2001年第3期
钢铁
总79期
影响转炉脱硫率的原因分析
王建新
刘江伟
薛 涛
(八一钢铁集团公司行办)(八一钢铁股份有限公司)(八一钢铁集团公司技术开发中心)
摘 要 转炉采用溅渣护炉工艺后,在炉龄大幅提高的同时,也出现了脱硫率明显下降的问题。详细探讨影响转炉脱硫率的因素,并提出改进措施,取得了满意的效果。关键词 转炉 脱硫率 碱度 MgO含量
1 前言
随着溅渣护炉工艺在全国大、中、小转炉的推广,八钢于1999年10月对两座转炉采用了改造,先在1号转炉采用溅渣护炉的工艺,12月在两座转炉上全面实施了溅渣护炉的试验,取得了较好的效果,平均炉龄由1000炉提高2000炉以上。但是也暴露出一些问题,较明显的是脱硫率显著下降(脱磷率无明显变化),由30%～40%下降到20%以下,对于含硫量小于0.035%的铁水,几乎不脱硫,甚至由于炉料(废钢、石灰等)中的硫进入熔池,致使有些钢水成品的含硫量反而高于铁水含硫量,虽然对普通钢来说其含硫量未超出国际的规定,但对钢质量的不良影响是显而易见的,尤其是给优质钢的冶炼(如H08A)带来极大的困难,另外转炉冶炼过程喷溅增多,增大了钢铁料的消耗。为解决这个问题,进行了深入地调查与试验分析。
1710℃(高于1710℃的比例占29%),终点拉碳率平均为60%,一次倒炉率平均为85%。
试验方案按常规工艺进行,转炉实施溅渣护炉工艺前后各取样50炉,钢种Q235钢、20MnSi钢,化验终点渣样成分:CaO、SiO2、MgO、TFe、FeO等。
3 分析与讨论
在氧气顶吹转炉炼钢中,脱硫主要是炉渣脱硫,一般认为[1]其主要反应式有:
[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO),[FeS]+(MnO)=(MnS)+(FeO),
其次是气化脱硫,气化脱硫的反应式一般认为[1]是按下式进行的:
3(Fe2O3)+(CaS)=(CaO)+6(FeO)+{SO2},2(CaS)+3O2=2(CaO)+2{SO2},
脱硫的基本条件是高碱度、低FeO、高温度。脱磷反应是钢渣间的反应,其反应方程式为:4(CaO)+2[P]+5(FeO)=(4CaO·P2O5)+5Fe
脱磷的基本条件是高碱度、高FeO、低温度。因此,转炉炼钢选性能良好的炉渣对有效去除硫、磷是很重要的。3.1 转炉终渣分析
国内氧气顶吹转炉在冶炼含磷、硫较高的原料及冶炼低磷硫的钢种时,终渣碱度一般控制在3.0以上,八钢转炉要求终渣碱度控制在3.0～3.5。由表1可以看出,转炉实施溅渣护炉工艺前,终渣碱度平均3.18;溅渣护炉后,终渣碱度平均2.81。转炉实施溅渣护炉工艺前后终渣TFe%、FeO%无明显变化,MgO%含量比溅渣前提高了1.56%,基本在溅渣的
2 转炉工艺简介
八钢炼钢厂的二座转炉,设计公称容量12t,经扩容改造后平均出钢量达22t,年产钢90万t。转炉采用分阶段定量装入制度,熔池深度为700～830mm。氧喷头为4孔拉瓦尔喷头,氧气工作压力为0.75～0.93MPa,平均氧耗为60m/t,供氧时间为11～12min,冶炼周期20min。石灰采用分批加料操作,第一批在开吹的同时加入,加入量约占石灰总加入量的1,第二批石灰视前期化渣情况,采用分批、少量、
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勤加的方式加入(必须在提前3min前加完);白云石在开吹时一次性加入。出钢温度一般控制在1670～
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联系人:王建新,男,33岁,大学本科,炼钢工程师,乌鲁木齐(830022)八一钢铁集团公司行办
202001年第3期合理范围内。表1 转炉溅渣护炉前后终渣成分分析(平均值)指标(%)溅渣前溅渣后
统计炉数50炉50炉
CaO/SiO2MgOTFeFeO3.187.6713.2410.682.819.0313.5410.87
钢铁总79期量,对促进石灰熔解,提高炉渣碱度具有显著作用。在吹炼过程渣中MgO含量的控制要适当,接近饱和含量即可,过低炉渣严重侵蚀炉衬,过高超过渣中MgO饱和含量,则MgO析出,炉渣粘度增大,造成炉渣返干,甚至喷溅。实施溅渣护炉工艺后,转炉冶炼过程喷溅增多。
资料[2]表明:转炉吹炼前期末的温度为1450℃时,渣中MgO饱和含量在5%左右。由表2可看出,转炉前期渣TFe%、FeO%含量控制较为正常;而前期MgO含量的控制较高,仅有一炉MgO
含量为7.90%,其余均超过8.0%。因此,转炉前期渣中MgO过饱和含量太大,造成炉渣粘度增大。
脱硫、脱磷对炉渣粘度的要求是有区别的,脱硫要求炉渣具有良好的流动性,由于吹炼前期MgO含量过高,造成炉渣粘度增大,熔池传质条件变差,影响了钢渣界面的脱硫反应;有资料[1]认为,炉渣有一定的粘度有利于磷的去除,在转炉炼钢中,分散在渣中大量的金属液滴与炉渣之间的界面是脱磷反应的主要部分,炉渣有适当的粘度可使渣中的金属液滴数量增加,金属液滴在渣中的停留时间延长,有利于磷的去除。所以,转炉炼钢造粘度稍大的泡沫渣有利于脱磷,但粘度不宜过大。即使前期脱磷效果不好,在冶炼中、后期,在高碱度、高FeO的有利条件下可达到迅速脱磷的目的。
由以上分析,可以看出:影响脱硫率的主要原因是冶炼前期渣中MgO含量控制过高,造成炉渣粘度增大,熔池传质条件变差,影响了钢渣界面的脱硫反应;其次是冶炼前期炉渣碱度、终期炉渣碱度不足。
CaOSiO2
根据以上统计,实施溅渣护炉工艺后,平均终渣碱度有所降低,这主要是由于转炉溅渣将碱度为3.0左右的炉渣喷溅到转炉炉衬上,下一炉冶炼时,凝固在炉衬上的部分炉渣会熔化,使炉渣中含有一定的CaO%。为此炼钢工有意减少了石灰加入量,但因较难把握,造成石灰加入量过少,引起终渣碱度下降,脱硫率有所下降,但是脱磷率却无明显变化。另外,在试验过程中注意到,即使有些终渣碱度达到3.0以上,脱硫率仍然下降,可见,仅仅通过终渣的分析是不全面的。无论脱硫还是脱磷,在转炉炼钢条件下,满足脱硫、磷的热力学条件是不能同时具备的。对脱磷而言,前期脱磷靠低温、高FeO渣,后期靠高碱度、高FeO渣,因此,转炉炼钢的脱磷条件远远优于脱硫。钢渣间磷的分配比较高,一般(P)/[P]为100～400,脱磷速度较快,很快即可达到平衡;而转炉冶炼条件对脱硫是不利的,脱硫的分配比较低,一般(S)/[S]为6～15,脱磷速度很慢,整个吹炼过程一般达不到平衡。3.2 前期渣分析
溅渣护炉后,在不影响生产的情况下,对转炉冶炼前期渣随机取样5炉,分析结果见表2。
表2 转炉溅渣护炉后前期渣成分分析 (%)SiO2
12345
CaO
MgO
TFe
FeO
MnOAl2O3
转炉采用溅渣护炉工艺后,白云石的加入方式仍然是在开吹时一次性加入,溅渣前后加入量变化不大。溅渣法将含9%左右MgO的炉渣冷却并溅到转炉炉衬上,下一炉冶炼时,凝固在炉衬上的部分炉渣会熔化,形成液相渣,使渣中MgO含量增加,如果白云石在开吹时一次加入的话,势必使渣中MgO含量在前期很快达到过饱和,造成炉渣粘度增大,影响脱硫率。
23.8639.588.4210.5810.937.822.061.6620.6836.598.1115.8117.627.462.261.78
24.9236.308.4212.4013.128.752.261.4626.5034.458.2112.3414.799.702.471.3027.0434.177.9010.3410.879.962.471.26
有关资料[1]表明:转炉前期渣的碱度控制太低对脱磷、硫不利;控制太高,由于此时炉温不高,势必影响炉渣的硫动性,一般控制在R=2.0左右为宜。由表2可看出,转炉前期渣的碱度控制在1.26～1.78有些偏低。
用白云石代替部分石灰造渣,提高渣中MgO含
4 对策及效果
根据以上分析,采取以下措施:
(下转第25页)
212001年第3期信息交换的必要性,支持如DDE、ODBC、OPC和SQL等标准,具备多种方式实现与公司上层系统的数据通讯能力。
钢铁总79期机,10口井的运行情况以及许多信息一目了然,并且把几个重要的数据做成跟踪,随时反映在短期数据趋势窗内,只要一旦发现有不正常的曲线出现就可及时查找原因。这样的例子发生过几次,例如,管网上某管道破裂,大量跑水,在几分钟内就能很快发现流量突然增加,而压力突然减小,属不正常现象。
6 运行以来的经济效益分析
系统自投运以来,运行稳定,性能可靠,操作简单,特别是增加二台变频器后更加显示出系统的稳定可靠性,给提高供水质量、改善劳动环境、保证生产安全创造了良好的条件。
系统的经济效益和社会效益主要体现如下:(1)减少操作人员,提高劳动生产率。到目前为止已有10口井实现远程控制,以每口井8人计算,可减少80人;(2)提高供水质量,改善劳动环境。由于供水压力为全自动走压控制,操作人员只需提前把南、北区域的供水压力值设定好,注意观察显示屏幕上的变化及其注意一些有关事项,供水系统就可稳定运行;(3)减少工艺事故,提高生产安全系数。由于使用了微
7 存在问题及改进措施
各深井的出口没有装单向逆止阀和电动阀。为了使深井泵启动时保证不带负荷启动和停泵后水不倒灌,每次启/停都要去人操作,暂时还没有实现自动启/停。
系统管理网有待于发展及进一步完善,将系统与其它系统连网,由生产调度统一指挥。
随着科学技术进步的不断深入,计算机应用、计算机网络必将更广泛的发展,尤其是在提高经济效益上更显得十分重要。
(上接第21页)
5 结论
5.1 转炉脱硫率低的主要原因是冶炼前期渣中
MgO含量控制过高,造成炉渣粘度增大,熔
池传质条件变差,影响了钢渣界面的脱硫反应,其次是冶炼前期炉渣碱度、终期炉渣碱度不足。
5.2 采用轻烧白云石(总量不变的情况下)分批加
料操作和增加石灰加入量等措施,使脱硫率提高到25%～40%,喷溅有所减少,取得了满意的效果。
参 考 文 献
(1)轻烧白云石在总量不变的情况下采用分批加料操作,使渣中MgO含量在冶炼前、中、后期均衡提高,既符合炉内造渣、化渣、保护炉衬的要求,又保证溅渣护炉对炉渣MgO含量的需要;
(2)适当增加石灰石入量,使冶炼前期渣碱度达到2.0左右,终渣碱度达到3.0～3.5。同时第一批渣料配加20kg左右萤石以利化渣。
经过多次试验,脱硫率提高到25%～40%,喷溅有所减少,达到溅渣前的水平。
1 吴勉华.转炉炼钢500问.北京:中国计量出版社,1992年.
2 鄢宝庆.转炉吹炼喷溅控制新方法.武钢技术,1997,(3).
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