CN109777920A - 一种转炉出钢喷粉精炼脱硫方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种转炉出钢喷粉精炼脱硫方法及装置，可在转炉出钢过程中，通过喷枪以Ar(或N₂)为粉料的喷出载气，向出钢过程的钢液流股喷吹粉状脱硫剂，使其伴随着钢液流股进入钢包内，并在钢包底部底吹氩搅拌的作用下实现充分混合，提高粉状脱硫剂与钢液的接触比表面积、增加相间传质速率和钢液脱硫反应速率，提高粉状脱硫剂的有效利用效率、加快脱硫精炼生产节奏、进而实现持续稳定的高效精炼处理。这样既可以克服传统脱硫工艺缺陷，又可以实现快速、高效率冶炼。粉状脱硫剂可替换为碳粉、脱硫粉剂、脱磷粉剂或合金粉剂等，可实现多功能精炼。因此，本发明的装置和方法，不仅适于钢液的脱硫精炼工艺，还可以适用其他精炼工艺。

Description

一种转炉出钢喷粉精炼脱硫方法及装置

技术领域

本发明主要属于钢铁二次精炼领域，具体涉及一种转炉出钢喷粉精炼脱硫方法及装置。

背景技术

提高钢液洁净度是当代钢铁材料发展的重要方向。随着洁净钢生产工艺与装备技术的发展，满足高品质钢的生产要求已不存在更大的技术困难，但如何降低洁净钢生产成本，实现稳定高效的生产仍是洁净钢生产面临的技术挑战。近年来，优化钢铁生产流程、升级钢铁产品、提高企业竞争能力已成为钢铁企业发展的核心任务，探究建设低成本、高效率、快节奏的洁净钢平台的共性技术已成为国内外钢铁企业关注的焦点。

在钢铁冶炼过程中，硫因会对钢材性能产生不利影响而成为洁净钢主要脱除或控制元素。不同钢种对硫含量有着严格的规定，如优质钢[S]≤0.02％，低硫钢[S]≤0.001％，超低硫钢[S]≤0.0005％。为了减少结构钢的各向异性，使其具有良好的机械性能，钢的含硫量应小于0.010％，特别是输油管、天然气输送管、厚船板、航空钢等，其要求含硫量都要小于0.005％。为了满足这些要求，需要提高钢水生产过程中脱硫能力，特别是钢水的深脱硫能力。目前铁水预处理脱硫技术是一种行之有效的方法，可以脱除铁水中大部分硫元素，但在其后的转炉冶炼过程中，由于加入的造渣材料、铁水残渣和废钢中含有较高的硫，会造成钢水较高的回硫率，一般回硫率在0.004％～0.011％。随着我国废钢资源的增加和提高转炉废钢比的需求，转炉回硫率将进一步增大。因此，对于(超)低硫钢生产，在铁水预处理和转炉冶炼的基础上，还需要进行钢水二次深脱硫。

LF法是目前钢铁企业应用最广泛的钢水二次脱硫手段，其主要依靠渣-金界面反应进行脱硫。但由于渣-钢液接触比表面积小、相间质量传输速率低，渣-钢液脱硫反应速率慢，要生产低硫钢或超低硫钢，整个脱硫冶炼过程需要持续约40分钟甚至更长时间，并且需要消耗大量造渣物料和热量，成本非常高。因此，开发高效率、快节奏、低成本的炉外处理工艺显得十分重要而迫切。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种转炉出钢喷粉精炼脱硫方法及装置，能够使粉状脱硫剂与钢液充分混合、提高粉状脱硫剂与钢液的接触比表面积、增加相间传质速率和钢液脱硫反应速率，节省物料及能耗，加快二次精炼生产节奏，进而实现持续稳定的高效精炼处理，提高钢液质量。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种转炉出钢喷粉精炼脱硫方法，所述方法包括：

在转炉出钢过程中，借助气体作为粉状脱硫剂的喷出载气，向钢液流股中喷吹粉状脱硫剂，使喷吹的粉状脱硫剂随着钢液流股进入钢包，配合钢包底吹氩使粉状脱硫剂与钢液充分混合，实现精炼脱硫。

在本发明的一个较佳实施例中，所述气体为氩气、氮气或两种的混合气。

在本发明的一个较佳实施例中，所述气体的流量为30-250m³/h，粉状脱硫剂的喷吹速率为0-100kg/min。

在本发明的一个较佳实施例中，在转炉出钢过程中，待出钢的钢液流股趋于稳定后，利用喷枪以氩气、氮气或二者的混合气为粉状脱硫剂的喷出载气，从钢包顶部对准钢液流股进行持续喷吹粉状脱硫剂。

在本发明的一个较佳实施例中，所述粉状脱硫剂为脱硫粉状脱硫剂，所述脱硫粉状脱硫剂为钙粉、氧化钙粉、镁粉、碳化钙粉、氧化钠粉或者碳酸钠粉中的一种或者任意两种及其以上的混合物；所述粉状脱硫剂的颗粒粒径为20μm-10mm。

在另一些实施例中，所述粉状脱硫剂可替换为碳粉、脱磷粉剂或合金粉剂等，可实现多功能精炼。因此本发明的方法和装置，不仅适于钢液的脱硫精炼工艺，还可以适用其他精炼工艺。

在本发明的一个较佳实施例中，所述方法还包括计算粉状脱硫剂用量的步骤：在向钢液流股中喷吹粉状脱硫剂之前，根据精炼目标钢液的预期参数要求、以及转炉出钢钢液成分、温度和重量参数，计算粉状脱硫剂的用量和配比，并根据计算结果配制粉状脱硫剂、和设定粉状脱硫剂的喷吹参数。

其中，目标钢液的预期参数包括目标钢液温度、目标钢液硫含量。粉状脱硫剂的喷吹参数包括粉剂输送速率、气流输送速率和粉气流的喷吹速率等。

本发明尤其适用于60-300t炼钢转炉的出钢过程。

对应地，本发明还提供一种转炉出钢喷粉精炼脱硫装置，其包括：

粉料罐，用于储存粉状脱硫剂；

储气罐，用于储存气体；

粉气混合流化室，分别连接所述粉料罐和储气罐，所述粉气混合流化室提供气体与粉状脱硫剂相互混合、并使所述粉状脱硫剂产生流化的场所；

喷枪，所述喷枪连接所述粉气混合流化室，将已流化的粉状脱硫剂向转炉出钢的钢液流股喷吹。

在本发明的一个较佳实施例中,还包括一个喷粉站，所述喷粉站设有一个腔室，所述腔室构成所述所述粉气混合流化室；所述腔室的一端连接所述粉料罐，另一端以管道连接储气罐；所述喷粉站还连接有喷吹管道，所述喷吹管道连接所述喷枪。

在本发明的一个较佳实施例中，所述粉气混合流化室设于所述喷枪内，所述喷枪包括一个粉剂入口和气体入口，所述粉剂入口一端连接所述粉气混合流化室，另一端连接粉料罐；所述气体入口一端连接所述粉气混合流化室，另一端以供气管道连接储气罐；所述粉状脱硫剂与所述气体在所述喷枪内预混和流化。

在本发明的一个较佳实施例中，还包括一个喷枪夹持控制装置，所述喷枪夹持控制装置用于夹持喷枪移动位置和调节倾斜角度，使喷枪的喷嘴喷出的粉气流的初速度与水平线在0-70°之间可调。通过角度的调节，有利于根据炼钢转炉的出钢钢液流股的速度和路径，确定最佳的粉料喷吹角度，使粉料最大程度被出钢钢液流股带入钢包中与钢液互混。

在本发明的一个较佳实施例中，所述喷枪为带有绝热层的双层套管。

在本发明的一个较佳实施例中，所述喷枪管的内径尺寸为12-50mm、壁厚为3-10mm、外径尺寸为100mm，绝热层厚度为1-5mm；所述喷枪喷嘴设于喷枪管上，为直通型喷嘴、L型喷嘴、多孔直通型喷嘴或多孔拉瓦尔型喷嘴。

在本发明的一个较佳实施例中，还包括PLC控制监测系统，所述PLC控制监测系统包括气体流量监测控制装置、粉剂定量装置和粉剂喷吹速率监测控制装置，使储气罐输送到粉气混合流化室的气体流速、粉料罐输送到粉气混合流化室的粉剂量、流化后的粉气流进入喷枪的速率符合预先设定值或计算值。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提出一种转炉出钢喷粉精炼脱硫方法及装置，可在转炉出钢过程中，通过喷枪以Ar(或N₂)为粉料的喷出载气，向出钢过程的钢液流股喷吹粉状脱硫剂，使其伴随着钢液流股进入钢包内实现充分混合，提高粉状脱硫剂与钢液的接触比表面积、增加相间传质速率和钢液脱硫反应速率，提高粉状脱硫剂的有效利用效率、加快脱硫精炼生产节奏、进而实现持续稳定的高效精炼处理。这样既可以克服传统脱硫工艺缺陷，又可以实现快速、高效率冶炼。

在精炼脱硫过程中，可根据二次精炼环节的目标钢液的各种参数要求、结合转炉出钢的钢液成分、温度和重量等相关参数，对出钢过程中喷吹所需粉状脱硫剂的量和配比进行计算，并根据计算结果配制粉状脱硫剂，使在炼钢转炉出钢过程中进行喷粉精炼脱硫，并能够精准控制转炉出钢钢液的含硫量，改善脱硫动力学条件，提高粉状脱硫剂的利用率，加快二次精炼脱硫速度和生产节奏，提高钢液质量。

归纳起来，本发明还具有如下技术效果：

(1)改造投资低、工艺操作简单，与其相关的配套技术成熟、易于实现。该工艺不改变原有工艺路线，也不需要对钢包和转炉进行改造，只需增设喷枪、粉料罐、储气罐和喷粉站即可实现。

(2)精炼动力学条件优越，细微粉状脱硫剂被持续稳定喷吹进入钢液流股，粉剂与钢液流股易混合，接触比表面积大。

(3)不占用额外精炼时间，产生额外温降较小，缩短精炼工艺周期。该工艺仅在转炉出钢过程中喷粉，不占用额外的精炼时间。喷吹的粉气射流会因物理吸热和反应吸热对钢液流股造成一定温降，但其相比于出钢过程本身造成的温降较小。

(4)喷枪不直接和钢液流股接触，不污染钢液，增加了喷枪使用寿命。

(5)不用在钢包中添加脱硫预熔渣，降低对钢包耐火材料的侵蚀，提高了钢包使用寿命。

(6)极大的提高了脱硫效率、粉状脱硫剂的利用效率，节约了大量粉状脱硫剂，降低生产成本。

(7)可实现多功能化精炼，在出钢过程喷吹不同的粉状精炼剂，根据精炼的目标产物选择具体的功能粉剂，如碳粉、粉状脱硫剂、脱磷粉剂和合金粉剂等，可实现多功能精炼处理。

附图说明

图1为本发明实施例1的转炉出钢喷粉精炼脱硫装置的整体组成示意图。

图2为本发明实施例1的粉气混合流化室所在位置示意图。

图3为本发明实施例2的粉气混合流化室所在位置示意图。

图4为转炉出钢过程喷粉精炼工艺原理图。

【附图标记说明】

11：储气罐；12粉料罐；2：连接管道；3：喷粉站；4：喷枪；5：转炉；6：钢包；61：钢液流股；7：喷吹管道；8：供气管道；9：供粉管道；10：粉气混合流化室；30：喷枪夹持控制装置；41：粉剂入口；42：气体入口；α喷枪喷嘴中心延长线与水平线的夹角。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，为本发明实施例1的转炉出钢喷粉精炼脱硫装置的整体组成示意图。图中包括储气罐11、喷粉站3、粉料罐12、连接管道2、喷枪4、喷吹管道7、转炉5、钢包6。

其中储气罐11、喷粉站3、粉料罐12、连接管道2、喷枪4、喷吹管道7构成了本发明实施例1的转炉出钢喷粉精炼脱硫装置。

其中储气罐11，用于储存气体，如Ar或N₂或二者的混合气。粉料罐12用于粉状脱硫剂，如精炼脱硫粉剂、碳粉、脱磷粉剂和合金粉剂等。结合图2所示，喷粉站3内设有粉气混合流化室10，用于提供气体与粉状脱硫剂相互混合、使粉状脱硫剂产生流化的场所。喷枪4连接粉气混合流化室，用于将已流化的粉状脱硫剂向转炉出钢的钢液流股61喷吹。

结合图2所示，喷粉站3内的粉气混合流化室10一端通过供气管道8连接储气罐11，另一端通过供粉管道9连接粉料罐12。粉气混合流化室10还通过喷吹管道7与喷枪4连接。

结合图4所示，实施例1的转炉出钢喷粉精炼脱硫装置还包含一个

喷枪夹持控制装置30，喷枪夹持控制装置30用于夹持喷枪4的枪体，使喷枪4的喷嘴喷出的粉气流的初速度与水平线的夹角α(喷出粉气流的初速度方向默认与喷嘴中心线平行，故可认为夹角α为喷枪喷嘴中心延长线与水平线的夹角)在0-70°内可调。通过调节粉气流的喷吹角度，有利于根据炼钢转炉的出钢钢液流股的速度和路径，确定最佳的粉料喷吹角度，使粉料最大程度被出钢钢液流股带入钢包中与钢液互混。喷枪4喷出的粉气流随着钢液流股61进入到钢包6内并与钢液充分混合，作为载气的氩气不断从钢液下方浮出液面，同时配合钢包底吹氩的操作，进一步起到促进脱硫粉剂与钢液充分混合和快速反应的技术效果。

进一步地，喷枪4为带有绝热层的双层套管。喷枪管的内径尺寸为12-50mm、壁厚为3-10mm、外径尺寸为100mm，绝热层厚度为1-5mm；所述喷枪喷嘴设于喷枪管上，为直通型喷嘴、L型喷嘴、多孔直通型喷嘴或多孔拉瓦尔型喷嘴。

进一步地，本发明实施例1的转炉出钢喷粉精炼脱硫装置还包括PLC控制监测系统，所述PLC控制监测系统包括气体流量监测控制装置、粉剂定量装置和粉剂喷吹速率监测控制装置，使储气罐11输送到粉气混合流化室10的气体流速、粉料罐12输送到粉气混合流化室10的粉剂量、流化后的粉气流通过喷吹管道7进入喷枪4的速率符合预先设定值或计算值，从而能够精准控制转炉出钢钢液的含硫量。

其中，气体流量监测控制装置、粉剂喷吹速率监测控制装置可为包含流量传感器、电磁阀、PLC控制模块等的闭环控制装置；粉剂定量装置可为包含减量称重控制仪、电磁阀、PLC控制模块等的闭环控制装置。

实施例2

如图3所示，为本发明另一实施例的转炉出钢喷粉精炼脱硫装置。本实施例与实施例1的区别仅在于：本实施例不设置喷粉粘3，而是将粉气混合流化室设在喷枪4内。喷枪4设有粉剂入口41和气体入口42，粉剂入口42连接粉料罐，气体入口42以供气管道连接储气罐。借此，使粉状脱硫剂与气体在喷枪4内预混和流化，然后从喷枪4的喷嘴喷出。

进一步地，喷枪4为带有绝热层的双层套管，外层为绝热层，内层为耐高温陶瓷的喷枪管。喷枪管的内径尺寸为12-50mm、壁厚为3-10mm、外径尺寸为100mm，绝热层厚度为1-5mm；所述喷枪喷嘴设于喷枪管上，为直通型喷嘴、L型喷嘴、多孔直通型喷嘴或多孔拉瓦尔型喷嘴。

本实施例同样可设置喷枪夹持控制装置30和PLC控制监测系统。

为了更清楚地解释本发明的构思，以下结合本发明转炉出钢喷粉精炼脱硫方法的一个优选具体实施例进行说明。

本实施例为一种转炉出钢喷粉精炼脱硫方法，具体操作步骤：

(1)设定二次精炼脱硫环节目标钢液的预期参数：目标钢液参数数据库根据冶炼钢种设定二次精炼脱硫环节目标钢液的预期参数，所述二次精炼脱硫环节目标钢液的预期参数包括目标钢液温度、目标钢液硫含量。

(2)采集转炉炼钢终点钢液的参数：转炉自动化控制模块获取转炉炼钢终点钢液参数，所述转炉炼钢终点钢液参数包括转炉炼钢终点钢液温度、终点钢液重量、终点钢液硫含量。

(3)确定转炉出钢过程喷粉精炼脱硫工艺参数：根据步骤(1)和(2)中获取的精炼环节目标钢液参数以及转炉炼钢终点钢液参数，通过PLC控制监测系统的计算模块基于物料平衡对精炼脱硫粉剂所需组成成分以及各成分的质量配比进行计算。

所述喷粉精炼脱硫工艺参数包括载气流量为30-250m³/h，脱硫粉剂喷吹速率为0-100kg/min。

(4)脱硫粉剂组分的配比：PLC控制监测系统根据步骤(3)中计算所得精炼脱硫粉剂的计算结果，完成脱硫粉剂各组分成分以及各成分质量的称量与混合配比，配制得到待使用的精炼脱硫粉剂，并将其储存在粉料罐中。

(5)调节喷枪的初始位置：通过PLC控制监测系统，控制和移动喷枪夹持装置的位置，以夹持喷枪到喷吹初始位置。

(6)转炉出钢过程的喷粉精炼脱硫：转炉开始出钢，待转炉出钢钢液流股稳定后，根据转炉出钢过程喷粉精炼脱硫工艺参数，控制喷枪直接向出钢钢液流股喷射载气-脱硫粉剂高速粉气流，使脱硫粉剂随着钢液进入钢包并充分混合，从而实现转炉炼钢出钢过程喷粉精炼脱硫。

(7)喷枪位置的动态调整：脱硫粉剂喷吹过程中，根据转炉炉体倾斜角度与位置的变化，通过PLC控制监测装置中的喷枪夹持装置动态调整喷枪位置和/或倾斜角度。

(8)结束喷粉脱硫：停止喷吹脱硫粉剂，喷粉脱硫过程结束，喷枪复位，等待下一炉出钢。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转炉出钢喷粉精炼脱硫方法，其特征在于，所述方法包括：

在转炉出钢过程中，借助气体作为粉状脱硫剂的喷出载气，向钢液流股中喷吹粉状脱硫剂，使喷吹的粉状脱硫剂随着钢液流股进入钢包，结合钢包底吹氩使粉状脱硫剂与钢液充分混合，实现精炼脱硫。

2.根据权利要求1所述的转炉出钢喷粉精炼脱硫方法，其特征在于，所述气体为氩气、氮气或两种的混合气。

3.根据权利要求1所述的转炉出钢喷粉精炼脱硫方法，其特征在于，所述气体的流量为30-250m³/h，粉状脱硫剂的喷吹速率为0-100kg/min。

4.根据权利要求1所述的转炉出钢喷粉精炼脱硫方法，其特征在于，在转炉出钢过程中，待出钢的钢液流股趋于稳定后，利用喷枪以氩气、氮气或二者的混合气为粉状脱硫剂的喷出载气，从钢包顶部对准钢液流股进行持续喷吹粉状脱硫剂。

5.根据权利要求1所述的转炉出钢喷粉精炼脱硫方法，其特征在于，所述粉状脱硫剂为脱硫粉状脱硫剂，所述脱硫粉状脱硫剂为钙粉、氧化钙粉、镁粉、碳化钙粉、氧化钠粉或者碳酸钠粉中的一种或者任意两种及其以上的混合物；所述粉状脱硫剂的颗粒粒径为20μm-10mm；

或者：

所述粉状脱硫剂替换为碳粉、脱磷粉剂或合金粉剂。

6.根据权利要求1-5任一项所述的转炉出钢喷粉精炼脱硫方法，其特征在于，所述方法还包括计算粉状脱硫剂用量的步骤：在向钢液流股中喷吹粉状脱硫剂之前，根据目标钢液的预期参数要求、以及转炉出钢钢液成分、温度和重量参数，计算粉状脱硫剂的用量和配比，并根据计算结果配制粉状脱硫剂、和设定粉状脱硫剂的喷吹参数。

7.一种转炉出钢喷粉精炼脱硫装置，其特征在于，包括：

粉料罐，用于储存粉状脱硫剂；

储气罐，用于储存气体；

粉气混合流化室，分别连接所述粉料罐和储气罐，所述粉气混合流化室提供气体与粉状脱硫剂相互混合、并使所述粉状脱硫剂产生流化的场所；

喷枪，所述喷枪连接所述粉气混合流化室，将已流化的粉状脱硫剂向转炉出钢的钢液流股喷吹。

8.根据权利要求7所述的一种转炉出钢喷粉精炼脱硫装置，其特征在于，还包括一个喷粉站，所述喷粉站设有一个腔室，所述腔室构成所述所述粉气混合流化室；所述腔室的一端连接所述粉料罐，另一端以管道连接储气罐；所述喷粉站还连接有喷吹管道，所述喷吹管道连接所述喷枪；

或者：

所述粉气混合流化室设于所述喷枪内，所述喷枪包括一个粉剂入口和气体入口，所述粉剂入口一端连接所述粉气混合流化室，另一端连接粉料罐；所述气体入口一端连接所述粉气混合流化室，另一端以供气管道连接储气罐；所述粉状脱硫剂与所述气体在所述喷枪内预混和流化。

9.根据权利要求7所述的一种转炉出钢喷粉精炼脱硫装置，其特征在于，另包括一个喷枪夹持控制装置，所述喷枪夹持控制装置用于夹持喷枪移动位置和调节倾斜角度，使喷枪的喷嘴喷出的粉气流的初速度与水平线在0-70°之间可调。

10.根据权利要求7所述的一种转炉出钢喷粉精炼脱硫装置，其特征在于，所述喷枪为带有绝热层的双层套管；所述喷枪管的内径尺寸为12-50mm、壁厚为3-10mm、外径尺寸为100mm，绝热层厚度为1-5mm；所述喷枪喷嘴设于喷枪管上，为直通型喷嘴、L型喷嘴、多孔直通型喷嘴或多孔拉瓦尔型喷嘴。