专利名称：用镁基脱硫剂进行的浅熔池铁水喷吹预处理方法
技术领域：
本发明为高炉(包括冲天炉)铁水的炉外铁水脱硫技术领域。
随着工业技术的飞速发展，迫切需要高质量的各类钢，而钢中的硫对钢的性能有不良的影响，钢中的硫使其塑性和韧性降低，并影响钢的表面和内在质量。现代工业所需的钢，要求硫含量应≤0．015％，而管线用钢其硫含量限制在0．002～0．005％的水平。传统的高炉-氧气顶吹转炉生产工艺流程，钢中的硫难以达到上述要求。为了降低钢中硫含量、提高钢的质量水平，铁水炉外处理脱硫技术已成为炼钢工艺不可缺少的环节。自60～70年代以来，前苏联、东欧开始应用镁基脱硫剂进行铁水脱硫，西欧和北美相继引用并进行了再开发，到90年代，炉外脱硫已成为降低钢中硫含量的关键技术。
炉外脱硫方法主要有两种第一种方法是包芯线喂丝方法，将包芯线插入铁水中实现铁水脱硫；第二种方法为喷吹粉状脱硫剂至铁水中进行脱硫。
铁水炉外脱硫的脱硫剂主要有苏打Na2CO3、石灰CaO、碳化钙CaC2基脱硫剂和镁Mg基脱硫剂等四种。
喂丝法和喷吹法进行铁水炉外脱硫均有较好的效果。四种脱硫剂中镁基脱硫剂最适于铁水炉外脱硫的应用条件，其优点是脱硫能力强；在较低铁水温度(≤1300℃)下，仍具有较好的脱硫能力；脱硫处理所需时间短、渣量少、温降小、脱硫效果好。
据报导，俄罗斯和日本分别采用喂丝法进行铁水炉外脱硫，包芯线为镁基的脱硫芯线，成分为镁和氧化钙的混合物。对于150吨容量的铁水包，镁消耗量为0．62kg／t，甚至达2～2．6kg／t，铁水温度1280～1320℃，初始硫为0．02％，其脱硫处理后铁水的硫达0．005％。R．PIEPENBROCK和P．SCHITTLY(Fachb-erichte Huetterpraxis Metallweit erverarbeitaing Vol．23 No 8-1985 Pages 594-598)介绍喂丝法炉外铁水脱硫，脱硫粉粒为78％Mg和22％CaC2混合物，包芯线外径9mm，处理铁水200吨，消耗Mg为0．15～0．49kg／t，约以8．75kg／min速率加入(相当于175m包芯线／min的喂丝速度)，其结果是铁水硫降至0．003～0．010％。
采用向铁液熔池内喷吹脱硫剂进行炉外铁水脱硫处理，喷吹脱硫剂的炉外铁水脱硫效果与喂丝法类似。喷吹的脱硫粉剂可采用镁、氧化钙混合粉粒或镁、碳酸钙的混合粉剂，这两种脱硫粉剂加工简便，加工成本较低。但是由于镁粉和非金属材料粒度、密度等物理性能的差异，混合物中的镁和非金属材料组成不均匀，因此，喷吹这种粉剂进行铁水炉外脱硫过程中，引起熔池中局部的强烈脱硫反应，从而引起熔池的沸腾和喷溅，则难以维持正常的脱硫过程。另外，也可采用镁、氧化钙复合物脱硫剂进行喷吹铁水脱硫，该脱硫剂成分均匀，缓冲了镁的气化过程，使铁水脱硫效果良好，又不引起铁液沸腾和喷溅，且该脱硫剂的储存和运输是安全的。
由于喂丝脱硫方法和喷吹镁、氧化钙复合物脱硫方法所采用的脱硫剂都需预先进行加工，喂丝法必须将脱硫剂细磨和包裹铁皮制成包芯线。喷吹用的镁、氧化钙复合物，是在高温条件下将镁熔融，再向镁熔池内加入氧化钙进行强力搅拌使其均匀，冷却后再破碎制成的。采用镁、氧化钙复合物脱硫剂进行喷吹法铁水脱硫处理，其加工过程复杂，附加脱硫剂的加工费用高，从而增加了脱硫处理的费用。氧化钙和镁混合物的喷吹脱硫出现铁液沸腾和引起喷溅的现象，所以，要求喷吹深度大于2米。钢铁冶金界一直期待着一种用低费用、易加工、能拟制喷溅的含镁脱硫剂进行的铁水脱硫方法。
本发明的目的在于提供一种铁水预处理脱硫方法，该法所用的脱硫剂加工简单，费用低廉，而且在防止喷溅的情况下稳定而高效地使铁液脱硫，具体地说本发明提供的是适合我国中小型联合钢铁企业使用的，小容量铁水包(30～70t)、浅熔池(小于2m的)的铁水脱硫方法本发明工艺流程示意
图1为镁基铁水脱硫喷吹工艺流程图，图中的喷吹装置由喷射器(1)，旋转下料器(2)，喷吹罐(3)，顶压送气管道(4)，喷吹气管道(5)，压力表(6)，流量计(7)，减压阀(8)，进气阀(9)，分气罐(10)，调节阀(11)，铁液(12)，铁水包(13)，喷枪(14)，送粉管道(15)组成。
本发明脱硫粉剂装入喷粉罐内，加盖密封后，将氮气经顶压送气管道(4)向喷吹罐(3)内充压，通过旋转下料器(2)定量向喷射器(1)输送脱硫粉剂，利用喷射器喷吹输送的氮气将脱硫粉剂经过送粉管道(15)、喷枪(14)输入铁水包(13)内的铁液熔池(12)内产生脱硫反应，进行铁水脱硫。
本发明的技术方案采用镁基脱硫剂，包括镁、氧化物、或以碳酸钙或白云石替代的粒状混合物，其中镁可以与非金属材料的任一种物质混合制成脱硫剂，其成分用质量百分数表示为15～80％的镁粉，80～15％氧化钙，1～10％氟化钙，镁粉粒度0．17～0．80mm，氧化钙和氟化钙的粒度＜0．8mm，喷吹脱硫剂的工艺为喷吹镁基脱硫剂的喷枪插入铁水深度1．0～1．9m，喷吹用载气为氮气，氮气压力为0．2～0．4MPa，氮气流量为20～60Nm3／h，喷吹脱硫剂量为0．20～0．90kg／(t·min)，喷吹脱硫剂时间5～15分钟。
本发明的最佳喷吹工艺，喷吹脱硫剂喷枪的插入铁液深度为1～1．5m(或1．2～1．8)，喷吹脱硫剂量为0．20～0．60kg／(t·min)，喷吹氮气压力为0．2～0．3MPa，流量20～40Nm3／h，喷吹时间为5～10分钟。
本发明喷吹镁基脱硫剂进行的浅熔池铁水喷吹预处理方法的工艺步骤在向铁水包内出铁的过程中向铁水包内投入0．1～5kg／t氧化钙，氟化钙为氧化钙的5～20％。待铁水出毕后，将铁水包吊至铁水炉外处理工位，将喷吹脱硫剂的喷枪插入铁液中，深度为1～1．9m，开始喷吹含镁粉剂脱硫剂，其成份如上所述。铁水包内铁水顶渣碱度R≥2，FeO≤3％，喷吹脱硫剂量为0．2～0．9kg／(t·min)，喷吹用载气为氮气，氮气压力为0．2～0．4Mpa，氮气流量为20～60Nm3／h，喷吹时间5～15分钟。喷吹脱硫处理结束后，立即提升喷枪，随之停止供粉，停氮气，移开喷枪，吊运铁水包向炼钢炉兑铁水。
本发明在喷吹脱硫粉剂前，先向铁水包内加入氧化钙、氟化钙以调整顶渣成份，使调整后的顶渣成份用质量百分数表示为氧化钙CaO35～45％，二氧化硅SiO212～20％，氧化镁MgO5～10％，全铁TFe3～10％，氧化亚铁FeO≤3，顶渣碱度R≥2，氟化钙加入量为所加入氧化钙量的5～20％。本发明可以用碳酸钙或白云石来代替氧化钙，与镁混合制成喷粉脱硫剂。
本发明喷吹预处理方法，喷粉喷枪插入铁液深度为1～1．5m，喷吹脱硫剂量0．2～0．6kg／(t·min)，喷吹氮气压力为0．2～0．3Mpa，氮气流量为20～40Nm3／h，喷吹时间 5～10分钟。
当铁水中的原始硫含量为0．040～0．10％时，相应地调节了镁和氧化钙的配比，镁的质量百分数配比为25～45％，脱硫剂的喷吹量为0．2～0．9kg／(t·min)，固气比约为10～20kg／kg。喷吹氮气压力为0．2～0．3Mpa，氮气流量为20～40Nm3／h，喷吹时间小于15分钟，铁水的终硫含量可达到0．030～0．010％，脱硫率高达66．64％。
本发明脱硫剂成份用质量百分数表示为镁粉Mg25～45％，氧化钙CaO45～65％，氟化钙CaF21～10％。为了合理地调节脱硫剂中的镁粉Mg和氧化钙CaO的比例，以达到脱硫效果良好、运行过程稳定、费用低，尤其更适于喷吹脱硫剂进入浅熔池铁水的脱硫工艺，本发明还提出两种脱硫剂成份，其一为镁Mg30～45％，氧化钙CaO50～65％，氟化钙CaF21～10％，其二为镁Mg25～35％，氧化钙CaO60～70％，氟化钙CaF21～10％。
本发明喷吹脱硫剂法适用于50～100吨铁水包的铁水炉外脱硫，也可用于＜50吨的铁水包铁水炉外脱硫。
本发明与现有技术比较，喷吹用的脱硫剂粉剂制造加工过程简单、加工费用低。适当提高氧化钙和镁粉的配比，且配入适当的氟化钙，以满足100吨以下的铁水炉外脱硫的工艺要求，同时选择合理的喷吹工艺参数，这些技术措施是为了适应喷枪插入较浅的熔池内的工艺需要。同时，出铁过程中调整好铁水的顶渣成分，所配入的脱硫剂成分即可满足镁和硫的化学反应，又有利于溶解和去除脱硫产物MgS。当上浮的脱硫产物遇到顶渣则尽快地进入顶渣防止回硫，从而达到快速、有效地脱硫。
本发明是针对铁水容量为100吨以下的铁水炉外处理，由于喷枪插入铁水的深度在1．0～2．0m之间，尤以插入铁水深度为1．2～1．8m或1～1．5m为宜。在浅熔池条件下脱硫反应过程中形成的镁的蒸汽压应适当地减小，喷吹的载气压力和流量也会相应减低，仍可具有良好的脱硫条件，且可以控制由于镁蒸发速度过快，气体量过大而造成的铁水沸腾和喷溅。在探索过程中，在浅熔池条件下的喷粉试验表明，当提供的镁粉量增大或者镁与氧化钙的配比较大时，均出现沸腾和喷溅、反应过于激烈，不利于脱硫反应的进行。究其原因是镁的蒸汽产生的量越大，蒸汽泡的尺寸越大，在铁液中停留时间越短，因之，脱硫效果较差。相反，适当地控制镁的蒸发速度和蒸汽量，会减少镁气泡的尺寸和在铁液内停留的时间，有利于镁气泡的扩散和在铁液内的均匀分布，实际就是延长了镁气泡的上浮途径并增加镁气泡在铁液内的总表面积。因此，虽然减少了镁与氧化钙的比例，却创造了有利的镁脱硫动力学条件，充分发挥了镁的脱硫潜力，从而达到了稳定、安全、高效、低运行费用的目的。脱硫剂的储存和运输是安全的。
本发明选择了合理的脱硫速度和合理的铁水终硫含量，选择本发明工艺和脱硫剂，即不增加炉外铁水脱硫时间，也不降低脱硫速度，而是降低镁的烧损，提高镁的脱硫比率达46％，从而提高了脱硫率。本发明的脱硫率达65～72％。
本发明喷吹脱硫剂喷枪插入铁水深度小于2m的脱硫工艺，打破了镁基铁水炉外脱硫只能在100吨以上的铁水包，喷吹深度大于2m条件下进行的限制，对于100吨以下的铁水包脱硫具有极大的应用价值。
本发明铁水炉外脱硫，一般铁水原始硫为0．060～0．070％，终点硫降至0．015～0．020％时，吨铁镁耗0．4～0．55kg，脱硫率达65～72％，镁的利用率达46～65％，所需费用为人民币28．5元／t。应用铁水脱硫后，可以减少甚至取消转炉炼钢过程的脱硫工艺，给转炉炼钢厂带来可观的经济效益，估算减少石灰用量15kg／t，金属烧损减少6kg／t，炼钢成本降低33．68元／t，且为冶炼高质量的钢材和扩大钢的品种提供了有利条件。由于采用炉外铁水脱硫工艺，减轻了高炉的脱硫负荷，若铁水硫含量由0．040％放宽至0．060％，高炉炼铁过程焦比可降低36kg／t-iron，产量提高13％以上。同时，还可以降低烧结矿的碱度。以300m3的高炉换算，采用铁水炉外脱硫工艺后，高炉铁水成本降低为人民币约34．26元／t，则吨铁效益达37．79元／t-iron。在年产50万吨的钢铁联合企业建设一套镁基铁水炉外脱硫生产线，企业全年仅由铁水炉外脱硫工艺带来的经济效益就高达人民币1889．5万元／年。
本发明附图1为用镁基脱硫剂进行的浅熔池铁水喷吹预处理方法喷吹工艺流程系统图的前视图。
最佳实施方案是实施例1铁水包中铁水量33t，喷镁基粉剂69kg，其中石灰量50kg，镁粉量19kg，镁配比27．53％，喷吹时间9min，喷枪深度1．45m，铁水初始温度1302℃，终点温度1290℃，温降12℃，初始铁水含硫0．070％，喷后含硫0．020％，喷吹氮气压力0．25MPa，流量31m3／h，顶压0．24MPa，流量2．5m3／h。采用三孔喷枪，喷吹脱硫粉剂，铁水内脱硫反应稳定，产生的蒸汽量适中，无较大的沸腾现象，没有喷溅。脱硫率为71．42％，镁的利用率为65．10％。
实施例2铁水包中铁水量31t，喷镁基粉剂69kg，其中石灰量50kg，镁粉量19kg，镁配比27．53％，喷吹时间8min，喷枪深度1．35m，铁水初始温度1248℃，终点温度1211℃，温降37℃，初始铁水含硫0．066％，喷后含硫0．022％，喷吹氮气压力0．23MPa，流量23m3／h，顶压0．24MPa，流量3m3／h。采用单孔喷枪，喷吹脱硫粉剂后，铁水内脱硫反应均匀、稳定，脱硫处理过程中没有较大的沸腾和喷溅现象，脱硫率为66．66％，镁的利用率为53．83％。
权利要求
1．一种用镁基脱硫剂进行的浅熔池铁水喷吹预处理方法，镁基脱硫剂包括镁、氧化钙或以碳酸钙或白云石替代的粒状混合物，喷吹脱硫剂至铁水中，其特征在于在出铁过程中先向铁水包内投入氧化钙0．1～5kg／t，氟化钙为氧化钙加入量的5～20％，等铁水出毕后，再将喷吹脱硫剂的喷枪插于铁水深度1．0～1．9m，开始喷吹含镁脱硫剂，脱硫剂的成分为镁粉Mg15～80％，氧化钙CaO80～15％，氟化钙CaF21～10％，镁粉粒度0．17～0．80mm，氧化钙和氟化钙的粒度＜0．8mm，铁水包内铁水顶渣的碱度R≥2，FeO≤3％，喷吹脱硫剂量0．2～0．9kg／(t-min)，喷吹用载气为氮气，氮气压力为0．2～0．4MPa，氮气流量为20～60Nm3／h，喷吹时间5～15分钟。
2．根据权利要求1所述的喷吹预处理方法，其特征在于喷粉枪插入铁液深度为1～1．5m，喷吹脱硫剂量0．2～0．6kg／(t-min)，喷吹氮气压力为0．2～0．3MPa，流量20～40Nm3／h，喷吹时间5～10分钟。
3．根据权利要求1所述的喷吹预处理方法，其特征在于向铁水包内投入氧化钙、氟化钙，且调整顶渣成分为氧化钙CaO35～45％，二氧化硅SiO212～20％，氧化镁MgO5～10％，全铁TFe3～10％，氧化铁FeO≤3％，顶渣碱度R＞2。
4．根据权利要求1所述的喷吹预处理方法，其特征在于含镁脱硫粉剂的成分镁Mg25～45％，氧化钙CaO45～65％，氟化钙CaF21～10％。
5．根据权利要求1所述的喷吹预处理方法，其特征在于脱硫剂的成分镁Mg30～45％，氧化钙CaO50～65％，氟化钙CaF21～10％。
6．根据权利要求1所述的喷吹预处理方法，其特征在于脱硫剂的成分镁Mg25～35％，氧化钙CaO60～70％，氟化钙CaF21～10％。
全文摘要
本发明为高炉铁水炉外脱硫技术领域,采用喷吹方法喷吹镁基脱硫粉剂至容量为30～100吨的铁水包中进行铁水脱硫的方法,脱硫剂质量百分比组成为:15～18%镁,80～15%氧化钙,1～10%氟化钙,粒度为0.17～0.8mm。工艺方法为:在出铁过程中加入氧化钙和氟化钙以控制顶渣碱度R≥2、FeO≤3%,再通过喷粉装置用插入铁水的喷枪喷入镁基脱硫粉剂,喷枪插入铁水的深度为1.0～1.9m,以压力0.2～0.4MPa,流量20～60Nm
文档编号C21C7/064GK1294200SQ9912234
公开日2001年5月9日 申请日期1999年11月2日 优先权日1999年11月2日
发明者李士琦, 沈颐身, 刘润藻, 佟福生, 洪从甲, 黎立, 徐水清 申请人:北京科技大学