高硫鐵水脫硫工藝及高效脫硫劑試驗研究

李華彬，張 璽，陳 俊，范先國

（四川龍蟒礦冶有限責任公司，四川 攀枝花 617113）

1 引言

釩鈦鐵精礦經轉底爐煤基直接還原新工藝流程處理后，原輔材料中（S）以SO2排放到大氣的量很少，大多數（S）富集到鐵水中，2007年～2013年期間釩鈦磁鐵礦煤基直接還原新工藝流程多次工業試驗結果都表明，含釩鐵水的S含量最高達0.69%，平均S含量也在0.3%以上，遠高于普通高爐鐵水，生鐵中硫含量的高低直接影響產品的價格，甚至決定著生鐵能否順利銷售，也是釩鈦磁鐵礦煤基直接還原新流程產業化及延伸產業鏈最關鍵的瓶頸技術指標，國內相關的研究工作也較少。

2 脫硫工藝流程

含釩鈦鐵金屬化球團經過電爐熔分冶煉，得到直接還原鈦渣（TiO2≥50.0%）和含釩鐵水（V≥0.45%，C≥2.5%），含釩鐵水排放于鐵水罐中，經過稱重、測溫、取樣，加入脫硫劑，進行脫硫冶金反應，脫硫處理后的合格鐵水通過鑄鐵機鑄造成鐵塊，其工藝流程見圖1。

圖1 含釩鐵水脫硫工藝流程

3 主要試驗設備及脫硫劑

機械攪拌法鐵水脫硫的設備包括:脫硫劑加料系統，鐵水運輸系統，攪拌系統，扒渣系統等。Kr法脫硫就是將耐火材料制成的攪拌器插入鐵水罐液面下一定深度處，并使之旋轉，加入的脫硫劑顆粒在槳葉端部區域內由于湍動而分散，并沿著半徑方向“吐出”，在機械攪拌作用下，脫硫劑卷入鐵水中，與熱態鐵水混合、攪動，進行脫硫冶金反應，停止攪拌后，生成的稠狀冶金渣浮到鐵水面上，扒渣后即達到脫硫的目的。

3.1 脫硫裝置及自動化控制

2007年，自主建設了Kr法脫硫裝置，在生產使用過程中出現攪拌裝置傳動軸斷裂、攪拌槳（及傳動軸端聯軸器）脫落、裝置整體擺動、攪拌槳擺動幅度大、傳動基座強度不足，不能穩定地達到鐵水脫硫需要的攪拌強度，甚至根本就無法實施脫硫操作，設備運行安全無法保證，檢修頻次高，任務繁重。2010年，針對這些問題，對Kr法脫硫系統攪拌裝置進行改造，提高攪拌轉速、改善攪拌槳結構形式，增強了攪拌強度和攪拌效果，提升攪拌裝置的整體機械強度，保證運行過程的安全性和可靠性。2012年，新增鐵水罐傾翻液壓裝置，行程3100mm，液壓扒渣機、2.0m3脫硫渣盤車的扒渣系統，實現脫硫前的扒渣操作，為后續脫硫操作提供更好的條件。同時采用了在制造商定制的脫硫劑添加裝置和脫硫攪拌裝置，可根據鐵水重量、原始硫含量，實現脫硫劑的自動定量添加，改善脫硫劑落料點分布，利于脫硫劑的更好分散。增設了攪拌裝置的夾緊功能，提高了攪拌裝置的整體機械強度，保證脫硫裝置運行的平穩性和安全性。

3.2 脫硫劑技術指標

脫硫使用的鎂粒，其技術指標要求見表1，生石灰及螢石的技術指標要求見表2。

4 試驗結果及討論

4.1 脫硫劑組成及優化

4.1.1 鎂粒噴吹脫硫

以壓縮空氣為載體，計量稱重后的鎂粒噴入高溫鐵水，進行脫硫冶金反應。噴吹脫硫過程中鐵水噴濺嚴重且不易控制，鎂粒單價昂貴導致脫硫工序成本高而且脫硫效果不好，脫硫后的鐵水不能達到相關標準，鎂粒噴吹脫硫的試驗結果見表3。

結果表明:鐵水硫含量高，脫硫負荷重，脫硫過程鐵水噴濺大，鐵損失多，脫硫劑隨之損耗加大，脫硫效果不佳。表2數據還表明脫硫劑的利用率偏低，加大了高硫鐵水脫硫工序成本。

表1 鎂粒技術指標（%）

表2 生石灰、螢石技術指標（%）

表3 脫硫效果與工藝指標

4.1.2 鎂鈣型復合脫硫劑及試驗

結合生產裝置的特點，在鎂粒脫硫劑的基礎上，添加一定粒度組成的活性石灰、螢石及其它組元，不斷地進行跟蹤統計分析總結和優化試驗，鐵水脫硫率穩定地提高到90%以上。2010年6月，含釩鉻鐵水脫硫試驗期間，連續爐次鐵水脫硫情況見表4，鐵水脫硫率能夠穩定地提高到90%以上。

4.2 脫硫劑加入方式

針對直接還原鐵水的典型特點:脫硫負荷大，合金元素種類及總量多，罐裝鐵水量少，每次出鐵間隔時間長，一方面增加強脫硫組元物料，優化脫硫劑配方及組元的粒度與分布，另一方面結合生產裝置的實際布局，在出鐵溝、脫硫站兩個工位，按一定分配系數分別添加脫硫劑，實施“雙工位”脫硫工藝。在脫硫站對脫硫劑落點位置進行控制，確保鐵水與脫硫劑有更好的攪拌混合，有利于脫硫冶金反應。脫硫后的鐵水經攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司檢測中心檢測［S］小于0.1%，達到了高硫鐵水脫硫的目標。

表4 連續爐次鐵水爐外脫硫情況

4.3 鐵水溫度

研究資料表明，鐵水的初始溫度對于脫硫效果有較大影響。穩定生產運行過程中，不同爐次鐵水溫度及其對應的脫硫率統計結果見圖2，表明鐵水溫度過高或過低均不利于脫硫冶金反應，導致脫硫率降低，1320～1 430℃范圍內脫硫率大于90%，而且穩定。

圖2 鐵水溫度對脫硫率的影響

4.4 脫硫攪拌槳設計

中試裝置每次出鐵間隔時間長，攪拌槳歷經冷、熱交替工況，對耐火材料熱震性要求高，攪拌槳易開裂、剝落，使用壽命極短，最少的僅5次，而且攪拌槳上粘結鐵水十分嚴重，甚至攪拌槳頭幾乎呈球形，嚴重影響脫硫的攪拌效果及脫硫工序的生產成本。通過對攪拌槳頭結構設計、耐火材料材質優化選擇、成型制造工藝探索，保持較好的耐火材料形狀，穩定了罐裝鐵水的攪拌效果，有力保證了鐵水脫硫效果，提高了攪拌槳的使用壽命，脫硫用噴槍已經獲得國家專利（ZL200720305598.0）。

4.5 Kr法脫硫自動控制及生產運行

將鐵水重量、原始硫含量、脫硫前鐵水溫度、脫硫操作參數（插入深度、脫硫劑加料點、攪拌槳轉速、攪拌時間，脫硫后鐵水溫度）等數據適時輸入自動控制系統，在線調節和控制，在線存儲，通過統計分析，優化后獲得最佳脫硫工藝操作參數。全流程生產運行期間的鐵水脫硫情況見表5，脫硫合格率逐月提高，脫硫劑消耗降低到28.41kg／tFe，解決了煤基直接還原釩鈦磁鐵礦流程中高硫鐵水脫硫問題。

5 結論

（1）采用Kr法實施高硫鐵水爐外脫硫，鐵水原始溫度對脫硫效果有較大的影響，通過優選脫硫劑組元和合理配方，實施雙工位脫硫操作，提高了高硫鐵水的脫硫合格率，鐵水硫含量穩定地降低到0.1%以下。

表5 2010年鐵水脫硫情況

（2）改善Kr法自動控制系統，優化和固化脫硫操作參數，有利于穩定高硫鐵水脫硫合格率，減少脫硫劑的鐵水噸耗。

（3）解決了高硫鐵水有效脫硫的工藝技術問題，對于釩鈦磁鐵礦煤基直接還原新流程產業化及延伸產業鏈有重要意義。