CN114657327A - 一种使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法 - Google Patents
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Abstract
一种使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法和装置，包括步骤：步骤S110，将经过预熔后的还原剂与造渣剂混合搅拌均匀后作为精炼促进剂，其中造渣剂的主要成分为Al2O3；步骤S120，将精炼促进剂磨制为粉末状；步骤S130，使用钢液或铁水液面上方一定距离处的喷枪，通过高压气流将粉末状的精炼促进剂喷吹至钢液或铁水内部一定深度。本发明不使用萤石即可完成KR脱硫，是一种满足环保标准的方法，取得了满意的结果。由于将精炼促进剂的粒状改为粉状，使用了气流压入法将粉状精炼剂加入铁水中，减少了精炼促进剂的吨铁使用量，提高了经济效益，减少了粉尘量，改善了作业环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种粉体流压方法，具体涉及一种将精炼剂粉体流压入电炉钢液或KR铁水脱硫的方法，属于冶金技术领域。
背景技术
铁水脱硫是二十世纪七十年代发展起来的铁水处理工艺技术,它已成为现代钢铁企业优化工艺流程的重要组成部分。搅拌法是铁水脱硫技术的重要进展，它通过搅动来使液体金属与脱硫剂混合接触达到脱硫目的，搅拌法分为两种形式即莱茵法和机械搅拌(KR脱硫)法。对于莱茵法，搅拌器只是部分地插入铁水内部，通过搅拌使罐上部的铁水和脱硫剂形成涡流搅动，互相混合接触，同时通过循环流动使整个罐内铁水都能到达到罐上层脱硫区域段实现脱硫；对于KR法，是将搅拌器沉浸到铁水内部而不是在铁水和脱硫剂之间的界面上通过搅拌形成铁水运动旋涡使脱硫剂撒开并混入铁水内部，加速脱硫过程。
高炉的铁水预处理工序，特别是铁水脱硫工序中，KR脱硫已成为主流。在传统的KR脱硫中，向铁水中加入脱硫剂CaO与溶剂(造渣剂)CaF2的方法几乎都使用自由落体方式。传统的精炼剂为几毫米的粒状，粒状的精炼剂进入铁水中时，物料的比表面积小，反应效率低，而且会形成凝集体(Cluster)，对反应不利。由此导致精炼剂吨铁使用量增加，不可避免地增加了生产成本。因此为了实现提高反应效率、降低成本，精炼剂需要制成粉末状。
这样一方面的问题是需要抑制加入粉末状精炼剂时所产生的粉尘，另一方面的问题是对于与CaO配合的溶剂(造渣剂)，即萤石(CaF2)，氟占分子量的49％，进入炼钢渣或脱硫渣中时，会使炉渣中氟含量大幅增加。同时由于炉渣是户外存放，因降雨等因素会造成含有大量氟的雨水进入地下，使地下水氟含量超标，污染环境。因此现有使用萤石的作业方式无法达到环境标准。
发明内容
因此，为了解决上述现有技术的诸多不足和缺陷，本发明提供了一种使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法，包括步骤：步骤S110，将经过预熔后的还原剂与造渣剂混合搅拌均匀后作为精炼促进剂，其中造渣剂为Al2O3；步骤S120，将精炼促进剂磨制为粉末状；步骤S130，使用钢液或铁水液面上方一定距离处的喷枪，通过高压气流将粉末状的精炼促进剂喷吹至钢液或铁水内部一定深度。
在上述技术方案中，所述还原剂为Al、Mg、Si中的一种或两种以上，部分还原剂氧化后与造渣剂、脱硫剂熔合形成低熔点的xCaO·yAl2O3共熔体，作为精炼促进剂。
在上述技术方案中，所述步骤S120中磨制的精炼促进剂粉末的粗细粒度是粉末直径小于2mm。
在上述技术方案中，所述步骤S130中喷枪的喷嘴与钢液或铁水液面的距离在500～700mm。
在上述技术方案中，所述步骤S130中高压气流将粉末状的精炼促进剂喷吹至钢液或铁水液面以下。
在上述技术方案中，所述步骤S130中吹气角度为与钢液或铁水液面垂直。
7、如权利要求6所述的一种使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法，其特征在于：所述喷枪的喷嘴直径为2英寸左右。
在上述技术方案中，在应用于电炉内钢液的情况下，高压气体为压缩空气，气体压力为4kg/cm3；在应用于KR法铁水脱硫的情况下，高压气体为高压氮气，气体压力为4kg/cm3。
本发明还提供了一种双喷枪装置，具有相对于安装面垂直安装的支架，支架上安装有沿水平方向延伸的水平轨道，水平轨道上承载水平小车，水平小车具有若干对水平轮，其在控制装置的控制下通过水平轮沿水平轨道移动，并能够稳定地定位在水平轨道上的若干作业位置或维护位置；在靠近水平小车前后两端的位置处分别设置有第一立轨和第二立轨，所述第一立轨和第二立轨上分别设置有第一喷枪运载车和第二喷枪运载车，所述第一喷枪运载车和第二喷枪运载车能够在控制装置的控制下分别独立沿第一立轨和第二立轨上下移动，并稳定地定位在第一立轨和第二立轨上的工作位置、空闲位置和检修位置，第一喷枪运载车承载第一喷枪，第二喷枪运载车承载第二喷枪，从而在控制装置的控制下分别将第一喷枪和第二喷枪分别独立运载于工作位置或空闲位置或检修位置。此双喷枪装置适用于KR法铁水脱硫。
在上述技术方案中，所述第一喷枪和第二喷枪使用2英寸左右口径的耐热不锈钢管制作，所述第一喷枪和第二喷枪后端连接有高压气源和调压阀以及供粉装置和供粉量调节装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：不使用萤石即可完成KR脱硫，是一种满足环保标准的方法，取得了满意的结果。由于将精炼促进剂的粒状改为粉状，使用了气流压入法将粉状精炼剂加入铁水中，减少了精炼促进剂的吨铁使用量，提高了经济效益，减少了粉尘量，改善了作业环境。
附图说明
图1为现有技术中KR法原理示意图；
图2为精炼剂喷吹(Injection)技术示意图；
图3-5为适用于KR法铁水脱硫的双喷枪装置示意图。
具体实施方式
下面通过优选实施例来描述本发明的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本发明，而不应理解为对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。
钢包精炼剂喷吹(Injection)技术在1960年代后半期开始被应用于铁水预处理工序。在脱硅、脱磷后的脱硫工序中，将具有代表性的CaC2(电石)通过被耐火材料包覆的喷枪喷入铁水中，是一种主流的应用方式。从1980年代后期开始，在电炉炼钢领域，开发了包覆耐火材料的水平喷枪，取消了人工控制喷吹，实现了在控制室操作机器人进行作业。水平喷枪作业的特征是，喷枪头部具有垂直向下活动的功能，喷枪在水平状态下，头部也可以垂直向下，实现了向钢液中进行喷吹。并且，喷枪的头部并非在钢液中，而是从钢液上方通过高速气流将添加剂压入到钢液中，从而避免喷枪头部因高温受损。
电炉炼钢在喷吹碳粉或造渣剂、发热剂、精炼剂等时可采用KR铁水脱硫的气体压入法，其采用的喷枪是从炉门水平横向插入炉内，喷枪出口应设一个垂直向下的喷口，其与熔池的距离，因炉门高度有限，所以不宜过高(如500mm左右)。由于炼钢温度较高，这种喷枪需采用耐火材料保护或采用双层水冷式(枪体需采用传热好的铜管)，其喷枪外部结构系统也与KR铁水脱硫用喷枪有别。
此外，目前国内外流行的是UHP-EBT(超高功率、偏心底出钢)以及底吹Ar或N2，皆都针对的是大型炉，这种大型炉的炉壁设有水冷喷枪(例如2个或3个、4个水冷喷枪)。适用这种大型炉的炉门枪采用向下倾斜角度30°方式以高压射流吹气、喷C、喷各种精炼等功能粉剂，其不适用于小型炉(如＜60吨或HP炉等)散热大的需求特点。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种使用粉体流压入法将精炼剂粉体流压入电炉钢液或KR法铁水脱硫工艺中的方法：
S110，将经过预熔后的还原剂与造渣剂混合搅拌均匀后作为精炼促进剂，本发明是将Al2O3与CaO熔合形成低熔点的xCaO·yAl2O3共熔体，作为精炼促进剂，其中x和y分别为大于等于1的正整数。
Al2O3具有与萤石(CaF2)同等的造渣能力，xCaO·yAl2O3共熔体是具有脱硫促进功能的精炼促进剂。
脱硫反应式：
上述脱硫反应式可以为双向反应，为了促进脱硫效果，通过削减或除去(还原、脱氧)反应式生成的氧，可使反应向右侧→方向进行，以达到脱硫目的。同时造渣可以通过Al2O3解决完成。本发明使用的精炼促进剂为Al2O3与CaO融合形成低熔点的xCaO·yAl2O3共熔体，Al2O3作为精炼促进剂中的造渣成分。因此，脱硫促进剂只要是含有还原成分与Al2O3的混合物即可。还原成分为金属Al、Mg、Si等即可。
S120，将精炼促进剂磨制为粉末状。
精炼促进剂粉末的粗细粒度应当是粉末直径小于2mm，过大的粉末粒度会减少化学反应物界面的面积、降低化学反应速度，过小的粉末粒度则会带来磨制成本的增加。
S130，使用高压气流将粉末状的精炼促进剂喷吹至钢液或铁水。
如上所述，如将电炉炼钢喷吹载气的压力设置为4kg/cm3，喷枪的喷嘴部分即使不插入到钢液或铁水中，也可以通过喷枪喷出的高速气流将精炼促进剂的粉体吹入钢液或铁水的液面下方一定深度。根据反应要求，由于在电炉内空间所限，喷嘴与钢渣液面的距离及气体压力根据炉容允许的范围调节，使粉状物料吹入深度达到钢液或铁水液面以下合适位置。吹气角度应当基本上与钢液或铁水液面垂直，在此深度下能够使得精炼促进剂与钢液或铁水进行充分混合，并且形成对钢液或铁水的搅拌作用，使得反应更加均匀平稳。喷枪的喷嘴直径一般选择为2英寸左右。根据电炉或KR法铁水包容量的大小，即钢液或铁水的重量多少，可以计算得到指定时间内需要吹入的精炼促进剂的量来确定，进而对载气压力、喷嘴直径进行选择，以保证喷嘴处的气流速度以及吹入钢液或铁水的深度，从而将精炼促进剂的粉体加入到钢液或铁水中并与之搅拌混合均匀以进行反应。
由于喷枪喷嘴所吹出的高速气流会带走喷枪的热量，因此采用上述方法所使用的喷枪无需包覆耐火材料，耐热钢管可以直接使用。耐热钢管与KR铁水包金属液液面的距离在500～700mm最为合适。
在应用于电炉的情况下，载气可以为空气；在应用于KR法铁水脱硫的情况下，载气应当为氮气，以保证上述脱硫反应式①向右侧方向进行。载气的气体压力为4kg/cm3左右可达到较好的喷吹效果，当气体压力过小时难以将精炼促进剂的粉末送入钢液或铁水内部且难以带走喷枪头部的热量，当气体压力过大时会对钢液或铁水产生过大扰动影响造渣并会过多降低钢液或铁水温度。
使用上述方法的将精炼剂粉体流压入电炉钢液的装置还可以通过现有的KR脱硫系统改造而成，或者直接应用于向现有的KR法添加造渣剂或精炼剂。现有的KR脱硫系统包括4个料仓，即料仓A、料仓B、料仓C、料仓D，所有的料仓下部都设置有自动计量装置。如图1所示，料仓A中为脱硫剂CaO，料仓B中为造渣剂CaF2，在料仓A、料仓B的下方设置有料仓C。料仓C有将料仓A，料仓B输出的原料进行混合搅拌均匀的功能。在料仓C处将混合、称量后的材料加入料仓D中。现有的KR脱硫系统从料仓D处将物料通过流槽以自由落体方式加到铁水液面上，而这种自由落体式的加入方法，由于下部铁水高温产生上升气流，会伴随粉尘的产生。由于铁水包上方布袋式除尘装置的负压作用，致使部分粉尘被除尘装置吸走，使得实际参与反应的物料不足，脱硫不彻底。本发明的方式采用双喷枪装置来替代现有的自由下落式的流槽，并将料仓B中的造渣剂替换为主要含Al2O3及Al、SiO2等的物料，在料仓D的出口下方位置处设置通入高压氮气的装置。从料仓D下方伸出用于加入精炼促进剂的喷枪，喷枪和高压气体管道可使用耐热钢管制成，喷枪头部的喷嘴设置在铁水液面上500～700mm之间即可。
作为精炼剂的脱硫剂、促进剂通过此喷枪喷吹，可防止粉尘产生，铁水与精炼剂的接触更紧密，可提高精炼效果，并可减少其使用量。此外，由耐热钢管制成的喷枪为消耗品，在使用一定周期后可以根据需要定期更换。
本发明还提供一种双喷枪结构的喷枪设备，提供了两套相互独立的喷枪设备，可以在一个喷枪在铁液上方进行喷吹工作时方便地将另一个喷枪移动到远离铁液的地方进行维护，从而可进行连续作业，缩短喷枪的更换时间。
本发明提供的双喷枪结构的喷枪设备，如图3所示，具有相对于安装面10垂直安装的支架21，支架21上安装有沿水平方向延伸的水平轨道22，水平轨道22上承载水平小车31，水平小车31具有若干对水平轮32，其可以在控制装置(图中未示出)的控制下通过水平轮32沿水平轨道22移动，并稳定地定位在水平轨道22上的若干作业位置或修护更新位置。在靠近水平小车31前后两端的位置处分别设置有第一立轨33和第二立轨34，第一立轨33和第二立轨34上分别设置有第一喷枪运载车41和第二喷枪运载车42，第一喷枪运载车41和第二喷枪运载车42可以在控制装置的控制下通过轮51分别独立沿第一立轨33和第二立轨34上下移动，并稳定地定位在第一立轨33和第二立轨34上的工作位置、空闲位置和检修位置，第一喷枪运载车41承载喷枪B，第二喷枪运载车42承载喷枪A，从而在控制装置的控制下分别将喷枪A和喷枪B运载于工作位置、空闲位置和检修位置。喷枪可使用2英寸左右口径的耐热不锈钢管制作，或者采用更大口径的耐热不锈钢管配合2英寸左右口径的喷嘴制作而成，喷枪后端连接高压气源和调压阀以及供粉装置和供粉量调节装置(图中未示出)。
图4示出了喷枪A被设置于工作位置，喷枪B被设置于检修位置，而图5示出了喷枪B被设置于工作位置，喷枪A被设置于检修位置，根据图3-5可知，水平小车31应当具有足够的水平方向的长度，以使得一个喷枪置于工作位置时，即置于KR铁水包近距离上方时，另一个喷枪能够远离KR铁水包周围的高温区域。
实施例
某钢厂的某炼钢车间的原采用氧化钙和萤石作为脱硫剂，配比为：CaO：CaF2＝90:10。改采用本发明的方法后，采用经过预熔后的还原剂及其氧化物与造渣剂组成的精炼促进剂替代萤石。吨铁投放8Kg精炼剂，铁水量300吨，采用原有的KR法进行脱硫处理，KR搅拌转数为110rpm，试验12炉进行平均比较。以脱硫后铁水中硫含量达到50ppm以下为指标，原用精炼剂的达成率为50％，本发明精炼剂的达成率为67％。由此显示出以Al2O3为主要成分的预熔物料与萤石相同的造渣效果，不使用萤石亦可完成KR脱硫，是一种满足环境标准的方法，取得了满意的结果。
本实施例的实施效果对比如下表所示：
采用本发明方法，将精炼促进剂的粒状改为粉状，使用4kg/cm3的氮气将其压入铁水中时，精炼促进剂的吨铁使用量减少了约20％，而铁水中硫50ppm以下的达成率为89％，这意味着成本降低，产生了良好的经济效果。并且由于使用了压入法将粉状精炼剂加入铁水中，减少了粉尘量，改善了作业环境，在获得经济效果的同时还获得了社会效果。
本发明不限于上述具体实施例。可以理解的是，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变化和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法，其特征在于包括步骤：
步骤S110，将经过预熔后的还原剂与造渣剂混合搅拌均匀后作为精炼促进剂，其中造渣剂的主要成分为Al2O3；
步骤S120，将精炼促进剂磨制为粉末状；
步骤S130，使用钢液或铁水液面上方一定距离处的喷枪，通过高压气流将粉末状的精炼促进剂喷吹至钢液或铁水内部一定深度。
2.如权利要求1所述的一种使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法，其特征在于：所述还原剂为Al、Mg、Si中的一种或两种以上，部分还原剂氧化后与造渣剂、脱硫剂熔合形成低熔点的xCaO·yAl2O3共熔体，作为精炼促进剂。
3.如权利要求1所述的一种使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法，其特征在于：所述步骤S120中磨制的精炼促进剂粉末的粗细粒度是粉末直径小于2mm。
4.如权利要求1所述的一种使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法，其特征在于：所述步骤S130中喷枪的喷嘴与铁水液面的距离在500～700mm。
5.如权利要求4所述的一种使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法，其特征在于：所述步骤S130中高压气流将粉末状的精炼促进剂喷吹至钢液或铁水液面以下。
6.如权利要求5所述的一种使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法，其特征在于：所述步骤S130中吹气角度为与钢液或铁水液面垂直。
7.如权利要求6所述的一种使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法，其特征在于：所述喷枪的喷嘴直径为2英寸左右。
8.如权利要求7所述的一种使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法，其特征在于：在应用于电炉内钢液的情况下，高压气体为压缩空气，气体压力为4kg/cm3；在应用于KR法铁水脱硫的情况下，高压气体为高压氮气，气体压力为4kg/cm3。
9.一种应用如权利要求1-8任一项所述的使用粉体流压入法加入精炼剂粉体的方法的双喷枪装置，其特征在于：具有相对于安装面垂直安装的支架，支架上安装有沿水平方向延伸的水平轨道，水平轨道上承载水平小车，水平小车具有若干对水平轮，其在控制装置的控制下通过水平轮沿水平轨道移动，并能够稳定地定位在水平轨道上的若干作业位置或维护位置；在靠近水平小车前后两端的位置处分别设置有第一立轨和第二立轨，所述第一立轨和第二立轨上分别设置有第一喷枪运载车和第二喷枪运载车，所述第一喷枪运载车和第二喷枪运载车能够在控制装置的控制下分别独立沿第一立轨和第二立轨上下移动，并稳定地定位在第一立轨和第二立轨上的工作位置、空闲位置和检修位置，第一喷枪运载车承载第一喷枪，第二喷枪运载车承载第二喷枪，从而在控制装置的控制下分别将第一喷枪和第二喷枪分别独立运载于工作位置或空闲位置或检修位置。
10.如权利要求9所述的双喷枪装置，其特征在于：所述第一喷枪和第二喷枪使用2英寸左右口径的耐热不锈钢管制作，所述第一喷枪和第二喷枪后端连接有高压气源和调压阀以及供粉装置和供粉量调节装置。
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