專利名稱：鐵水爐外大幅度脫硫解放高爐操作煉鐵新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及高爐煉鐵過(guò)程中脫硫工藝乃至整個(gè)造渣制度、爐料結(jié)構(gòu)的煉鐵新工藝。
高滬煉鐵過(guò)程中造渣制度要求熔渣(1)在不增加Fe、Mn、Si等元素直接還原的情況下有盡可能低的熔化溫度和熔化性溫度及較小的粘度；(2)要具有較高的堿度保證足夠脫除鐵水中硫[S]的能力([S]≤0.03％)。有時(shí)還要添加一定的MgO，用以提高熔渣的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，適應(yīng)爐溫和爐料成分的波動(dòng)。這樣在冶煉低品位鐵礦，脈石中含SiO2較高，原、燃料含Al2O3較高時(shí)，高堿度煉鐵勢(shì)必造成渣鐵比升高，有時(shí)甚至高達(dá)600～900kg/TP乃至一噸以上，這樣就難免使高爐煉鐵生產(chǎn)效率低，燃料消耗高，經(jīng)濟(jì)效益低下。
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述問題提出的一種煉鐵新工藝?，F(xiàn)有煉鐵工藝中有各種各樣爐外脫硫方法，但都是為減輕下一步煉鋼工序脫硫任務(wù)而進(jìn)行的。再有是僅對(duì)偶而出現(xiàn)的號(hào)外鐵水進(jìn)行的脫硫處理。本發(fā)明的特征在于用比較廉價(jià)的爐外脫硫方法大幅度脫除鐵水中的[S]，不只是減輕煉鋼工序脫硫任務(wù)，更主要的是減輕高爐內(nèi)高代價(jià)脫硫的負(fù)荷，降低熔渣堿度減小渣鐵比，使高爐能從高消耗、低效益中解放出來(lái)。
目前鐵水爐外脫硫的方法有將脫硫劑在鐵水溝鋪撒法和連續(xù)加入平面流動(dòng)法，渦流運(yùn)動(dòng)或機(jī)械或電磁攪拌或轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)法等，或加撇渣器使脫硫渣與鐵水分離，在鐵水罐內(nèi)有加入脫硫劑后搖動(dòng)法，機(jī)械或氣泡攪拌法、氣泡泵法，還有噴吹脫硫劑法、插入鐘罩或耐火插入桿浸入脫硫劑法、喂絲法、倒罐法、真空法、電解法等，或其不同方法相互組合。并在入煉鋼爐前使脫硫劑與鐵水分離。所用脫硫劑包括蘇達(dá)粉、NaOH、石灰粉、Ca(OH)2、白云石、石灰石、炭粉、石墨、CaC2、氰氨化鈣、硬硼鈣石、瑩石、CaCl，Al2O3脫硫脫磷合成渣、丙烷、鎂粒、鎂焦、鎂合金等及其不同組成的混合物，或另外添加一些加入劑促進(jìn)或緩沖脫硫反應(yīng)。比較流行有效的鐵水脫硫方法是往鐵水罐中噴入石灰系列脫硫劑后，再計(jì)量噴入鎂或石灰、鎂混合脫硫劑，以提高鎂的利用率和綜合深度脫硫效率，已獲得很好的脫硫效果(雙零以下)。但設(shè)備投資大，又不適宜我國(guó)內(nèi)多數(shù)廠家鐵水罐較小，鐵水溫降大，運(yùn)輸緊張等實(shí)際條件。如果能充分利用高爐出鐵場(chǎng)大，流動(dòng)距離長(zhǎng)，并且居高沖入鐵水罐這一出鐵過(guò)程良好的動(dòng)力學(xué)條件，把脫硫劑從撇渣器后冒鐵水的小井上方隨鐵水流連續(xù)均勻撒入，使脫硫劑與鐵水一起流經(jīng)鐵水溝，再居高沖入鐵水罐，這樣就使脫硫劑與鐵水能大體上全面接觸。試驗(yàn)證明其混合作用不亞于罐內(nèi)噴吹，且投資小見效快，用不著花大量投資建脫硫站，一般廠家均可在短期內(nèi)成功實(shí)施，因此這里推薦這種爐外脫硫方法。其特征在于將廉價(jià)的石灰系列脫硫劑連續(xù)均勻地投撒或噴撒在撇渣器后小井所冒出的鐵水上，或在撇渣器后小井下游之一處或多處或在向各鐵水罐位分流鐵水處，或在各鐵水罐的鐵水流咀前設(shè)貯鐵水或不貯鐵水式撇渣器，或在所增設(shè)的貯鐵水或不貯鐵水式撇渣器后，再向鐵水流連續(xù)均勻投撒或噴撒上述脫硫劑，或加入鎂或鋁或鎂合金或鋁合金或鈣合金或錳合金或各種合金的混合物，或不設(shè)貯鐵水或不貯鐵水式撇渣器，到煉鋼廠用扒渣機(jī)或其它方式扒除鐵水罐中的渣，或在鐵水倒出鐵水罐時(shí)設(shè)擋渣器擋渣，或用其它排除方法使脫硫渣與鐵水分離。關(guān)于在所增設(shè)的一處或多處撇渣器或擋渣器或扒渣機(jī)使脫硫渣與鐵水分離，或加用機(jī)械扒除法或加用氣體吹掃法，所排除渣量或多或少或?yàn)闊o(wú)渣情況下排除鐵水表面上的硫或其化合物，所用氣體或?yàn)榈獨(dú)饣驗(yàn)檠鯕饣驗(yàn)榭諝饣驗(yàn)闅錃饣驗(yàn)镃O2或?yàn)镃O或?yàn)镃H4或?yàn)楸榛驗(yàn)榻範(fàn)t煤氣或?yàn)楦郀t煤氣或?yàn)槎栊詺怏w或?yàn)槠渌m用氣體或?yàn)樯鲜鰵怏w的混合物，機(jī)械扒除法或氣體吹掃法或在正在接收鐵水或已接滿鐵水的鐵水罐或混鐵爐的鐵水表面上進(jìn)行。關(guān)于向鐵水罐加入鎂或鎂合金、鎂焦的方法和噴石灰粉一樣，現(xiàn)在多用噴入法或插入鐘罩或耐火插入桿浸入法，設(shè)備復(fù)雜笨重，操作危險(xiǎn)性大。熱力學(xué)計(jì)算和試驗(yàn)均表明鐵水溫度下鎂的蒸氣壓相當(dāng)大，急劇產(chǎn)生的大量鎂蒸氣會(huì)發(fā)生爆炸，并將鐵水噴濺到鐵水罐外。另外由于鎂脫硫作用時(shí)間越長(zhǎng)利用率越高，因此從鐵水溝加入鎂，到煉鋼廠入煉鋼爐前再使脫硫渣與鐵水分離就更具優(yōu)越性。所以這里推薦將液態(tài)鎂或其合金鑄入多孔鑄鐵塊，再將其多孔口向下置入鐵水溝內(nèi)，以孔的大小和放入鑄鐵塊的多少控制將溶解于鐵水的鎂蒸氣發(fā)生速度在一個(gè)適宜水平。使鎂隨鐵水流一起流過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)的鐵水溝，居高沖入鐵水罐，再經(jīng)運(yùn)輸?shù)戒搹S過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間的脫硫反應(yīng)，這樣就可取得比上述將鎂或鎂合金浸入鐵水罐要好的脫硫效果。為防止多孔鑄鎂鑄鐵塊在鐵水溝中上浮，可將多塊壘起來(lái)，或?qū)⒍嗫阻T鐵塊做成立式的，具有一定高度，立在鐵水溝中。多孔鑄鐵塊可在爐前就地取鐵由專人制作，無(wú)需外購(gòu)，當(dāng)然也不排除使用其它多孔鑄鎂鐵塊或鐵合金塊?；蛘邔⒁簯B(tài)鎂或鎂合金鑄入事先做好的多孔耐火磚塊中，冷卻后將這種多孔鑄鎂耐火磚塊孔口向下置入鐵水溝中，其上加一定壓力，以防在鐵水溝中上浮，或做成立式的具有一定高度的多孔鑄鎂耐火磚塊，或在其上再加一定壓力。這種多孔耐火磚塊可以使用多次。鑄入的鎂或鎂合金所用鎂材可用粗鎂(制鎂中間產(chǎn)品)代替，以降低成本。該方法簡(jiǎn)單易行脫硫效率高，可使高爐熔渣堿度大幅度降低，并為解放轉(zhuǎn)爐操作煉純凈鋼創(chuàng)造極為有利的條件。
現(xiàn)行冶煉過(guò)程對(duì)熔渣粘度的要求除從高爐順行出發(fā)外，渣鐵之間的脫硫反應(yīng)的需要也是主要的。AL2O3含量較多時(shí)爐渣堿度(二元)或總堿度(三元)還要求稍高一些，這就勢(shì)必使渣量增多，使高爐增耗減效。
爐渣能從高爐順利流出的最大粘度為20-25泊(P)(2.0-2.5Pa·秒)。在實(shí)測(cè)終渣流出爐外的1350-1550℃溫度范圍內(nèi)，以下圖表所示的大多數(shù)成分的爐渣(劃框的除外)都能符合上述粘度要求。附

圖1是表中1組內(nèi)各渣號(hào)不同組分的爐渣在不同溫度下所對(duì)應(yīng)的粘度曲線；附圖2是表中2組內(nèi)各渣號(hào)不同組分的爐渣在不同溫度下所對(duì)應(yīng)的粘度曲線；附圖3是表中3組內(nèi)各渣號(hào)不同組分的爐渣在不同溫度下所對(duì)應(yīng)的粘度曲線；附圖4是表中4組內(nèi)各渣號(hào)不同組分的爐渣在不同溫度下所對(duì)應(yīng)的粘度曲線；附圖5是表中5組內(nèi)各渣號(hào)不同組分的爐渣在不同溫度下所對(duì)應(yīng)的粘度曲線；附圖6是表中6組內(nèi)各渣號(hào)不同組分的爐渣在不同溫度下所對(duì)應(yīng)的粘度曲線；附圖7是表中7組內(nèi)各渣號(hào)不同組分的爐渣在不同溫度下所對(duì)應(yīng)的粘度曲線。有些低MgO合成渣再適當(dāng)增加一部分MgO，尚可進(jìn)一步提高其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。高爐渣從堿度和總堿度來(lái)看最低粘度區(qū)都在0.8-1.2(二元堿度)和1.2-1.4(總堿度)之間。堿度在0.9-1.2的范圍，增加適當(dāng)?shù)腗gO(5-15％)其穩(wěn)定性會(huì)好些。然而堿度小于0.9穩(wěn)定性會(huì)更好些。這種情況下就完全可以不考慮其脫硫能力，因?yàn)橛猩鲜隽畠r(jià)的爐外脫硫作保證。最合適的爐渣組成范圍在四元渣系為黃長(zhǎng)石、鎂薔薇石、鈣鎂橄欖石的初晶區(qū)。在三元系為硅灰石、硅鈣石和鋁方柱石的初晶區(qū)。當(dāng)然具體適宜的堿度尚需根據(jù)各地區(qū)的原、燃料情況，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和高爐的生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)進(jìn)一步確定。
經(jīng)計(jì)算用上述廉價(jià)脫硫劑爐外脫硫的方法可使高爐熔渣堿度至少降低0.1以上，高爐產(chǎn)量將提高2.5-3.5％，綜合焦比降低2.5-3.5％以上。
比如鞍鋼煉鐵廠目前所用鐵礦石品位比較低，鐵礦脈石中SiO2含量高達(dá)7-10％以上(富礦中僅為1-4％)，現(xiàn)通用熔渣堿度1.11。這樣象3#高爐渣鐵比高達(dá)600kg/TP左右(國(guó)外為300kg/Tp上下)。鐵礦、熔劑、燃料帶入AL2O3占8.5％為50kg/TP左右，穩(wěn)定用MgO含量7.2％為45kg/TP左右。如果減少CaO使二元堿度CaO％/SiO2％為1.0，〔S〕僅從0.019％升高到0.025％，仍然≤0.03％為一級(jí)硫鐵水，加上爐外脫硫還有很大降低熔渣堿度的潛力。也就是說(shuō)高爐煉鐵造渣制度完全可以不考慮熔渣脫硫問題，把脫硫放在爐外，而熔渣堿度的降低幅度將遠(yuǎn)超過(guò)0.1，增加產(chǎn)量降低消耗也遠(yuǎn)在2.5～3.5％以上。屆時(shí)，熔渣浸蝕爐襯的問題就不存在了，熔渣排出爐內(nèi)堿金屬的功能也更大，洗爐也不需要了，加上不考慮爐內(nèi)脫硫，只需低溫平穩(wěn)運(yùn)行，高爐將獲得一次大的解放。
為降低熔渣堿度，鞍鋼高爐可以采用的爐料結(jié)構(gòu)一、二排高爐(7#高爐除外)可考慮用酸、堿雙球燒結(jié)礦，或高、低堿度球團(tuán)燒結(jié)礦，爐渣成份只需根據(jù)爐渣粘度調(diào)整。其余爐子可減少高堿度燒結(jié)礦用量，如果酸性球團(tuán)不足，可適當(dāng)補(bǔ)充天然塊礦(如澳礦)或酸性小球燒結(jié)礦，以便維持較低的高爐熔渣堿度?，F(xiàn)階段鞍鋼高爐初步可將堿度降低到過(guò)去操作用過(guò)的1.05或者更低，而進(jìn)行廉價(jià)的爐外脫流，以便盡快提高高爐生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。其它廠家酸性爐料可考慮采用冷固結(jié)球團(tuán)或含碳球團(tuán)等。
總之，象鞍鋼這樣冶煉脈石含SiO2比較高的低品位鐵礦的高爐，上述新工藝的經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的。
另外為了在降低熔渣堿度時(shí)避開用低強(qiáng)度的自熔性燒結(jié)礦，這里推薦一種新型燒結(jié)礦，即新型高堿度燒結(jié)礦燒夾酸性小球燒結(jié)礦。也即在高堿度燒結(jié)礦中夾燒酸性小球，以其中高堿度燒結(jié)礦和酸性小球用量的多少來(lái)調(diào)節(jié)堿度，用以獲得適當(dāng)?shù)偷母郀t終渣堿度。
由于不考慮爐渣的脫硫能力，實(shí)行爐外脫硫，造渣制度中就只有一條限制，即要有適當(dāng)?shù)偷恼扯?，熔化性溫度。這就為各種爐料的高爐冶煉制定造渣制度創(chuàng)造了及其有利的條件。比如含鋇高爐渣、高汰渣、合氟稀土渣、冶煉高鋁高鎂鐵礦等許多情況下已不得已采用低堿度操作。其脫硫能力較低，如采用爐外脫硫，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐，一定會(huì)進(jìn)一步制定出更為適宜有利的造渣制度。 注1-7組內(nèi)各種成份合成渣在不同溫度下所對(duì)應(yīng)的粘度曲線見附圖1-7。
權(quán)利要求
1.一種高爐煉鐵新工藝，現(xiàn)在高爐煉鐵為保證冶煉順利進(jìn)行，生產(chǎn)出合格的鐵水，常常要求爐渣有較低的熔化溫度和熔化性溫度及粘度，并且要求具有一定高的堿度，以保證有足夠的脫除鐵水中硫的能力，采用各種各樣的爐料結(jié)構(gòu)，一般都不進(jìn)行爐外脫硫，或有爐外脫硫是對(duì)個(gè)別號(hào)外鐵或?yàn)闇p輕下一步煉鋼工序脫硫任務(wù)而進(jìn)行的，所用鐵水爐外脫硫的方法包括將脫硫劑在鐵水溝鋪撒法和連續(xù)加入平面流動(dòng)法，渦流運(yùn)動(dòng)或機(jī)械或電磁攪拌或轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)法等，或加撇渣器使脫硫渣與鐵水分離，在鐵水罐內(nèi)有加入脫硫劑后搖動(dòng)法，機(jī)械或氣泡攪拌法、氣泡泵法，還有噴吹脫硫劑法、插入鐘罩或耐火插入桿浸入脫硫劑法、喂絲法、倒罐法、真空法、電解法等，或其不同方法相互組合，并在入煉鋼爐前使脫硫渣與鐵水分離。所用脫硫劑包括蘇達(dá)、NaOH、石灰、白云石、Ca(OH)2、石灰石、炭、石墨、CaC2、氰氨化鈣、硬硼鈣石、瑩石、CaCl，AL2O3脫硫脫磷合成渣、丙烷、鎂或鋁或各種合金等或其不同組成的混合物，本發(fā)明的特征在于利用比較廉價(jià)的脫硫劑在爐外處理鐵水，大幅度脫除鐵水中硫，從而有效減輕高爐內(nèi)高代價(jià)的脫硫負(fù)荷，大幅度降低熔渣堿度，減小渣鐵比，并可進(jìn)一步改善、優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)使高爐減耗增效。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，本發(fā)明的特征在于將廉價(jià)的石灰系列脫硫劑均勻連續(xù)投撒在撇渣器后小井所冒出的鐵水上，或在其下游的一處或多處，或在鐵水分流到各鐵水罐的分流處，或在各鐵水罐的鐵水流咀前設(shè)撇渣器，使脫硫渣與鐵水分離，或加用其它扒渣方法除渣，或在所增設(shè)的一處或多處撇渣器或擋渣器或扒渣機(jī)后再撒脫硫劑或加入鎂或鋁或鎂合金或鋁合金或鈣合金或錳合金或各種合金的混合物，或不設(shè)撇渣器到煉鋼廠用各種扒渣機(jī)或其它扒渣方法排除鐵水罐中的渣，或在鐵水倒出鐵水罐時(shí)設(shè)擋渣器擋渣或用其它排除方法使脫硫渣與鐵水分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1.2所述，本發(fā)明的特征在于在所增設(shè)的一處或多處撇渣器或擋渣器或扒渣機(jī)使脫硫渣與鐵水分離，或加用機(jī)械扒除法，或加用氣體吹掃法，所排除渣量或多或少或?yàn)闊o(wú)渣情況下排除鐵水表面上的硫或其化合物。所用氣體或?yàn)榈獨(dú)饣驗(yàn)檠鯕饣驗(yàn)榭諝饣驗(yàn)闅錃饣驗(yàn)镃O2或?yàn)镃O或?yàn)镃H4或?yàn)楸榛驗(yàn)榻範(fàn)t煤氣或?yàn)楦郀t煤氣或?yàn)槎栊詺怏w或?yàn)槠渌m用氣體或?yàn)樯鲜鰵怏w的混合物，氣體吹掃法或機(jī)械扒除法或在正在接收鐵水或已接滿鐵水的鐵水罐或混鐵爐的鐵水表面上進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1.2所述，本發(fā)明的特征在于在鐵水進(jìn)入鐵水罐前的鐵水溝中加入鎂或鎂合金的方法是將液態(tài)鎂或鎂合金鑄入事先鑄好的多孔鑄鐵塊中，冷卻后將這種多孔鑄鎂鑄鐵塊孔口向下置入鐵水溝中，或多塊壘起來(lái)，或?yàn)橐欢ǜ叨鹊牧⑹降亩嗫阻T鎂鑄鐵塊，或?yàn)槠渌嗫阻T鎂鐵塊或鐵合金塊，或用粗鎂代替所鑄鎂或鎂合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1.2所述，本發(fā)明的特征在于在鐵水進(jìn)入鐵水罐前的鐵水溝中加入鎂或鎂合金的方法是將液態(tài)鎂或鎂合金鑄入事先做好的多孔耐火磚塊中，冷卻后將這種多孔鑄鎂耐火磚塊孔口向下置入鐵水溝中，或在其上加一定壓力，或做成一定高度的立式的多孔鑄鎂耐火磚塊，或再加一定壓力，或用粗鎂代替所鑄鎂或鎂合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1.2所述，本發(fā)明的特征在于高爐爐料結(jié)構(gòu)用較少量的高堿度燒結(jié)礦，配以大量的酸性球團(tuán)礦或酸性小球燒結(jié)礦或天然塊礦，或冷固結(jié)球團(tuán)或含碳球團(tuán)，或不用高堿度燒結(jié)礦，而用酸、堿雙球燒結(jié)礦或高、低堿度球團(tuán)燒結(jié)礦，用以調(diào)整高爐爐渣堿度，使之比正常爐渣堿度降低的幅度在0.01以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1.2所述，本發(fā)明的特征在于高爐爐料結(jié)構(gòu)用在高堿度燒結(jié)礦中夾燒酸性小球以獲得適當(dāng)終渣堿度的新型高堿度夾燒酸性小球燒結(jié)礦，或使高爐熔渣堿度比正常爐渣堿度降低的幅度在0.01以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵水爐外脫硫乃至高爐煉鐵新工藝,用極其一般的石灰系列脫硫劑,充分利用出鐵過(guò)程中良好的動(dòng)力學(xué)條件,使鐵水中0.1%[S]降低90%以上(雙零以下)。大幅度減輕高爐、轉(zhuǎn)爐內(nèi)高代價(jià)脫硫負(fù)荷。不僅可徹底解放高爐,煉自由鐵,而且為解放轉(zhuǎn)爐操作煉純凈鋼創(chuàng)造極為有利的條件。投資、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用小見效快,一般廠家均可在短時(shí)間內(nèi)成功實(shí)施。
文檔編號(hào)C21C1/02GK1364941SQ0110159
公開日2002年8月21日 申請(qǐng)日期2001年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月9日
發(fā)明者李中祥 申請(qǐng)人:李中祥