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KR法与喷吹法两种铁水脱硫工艺的比较
KR法与喷吹法两种铁水脱硫工艺的比较
赵炜①
(南京钢铁股份有限公司,江苏 南京 210035)
摘 要:对单喷颗粒镁、复合喷吹、KR法三种脱硫工艺在脱硫率、回硫、温降、扒渣铁损、耗时、成本和对转炉冶炼影响及原材料设备要求进行比较,分析了各自优缺点,并对降低脱硫成本和不同条件下钢厂采用适宜的脱硫工艺提出建议。
关 键 词:脱硫工艺;技术设备;脱硫效果;温降;铁损;成本
1 前言
现代化炼钢厂的生产工艺流程是:高炉炼铁铁水———铁水预处理———顶底复合吹炼转炉—钢水炉外精炼———全连铸和热送热轧,而铁水脱硫是整个工艺路线中的重要环节。铁水脱硫也是生产纯净钢和市场、企业发展的需要。
目前铁水脱硫工艺较为成熟的主要有KR法(机械搅拌法)和喷吹法两种,从两种工艺在实际生产中的应用效果来看,二者是互有长短。为此,本文着重就两种工艺模式的发展、应用和运营成本作了比较。
2 KR法和喷吹法的工艺及特点
所谓KR脱硫法,主是将浇铸耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头,插入有定量铁水的铁水罐中旋转使铁水产生漩涡。脱硫剂在不断地搅拌过程中与铁水中的硫产生化学反应,达到脱硫的目的。KR法优点是动力学条件优越,脱硫效果比较稳定,脱硫剂消耗较少,适应于低硫品种钢比例大、要求高的钢厂采用。不足是,设备复杂,一次投资较大,脱硫铁水温降较大。
喷吹法,是利用惰性气体(N2或Ar)作载体将脱硫粉剂(如CaO,CaC2和Mg)由喷枪喷入铁水中,使喷吹气体、脱硫剂和铁水三者之间充分混合进行脱硫。目前,以喷吹镁系脱硫剂为主要发展趋势,其优点是设备费用低,操作灵活,喷吹时间短,铁水温降小。
3 KR 法与喷吹法两种工艺的比较
从铁水脱硫工艺倍受人们的重视以来,KR法与喷吹法技术一直处于发展之中,目前虽仍需完善,可也日趋于成熟,本文主要从以下几个方面对两种脱硫方法进行具体比对。
3.1 技术与设备
喷吹法因其设备用量少、基建投入低、高效经济等诸多优势而处于脱硫技术的主要发展趋势之一,可在相当长的时间中国都是引进国外的技术和设备。到2002年10月国内才首次实现成套技术设备国产化。喷吹技术和设备的国产化直接降低了建设投资和运行操作的成本,从前期的一次性投资来看,要比KR法略有优势。KR法设备虽然重量大且较复杂,可它的优势是运营操作费用低廉,由此所产生的经济效益完全可弥补前期的一次性高额投资。根据有关推算,一般3~5年即可收回所增加的投资。
3.2 脱硫效果
三种铁水脱硫方法的脱硫效果见表1,而实际生产过程中的铁水脱硫效果,不仅与设备有关,而且受脱硫剂、操作工艺水平、时间及温度等诸多因素影响。
KR法因动力学条件好,铁水搅拌强烈,而且CaO的加入量较大,导致温降也大,目前国内KR法工艺应用较成熟的武钢可以使温降控制在28℃左右。相比之下,镁基的脱硫温降都比较小(参照表1),主要原因有以下三点:喷吹法动力学条件差,铁水整体搅拌强度不大,热量散失少;金属镁的脱硫反应过程是个放热反应;镁的利用率高,脱硫粉剂加入量少。
铁水预处理脱硫过程的铁损主要来自于两部分:脱硫渣中含的铁和扒渣过程中带出的铁水。由于两种工艺模式的不同,一方面,较少的脱硫剂产生的脱硫渣少,则渣中含铁量也低,由此颗粒镁喷吹脱硫的铁损要少一些;另外,颗粒镁喷吹脱硫的渣量少,扒净率相对低,而KR法的脱硫渣扒净率相对高。就扒渣的铁损而言,喷吹法时,采用脱硫剂的CaO含量越高,则扒渣铁损越大;而KR法使用CaO作为主要脱硫剂成分,其铁损只是略高于喷吹镁脱硫铁损。由于扒渣还取决于高炉渣残留量及扒渣过程,综合考虑看KR法与喷吹法区别不大。究竟哪个是主要因素,各钢厂的实际操作有着很大的区别。
3.3 脱硫剂耗量及成本
铁水预处理过程中,脱硫剂是决定脱硫效率和脱硫成本的主要因素之一。根据日本新日铁曾做的计算,脱硫剂的费用约为脱硫成本的80%以上,所以,脱硫剂种类的选择是降低成本的关键。两种脱硫方法脱硫剂消耗及成本见表2。
然而,在脱硫剂的选择时必须综合考虑不同工艺方法的特点。基于动力学条件和脱硫效率,目前喷吹法主要采用的是镁基脱硫剂,KR法采用的是石灰脱硫剂。根据理论计算,在 1350℃,镁脱硫反应的平衡常数可达3.17×103,平衡时的铁水含硫量可达0.000016%,大大高于CaO的脱硫能力。然而,上文已经把两种脱硫剂在各自工艺中的脱硫效果进行了对比,表明,结合实际生产工艺后它们都能达到用户对脱硫的最高要求。
在脱硫方式选择时还要考虑脱硫剂的一个因素,就是脱硫剂的来源问题。一般而言,大部分钢铁生产企业都要使用石灰石,要么有自己的石灰厂,要么有稳定的协作供货渠道,来源稳定,成本稳定,而且供货及时,不用考虑仓储问题。虽然中国的金属镁资源丰富,可是相对钢铁企业来说,获得搅拌法所需的CaO基脱硫剂更为容易,钝化颗粒镁就不具备这些有利因素。
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