钢包密闭喷粉脱硫脱氮的工业试验

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2002.03.052 第24卷第3期 北京科技大学学报 Vol.24 No.3 2002年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2002 钢包密闭喷粉脱硫脱氮的工业试验 朱荣) 迪林”仇永全》王新华)徐锡坤)王勤朴)李锰) 1)北京科技大学治金学院，北京1000832)莱芜钢铁公司，莱芜，山东271100 摘要通过在18t钢包上进行的钢包密闭喷粉脱硫脱氮新工艺的试验表明：第1阶段脱硫 率达到50%，脱氮率达到30%：第2阶段脱硫率达到65%，脱氮率达到40%.该T.艺钢液中硫质 量分数为4×10，氮质量分数为12×10·. 关键词钢包；脱硫；脱氮；喷粉 分类号TF741.344 钢包加盖喷粉方法是采用包盖密闭钢包， ×104,出钢温度为1680~1700℃.喷粉前将喷枪 喷粉枪通入氩气使包内空间的氩分压降到一定 插到渣钢界面位置进行吹氩，氩气流量为0.03 值后，下降喷粉枪插人钢液，喷吹脱硫粉剂.与 tmin.降喷枪到距离钢包底部300mm处送 现有精炼工艺相比，由于脱硫过程采用加盖密 粉，喷粉量为3kgt.透气砖的位置处于盛钢桶 闭，顶、底吹氩和喷粉，使包内空间处于氩气氛 的中心，吹氩流量为0.01tmin',压力为0.4 保护状态，防止喷粉过程因钢水裸露造成的吸 MPa.喷粉结束后，吹氩0.005tmin',保持3 氮.文献[1-4]总结了在250kg感应炉模拟钢 in,促使粉剂和夹杂物上浮.喷粉前后分别取 包密闭喷粉脱硫脱氨工艺的热态试验结果，同 钢样、渣样，喷吹过程中通过自制的取样装置取 时针对热态试验结果研究了有关脱硫的动力学 炉气成分样，分析喷吹前后钢液成分及渣成分 及脱氮模型.本文以前期工作为依据，介绍了在 变化.喷吹前钢中硫质量分数控制在150×10- 山东莱芜钢铁公司特殊钢厂18t钢包上进行 以下 的钢包密闭喷粉脱硫脱氨工艺的初步工业试验 电炉出钢控制顶渣目标成分（质量分数）为： 结果 63%Ca0-24%Al,0,-10%Si02,Fe0+Mn0含量 85%，活性度>200mL；萤石中 喷粉结束，取钢样， 底吹氩3min CaF>90%;碳酸钡为工业纯，BaC0,纯度>98%； 取炉气样 浇铸 渣样，测温，定氧 10.05t-min 粉剂粒度大于120目，水分

3 第 卷 第 期 4 2 年 6月 0 0 2 2 北 京 科 技 大 学 学 报 J O u r n a l o U f n v i r s e i y t o f S e c i n n a e e T d e h o n e l o g y B e j i i n g 从〕】 . 4 N 2 0 . 3 J u n . 0 0 2 2 钢包密 闭喷粉脱硫脱氮的工业试验 朱 荣 ” 迪 林 ` , 仇永全 ” 王新 华 ” 徐锡冲 ” 王 勤朴 2 , 李 锰 2 , l )北京科技大学冶金学院 ,北京 10 0 0 8 3 2 )莱芜钢铁公司 , 莱芜 , 山东 2 7 1 10 0 摘 要 通过 在 1 8t 钢包 上进 行 的钢包 密闭 喷粉脱硫脱 氮新 工艺 的试验 表 明 : 第 1 阶段脱 硫 率达 到 5 0% , 脱 氮率 达到 3 0% ; 第 2 阶段 脱硫 率达 到 65 % , 脱氮率达 到 40 % . 该工 艺钢 液 中硫 质 量分数 为 x4 1 0 一 ` , 氮质 量分数为 12 x1 0 一` . 关键 词 钢包 ; 脱硫 ; 脱氮 ; 喷粉 分类 号 T F 7 4 1 . 3 4 4 钢包 加盖 喷粉方 法是采 用包盖 密闭钢包 , 喷粉枪通人氢气使包 内空 间的氢分压降到一定 值后 , 下 降喷粉枪 插人钢液 , 喷吹脱硫粉剂 . 与 现有精 炼工艺相 比 , 由于脱 硫过程采用加 盖密 闭 , 顶 、 底吹氢 和 喷粉 , 使包 内空 间处 于氢 气氛 保护状 态 , 防止 喷粉过程 因钢水裸露造成 的吸 氮 r , ,z] . 文献 【1一 4] 总结 了 在 2 50 gk 感应炉 模 拟钢 包密 闭喷粉脱硫脱 氮工艺 的热 态试 验结果 , 同 时针对热态试验结果研究 了有关脱硫 的动力学 及脱氮模型 . 本文以前期工作 为依据 , 介绍 了在 山 东莱 芜钢铁 公 司 特 殊钢 厂 1 8t 钢包 上 进 行 的钢包 密闭喷粉脱硫脱氮工艺 的初步工业试验 结果 . 只 10 一` , 出钢温度为 1 6 80 一 1 7 0 ℃ . 喷粉前将喷枪 插到渣钢 界面位置进行 吹氢 , 氢气 流量为 .0 03 t · m in 一 ’ . 降喷枪到距 离钢包底部 3 0 ~ 处送 粉 , 喷粉量为 3 k g’ t 一 , . 透气砖的 位置处 于盛钢桶 的中心 , 吹氢流量 为 .0 0 n · m i n 一 , , 压力 为 .0 4 M P a . 喷粉结 束后 , 吹氢 .0 0 05 .t m i n 一 ’ , 保持 3 m in , 促使粉 剂和 夹杂物上 浮 . 喷粉前 后分别取 钢样 、 渣样 , 喷吹过程 中通 过 自制 的取样装置取 炉气成 分样 . 分析 喷吹前后钢液成分 及渣成分 变化 . 喷吹前钢 中硫质 量分数控制在 1 5 x0 10 场 以下 . 电炉出钢控制顶渣 目标成分 (质量分数)为 : 6 3 % C a O 一 4% A 1 2 O 厂1 0% 5 10 2 , F e O+ M n o 含 量 8 5% , 活性度 >2 o m ;L 萤石 中 C aF Z> 90 % ; 碳 酸钡 为工 业纯 , B a C O , 纯 度> 98 % ; 粉剂粒度大 于 12 0 目 , 水分 < 0 .5 % . 考虑 到电弧 炉 出钢后 , 炉 渣 中eF O 含量较 高 , 为降低 顶渣氧 化性 , 强 化顶渣 的持续反应脱硫效果 , 出钢后对 初渣进行变质处理 . 当钢水 出到 12/ 时 , 加入 12/ 渣料 , 出完钢后加人剩余 的渣料 , 使总渣量达到 6 一s kg · t 一 ’ . 渣料 为 : 钝化石灰十铝粉 . 试验钢种选 择 45 钢 . 钢 中的初始硫质量分数 为 .0 x7 1 0 ~ 4一 1 . 5 收 稿日期 20 01 一 12 一 巧 朱 荣 男 , 39 岁 , 副教授 * 国家 , 73 ” 最大基础 项 目 “ 新 一代钢铁材 料最 大技术 基础 研 究 ” N( o . G 19 9 8刀 6 . 15 0 0 ) 电炉测温出钢 {亘画 取钢样 , 渣样 , 加包盖 , 降枪至钢 测温 , 定氧 降枪到指定位置 液面吹氢 3 m in 送 粉 5 m i n 喷粉结束 , 取钢样 , 底吹氢 3 m i n 取炉气样 渣样 , 测温 , 定氧 0 . 0 5 t · m i n 一 ’ 图 1 钢 包密 闭喷 粉脱硫 脱氮 试验 流程 图 F ig · 1 F l ow c h a rt o f P ow d e r i nj e e ti o n d e s u l Ph u r 忱a t i o n a n d d e n it r in e a t i o n r e if n i n g P r o e e s s L Z 试验设备 试验设备 主要 有钢包 、 钢包盖及 简易旋转 机构 、 喷 粉枪 及喷粉枪升 降架 、 喷粉罐 、 供气系 统 . 喷粉系统 , 如 图 2 所示 . 为提高喷粉效果 , 喷 枪出 口 设计 为 Y 型 , 内径 10 m m , 外径 10 m m , 枪 体耐火材料 为高铝质浇注 料 . 喷粉设备 为 日 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 03. 052

Vol.24 朱荣等：钢包密闭喷粉脱硫脱氮的工业试验研究 ·271· 本进口的喷粉罐，该喷粉设备采用刮板式送粉 本试验通过炉渣改质及喷粉剂中配人铝 器，可实现粉剂的精确定量，并可以实现送粉速 粉，使钢中溶解氧控制在5×10-的水平，强化了 度的无级变速.喷吹气体为瓶装纯氩(Ar纯 脱硫效果.喷粉脱硫包含2个反应，即顶渣持续 度为>99.99%)，试验时由6瓶氩气通过汇流排 反应和粉剂瞬间反应.顶渣持续反应决定了整 供气 个体系的热力学，而粉剂瞬间反应则起了加快 升降机构 过程速率的作用，所以喷粉脱硫的前提，就是控 汇流排 量 喷枪 制好顶渣.从操作角度衡量顶渣的脱硫能力，主 喷 钢包盖 要是渣的碱度(B=m(CaO)/m(SiO,)及MI指数(MI =B/m(AlO),m为质量，且碱度B与MI指数应匹 气 配.图4为熔渣碱度对脱硫率的影响，图5为M1 广流量剂 钢包 透气砖 与脱硫率的关系，两者均为热模拟试验得到的 结果.根据表2的试验数据，本试验的顶渣碱度 为4左右，M1指数计算得0.230.25，脱硫率为 图2工艺布置图 Ar 50%左右，证明了热态试验结果的正确性 Fig.2 Schematic diagram of experiment technigue 100 2试验结果及分析 80 % 21脱硫效果 40 对于喷粉脱硫，影响脱硫效果的因素主要 20 有钢中溶解氧（脱氧）、顶渣、脱硫剂组成、喷吹 参数、钢液温度、初始硫等.由表1可见，当初始 0 5 6 7 硫含量为1.2×106和1.60×10，喷粉量3kgt B 时，脱硫率达到50%以上，基本达到目标要求. 图4熔渣碱度B对脱硫率的影响 图3显示了在相同条件下热模拟的结果山，钢液 Fig.4 Effect of basicityB on desuphurzation ratio 中溶解氧含量对脱硫率有显著的影响，只有将 100 钢中溶解氧降低到一定水平(5×10-以下)，才能 80 将钢中硫脱除到低水平， 60 100 40 % 20 60 0 0 0.10.20.30.40.5 40 Ml 图5M1对脱硫率的影响 20 Fig.5 Effect of MI on desuphurzation ratio 0 0 5 1015202530 22脱氨效果 wo/x10。 图3氧质量分数wW对脱硫率的影响 试验结果表明，常压下钢包喷粉脱硫必然 Fig.3 Effect of wo on desulphuration ratio 造成钢液增氮，增氮量一般为(15~20)×101.主 表1粉未喷吹试验结果（质量分数） Table 1 Experiment result of powder injection 初始S]/停喷[S]V初始OV停喷[OV初始N/终点N/t/ 脱硫率/脱氨率/ 炉号 10* 108 10-8 10- 10 108 ℃℃ %% T1004-1651 120 60 10.5 5.7 9 801678163250.616.2 T1004-1652 160 50 18.8 3.8 74 701668163556.35.4 T1004-1655 85 32 15.4 3.5 78 67 1675164062.412.8

V 6 1 . 2 4 朱荣 等 : 钢 包密 闭喷粉 脱硫 脱氮 的工业试 验研 究 . 2 7 1 . 本 进 口 的喷粉罐 , 该喷粉设 备采用 刮板式送粉 器 , 可 实现粉剂的精确定量 , 并可 以 实现送粉速 度 的无级 变速 . 喷吹气 体为瓶 装纯氢 (A r 纯 度 为> 9 . 9 9 % ) , 试验 时由 6 瓶氢气 通过汇 流排 供气 . 一 一 升 降机构 汇流排 喷枪 粉罐喷 钢包盖 钢包 U二 透气砖 } 图 2 工艺 布置 图 A r 本 试验 通 过炉 渣 改质 及 喷粉 剂 中配 入铝 粉 , 使钢 中溶解 氧控 制在 5 ` 10 一 6 的水平 , 强 化 了 脱硫效果 . 喷粉脱硫包含 2 个 反应 , 即顶渣持续 反 应和 粉剂 瞬间反应 . 顶渣持续 反应决定 了整 个体系 的热力学 , 而粉剂 瞬间反应 则起 了加快 过程速率 的作用 , 所 以 喷粉脱硫 的前提 , 就是控 制好顶渣 . 从操作角度衡量顶渣 的脱硫能力 , 主 要是渣的碱度归=m ( C a O ) /m ( 5 10 2 ) )及 M l 指数(M l = 刀加 (A 1 2 0 3 ) ) , m 为质量 , 且碱度B 与 M l 指数应匹 配 . 图 4 为熔渣碱 度对脱硫率 的影 响 , 图 5 为 M l 与脱硫率的关系 , 两者均为热模拟试验 得到 的 结果 . 根据表 2 的试验数据 , 本试验 的顶渣碱度 为 4 左右 , M l 指数计算得 .0 23 一.0 25 , 脱硫 率为 5 0 % 左右 , 证 明了 热态试验结果 的正确性 . 白圈脯日曰 隔膺曰山 F ig . 2 S e h e m a t i c d i a g r a m o f e x P e r im e n t t e e h n ig u e nU 芝并辉翻 46 10 8064 哥握翻芝 2 试验结果及分析 .2 1 脱硫效果 对于 喷粉脱硫 , 影响脱硫效果 的因素 主要 有钢 中溶解氧 (脱 氧) 、 顶渣 、 脱硫剂组成 、 喷吹 参数 、 钢液温度 、 初始硫等 . 由表 1 可 见 , 当初始 硫 含量 为 1 . 2 x l 0 一 ` 和 l . 6 o x 10 一 ` , 喷粉 量 3 k g · t 一 , 时 , 脱硫 率达到 50 % 以 上 , 基本达 到 目标要求 . 图 3 显 示 了在相同条件下热模拟 的结果 〔, , , 钢液 中溶解氧 含量对脱硫率有 显著的影响 , 只有将 钢 中溶解氧降低到一定水平 ( 5 “ 10 巧 以下 ) , 才能 将钢 中硫脱 除到低水平 . 10 0 80 20 O 卜 L “ ` : es es es es 上 es es es es es ~ 上 - -二- - - 上- - - - - J - - - - - - 上- - 一 一山 2 3 4 5 6 7 8 B 图 4 熔 渣碱 度 B对 脱硫 率的 影响 Fi g . 4 E fe e t o f b a s i e iyt B o n d e s u P h u rz a t i o n r a iot 丫 . 0 一 0 0 , 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 M I 图 5 M I 对脱 硫率 的影 响 F ig . 5 E fe e t o f M l o n d e s u P h u r z a t i o n r a t i o 芝哥捧窿 w [ o J / x 1 0 ` 图 3 叙质 . 分数 w o[ 对 脱硫 率的影 响 F i g . 3 E fe c t o f w r。 ) o n d e s u l P h u r a t i o n r a t i o .2 2 脱氮效果 试验结果 表明 , 常压下钢包喷粉脱硫必然 造 成钢液增 氮 , 增氮量 一 般为 (巧砚0) “ 10 一 615] . 主 表 1 粉末 喷吹试 验 结果 (质 l 分 数) aT b l e 1 E x P e r i m e n t r e s u lt o f POw d e r inj e c t i o n 酬℃ 侧℃ 炉号 初始 [S」/ 停喷 【S」/ 初始 [O ]/ 停喷 [0 1/ 初始困]/ 终点困 ]/ 10 一 1 0 一 9 1 0 一 1 0 一 吕 1 0 一 1 0一 脱硫率/ 脱 氮率/ % % 6 162.5 4.28 门、ú 0 4 ù`6, ō、 àù`ùU T 1 0 0 4 一 16 5 1 T 1 0 0 4 一 16 5 2 T 1 0 0 4 一 16 5 5 1 2 0 1 6 0 8 5 10 . 5 1 8 . 8 1 5 . 4 5 . 7 9 5 3 . 8 7 4 3 . 5 7 8 1 6 7 8 1 6 6 8 16 7 5 16 3 2 16 3 5 16 4 0 R , nU012 了ù ùU 6 O 了O叹伟」J `

·272· 北京科技大学学报 2002年第3期 80 要影响因素有钢液表面的氮分压、吹氩搅拌、表 面活性元素及喷吹温度等.常规的大气下喷粉， 60 增氯量可达在20×10-以上.钢包密闭喷粉的感 40 应炉试验表明，钢液面氨分压P

. 2 7 2 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 00 2 年 第 3 期 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 凡 , / 又 0 . 1 M P a 图 6 凡 对脱 氮率 的影 响 E fe e t o f 凡 . o n d e n it r g e n z a t i o n r a t i o 要影 响因素有钢液表面的氮分压 、 吹氢搅拌 、 表 面活性元素及喷吹温度等 . 常规 的大气下 喷粉 , 增 氮量可 达在 2 x0 10 巧 以上 . 钢包密闭喷粉 的感 应 炉试验 表明 , 钾液 面氮 分压凡 2 0< · o 35 MP “ 时 , 喷粉过程钢液将有 一定 程度 的脱氮 . 图 6 是感 应 炉试验及数学模型 验证得 出的钢液 面氮分压 对脱氮率 的影 响 . 从 图可 见 , 当氮分压 为 .0 01 一 .0 0 2 M Pa 时脱氮 率较高 , 当氮分压 为 0 . 03 一.0 04 M P a 后 , 脱氮率较低 . 由表 2 可 见 , 密封罩喷粉 工艺减小 了钢液 面氮分压 , 其 值基本上可 控制 . 、一`U 明从; 胜 叮解JOLigF.O0 只`U `伟`, - 芝并喊变 表 2 炉 渣及炉 气成 分 (质最 分数 ) aT b l e 2 C o m P o s it i o n o f s l a g a n d g a s 炉号 炉渣成分 /% C a O 1 3 . 6 4 4 6 . 6 4 9 . 2 5 4 8 . 7 6 4 8 . 6 5 4 7 . 9 7 B a O 碱度B 炉气成分o/ N : 0 : A r 脱氮率 /% T 0 0 4 一 1 6 5 1 `, 1 1 On 产 一曰 月 勺一了络d` .卜`,峨、曰一尹目 T 1 0 0 4 一 1 6 5 2 T 1 0 0 4 一 1 6 5 5 13 . 5 2 9 . 5 8 12 . 2 3 10 . 7 5 13 . 1 5 1 1 . 7 8 A 1 2O 3 16 . 5 3 2 1 . 0 5 1 5 . 8 5 1 8 . 4 9 14 . 1 2 1 7 5 2 2 . 3 6 M g o 14 . 9 6 16 . 9 1 2 0 . 4 4 1 7 . 2 8 2 1 . 1 2 1 7 . 2 8 F C O 1 . 3 5 0 . 5 7 1 . 2 3 0 . 3 6 1 . 1 5 0 . 2 6 3 . 8 2 4 . 8 6 4 . 0 3 4 . 5 4 3 . 7 0 4 . 0 7 1 1 . 3 9 5 . 2 3 8 2 . 15 2 2 . 6 2 2 . 9 2 7 3 . 3 8 1 5 . 2 3 3 . 2 4 7 9 . 5 5 在 .0 02 M aP 以下 , 并 且氮分压越低 , 脱氮率越 高 , 与感应 炉 试验结果一致 . 3 结论 通 过 1 8t 钢包上 进行 的试验 表明 : 在钢包 密闭 、 顶底吹氢的条件下 喷粉 , 可 在能深脱硫 的 同时 , 脱除部分钢中氮 . 分析 了影响脱硫 及脱氮 的因素 , 验证 了在 2 50 k g 感应 炉 上 的试 验结 果 , 为寻求 低成本脱硫脱 氮方法提供 了 思 路 . 参 考 文 献 1 朱荣 , 王新 华 , 迪林 . 钢 包浸 渍罩 喷粉脱硫 的研究 1[J . 特 殊钢 , 2 0 0 0 (4 ) : 9 2 迪 林 , 傅杰 , 朱荣 . 密 闭罩 吹氢 喷粉 过程 钢液 脱氮研 究 [J ] . 特殊 钢 , 2 00 0( 6) : 14 3 迪 林 , 傅杰 , 朱荣 . 密 闭罩 吹氢 喷 粉过程 钢液 脱氮模 型 [J ] . 北 京科技 大学 学报 , 2 0 0 1 , 2 3 ( 2 ) : 9 7 4 朱 荣 , 汪 春雷 , 李 桂海 . 钢包浸 渍罩 喷粉 脱硫动力学 [J」 . J匕京 科技大 学学 报 , 2 0 0 1 , 2 3 ( 3 ) : 2 0 8 5 蒋国 昌 . 纯 净钢 及二 次精炼 【M 』 . 上 海 :上 海科 学技术 出版社 , 19 9 4 . 2 5 9 E xP e r im e n t a l S t u 勿 o f P o w d e r Inj e c t i o n D e s u lP h u r i z a t i o n a n d D e n itr iif e a t i o n R e if n i n g P r o e e s s w iht t h e L a d l e 一 c o v e r Z H U R o 塔 , ), lD L i n ,气 QI U oY n g q u a n , , 环月刀 G iX n h u a , ) . 尤U iX k u n Z) 删刀G Qmp u)z, IL eM叮 , l ) M e t a l l u r g y S e h o o l , U S T B e ij in g , B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 , Ch i n a Z ) L a iwn I r o n an d S te e l C o m p a n y l L a lwn S h an d o ng 2 7 1 10 0 , C h i n a A B S T R A C T P o w d e r inj e e t i o n d e s u lP h u r l z at i o n an d d e n itr iif c at i o n r e if n i n g P r o e e s s w iht t h e l a d l e 一 e o v e r w a s s tu d i e d . T h e e XP e r im e n t a l r e s u lt s s h o w e d ht a t i n if r s t s t a g e , d e s u lPh ur i z at i o n r a ti o r e a e h e d t h e 5 0% an d d e n itr iif e at i o n r at i o r e a e h e d ht e 3 0 % . I n s e e o n d s at g e , d e s u lPh u r l z at i o n r at i o r e a e h e d ht e 6 5% an d d e n itr iif e - a t i o n r a t i o r e a e h e d ht e 4 0 % . T h e P r o c e s s r e du e e d s u lPh u r o f m o lt e n s t e e l t o 4 x 1 0 一 6 an d n itr o g e n o f m o lt e n s t e e l t o 12 X 10 一 6 . O n ht e s o m e t im e r e d u e e d t h e n itr o g e n . T h e e x Pe r im e nt r e s u lt s uP P li e d b a s i c ht e o yr fo r ht e c o m m e r i e a l t e s t o f ht e P r o e e s s . K E Y WO R D S s t e e lm ak i n g : d e s u lPh t lr l z at i o n : d e n itr iif c at i o n : Po w d e r inj e e t i o n