新型噴氣機(jī)械攪拌爐外鐵水原位脫硫的基礎(chǔ)研究結(jié)題摘要

課題在綜合分析KR 法和顆粒鎂噴吹法的基礎(chǔ)上，提出了噴氣機(jī)械攪拌鐵水爐外原位脫硫的新思路，即以MgO 基（或白云石基）脫硫劑取代金屬鎂，在鐵水中原位生成鎂蒸汽，在惰性氣體的帶動(dòng)下噴吹進(jìn)入鐵水熔池，并采用新型噴氣機(jī)械攪拌裝置細(xì)化和分散鎂蒸汽氣泡，從而達(dá)到提高鎂脫硫效率和鎂利用率的目的。圍繞新的思路，在水模型實(shí)驗(yàn)中，采用圖像處理、吸收速率、數(shù)值模擬、功率測(cè)量及因次分析等方法，研究攪拌槳槳型、攪拌模式、攪拌速度、噴氣方式、噴嘴浸入深度等因素對(duì)氣泡微細(xì)化和分散規(guī)律，建立了氣泡尺寸與各種因素的準(zhǔn)數(shù)方程，探索高溫噴氣攪拌氣泡微細(xì)化的方法；采用差熱分析技術(shù)、元素分析、高溫實(shí)驗(yàn)等手段，研究氧化鎂基脫硫劑在高溫鐵水中原位反應(yīng)產(chǎn)生鎂蒸汽的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律，以及新型脫硫劑原位脫硫的規(guī)律以及脫硫渣的組成、結(jié)構(gòu)等；為新型噴氣機(jī)械攪拌原位脫硫新方法提供科學(xué)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，同時(shí)應(yīng)用商業(yè)CFD軟件就新型攪拌槳對(duì)氣泡的分散性的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬。數(shù)值模擬采用非穩(wěn)態(tài)SM法結(jié)合歐拉多相模型和兩相湍流模型，研究了噴氣攪拌熔池內(nèi)的氣液兩相流分布，液體速度，湍動(dòng)能，功率等影響因素。并將結(jié)果與水模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致的基礎(chǔ)上，得到以下結(jié)論：新型攪拌槳可以取得更好的氣泡微細(xì)化效果，同時(shí)可以降低能耗；槳葉上加圓盤(pán)可以削弱槳葉上部的切向流，因此可以相應(yīng)地增加氣泡的停留時(shí)間以及氣泡的分散范圍；隨著偏心度的增加，溶池內(nèi)部氣體分布范圍也會(huì)相應(yīng)增加，增大偏心度有利于溶池內(nèi)部的氣泡微細(xì)化效果。物理模擬的結(jié)果表明：新型攪拌槳可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的氣泡微細(xì)化效果同時(shí)達(dá)到最高的容積傳質(zhì)系數(shù)及二氧化碳?xì)怏w利用率并且實(shí)現(xiàn)最低的功率消耗。5kg鐵水脫硫?qū)嶒?yàn)表明，噴吹的實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于投料和噴粉，脫硫率隨著脫硫劑的用量的增加，配比中還原劑含量的增大以及初始硫含量的升高而增大，表面添加一定的CaO能有效的抑制回硫和提高脫硫率；在1t中頻感應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行的鐵水爐外機(jī)械攪拌原位脫硫中試試驗(yàn)結(jié)果表明：使用該技術(shù)可有效降低鐵水中的硫含量，噴吹 攪拌實(shí)驗(yàn)效果優(yōu)于直接投放和只噴吹實(shí)驗(yàn)效果，在一定的預(yù)處理?xiàng)l件下，鐵水中的硫含量可降至100ppm以下（最低22ppm），最大脫硫率為94.5%，鎂蒸汽利用率可達(dá)80%以上，完全符合國(guó)家煉鋼技術(shù)規(guī)程對(duì)入爐鐵水硫含量的要求，部分結(jié)果達(dá)到了深脫硫的標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)于目前鋼鐵企業(yè)鐵水脫硫預(yù)處理的技術(shù)水平。 2100433B

課題在綜合分析KR法和顆粒鎂噴吹法的基礎(chǔ)上，提出了噴氣機(jī)械攪拌鐵水爐外原位脫硫的新思路，即以MgO基（或白云石基）脫硫劑取代金屬鎂，在鐵水中原位生成金屬鎂蒸汽，在惰性氣體的帶動(dòng)下噴吹進(jìn)入鐵水熔池，并采用新型噴氣機(jī)械攪拌裝置細(xì)化和分散鎂蒸汽氣泡，從而達(dá)到提高鎂脫硫效率和鎂利用率的目的。圍繞新的思路，在水模型實(shí)驗(yàn)中，采用片光源、圖像處理和因次分析方法，研究攪拌槳槳型、攪拌模式、攪拌速度、噴氣方式、噴嘴浸入深度等因素對(duì)氣泡微細(xì)化和分散規(guī)律，建立氣泡尺寸與各種因素的準(zhǔn)數(shù)方程，探索高溫噴氣攪拌氣泡微細(xì)化的方法；采用差熱分析技術(shù)、元素分析、高溫試驗(yàn)等手段，研究氧化鎂基脫硫劑在高溫鐵水中原位反應(yīng)產(chǎn)生鎂蒸汽的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律，以及新型脫硫劑原位脫硫的規(guī)律以及脫硫渣的組成、結(jié)構(gòu)等；為新型噴氣機(jī)械攪拌原位脫硫新方法提供科學(xué)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，利用我國(guó)豐富鎂資源，提高我國(guó)鋼材品質(zhì)。

鐵水爐外脫硫工藝之所以在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上是合理、可行的，主要基于以下原因：

1、鐵水中含有大量的Si、C和Mn等還原性好的元素，因此在使用不同類(lèi)型的脫硫劑，特別是強(qiáng)脫硫劑，如Ca、Mg、稀土等金屬及其合金時(shí)，不會(huì)發(fā)生大量的燒損，影響脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。

2、鐵水中的C和Si等能夠大大提高硫在鐵水中的活度系數(shù)，使硫很容易就能脫到很低水平。

3、鐵水中含氧量較低，硫的分配系數(shù)相應(yīng)有所提高，有利于脫硫。

4、鐵水爐外脫硫可以在魚(yú)雷車(chē)、鐵水罐巾進(jìn)行，也可以在出鐵槽中進(jìn)行，這樣可以減少處理投資。

5、鐵水處理溫度較低，對(duì)處理裝置的壽命有益。

6、鐵水爐外脫硫的過(guò)程中鐵水成分的變化比煉鋼或鋼水處理過(guò)程中鋼水成分的變化對(duì)最終鋼種的影響小。

1、鋪撒法

將蘇打粉或蘇打粉與石灰粉、螢石粉的混合物撒入流鐵溝、鐵水流或鐵水罐底部，利用鐵水流動(dòng)時(shí)的沖擊和湍流運(yùn)動(dòng)使鐵水與脫硫劑攪拌混合，促進(jìn)脫硫反應(yīng)。這種方法簡(jiǎn)便易行，但由于鐵水與脫硫劑混合不夠充分，脫硫效率不高。

2、機(jī)械攪拌法

這種方法是將脫硫劑加入鐵水罐中，然后用耐火材料制成的攪拌器插入鐵水?dāng)嚢瑁偈硅F水與脫硫劑充分混合，進(jìn)行脫硫反應(yīng)。

機(jī)械攪拌法有多種方式，其中具行代表性的是KR法，如圖2所示。

其脫硫效果與攪拌器的轉(zhuǎn)速、脫硫劑種類(lèi)有關(guān)。

3、鐘罩插入法

這種方法是把含鎂量40%以上的鎂焦、鎂鋼屑等放入石墨-黏土制成的鐘罩內(nèi)。然后插入鐵水罐巾，利用在高溫下沸騰而逸出的鎂蒸汽與鐵水接觸，使鐵水產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)和進(jìn)行脫硫反應(yīng)，如圖3所示。

爐外脫硫的原因有如下兩方面。

1、一些高爐內(nèi)未能使[S]降到合格范圍，為避免產(chǎn)生廢品，采用爐外脫硫辦法來(lái)補(bǔ)救。近年來(lái)由于原燃料質(zhì)量逐步改善，高爐操作技術(shù)不斷提高，除極個(gè)別鋼鐵廠在必要時(shí)采用以外，一般很少采用了。

2、把爐外脫硫做為生產(chǎn)上的必要環(huán)節(jié)。近些年來(lái)，天然高質(zhì)量的原燃料資源愈顯貧乏，特別是近年來(lái)國(guó)內(nèi)有些廠原料中堿金屬含量很高（堿負(fù)荷每噸鐵在12~15kg以上），嚴(yán)重影響著煉鐵生產(chǎn)。為適應(yīng)高堿金屬原料的冶煉和提高高爐生產(chǎn)能力，迫使尋求新的生產(chǎn)工藝，即采用低堿度渣操作并進(jìn)行鐵水的爐外脫硫。

鐵水爐外脫硫的意義可概括如下：

(1)優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)要求生鐵含[S]<0.01%甚至0.005%；

(2)對(duì)生產(chǎn)普通鋼也要求生鐵含[S]在0.02%~0.05%以下；

(3)生產(chǎn)球墨鑄鐵要求低[S]、低[P]的生鐵；

(4)世界上低硫的優(yōu)質(zhì)焦煤日趨短缺，高硫焦炭以及高硫噴吹燃料的使用必然導(dǎo)致生鐵含硫升高；

(5)采用鐵水爐外脫硫，除有效提高生鐵質(zhì)量外，還可實(shí)現(xiàn)低堿度渣操作，可增加爐渣排除堿金屬的能力，同時(shí)減少渣量，降低焦比，提高高爐生產(chǎn)率。 2100433B