鐵水脫硫預(yù)處理的理論及工藝研究.pdf

1、盡管在世界上鐵水噴鎂脫硫技術(shù)的工業(yè)化已有40多年了，但我們研究所近幾年來(lái)在為我國(guó)鋼鐵企業(yè)服務(wù)的過(guò)程中，還是遇到一些尚待研究和解決的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，較全面的查閱和評(píng)述了國(guó)內(nèi)外主要文獻(xiàn)，對(duì)這些問(wèn)題的進(jìn)一步研究就構(gòu)成了本論文的主要內(nèi)容。 鐵水脫硫預(yù)處理可“解放”高爐，優(yōu)化鋼鐵冶金工藝流程：首次從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)層面全面分析了鐵水脫硫預(yù)處理對(duì)“解放”高爐、優(yōu)化鋼鐵冶金工藝流程的深遠(yuǎn)影響。文章指出：鐵水脫硫預(yù)處理工藝作為鋼鐵冶煉工藝流程

2、中的一個(gè)獨(dú)立環(huán)節(jié)，優(yōu)化了整個(gè)冶煉工藝流程，降低了鋼的制造成本，提高了企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力；可合理利用資源；放寬高爐鐵水含硫量標(biāo)準(zhǔn)，減輕高爐沉重的脫硫負(fù)擔(dān)；降低高爐能耗和作業(yè)成本；向轉(zhuǎn)爐提供低硫生鐵，穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。就脫硫而言，鐵水脫硫預(yù)處理工藝在整個(gè)鋼鐵冶煉工藝流程中是最經(jīng)濟(jì)的工藝環(huán)節(jié)，降低了鋼鐵工業(yè)的總能耗，顯著提高鋼鐵工業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益。 進(jìn)一步明確鐵水鎂脫硫過(guò)程的物理化學(xué)機(jī)理：用已知的熱力學(xué)和

3、動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)鎂脫硫過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行了較全面的深入分析。熱力學(xué)分析表明，單噴可生成MgO、MgS，而復(fù)噴可以發(fā)生交換反應(yīng)MgS+CaO=CaS+MgO，生成的CaS使鎂脫硫能力明顯增加。實(shí)驗(yàn)室研究和大量現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)結(jié)果均表明，工藝條件相同時(shí)，單噴和復(fù)噴脫硫工藝均可使鐵水含硫量降低到同一水平(0.001％～0.005％)，石灰在鎂脫硫時(shí)化學(xué)作用不明顯。動(dòng)力學(xué)分析表明，在[S]<0.04％的情況下，脫硫速率受[S]向MgS夾雜物表面

4、傳質(zhì)速率控制，此夾雜物是由上浮的鎂氣泡表面剝離下來(lái)的，由此導(dǎo)出： ln([S]/[S]<,0>)=-k·t 式中：[S]—時(shí)間在t時(shí)刻鐵水的含硫量； [S]<,0>—t=0時(shí)刻鐵水的含硫量； K—脫硫速率常數(shù)。 用此式處理我國(guó)近年來(lái)許多企業(yè)單噴和復(fù)噴鎂加氧化鈣的生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)得到：?jiǎn)螄姇r(shí)平均脫硫速率常數(shù)k=0.360min<'-1>。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定值為0.390min<'-14>；復(fù)噴時(shí)平均脫硫速率常數(shù)為0.251 min<'-1>(

5、實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果0.270min<'-1>)?？梢?，在工藝條件相同條件下，單噴的脫硫速度較復(fù)噴脫硫速度快。對(duì)不同時(shí)刻單噴和復(fù)噴時(shí)從鐵水罐取出的渣樣、鐵樣進(jìn)行X射線衍射分析、掃描電鏡能譜分析(SEM)和金相顯微分析發(fā)現(xiàn)，兩種工藝方法的脫硫產(chǎn)物均是MgS，而非CaS和MgO。這說(shuō)明現(xiàn)有的工藝條件不能改善交換反應(yīng)MgS+CaO=CaS+MgO的動(dòng)力學(xué)條件，此反應(yīng)在脫硫過(guò)程中進(jìn)行得很有限，不會(huì)由于添加石灰粉而顯著提高鎂的脫硫能力。檢測(cè)分析未見鐵樣

6、中有CaS和MgO相。這是因?yàn)檫@些相含量很少，受檢測(cè)方法所限，故在能譜分析中無(wú)法找到。單噴和復(fù)噴兩種工藝方法的評(píng)價(jià)：詳細(xì)分析了配加石灰粉對(duì)鐵水噴鎂脫硫的作用，對(duì)單噴和復(fù)噴兩種工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(鎂單耗及鎂利用率、噴吹時(shí)間、鐵水溫降、投資和作業(yè)成本和環(huán)保等)做了對(duì)比分析。結(jié)果表明：?jiǎn)螄姽に囕^為經(jīng)濟(jì)合理，其設(shè)備投資較少、沒有石灰粉消耗，較復(fù)噴經(jīng)濟(jì)，噴吹時(shí)間也較短，熱耗少；但噴槍較貴，氣化室易糊堵，維護(hù)工作量大，且環(huán)境惡劣。另外，單噴脫硫“回

7、硫”較嚴(yán)重，這主要是由于單噴攪拌較差、取樣處和死區(qū)硫濃度差太大所至。復(fù)噴工藝適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠，比較靈活準(zhǔn)確，可根據(jù)脫硫程度調(diào)整粉劑品種和比例，無(wú)回硫現(xiàn)象，噴槍成本低，易維護(hù)，工藝也比較成熟。同單噴比較，復(fù)噴多消耗了一種粉劑，成本相對(duì)增高，噴吹時(shí)間長(zhǎng)，溫降大，設(shè)備投資相對(duì)較高。 鐵水鎂脫硫過(guò)程中鎂耗散分布及提高鎂利用率途徑的研究：首次應(yīng)用熱力學(xué)和物料平衡法，計(jì)算了鐵水中鎂的脫硫、脫氧、溶損、氮化、和與石灰中雜質(zhì)H<,2>O、CO