首钢国际工程公司铁水预处理技术的创新与实践
2014-11-24 06:13 来源：钢联资讯 作者：黄云
1 概述
首钢国际工程公司拥有多项铁水脱磷、脱硫扒渣专利技术，能够结合客户的个性化需求，提供炼钢厂房内、高炉铁水沟、铁水运输线、铁水倒罐站等多个不同位置进行铁水预处理方案，实现生产流程顺捷、减少设备投资、节能环保的目标。目前，这些技术已经成功应用在首钢、承钢、山东宏达、宣钢、邢钢、江苏申特、唐山建龙等工程中，应用效果良好，得到用户一致好评。
2 铁水罐喷吹“三脱工艺”的自主创新
铁水罐喷吹“三脱”（脱硫、脱硅、脱磷）技术起源与日本，该项技术一直被日本公司所垄断，首钢国际工程公司通过自主创新研究，最终实现该项技术的国产化并成功应用，成为首钢国际工程公司自主研发的优势技术，同规模工程投资仅为引进国外技术和设备的1/2~1/3，“三脱”效果良好，尤其脱磷效果达到国际先进水平，终点[P]稳定在<0.007%；该技术还能通过调整操作工艺，将铁水终点[Mn]降低到0.05%~0.10%之间，为开发低锰钢种提供优质铁水。
2.1 技术特点
1） 低净空铁水罐低温铁水脱磷工艺；
2） 采用可调喉口阀门控制脱硫剂喷吹速度，实现精确、连续喷吹流量调节；
3） 采用动态压差喷吹控制技术，实现稳定喷吹操作；
4） 采用双喷枪互为备用的工艺布置，实现喷吹工位连续作业，满足连续生产要求；
5） 采用水冷低马赫数氧枪，有效保证保碳软吹氧，达到控制铁水温度的作用；
6） 设置水冷盘管加耐材水箱型防溅罩，有效防止铁水喷溅对设备损坏；
7） 通过控制操作工艺参数，可将铁水脱锰控制在0.05%~0.10%之间，实现铁水脱锰工艺。
2.2 申报专利技术
低温铁水喷吹脱磷预处理方法（发明专利，专利号201210024440.1）；
一种铁水包脱硫喷枪下位把持器（实用新型，专利号201220427073.5）；
一种铁水脱磷水冷防溅罩（实用新型，专利号201220427071.6）；
一种旋转式测温取样机构（实用新型，专利号201220426991.6）。
2.3 工艺设计与实际生产效果
1）设计技术指标（见表1）
表1 铁水罐喷吹三脱站相关设计参数
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项 目
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指 标
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铁水进站温度/℃
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≥1250
|
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铁水出站温度/℃
|
≥1300
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铁水初始磷/%
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≤0.095
|
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铁水终点磷/%
|
≤0.015，最低0.004
|
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铁水终点锰/%
|
≤0.10，最低0.05
|
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喷吹装置喷粉能力/kg·min-1
|
20~65
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脱磷剂加入速度/kg·min-1
|
20~80
|
|
吹氧流量/ Nm3·min-1
|
20~35
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氮气网压/MPa
|
1.0~1.2
|
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喷吹时间/min
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20~25
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处理净空/mm
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约1500
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2）运行工艺技术指标
首钢国际工程公司自主研发的铁水罐喷吹三脱工艺与装备2011年顺利投产后，设备运行正常，三脱效果稳定，脱磷效果达到国际先进水平。
Ø 脱磷效果
在现有脱硅、脱磷工艺条件下，统计2011年63炉铁水脱磷结果，铁水成分变化如图1所示，铁水终点P分布情况如图3所示。可以看出经过脱磷站处理的铁水P含量平均为0.007%，远远优于设计指标≤0.015%的水平。
图1 铁水成分变化
图2 铁水终点P分布
统计生产实际结果表示：铁水终点P平均为0.007%，最高0.015%，最低0.004%，完全满足所有不锈钢铁水脱P指标的要求，优于设计指标。
Ø 铁水温度控制
该技术应用钢厂的铁水供应比较特殊，需要从较远的另外一个车间的混铁炉出铁后倒运过来，正常的情况下倒运时间大约为30min，铁水在出铁和倒运过程中温降很大，到站铁水温度基本上在1220-1250℃之间，而AOD、EAF对铁水温度的要求是必须大于1300℃，这给喷吹脱磷装备带来了一定挑战。首钢国际工程公司根据铁水温度偏低等工况，调整和优化脱磷喷吹及顶吹氧工艺参数，经过热试后证明，经过调整后的脱磷工艺完全适应低温铁水喷吹脱磷的要求。铁水喷吹脱磷过程中温度变化情况如图3所示。
图3 脱磷过程铁水温度变化
Ø 喷吹处理周期
脱磷处理周期指进脱磷站开始处理到出脱磷站的整个处理时间，包括测温取样时间、扒渣时间、脱硅时间、脱磷时间。影响处理周期的因素与操作工的熟练程度和前后工序的匹配有很大关系，统计投产期间正常脱磷条件下的脱磷记录进行统计，统计脱磷63罐，仅计有1炉大于75min，脱磷周期的合格率达到设计要求。
图4 铁水脱磷处理周期分布
Ø 脱磷剂消耗
脱磷剂的消耗直接影响到不锈钢生产成本，统计目前脱磷剂消耗指标后表明，各种物料实际消耗指标都优于国外技术指标。
各种脱磷剂消耗对比情况如图5所示。
图5脱磷剂消耗与国外技术对比
3 铁水罐车在线喷吹脱硫新工艺
该工艺把脱硫站建在炼铁厂高炉和炼钢厂之间的铁水运输线上，为我公司专利技术，属国内首创，各项技术指标达到国内同行业领先水平。该工艺能够最大限度地节约占地面积、加快处理节奏、降低铁损和温度损失，对于现有炼钢车间内场地不足而又有建设需要的企业和老厂改造提供一种独特的脱硫方式，具有良好的经济和社会效益。
3.1 技术特点
1）把脱硫站建在炼铁厂高炉和炼钢厂之间的铁水运输线上。利用铁水运输车和高炉铁水包脱硫可以节省配套大型天车、铁水罐、铁水罐车，并解决了铁水运输问题，具有项目投资少的特点。
2）双工位工艺布置。采用横移车与喷枪升降装置相结合，通过创新工艺布置，使得一台喷枪横移车对应两个喷吹脱硫工位，既缩短了处理周期，减少了铁水温降，又节约了设备投资。
3）采用铁水捞渣技术，并通过捞渣设备的旋转功能，实现了一台捞渣机对应两个捞渣工位的工艺操作。使用捞渣机捞去脱硫过程产生的铁渣，不需要倾翻铁水罐进行扒渣，适应铁水罐车在线脱硫操作。另外，一台捞渣机对应两个工位的工艺操作，也节约了设备投资。由于捞渣工艺的应用，每处理1t铁水将降低3.5kg左右的铁水损耗，产生巨大的经济效益，同时具有明显的节能减排效益。
4）喷枪升降横移车的定位装置，为自主创新技术，为保证喷枪升降横移车的精确对位，自主研发设计了一套锁紧机构，使得几十吨重的喷枪横移车的定位精度达到±20mm，到达停车位后自动锁死，不会因喷吹脱硫过程中产生的震动而跑偏。
3.2 申报专利技术
1） 铁水罐车在线铁水脱硫预处理系统（发明专利，专利号ZL200910081140.5）；
2） 移动式脱硫反应装置（实用新型，专利号ZL200520018474.5）；
3） 自动扒渣机（实用新型，专利号ZL200520018473.0）；
4） 铁水倒罐、脱硫扒渣运输装置（实用新型，专利号ZL200520106369.7）；
5） 喷枪升降横移车夹持机构（实用新型，专利号ZL200920106931.4）。
3.3 工艺设计与实际生产效果
首钢国际工程公司开发的铁水罐在线颗粒镁喷吹脱硫项目在邢钢公司2008年顺利投产后，设备运行正常，脱硫效果稳定，是该公司开发精品钢提供优质低硫铁水的必备手段。
1）设计技术指标（见表2）
表2 在线脱硫站相关设计参数
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项目
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指标
|
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|
铁水终硫/%
|
最低可至0.002%以下
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|
喷吹装置喷镁能力/kg·min-1
|
1~12
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|
一次喷镁量精度/%
|
~2
|
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|
喷镁速度调节精度/kg·min-1
|
±0.3
|
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|
称重系统精度/%
|
0.2
|
|
|
氮气网压/MPa
|
1.0~1.2
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|
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一个周期内喷吹气体流量
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喷镁/Nm3·h-1
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40~150
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系统准备喷吹/Nm3·h-1
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180
|
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气体总单耗/Nm3·t-1
|
0.4~0.5
|
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|
喷吹过程铁水温降/℃·min-1
|
1~1.5
|
|
|
喷镁时间/min
|
10~15
|
|
2）运行实际情况和工艺技术指标
Ø 脱硫效果
2008年11月-12月181炉脱硫效果统计结果如表3所示。
表3 2008年11月-12月181炉脱硫效果
|
项目
|
样本数/炉
|
最大值/%
|
最小值/%
|
平均值/%
|
|
铁水初始[S]
|
181
|
0.035
|
0.02
|
0.0228
|
|
铁水最终[S]
|
181
|
0.009
|
0.001
|
0.004
|
图6 2008年11月-12月181炉脱硫终点硫分布情况
统计结果表示：终点S平均为0.004%，满足脱硫设计指标[S]≤0.010%的要求。脱硫极限值最低0.001%，满足脱硫设计指标[S]脱到0.002%的要求。
Ø 处理周期
2008年11月-12月181炉以及2009年3月160炉脱硫周期统计结果如表4所示。
表4 2008年11月-12月181炉脱硫周期统计
|
项目
|
样本数/炉
|
最大值/min
|
最小值/min
|
平均值/min
|
|
全程处理时间
|
181
|
40
|
15
|
22.45
|
|
纯喷吹时间
|
181
|
6.73
|
2.28
|
5.35
|
统计结果表示：整个处理周期平均为22.45min，满足脱硫设计指标40min的要求。脱硫纯喷吹时间平均5.35 min，满足脱硫设计指标10~15min的要求。
Ø 铁水温降
现场脱硫前进站喷吹前铁水温度平均1357.5℃，喷吹后铁水平均温度1350℃左右，平均温降7.5℃，按纯喷吹时间5.35min计算，喷吹温降为1.4℃/min,满足设计指标和混铁炉操作铁水温度的要求。
Ø 脱硫剂消耗
首钢国际工程公司单耗保证值与实际使用统计结果对比如表5所示，对比结果表明，脱硫剂消耗在设计保证值范围内，满足设计指标要求。
表5 脱硫剂消耗对比表
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初始硫/%
|
目标硫/%
|
镁单耗/kg/t（保证值）
|
实际单耗/kg/t
|
|
0.025
|
0.005
|
≤0.53
|
0.45
|
4 其他铁水预处理新工艺的研发成果
4.1 转炉氧枪喷吹脱磷新工艺
传统的脱磷转炉氧枪仅用来当废钢、铁水及部分造渣材料加入后，氧枪降至转炉内开始吹氧。而氧枪喷吹脱磷工艺氧枪的另一个重要功能是将粉剂CaO+除尘灰喷入熔池，该方法通过快速增加炉渣中氧化铁含量来提高脱磷转炉脱磷能力。粉剂在吹氧过程中吹入熔池中，较高的氧化铁含量促进石灰的溶解，快速形成具有较高脱磷能力的炉渣，加快脱磷反应。氧枪操作分为吹氧、喷吹、吹氧与喷吹三种操作模式，根据设定的操作模型选择使用。典型的喷粉脱磷操作模式如图7所示。
图7 典型的喷粉脱磷操作模式
主要技术特点：
1） 采用氧枪喷吹脱磷剂，脱磷效率大大提高；
2） 减少块状石灰消耗；
3） 由于脱磷剂的减少，渣量减少，钢铁料消耗减少；
4） 采用喷粉脱磷，提高了半钢成分的稳定性，可充分发挥流程的优越性，实现炼钢快节奏稳定生产、降低系统温度，达到节能减排的示范作用。
4.2 多功能KR新工艺
该技术为首钢国际工程公司自主研发的优势技术，能够满足炼钢工序对超低S、P、Mn、Si铁水的要求，为冶炼工业纯铁、取向硅钢等特殊钢种提供合格铁水。首钢国际工程公司具有设计、供货、安装、调试、投产全方位的技术能力。
主要技术特点：
1） 设置单独的喷吹位或三脱料仓，在KR处理站实现铁水综合预处理功能；
2） 根据需要设置顶吹氧枪设施，保证铁水温度在入炉要求范围内；
3） 根据情况可以设置捞渣方式，显著降低铁损、节省生产成本；
4） 采用先进的搅拌、喷吹模型，实现低成本高效率生产；
5）仓底流态化技术：有效控制下料速度和精度，防止仓口堵料；
6）搅拌框架蝶簧减振技术：有效降低搅拌桨旋转引起的机械振动，减少对设备的冲击，降低平台钢结构的冲击负荷；
7）先进的搅拌模型：根据设定搅拌模式，自动调整并控制搅拌速度和时间，确定加入脱硫剂的时间和速度，保证低消耗、高效率的脱硫效果。
5 业绩表
表6 主要业绩表
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序号
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工程名称
|
设计能力/万t/a
|
公称
容量
|
投产时间
|
备注
|
|
1
|
包钢二炼钢铁水复合喷吹脱硫工程
|
200
|
210t×1
|
2001.12
|
总承包
|
|
2
|
首钢二炼钢厂铁水脱硫工程
|
340
|
210t×2
|
一期2002.6
二期2004.2
|
设计
|
|
3
|
首钢三炼钢厂铁水脱硫工程
|
100
|
80t×1
|
2004.12
|
设计
|
|
4
|
迁钢铁水脱硫工程
|
400
|
210t×3
|
一期2004.12
二期2006.8
|
设计
|
|
5
|
首秦铁水脱硫工程
|
300
|
100t×3
|
一期2005.3
二期2006.7
三期2008.1
|
设计、供货
|
|
6
|
承德钢厂铁水脱硫工程（铁水沟内）
|
120
|
|
2006.11
|
设计、供货
|
|
7
|
山东宏达钢厂脱硫工程
|
70
|
70t×1
|
2006.11
|
总承包
|
|
8
|
邢钢铁水脱硫工程（铁路线上）
|
175
|
65t×4
|
2008.11
|
总承包
|
|
9
|
首钢迁钢三期KR脱硫
|
340
|
230t×3
|
2010.2
|
联合设计
|
|
10
|
申特铁水脱硫工程
|
150
|
120t×1
|
2010.8
|
设计、供货
|
|
11
|
宣钢铁水脱硫工程
|
260
|
120t×2
|
2010.11
|
总承包
|
|
12
|
首钢京唐KR脱硫捞渣改造工程
|
300
|
300t×1
|
2010.12
|
设计
|
|
13
|
邢钢不锈钢铁水脱磷工程
|
30
|
50t×1
|
2011.6
|
总承包
|
|
14
|
唐山建龙钢铁公司
|
60
|
65 t×1
|
2013.2
|
总承包
|
|
15
|
首钢京唐二期KR脱硫
|
340
|
200t×2
|
实施中
|
总承包
|
|
16
|
霍邱135t KR脱硫
|
150
|
135t×1
|
实施中
|
总承包
|
|
17
|
贵钢电炉钢厂100t 脱硫工程
|
100
|
100t×1
|
实施中
|
设计
|
|
18
|
贵钢转炉钢厂100t KR脱硫
|
200
|
100t×2
|
实施中
|
总承包
|
|
19
|
京唐脱磷转炉喷粉改造
|
300
|
300t×2
|
实施中
|
高阶段设计
|
6 结语
首钢国际工程公司发挥长期以来与世界先进铁水预处理技术公司合作的优势，依托首钢集团引进的先进技术，研发出更适合国内钢铁企业实际情况的多项自主知识产权的核心技术，并通过技术集成创新，在铁水预处理和技术服务方面，在国内占领了一定的市场。首钢国际工程公司将不断完善铁水预处理技术，为国内外炼钢企业提供技术装备先进、工程投资合理、满足个性化要求的产品与服务。(黄云)
