KR脱硫喷粉工艺实践.pdf

第 44 卷第 4 期2023 年 8 月Vol.44.No.4August 2023特殊钢SPECIAL STEELKR脱硫喷粉工艺实践甄先锋1，宋永涛2，吴志敏2，胡建新2（1 青岛特殊钢铁有限公司中特研究院青钢分院，青岛 266000；2 青岛特殊钢铁有限公司炼钢事业部，青岛 266000）摘 要：通过实验室水模实验得出了添加脱硫剂最佳方式为喷吹方式，加上生产过程采取脱硫喷粉枪角度接近90、喷粉枪相对高度为 500 mm、脱硫剂的喷射点为 1/2 半径以内区域、脱硫剂的粒度不超过 2 mm、喷吹速度为 130150 kg/min、粉气比为75 kg/Nm3、高速搅拌时间46 min等措施，解决了实际生产过程中存在的喷吹过程管道堵料、喷溅以及脱硫收得率不稳而造成脱硫效率低等问题，使得喷吹脱硫的优势充分发挥。相比较于批量添加（重力）的方式，节约脱硫剂可以达到25%。关键词：KR脱硫；喷粉脱硫；降本增效DOI:10.20057/j.1003-8620.2022-00128 中图分类号：TF543Process Practice of KR Desulphurization by Power BlastingZhen Xianfeng1，Song Yongtao2，Wu Zhimin2，Hu Jianxin2（1 CITIC Special Steel Research Institute Qinggang Branch，Qingdao Special Iron and Steel Co.，Ltd.，Qingdao 266000，China；2 Steelmaking Division，Qingdao Special Iron and Steel Co.，Ltd.，Qingdao 266000，China）Abstract：Through the laboratory water mold experiment,the best way to add desulfurizer is spray suction type，during production process by measures like adjusting the Angle of the desulphurization spray gun to be close to 90,the relative height of the spray gun to be 500 mm,the injection point of the desulphurization agent to be within 1/2 radius,the particle size of the desulphurization agent to be no more than 2 mm,the injection speed to be 130-150 kg/min,the powder/gas ratio to be 75 kg/Nm3,and the high-speed stirring time to be 4-6 minutes,etc,it solves the problems of low desulfurization efficiency caused by pipe clogging,splashing and unstable desulfurization yield in the actual production process,and gives full play to the advantages of desulfurization by spraying.Compared with the batch adding(gravity)method,the saving desulfurizer can reach about 25%.Key Words：KR Desulfurization；Desulfurization by Powder Spraying；Cost Decreasing and Efficiency Increasing随着用户对钢材质量和使用性能的要求越来越高，铁水脱硫预处理技术随之不断发展。铁水脱硫预处理可有效提高产品质量，增加产品附加值，从而提高产品的市场竞争力，现已成为长流程冶炼洁净钢必备的工艺装备。国内外主要的铁水预脱硫工艺方法有KR搅拌法和颗粒镁喷吹法，KR搅拌法最大的优势是采用来源广泛的石灰作为脱硫剂，并且能够为脱硫提供良好的动力学条件，相比颗粒镁脱硫工艺具有生产运行成本低、脱硫效率高、回硫少等优势而被钢铁企业广泛采用1。随着国内钢铁市场激烈的竞争，成本压力、能耗指标、环境压力增大，KR脱硫工艺装备必须向高效、低成本、环保的方向发展，钢铁企业均需要采取一系列技术手段来实现KR脱硫的高效、低成本以及环保，其中KR投料系统由重力投料改为喷粉投料是一项很有效的新技术，目前已被日本JFE、韩国POSCO、宝钢股份宝山基地、湛江钢铁、青岛特钢等多家钢铁企业采用。日本JFE下属京浜炼钢厂1#KR上同时配备了重力和喷粉两种投料方式，通过对两种投料方式对比，喷粉投料方式相比重力投料方式，脱硫剂节省19%2。而青岛特钢于2021年建成投产了两套KR喷吹脱硫装置，在试运行阶段出现了运行不稳定，脱硫及除尘效果差，脱硫效率低等问题。1KR喷粉脱硫水模实验为了更好的展现现场实际脱硫情况，在实验室状态下进行水模实验。主要仪器设备为悬臂式电动恒速搅拌器1台、便携式电子天平1台、2 000 mL烧杯1个、计时器、喷吹筒、脱硫剂若干。实验方法如下：取三份重量相等的脱硫剂（每份500g），烧杯中装入1 500 mL水，使用同一个电动搅拌器，设定同样的转速 120 r/min，搅拌时间均设作者简介：甄先锋（1974-），男，高级工程师；E-mail：；收稿日期：2022-07-1654第 4 期甄先锋等：KR脱硫喷粉工艺实践定为5 min，以观察脱硫剂的分散/聚集现象。水模实验就是模拟现场生产过程中，脱硫剂以不同方式加入后的效果来反映脱硫剂的使用效率，主要采用以下三种方式进行对比实验：（1）批量添加，从顶部往液体表面添加脱硫剂；（2）连续添加，从顶部往液体表面连续添加；（3）喷吹添加，使用气体通过喷枪向液体表面喷射脱硫剂。试验后的脱硫剂分散行为如图1所示。在批量添加过程中，观察到脱硫剂在水面上向叶轮中心聚集，如图 1（a）所示。在连续添加过程中，虽然聚集不像批量添加那么明显，但是部分脱硫剂搅拌后在水面聚集；在喷吹添加过程中，脱硫剂几乎没有聚集现象3。三种方法中，喷吹添加时脱硫剂团聚的粒径最小，在旋转过程中弥散分布，水呈浑浊状态，主要是因为脱硫剂以一定的速度被旋转中的水卷入并保持运动状态，使得水面颗粒发生聚集的机会变小，在水中聚集颗粒的直径也最小，因脱硫剂与水接触面积最大，颗粒与水的混合效果最佳，溶解速率最快。实际生产过程中，选择合适的脱硫剂加入方式，加快脱硫剂的熔化速度，是提高脱硫效果最主要、最有效的方式。目前青岛特钢的两个炼钢分厂，共有四座KR搅拌，脱硫剂的加入方式不同，一炼钢的两座脱硫站采用批量添加的方式，二炼钢的两座脱硫站采用喷吹添加的方式。2KR喷粉系统的工作原理KR脱硫喷吹系统主要有供料仓，喷吹罐、喷粉枪及升降机构、氮气喷吹控制设备等组成，自动化程度高，可以实现一键操作。在KR搅拌脱硫前，根据铁水成分、温度、重量以及终点硫的要求，通过模型计算出需要的脱硫剂重量。脱硫剂由供料仓加入喷吹罐，喷吹罐采用氮气加压至设定的压力，脱硫开始后，搅拌桨的转速提升至设定转速后，喷粉枪下降至设定高度，喷吹罐通过管道和喷粉枪将脱硫剂喷至铁水液面；喷吹结束后，喷粉枪提升至待机位，搅拌桨继续搅拌，当搅拌时间达到设定值，搅拌桨提升至待机位，脱硫结束4。3KR喷粉系统存在的问题及优化3.1试运行阶段存在的问题KR喷粉系统在试运行初期，主要出现了以下几个方面的问题：（1）喷粉过程管道堵料。经常发生喷吹过程中管道突然堵塞问题，一旦发生堵塞，须停产进行排堵；（2）喷溅大、粉尘大。喷吹过程中铁水喷溅大，烟尘大，导致地面积渣严重、台车上结渣严重，区域环境差；（3）脱硫效率低，脱硫剂单耗高。经常出现脱硫不稳定，脱硫率低的问题，实际终点硫与目标硫相差较大，相比于一炼钢的重力投料，脱硫剂消耗更高。3.2KR喷粉系统优化为了改善及解决KR喷粉系统在试运行初期的问题，现场经过分析并制定了一系列的优化措施。3.2.1 管道堵料现场生产过程中多次发生输粉管道堵塞情况，经过现场跟踪分析，造成堵塞的原因基本都是脱硫剂粒度不均及管道内有异物造成的。KR喷粉系统对脱硫剂粒度要求是：粒度在0.31.6 mm占80%以上，小于0.3 mm和大于1.6 mm均不超过10%5。而图1水模实验中脱硫剂不同加入方式产生的分散特性：（a）水表面，（b）侧视图Fig 1Dispersion characteristics of powder in water model experiment：（a）the surface of water，（b）Side View55第 44 卷 特殊钢现场发现粒度均匀性太差，最大的颗粒30 mm；供料仓内负压，外界潮湿空气进入，导致料仓内石灰结块变大。为了解决堵料问题而采取的措施：（1）要求脱硫剂供货厂家检查脱硫剂制备筛网，对于破损的进行更换，确保粒度达到控制要求；（2）清空供料仓，对供料仓及喷吹罐统一清理，将施工遗留的残渣全部清理掉；（3）始终保持供料仓底部流态化供气，流态化气体疏松脱硫剂的同时，可确保供料仓内正压，避免外界潮湿空气进入。3.2.2 铁水喷溅铁水喷溅大、现场烟尘大主要由以下4个因素导致：（1）喷枪角度问题：受限于现场空间布置，喷枪与铁水液面呈一定夹角，在喷吹过程中铁水因冲击大而造成飞溅；（2）脱硫剂在铁水液面的喷射点问题：初期脱硫剂在铁水液面的喷射点在旋涡的外围，喷入的脱硫剂不能很快卷入铁水，部分浮在铁水液面，而被后续喷吹的脱硫剂吹起，造成扬尘6；（3）喷枪枪距问题：喷枪出口距离铁水液面过近，脱硫剂冲击过于集中，造成铁水液面喷溅严重；（4）喷粉速度及粉气比：喷粉速度过快，对铁水液面的冲击过大，导致铁水飞溅严重，尤其是喷吹速度超过180 kg/min时。同时喷吹过程与粉气比有很大的关系，粉状物料的气力输送分为均匀悬浮流动、底密悬浮流动、疏密悬浮流动、停滞状流动、部分流动和柱塞状流动，疏密悬浮流动是悬浮输送的极限状态7，而采用停滞状流动、部分流动或柱塞状流动进行脱硫剂输送，脱硫剂喷吹会出现脉冲情况，喷粉不稳定，现场扬尘较大。为了改善铁水喷溅现象，采取了以下4条措施，铁水喷溅得到有效控制，现场粉尘也达到环保要求，优化措施的实施取得了较好效果。采取的措施为：（1）调整喷粉枪与铁水液面的夹角，使角度尽量靠近90，减小脱硫剂对铁水液面水平方向的冲击；（2）重新调整喷粉枪枪位，将喷粉枪整体向铁水罐中心靠拢，喷射点为铁水包半径中心点以内区域；（3）调整喷粉枪头部与铁水液面的距离，将该距离由初期的200 mm调整至500 mm；（4）通过调整喷吹罐罐压及喷吹罐出口的喉口调节阀，将喷粉速度由 160180 kg/min降低至130150 kg/min。将粉气比由原来的60110 kg/Nm3调整至75 kg/Nm3。3.2.3 铁水脱硫效率经过分析，脱硫效率低的主要原因为：（1）脱硫剂粒度不均匀：部分粒度达2030 mm，脱硫剂与铁水的反应比表面积较小，动力学条件较差，导致脱硫效率低；（2）脱硫剂不能有效进入铁水内部：脱硫剂在铁水液面的喷射点位于旋涡外围，脱硫剂不能及时卷入铁水内部；粉气比过小，脱硫剂分散严重，有效到达铁水液面的脱硫剂较少；喷粉枪与铁水液面距离过大，有效达到铁水液面的脱硫剂过少；（3）喷粉后搅拌时间过短：投产初期，脱硫剂喷吹结束后，高速搅拌13 min后即停止搅拌，部分脱硫剂还未完全卷入铁水内部，铁水液面存在未反应的脱硫剂，对铁水成分分析，部分铁水硫含