[发明专利]一种铁水包内顶底复吹铁水预脱硫的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种铁水包内铁水预脱硫的方法。

背景技术

随着现代工业生产和科学技术的迅速发展，对钢材质量的要求日益提高。生产低硫钢和超低硫钢需采用铁水预脱硫工艺，且铁水预脱硫已成为优化冶金生产工艺的不可缺少的工序之一。

目前已实现工业化生产的铁水脱硫工艺主要可分为机械搅拌法脱硫(KR)和顶喷法脱硫两种方法，另外还有未工业化的铁水包底吹喷粉脱硫方法。

KR搅拌法是利用搅拌器进入铁水包内旋转搅动铁水，同时加入脱硫剂使其卷入铁水内部充分反应，从而达到铁水脱硫的目的。该方法反应动力学条件好，铁水脱硫效率高；缺点是铁水温降大，投资高。

顶喷法是利用惰性气体作为载流气体，将脱硫粉剂(如CaO、CaC₂和Mg)由喷枪喷入铁水中，使喷吹气体、脱硫剂和铁水三者充分混合进行脱硫。喷吹法是目前仍占绝对优势的铁水预脱硫方法，其优点是设备费用低，操作灵活，喷吹时间短，铁水温降小；最大的缺点是动力学条件差。

专利号为201110222088的发明专利提供了一种底吹喷粉预脱硫的方法。该方法是将电石粉与碱金属材料的混合物通过铁水包底部的喷粉装置将脱硫剂喷吹到铁水包内的熔池中，其优点是成本低，操作简单。

对于顶吹喷粉脱硫工艺而言，吹入铁水的钝化镁迅速气化，在喷枪出口处或迅速溶入铁水，或以小气泡的形式上浮，并在上浮的过程中继续溶入铁水或直接与铁水中的硫接触发生脱硫反应。研究数据表明，镁汽泡只能将铁水中的硫脱去3％～8％，因此脱硫反应还是以溶解的镁为主。加快镁气泡向铁水中溶解的速度，提高铁水中镁的溶解度对提高镁的利用率至关重要。

采用常规顶吹喷粉脱硫操作时，由于铁水包内存在较大的死区，脱硫粉剂很难运动到铁水包底部，粉剂利用率低。同时，单纯地利用提高顶吹载气量来加强搅拌，进而加快镁向铁水中的溶解是不合适的。随着顶吹载气量的提高，其对溶池均混时间的影响越小，同时，载气量越大，载气裹挟出去的镁蒸汽越多，导致镁粉的利用率降低。

由于顶吹喷粉脱硫法的动力学条件较差，镁的利用率一直较低，导致脱硫处理效率低，给降本增效工作带来了不利影响。

发明内容

针对现有顶吹铁水预处理脱硫存在的问题，本发明提供一种铁水包内顶底复吹铁水脱硫的设备与方法。

本发明的方法为：

1、设备方面

如附图1和图2所示，本项发明的设备主要由顶吹喷粉罐(1)、底吹喷粉罐(2)、铁水包(3)、顶吹喷枪(4)、底吹透气元件(5)组成，其中顶吹喷枪(4)的枪体与铁水包(3)中心轴线之间保持有一定的夹角α，该夹角α＝10～20°，顶吹喷枪(4)的一端与顶吹喷粉罐(1)相连，顶吹喷枪(4)的另一端插入铁水的深度距铁水包底面约200～300mm，顶吹喷枪(4)的枪口中心位于铁水包(3)中心轴线上，顶吹喷枪(4)的枪体中心线和底吹透气元件(5)中心线均处于经过铁水包(3)底面直径的同一垂直立面上，底吹喷粉罐(2)与底吹透气元件(5)相连通，底吹透气元件(5)中心位于铁水包(3)底面半径的二分之一处。

2、工艺方面

使用上述设备进行冶炼，其中：

(1)顶吹：顶吹喷枪(4)以氮气为载体，在喷吹压力约0.18～0.22MPa、氮气流量约吨铁0.05～0.08Nm³/min的条件下，以约吨铁0.00～0.08kg/min的喷吹强度将顶吹喷粉罐(1)内的镁粉喷吹到钢液中，气化后的镁粉迅速地被底吹气体带走并融入铁液中，镁粉喷吹量约0～0.5kg/t铁水，喷吹时间约0～6min，粉气比约为1.0kg/Nm³。

(2)底吹：以氮气为载气通过底吹透气元件(5)将底吹喷粉罐内的脱硫粉剂喷吹至铁水包(3)中，喷吹压力约0.3～0.5MPa、氮气流量约吨铁0.05～0.1Nm³/min，喷吹强度约吨铁0～0.4kg/min，脱硫粉剂的喷吹量约0～4kg/t铁水，喷吹时间为8～10min，粉气比约为3kg/Nm³。顶底复吹可形成较为强烈的搅拌，带动铁水快速循环，从而大大改善了脱硫的动力学条件。

根据铁水初始硫含量、铁水温度等初始条件，确定不同脱硫阶段底吹粉剂与顶吹镁粉的合适比例，其中要求终点硫含量高于100ppm时采用质量比1∶0～0.3；当硫含量低于100ppm时只喷吹镁粉，前期由底吹透气元件(5)向铁水包(3)内喷电石粉与氧化钙的混合物来对铁水脱硫，铁水硫含量达0.010％进入后期，此时喷吹镁粉对铁水进行深脱硫。