CN113215344B - 一种kr搅拌铁水脱硫方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种KR搅拌铁水脱硫方法，所述方法包括，将脱硫剂加入待脱硫铁水中进行搅拌脱硫，获得脱硫铁水；在所述脱硫开始1.5‑2.5min至所述脱硫结束的过程中，将破渣棒以2‑3min/次的频率插入待脱硫铁水液面下，并保持10‑30s的时间，以增加自由涡流区促进所述脱硫反应进行。该方法脱硫时间至少减少13.3％，脱硫剂消耗量降低10‑30％；脱除0.001％的硫的脱硫剂消耗量降低了至少102.95％。

Description

一种KR搅拌铁水脱硫方法
技术领域
本发明属于铁水预处理技术领域，尤其涉及一种KR搅拌铁水脱硫方法。
背景技术
KR搅拌铁水脱硫是指将搅拌器插入铁水中旋转，使铁水产生漩涡，然后向铁水漩涡中投入脱硫剂，使脱硫剂和铁水中的硫在不断的搅拌中发生脱硫反应的一种铁水脱硫方法。KR铁水脱硫作为衔接高炉炼铁与炼钢工艺，机械搅拌提供了脱硫的良好的热力学和动力学条件，兼顾降低炼铁、炼钢成本，为高品质低硫钢(S含量≤0.0020％)冶炼提供技术保障，在国内外铁水预处理领域得到广泛应用。
目前KR搅拌铁水脱硫中，主要存在脱硫效率低、消耗高的问题。为解决上述问题，现有技术主要针对搅拌器结构、搅拌叶片形状改进开展，已有多项专利产生。现有技术通过增加搅拌器叶片的流场范围，从一定程度上改善搅拌脱硫动力学条件，但脱硫剂利用效率始终无法突破20％的瓶颈。申请公布号CN106987682A和CN106244759A都以提高中心涡流区域的脱硫效率为目的，采用控流装置或导流板的技术手段，但是存在两方面问题：一是采用耐材杆寿命较低，设备维护耗时长，大尺寸耐材断裂进入铁水造成污染；二是抑制中心涡流区或增强强制涡流区和叶片端部区域之间脱硫效率的效果有限，持续搅拌已经形成稳定的流场，渣层上方依旧有大量脱硫剂未参与反应。
因此，亟需一种KR搅拌铁水脱硫方法，兼具脱硫效率和低消耗。
发明内容
本发明提供了一种KR搅拌铁水脱硫方法，以解决现有技术中KR搅拌脱硫效率低且脱硫消耗高的技术问题。
本发明提供了一种KR搅拌铁水脱硫方法，所述方法包括，
将脱硫剂加入待脱硫铁水中进行搅拌脱硫，获得脱硫铁水；
在所述脱硫开始1.5-2.5min至所述脱硫结束的过程中，将破渣棒以2-3min/次的频率插入待脱硫铁水液面下，并保持10-30s的时间，以增加自由涡流区促进所述脱硫反应进行。
进一步地，所述破渣棒插入待脱硫铁水液面下50-200mm的深度。
进一步地，所述破渣棒插入待脱硫铁水的位置为铁水包的四分之一半径到铁水包四分之三半径的环形范围内。
进一步地，所述铁水包的容量为150-300t。
进一步地，所述破渣棒与竖直方向的夹角为0-20℃。
进一步地，所述破渣棒的端部为矩形，所述矩形的长度为30-100mm，所述矩形的宽度为3-20mm；所述破渣棒的长度为1-1.5m；所述破渣棒由钢材制成，所述钢材中碳质量分数为0.05-0.5％。
进一步地，所述待脱硫铁水中硫的质量分数为≥0.02％。
进一步地，所述脱硫剂的加入质量为6-12kg/t铁水。
进一步地，所述脱硫剂包括如下质量分数的组分：CaO：85-95％，氟化钙：5-15％。
进一步地，所述脱硫剂的粒径≤3mm。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供了一种KR搅拌铁水脱硫的方法，在KR搅拌脱硫过程中，将破渣棒插入铁水包内特定位置，以减少渣层上方脱硫剂流动死区，通过控制破渣棒的插入频率、角度和深度，一方面，提高脱硫剂参与反应的比例，降低未溶解脱硫剂颗粒含量；另一方面可以增加自由涡流区的范围，促进脱硫反应，提升脱硫效率。该方法脱硫时间至少减少13.3％，脱硫剂消耗量降低10-30％；脱除0.001％的硫的脱硫剂消耗量降低了至少102.95％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为传统的KR搅拌铁水脱硫流场示意图；
图2为本发明实施例的KR搅拌铁水脱硫流场示意图。
图1-2中，1-强制涡流区，2-弱涡流区，3-自由涡流区，4-渣层死区，5-脱硫渣层，6-破渣棒。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例提供了一种KR搅拌铁水脱硫方法，所述方法包括，
S1，将脱硫剂加入待脱硫铁水中进行搅拌脱硫，获得脱硫铁水；
铁水KR搅拌预脱硫可以减轻转炉脱硫的压力，提供低硫高质量铁水。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述待脱硫铁水中硫的质量分数≥0.02％。
待脱硫铁水中硫含量过低，脱硫愈加困难。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述脱硫剂的加入质量为6-12kg/t铁水。
脱硫剂加入质量过多，造成成本过高，脱硫剂加入质量过少，脱硫效果差。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述脱硫剂包括如下质量分数的组分：CaO：85-95％，氟化钙：5-15％。
氧化钙可以与待脱硫铁水中的硫形成硫化钙,进入渣中去除，反应如下:
2CaO(s)+[S]+1/2[Si]＝(CaS)(s)+1/2(CaSiO4)
作为本发明实施例的一种实施方式，所述脱硫剂的粒径≤3mm。脱硫剂的粒径越小，与待脱硫铁水的接触面积越大，进而提高脱硫的动力学条件，促进脱硫反应的进行。脱硫剂粒径过大，会降低脱硫速率，从而降低脱硫效率。
S2，在所述脱硫开始1.5-2.5min至所述脱硫结束的过程中，将破渣棒6以2-3min/次的频率插入待脱硫铁水液面下，并保持10-30s的时间，以增加自由涡流区促进所述脱硫反应进行。
KR铁水预处理时，随搅拌器的端部浸入铁水，在铁水包中心处形成一个漩涡式流场，结合图1知，铁水内部流场竖直方向上分为三个典型区域：强制涡流区1、自由涡流区3以及铁水包下部的弱涡流区2，在上述三个特征流场区域，铁水上方渣层均有部分脱硫剂处于“静止状态”，为渣层死区4，模拟计算显示在强制涡流区由于没有液体微元之间的相对运动，同时由于负压的存在使得搅拌过程中大量的脱硫剂团聚在该区域，大量脱硫剂无法参与脱硫反应，导致脱硫剂浪费和脱硫效率降低；而自由涡流区3液体微元之间具有良好的相对运动，脱硫效率高。本发明通过间歇性的将破渣棒6插入铁水中，一方面，可以打碎渣层，破坏渣层上方脱硫剂的“渣层死区4”，使得更多的脱硫剂参与铁水脱硫反应，另一方面可以增加铁水自由涡流区3的范围，促进脱硫反应的动力学条件，降低脱硫时间，提高脱硫效率。
破渣棒6插入时间过晚，会延长脱硫时间，降低脱硫效率。破渣棒6的插入深度过深，会阻碍近铁包侧的脱硫的进行；破渣棒6的插入频率过大存在引起喷溅的可能，破渣棒6的插入频率过低，则会降低打碎渣层和增加自由涡流区的效果。破渣棒6的插入深度越浅，自由涡流区的范围增加小，促进脱硫反应效果较弱。保持时间过短或过长都会降低打碎渣层的效果降低，不利于脱硫反应的进行。
具体的，作为本发明实施例的一种实施方式，所述破渣棒6可以插入待脱硫铁水液面下50-200mm的深度。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述破渣棒插入待脱硫铁水的位置为铁水包的四分之一半径到铁水包四分之三半径的环形范围内。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述铁水包的容量为150-300t。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述破渣棒6与竖直方向的夹角为0-20℃。破渣棒与竖直方向的夹角过大，则增加自由涡流区的效果降低。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述破渣棒6的端部可以为矩形，所述矩形的长度为30-100mm，所述矩形的宽度为3-20mm；所述破渣棒的长度为1-1.5m；所述破渣棒由钢材制成，所述钢材中碳质量分数为0.05-0.5％。实际中，破渣棒也可以是三棱柱形，最好不适用圆柱形，因为圆柱不利于破坏流场。破渣棒尺寸过大，重量过大，不利于操作，尺寸过小则会降低打碎渣层和增加自由涡流区的效果。
根据目前国内各大钢厂的铁水包容积，本次模拟计算的适用容积为150-300t，最终生产试验得到的数据拟合后得出，脱硫剂利用率s与铁水包容积V的关系为：s＝5×10-5×V2+0.041V+4.953。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本发明的一种KR铁水脱硫方法进行详细说明。
实施例1
实施例1提供一种KR铁水脱硫方法，冶炼钢种为汽车板用钢，铁水包容积为300t，冶炼工艺为KR铁水预处理→转炉冶炼，生产此钢种，KR铁水预处理的方法为：
向待脱硫铁水中加入脱硫剂，并下搅拌器搅拌脱硫；在KR搅拌脱硫开始1.5min后插入钢制长方形棒，插入位置靠近铁包壁侧，长度与铁包中心和铁包壁的距离的比值为1/2，长方形棒与渣面水平面角度为90°，插入深度为渣层与待脱硫铁水界面以下200mm，持续时间10s后提起，插入频率为2min一次。钢制矩形棒截面为100mm×5mm，长为1.5m。其中脱硫剂由质量分数为90％的氧化钙和质量分数为10％的氟化钙组成。脱硫剂的粒径≤3mm。
实施例2
实施例2提供一种KR铁水脱硫方法，冶炼钢种为汽车外板用钢，铁水包容积为150t，冶炼工艺为KR铁水预处理→转炉冶炼，生产此钢种，KR铁水预处理的方法为：
向待脱硫铁水中加入脱硫剂，并下搅拌器搅拌脱硫；KR搅拌脱硫开始2min后插入钢制三棱柱棒，插入位置位于铁水包中心至铁水包壁的二分之一处，矩形棒与竖直方向的角度为20°，插入深度为渣层与钢液界面以下50mm，持续时间30s后提起，插入频率为3min一次。三棱柱的边长为30mm，长为1m。其中脱硫剂由质量分数为90％的氧化钙和质量分数为10％的氟化钙组成。脱硫剂的粒径≤3mm。
实施例3
实施例3提供一种KR铁水脱硫方法，冶炼钢种为汽车外板用钢，铁水包容积为200t，冶炼工艺为KR铁水预处理→转炉冶炼，生产此钢种，KR铁水预处理的方法为：
向待脱硫铁水中加入脱硫剂，并下搅拌器搅拌脱硫；KR搅拌脱硫开始2.5min后插入钢制三棱柱棒，插入位置位于靠近铁包壁侧，半径四分之一处，矩形棒与竖直方向的角度为15°，插入深度为渣层与钢液界面以下150mm，持续时间30s后提起，插入频率为2.5min一次。三棱柱的边长为30mm，长为1m。其中脱硫剂由质量分数为90％的氧化钙和质量分数为10％的氟化钙组成。脱硫剂的粒径≤3mm。
对比例1
对比例1提供了一种KR铁水脱硫方法，对比例1以实施例1为参照，对比例1与实施例1不同的是，没有使用长方形钢棒。
对比例2
对比例2提供了一种KR铁水脱硫方法，对比例2以实施例1为参照，对比例2与实施例1不同的是，长方形钢棒的插入频率为5min/次，插入深度为20mm，保持时间为5s。
对比例3
对比例3提供了一种KR铁水脱硫方法，对比例3以实施例1为参照，对比例2与实施例1不同的是，长方形钢棒的插入频率为1min/次，插入深度为260mm，保持时间为40s。
表1
Figure GDA0003793550050000051
Figure GDA0003793550050000061
由表1的数据可知，本发明实施例1-3提供的方法，脱硫率为96-97.5％，脱硫时间为10-15min，脱硫剂加入质量为1200-1900kg，脱除0.001％的硫所用脱硫剂为35.5-54.2kg，未溶解脱硫剂颗粒减少。采用对比例1提供的方法，脱硫率为96％，脱硫时间为17min，比本发明实施例长至少13.3％，脱硫剂加入质量为2750kg，脱除0.001％的硫所用脱硫剂为110kg，超出本发明实施例1-3至少102.95％。对比例2提供的方法，脱硫率为96％，脱硫时间为17min，脱硫剂加入质量为1550kg，效果与实施例1-3处于同一水平，但是脱硫时间长，效率低。对比例3提供的方法，脱硫率为96.9％，脱硫时间为12min，脱硫剂加入质量为2100kg，效果与实施例1-3处于同一水平，但是生产过程出现了喷溅问题。
本发明提供了一种KR搅拌铁水脱硫的方法，在KR搅拌脱硫过程中，将破渣棒插入铁水包内特定位置，以减少渣层上方脱硫剂流动死区，通过控制破渣棒的插入频率、角度和深度，一方面，提高脱硫剂参与反应的比例，降低未溶解脱硫剂颗粒含量；另一方面可以增加自由涡流区的范围，促进脱硫反应，提升脱硫效率。该方法脱硫时间至少减少13.3％，脱硫剂消耗降低10-30％；脱除0.001％的硫的脱硫剂消耗量降低了至少102.95％。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种KR搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，所述方法包括，
将脱硫剂加入待脱硫铁水中进行搅拌脱硫，获得脱硫铁水；
在所述脱硫开始1.5-2.5min至所述脱硫结束的过程中，将破渣棒以2-3min/次的频率插入待脱硫铁水液面下，并保持10-30s的时间，以增加自由涡流区促进所述脱硫反应进行；
所述破渣棒为长方形棒或三棱柱棒；所述破渣棒插入待脱硫铁水液面下50-200mm的深度； 所述破渣棒插入待脱硫铁水的位置为铁水包的四分之一半径到铁水包四分之三半径的环形范围内。
2.根据权利要求1所述的一种KR搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，所述铁水包的容量为150-300t。
3.根据权利要求1所述的一种KR搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，所述破渣棒与竖直方向的夹角为0-20℃。
4.根据权利要求1所述的一种KR搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，所述破渣棒的端部为矩形，所述矩形的长度为30-100mm，所述矩形的宽度为3-20mm；所述破渣棒的长度为1-1.5m；所述破渣棒由钢材制成，所述钢材中碳质量分数为0.05-0.5%。
5.根据权利要求1所述的一种KR搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，所述待脱硫铁水中硫的质量分数为≥0.02%。
6.根据权利要求1所述的一种KR搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，所述脱硫剂的加入质量为6-12kg/t铁水。
7.根据权利要求1所述的一种KR搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，所述脱硫剂包括如下质量分数的组分：CaO：85-95%，氟化钙：5-15%。
8.根据权利要求1所述的一种KR搅拌铁水脱硫方法，其特征在于，所述脱硫剂的粒径≤3mm。
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