CN107663560B - 一种镁基复合喷吹铁水脱硫工艺中石灰粉用量的控制方法 - Google Patents

一种镁基复合喷吹铁水脱硫工艺中石灰粉用量的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镁基复合喷吹铁水脱硫工艺中石灰粉用量的控制方法，主要解决现有复合喷吹铁水脱硫工艺中后喷吹阶段石灰粉用量控制精度低的技术问题。包括以下步骤：确认须脱硫炉次的铁水条件和钢种；前喷吹；复合喷吹，根据钝化镁粉和石灰粉喷吹时间相同的原则，将复合喷吹阶段平均拆分为n个子阶段，在每一子段结束时比较石灰粉的实际喷吹量和目标喷吹量间的差异；后喷吹。本发明无需人工监控和干预，就可保证后喷吹石灰粉量与目标值相符，不仅简化了操作，而且还可有效防止喷吹提前结束而造成的喷枪堵塞和石灰粉消耗增加，避免生产中断。通过本技术的运用，后喷吹石灰粉量的控制精度可以达到±2kg。

Description

一种镁基复合喷吹铁水脱硫工艺中石灰粉用量的控制方法
技术领域
本发明涉及一种铁水预处理脱硫技术，特别涉及一种镁基复合喷吹铁水脱硫工艺中石灰粉用量的控制方法，属于铁水预处理技术领域。
背景技术
现有的铁水预处理喷粉脱硫工艺是以氮气为助吹气体，采用脱硫喷枪，单喷或复合喷吹脱硫粉剂进行铁水罐喷吹脱硫。镁基复合喷吹法包括前喷吹、复合喷吹、后喷吹三个阶段，复合喷吹阶段是钝化镁粉和石灰粉同时进行喷吹，两者按一定比例从各自的喷吹罐中喷出，然后在喷枪中混合，喷入铁水进行脱硫；其它两个阶段只喷吹石灰粉。喷吹开始后，当石灰粉的实际喷吹量＞前喷吹石灰粉设定值时进入复合喷吹阶段，当钝化镁粉的实际喷吹量＞设定值时复合喷吹阶段结束进入后喷吹阶段，当石灰粉的实际喷吹量＞石灰粉设定总量时喷吹系统发出喷吹结束信号，自动提升喷枪，即使钝化镁粉仍未喷完。该脱硫工艺中，石灰粉的作用主要体现在：①降低镁气泡的直径，减缓镁的气化速度；②提高铁水包顶渣碱度，防止回硫；③防止喷枪堵塞，提高喷吹系统稳定性。
由于喷吹过程中钝化镁粉和石灰粉的喷吹速率是波动的，存在复合喷吹阶段石灰粉用量增加、后喷吹阶段石灰粉不足的情况，此时需要手动调整石灰粉的目标量和喷吹速率，操作繁琐，若不及时调整石灰粉会先于钝化镁粉喷完造成提前喷吹结束，不仅要重新下枪进行二次喷吹，过程仍包括前喷吹、复合喷吹、后喷吹三个阶段，导致脱硫周期增加，而且还容易造成喷枪堵塞，需重新换枪，耽误生产，增加成本。
中国专利申请文献CN 103757179A公开了一种半钢深脱硫方法，该方法采用石灰和钝化镁粉为脱硫剂，通过喷吹法分三个阶段对半钢进行脱硫，第一阶段喷吹石灰，第二阶段石灰和钝化镁粉按4.5～5.5:1的比例进行喷吹，第三阶段喷吹石灰，脱硫剂喷吹速度为40～45kg/min。该发明脱硫剂用量小，有效地解决了含钒铁水脱硫效果差的问题。但是该方法在第二阶段喷吹过程中无法对总石灰粉量设定值进行自动调整，若无人工干预第三阶段喷吹的石灰量难以达到要求，甚至为零，提前结束喷吹。
发明内容
本发明的目的是提供一种镁基复合喷吹铁水脱硫工艺中石灰粉用量的控制方法，主要解决现有复合喷吹铁水脱硫工艺中后喷吹阶段石灰粉用量控制精度低的技术问题，实现喷吹过程中石灰粉目标喷吹量的自动调整，以适应喷吹速率的不断变化，从而简化操作，避免生产中断，降低劳动强度。
本发明采用的技术方案是：一种镁基复合喷吹铁水脱硫工艺中石灰粉用量的控制方法，包括以下步骤：
1)确认脱硫炉次的铁水条件和钢种，铁水中初始硫的质量含量为0.01％～0.1％，铁水温度≥1280℃，脱硫后铁水中目标硫的质量含量为0.001％～0.015％；
2)进行前喷吹，喷吹粉剂为石灰粉，将顶喷枪插入铁水包内的铁水中，喷吹石灰粉，前喷吹阶段石灰粉的目标喷吹量为m1，石灰粉的喷吹速率为v1，助吹氮气流量为0.6～0.9Nm3/min，当石灰粉实际喷吹量x≥m1时，前喷吹阶段结束，实际喷吹时间为t1，控制石灰粉的目标喷吹量m1和石灰粉的喷吹速率v1为，0.24kg/吨铁×铁水包公称容量≤m1≤0.40kg/吨铁×铁水包公称容量，30kg/min≤v1≤50kg/min；前喷吹阶段铁水中硫含量较高，增加石灰粉喷吹量有利于发挥石灰粉的脱硫作用，提高脱硫效果；
3)进行复合喷吹，喷吹粉剂为石灰粉和钝化镁粉，前喷吹结束后，同时向铁水包内的铁水中喷吹石灰粉和钝化镁粉，复合喷吹阶段，石灰粉的喷吹速率/钝化镁粉的喷吹速率的比值为k，钝化镁粉的喷吹速率为v2，钝化镁粉的目标喷吹量为m2，助吹氮气流量为0.6～0.9Nm3/min，石灰粉的目标喷吹量为m3，石灰粉的喷吹速率为v3，其中，m3＝k×m2，v3＝k×v2，2.5≤k≤5，10kg/min≤v2≤18kg/min，m2由计算得出，
当铁水中初始硫的质量含量＜0.03％、脱硫后铁水中目标硫的质量含量≤0.002％时，
m2＝-78.6+0.4444×铁水量+0.01516×铁水温度-8431×脱硫后铁水中目标硫的质量含量+5447×铁水中初始硫的质量含量-49470×铁水中初始硫的质量含量2；
当铁水中初始硫的质量含量＜0.03％、脱硫后铁水中目标硫的质量含量＞0.002％时，
m2＝-26.6+0.2115×铁水量-0.00344×铁水温度-6411×脱硫后铁水中目标硫的质量含量+5148×铁水中初始硫的质量含量+92903×脱硫后铁水中目标硫的质量含量2-43182×铁水中初始硫的质量含量2；
当铁水中初始硫的质量含量≥0.03％、脱硫后铁水中目标硫的质量含量≤0.002％时，
m2＝-67.2+0.6252×铁水量+0.01342×铁水温度-9305×脱硫后铁水中目标硫的质量含量+2153×铁水中初始硫的质量含量；
当铁水中初始硫的质量含量≥0.03％、脱硫后铁水中目标硫的质量含量＞0.002％时，
m2＝-73.6+0.5217×铁水量+0.01213×铁水温度-5970×脱硫后铁水中目标硫的质量含量+2072×铁水中初始硫的质量含量+77770×脱硫后铁水中目标硫的质量含量2；
计算复合喷吹阶段的目标喷吹时间t2，t2＝m2/v2；
将复合喷吹阶段均分为n个子阶段，2≤n≤5且为整数，每个子阶段的目标喷吹时间和目标石灰粉喷吹量分别为t2/n和m3/n；随着喷吹的进行，在每一个子阶段结束时，比较石灰粉的实际喷吹量与目标喷吹量间的差异，将两者的差值用于调整复合喷吹阶段石灰粉的目标喷吹量m3；具体地，当实际喷吹时间t≥(t1+i×t2/n)时，1≤i≤n-1，复合喷吹第i段结束，计算石灰粉的实际喷吹量x与目标喷吹量的差值△mi，△mi＝x-(m1+i×m3/n)，然后用△mi调整m3，m3＝m3+△mi；
当钝化镁粉实际喷吹量y≥钝化镁粉目标喷吹量m2时，复合喷吹阶段结束，停止喷吹钝化镁粉，计算石灰粉的实际喷吹量x与石灰粉目标喷吹量的差值△mn，△mn＝x-(m1+m3)，并对m3作最后一次调整，m3＝m3+△mn；
4)进行后喷吹，喷吹粉剂为石灰粉，后喷吹阶段，石灰粉的目标喷吹量为m4，石灰粉的喷吹速率为v4，助吹氮气流量为0.6～0.9Nm3/min；控制石灰粉的目标喷吹量m4与石灰粉的喷吹速度v4为，0.1kg/吨铁×铁水包公称容量≤m4≤0.16kg/吨铁×铁水包公称容量，25kg/min≤v4≤45kg/min；当石灰粉的实际喷吹量x≥(m1+m3+m4)时，提升顶喷枪，停止喷吹石灰粉，脱硫结束；后喷吹阶段，铁水中硫含量已经很低，石灰粉与硫的反应很弱，应减少此阶段的石灰粉喷吹量，以降低渣量，减少扒渣铁损。
进一步，喷吹脱硫用顶喷枪为T型顶喷枪，喷吹脱硫全程控制顶喷枪头部与铁水包底部间的距离为200mm～320mm，效果佳。
进一步，在本发明步骤3)中，复合喷吹阶段均分子阶段数n越大，后喷吹阶段的石灰粉量控制精度就越高，后喷吹的石灰粉实际喷吹量就越接近于石灰粉目标喷吹量m4；但是由于调整复合喷吹阶段的石灰粉目标喷吹量m3需耗费一定的时间，若n太大，分段太多，缩短了每一段的喷吹时间，当钝化镁粉用量较小时，会出现上一段的目标石灰粉喷吹量m3尚未调整结束就已进入下一段的调整，从而无法达到后喷吹阶段石灰粉用量的精确控制；n值根据钝化镁粉目标喷吹量进行调整；优选的，n预赋值为5，当每个子阶段的目标喷吹时间m2/(v2×n)≤0.75min时，逐步降低n，调整幅度为1，直至m2/(v2×n)>0.75min。
进一步，喷吹脱硫全程，氮气流量为0.7Nm3/min，效果佳。
本发明为确保后喷吹的石灰粉量，根据复合喷吹阶段钝化镁粉和石灰粉喷吹时间相同的原则，将该阶段均分为多个子阶段，确立石灰粉量的控制子目标，在每一子段结束时通过比较石灰粉的实际喷吹量x与石灰粉的目标喷吹量之间的差异，调整复合喷吹阶段石灰粉的目标喷吹量以弥补差异，使石灰粉的实际喷吹量与目标喷吹量相接近，避免因复合喷吹阶段石灰粉的目标喷吹量不足，借用后喷吹阶段的石灰粉，造成后喷吹石灰粉喷吹量不足，从而实现石灰粉的喷吹量自动适应钝化镁粉喷吹流量或石灰粉喷吹流量的波动。
另外，本发明将后喷吹阶段的部分石灰粉量前移到前喷吹阶段，增加该阶段的石灰粉喷吹量，发挥石灰粉的脱硫作用，提高脱硫效果。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法将复合喷吹阶段平均拆分为n个子阶段，在每一子段结束时比较石灰粉的实际喷吹量和目标喷吹量间的差异，自动修正复合喷吹阶段石灰粉的目标喷吹量，弥补因钝化镁粉或石灰粉喷吹速率的变化而产生的石灰粉量差异，确保后喷吹石灰粉的实际喷吹量达到目标喷吹量的要求，克服了现有工艺为保证后喷吹的石灰粉量，要么是在喷吹过程中需要人工监控并不断地手动调整复合喷吹阶段石灰粉的目标喷吹量，要么是将后喷吹阶段石灰粉的目标喷吹量设的很大，但是后喷吹阶段石灰粉的实际喷吹量与目标喷吹量仍有较大差异的缺陷。2、本发明方法喷吹过程无需人工监控和干预，就可实现后喷吹阶段石灰粉的实际喷吹量与目标喷吹量相符，提高控制精度，不仅简化了操作，降低了劳动强度，而且还可以有效防止因钝化镁粉未喷完就提前结束喷吹而造成喷枪堵塞和石灰粉消耗增加，避免生产中断；采用本发明方法，后喷吹石灰粉量的控制精度可以达到±2kg。
附图说明
图1为本发明方法流程控制示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明实施例中的用于盛装铁水的铁水包公称容量为250吨；复合喷吹阶段，石灰粉的喷吹速率/钝化镁粉的喷吹速率的比值k为3；喷吹载气为氮气，氮气流量全程为0.7Nm3/min；本发明的铁水条件如表1所示。
表1本发明实施例铁水参数及脱硫后铁水中目标硫的质量百分含量
后喷吹石灰粉量控制精度的定义为，精度＝后喷吹石灰粉实际值-后喷吹石灰粉目标值，本发明喷吹过程参数及后喷吹石灰粉量控制精度如表2所示。
表2本发明实施例的喷吹过程参数及后喷吹石灰粉量控制精度

Claims (5)

1.一种镁基复合喷吹铁水脱硫工艺中石灰粉用量的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确认脱硫炉次的铁水条件和钢种，铁水中初始硫的质量含量为0.01％～0.1％，铁水温度≥1280℃，脱硫后铁水中目标硫的质量含量为0.001％～0.015％；
2)进行前喷吹，喷吹粉剂为石灰粉，将顶喷枪插入铁水包内的铁水中，喷吹石灰粉，前喷吹阶段石灰粉的目标喷吹量为m1，石灰粉的喷吹速率为v1，助吹氮气流量为0.6～0.9Nm3/min，当石灰粉实际喷吹量x≥m1时，前喷吹阶段结束，实际喷吹时间为t1，控制石灰粉的目标喷吹量m1和石灰粉的喷吹速率v1为，0.24kg/吨铁×铁水包公称容量≤m1≤0.40kg/吨铁×铁水包公称容量，30kg/min≤v1≤50kg/min；
3)进行复合喷吹，喷吹粉剂为石灰粉和钝化镁粉，前喷吹结束后，同时向铁水包内的铁水中喷吹石灰粉和钝化镁粉，复合喷吹阶段，石灰粉的喷吹速率/钝化镁粉的喷吹速率的比值为k，钝化镁粉的喷吹速率为v2，钝化镁粉的目标喷吹量为m2，助吹氮气流量为0.6～0.9Nm3/min，对应的石灰粉的目标喷吹量为m3，石灰粉的喷吹速率为v3，其中，m3＝k×m2，v3＝k×v2，2.5≤k≤5，10kg/min≤v2≤18kg/min，m2由计算得出，
当铁水中初始硫的质量含量＜0.03％、脱硫后铁水中目标硫的质量含量≤0.002％时，
m2＝-78.6+0.4444×铁水量+0.01516×铁水温度-8431×脱硫后铁水中目标硫的质量含量+5447×铁水中初始硫的质量含量-49470×铁水中初始硫的质量含量2；
当铁水中初始硫的质量含量＜0.03％、脱硫后铁水中目标硫的质量含量＞0.002％时，
m2＝-26.6+0.2115×铁水量-0.00344×铁水温度-6411×脱硫后铁水中目标硫的质量含量+5148×铁水中初始硫的质量含量+92903×脱硫后铁水中目标硫的质量含量2-43182×铁水中初始硫的质量含量2；
当铁水中初始硫的质量含量≥0.03％、脱硫后铁水中目标硫的质量含量≤0.002％时，
m2＝-67.2+0.6252×铁水量+0.01342×铁水温度-9305×脱硫后铁水中目标硫的质量含量+2153×铁水中初始硫的质量含量；
当铁水中初始硫的质量含量≥0.03％、脱硫后铁水中目标硫的质量含量＞0.002％时，
m2＝-73.6+0.5217×铁水量+0.01213×铁水温度-5970×脱硫后铁水中目标硫的质量含量+2072×铁水中初始硫的质量含量+77770×脱硫后铁水中目标硫的质量含量2；
计算复合喷吹阶段的目标喷吹时间t2，t2＝m2/v2；
将复合喷吹阶段均分为n个子阶段，2≤n≤5且为整数，每个子阶段的目标喷吹时间和目标石灰粉喷吹量分别为t2/n和m3/n；随着喷吹的进行，在每一个子阶段结束时，比较石灰粉的实际喷吹量与目标喷吹量间的差异，将两者的差值用于调整复合喷吹阶段石灰粉的目标喷吹量m3；具体地，当实际喷吹时间t≥(t1+i×t2/n)时，1≤i≤n-1，复合喷吹第i段结束，计算石灰粉的实际喷吹量x与目标喷吹量的差值△mi，△mi＝x-(m1+i×m3/n)，然后用△mi调整m3，m3＝m3+△mi；
当钝化镁粉实际喷吹量y≥钝化镁粉目标喷吹量m2时，复合喷吹阶段结束，停止喷吹钝化镁粉，计算石灰粉的实际喷吹量x与石灰粉目标喷吹量的差值△mn，△mn＝x-(m1+m3)，并对m3作最后一次调整，m3＝m3+△mn；
4)进行后喷吹，喷吹粉剂为石灰粉，后喷吹阶段，石灰粉的目标喷吹量为m4，石灰粉的喷吹速率为v4，助吹氮气流量为0.6～0.9Nm3/min；控制石灰粉的目标喷吹量m4与石灰粉的喷吹速度v4为，0.1kg/吨铁×铁水包公称容量≤m4≤0.16kg/吨铁×铁水包公称容量，25kg/min≤v4≤45kg/min；当石灰粉的实际喷吹量x≥(m1+m3+m4)时，停止喷吹石灰粉，提升喷枪，脱硫结束。
2.根据权利要求1所述的一种镁基复合喷吹铁水脱硫工艺中石灰粉用量的控制方法，其特征在于，所述的顶喷枪为T型顶喷枪，喷吹脱硫全程控制T型顶喷枪头部与铁水包底部间的距离为200mm～320mm。
3.根据权利要求1所述的一种镁基复合喷吹铁水脱硫工艺中石灰粉用量的控制方法，其特征在于，步骤3)中n值根据钝化镁粉目标喷吹量进行调整。
4.根据权利要求1所述的一种镁基复合喷吹铁水脱硫工艺中石灰粉用量的控制方法，其特征在于，步骤3)中n预赋值为5，当每个子阶段的目标喷吹时间m2/(v2×n)≤0.75min时，逐步降低n，调整幅度为1，直至m2/(v2×n)>0.75min。
5.根据权利要求1所述的一种镁基复合喷吹铁水脱硫工艺中石灰粉用量的控制方法，其特征在于，喷吹脱硫全程，氮气流量为0.7Nm3/min。
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