转炉少渣工艺技术分析

第一篇：转炉少渣工艺技术分析

转炉少渣工艺技术分析

摘要：阐述了少渣炼钢的工艺路线，分析了转炉少渣吹炼的供气制度、造渣制度、温度制度、合金化制度等，介绍了国内外几家钢厂典型的少渣炼钢工艺及其冶金效果，指出少渣炼钢是未来炼钢的主要发展方向。

关键词：转炉；少渣炼钢；工艺制度

Progress and Prospect of Less Slag Steelmaking Process Abstract：The paper summarizes the process line of less slag steelmaking，and analyzes the system of gas supplying，slagging and alloying，that 0f the temperature and SO on．of less slag blowing in converter．introduces the typical processes of less slag steelmaking and its metallurgical effects of seven steel plants at home and abroad，meanwhile，points out that less slag steelmaking is the main development direction of the steelmaking in the future．

Key words：converter；less 8lag steelmaking；process system 铁水“三脱”使传统炼钢工艺发生了显著变化，在铁水预处理阶段进行脱硅、脱磷和脱硫，使炼钢转炉的主要功能转变为调温和脱碳，同时炼钢渣量减少，形成了少渣炼钢工艺。由于少渣炼钢用的铁水硅含量很低，造渣用石灰加入量明显减少，降低了渣料消耗和能耗，喷溅少，铁损低，减少了污染物的排放。同时，因渣量少，氧的利用效率高，吹炼终点钢水中氧含量低，余锰高，合金元素收得率较高，从而降低了生产成本。另外，少渣炼钢工艺终点命中率高，改善了钢水的纯净度，为生产超纯净钢创造了条件。1 少渣炼钢工艺路线

常见的转炉炼钢工艺路线有四种。第一种是传统的炼钢工艺，欧美各国的炼钢厂多采用这种模式，即铁水先脱硫预处理后，再转炉炼钢。通常转炉炼钢渣量占金属量的10％以上，转炉渣中FeO含量在17％左右。此外，渣中还含有约8％的铁珠，该工艺钢铁料消耗高。第二种炼钢工艺是先在铁水沟、混铁车或铁水罐内进行铁水“三脱”预处理，然后在复吹转炉进行少渣炼钢，这种工艺的不足之处是脱磷前必须先脱硅，废钢比低(≤5％)，脱磷渣碱度过高，难于利用。第三种炼钢工艺是20世纪90年代中后期日本各大钢厂试验研究成功的转炉铁水脱磷工艺，该工艺解决了超低磷钢的生产难题。与第二种工艺路线的明显区别是脱磷预处理移到转炉内进行，转炉内自由空间大，反应动力学条件好，生产成本较低。具体工艺是采用两座转炉双联作业，一座脱磷，另一座接受来自脱磷炉的低磷铁水脱碳[

1、2]，即“双联法”。典型的双联法工艺流程为：高炉铁水_+铁水预脱硫-+转炉脱磷_+转炉脱碳_+炉外精炼．+连铸。由于受设备和产品的限制，也有在同一座转炉上进行铁水脱磷和脱碳的操作模式，类似传统的“双渣法”。第四种炼钢工艺是对第三种炼钢工艺进行了改进，与第三种工艺的明显不同是将部分脱碳渣(约8％)返回脱磷转炉，脱磷后的铁水进入脱碳转炉脱碳。该工艺是目前渣量最少、最先进的转炉生产纯净钢的工艺路线。在上述四种转炉炼钢工艺路线中，后三种炼钢工艺铁水经过“三脱”预处理后再脱碳炼钢，能够做到少渣操作。四种

转炉炼钢工艺路线的渣量比较见图1。从图l可以看出，后三种炼钢工艺的吨钢渣量低于70 kg／t。

国外专家认为，少渣炼钢是在转炉炼钢时，每吨金属料加入的石灰量低于20 kg，脱碳炉每吨钢水的渣量低于30 kg。值得指出的是，如果将脱磷转炉每吨金属料产生的20～40 kg脱磷渣也视为炼钢渣，那么少渣炼钢工艺流程的总渣量约为50-70 kg。总之，转炉少渣炼钢必须以铁水预处理为前提条件。铁水“三脱”预处理后，铁水中的硅、磷和硫含量基本上达到了炼钢吹炼终点的要求。对少渣炼钢脱碳转炉操作而言，操作任务发生了变化，工艺制度也要进行调整。2 工艺制度分析 2．1供气制度

少渣炼钢脱碳转炉全过程顶吹氧枪枪位采用“高一低一低”三段式控制较为合理。由于入炉铁水硅、锰含量较低，碳氧反应提前，渣量很少，前期枪位低会造成金属喷溅。同时硅的减少给炼钢初期成渣带来困难，采用较高枪位操作便于快速成渣，增加吹炼前期渣中氧化铁的含量，然后根据化渣情况逐步降低枪位。与常规吹炼相比，少渣吹炼前期氧气流量应适当降低，吹炼后期加大底吹气体流量有利于减少铁损和提高锰的收得率。2．2造渣制度

转炉少渣吹炼时，生石灰及其它造渣材料在吹炼开始或吹炼中期投入。一般不加萤石，转炉化渣不良时，可投少量萤石帮助化渣。如铁水硅没有达到控制目标，配加适量的软硅石，700 kg软硅石相当于铁水中0．10％的硅生成的Si02。铁水经“三脱”预处理后，少渣吹炼应结合留渣操作。日本君津炼钢厂冶炼低碳铝镇静钢时，采用少渣吹炼，吨钢造渣剂消耗降至7．2 kg，如果全部采用低磷铁水(P≤0．050％)冶炼，吨钢造渣材料的单耗也只有12．4 kg。NKK福山厂开发的少渣炼钢技术，其渣量控制在吨钢30 kg。新日铁室兰钢厂使用“三脱”铁水炼钢，吨钢石灰消耗20 kg，转炉总渣量减少了50％。我国宝钢和太钢采用“三脱”铁水进行少渣炼钢试验，结果总渣量减少了50％。但是，神户制钢在进行少渣吹炼时，发现连续3炉以上均采用吨钢渣量小于20 kg的少渣量操作，炉衬上几乎不附着熔渣，耐火材料易受到侵蚀，从而影响转炉炉龄。因此，神户制钢将渣量控制在每吨钢40 kg左右。在降低造渣料消耗的前提下，为了保护炉衬、覆盖钢液、减少金属喷溅，采取的有效措施是留渣操作。出钢后，将前一炉的高温、高碱度、高氧化性的终渣留一部分(吨钢约10 kg左右)于炉内，加入少量石灰或白云石，然后兑铁炼钢。新日铁君津厂和神户制钢就是采用留渣操作补充渣量的冶炼方法。

2．3温度制度

采用“三脱”铁水吹炼时，确定温度制度的关键在于合理选用造渣料和废钢用量，以平衡因铁水温度降低和放热反应元素(硅和磷等)减少而导致的热量改变。一般通过减少造渣料和废钢用量就可实现热平衡。“三脱”铁水少渣吹炼时，停吹温度平均为l 657℃，而只进行脱硫的铁水预处理吹炼时，停吹温度平均为l 655℃。

2．4炉内部分合金化

应用“三脱”铁水实现少渣炼钢后，造渣料消耗大幅度减少。如果有富余的热量，可实现锰矿或铬矿直接合金化。如日本钢管公司采用的炉内锰矿合金化工艺，通过控制碱度，降低渣中T·Fe，使低碳钢水终点锰含量达到l％，锰的收得率大于70％。另外，日本的新13铁、JFE、住友金属和神户制钢的炼钢厂在生产含锰低于1．5％的合金钢时，采用锰矿直接代替全部锰铁合金，取得了较好的经济效益。典型的少渣炼钢工艺

日本发明的转炉脱磷少渣炼钢工艺方法主要有JFE福山制铁所的LD—NRP法(双联法)、住友金属的SRP法(双联法)、神户制钢的H炉(专用转炉)、新日铁的LD—ORP法(双联法)和MURC法(双渣法)。

宝钢开发的BRP技术在其一炼钢、二炼钢和不锈钢分厂应用，取得了较好的效果。

3．1JFE福山制铁所

福山制铁所是13本粗钢产量最高的厂家(1080万t／a)，设有两个炼钢厂(第二炼钢厂和第三炼钢厂)，第三炼钢厂有两座320 t顶底复吹转炉，采用LD—NRP工艺，一座转炉脱磷，另一座脱碳；转炉在炉役前期用于脱碳，炉役后期用于脱磷，脱碳转炉炉龄低于脱磷转炉。转炉脱磷能力为450万t／a。1999年开始，该厂铁水全部采用转炉脱磷预处理。脱磷转炉指标：吹炼时间为10 min；废钢比为7％～10％；氧气流量为30 000 m3／h，底吹气体为3 000 m3／h；石灰消耗为lO～15 kg／t。脱碳转炉指标：石灰消耗5～6 kg／t；炉龄约 7 000炉。

第二炼钢厂有3座250 t顶底复吹转炉，采用传统的“三脱”工艺，“三脱”处理能力为420万t／a 3．2住友金属鹿岛制铁所 鹿岛制铁所有两个炼钢厂，第一炼钢厂有3座250 t转炉，采用本公司发明的SRP法炼钢；第二炼钢厂有两座250 t转炉，采用常规冶炼工艺。第一炼钢厂一座转炉脱磷，另两座转炉脱碳(二吹一)，脱磷铁水富余25％运送给第二炼钢厂。脱磷转炉指标：吹炼时间为8 min；冶炼周期为22 rain；废钢比为10％(加轻废钢)；出铁温度为1 350 oC，渣量为40 kg／t。

脱碳转炉指标：吹炼时间为14 min；冶炼周期为30 min；锰矿用量为15 kg／t(Mn回收率30％一40％)；渣量为20 kg／t(以干渣方式回收)。3．3住友金属和歌山制铁所

住友金属和歌山制铁所年产粗钢390万t。炼钢生产采用“双联法”(sne)，铁水全部经转炉脱磷处理。该厂脱磷转炉与脱碳转炉设在不同跨间，脱磷转炉和脱碳转炉的吹炼时间分别为9—12 min，转炉炼钢的冶炼周期控制在20 rain以内。一个转炉炼钢车间给三台连铸机供钢水，是目前世界炼钢生产节奏最快的钢厂。和歌山制铁所“双联法”(SRP)的优点是：建立起高效率、低成本、大批量生产纯净钢的平台，显著改善IF钢抗二次加工脆化和热轧钢板低温冲击韧性等性能；炼铁生产可以采用较高磷含量的低价位铁矿石，铁水磷含量放宽至0．10％一0．15％，降低了矿石采购成本；炼钢时使用锰矿石取代MnFe合金；炼钢渣量显著降低，脱碳炉渣可返回用于脱磷转炉；脱磷炉渣不经蒸汽稳定化处理，可直接铺路；加快了大型转炉的生产节奏，与高拉速连铸机相匹配；工序紧凑。3．4神户制钢

由于神户制钢生产的高碳钢比例较大，转炉的脱磷负荷大，铁水脱磷、脱硫预处理用H炉(专用转炉)，处理过程分两步进行：首先用喷吹法在高炉出铁沟对铁水进行脱硅处理，用撇渣器去除脱硅渣后，将铁水再兑入H炉进行脱磷、脱硫处理。脱磷时喷吹石灰系渣料、同时顶吹氧气，脱磷后再喷人苏打粉系渣料脱硫。经预处理的铁水再装入转炉进行脱碳。

用H炉进行铁水脱磷、脱硫处理具有如下特征：H炉内空间大，进行铁水预处理时，炉内反应效率高、反应速度快，可在较短的时间内连续完成脱磷、脱硫处理；可以用块状生石灰和转炉渣代替部分脱磷渣；脱磷过程中添加部分锰矿，可提高脱磷效率，增加了铁水中的锰含量。3．5新日铁君津制铁所

新日铁君津制铁所有两个炼钢厂，第一炼钢厂和第二炼钢厂均采用KR法脱硫(S≤0．002％)。第一炼钢厂有3座230 t复吹转炉；第二炼钢厂有两座300 t复吹转炉，第二炼钢厂采用LD—ORP法和MURC法两种工艺炼钢。

LD—ORP法渣量少、可生产高纯净钢。脱磷转炉弱供氧，大渣量，碱度为2．5—3．0，温度为l 320一l 350℃，纯脱磷时间约为9—10 min，冶炼周期约20 min，废钢比通常为9％，为了提高产量，目前废钢比已达到11％一14％，经脱磷后钢水(P≤0．020％)兑人脱碳转炉，总收得率>92％。转炉的复吹寿命约4 000炉。脱碳转炉强供氧，渣量少，冶炼周期为28—30 min，脱碳转炉不加废钢。从脱磷至脱碳结束的总冶炼周期约为50 min。恰好与连铸机的浇铸周期相匹配。3．6新日铁室兰制铁所和大分制铁所

新日铁室兰制铁所(两座270 t LD—OB转炉)和大分制铁所(3座370 t复吹转炉)受设备和产品的限制，难以采用“双联法”工艺，为此采用了新日铁开发的MURC技术，在同一转炉进行铁水脱磷预处理和脱碳吹炼，类似传统炼钢的“双渣法”。前期脱磷渣一般倒出50％，脱碳渣可直接留在炉内用于下一炉脱磷吹炼；MURC工艺冶炼周期约33—35 min，室兰制铁所和大分制铁所全部采用MURC工艺。． MURC设备为多功能复合吹炼转炉，在同一座转炉中可连续脱硅、脱磷、除渣和脱碳。工艺过程是：铁水在转炉中脱硅、脱磷后倒炉放渣，保留铁水，然后造脱碳渣进行脱碳，脱碳后出钢，脱碳渣留在转炉内用于下一炉铁水脱硅和脱磷。3．7 中国宝钢

2002年宝钢开始进行BRP技术研究。到2005年11月，采用BRP工艺生产了l 500多炉钢。宝钢转炉脱磷渣量约为20一40 kg／t，采用少渣冶炼时，转炉脱碳渣量约为15 kg／t，如脱碳炉渣全部返回脱磷炉使用，则渣中铁的50％可以在炼钢工艺循环利用。

BRP项目开发的工艺路线可适应不同钢种的需求，物流畅通，工序匹配合理。采用优化后的富锰矿熔融还原工艺与复合渣返回转炉冶炼工艺，不但可降低成本，经济效益也很显著。BRP工艺对于拓展品种、提高钢水质量、提升产品的市场竞争力以及实现效益最大化有重要作用。2004年6月10日，采用BRP技术连续生产4炉超纯净抗HIC X60管线钢(用1930连铸机浇注)，五大杂质元素含量见表1。由表1可见，4炉钢五大杂质元素含量之和均小于0．010％。

表2 BRP技术连续生产的4炉抗HIC X60管线钢的化学成分(质量分数)％

炉次 1 2 3 4平均 P 0.003 0.004 0.003 0.004 0.0035

S 0.0004 0.0005 0.0004 0.0006 0.0005

TO 0.0024 0.0016 0.0012 0.0011 0.0016

N 0.0031 0.0032 0.0024 0.0029 0.0029

H 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001

总计 0.009 0.0094 0.0071 0.0087 0.0086 4少渣炼钢与常规炼钢对比 宝钢二炼钢250 t转炉系统已实现100％的铁水进行预处理，其中35％的铁水进行脱磷处理，处理后三脱铁水中磷含量小于0．025％，硫含量小于0．003％，因而减轻了转炉脱磷负担。一炼钢300 t转炉系统曾将原脱硫车间的2号处理线改建为处理能力为30万t的铁水三脱预处理线，但因喷溅严重、处理周期长、温降大等种种原因未在生产上应用。为了降低成本，扩大品种，提高钢的质量，同时也为了摸清一炼钢厂实施少渣吹炼时，在生产组织、工序成本、工艺组织等方面的情况，以便为今后全面实现分段炼钢打下基础，宝钢在实验室热模拟实验基础上，在一炼钢300 t转炉上进行少渣吹炼及锰矿熔融还原的工业性试验，以期掌握少渣吹炼工艺的特点和规律，并在转蒋晓放工程师1969年生1991年毕业于东北大学现从事炼钢专业电话26647421炉中有效利用锰矿。4.1少渣炼钢的理论分析

锰的氧化及还原是钢铁冶炼过程的基本反应之一，氧气转炉内锰的氧化反应为：

[Mn]+(FeO)=(MnO)+Fe(1)⋯⋯⋯⋯(1)lgKMm=lg(aMnO/aMn*aFeO)=6440/T-2.95 在钢铁冶金理论的发展过程中，渣钢间锰的行为已有不少学者进行过研究，这些研究结果对氧化锰熔融还原反应机理的评价有多种假设。目前，比较一致的看法是氧化锰还原反应的整个过程由三个反应串联而成：(MnO)+Fe(1)=(FeO)+[Mn]⋯⋯⋯⋯(2)(FeO)+CO(g)=Fe(1)+C02(g)⋯⋯⋯(3)C02+[c]=2CO(g)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(4)总反应的表达式为：

(MnO)+[C]=[Mn]+CO(g)⋯⋯⋯⋯(5)显然，反应(3)和(4)的组合正是熔融氧化铁的间接还原反应，而反应(2)被称为铁锰的交换反应，实质上可看成是Fe、Mn的竞争氧化还原反应。在转炉炼钢的冶炼中期，由于碳的强烈氧化，钢液中氧浓度降低，(Fe0)大量减少，渣中(MnO)也随之减少，使得钢液中的[Mn]含量回升，形成回锰现象。这表明当渣中(FeO)含量与温度一定时，渣中(Mn0)含量越高，钢中回锰量就越多。4.2少渣吹炼的冶金效果分析 4.2.1脱碳 从原理上分析，由于铁水[si]含量低，吹炼时脱碳反应可以加速，又因吹炼过程和末期的脱碳速度分别取决于[0]和[c]扩散，而少渣吹炼时的渣层较薄，顶吹氧气的能量可以高效率地传到熔池，提高熔池的搅拌效果，促进熔池中[O]和[c]的扩散，从而有利于提高脱碳速度及缩短冶炼时间。但在实际试验期间，为保证脱磷要造好渣，氧气流量放小了，由表2可见，少渣吹炼的平均时间为17．2 min，要长于吹炼单脱硫铁水的平均时间(16．2 min)，这是今后要亟待解决的问题。4.2.2脱磷

表2列出了三脱铁水的少渣吹炼与单脱硫铁水吹炼的脱磷有关数据，可见少渣吹炼终点平均[P]比单脱硫铁水吹炼时低0．0023％。这是因为少渣操作时成渣快、渣层薄、炉渣的脱磷能力过剩，脱碳速度快、熔池搅拌效果好、钢渣反应充分，改善了脱磷反应的动力学条件，使脱磷反应更趋于平衡。在技术规程规定的出钢温度下，把渣中(T．Fe)和炉渣碱度控制在23％和3．5以上，可以使终点[P]容易地控制在0．010％以下。图1表示了转炉终点停吹磷含量与铁水磷含量的关系，可见二者的关联不明显。图2表示了脱磷率与辅料加入量的关系，可见增加转炉渣量无疑是有利于脱磷的。图3表示了脱磷率与终渣中(T．Fe)的关系，可见关系不明显，原因可能是碱度、渣量等对脱磷的影响更大。

4.2.3脱硫

少渣吹炼的平均入炉[s]是0．0042％，吹炼终点平均倒炉[s]是0．0105％，而吹炼单脱硫铁水的终点平均倒炉[s]是0．0112％，见表2，回硫的原因是原材料带入了硫。表明与吹炼单脱硫铁水相比，转炉少渣吹炼对钢中硫含量没有不利影响。

4.2.4锰收得率

图4给出了少渣吹炼时锰收得率与辅料加入量的关系，可见随着辅料加入量的减少，锰收得率有明显的提高。

4.2.5渣中铁损

尽管少渣吹炼会使进入废气粉尘中的铁损和终渣中的铁粒含量有所增加，而且以较高枪位吹炼会使(T．Fe)含量提高(实际试验期间(T．Fe)与吹炼单脱硫铁水持平)，但是由于渣量的大幅度减少，总的结果仍然是铁损得以改善。由表3可见，与吹炼单脱硫铁水相比，少渣吹炼的铁损吨钢减少12．7 kg。下面从铁水条件、转炉吹炼情况等方面，将转炉少渣吹炼的试验数据与普通单脱硫铁水常规吹炼实绩(同期生产实绩数据)进行分类比较，详见表1～表3。由表1可知，经三脱处理后铁水磷含量大幅度下降，最低甚至达到0．018％，三脱处理后硫含量也基本与单脱硫铁水一致；采用此三脱铁水吹炼，使带人转炉内的总磷量大幅度下降，比起单脱硫铁水平均下降0．053％，减轻了转炉脱磷的负荷，避免了转炉采用大量精炼炉渣进行脱磷、硫的造渣作业，因此从铁水成分尤其是磷、硫含量上，磷、硫降低了，钢水成分能够满足冶炼工艺要求，而且不同程度地提高了钢水的纯净度。转炉采用三脱铁水少渣吹炼在辅料单耗、转炉渣量和铁损

此三脱铁水完全能满足转炉少渣吹炼的需要。从表1中还看出，三脱铁水处理温降比单脱硫铁水大89℃，此温降基本用于铁水脱磷处理，因此如何缩短脱磷处理时间、减少脱磷处理粉剂消耗，直接影响到处理中铁水温降量，影响到入炉铁水温度。另外由表1还可看到三脱铁水中硅含量为痕迹，对转炉吹炼化渣作业而言，开吹后势必前期碱度过高导致起渣慢、成渣难，转炉必须增加额外硅源和助熔剂化渣(试验中采用软硅石和萤石)。三脱铁水少渣吹炼与单脱硫铁水常规吹炼在入炉铁水条件、转炉停吹成分和温度以及吹炼时间的对比见表2。由于三脱处理工艺对鱼雷罐内的铁水高度有要求，所以无法满足一罐铁水对一个铁水包的要求；又限于生产组织的困难，也无法炉炉满足二罐三脱铁水对一个铁水包的要求，因此采取一罐三脱铁水为主拼少许单脱硫铁水的受铁方式。从铁水包分析值看此种受铁方式对三脱铁水成分影响不大。考虑到三脱铁水热量的不足，转炉冶炼三脱铁水采用90％的铁水比，为此三脱铁水与单脱硫铁水的吹炼比较均在90％铁水比条件下进行的。

由表2可以看出，采用三脱铁水少渣吹炼，钢水收得率比单脱硫铁水常规吹炼时提高了，停吹方面与转炉采用单脱硫铁水常规吹炼的对比见表3。

由表3数据可知，采用三脱铁水后，因铁水带入转炉内的总磷量的下降，致使转炉避免了造大量精炼炉渣进行脱磷的作业，由此石灰、轻烧等造渣材料的消耗大幅度下降(吹炼三脱铁水所消耗的石灰与轻烧量仅为单脱硫铁水的三分之一)；同时由于造渣材料的减少，进一步使终渣量减少(吨钢渣量平均减少60 kg)，由此带来的好处就是渣中铁损量的下降、钢水收得率的提高；而且由于三脱铁水含硅量极低，因此碳的氧化要比单脱硫铁水早，故吹炼中耗氧量也比单脱硫铁水少。发展前景展望

据统计，转炉脱碳渣用于另一座转炉脱磷的“双联法”，每生产1 t钢水的钢铁料消耗比传统方法减少24。3 kg，石灰消耗减少40％，每吨钢成本降低约70元。转炉采用少渣冶炼工艺，可显著提高铁水的收得率，经济效益显著。由于少渣炼钢用铁水硅含量很低，造渣用石灰加入量明显减少，降低了渣料消耗和能耗，减少了污染物的排放。因转炉内渣量少，氧的利用率高，吹炼终点钢水中含氧量低。余锰高，减少喷溅，铁损少，合金元素收得率较高，从而降低了生产成本。少渣炼钢工艺缩短了冶炼时间，提高了转炉作业率和生产能力，延长了转炉炉龄。提高了转炉终点命中率。改善了钢水的纯净度，为生产超纯净钢创造了条件。国内外的研究和实践表明，少渣炼钢工艺适于大量、经济地生产纯净钢。钢铁产量的迅猛增长，必然会受到资源、能源和环境的限制。少渣炼钢工艺钢铁料消耗低，有利于缓解国内铁矿资源的紧张状况，应用前景可观。

参考文献

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第二篇：转炉少渣工艺现状与展望

转炉少渣工艺现状与展望

摘要：阐述了少渣炼钢的工艺路线，分析了转炉少渣吹炼的供气制度、造渣制度、温度制度、合金化制度等，介绍了国内外7家钢厂典型的少渣炼钢工艺及其冶金效果，指出少渣炼钢是未来炼钢的主要发展方向。

关键词：转炉；少渣炼钢；工艺制度

Progress and Prospect of Less Slag Steelmaking Process Abstract：The paper summarizes the process line of less slag steelmaking，and analyzes the system of gas supplying，slagging and alloying，that 0f the temperature and SO on．of less slag blowing in converter．introduces the typical processes of less slag steelmaking and its metallurgical effects of seven steel plants at home and abroad，meanwhile，points out that less slag steelmaking is the main development direction of the steelmaking in the future．

Key words：converter；less 8lag steelmaking；process system 铁水“三脱”使传统炼钢工艺发生了显著变化，在铁水预处理阶段进行脱硅、脱磷和脱硫，使炼钢转炉的主要功能转变为调温和脱碳，同时炼钢渣量减少，形成了少渣炼钢工艺。由于少渣炼钢用的铁水硅含量很低，造渣用石灰加入量明显减少，降低了渣料消耗和能耗，喷溅少，铁损低，减少了污染物的排放。同时，因渣量少，氧的利用效率高，吹炼终点钢水中氧含量低，余锰高，合金元素收得率较高，从而降低了生产成本。另外，少渣炼钢工艺终点命中率高，改善了钢水的纯净度，为生产超纯净钢创造了条件。1 少渣炼钢工艺路线

常见的转炉炼钢工艺路线有四种。第一种是传统的炼钢工艺，欧美各国的炼钢厂多采用这种模式，即铁水先脱硫预处理后，再转炉炼钢。通常转炉炼钢渣量占金属量的10％以上，转炉渣中FeO含量在17％左右。此外，渣中还含有约8％的铁珠，该工艺钢铁料消耗高。第二种炼钢工艺是先在铁水沟、混铁车或铁水罐内进行铁水“三脱”预处理，然后在复吹转炉进行少渣炼钢，这种工艺的不足之处是脱磷前必须先脱硅，废钢比低(≤5％)，脱磷渣碱度过高，难于利用。第三种炼钢工艺是20世纪90年代中后期日本各大钢厂试验研究成功的转炉铁水脱磷工艺，该工艺解决了超低磷钢的生产难题。与第二种工艺路线的明显区别是脱磷预处理移到转炉内进行，转炉内自由空间大，反应动力学条件好，生产成本较低。具体工艺是采用两座转炉双联作业，一座脱磷，另一座接受来自脱磷炉的低磷铁水脱碳[

1、2]，即“双联法”。典型的双联法工艺流程为：高炉铁水_+铁水预脱硫-+转炉脱磷_+转炉脱碳_+炉外精炼．+连铸。由于受设备和产品的限制，也有在同一座转炉上进行铁水脱磷和脱碳的操作模式，类似传统的“双渣法”。第四种炼钢工艺是对第三种炼钢工艺进行了改进，与第三种工艺的明显不同是将部分脱碳渣(约8％)返回脱磷转炉，脱磷后的铁水进入脱碳转炉脱碳。该工艺是目前渣量最少、最先进的转炉生产纯净钢的工艺路线。在上述四种转炉炼钢工艺路线中，后三种炼钢工艺铁水经过“三脱”预处理后再脱碳炼钢，能够做到少渣操作。四种

转炉炼钢工艺路线的渣量比较见图1。从图l可以看出，后三种炼钢工艺的吨钢渣量低于70 kg／t。

国外专家认为，少渣炼钢是在转炉炼钢时，每吨金属料加入的石灰量低于20 kg，脱碳炉每吨钢水的渣量低于30 kg。值得指出的是，如果将脱磷转炉每吨金属料产生的20～40 kg脱磷渣也视为炼钢渣，那么少渣炼钢工艺流程的总渣量约为50-70 kg。总之，转炉少渣炼钢必须以铁水预处理为前提条件。铁水“三脱”预处理后，铁水中的硅、磷和硫含量基本上达到了炼钢吹炼终点的要求。对少渣炼钢脱碳转炉操作而言，操作任务发生了变化，工艺制度也要进行调整。2 工艺制度分析 2．1供气制度

少渣炼钢脱碳转炉全过程顶吹氧枪枪位采用“高一低一低”三段式控制较为合理。由于入炉铁水硅、锰含量较低，碳氧反应提前，渣量很少，前期枪位低会造成金属喷溅。同时硅的减少给炼钢初期成渣带来困难，采用较高枪位操作便于快速成渣，增加吹炼前期渣中氧化铁的含量，然后根据化渣情况逐步降低枪位。与常规吹炼相比，少渣吹炼前期氧气流量应适当降低，吹炼后期加大底吹气体流量有利于减少铁损和提高锰的收得率。2．2造渣制度

转炉少渣吹炼时，生石灰及其它造渣材料在吹炼开始或吹炼中期投入。一般不加萤石，转炉化渣不良时，可投少量萤石帮助化渣。如铁水硅没有达到控制目标，配加适量的软硅石，700 kg软硅石相当于铁水中0．10％的硅生成的Si02。铁水经“三脱”预处理后，少渣吹炼应结合留渣操作。日本君津炼钢厂冶炼低碳铝镇静钢时，采用少渣吹炼，吨钢造渣剂消耗降至7．2 kg，如果全部采用低磷铁水(P≤0．050％)冶炼，吨钢造渣材料的单耗也只有12．4 kg。NKK福山厂开发的少渣炼钢技术，其渣量控制在吨钢30 kg。新日铁室兰钢厂使用“三脱”铁水炼钢，吨钢石灰消耗20 kg，转炉总渣量减少了50％。我国宝钢和太钢采用“三脱”铁水进行少渣炼钢试验，结果总渣量减少了50％。但是，神户制钢在进行少渣吹炼时，发现连续3炉以上均采用吨钢渣量小于20 kg的少渣量操作，炉衬上几乎不附着熔渣，耐火材料易受到侵蚀，从而影响转炉炉龄。因此，神户制钢将渣量控制在每吨钢40 kg左右。在降低造渣料消耗的前提下，为了保护炉衬、覆盖钢液、减少金属喷溅，采取的有效措施是留渣操作。出钢后，将前一炉的高温、高碱度、高氧化性的终渣留一部分(吨钢约10 kg左右)于炉内，加入少量石灰或白云石，然后兑铁炼钢。新日铁君津厂和神户制钢就是采用留渣操作补充渣量的冶炼方法。

2．3温度制度

采用“三脱”铁水吹炼时，确定温度制度的关键在于合理选用造渣料和废钢用量，以平衡因铁水温度降低和放热反应元素(硅和磷等)减少而导致的热量改变。一般通过减少造渣料和废钢用量就可实现热平衡。“三脱”铁水少渣吹炼时，停吹温度平均为l 657℃，而只进行脱硫的铁水预处理吹炼时，停吹温度平均为l 655℃。

2．4炉内部分合金化

应用“三脱”铁水实现少渣炼钢后，造渣料消耗大幅度减少。如果有富余的热量，可实现锰矿或铬矿直接合金化。如日本钢管公司采用的炉内锰矿合金化工艺，通过控制碱度，降低渣中T·Fe，使低碳钢水终点锰含量达到l％，锰的收得率大于70％。另外，日本的新13铁、JFE、住友金属和神户制钢的炼钢厂在生产含锰低于1．5％的合金钢时，采用锰矿直接代替全部锰铁合金，取得了较好的经济效益。典型的少渣炼钢工艺

日本发明的转炉脱磷少渣炼钢工艺方法主要有JFE福山制铁所的LD—NRP法(双联法)、住友金属的SRP法(双联法)、神户制钢的H炉(专用转炉)、新日铁的LD—ORP法(双联法)和MURC法(双渣法)。

宝钢开发的BRP技术在其一炼钢、二炼钢和不锈钢分厂应用，取得了较好的效果。

3．1JFE福山制铁所

福山制铁所是13本粗钢产量最高的厂家(1080万t／a)，设有两个炼钢厂(第二炼钢厂和第三炼钢厂)，第三炼钢厂有两座320 t顶底复吹转炉，采用LD—NRP工艺，一座转炉脱磷，另一座脱碳；转炉在炉役前期用于脱碳，炉役后期用于脱磷，脱碳转炉炉龄低于脱磷转炉。转炉脱磷能力为450万t／a。1999年开始，该厂铁水全部采用转炉脱磷预处理。脱磷转炉指标：吹炼时间为10 min；废钢比为7％～10％；氧气流量为30 000 m3／h，底吹气体为3 000 m3／h；石灰消耗为lO～15 kg／t。脱碳转炉指标：石灰消耗5～6 kg／t；炉龄约 7 000炉。

第二炼钢厂有3座250 t顶底复吹转炉，采用传统的“三脱”工艺，“三脱”处理能力为420万t／a 3．2住友金属鹿岛制铁所 鹿岛制铁所有两个炼钢厂，第一炼钢厂有3座250 t转炉，采用本公司发明的SRP法炼钢；第二炼钢厂有两座250 t转炉，采用常规冶炼工艺。第一炼钢厂一座转炉脱磷，另两座转炉脱碳(二吹一)，脱磷铁水富余25％运送给第二炼钢厂。脱磷转炉指标：吹炼时间为8 min；冶炼周期为22 rain；废钢比为10％(加轻废钢)；出铁温度为1 350 oC，渣量为40 kg／t。

脱碳转炉指标：吹炼时间为14 min；冶炼周期为30 min；锰矿用量为15 kg／t(Mn回收率30％一40％)；渣量为20 kg／t(以干渣方式回收)。3．3住友金属和歌山制铁所

住友金属和歌山制铁所年产粗钢390万t。炼钢生产采用“双联法”(sne)，铁水全部经转炉脱磷处理。该厂脱磷转炉与脱碳转炉设在不同跨间，脱磷转炉和脱碳转炉的吹炼时间分别为9—12 min，转炉炼钢的冶炼周期控制在20 rain以内。一个转炉炼钢车间给三台连铸机供钢水，是目前世界炼钢生产节奏最快的钢厂。和歌山制铁所“双联法”(SRP)的优点是：建立起高效率、低成本、大批量生产纯净钢的平台，显著改善IF钢抗二次加工脆化和热轧钢板低温冲击韧性等性能；炼铁生产可以采用较高磷含量的低价位铁矿石，铁水磷含量放宽至0．10％一0．15％，降低了矿石采购成本；炼钢时使用锰矿石取代MnFe合金；炼钢渣量显著降低，脱碳炉渣可返回用于脱磷转炉；脱磷炉渣不经蒸汽稳定化处理，可直接铺路；加快了大型转炉的生产节奏，与高拉速连铸机相匹配；工序紧凑。3．4神户制钢

由于神户制钢生产的高碳钢比例较大，转炉的脱磷负荷大，铁水脱磷、脱硫预处理用H炉(专用转炉)，处理过程分两步进行：首先用喷吹法在高炉出铁沟对铁水进行脱硅处理，用撇渣器去除脱硅渣后，将铁水再兑入H炉进行脱磷、脱硫处理。脱磷时喷吹石灰系渣料、同时顶吹氧气，脱磷后再喷人苏打粉系渣料脱硫。经预处理的铁水再装入转炉进行脱碳。

用H炉进行铁水脱磷、脱硫处理具有如下特征：H炉内空间大，进行铁水预处理时，炉内反应效率高、反应速度快，可在较短的时间内连续完成脱磷、脱硫处理；可以用块状生石灰和转炉渣代替部分脱磷渣；脱磷过程中添加部分锰矿，可提高脱磷效率，增加了铁水中的锰含量。3．5新日铁君津制铁所

新日铁君津制铁所有两个炼钢厂，第一炼钢厂和第二炼钢厂均采用KR法脱硫(S≤0．002％)。第一炼钢厂有3座230 t复吹转炉；第二炼钢厂有两座300 t复吹转炉，第二炼钢厂采用LD—ORP法和MURC法两种工艺炼钢。

LD—ORP法渣量少、可生产高纯净钢。脱磷转炉弱供氧，大渣量，碱度为2．5—3．0，温度为l 320一l 350℃，纯脱磷时间约为9—10 min，冶炼周期约20 min，废钢比通常为9％，为了提高产量，目前废钢比已达到11％一14％，经脱磷后钢水(P≤0．020％)兑人脱碳转炉，总收得率>92％。转炉的复吹寿命约4 000炉。脱碳转炉强供氧，渣量少，冶炼周期为28—30 min，脱碳转炉不加废钢。从脱磷至脱碳结束的总冶炼周期约为50 min。恰好与连铸机的浇铸周期相匹配。3．6新日铁室兰制铁所和大分制铁所

新日铁室兰制铁所(两座270 t LD—OB转炉)和大分制铁所(3座370 t复吹转炉)受设备和产品的限制，难以采用“双联法”工艺，为此采用了新日铁开发的MURC技术，在同一转炉进行铁水脱磷预处理和脱碳吹炼，类似传统炼钢的“双渣法”。前期脱磷渣一般倒出50％，脱碳渣可直接留在炉内用于下一炉脱磷吹炼；MURC工艺冶炼周期约33—35 min，室兰制铁所和大分制铁所全部采用MURC工艺。． MURC设备为多功能复合吹炼转炉，在同一座转炉中可连续脱硅、脱磷、除渣和脱碳。工艺过程是：铁水在转炉中脱硅、脱磷后倒炉放渣，保留铁水，然后造脱碳渣进行脱碳，脱碳后出钢，脱碳渣留在转炉内用于下一炉铁水脱硅和脱磷。3．7 中国宝钢

2002年宝钢开始进行BRP技术研究。到2005年11月，采用BRP工艺生产了l 500多炉钢。宝钢转炉脱磷渣量约为20一40 kg／t，采用少渣冶炼时，转炉脱碳渣量约为15 kg／t，如脱碳炉渣全部返回脱磷炉使用，则渣中铁的50％可以在炼钢工艺循环利用。

BRP项目开发的工艺路线可适应不同钢种的需求，物流畅通，工序匹配合理。采用优化后的富锰矿熔融还原工艺与复合渣返回转炉冶炼工艺，不但可降低成本，经济效益也很显著。BRP工艺对于拓展品种、提高钢水质量、提升产品的市场竞争力以及实现效益最大化有重要作用。2004年6月10日，采用BRP技术连续生产4炉超纯净抗HIC X60管线钢(用1930连铸机浇注)，五大杂质元素含量见表1。由表1可见，4炉钢五大杂质元素含量之和均小于0．010％。

表2 BRP技术连续生产的4炉抗HIC X60管线钢的化学成分(质量分数)％

炉次 1 2 3 4平均

P 0.003 0.004 0.003 0.004 0.0035

S 0.0004 0.0005 0.0004 0.0006 0.0005

TO 0.0024 0.0016 0.0012 0.0011 0.0016

N 0.0031 0.0032 0.0024 0.0029 0.0029

H 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001

总计 0.009 0.0094 0.0071 0.0087 0.0086 4 发展前景展望

据统计，转炉脱碳渣用于另一座转炉脱磷的“双联法”，每生产1 t钢水的钢铁料消耗比传统方法减少24。3 kg，石灰消耗减少40％，每吨钢成本降低约70元。转炉采用少渣冶炼工艺，可显著提高铁水的收得率，经济效益显著。由于少渣炼钢用铁水硅含量很低，造渣用石灰加入量明显减少，降低了渣料消耗和能耗，减少了污染物的排放。因转炉内渣量少，氧的利用率高，吹炼终点钢水中含氧量低。余锰高，减少喷溅，铁损少，合金元素收得率较高，从而降低了生产成本。少渣炼钢工艺缩短了冶炼时间，提高了转炉作业率和生产能力，延长了转炉炉龄。提高了转炉终点命中率。改善了钢水的纯净度，为生产超纯净钢创造了条件。国内外的研究和实践表明，少渣炼钢工艺适于大量、经济地生产纯净钢。钢铁产量的迅猛增长，必然会受到资源、能源和环境的限制。少渣炼钢工艺钢铁料消耗低，有利于缓解国内铁矿资源的紧张状况，应用前景可观。

参考文献

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第三篇：干法脱硫工艺技术分析

干法脱硫工艺技术分析

摘 要：火电厂排放的二氧化硫形成的酸雨已严重危害人类的生存环境，国家强制要求火电厂必须安装烟气脱硫装置。但是，受技术和经济等条件的限制，必须发展脱硫率高、系统可利用率高、流程简化、系统电耗低、投资和运行费用低的脱硫技术和工艺。在这种形势下，干法脱硫工艺应运而生。为此，结合国内外目前比较成熟、大型商业化运行的几种干法、半干法脱硫工艺，分析了干法、半干法脱硫工艺在大型化发展、控制调节、预除尘器和脱硫除尘器设置的技术要点，最后指出干法脱硫工艺具有广阔的应用前景。

关键词：烟气脱硫；干法脱硫工艺;技术要点；前景

1烟气脱硫技术的发展和现状

世界上烟气脱硫技术的发展经历了以下3个阶段：

a)20世纪70年代，以石灰石湿法为代表第一代烟气脱硫。

b)20世纪80年代，以干法、半干法为代表的第二代烟气脱硫。主要有喷雾干燥法、炉内喷钙加炉后增湿活化（LIFAC）、烟气循环流化床（CFB）、循环半干法脱硫工艺（NID）等。这些脱硫技术基本上都采用钙基吸收剂，如石灰或消石灰等。随着对工艺的不断改良和发展，设备可靠性提高，系统可用率达到97%，脱硫率一般为70%～95%，适合燃用中低硫煤的中小型锅炉

c)20世纪90年代，以湿法、半干法和干法脱硫工艺同步发展的第三代烟气脱硫。

由于技术和经济上的原因，一些烟气脱硫工艺已被淘汰，而主流工艺，如石灰石-石膏湿法、烟气循环流化床、炉内喷钙加炉后增湿活化、喷雾干燥法、气体悬浮吸收脱硫工艺（GSA）以及改进后的NID却得到了进一步的发展，并趋于成熟。这些烟气脱硫工艺的优点是：脱硫率高(可达95%以上)；系统可利用率高；工艺流程简化；系统电耗低；投资和运行费用低。从20世纪90年代开始，中国先后从国外引进了各种类型的脱硫技术，建成了6个示范工程项目，涉及湿法、半干法和干法烟气脱硫技术，见表1。



本文根据几种干法、半干法脱硫工艺的基本原理，对干法工艺的几个重要方面进行分析。

2脱硫塔大型化的要点

2.1尽量使用单塔脱硫

随着机组容量的增大，脱硫塔的直径也随着增大。在能使用单塔的情况下，尽量不要使用双塔和多塔，因为单一吸收塔技术提高了系统的可靠性和脱硫率，而且初期投资费可降低30%～50%。脱硫副产品回收利用的研究开发，也拓宽了其商业应用的途径。

2.2脱硫塔大型化的主要问题

脱硫塔大型化最主要的问题是要保证塔内流场中温度的均匀性和调节的灵敏性。

a)塔内流场中温度均匀性的要求

在塔的高度方向的各个断面上，各点的温度趋于一致，不能有高、低温差异太大的情况出现。因为高温处的SO2吸收反应效果较差，高温时吸收剂的活性较小，反应温度与烟气露点温度的差值较大（AST），反应率就低；而低温处，尤其出现低于露点温度，即AST＜0时，容易出现局部的结露、粘连和筒壁腐蚀，这就是为什么有些脱硫工艺需要在反应塔内加装内衬的原因，其实，这种情况的危害性较大，反应塔可以通过内衬防腐，但烟气下游的设备和烟气管道却难以防腐，且花费较大。

b)脱硫塔调节的灵敏性要求

随着负荷、工况的变化，各参数的负荷应变时间短，较少滞后，使脱硫效率随着工况的变化而变化，从而保证各种工况下脱硫率稳定。 2.3循环流化床烟气脱硫塔

为保证脱硫反应塔温度的均匀性和调节灵敏性，要求塔内有良好的传质特性。物料的传质往往比传热更重要，而且能更快达到更好的效果，单纯的传热速度较慢，而且热力场有热力梯度，很难使各点的温度在短时间内很均匀，利用循环流化床的原理而设计的脱硫塔，在这一方面比较能够达到这一要求，它使反应塔内的传热传质非常强烈。 2.3.1循环流化床脱硫塔的特点

根据循环流化床原理而设计制造的脱硫反应塔，其烟气进入反应塔底部时，塔内文丘里的加速，将喷入塔内的吸收剂和循环回流的物料吹起，形成沸腾床体，气体和物料无论处于流化床的过渡段还是稳定段，都处于强烈的紊流状态，物料之间的碰撞、摩擦、反应、传热等物理化学过程非常强烈，任何工况变化所引起的波动都会在这个强烈的传热传质状态下迅速达到新的平衡。这样，布置在塔顶的温度测点产生假信号或几个测点的温度信号不一致而使控制系统无法及时进行各种物料的调节的可能性大为减少，同时也使脱硫设备出现低温、结露、腐蚀的概率大为减少。

2.3.2回流式循环流化床烟气脱硫塔的特点

尤其是德国WULFF公司的回流式烟气循环流化床（RCFB），其独特的流场和塔顶结构设计，在RCFB吸收塔中，烟气和吸收剂颗粒的向上运动中会有一部分因回流（Reflux）而从塔顶向下返回塔中。这股向下的回流固体与烟气的方向相反，而且，它是一股很强的内部湍流，从而增强了烟气与吸收剂的接触时间。实际上可以认为这是一种与外部再循环相似的内部再循环。在内部再循环的作用下，RCFB工艺的脱硫效率得到了优化。也许很多脱硫工艺都很难避免腐蚀情况的出现，但这种概率和趋向则可以把握。 2.4脱硫塔内烟气湿度的控制

温度的控制，实质上是对烟气湿度的控制。脱硫工艺中，烟气的湿度对脱硫效率的影响很大。例如炉内喷钙尾部增湿工艺，其炉内喷钙脱硫效率为25%～35%，尾部增湿效率为40%～50%，总效率为75%左右，这说明了烟气湿度对脱硫效率的影响。在相对湿度为40%～50%时，消石灰活性增强，能够非常有效地吸收SO2，烟气的相对湿度是利用向炉内给烟气喷水的方法来提高。半干法烟气脱硫工艺中，水和石灰以浆液的状态注入烟气，浆液中固态物的质量分数为35%～50%，而干法脱硫工艺，如RCFB和NID，加入的水量相同，但水分布在粉料微粒的表面，用于蒸发的表面积很大。烟气湿度的提高，可以使烟气脱硫操作温度接近或高于露点温度10～20 ℃(实践中，这一温度范围为65～75 ℃)，激活消石灰吸收SO2。SO2是烟气中反应较慢的成分，保持床温接近露点温度（即较高的相对湿度），可以保持微粒表面的湿膜有较长的停留时间，促进SO2和Ca2化学成分之间的反应，使吸收的程度和石灰的利用率达到最佳。SO3和卤化酸类（HCl、HF等）的酸性比SO2强，所以SO3，HCL，HF成分在装置中的去除率达99%，因其活性强，几乎能全部与SO2同时被吸收，适量的卤化酸类因钙的吸湿性、因雾滴在湿润环境中的干燥时间较长，有助脱除SO2，这也是采用接近露点温度的另一好处。

3干法脱硫工艺的运行调节

干法脱硫工艺的系统控制和调节主要取以下3个信号，用以前馈或反馈到各个调节回路，相互配合，达到脱硫的最佳工况条件，保证脱硫的效果。3.1控制好脱硫塔内的温度及高度重视塔内的加水方式

a)监测脱硫塔内的温度，以此来调节喷水系统的开度和喷水量的大小，保持适当的AST值，使床温在各种负荷和工况条件下，烟气的酸露点温度始终保持在较高处，这样，吸收剂的活性最佳，能够较好地捕捉SO2，并发生化学反应，提高脱硫率。

在大型化商业运行的脱硫塔中，温度的控制是比较困难的，它是制约脱硫装置大型化发展的主要因素之一。当脱硫塔直径越来越大时，要各个大面积截面上的温度保持均匀性，需采取大量的有效措施，目前，干法、半干法脱硫装置还没有在较大容量机组上使用的业绩，与此有很大关系。较为成熟的脱硫技术，如旋转喷雾法，GSA法，其单塔容量一般都在100 MW机组以下，单塔直径4 500 mm以下，而NID法则做得更小一些。各国公司都在围绕干法、半干法脱硫装置大型化发展进行开发和研究，德国WULFF公司利用流化床和带内回流的循环流化床技术（RCFB），在解决传热传质这一问题上，取得了一定的成绩，效果明显。目前，RCFB单塔用于奥地利1台300 MW机组烟气脱硫并获得成功。

b)给脱硫塔内加水的方式颇为讲究。在旋转喷雾，GSA半干法中，由于吸收剂以浆液形式喷入时带有水，运行时又需加调节，造成由温度信号而引起的水路调节变得复杂化，因为在喷浆工艺中，所加入的水与吸收剂的量有比例关系，使喷水调节受其它因素影响。NID法的水完全与吸收剂、再循环料一道加入反应塔（视垂直烟道为反应塔）。RCFB法吸收剂直接以干粉形态喷入，水路另外单独喷入，就喷水调温而言，RCFB法显然要更方便一些。 3.2监测SO2排放量

监测SO2排放量信号，用于调节脱硫剂的加入量。当SO2排放量较大时，就应加入更多的吸收剂去吸收更多的SO2；当SO2的排放量较小时，就应减少吸收剂的使用，使系统运行经济合理，降低成本。3.3监测吸收塔的压降

监测吸收塔的压降，用于调节再循环量的大小，使脱硫渣的循环量和循环次数控制在设计范围之内，这样既可控制下游脱硫除尘器的入口灰尘的质量浓度和烟囱烟尘质量浓度的排放，又可提高吸收剂的利用率，降低碱酸比。

控制这三个监测量及其相关的信号去调节各运行回路，使脱硫系统的运行达到最优化，这是干法、半干法脱硫工艺控制系统的基本要求。就控制的灵敏性、可靠性而言，如果三个控制回路能完全独立，各行其是，互不影响则最理想，而RCFB技术的控制原理最能符合这一要求，由于其吸收剂、水和脱硫渣的再循环是独立加入到脱硫塔的，这样就避免了其它工艺三者的互相牵连，避免了增加脱硫剂时附加了水而使温度下降或加水降温时附加了脱硫剂，从而增加再循环量而增大碱酸比的情况。当然，以上三个参数总是相互影响、协同调节的，但三路系统的参数分别调节，会更方便灵活一些。

4预除尘器设置的探讨

对于是否使用预除尘器，很多文献或资料并没有详细说明。据国外一些资料指出，一般干法或半干法都设有预除尘器，但国内很多电厂没有设预除尘器。不设预除尘器，笔者认为起码会影响以下2方面。 4.1不利于燃料灰和脱硫灰的再循环

根据计算，锅炉燃煤产生的燃料灰的量比较多，而用于脱硫产生的脱硫灰的量比较少，通常前者是后者的三倍左右。以200 MW机组为例，耗煤量约95 t/h，产生的燃料灰约22 t（灰分的质量分数以25%计），而脱硫灰量（硫的质量分数以0.85%计）约7 t；以300 MW机组为例，耗煤量约140 t/h，产生的燃料灰约32 t，而脱硫灰量约11 t。这就是说，如果没有预除尘器，当脱硫灰和燃料灰混在一起再循环时，将有75%的再循环物是燃料灰，而这些大量的燃烧灰对提高脱硫率和降低碱酸比值并没有帮助，还会减少吸收剂、脱硫灰与SO2的接触，消耗动力，增大反应塔容量；由于再循环量变大，还会提高烟气喷射的初始速度以达到同样的流化状态，这一初始速度的提高，还会带来以下2个问题：

a)减小烟气在塔内的停留时间，使气体很快通过吸收塔，降低了塔内的反应率，将部分脱硫反应留在了下游设备中。

b)一般燃料灰比脱硫灰要粗一些，燃料灰的平均粒径大致为15μm±5μm，脱硫灰的平均粒径大致为10μm±5μm；燃料灰的体积质量一般为700～1 000 kg/m3，而脱硫灰的体积质量一般为500～1 000 kg/m3，烟气流速的加大，将大量的细微粒带出了反应塔，不利于吸收剂的有效利用，影响了碱酸比。 4.2影响脱硫塔下游的脱硫除尘器

是否设置预除尘器，对脱硫塔下游的脱硫除尘器会产生较大的影响。如果没有预除尘，大量燃煤灰混在脱硫灰中一起循环，使得循环量变大，脱硫除尘器的入口质量浓度也随之增大，在除尘器排放指标一定的情况下，脱硫除尘器的入口质量浓度是有限度的，太高的入口粉尘质量浓度也会使除尘器的造价上升，这样势必减少循环次数，降低吸收剂利用率，使碱酸比值变大。如果有预除尘器，这一情况将得到改善。这就可以解释GSA，NID脱硫工艺，在没有预除尘器时，循环次数只有30～50次；而CFB，RCFB脱硫工艺，由于设置了预除尘器，循环次数就可以达到100～150次。

5脱硫除尘器的设置

干法、半干法脱硫用的除尘器有别于火力发电厂的常规除尘器，大型火力发电厂一般1台炉配2台除尘器，而脱硫装置如果是配单塔脱硫，则通常只配一台除尘器。除了设备数量的不同使得脱硫除尘器变大外，其差别还主要在于除尘器入口质量浓度的不同。火力发电厂所配除尘器的入口质量浓度通常在35 g/m3左

3右（标准状态），若烟尘排放标准以200 mg/m计（标准状态），则效率通常为99.4%左右，而脱硫除尘器的入口质量浓度由于脱硫渣的多次再循环而变得很大，3通常达到0.6～1 kg/m（标准状态）。要达到相同的排放质量浓度，除尘效率通常要求达到99.97%以上。如使用RCFB技术的广州恒运集团公司的以大代小1×210 MW机组的烟气脱硫系统，脱硫除尘器的入口质量浓度为800 g/m3（标准状态），除尘效率要求达99.975%；使用NID技术的浙江巨化股份有限公司的230 t/h烟

3气脱硫用除尘器的入口质量浓度为1 kg/m（标准状态），除尘效率要求达99.98%。凡利用循环技术进行干法、半干法脱硫的工艺，其脱硫除尘器的入口质量浓度都很高。如GSA，NID等工艺，由于循环量较大，一般循环次数为30～40次时，脱

3硫除尘器的入口质量浓度便达到了1 kg/m（标准状态）。如采用预除尘器，由于再循环量减少了大约70%，其循环次数在100～150次左右时，脱硫除尘器的3入口质量浓度可达到600～800 g/m（标准状态），如RCFB工艺。对于高粉尘质量浓度的除尘器，国外有用布袋式的，也有用静电式的。由于布袋除尘价格较高，检修强度较大，更换频率快，且系统压降较大，厂用电高，我国趋向于使用静电除尘器。静电除尘器处理高质量浓度粉尘在结构上有其特殊的地方，各种工艺所采取的办法也不尽相同，如GSA工艺，在烟气进静电除尘器之前，先通过旋风分离器进行机械预除尘；NID脱硫工艺，在静电除尘器上加一段机械预除尘和小灰斗；lurgi公司采用上进气方式，通过烟气回转折流预除尘；德国WULFF公司在进口及第一电场采取预除尘措施的同时，又在振打清灰，改善放电极线形式，加大放电强度，提高放电电流强度，防止二次飞扬等方面做工作，并取得了较好的效果，获得了很高的除尘效率。尽管脱硫除尘器的入口质量浓度很高，但由于脱硫灰分的组成主要是钙的化合物，不会有燃煤灰中的Al2O3和游离SiO2等难以捕捉的物质，且脱硫灰的粉尘较细、比电阻较小，含湿量相对高一些、温度较低等因素，还是对除尘有利。但是，脱硫除尘器是干法、半干法脱硫工艺一个非常主要的设备。因为不仅有部分脱硫反应在除尘器中完成，而且除尘器还与脱硫塔的再循环联系在一起。严格意义上讲，脱硫除尘器是干法、半干法脱硫工艺的一个组成部分，与脱硫塔密不可分，实际上，国外所讲的干法脱硫工艺系统，就包括了脱硫除尘器。

6结论

由于干法脱硫工艺在占地、造价、操作、调节、维护、副产品无二次污染等方面的优点，这种工艺越来越受到业主方的广泛青睐。现在各国都在积极研究干法脱硫技术，并使之逐步向设备大型化、系统简单化、控制自动化发展，所以国内干法、半干法应用的比例也在逐步提高。随着对干法脱硫工艺的深入认识、研究和改进以及对脱硫灰综合利用的开发，干法脱硫工艺将会有更加广阔的应用前景。

参考文献

［1］黎在时，刘卫平．德国 WULFF公司的干法脱硫技术［J］．中国环保产业,2002(2):74—76 ［2］刘孜．我国二氧化硫和酸雨污染防治工作取得阶段性成果［J］．电力需求侧管理, 2001，3(3)：5—6

［3］容銮恩．燃煤锅炉机组［M］． 北京: 中国电力出版社, 1998 ［4］郝吉明,王书恩．燃煤二氧化硫污染控制技术手册［M］北京: 化学工业出版社, 2001 ［5］薛建明, 马果骏.炉内喷钙炉后活化脱硫工艺对电除尘器性能的影响［J］．电力环境保护, 2001,17(1)：9—11

［6］王文龙，施正伦．流化床脱硫灰渣的特性与综合利用研究［J］．电站系统工程, 2002, 18(5)：19—21

第四篇：干法脱硫工艺技术分析（xiexiebang推荐）

干法脱硫工艺技术分析

摘要：现代社会的发展，社会各界对于能源的需求十分巨大，天然气作为优质的清洁能源，其产业在良好的社会形势下，得到了快速稳定的发展。科学技术的提升，促进了其各项技术的发展，其中脱硫工艺技术语天然气生产过程中极为重要的技术之一，其对于天然气的质量有着决定性的作用。基于此，本文就干法脱硫工艺技术进行分析与研究。

关键词：干法；脱硫工艺；技术

一、碱法脱硫技术

碱法脱硫技术属于化学脱硫法的一种，是指使用酸碱度在9至11之间的强碱弱酸盐溶液作为吸收剂，将硫元素吸收，较为典型的即是碳酸盐法。如果是以碳酸钠作为溶液，在吸收塔内把原料气和碳酸钠溶液进行融合入，使之发生化学反应，其会生成碳酸氢钠（NaHCO3）及硫氢化钠（NaHS）。先将富液吸收大量的硫化氢，再采用真空碳酸盐法，利用蒸汽对其进行蒸馏，再次形成溶液，将该方法和克劳斯法有机结合，硫磺纯度可以达到99.6%左右，该过程中需要使用蒸汽及大量冷却水，能耗较大。热碳酸盐法是指在减少压力的情况下，利用蒸汽对其进行加热再生，使之透析出硫化氢气体，并生成碳酸钠（Na2CO3），如果原料中的氧气及二氧化碳较为丰富，即可以使用该方法。

二、物理吸收法

1.工艺概况

物理吸收法的吸收剂一般是使用较为特殊的有机复合物，其对于硫化氢等气体具有良好的溶解性，可以实现脱硫的目的。现代较为常用的物理吸收法有多乙二醇二甲醚法、低温甲醇法、N甲基吡咯烷酮法等，其中低温甲醇法的优势十分显著，运用的较为广泛。其又称为冷甲醇法，其基本原理是由于低温条件下，甲醇能够有效的吸收硫化氢等酸性气体，如果温度由20℃降低至零下40℃，二氧化碳在其中的溶解度会提升6倍左右；如果温度保持在零下40至零下50℃，硫化氢的溶解度则要超过二氧化碳，约为二氧化碳的6倍左右，可以利用该性质分别吸收硫化氢及二氧化碳。该工艺在脱硫的过程中不仅能够实现后期的净化目标，并能够分别将其中需要处理的各种成分一一进行回收处理，包括二氧化碳、硫化氢、羰基硫等，将二氧化碳进行回收后可以英语制作尿素；利用克劳斯法可以在硫化氢溶液中回收硫磺，充分利用资源。该方式对于天然气的净化效果十分限制，能够将硫含量降低至0.1μL/L以内，且反应的过程中不会出现气泡的现象，因此不会造成设备的腐蚀。但是由于甲醇具有一定的镀锌，应在设备中设置制冷装备，使得操作及维修工作存在一定的难度。

2.主要流程

首先需要把原料天然气中二氧化碳的含量控制到一定范围内，有计划的将硫化氢除去，并使用闪蒸再生塔系统脱去酸性组成成分，该工艺能够较为自主的选择脱去其中的有机硫，还可以改变天然气的烃露点，使之更加符合要求。

三、生物脱硫法

生物脱硫法是较为新型的天然气处理技术，主要是先利用某些微生物、细菌的特点，把硫化氢转变为单质硫，最后将其回收处理。现代使用的生物脱硫方法一般是在良好的环境中，使用有机微生物或酶，对硫成分形成催化反应，使得非水溶性硫化物转变为水溶性化合物，再脱去其中的硫成分。有学者运用Bio-SR工艺，将铁盐的吸收作用和氧化亚铁硫杆菌相结合，进行了硫化氢的脱除实验，实验效果较为良好，脱除效率高达98.4%。但是该项技术尚未成熟，在国内尚处于实验探索的过程中，如果将其应用于工业方面，其需要较长的时间进行初始化运行，微生物稳定也有难度，需要较高的技术。

四、烟气脱硫传统工艺

（一）湿法脱硫技术

烟气湿法脱硫技术是世界上广为应用的脱硫技术。到目前为止，可供选择的湿法脱硫技术较多，主要有石灰石/石灰—石膏法、氢氧化镁（氧化镁）法、氢氧化钠法、亚硫酸钠法、氨法、海水法等。其中，石灰石/石灰—石膏法因其工艺具有技术成熟、效率较高（﹥90%）、运行可靠、操作简单、烟气中的粉尘对脱硫过程影响小，以及原料来源丰富、成本低廉、运行可靠和钙利用率高（﹥90%）等优点，其装机容量占现有工业脱硫装置总容量的85%。但是，目前我国大型烟气脱硫装置一般采用国外低PH浆液空塔喷淋技术，运行过程液气比高、PH低，投资及维护成本高。除此之外还存在吸收剂消耗量大、生成物难处理、易产生二次污染等问题。除此之外，该方法易在设备内形成积垢，且存在堵塞、腐蚀与磨损的弊端。以500MW燃煤电厂为例，采用石灰石/石灰—石膏法每年消耗石灰6.1万t（或石灰石13.2万t），生成废渣43.8万t。即使是改良后的双碱法也由于Ｎa2SO4难以再生，需要不断向系统补充NaOH或Na2Co3，造成碱的消耗增多。

超重力脱硫技术是北京化工大学开发的一种湿法脱硫新工艺，于2010年在巨化硫酸厂实现工业化应用，形成了20万t/a硫酸工业尾气SO2深度脱除与资源化利用成套产业化装置和工艺。超重力技术利用强化宏观传质和微观混合过程的方法，减少设备内物料的停留时间，大幅缩小设备的尺寸与质量，生产强度得到提高、易于操作，开停车、维护与检修方便。超重力脱硫在巨化硫酸厂的运行结果表明：其脱硫效率高达98%以上，尾气排放的SO2浓度低于200mg/m3，是一种值得推广的湿法烟气脱硫技术，应用前景广阔。

（二）干法脱硫技术

干法脱硫工艺是在完全干燥、没有液相参与的状态下，通过应用一定的技术手段将烟气中的SO2分解或固定下来，以减少SO2的排放。

传统的干法烟气脱硫技术是将固体状态的石灰粉料直接喷射到炉膛或反应塔内，通过化学反应，吸收固定烟气中的SO2。干法烟气脱硫反应物和反应产物均为固态干粉，不存在腐蚀、结垢及废水处理等问题。传统的干法脱硫流程还具备设备简单、投资小、占地少、施工周期短、反应过程烟气温降小和有利于烟囱排气扩散等优点。但是由于反应发生在气固界面，受到扩散环节限制，其脱硫效率较低（一般仅有30%~60%）

（三）半干法脱硫技术

在湿法和干法脱硫技术基础上，结合湿法脱硫工艺反应充分、效率高，干法脱硫工艺投资少，无需废水处理的优势，开发出了半干法脱硫技术。它是除了湿法脱硫工艺之外，应用最广的脱硫技术，占市场份额的10%。半干法脱硫技术是将石灰浆液喷入反应塔中，借助烟气自身热量使吸收液中的水绝热蒸发后随烟气排出，烟气中SO2则以亚硫酸钙/硫酸钙的形式固定后外排。文献以氧化锌烟尘为吸收剂，浆化后吸收锌冶炼挥发窑烟气，二氧化硫以亚硫酸盐和硫酸盐的形式回收，二氧化硫回收率达到90%以上。

半干法工艺中，旋转喷雾干燥法使用最为广泛。该方法由美国JOY公司和丹麦NIRO公司合作开发，其核心设备喷雾干燥塔可以同时实现反应吸收和干燥两方面作用。为了保证干燥和吸收过程的充分进行，一般需保证烟气在塔中停留10~12s 结束语

由于干法脱硫工艺在占地、造价、操作、调节、维护、副产品无二次污染等方面的优点，这种工艺越来越受到业主方的广泛青睐。现在各国都在积极研究干法脱硫技术，并使之逐步向设备大型化、系统简单化、控制自动化发展，所以国内干法、半干法应用的比例也在逐步提高。随着对干法脱硫工艺的深入认识、研究和改进以及对脱硫灰综合利用的开发，干法脱硫工艺将会有更加广阔的应用前景。

参考文献：

[1]任丽.半干法脱硫副产物烧制硫铝酸盐水泥的试验研究[D].山东大学,2009.[2]张丽英.干法、半干法脱硫灰的性质及其用于生产蒸养砖的应用研究[D].武汉理工大学,2008.[3]刘孟贺.LIFAC干法脱硫灰的性能及其在水泥中的应用研究[D].西安建筑科技大学,2008.[4]王现菊.干法半干法脱硫灰渣在热利用过程中二氧化硫的逸出规律及机理分析[D].华南理工大学,2010.[5]张雷.循环悬浮式半干法烟气脱硫系统结构设计及分析[D].武汉理工大学,2011.[6]黄斌,张毅,李东旭.干法脱硫灰制备石膏砂浆及其性能研究[J].硅酸盐通报,2013,01:1-5.

第五篇：机械加工工艺技术经济性分析

1.毛坯费（元/件）

S1=CmWm−CnWn

式中

C m ———— 材料每千克的价格，元/KgWm ———— 毛坯重量，Kg

C n ———— 切削每千克价格，元/KgWn ———— 切削重量，Kg

2.操作工人工资

S2=

式中

Tm ———— 单件时间，min

Z———— 操作工人每小时工资，元/h

α———— 与工资有关的杂费，常取=12-14。

3.机床电费

tmNeηeZeS3=式中

tm ———— 基本时间，min

Ne ———— 机床电动机额定功率，kWηe ———— 机床电动机平均负荷率，一般为50%—60%Ze ———— 每千瓦小时的电费，元/kW·h

4.机床维护折旧费元/件

CmPmtmS4=

式中

Cm ———— 机床价格（包括运输、安装费约占机床价格的15%），元Pm ———— 机床折旧率，Pm= Pm1+ Pm2Pm1———— 机床本身折旧率，每年约16%—25%;tm∙Zα(1+)

Pm1———— 机床维修费所占百分数，每年约10%—15%;η m ———— 机床利用率，一般为80%—95%F ———— 每年工作总时数，h

5.卡具费用

（1）专用卡具费用元

S7=Cj(Pj1+Pj2)

式中

Cj———— 卡具成本，元

Pj1 ———— 卡具折旧率，每年33%

Pj2 ———— 维护费折合百分率，约25%—27%

（2）通用卡具费用元/件

S5=

式中

η j ———— 卡具利用率

6.刀具维护及折旧费

Cp+KCwS6=t m

式中

Cp ———— 刀具价格，元

T ———— 刀具耐用度，min

K ———— 可重磨次数；

Cw ———— 每磨一次刀所花费用，元

tt∙ZtβCw=(1+ 式中

tt ———— 磨刀时间，min

Zt ———— 磨刀工人每小时工资，元/h Cj(Pj1+Pj2)×tmj

β ———— 考虑工人劳保待遇及砂轮折旧等费用系数。

7.调整工人工资与调整杂费

ta∙ZaαS9=(1+)式中

ta———— 每调整一次所需时间。min

Za ———— 调整工人每小时工资，元/h

α———— 杂费系数。