CN104060009B - 一种高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法，所述方法包括磨煤前在煤粉中加入脱硫剂，使所述脱硫剂与煤粉在磨制过程中混匀、干燥，再将干燥后的脱硫剂和煤粉的混合粉料通过高炉风口喷入高炉内。本发明还提供了所述脱硫剂的加入方法在高炉炼铁工艺中的应用。本发明所述脱硫剂的加入方法，不仅对喷吹设备、管道不产生腐蚀，对管道不堵塞，同时又能够增加高炉的脱硫效率，降低高炉炼铁成本和生铁中的[S]含量，提高生铁质量。

Description

一种高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法及应用

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体地，涉及一种高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法及应用。

背景技术

近年来钢铁冶金行业发展迅猛，市场竞争激烈，冶金行业的利润空间越来越薄。产品的价格和质量关系着自身的市场竞争力，在炼铁过程中，生铁成本的控制是关乎炼铁成本的重要因素，生铁质量的控制则严重影响其应用性能。

钢铁材料中，[S]含量直接影响着其使用性能，钢中[S]含量过高会导致钢的热加工性能变差，造成钢的“冷脆”；此外还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟裂；钢的塑性也随着[S]含量的增加显著变差；钢铁或硅钢片中，含硫量高，磁滞损失增加。所以脱硫成为钢铁冶炼中的主要目标之一。而铁水脱硫被认为是减轻高炉、转炉的冶金负荷，提高技术经济指标的主要方法。

现有技术脱硫时主要采用在高炉炉顶加入石灰石、提高烧结矿的碱度或者合理控制冶炼温度，来降低高炉冶炼生铁中的[S]含量，提高生铁质量。其中，在前两种方法中，溶剂随着炉料从高炉炉顶自上而下运行，在渣铁界面与铁水中的[S^2-]发生反应，反应所需的热力学与动力学条件苛刻，反应效率达不到预期效果。

另有研究表明，综合喷吹钙基脱硫剂，能够有效提高高炉的脱硫效率，降低高炉冶炼生铁中的[S]含量和生铁成本，提高生铁质量。如从高炉风口加入生石灰（主要为CaO）的脱硫效果要明显优于直接从炉顶中加入石灰石的脱硫效果，但由于CaO有吸潮性，易与水反应生成Ca(OH)₂，会腐蚀喷吹设备、管道和堵塞管道，减少管道的使用寿命并影响高炉持续使用。而由于镁基脱硫剂的价格较高，造成高炉炼铁的成本增加，在常规高炉炼铁中镁基脱硫剂的使用较少。钾基脱硫剂或钠基脱硫剂因对高炉炉衬危害较大，在实际高炉炼铁中的使用也很少。另外，若在高炉炉顶加入生石灰（主要为CaO，易成粉状），会恶化高炉透气性，影响路况顺行；若在高炉风口喷吹石灰石（主要为CaCO₃，制粉难），CaCO₃高温分解成产生CaO，脱硫原理与生石灰相似，但石灰石分解时大量吸热，会导致高炉炉缸理论燃烧温度下降，影响高炉正常冶炼行程。

因此，在高炉炼铁过程中，研发一种既对喷吹设备、管道不产生腐蚀，又能提高高炉脱硫效率、降低高炉炼铁成本、提高生铁质量的脱硫剂（尤其是钙基脱硫剂）的加入方法，显得十分必要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种在高炉炼铁过程中，既对喷吹设备、管道不产生腐蚀，又能提高高炉脱硫效率、降低高炉炼铁成本、提高生铁质量的脱硫剂的加入方法。

本发明的发明人在研究中意外发现，炉缸区域原燃料中[S]能够完全气化，且在炉缸中进行脱硫反应的热力学与动力学条件较溶剂从高炉炉顶随炉料加入进行脱硫反应更为适当，可以更有效的增加高炉的脱硫效率，降低高炉炼铁的成本，提高生铁质量。而在高炉风口综合喷吹脱硫剂，其脱硫反应即发生在炉缸内，如果在磨煤前在煤粉中加入一定量的脱硫剂，尤其是钙基脱硫剂，使之与煤粉在磨制过程中混匀、干燥，再将干燥后的煤粉与脱硫剂的混合粉料通过高炉风口喷入高炉，不仅使脱硫反应发生在炉缸内，而且干燥后的混合粉料不易产生Ca(OH)₂，不仅解决了高炉风口直接喷吹钙基脱硫剂对设备、管道的腐蚀及对管道堵塞的问题，而且有效提高了高炉内脱硫反应的效率，能够有效降低生铁中的[S]含量，提高生铁质量，降低生铁成本。

因此，为了实现上述目的，本发明提供了一种高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法，所述方法包括磨煤前在煤粉中加入脱硫剂，使脱硫剂与煤粉在磨制过程中混匀、干燥，再将干燥后的脱硫剂和煤粉的混合粉料通过高炉风口喷入高炉内。

本发明还提供了所述脱硫剂的加入方法在高炉炼铁工艺中的应用。

本发明方法改变了现有技术中脱硫剂（尤其是钙基脱硫剂）的加入方式，磨煤前在煤粉中加入脱硫剂，将脱硫剂与煤粉研磨、混匀、干燥，然后将干燥后的脱硫剂和煤粉的混合粉料通过综合喷吹方式喷入高炉，由于高炉内炉缸进行脱硫反应的热力学与动力学条件更为适当，可以更有效的增加高炉的脱硫效率，降低高炉炼铁的成本。同时，本发明解决了现有技术中高炉风口单独喷吹钙基脱硫剂带来的危害，减少甚至避免了在单独喷吹钙基脱硫剂过程中产生Ca(OH)₂的缺陷，克服了高炉加入钙基脱硫剂对设备、管道的腐蚀及对管道堵塞的问题，提高了高炉内脱硫反应的效率，能够有效的降低生铁中[S]含量，提高生铁质量，降低生铁成本，从而使脱硫剂，尤其是钙基脱硫剂能够广泛的应用于高炉综合喷吹脱硫剂的工艺中。

本发明脱硫剂的加入方法，使得喷吹脱硫剂尤其是钙基脱硫剂具备可行性。本发明方法可应用于所有有喷吹的现代高炉的炼铁工艺中。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法，该方法包括磨煤前在煤粉中加入脱硫剂，使脱硫剂与煤粉在磨制过程中混匀、干燥，再将干燥后的脱硫剂和煤粉的混合粉料通过高炉风口喷入高炉内。

本领域技术人员应该理解的是，本发明中脱硫剂的加入方法为一种综合喷吹的方法，综合喷吹是指在高炉冶炼工艺中，采用高风温和富氧鼓风的同时，通过风口与鼓风一起向炉缸喷吹燃料(煤粉、重油、天然气等）、热还原性气体(天然气等裂化形成的CO+H₂的气体)或其他粉料(含铁粉料、熔剂粉料）的喷吹方式。

根据本发明，具体地，高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法为：在制煤车间磨机前增加一个带有电子称的料仓，用于装配脱硫剂，将脱硫剂通过皮带传送与煤粉一同进入磨机，脱硫剂与煤粉在磨机内研磨、混匀、干燥，然后将干燥后的脱硫剂和煤粉的混合粉料送至喷吹罐，再通过喷吹管道从高炉风口喷入高炉内。

本发明方法中，对脱硫剂的种类没有特别的要求，可以为钙基脱硫剂、镁基脱硫剂和钠基脱硫剂中的一种或多种，但基于高炉冶炼的工艺条件和冶炼成本，优选情况下，脱硫剂为钙基脱硫剂。其中，钙基脱硫剂可以为氧化钙、碳化钙和氟化钙中的一种或多种，为了进一步降低成本，钙基脱硫剂优选为氧化钙。镁基脱硫剂可以为镁粉。钠基脱硫剂可以为氧化钠和/或碳酸钠。

本发明方法中，对煤粉的煤种没有特别的要求，可以为本领域常用的各种煤粉。例如可以为无烟煤、烟煤和褐煤中的一种或多种。

本发明方法中，为了进一步提高高炉的脱硫效率，降低生铁中[S]含量，在煤粉中加入脱硫剂时，煤粉与脱硫剂的重量比优选为1：0.003-0.008，更优选为1:0.004-0.006，特别优选为1：0.005。

本发明方法中，为了进一步提高高炉的脱硫效率，优选情况下，磨制的条件使得磨制后，粒径小于0.074mm的脱硫剂与煤粉的混合粉料占混合粉料总重量的70%以上。

本发明方法中，对脱硫剂与煤粉的混合粉料进行干燥时的干燥条件没有特别的要求，可以为本领域常用的各种方法。本领域技术人员应该理解的是，混合粉料在磨机中进行磨制的过程，同时达到了混匀和干燥的目的，因此，干燥的过程即为磨制的过程。例如，脱硫剂与煤粉的混合粉料在磨机内磨制时，磨机温度大于300℃，且混合粉料在磨机中磨制的时间不少于1分钟。为了减少或避免喷吹钙基脱硫剂过程中产生Ca(OH)₂，干燥后脱硫剂与煤粉的混合粉料的含水量优选小于1重量%。

本发明方法中，对干燥后喷入高炉的脱硫剂与煤粉的混合粉料的喷吹量没有特别要求，但是为了进一步提高高炉的脱硫效率，脱硫剂和煤粉的混合粉料的喷吹量与高炉正常冶炼煤比80kg/tp-200kg/tp相当，优选为80-200kg混合粉料/吨铁。

本发明还提供了脱硫剂的加入方法在高炉炼铁工艺中的应用。本发明脱硫剂的加入方法适用于所有有喷吹的现代高炉的炼铁工艺。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例和对比例中，未加入脱硫粉料得到的铁水中硫含量为0.080重量%。

脱硫效率提高值=（未加入脱硫粉料得到的铁水中的硫含量-加入脱硫粉料得到的铁水中的硫含量）/未加入脱硫粉料得到的铁水中的硫含量。其中，需要说明的是，高炉炼铁过程中，即使不加入脱硫粉料（或脱硫剂），也会存在自发的脱硫过程，因此，加入脱硫粉料（如本发明中加入脱硫剂和煤粉的混合粉料）能够提高脱硫效率，未加入脱硫粉料得到的铁水为不加入任何脱硫粉料，自发脱硫后得到的铁水。

铁水中的硫含量的测定方法：GBT20123-2006。其中，加入脱硫粉料进行脱硫后，铁水中的硫含量=生铁中[S]含量。

实施例1

本实施例用来说明本发明的高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法。

在制煤车间磨机前增加一个带有电子秤的料仓用于装氧化钙，称量100kg氧化钙，并将其通过皮带传送与20吨无烟煤一同进入磨机，氧化钙与无烟煤在磨机内研磨，研磨过程中同时实现混匀和干燥，研磨时磨机温度为350℃，氧化钙与无烟煤的混合粉料在磨机内研磨的时间为1.5分钟，研磨后粒度小于0.074mm的氧化钙与无烟煤的混合粉料占混合粉料总重量的80%，干燥后氧化钙与无烟煤的混合粉料的含水量为0.05重量%，将干燥后的氧化钙和无烟煤的混合粉料送至喷吹罐，通过喷吹管道按100kg混合粉料/吨铁的比例从高炉风口将混合粉料喷入攀钢新3#2000m³高炉内，高炉风量控制为4500m³/min，风温控制为1250℃，富氧率控制为2.5体积%，高炉炉顶压力控制为195kPa，压差（鼓入高炉的热风的压力与高炉炉顶压力之差）控制为175kPa，对铁水进行脱硫。

持续采用上述方法进行高炉冶炼，在6个月的时间内，高炉设备、管道均无出现腐蚀现象，管道也没有发生堵塞。

本实施例中，喷吹氧化钙与无烟煤的混合粉料进行脱硫后，铁水中硫含量为0.072重量%，脱硫效率提高了10%。

实施例2

本实施例用来说明本发明的高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法。

在制煤车间磨机前增加一个带有电子秤的料仓用于装碳化钙，称量60kg碳化钙，并将其通过皮带传送与20吨烟煤一同进入磨机，碳化钙与烟煤在磨机内研磨，研磨过程中同时实现混匀和干燥，研磨时磨机温度为350℃，碳化钙与烟煤的混合粉料在磨机内研磨的时间为1.5分钟，研磨后粒度小于0.074mm的碳化钙与烟煤的混合粉料占混合粉料总重量的75%，干燥后碳化钙与烟煤的混合粉料的含水量为0.04重量%，将干燥后的碳化钙和烟煤的混合粉料送至喷吹罐，通过喷吹管道按80kg混合粉料/吨铁的比例从高炉风口将混合粉料喷入攀钢新3#2000m³高炉内，高炉风量控制为4500m³/min，风温控制为1250℃，富氧率控制为2.5体积%，高炉炉顶压力控制为195kPa，压差（鼓入高炉的热风的压力与高炉炉顶压力之差）控制为175kPa，对铁水进行脱硫。

持续采用上述方法进行高炉冶炼，在6个月的时间内，高炉设备、管道均无出现腐蚀现象，管道也没有发生堵塞。

本实施例中，喷吹碳化钙与烟煤的混合粉料进行脱硫后，铁水中硫含量为0.077重量%，脱硫效率提高了3.75%。

实施例3

本实施例用来说明本发明的高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法。

在制煤车间磨机前增加一个带有电子秤的料仓用于装氟化钙，称量160kg氟化钙，并将其通过皮带传送与20吨褐煤一同进入磨机，氟化钙与褐煤在磨机内研磨，研磨过程中同时实现混匀和干燥，研磨时磨机温度为350℃，氟化钙与褐煤的混合粉料在磨机内研磨的时间为1.5分钟，研磨后粒度小于0.074mm的氟化钙与褐煤的混合粉料占混合粉料总重量的80%，干燥后氟化钙与褐煤的混合粉料的含水量为0.05重量%，将干燥之后的氟化钙与褐煤的混合粉料送至喷吹罐，通过喷吹管道按200kg混合粉料/吨铁的比例从高炉风口将混合粉料喷入攀钢新3#2000m³高炉内，高炉风量控制为4500m³/min，风温控制为1250℃，富氧率控制为2.5体积%，高炉炉顶压力控制为195kPa，压差（鼓入高炉的热风的压力与高炉炉顶压力之差）控制为175kPa，对铁水进行脱硫。

持续采用上述方法进行高炉冶炼，在6个月的时间内，高炉设备、管道均无出现腐蚀现象，管道也没有发生堵塞。

本实施例中，喷吹氟化钙与褐煤的混合粉料进行脱硫后，铁水中硫含量为0.076重量%，脱硫效率提高了5%。

实施例4

按照实施例1的方法，不同的是，称量40kg氧化钙，并将其通过皮带传送与20吨无烟煤一同进入磨机。

持续采用上述方法进行高炉冶炼，在6个月的时间内，高炉设备、管道均无出现腐蚀现象，管道也没有发生堵塞。

本对比例中，喷吹氧化钙与无烟煤的混合粉料进行脱硫后，铁水中硫含量为0.0786重量%，脱硫效率提高了1.75%。

实施例5

按照实施例1的方法，不同的是，称量180kg氧化钙，并将其通过皮带传送与20吨无烟煤一同进入磨机。

持续采用上述方法进行高炉冶炼，在6个月的时间内，高炉设备、管道均无出现腐蚀现象，管道也没有发生堵塞。

本对比例中，喷吹氧化钙与无烟煤的混合粉料进行脱硫后，铁水中硫含量为0.0784重量%，脱硫效率提高了2%。

对比例1

将无烟煤在磨机内研磨，研磨过程中同时实现无烟煤的干燥，研磨时磨机温度为350℃，无烟煤在磨机内研磨的时间为1.5分钟，研磨后粒度小于0.074mm的粉料占无烟煤粉料总重量的80%，干燥后无烟煤粉料的含水量为0.05重量%，将干燥后的无烟煤粉料送至喷吹罐，通过喷吹管道按100kg无烟煤/吨铁的比例从高炉风口将无烟煤粉料喷入攀钢新3#2000m3高炉内，然后按照无烟煤与氧化钙的重量比为1：0.005的比例，将氧化钙送至喷吹罐并通过喷吹管道将氧化钙从高炉风口喷入攀钢新3#2000m³高炉内，高炉风量控制为4500m³/min，风温控制为1250℃，富氧率控制为2.5体积%，高炉炉顶压力控制为195kPa，压差（鼓入高炉的热风的压力与高炉炉顶压力之差）控制为175kPa，对铁水进行脱硫。

持续采用上述方法进行高炉冶炼，在3个月的时间内，高炉设备、管道均出现明显的腐蚀现象，管道也发生堵塞，严重影响实际生产的正常实施。

对比例2

将无烟煤在磨机内研磨，研磨过程中同时实现无烟煤的干燥，研磨时磨机温度为350℃，无烟煤在磨机内研磨的时间为1.5分钟，研磨后粒度小于0.074mm的粉料占无烟煤粉料总重量的80%，干燥后无烟煤粉料的含水量为0.05重量%，将干燥后的无烟煤粉料送至喷吹罐，通过喷吹管道按100kg无烟煤/吨铁的比例从高炉风口将无烟煤粉料喷入攀钢新3#2000m³高炉内，然后按照无烟煤与石灰石的重量比为1：0.005的比例，将石灰石从高炉炉顶随炉料一起加入，高炉风量控制为4500m³/min，风温控制为1250℃，富氧率控制为2.5体积%，高炉炉顶压力控制为195kPa，压差（鼓入高炉的热风的压力与高炉炉顶压力之差）控制为175kPa，对铁水进行脱硫。

本对比例中，脱硫后铁水中硫含量为0.079重量%，脱硫效率提高了1.25%。

由实施例1-5与对比例1-2比较可知，本发明高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法有效克服了现有技术中加入钙基脱硫剂对喷吹设备、管道的腐蚀及对管道堵塞的问题，提高了高炉内脱硫反应的效率，能够有效的降低生铁中[S]含量，提高生铁质量，降低生铁成本。

由实施例1-3与实施例4-5比较可知，煤粉与脱硫剂的重量比为1：0.003-0.008时，尤其是煤粉与脱硫剂的重量比为1：0.005时，可以进一步提高高炉的脱硫效率，降低生铁中[S]含量，提高生铁质量。

由实施例1与对比例1比较可知，本发明高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法，能够有效解决现有技术中加入钙基脱硫剂对喷吹设备、管道的腐蚀及对管道堵塞的问题。

由实施例1与对比例2比较可知，与在高炉炉顶加入石灰石的方法相比，本发明高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法，可以进一步提高高炉的脱硫效率，降低生铁中[S]含量，提高生铁质量。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种高炉炼铁过程中脱硫剂的加入方法，其特征在于，所述方法包括磨煤前在煤粉中加入脱硫剂，使脱硫剂与煤粉在磨制过程中混匀、干燥，再将干燥后的脱硫剂和煤粉的混合粉料通过高炉风口喷入高炉内；

其中，煤粉与脱硫剂的重量比为1：0.003-0.008。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脱硫剂为钙基脱硫剂、镁基脱硫剂和钠基脱硫剂中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述脱硫剂为钙基脱硫剂。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述钙基脱硫剂为氧化钙、碳化钙和氟化钙中的一种或多种；所述镁基脱硫剂为镁粉；所述钠基脱硫剂为氧化钠和/或碳酸钠。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述煤粉为无烟煤、烟煤和褐煤中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，煤粉与脱硫剂的重量比为1：0.004-0.006。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，磨制的条件使得磨制后，粒径小于0.074mm的脱硫剂与煤粉的混合粉料占混合粉料总重量的70％以上。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，干燥后脱硫剂与煤粉的混合粉料的含水量小于1重量％。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，脱硫剂和煤粉的混合粉料的喷吹量为80-200kg混合粉料/吨铁。

10.权利要求1-9中任意一项所述方法在高炉炼铁工艺中的应用。