CN107190118A - 一种喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置与方法，脱硫装置由喷吹系统、喷枪移动系统、铁水包夹紧倾翻系统和电磁搅拌系统构成，喷吹系统包括高位料仓及所对应的以氮气为输送载体的粉剂输送管道；喷枪移动系统包括喷枪、喷枪架、横移轨道以及附属的电气控制箱，喷枪连接在横移轨道上，横移轨道的两端与喷枪架连接；铁水包夹紧倾翻系统包括托圈、液压缸、连接轴、变速轴承箱；电磁搅拌系统包括均匀布置在托圈内侧的磁极。本发明在喷吹脱硫的基础上，在铁水包外围附加搅拌磁场来搅动铁水包内的铁水，从而可以取消目前搅拌脱硫装置中的搅拌头，使喷吹法和搅拌法的不足得到弥补其优点得到发挥，降低脱硫剂消耗的基础上实现脱硫效率的高效化。
Description
技术领域
本发明属于炼钢前铁水预处理脱硫领域，特别是涉及喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置与方法。
背景技术
铁水预处理脱硫工艺相对炼钢脱硫或精炼脱硫而言，更为简单，是降低炼铁和炼钢工序脱硫负担、简化操作和提高炼铁、炼钢技术经济指标的有效途径之一。西欧及日本等国家从70年代后期，就将铁水预处理技术用于生产，到80年代在发达国家获得广泛应用。1995年从日本、美国等国家对钢中硫含量的规定可以看出，普通钢的硫含量都在0.015％以下，结构钢在0.011％以下，含硫量不大于0.005％的比例也接近了30％，不难看出日本等钢铁强国铁水预处理应用程度非常广泛。我国宝钢、武钢、太钢等钢厂在70年代后期就引进了铁水预处理技术，80年代后期全国各大钢铁厂陆续将铁水预处理技术用于生产，先后有昆钢、济钢等建成了铁水预处理工程。目前，被广泛应用的铁水预处理脱硫技术可以分为搅拌法和喷吹法两种工艺。从动力学角度来看，喷吹法与机械搅拌法相比，动力学条件较差，易回硫，脱硫剂利用率低，以喷吹钝化镁粉为例，世界最高纪录也没有超过50％，国内最好在40％左右。镁粉利用率低与其形成的镁蒸汽泡在铁水内上浮时间密切相关。而上浮时间与气泡上浮路径有关，对于喷吹法来说，气泡上浮路径就是喷枪出口到铁水包表面，可以认为上浮路径就是线性的。此外，运输和储存的安全性及操作成本等方面都低于机械搅拌法。从铁水温降角度上来说，搅拌法的快速搅拌会造成铁水温降加大，对铁水的温度要求较高。此外，搅拌头的使用寿命相对喷吹法的喷枪比较短，这也是搅拌法脱硫的弊端。但由于搅拌法的脱硫效率要好于喷吹法，且脱硫成本相对比较低，因此从使用的情况来看，目前国外大型钢铁企业的铁水项处理主要采用的是机械搅拌法。
综合来看，铁水预处理脱硫工艺的发展主要围绕着两个目标：一是尽量降低脱硫剂单耗、采用廉价复合脱硫剂、减少铁损、提高脱硫工艺和自动化水平，提高搅拌器的使用寿命，从而实现脱硫成本最大程度的降低；二是保证深脱硫的目标脱硫水平，采用动力学条件好的脱硫工艺，防止回硫的发生。
为了能够实现上述目标，利用喷吹与搅拌法的优点，避开其不足之处，本专利提出了一种喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置与使用方法。
发明内容
针对现有铁水脱硫方法中存在的不足，本发明提供一种喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置与方法，目的在于弥补喷吹法与搅拌法的各自工艺的不足来提高脱硫装置的使用寿命，降低铁水温降，降低脱硫剂消耗的基础上实现脱硫效率的高效化，从而实现大幅降低铁水脱硫成本。
为了实现上述目的，本明采取的技术方案如下：
一种喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置，由喷吹系统、喷枪移动系统、铁水包夹紧倾翻系统和电磁搅拌系统构成，其中，喷吹系统中包括高位料仓及所对应的以氮气为输送载体的粉剂输送管道；喷枪移动系统包括喷枪、喷枪架、横移轨道以及附属的电气控制箱，喷枪连接在横移轨道上，且能够在横移轨道上横向移动，横移轨道的两端与喷枪架连接，且能够在喷枪架上上下移动；铁水包夹紧倾翻系统包括设置在铁水包台车上的托圈，托圈内侧均匀布置有液压缸，托圈外侧沿径向对称连接有两根连接轴，连接轴外端与固定在铁水包台车上的变速轴承箱相连；电磁搅拌系统包括均匀布置在托圈内侧的磁极，实现对铁水包内的铁水进行电磁搅拌。
所述高位料仓为2个，粉剂输送管道的喷吹压力为0.6～1.5MPa；所述液压缸是在托圈高度方向的上下端沿圆周方向均匀布置的，上下端沿圆周方向各均匀布置6个；电磁搅拌系统的磁极布置在液压缸前端，上下2层每层沿环形各均匀设有6对磁极，上下层磁极之间的距离为500～1000mm，所有磁极分为4组，上下层以托圈的中心线各划分为2组，分别为上左、上右、下左和下右4组。
所述布置在液压缸前端的磁极在铁水包夹紧倾翻系统中起到夹紧触头的作用，通过液压缸可以使各磁极完成对铁水包的抱紧。在对铁水包进行倾翻扒渣时，可以通过变速轴承箱对连接轴进行转动，带动托圈做出翻转运动，其倾翻的角度为0～30°，从而来完成铁水包的倾翻扒渣操作。另外，为了增加使用过程中的安全性，要求水平圆周运动的角速度不能大于150r/min，上下翻动的速度不能大于80r/min，同时在对铁水包进行作业时，要求铁水包的净空高度要大于500mm。
一种采用喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置进行铁水脱硫的方法，具体步骤如下：
步骤1：将铁水包台车开到接收铁水包位，利用吊车将铁水包吊入到托圈中心，启动液压缸，将铁水包抱紧；
步骤2：将喷枪提升到待机位后，开动铁水包台车，将铁水包调整到脱硫处理位，下降喷枪将其插入到铁水中；
步骤3：启动喷枪对铁水包的铁水进行脱硫剂喷粉作业，同时启动电磁搅拌系统对铁水包内的铁水进行电磁搅拌作业，作业过程中，根据铁水的初始硫含量、目标硫含量、铁水温度、铁水重量参数来设定搅拌模式，同时也可以根据铁水包内的铁水翻动情况，对喷枪的横向插入位置进行调整，以获得最佳的处理效果；
步骤4：待喷吹搅拌处理5～20min后，进行测温取样，若铁水的硫含量已经达到目标硫的要求，则可进行扒渣操作，若铁水的硫含量大于目标硫含量，则要进行二次脱硫操作直到满足入炉要求；
步骤5：铁水的硫含量满足入炉要求后，将喷枪升起到待机位，同时关闭电磁搅拌系统，将铁水包台车开出脱硫处理位；
步骤6：启动铁水包台车上的倾翻托圈装置，将铁水包倾翻到10～30°利于扒渣角度进行扒渣操作，完成铁水的预处理脱硫过程。
所述脱硫剂为单一的石灰粉剂或石灰与镁粉复合粉剂，喷粉作业的喷吹流量20～60kg/min，喷吹压力设定在0.6～1.5MPa。
所述电磁搅拌作业的搅拌模式可分为以下5种：
| 搅拌模式 | 上左 | 上右 | 下左 | 下右 |
| 1 | √ | √ | ||
| 2 | √ | √ | ||
| 3 | √ | √ | √ | √ |
| 4 | √ | √ | ||
| 5 | √ | √ |
搅拌模式1-3能够使铁水包内的铁水沿着铁水包垂直中心线进行水平圆周旋转运动，搅拌模式4-5可以使包内的铁水在旋转运动时，也能够进行上下运动，搅拌系统的参数如下：频率为2～6Hz，电流为300～500A。
结合喷吹脱硫和搅拌脱硫两种方法的优点，本发明提出了喷吹粉剂旋转铁水的脱硫方法及其装置。即在喷吹脱硫的基础上，在铁水包外围附加搅拌磁场来搅动铁水包内的铁水，从而可以取消目前搅拌脱硫装置中的搅拌头，使喷吹法和搅拌法的不足得到弥补其优点得到发挥。该装置结构简单，设计合理，操作方便，通过本装置和使用方法有望获得如下有益效果：
1)使脱硫效率从目前的平均83％可提高到90％以上；
2)镁粉的利用效率由目前的平均35％可提高到40％以上；
3)平均脱硫处理时间可由目前的平均16分钟缩短至13分钟以下；
4)处理过程中铁水的平均温降可由目前的25℃减小到21℃以下。
附图说明
图1为本发明脱硫装置的结构示意图；
图2为图1中电磁搅拌系统的磁极布置示意图。
图中，1：变速轴承箱；2：喷枪；3：料仓；4：管道；5：横移轨道；6：电气控制箱；7：喷枪架；8：铁水包；9：磁极；10：液压缸；11：托圈；12：连接轴；13：铁水包台车。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
为了使各项指标得到进一步优化，降低铁水脱硫成本，提出了喷吹粉剂旋转铁水的脱硫处理方法，并设计了应用该法的装置，现结合装置的示意图对其最佳实施方式描述如下：
一种喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置，由喷吹系统、喷枪移动系统、铁水包夹紧倾翻系统和电磁搅拌系统构成。其中，喷吹系统中包括两个高位料仓3及所对应的以氮气为输送载体的粉剂输送管道4。喷枪移动系统由喷枪2、喷枪架7、横移轨道5以及附属的电气控制箱6构成，喷枪2连接在横移轨道5上，且能够在横移轨道5上横向移动，横移轨道5的两端与喷枪架7连接，且能够在喷枪架7上上下移动，使喷枪2能够横向及上下移动。其中，上下移动来完成喷枪2的升降动作，横向移动可以完成喷枪2在铁水包8中插入点沿铁水包8横截面中心线移动。铁水包夹紧倾翻系统由托圈11、液压缸10、磁极9、变速轴承箱1及连接轴12组成。在对铁水包8进行倾翻扒渣时，可以通过变速轴承箱1对连接轴12进行转动，带动托圈11做出翻转运动。电磁搅拌系统由六对磁极9分为上下两层环形均匀布置，上下层磁极9之间的距离为800mm，每层六支磁极9，所有磁极9分为四组，上下层以托圈11的中心线各划分为两组，分别为上左、上右、下左和下右四组。各磁极布置在托圈11内侧的液压缸10上，通过液压缸10的驱动，各磁极还能够起到抱紧铁水包8的作用。该方法在使用过程中，可视铁水目标硫及工序要求处理时间的情况，可选择不同的处理模式，现以硫含量0.05％，温度1300℃的预处理铁水为例。
实施例1
目标硫小于等于0.010％，工序要求处理时间小于45分钟
脱硫剂采用喷吹单一的石灰粉剂，喷吹流量50kg/min，喷吹压力设定在0.8MPa，搅拌模式选取上层搅拌模或下层搅拌式即模式1或模式2，搅拌器的频率为4Hz，电流强度为350A，可使脱硫处理时间缩短至9分钟，效率提高到97％，铁水温降为15℃。
实施例2
目标硫小于等于0.010％，工序要求处理时间小于30分钟
脱硫剂采用喷吹单一的石灰粉剂，喷吹流量50kg/min，喷吹压力设定在1.0MPa，搅拌模式选取上下层搅拌模式即模式3，搅拌器的频率为3Hz，电流强度为400A，可使脱硫处理时间缩短至8分钟，效率提高到96％，铁水温降为16℃。
实施例3
目标硫小于等于0.005％，工序要求处理时间小于45分钟
脱硫剂采用喷吹石灰与镁粉复合粉剂，喷吹流量石灰40kg/min，镁粉15kg/min，喷吹压力设定在1.0MPa，搅拌模式选取上层搅拌模或下层搅拌式即模式1或模式2，搅拌器的频率为4Hz，电流强度为350A，可使脱硫处理时间缩短至9分钟，效率提高到97％，镁粉利用率可达到45％，铁水温降为16℃。
实施例4
目标硫小于等于0.005％，工序要求处理时间小于30分钟
脱硫剂采用喷吹石灰与镁粉复合粉剂，喷吹流量石灰40kg/min，镁粉15kg/min，喷吹压力设定在1.1MPa，搅拌模式选取上下层搅拌模式即模式3，搅拌器的频率为3Hz，电流强度为400A，可使脱硫处理时间缩短至8分钟，效率提高到95％，镁粉利用率可达到43％，铁水温降为17℃。
实施例5
目标硫小于等于0.003％，工序要求处理时间小于45分钟
脱硫剂采用喷吹石灰与镁粉复合粉剂，喷吹流量石灰40kg/min，镁粉15kg/min，喷吹压力设定在1.1MPa，搅拌模式选取上下组合式的搅拌模式即模式4或模式5，搅拌器的频率为4Hz，电流强度为400A，可使脱硫处理时间缩短至11分钟，效率提高到92％，镁粉利用率可达到42％，铁水温降为18℃。
实施例6
目标硫小于等于0.003％，工序要求处理时间小于30分钟
脱硫剂采用喷吹石灰与镁粉复合粉剂，喷吹流量石灰50kg/min，镁粉20kg/min，喷吹压力设定在1.2MPa，搅拌模式选取上下组合式的搅拌模式即模式4或模式5，搅拌器的频率为2Hz，电流强度为500A，可使脱硫处理时间缩短至10分钟，效率提高到91％，镁粉利用率可达到41％，铁水温降为20℃。
Claims (5)
1.一种喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置，其特征在于：由喷吹系统、喷枪移动系统、铁水包夹紧倾翻系统和电磁搅拌系统构成，其中，喷吹系统中包括高位料仓及所对应的以氮气为输送载体的粉剂输送管道；喷枪移动系统包括喷枪、喷枪架、横移轨道以及附属的电气控制箱，喷枪连接在横移轨道上，且能够在横移轨道上横向移动，横移轨道的两端与喷枪架连接，且能够在喷枪架上上下移动；铁水包夹紧倾翻系统包括设置在铁水包台车上的托圈，托圈内侧均匀布置有液压缸，托圈外侧沿径向对称连接有两根连接轴，连接轴外端与固定在铁水包台车上的变速轴承箱相连；电磁搅拌系统包括均匀布置在托圈内侧的磁极。
2.根据权利要求1所述的一种喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置，其特征在于：高位料仓为2个，粉剂输送管道的喷吹压力为0.6～1.5MPa；所述液压缸是在托圈高度方向的上下端沿圆周方向均匀布置的，上下端沿圆周方向各均匀布置6个；电磁搅拌系统的磁极布置在液压缸前端，上下2层每层沿环形各均匀设有6对磁极，上下层磁极之间的距离为500～1000mm，所有磁极分为4组，上下层以托圈的中心线各划分为2组。
3.一种采用权利要求1所述的喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置进行铁水脱硫的方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤1：将铁水包台车开到接收铁水包位，利用吊车将铁水包吊入到托圈中心，启动液压缸，将铁水包抱紧；
步骤2：将喷枪提升到待机位后，开动铁水包台车，将铁水包调整到脱硫处理位，下降喷枪将其插入到铁水中；
步骤3：启动喷枪对铁水包的铁水进行脱硫剂喷粉作业，同时启动电磁搅拌系统对铁水包内的铁水进行电磁搅拌作业，作业过程中，根据铁水的初始硫含量、目标硫含量、铁水温度、铁水重量参数来设定搅拌模式，同时也可以根据铁水包内的铁水翻动情况，对喷枪的横向插入位置进行调整；
步骤4：待喷吹搅拌处理5～20min后，进行测温取样，若铁水的硫含量已经达到目标硫的要求，则可进行扒渣操作，若铁水的硫含量大于目标硫含量，则要进行二次脱硫操作直到满足入炉要求；
步骤5：铁水的硫含量满足入炉要求后，将喷枪升起到待机位，同时关闭电磁搅拌系统，将铁水包台车开出脱硫处理位；
步骤6：启动铁水包台车上的倾翻托圈装置，将铁水包倾翻到10～30°利于扒渣角度进行扒渣操作，完成铁水的预处理脱硫过程。
4.根据权利要求3所述的采用喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置进行铁水脱硫的方法，其特征在于：所述脱硫剂为单一的石灰粉剂或石灰与镁粉复合粉剂，喷粉作业的喷吹流量20～60kg/min，喷吹压力设定在0.6～1.5MPa。
5.根据权利要求3所述的采用喷吹粉剂旋转铁水的脱硫装置进行铁水脱硫的方法，其特征在于：电磁搅拌作业的搅拌模式可分为以下5种：
搅拌模式1-3能够使铁水包内的铁水沿着铁水包垂直中心线进行水平圆周旋转运动，搅拌模式4-5可以使包内的铁水在旋转运动时，也能够进行上下运动，搅拌系统的参数如下：频率为2～6Hz，电流为300～500A。
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