jù)鐵水重量、原始硫含量，實現(xiàn)脫硫劑的自動定量添加，改善脫硫劑落料點分布，利于脫硫劑的更好分散。增設了攪拌裝置的夾緊功能，提高了攪拌裝置的整體機械強度，保證脫硫裝置運行的平穩(wěn)性和安全性。

3.2 脫硫劑技術(shù)指標

脫硫使用的鎂粒，其技術(shù)指標要求見表1，生石灰及螢石的技術(shù)指標要求見表2。

4 試驗結(jié)果及討論

4.1 脫硫劑組成及優(yōu)化

4.1.1 鎂粒噴吹脫硫

以壓縮空氣為載體，計量稱重后的鎂粒噴入高溫鐵水，進行脫硫冶金反應。噴吹脫硫過程中鐵水噴濺嚴重且不易控制，鎂粒單價昂貴導致脫硫工序成本高而且脫硫效果不好，脫硫后的鐵水不能達到相關(guān)標準，鎂粒噴吹脫硫的試驗結(jié)果見表3。

結(jié)果表明:鐵水硫含量高，脫硫負荷重，脫硫過程鐵水噴濺大，鐵損失多，脫硫劑隨之損耗加大，脫硫效果不佳。表2數(shù)據(jù)還表明脫硫劑的利用率偏低，加大了高硫鐵水脫硫工序成本。

表1 鎂粒技術(shù)指標（%）

表2 生石灰、螢石技術(shù)指標（%）

表3 脫硫效果與工藝指標

4.1.2 鎂鈣型復合脫硫劑及試驗

結(jié)合生產(chǎn)裝置的特點，在鎂粒脫硫劑的基礎上，添加一定粒度組成的活性石灰、螢石及其它組元，不斷地進行跟蹤統(tǒng)計分析總結(jié)和優(yōu)化試驗，鐵水脫硫率穩(wěn)定地提高到90%以上。2010年6月，含釩鉻鐵水脫硫試驗期間，連續(xù)爐次鐵水脫硫情況見表4，鐵水脫硫率能夠穩(wěn)定地提高到90%以上。

4.2 脫硫劑加入方式

針對直接還原鐵水的典型特點:脫硫負荷大，合金元素種類及總量多，罐裝鐵水量少，每次出鐵間隔時間長，一方面增加強脫硫組元物料，優(yōu)化脫硫劑配方及組元的粒度與分布，另一方面結(jié)合生產(chǎn)裝置的實際布局，在出鐵溝、脫硫站兩個工位，按一定分配系數(shù)分別添加脫硫劑，實施“雙工位”脫硫工藝。在脫硫站對脫硫劑落點位置進行控制，確保鐵水與脫硫劑有更好的攪拌混合，有利于脫硫冶金反應。脫硫后的鐵水經(jīng)攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司檢測中心檢測［S］小于0.1%，達到了高硫鐵水脫硫的目標。

表4 連續(xù)爐次鐵水爐外脫硫情況

4.3 鐵水溫度

研究資料表明，鐵水的初始溫度對于脫硫效果有較大影響。穩(wěn)定生產(chǎn)運行過程中，不同爐次鐵水溫度及其對應的脫硫率統(tǒng)計結(jié)果見圖2，表明鐵水溫度過高或過低均不利于脫硫冶金反應，導致脫硫率降低，1320～1 430℃范圍內(nèi)脫硫率大于90%，而且穩(wěn)定。

圖2 鐵水溫度對脫硫率的影響

4.4 脫硫攪拌槳設計

中試裝置每次出鐵間隔時間長，攪拌槳歷經(jīng)冷、熱交替工況，對耐火材料熱震性要求高，攪拌槳易開裂、剝落，使用壽命極短，最少的僅5次，而且攪拌槳上粘結(jié)鐵水十分嚴重，甚至攪拌槳頭幾乎呈球形，嚴重影響脫硫的攪拌效果及脫硫工序的生產(chǎn)成本。通過對攪拌槳頭結(jié)構(gòu)設計、耐火材料材質(zhì)優(yōu)化選擇、成型制造工藝探索，保持較好的耐火材料形狀，穩(wěn)定了罐裝鐵水的攪拌效果，有力保證了鐵水脫硫效果，提高了攪拌槳的使用壽命，脫硫用噴槍已經(jīng)獲得國家專利（ZL200720305598.0）。

4.5 Kr法脫硫自動控制及生產(chǎn)運行

將鐵水重量、原始硫含量、脫硫前鐵水溫度、脫硫操作參數(shù)（插入深度、脫硫劑加料點、攪拌槳轉(zhuǎn)速、攪拌時間，脫硫后鐵水溫度）等數(shù)據(jù)適時輸入自動控制系統(tǒng)，在線調(diào)節(jié)和控制，在線存儲，通過統(tǒng)計分析，優(yōu)化后獲得最佳脫硫工藝操作參數(shù)。全流程生產(chǎn)運行期間的鐵水脫硫情況見表5，脫硫合格率逐月提高，脫硫劑消耗降低到28.41kg／tFe，解決了煤基直接還原釩鈦磁鐵礦流程中高硫鐵水脫硫問題。

5 結(jié)論

（1）采用Kr法實施高硫鐵水爐外脫硫，鐵水原始溫度對脫硫效果有較大的影響，通過優(yōu)選脫硫劑組元和合理配方，實施雙工位脫硫操作，提高了高硫鐵水的脫硫合格率，鐵水硫含量穩(wěn)定地降低到0.1%以下。

表5 2010年鐵水脫硫情況

（2）改善Kr法自動控制系統(tǒng)，優(yōu)化和固化脫硫操作參數(shù)，有利于穩(wěn)定高硫鐵水脫硫合格率，減少脫硫劑的鐵水噸耗。

（3）解決了高硫鐵水有效脫硫的工藝技術(shù)問題，對于釩鈦磁鐵礦煤基直接還原新流程產(chǎn)業(yè)化及延伸產(chǎn)業(yè)鏈有重要意義。