CN111944941A - 一种kr脱硫方法及其脱硫设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种KR脱硫方法，包括：于容置在铁包内的铁水中投加脱硫剂并进行搅拌；其中，所述铁包的最大内径为D，高度为H；所述搅拌的发生区域在铅直方向的中心偏离所述铁包的中轴线的距离为0.10D～0.30D，所述搅拌的发生区域的底部所在平面距离所述铁水顶面的距离为3/5H～4/5H；在脱硫过程中脱硫剂不会发生大量团聚。
Description
技术领域
本申请属于冶金技术领域，具体涉及一种KR脱硫方法及其脱硫设备。
背景技术
KR脱硫法是现阶段国内外铁水预处理技术的主要手段,其通过机械搅拌的形式使铁水和脱硫剂混合,改善了脱硫过程的动力学条件达到快速脱硫的目的。脱硫法因为其设备稳定、操作简单而被国内外钢铁企业广泛应用。经过几十年的发展，虽然具有深脱硫和脱硫稳定性的优势，但在实际生产中依然也存在一些不足。
目前的KR脱硫过程容易产生脱硫剂大量团聚的现象，为完成脱硫反应，通常需要加入大量的脱硫剂，而大量脱硫剂的加入会导致铁水温降，不利于脱硫反应，且成本增加。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种KR脱硫方法及其脱硫设备，以解决现有的KR脱硫过程中脱硫剂大量团聚的技术问题。
为了实现上述发明目的，一方面本申请实施例提供了一种KR脱硫方法，包括：
于容置在铁包内的铁水中投加脱硫剂并进行搅拌；
其中，所述铁包的最大内径为D，高度为H；所述搅拌的发生区域在铅直方向的中心偏离所述铁包的中轴线的距离为0.10D～0.30D，所述搅拌的发生区域的底部所在平面距离所述铁水顶面的距离为3/5H～4/5H。
可选地，所述于容置在铁包内的铁水中投加脱硫剂并进行搅拌的步骤，包括：
在所述铁包内依次以第一转速70r/min～90r/min和基于第一转速进行提速的第二转速100r/min～110r/min进行旋转搅拌，并随搅拌过程的进行于铁水中投加脱硫剂进行脱硫反应。
可选地，基于所述第一转速进行提速至所述第二转速的加速度为1r/s2～3r/s2。
可选地，所述搅拌的时间为600s～800s。
可选地，以所述第一转速进行搅拌的时间为5s～50s。
可选地，所述脱硫剂加料时间为搅拌时间的1/4～1/3。
可选地，所述脱硫剂包含90wt％～95wt％氧化钙以及5wt％～10wt％的辅助脱硫剂，所述辅助脱硫剂包括氟化钙、镁、铝和碳酸钙中的至少一种。
可选地，所述铁水温度为1100～1450℃，所述铁水中包含以下重量百分比的成分：C：3.8％～4.8％、Si：0.1％～2.0％、Mn：0.1％～0.8％、P：0.08％～0.20％、S：0.01％～0.2％、Ti：0.02％～0.09％。
另一方面，本申请实施例提供了一种KR脱硫设备，包括：
用于运输铁包的铁包车；
限位器，其与所述铁包车连接；
用于搅拌所述铁包中铁水的搅拌装置，所述搅拌装置包括具有铅直方向的旋转轴和与所述旋转轴连接的搅拌头，通过调整限位器的位移，以实现旋转轴偏离所述铁包中心轴设置，旋转轴偏心量为0.10D～0.30D，搅拌头底部所在平面距离所述铁水顶面的距离为3/5H～4/5H。
可选的，所述搅拌头为三叶搅拌头、十字搅拌头或T型搅拌头。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
本申请实施例所述的KR脱硫方法通过偏心搅拌以及调节搅拌的发生区域的底部所在平面距离所述铁水顶面的距离进行脱硫，一方面，在搅拌的发生区域的铅直方向的中心形成漩涡中心，实现流动的不对称，湍动能增加，增大了脱硫剂与铁水的接触面积，提高了脱硫剂的利用率，有利于快速脱硫，即使铁水温高，接触面积大，极大程度上缓解了脱硫剂团聚现象，且不会影响脱硫反应的进行；另一方面，铁水底部死区体积大大减小，不存在回硫的情况，可以实现深度脱硫。
附图说明
图1为正心搅拌与本申请实施例采用的偏心搅拌的对比示意图；其中，图A为正心搅拌示意图，图B为本申请实施例采用的偏心搅拌的示意图；
图2为本申请实施例采用的三叶搅拌头的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。本申请实施例说明书中所提到的相关成分的质量份不仅仅可以指代各组分含量，也可以表示各组分间质量比例，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
现有的KR脱硫过程中，通常是将旋转轴浸入铁包正中心，通过搅拌头的高速搅拌使脱硫剂和铁水混合达到脱硫的目的。参阅图1A，经发明人研究发现，旋转轴浸入铁包正中心进行搅拌时，在离心力的作用下，容易在搅拌头的上部形成中心漩涡，正是由于铁水与脱硫剂之间存在着界面张力而导致脱硫剂在漩涡中绝大部分发生团聚，少部分进入铁水中，导致铁水与脱硫剂之间的反应界面积缩小，影响脱硫剂的利用率，一般利用率仅为8％～12％，往往需要加入较大量的脱硫剂，而大量的脱硫剂又会导致铁水温降和铁损。
团聚的脱硫剂受热熔化后，极容易黏附在旋转轴和搅拌头上，提起搅拌器时需要刮渣。另外，由于漩涡无法达到搅拌头的底部，导致铁包的底部存在着流速很低甚至于不流动的区域，即为“死区”，一般体积占比可达到5～10％，容易导致回硫。一般来说铁水温度高，有利于脱硫，但是实际中发现，温度越高，脱硫反而不利，主要是温度越高，熔体的表面张力越大，导致铁水与脱硫剂之间湿润性差，减小了固液反应界面积，不利于脱硫，需要二次处理。总之，现有的KR脱硫法存在着脱硫剂用量大，铁损多，需要刮渣，高温脱硫困难。
请参阅图1B，一方面，本申请实施例提供了一种KR脱硫方法，其包括：于容置在铁包内的铁水中投加脱硫剂并进行搅拌；
铁包的大小、形状没有特别限定，铁包的内径在高度方向可一致，也可不一致，例如铁包的水平截面为椭圆形或矩形，水平截面是与铅直方向垂直的截面；如铁包的水平截面为矩形，则铁包上下方向的内径均一致；如铁包的水平截面为椭圆形，铁包的最大内径为水平截面中的最长直径。
本申请实施例可设定铁包的最大内径为D，高度为H；所述搅拌的发生区域在铅直方向的中心偏离所述铁包的中轴线的距离为0.10D～0.30D，所述搅拌的发生区域的底部所在平面距离所述铁水顶面的距离为3/5H～4/5H。
如采用搅拌装置对铁水进行搅拌，搅拌装置包括具有铅直方向的旋转轴和与所述旋转轴连接的搅拌头，搅拌的发生区域为旋转轴和搅拌头旋转的区域范围，所述旋转轴偏离铁包中心轴设置，旋转轴偏心量为0.10D～0.30D，搅拌头插入铁水的深度为3/5H～4/5H。
旋转轴偏心量越大，以旋转轴为中心形成的漩涡中心离铁包中心越远，其可实现的不对称流动效果越明显，但是当旋转轴继续偏离铁包中心时，漩涡中心更靠近铁包一侧时，铁包另一侧的铁水的流动性将更差，另一侧的铁水的脱硫效果将降低，因此综合考虑将旋转轴偏心量控制为0.10D～0.30D的效果最佳，可优选为0.15D、0.20D或0.25D。
搅拌头插入铁水的深度越小，产生喷溅的可能性越高，随着搅拌头插入铁水深度的增加，在铁包底部形成死区的可能性越小，因此在一定范围内可提高搅拌头插入铁水的深度；但继续增加搅拌头插入铁水的深度，此时因搅拌头底部粘渣，搅拌头和铁包之间可能会发生粘结，增加了旋转的阻力，因此综合考虑将搅拌头插入铁水的深度控制为3/5H～4/5H的效果最佳，可优选为2/3H。
本申请实施例，通过偏心搅拌以及调节搅拌的发生区域的底部所在平面距离所述铁水顶面的距离进行脱硫，一方面，在搅拌的发生区域的铅直方向的中心形成漩涡中心，实现流动的不对称，湍动能增加，增大了脱硫剂与铁水的接触面积，提高了脱硫剂的利用率，有利于快速脱硫，即使铁水温高，接触面积大，极大程度上缓解了脱硫剂团聚现象，且不会影响脱硫反应的进行；另一方面，铁水底部死区体积大大减小，不存在回硫的情况，可以实现深度脱硫。
在旋转脱硫的过程中，在所述铁包内可以依次以第一转速70r/min～90r/min和基于第一转速进行提速的第二转速100r/min～110r/min进行旋转搅拌，并随旋转搅拌过程的进行于铁水中投加脱硫剂进行脱硫反应。设置第一转速为70r/min～90r/min，可尽快提供良好的动力学条件进行脱硫，并缩短脱硫反应时间；在第一转速的条件下，搅拌时间可保持为5～50s，进行初步脱硫；在第一转速下搅拌5～15s后进行提速，其搅拌脱硫效率较高，尤其是将第一转速的搅拌时间设定为10s时，其搅拌脱硫效率更高；在第一转速的基础上，设置第二转速为100r/min～110r/min，加快旋转速度，进行深度脱硫，直至脱硫结束，第二转速下可进一步缩短脱硫反应时间，并且100r/min～110r/min并不会造成旋转搅拌过程中产生喷溅。整个旋转搅拌的时间可控制在600～800s内，搅拌时间可优选为650s、700s或750s。
为了保证旋转搅拌的稳定性，由第一转速提升至第二转速的加速度可以为恒定加速度，如控制加速度为1r/s2～3r/s2，优选加速度为1r/s2～3r/s2。
开启旋转搅拌时，可进行脱硫剂的投料，因搅拌开始后，铁包内就产生了动力学条件，此时加入脱硫剂，可缩短处理时间，提高处理量，并可提高处理效率，因此搅拌一旦开始，即可加入脱硫剂；伴随着旋转搅拌的进行，投加脱硫剂，而不是将脱硫剂一次性加入，一次性加入脱硫剂容易造成脱硫剂的大量团聚；另外如过早加完脱硫剂，脱硫剂也将发生大量团聚，其脱硫效果较差，脱硫剂的使用率较低；因此为控制所述脱硫剂加料时间为旋转搅拌时间的1/4～1/3时，脱硫剂的脱硫效果最好。
上述各实施例中，铁包中铁水用量为70t～90t，铁水的温度为1100～1450℃，所述铁水中包含以下重量百分比的成分：C：3.8％～4.8％、Si：0.1％～2.0％、Mn：0.1％～0.8％、P：0.08％～0.20％、S：0.01％～0.2％、Ti：0.02％～0.09％。
脱硫剂可采用90wt％～95wt％氧化钙以及5wt％～10wt％的辅助脱硫剂，所述辅助脱硫剂包括氟化钙、镁、铝和碳酸钙中的至少一种。对应铁水的重量，脱硫剂的用量可以为650Kg～750Kg。
另一方面，本申请实施例提供了一种KR脱硫设备，包括：
用于运输铁包的铁包车；
限位器，其与所述铁包车连接；
用于搅拌所述铁包中铁水的搅拌装置，所述搅拌装置包括具有铅直方向的旋转轴和与所述旋转轴连接的搅拌头，通过调整限位器的位移，以实现旋转轴偏离所述铁包中心轴设置，旋转轴偏心量为0.10D～0.30D，搅拌头底部所在平面距离所述铁水顶面的距离为3/5H～4/5H。
其中，搅拌头可以为三叶搅拌头、十字搅拌头或T型搅拌头。本申请实施例根据铁包和搅拌装置的规格，调整搅拌头在铁包中的搅拌位置，确定最佳的偏心搅拌位移；搅拌开始后控制搅拌头转速的提升速率，以及脱硫剂加入时间与搅拌时间的比例范围，达到设定的搅拌时间后，将搅拌头提升，经过扒渣和测温取样完成脱硫。
与常规的正心搅拌相比，本申请实施例可以在不改变铁包以及铁水参数如铁水温度的条件下，可降低脱硫剂的用量，并能实现深度脱硫，又能提高脱硫的效率，缩减脱硫处理的时间，同时减少了搅拌轴和搅拌头粘渣的现象，能够满足超低硫品种钢的快节奏生产要求。
具体地，采用上述KR脱硫设备进行KR脱硫，通过调整与铁包车连接的限位器位移，使得搅拌头偏移铁包正中心预设位移。一般来说，在进行搅拌之前，需要对铁包进行扒渣，在考虑扒渣操作的前提下，进行KR脱硫的步骤包括：
S01，调整铁包车和渣罐车的限位器位移，使搅拌头偏移铁包正中心预设位移；
S02，将装有适量铁水的铁包运至KR脱硫位，扒完铁水中的高炉渣后，下降搅拌头，并插入铁水中预设深度；
S03，设置第一转速、搅拌时间和脱硫剂用量，开启搅拌头搅拌的同时开始加入脱硫剂；
S04，当搅拌转速达到第一转速后，以恒定加速度提高第一转速至第二转速；
S05，达到搅拌时间后，将搅拌头从铁水中提出，扒完渣后，测温取样出站，完成脱硫。
以下通过具体实施方式对本申请作进一步的说明：
实施例1
请参阅图2，图2为三叶搅拌头结构示意图，A为以A向观察的视图；以涟源钢炼集团有限公司的KR脱硫生产现场为例，其生产所用的铁包，其上部为圆柱状，下部为椭圆形罐底，罐底内直径为2.2～2.5m，高为4.0～4.2m；所用搅拌头为三叶搅拌头，搅拌头半径为0.60m，搅拌头上部宽400mm，下部宽300mm，高850mm，上部长500mm，下部长450mm；
KR脱硫处理的铁水成分和温度满足下列要求：铁水的温度为1280～1420℃，所述铁水中包含以下重量百分比的成分：C：4.0％～4.5％、Si：0.2％～1.5％、Mn：0.2％～0.5％、P：0.08％～0.15％、S：0.02％～0.1％和Ti：0.03％～0.09％；针对上述成分和温度范围内的铁水，所用脱硫剂可采用93wt％CaO和7wt％CaF2。其中，KR脱硫处理时操作步骤如下：
S11，调整铁包车和渣罐车的限位器位移，使搅拌头偏移铁包正中心15cm，实现偏心搅拌；
S12，将装有90t铁水的铁包运至KR脱硫位，铁包的净空高度为0.5m，扒完铁水中的高炉渣后，下降搅拌头，并插入铁水中1.2m的深度；
S13，设置第一转速为80r/min、搅拌时间为700s和脱硫剂用量为700kg，开启搅拌头搅拌的同时开始加入脱硫剂；
S14，当搅拌转速达到第一转速80r/min后，第一转速以加速度2r/s2提高至第二转速110r/min，控制脱硫剂加料时间达到175～210s；
S15，达到搅拌时间700s后，将搅拌头从铁水中提出，扒完渣后，测温取样出站，完成脱硫，搅拌头基本上不粘渣，无需刮渣。
对比例1
与实施例1不同的是，对比例1中搅拌头位于铁包正中心，采用正心搅拌。
对比例2
与实施例1不同的是，对比例1中搅拌头插入铁水的深度为3m。
对比例3
与实施例1不同的是，设置第一转速和第二转速均为80r/min。
对比例4
与实施例1不同的是，控制脱硫剂加料时间达到90～100s。
实施例1与对比例1～4的效果请参阅下表：
实施例1与对比例1～4的效果表
与对比例1采取的偏心搅拌相比，实施例1处理后的铁水中的硫含量s可降低15％～20％，脱硫剂用量可减少150～200kg/炉，处理时间可缩短18～25s，处理后s≤0.001％的比例提高20％～25％，减少趴损0.10～0.15t/炉，且不再需要对搅拌头进行刮渣。
对比例2由于搅拌头采用较深的插入深度，脱硫完成后，需要对搅拌头进行刮渣；与对比例2相比，实施例1采取的适当的搅拌头插入深度，不再需要对搅拌头进行刮渣。
对比例3采用80r/min的搅拌速度进行脱硫处理，其脱硫处理的时间较长；与对比例3相比，实施例1在第一转速的基础上进行提速进行搅拌处理，可缩短脱硫处理的时间。
对比例4脱硫剂加料时间控制为90～100s，因脱硫剂的加入时间较短，搅拌过程中会发生部分团聚，脱硫剂的使用量将会增大，其脱硫反应结束后，需要进行搅拌头的刮渣；与对比例4相比，实施例1采用适当的加料时间，即可以保证搅拌过程中不会发生团聚，又可以满足搅拌脱硫的进行，降低脱硫剂的使用量，且不需要脱硫结束后对搅拌头进行刮渣。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种KR脱硫方法，其特征在于，包括：
于容置在铁包内的铁水中投加脱硫剂并进行搅拌；
其中，所述铁包的最大内径为D，高度为H；所述搅拌的发生区域在铅直方向的中心偏离所述铁包的中轴线的距离为0.10D～0.30D，所述搅拌的发生区域的底部所在平面距离所述铁水顶面的距离为3/5H～4/5H。
2.如权利要求1所述的KR脱硫方法，其特征在于，所述于容置在铁包内的铁水中投加脱硫剂并进行搅拌的步骤，包括：
在所述铁包内依次以第一转速70r/min～90r/min和基于第一转速进行提速的第二转速100r/min～110r/min进行旋转搅拌，并随搅拌过程的进行于铁水中投加脱硫剂进行脱硫反应。
3.如权利要求2所述的KR脱硫方法，其特征在于，基于所述第一转速进行提速至所述第二转速的加速度为1r/s2～3r/s2。
4.如权利要求2所述的KR脱硫方法，其特征在于，所述搅拌的时间为600s～800s。
5.如权利要求2所述的KR脱硫方法，其特征在于，以所述第一转速进行搅拌的时间为5s～50s。
6.如权利要求1所述的KR脱硫方法，其特征在于，所述脱硫剂加料时间为搅拌时间的1/4～1/3。
7.根据权利要求1所述的KR脱硫方法，其特征在于，所述脱硫剂包含90wt％～95wt％氧化钙以及5wt％～10wt％的辅助脱硫剂，所述辅助脱硫剂包括氟化钙、镁、铝和碳酸钙中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的KR脱硫方法，其特征在于，所述铁水温度为1100～1450℃，所述铁水中包含以下重量百分比的成分：C：3.8％～4.8％、Si：0.1％～2.0％、Mn：0.1％～0.8％、P：0.08％～0.20％、S：0.01％～0.2％、Ti：0.02％～0.09％。
9.一种KR脱硫设备，其特征在于，包括：
用于运输铁包的铁包车；
限位器，其与所述铁包车连接；
用于搅拌所述铁包中铁水的搅拌装置，所述搅拌装置包括具有铅直方向的旋转轴和与所述旋转轴连接的搅拌头，通过调整限位器的位移，以实现旋转轴偏离所述铁包中心轴设置，旋转轴偏心量为0.10D～0.30D，搅拌头底部所在平面距离所述铁水顶面的距离为3/5H～4/5H。
10.如权利要求9所述的KR脱硫设备，其特征在于，所述搅拌头为三叶搅拌头、十字搅拌头或T型搅拌头。
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