铁水脱硫机械搅拌法一键脱硫技术.pdf

“一键脱硫”技术是铁水脱硫自动化发展的需求，该技术充分考虑铁水脱硫过程中的各种影响因素，实现脱硫站运行过程最大限度的自动化控制，包括设备的自动运行、铁水数据的自动采集、操作工艺数据的自动计算、数据自动记录分析、自学习等功能，使脱硫效果达到最优化，减少生产成本、减轻操作人员的劳动强度。关键词一键脱硫机械搅拌法 自动化脱硫中图分类号TF535．2 文献标识码Bdoi：10．3969／j．issn．1001—1269．2013．z2．037One Key Desulfurization Technology of the Hot MetalDesulphurization by Mechanical Stirring MethodZhang Yu Zhang Wen(WISDRI Engineering&Steeling Making Division，Wuhan 430223)ABSTRACT One key destdfurization technology is the needs of the hot metal desulphurization automation devel·opment．The technology considers various kinds of influence factors of hot metal desulphurization process，realizes theoperation process of desulfurization to the max automation control level．It includes the functions of the equipments an-tomatic operation，molten iron data’s automatic acquisition，process data’S automatical calculation，data’S automaticrecording and analysis．and self learning．This technology allows the desulfurization effect achieves optimization，re。duces production cost and the labor intensity of operating．KEYWORDS One key desulfurization Kambara reactor Desulfurization automation1 前言钢铁行业的铁水脱硫分为机械搅拌法脱硫和喷吹脱硫两种模式，其中机械搅拌法脱硫是中冶南方工程技术有限公司的优势技术，在国内钢铁行业处于领先地位。在多年的项目实践中，中冶南方在机械搅拌法脱硫领域申请多项专利，形成具有自我特色的先进的设计理念，在系统的各个部分都做到很高的设计水平，其中“一键脱硫技术”是脱硫系统自动化操作的需求，是脱硫自动化各个系统、各种技术的集成，是中冶南方在机械搅拌法脱硫领域技术优势的体现。2机械搅拌法脱硫简介所谓机械搅拌法脱硫目前主要是指KR(Kambara Re·actor)脱硫，即是将浇注耐材的十字型或Y型搅拌头烘烤后插人铁水罐内一定深度并采用机械搅拌，使铁水液面产生V型漩涡，在搅拌的同时通过气体输送或者重力下料方式加入脱硫剂(一般为CaO和CaF2)，使铁水和脱硫剂充分接触和反应，从而将铁水中的硫除去。机械搅拌法脱硫系统可分为：地面运输系统、扒渣系统、测温取样系统、提升搅拌系统、加料系统。主要工艺过程：铁水罐车将铁水罐先送至处理位，用扒渣机扒除铁水表面的高炉浮渣，测温取样，下降搅拌器，升降小车夹紧缸夹紧升降导轨，搅拌器搅拌，加料，铁水罐内形成“V”形旋涡，碳化钙籍氮气送入铁水罐内，碳化钙靠搅拌器旋转所形成的凹状旋涡运动，在高温下与铁水充分接触而起反应。经10。15分钟达到迅速脱硫，然后停止搅拌器旋转，松开升降小车夹紧装置，提升搅拌器，扒渣机进行第二次扒渣，并取样和测温，铁水罐车将铁水罐送至吊罐位。脱硫工艺流程如图l所示。①作者简介：张愉，男，1981年出生，毕业于武汉理：【大学物流学院，硕士，高级一1i程师，从事冶金设备设计、研发工作一112一万方数据张愉等：铁水脱硫机械搅拌法一键脱硫技术 2013年特刊(2)图1脱硫工艺流程图3脱硫效果影响因素脱硫效果主要通过：脱硫后的铁水硫含量与设定目标值的接近程度、脱硫后铁水温度、脱硫剂消耗量、电能消耗等指标来评判。脱硫效果的好坏主要取决于以下几个因素：3．1 铁水温度铁水温度与脱硫率的关系如图2所示。图2铁水温度与脱硫率的关系从图2中可以看出，在脱硫剂成分等参数相同的情况下，脱硫率随初始铁水温度的升高而增加。石灰脱硫是吸热反应，从热力学角度看，升高温度有利于脱硫反应的进行。此外温度升高有助于石灰溶解，有利于获得碱度高、均匀性好的熔渣，同时改善熔渣流动性，提高硫在铁水及熔渣中的传质速率，因此温度升高也是有利于改善脱硫的动力学条件。3．2铁水初始硫含量铁水初始硫含量与脱硫率的关系如图3所示。从图3可以看出，随着铁水初始硫含量的增加，其脱硫效果越好。这是因为铁水初始硫含量(质量分数)越高，硫的活度就越大，所以脱硫反应越容易进行，脱硫率越高。在初始流大于0．020％后，脱硫率基本稳定，基于这一点，在确定铁水脱硫剂加入量时，可以根据铁水中初始含硫量特点酌情灵活掌握。对于初始硫含量偏低的铁水，脱硫剂单位加入量则应适当增多。图3初始硫与脱硫率的关系3．3搅拌投插入深度铁水量不同，搅拌头的插入深度应相应变化，使搅拌头插入深度适中。搅拌时，形成理想的V型旋流，使脱硫剂铁水充分反应，才能取得良好的脱硫效果，同时铁水飞溅量小，铁损小。3．4搅拌时间开始时，随着搅拌时间的增加，脱硫效果越来越好；当搅拌时间达到一定数值时，脱硫剂与铁水充分反应后，脱硫率达到最大值，搅拌时间再增加，对脱硫效果影响甚微，并且，反应时间过长会引起回硫现象，脱硫率下降，钢水温度也会下降。为了防止回硫发生，应在脱硫反应达封最图4脱硫剂单耗与脱硫率的关系一113—万方数据总第208期 冶金设备 2013年特刊(2)佳效果时及时停止反应。3．5脱硫剂单耗脱硫剂单耗与脱硫率的关系如图4所示。从图4可以看出，脱硫剂单耗值较小时，随着用量增加，铁水脱硫率明显增大；当脱硫剂用量增大到一定程度时，脱硫率的增加甚微。这说明，相同铁水条件、搅拌条件下，脱硫剂的单耗具有最优目标值，小于最优目标值，则反应不足；大于最优目标值，脱硫率不再明显增加，造成脱硫剂的浪费。综上所述：当高炉铁水到达脱硫站时，根据铁水重量、铁水温度、铁水初硫含量的不同，搅拌头插入深度、搅拌时间、脱硫剂加入量必须相应调整，使脱硫后的铁水含硫量最接近设定目标值，同时减少脱硫剂的使用、提高脱硫后铁水温度、节约能耗，取得最佳的脱硫操作效果。4一键脱硫技术“一键脱硫”技术的含义：当高炉铁水吊放于铁水罐倾翻车上后，操作人员启动“一键脱硫”功能，自动完成铁水地面运输、测温取样、加料、搅拌等过程，只有扒渣操作需手动完成。“一键脱硫”技术能够根据每次到达铁水的不同状况，自动计算搅拌头插入深度、搅拌时间、脱硫剂加入量等参数，取得最佳的脱硫效果。一键脱硫”技术涵盖脱硫站机械设备系统、电气控制系统、仪表系统、二级计算机系统等多个系统，多系统相互协同，分布集散控制。“一键脱硫”技术可分解为以下几个关键子系统：4．1 二级计算机专家系统二级计算机专家系统是整个“一键脱硫”技术系统的大脑，负责脱硫数学模型建立、模型计算、数据采集传输、历史数据记录、自学习计算、专家数据库等功能。铁水到达脱硫站前，二级计算机系统从一级计算机系统读取铁水重量、温度、成分等数据，将数据输入脱硫数学模型进行计算，得出搅拌头插入深度、搅拌时间、脱硫剂加入量的理论数据，并将数据传输给一级自动控制系统。脱硫完毕后，记录脱硫后的铁水温度、成分等数据，并与设定目标值对比分析，记录入数据库，并根据脱硫后的读取参数，进行自学习计算，调整脱硫数学模型，以取得最优的计算数据。4．2地面车辆自动行走系统在脱硫操作的不同过程中，自动实现铁水罐在吊罐位与处理位之间的运输，铁水罐倾翻、复位等功能。车辆位置、铁水罐倾翻角度的检测通过激光测距仪、限位开关实现：运行控制、连锁控制通过PLC系统实现。4．3自动测温取样系统脱硫站配置自动测温取样装置，包括测温取样枪以及一114一温取样枪自动升降装置。测温取样数据的采集以及升降装置的控制由PLC电气系统实现。4．4搅拌头升降及旋转系统实现“一键脱硫”，搅拌头升降及旋转系统是机械设备中最核心的部分，其在实现基本的升降、夹紧及旋转功能后，必须具备铁水液面测量功能以及搅拌头实时定位功能。中冶南方设计方案中，通过拉力传感器和位置编码器来实现上述两个功能。其他的逻辑控制，由PLC电气控制系统实现。4．5自动加料系统加料系统包括料仓、自动开关阀门、称量斗、称重传感器、下料溜槽等。根据脱硫数学模型计算得到的脱硫剂重量数据，自动打开料仓下的阀门，使脱硫剂进入称量斗中。称量斗下的称重传感器实时测量进入称量斗中的脱硫剂重量，达到设定值后，关闭阀门。铁水搅拌开始后，通过下料溜槽将脱硫剂加入铁水罐中。称重传感器实现脱硫剂的准确称量，限位开关实现设备的运动连锁，PLC控制系统实现逻辑控制。5结语 、运用“一键脱硫”技术后，在脱硫站的生产运作过程中，除了扒渣和测温取样探头的更换需要手动操作，其他工序都可实现自动控制，脱硫站整个生产流程达到高度的自动化，是目前脱硫自动化生产的发展方向，是脱硫自动化的高水平体现。现有“一键脱硫”技术系统中所包含的关键技术，能够最大限度的减轻操作人员的劳动强度，使脱硫站每班次的操作工人的数量减少1—2人，降低人力成本；降低生产中的脱硫剂以及电能的消耗，降低生产成本；使脱硫的效果稳定，严格控制脱硫后的硫含量以及铁水温度，为后续的转炉炼钢提供优质的铁水源；系统所具备的自学习功能，能够根据生产的实际数据，不断的修正脱硫计算模型，使脱硫后的数据很快达到设定目标值，随着生产时间的增长，脱硫计算模型将更加完善，适应生产条件的各种变化，使脱硫的效果始终保持在最佳水平。参考文献[1]赵沛．炉外精炼及铁水预处理实用技术手册．北京：冶金工业出版社，2004．[2]陈达士．最新炉外精炼及铁水预处理新工艺、新技术实用手册．北京：当代中国音像出版社，2007．[3]程煌，任彤．铁水深脱硫及其发展趋势．钢铁，2001(4)[4]王雪冬，李凤喜，陈清泉，等．KR脱硫技术的应用与进步．炼钢，2004(4)[5]杨世山．铁水预处理工艺、设备及操作．炼钢，2000(5)(收稿日期：2013—08—02)万方数据