CN104480251B

CN104480251B - 铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置及应用和冶炼法

Info

Publication number: CN104480251B
Application number: CN201410736852.7A
Authority: CN
Inventors: 潘宏涛; 张温永; 邱明罡; 李强; 戈义彬; 吕明
Original assignee: Zhongye Jingcheng Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Zhongye Jingcheng Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2034-12-05
Also published as: CN104480251A

Abstract

本发明提供了一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置及应用和冶炼法。该预处理装置包括喷粉罐、输粉管路、喷粉枪、预处理器，喷粉罐上设有流态化装置和粉料分配器，喷粉枪安装在预处理器的侧壁，预处理器的侧壁设有排渣装置、底部设有出铁口。该冶炼方法采用喷吹镁颗粒、石灰粉、萤石粉或石灰粉和镁颗粒的混合粉剂实现喷粉脱硫，采用顶吹氧枪喷吹氧气完成脱硅、脱磷，利用底吹透气砖底吹气体强化搅拌，排渣装置和出铁口可实现预处理后铁水和脱硫渣或脱磷渣的有效分离。采用该预处理装置及冶炼工艺可将铁水脱硫至0.005％以下，脱磷至0.02％以下，实现铁水同时脱硫、脱硅、脱磷，满足铁水三脱的技术要求。

Description

铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置及应用和冶炼法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼过程的铁水预处理领域，具体涉及一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置及其应用，以及一种使用该铁水预处理装置的冶炼方法。

背景技术

铁水预处理三脱工艺是生产超低硫钢、超低磷钢等高品质特殊钢的必要工序，目前的铁水预处理脱硫工艺主要有鱼雷罐车喷粉脱硫、铁水包喷粉脱硫、KR搅拌脱硫等手段。鱼雷罐车由于自由空间较小，脱硫效率和效果均受到限制，已极少采用。铁水包喷粉脱硫和KR搅拌脱硫已广泛应用于钢铁企业的生产过程中，取得了良好的脱硫效果，可脱硫至0.005％以下，但由于脱硫渣难以清除完全，存在严重的回硫现象，严重影响了脱硫效果。

铁水预处理脱硅和脱磷工艺均在氧化性气氛条件下进行，由于硅和氧的亲和力远大于磷和氧的亲和力，因此在脱磷前必须将硅脱至较低水平。目前的脱磷、脱硅预处理工艺主要有鱼雷罐车脱磷脱硅、铁水包脱磷脱硅、转炉脱磷脱硅等手段。鱼雷罐车由于自由空间较小，搅拌强度小，影响了脱磷和脱硅效果，已不再采用。铁水包喷吹石灰粉、氧化铁粉及萤石粉等粉剂可完成铁水脱磷和脱硅处理，但由于铁水包净空小及造渣困难等因素限制，脱磷热力学和动力学条件较差，脱磷率较低，脱磷效果不稳定。为了提高脱磷率，部分钢铁企业采用专用脱磷转炉进行铁水预处理，由于转炉自由空间大，脱磷的热力学和动力学条件较好，因此，转炉内脱磷效果较好，但转炉脱磷后倒渣困难，出铁时带入大量富含磷的炉渣，存在较严重的回磷现象，且无法将脱硫、脱硅和脱磷同时进行，使用效果也受到限制。

发明内容

为了使铁水同时脱硫、脱硅、脱磷，解决铁水脱硫、脱磷后的回硫、回磷问题，本发明的目的在于提供一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置及其应用。

本发明的目的还在于提供一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法。

本发明的冶炼方法利用喷粉、吹氧、底吹等手段在该预处理装置的预处理器内完成铁水脱硫、脱硅、脱磷，有利于脱硫、脱磷后炉渣及铁水的排出。

为了达到上述目的，本发明提供一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置，如图1所示，该预处理装置包括至少一个喷粉罐1、至少一个输粉管路2、至少一个喷粉枪3、预处理器4，喷粉罐1的底部设有流态化装置5和粉料分配器6，流态化装置5位于粉料分配器6的上方，以保证罐内的粉剂不结坨且流动性良好，并满足喷粉脱硫过程的平稳喷吹，输粉管路2的始端连接于粉料分配器6的出口，喷粉枪3连接于输粉管路2的末端，并且喷粉枪3安装在预处理器4的侧壁上，预处理器4上设有排渣装置7和出铁口8，出铁口8位于预处理器4的底部，排渣装置7位于预处理器4的侧壁，预处理器4的顶部设有顶吹氧枪9、底部安装有底吹透气砖10，顶吹氧枪9端部设有供氧管路11、进水管路12和回水管路13，供氧管路11用于提供脱硅、脱磷过程氧化反应所需的氧气，进水管路12和回水管路13通冷却水以提高氧枪寿命。

在上述的预处理装置中，优选地，所述喷粉罐1的数量为2或3个，所述输粉管路2的始端分为2或3个支路分别连接于2或3个喷粉罐1的粉料分配器6的出口；或者所述喷粉罐1和输粉管路2的数量相同，均为2或3个，几个喷粉罐1分别连接输粉管路2。

在上述的预处理装置中，优选地，连接于同一个输粉管路的喷粉枪3的数量为1-3支，所述喷粉枪3的枪体为不锈钢枪体，枪体周围包裹耐火材料保护。

在上述的预处理装置中，优选地，所述预处理器4为一侧面具有出铁区的炉体，其侧部横截面为圆形，该出铁区成炉嘴状，所述出铁口8位于预处理器4出铁区的底部，所述预处理器4的底部为两个弧度不同的球面的组合，如图3所示，其中具有出铁口的那部分球面的弧度小于另一部分球面的弧度。采用该炉底结构，可保证铁水经预处理后能够顺利从炉底出铁口流出，与传统铁水预处理器相比，解决了扒渣困难的问题，防止回硫、回磷现象。

在上述的预处理装置中，优选地，所述底吹透气砖10的数量为3-12支。

在上述的预处理装置中，优选地，所述顶吹氧枪9采用超音速氧枪喷头，供氧强度为1.2-4.0Nm³/min/t铁水。

本发明还提供一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，该冶炼方法包括以下步骤：

步骤一：脱硫，开启底吹气体，防止底吹透气砖堵塞，将铁水倒入预处理器4中，使铁水的液面高度低于排渣装置7，并且使喷粉枪3位于铁水液面以上200-800mm的位置，与铁水液面成20°-70°夹角，开启喷粉罐1使粉剂经过流态化装置5和粉料分配器6，然后以氮气作为喷吹载气通过输粉管路2及喷粉枪3喷粉，喷粉流量为5-200kg/min，将铁水中硫含量脱至0.001-0.005％，利用氮气作为喷吹载气，将喷粉罐1内的脱硫剂通过输粉管路2和喷粉枪3喷吹至预处理器内的金属液中，利用喷粉载气的强烈搅拌作用以及粉剂的比表面积大的特点，实现粉剂-金属液的充分接触，完成脱硫反应，喷粉脱硫结束后使喷粉枪3吹氮气保护，打开排渣装置7，倾动预处理器4约5°-10°，排出全部脱硫炉渣，防止铁水回硫；

步骤二：脱硅，向预处理器4中加入石灰、白云石作为造渣材料，喷吹氮气或氧气保护喷粉枪3，继续底吹气体以强化搅拌作用，开启顶吹氧枪9喷吹氧气，氧与硅迅速结合生成SiO₂进入炉渣，若铁水中初始硅含量＞0.6％，则在脱硅至0.2％以下时，停止顶吹氧枪9吹氧，打开排渣装置7，倾动预处理器4约5°-10°排出部分炉渣(排出的部分炉渣的量可以由本领域技术人员进行常规的调控)，若铁水中初始硅含量≤0.6％，则在脱硅至0.2％以下时，可以排出部分炉渣或者也可不排渣；

步骤三：脱磷，向预处理器4中加入石灰，继续吹氮气或氧气保护喷粉枪3，利用顶吹氧枪9喷吹氧气以氧气射流实现快速化渣，并且继续利用底吹透气砖10底吹气体以增强搅拌能力，使炉渣(泡沫渣)与铁水充分接触完成渣-金界面反应脱磷，脱磷至0.02％以下时，停止吹氧，提出顶吹氧枪9，打开排渣装置7，倾动预处理器4约5°-10°排出全部脱磷炉渣，防止出铁过程中带入高磷炉渣导致回磷，然后打开出铁口8，将预处理后的硫、硅、磷含量低的铁水流入铁水包中，送至下一工序。

在本申请中，如无特别说明，所有百分含量(％)均为重量百分含量。

在上述的冶炼方法中，优选地，顶吹氧枪9喷吹氧气的供氧强度为1.2-4.0Nm³/min/t铁水。脱硅、脱磷步骤中的顶吹氧枪喷吹氧气的流量可以相同也可以不同。

在上述的冶炼方法中，优选地，所述底吹气体为氮气、氩气或二氧化碳气体。通过底吹氮气、氩气或二氧化碳气体加强搅拌作用，增加脱硫、脱硅、脱磷的动力学条件。底吹气体的供气强度为0.02-0.25Nm³/min/t铁水。脱硫、脱硅、脱磷步骤中的底吹气体的流量可以相同也可以不同。

在上述的冶炼方法中，优选地，脱硫过程中喷吹的粉剂为镁颗粒、石灰粉和萤石粉中的一种或几种的组合。更优选地，脱硫过程中喷吹的粉剂为石灰粉和镁颗粒的混合粉剂。

在上述的冶炼方法中，优选地，所述镁颗粒为钝化处理后的镁颗粒，其Mg含量≥95.0％，S含量≤0.002％，水分≤0.5％，粒径为0.1-3mm；所述石灰粉的CaO含量≥88.0％，SiO₂含量≤2.5％，S含量≤0.05％，水分≤0.5％，活性度≥280mL/min，粒径＜1mm；所述萤石粉的CaF₂含量≥80％，S含量≤0.2％，水分≤0.5％，粒径＜1mm。其中，镁颗粒的钝化处理为本领域的常规技术手段，此处不再对其具体步骤进行赘述。

在上述的冶炼方法中，优选地，当脱硫过程中喷吹的粉剂为镁颗粒、石灰粉和萤石粉中的两种以上时，所述喷粉罐1的数量为2或3个，所述输粉管路2的始端分为2或3个支路分别连接于2或3个喷粉罐1的粉料分配器6的出口，每个喷粉罐1中装有一种粉剂，在喷粉时同时开启几个喷粉罐1，几种粉剂在输粉管路2中混合；或者所述喷粉罐1和输粉管路2的数量相同，均为2或3个，几个喷粉罐1分别连接输粉管路2，在喷粉时同时开启几个喷粉罐1，几种粉剂分别通过输粉管路2同时喷入铁水中。

在上述的冶炼方法中，优选地，脱硅和脱磷过程中加入的石灰和上述石灰粉的成分组成、活性度和粒径的要求相同。在脱硅过程中加入的白云石为本领域常规采用的白云石。在脱硅过程中加入的石灰的量为2-20kg/t铁水，白云石的量为1-10kg/t铁水。在脱磷过程中加入的石灰的量为5-20kg/t铁水。

本发明还提供上述的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置在铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的三脱预处理过程中以及铁水单独脱硫、脱硅或脱磷的过程中的应用。相应地，本发明的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法中的三个步骤也可以单独使用。

采用本发明的预处理装置及冶炼方法可实现铁水同时脱硫、脱硅、脱磷，可将铁水中硫含量脱至0.001-0.005％，磷脱至0.02％以下，脱硫、脱磷后的高硫、高磷炉渣可及时从排渣装置排出，防止铁水脱硫、脱磷后的回硫、回磷现象，适用于冶炼高品质钢种。另外，本发明的预处理装置和冶炼方法也可在单独脱硫、脱硅或脱磷时使用。

附图说明

图1为本发明的一个具体实施方式的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置的结构示意图。

图2为本发明的另一个具体实施方式的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置的结构示意图。

图3为本发明的预处理装置中的预处理器的底部结构示意图。

主要组件符号说明：

1.喷粉罐，2.输粉管路，3.喷粉枪，4.预处理器，5.流态化化装置，6.粉料分配器，7.排渣装置，8.出铁口，9.顶吹氧枪，10.底吹透气砖，11.供氧管路，12.进水管路，13.回水管路。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置，如图2所示，该预处理装置包括两个喷粉罐1、两个输粉管路2、四支喷粉枪3、一个预处理器4，两个喷粉罐1的底部均设有流态化装置5和粉料分配器6，流态化装置5位于粉料分配器6的上方，以保证罐内的粉剂不结坨且流动性良好，并满足喷粉脱硫过程的平稳喷吹，两个输粉管路2的始端分别连接于两个喷粉罐1的粉料分配器6的出口，每个输粉管路2的末端连接有两支喷粉枪3，并且喷粉枪3安装在预处理器4的侧壁上，喷粉枪3的枪体为不锈钢枪体，枪体周围包裹耐火材料保护，预处理器4上设有排渣装置7和出铁口8，出铁口8位于预处理器4的底部，排渣装置7位于预处理器4的侧壁，预处理器4的顶部设有顶吹氧枪9、底部安装有底吹透气砖10，底吹透气砖10的数量为4支，顶吹氧枪9采用四孔超音速喷枪，供氧强度为1.5Nm³/min/t铁水，顶吹氧枪9端部设有供氧管路11、进水管路12和回水管路13，供氧管路11用于提供脱硅、脱磷过程氧化反应所需的氧气，进水管路12和回水管路13通冷却水以提高氧枪寿命，所述预处理器4为一侧面具有出铁区的炉体，其侧部横截面为圆形，该出铁区成炉嘴状，所述出铁口8位于预处理器4出铁区的底部，所述预处理器4的底部为两个弧度不同的球面的组合，如图3所示，其中具有出铁口的那部分球面的弧度小于另一部分球面的弧度。

实施例2

本实施例提供一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，采用实施例1中的预处理装置对150吨铁水同时脱硫、脱硅、脱磷，该冶炼方法包括以下步骤：

步骤一：脱硫，开启底吹气体，流量为270Nm³/h，防止底吹透气砖堵塞，将铁水倒入预处理器4中，使铁水的液面高度低于排渣装置7，并且使连接于两个输粉管路的四支喷粉枪3均位于铁水液面以上300mm的位置，与铁水液面成45°夹角，开启装有石灰粉的喷粉罐1开始喷吹石灰粉，使石灰粉经过流态化装置5和粉料分配器6，然后以氮气作为喷吹载气通过输粉管路2，石灰粉喷粉速率为30kg/min，喷吹时间为10-15min，石灰粉消耗量为3kg/t铁水，同时开启装有镁颗粒的喷粉罐1开始喷吹镁颗粒，镁颗粒喷粉速率为6kg/min，喷镁颗粒的时间为10-13min，镁颗粒消耗量为0.5kg/t铁水，镁颗粒和石灰粉分别通过输粉管道2和喷粉枪3喷出，将铁水中硫含量脱至0.005％以下，喷粉脱硫结束后使喷粉枪3吹氮气保护，打开排渣装置7，倾动预处理器4约5°-10°，排出全部脱硫炉渣，防止铁水回硫；

其中，镁颗粒为钝化处理后的镁颗粒，其Mg含量≥95.0％，S含量≤0.002％，水分≤0.5％，粒径为0.5-2mm；石灰粉的CaO含量≥90.0％，SiO₂含量≤2.0％，S含量≤0.05％，水分≤0.5％，活性度≥300mL/min，粒径＜1mm；

步骤二：脱硅，向预处理器4中加入石灰5kg/t铁水、白云石3kg/t铁水作为造渣材料，喷吹氮气保护喷粉枪3，继续底吹气体以强化搅拌作用，底吹气体流量为270Nm³/h，开启顶吹氧枪9喷吹氧气，供氧流量为13000Nm³/h，氧与硅迅速结合生成SiO₂进入炉渣，本次处理的铁水中初始硅含量＞0.6％，所以在脱硅至0.2％以下时，停止顶吹氧枪9吹氧，打开排渣装置7，倾动预处理器4约5°-10°排出部分炉渣；

步骤三：脱磷，向预处理器4中加入石灰8kg/t铁水，继续吹氮气保护喷粉枪3，利用顶吹氧枪9喷吹氧气，顶吹氧枪9喷吹氧气流量为12000Nm³/h，实现快速化渣，并且继续利用底吹透气砖10底吹气体，底吹气体流量为350Nm³/h，增强脱磷过程的搅拌能力，使炉渣(泡沫渣)与铁水充分接触完成渣-金界面反应脱磷，脱磷至0.02％以下时，停止吹氧，提出顶吹氧枪9，底吹气体流量调整为270Nm³/h，打开排渣装置7，倾动预处理器4约5°-10°排出全部脱磷炉渣，防止出铁过程中带入高磷炉渣导致回磷，然后打开出铁口8，将预处理后的硫含量＜0.005％、硅含量痕迹、磷含量＜0.02％的铁水流入铁水包中，送至下一工序。

Claims

1.一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，其特征在于，该冶炼方法采用的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置，包括至少一个喷粉罐(1)、至少一个输粉管路(2)、至少一个喷粉枪(3)、预处理器(4)，喷粉罐(1)的底部设有流态化装置(5)和粉料分配器(6)，流态化装置(5)位于粉料分配器(6)的上方，输粉管路(2)的始端连接于粉料分配器(6)的出口，喷粉枪(3)连接于输粉管路(2)的末端，并且喷粉枪(3)安装在预处理器(4)的侧壁上，预处理器(4)上设有排渣装置(7)和出铁口(8)，出铁口(8)位于预处理器(4)的底部，排渣装置(7)位于预处理器(4)的侧壁，预处理器(4)的顶部设有顶吹氧枪(9)、底部安装有底吹透气砖(10)，顶吹氧枪(9)端部设有供氧管路(11)、进水管路(12)和回水管路(13)；

该冶炼方法包括以下步骤：

步骤一：脱硫，开启底吹气体，将铁水倒入预处理器(4)中，使铁水的液面高度低于排渣装置(7)，并且使喷粉枪(3)位于铁水液面以上200-800mm的位置，与铁水液面成20°-70°夹角，开启喷粉罐(1)使粉剂经过流态化装置(5)和粉料分配器(6)，然后以氮气作为喷吹载气通过输粉管路(2)及喷粉枪(3)喷粉，喷粉流量为5-200kg/min，将铁水中硫含量脱至0.001-0.005％，喷粉脱硫结束后使喷粉枪(3)吹氮气保护，打开排渣装置(7)，倾动预处理器(4)5°-10°，排出全部脱硫炉渣；

步骤二：脱硅，向预处理器(4)中加入石灰、白云石作为造渣材料，喷吹氮气或氧气保护喷粉枪(3)，继续底吹气体，开启顶吹氧枪(9)喷吹氧气，氧与硅迅速结合生成SiO₂进入炉渣，若铁水中初始硅含量＞0.6％，则在脱硅至0.2％以下时，停止顶吹氧枪(9)吹氧，打开排渣装置(7)，倾动预处理器(4)5°-10°排出部分炉渣，若铁水中初始硅含量≤0.6％，则在脱硅至0.2％以下时，排出部分炉渣或不排渣；

步骤三：脱磷，向预处理器(4)中加入石灰，继续吹氮气或氧气保护喷粉枪(3)，利用顶吹氧枪(9)喷吹氧气，并且继续利用底吹透气砖(10)底吹气体，使炉渣与铁水充分接触完成渣-金界面反应脱磷，脱磷至0.02％以下时，停止吹氧，提出顶吹氧枪(9)，打开排渣装置(7)，倾动预处理器(4)5°-10°排出全部脱磷炉渣，然后打开出铁口(8)，将预处理后的硫、硅、磷含量低的铁水流入铁水包中，送至下一工序。

2.根据权利要求1所述的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，其特征在于，所述底吹气体为氮气、氩气或二氧化碳气体。

3.根据权利要求1所述的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，其特征在于，脱硫过程中喷吹的粉剂为镁颗粒、石灰粉和萤石粉中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求3所述的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，其特征在于，脱硫过程中喷吹的粉剂为石灰粉和镁颗粒的混合粉剂；所述镁颗粒为钝化处理后的镁颗粒，其Mg含量≥95.0％，S含量≤0.002％，水分≤0.5％，粒径为0.1-3mm；所述石灰粉的CaO含量≥88.0％，SiO₂含量≤2.5％，S含量≤0.05％，水分≤0.5％，活性度≥280mL/min，粒径＜1mm；所述萤石粉的CaF₂含量≥80％，S含量≤0.2％，水分≤0.5％，粒径＜1mm。

5.根据权利要求3或4所述的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，其特征在于，当脱硫过程中喷吹的粉剂为镁颗粒、石灰粉和萤石粉中的两种以上时，所述喷粉罐(1)的数量为2或3个，每个喷粉罐(1)装有一种粉剂，在喷粉时同时开启几个喷粉罐(1)，几种粉剂在输粉管路(2)中混合；或者所述喷粉罐(1)和输粉管路(2)的数量相同，均为2或3个，几个喷粉罐(1)分别连接输粉管路(2)，在喷粉时同时开启几个喷粉罐(1)，几种粉剂分别通过输粉管路(2)同时喷入铁水中。