喷吹法铁水脱硫反应动力学分析研究_精品文档资料下载.pdf

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TF704.3文献标识码:

A文章编号:

04492749X（2006）1120017203KineticsofHotMetalDesulphurizationbyInjectionWUWei,HUYan2bin（MetallurgicalDepartment,CentralIronandSteelResearchInstitute,Beijing100081,China）Abstract:

Forbettereffectresultsofhotmetaldesulphurization,thedesulfurizersshouldbeselectedaccordingtothedesulphurizationthermodynamicsfirstly.However,theeffectofdesulphurizationisalsodeterminedbythekineticconditions.Thustheoreticalcalculationandanalysisontheconditionsofpenetratingintohotmetal,risingupveloci2tyinhotmetal,residencetimeanddissolvingtimefordifferentdesulfurizers（Mg,CaOandlime）werecarriedoutrespectively.Theresultishelpfultodeterminatetheoptimumdesulphurizationprocessandselectequipmentration2ally.Keywords:

hotmetaldesulphurization;

desulfurizer;

desulphurizationkinetics作者简介:

吴巍（19622）,男,博士,教授级高级工程师;

E2mail:

wuwei098;

修订日期:

20062032131喷吹法脱硫剂颗粒进入铁液的条件脱硫剂颗粒侵入金属液中时必须克服界面张力、正面阻力和浮力。

颗粒侵入金属液中所必需的最小速度（临界速度）与铁液表面张力m1/2成正比,与颗粒密度和直径dp1/2成反比,见式

（1）1。

v1=2+0.51p1/296m131exp26161p-11/2dp-12

（1）喷吹时动能较大的颗粒,能突破气2液界面而侵入金属液中;

动能较小的颗粒,可能无法克服表面张力的阻碍作用,会附着在气泡膜上随气泡上浮;

而动能很小的镁粒,它们会悬浮在气泡中,并且随着气泡一起穿出渣面进入大气。

利用式

（1）计算出3种脱硫剂侵入铁液的临界速度与颗粒直径的关系如图1所示。

从图1看出,在喷吹脱硫剂颗粒直径为0.5mm时,CaC2颗粒需要的喷枪出口速度为45m/s、CaO颗粒为65m/s,Mg颗粒为90m/s。

同种颗粒的直径越小,所需要的喷吹速度越大,所有脱硫剂当颗粒直径小于0.2mm时,其所需要的速度迅速增加,当颗粒直径小于0.1mm时,其所需要的临界速图1脱硫剂进入铁液的临界速度与颗粒直径的关系Fig.1Relationshipbetweencriticalvelocityofpenetra2tionvlandparticlediameterdsfordesulphurizers度难以满足,此时大量颗粒被载气带出,脱硫剂消耗会明显增加。

2脱硫剂颗粒在铁液中的上浮速度脱硫剂颗粒在铁液中的上浮速度可以由式

（2）2计算出。

s=1.74gl1/2d1/2s

（2）1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:

/钢铁第41卷计算结果如图2所示。

从图2看到,颗粒进入铁液后会迅速上浮,其上浮速度与颗粒直径成正比,与颗粒密度成反比。

当喷吹镁脱硫剂时,镁颗粒侵入铁液后会迅速汽化变成气泡,因此在图2的计算中,要将镁颗粒变成镁气泡后,计算镁气泡的上浮速度,镁气泡直径与镁颗粒直径的关系如式（3）2所示:

dg=21.2P-1/3Mgds（3）镁气泡的上浮速度由式（4）2算出:

g=10.4P-1/6Mgd1/2s=10.4（1+0.7h）-1/6d1/2s（4）镁气泡的上浮速度与镁颗粒直径成正比,与喷吹深度成反比。

因此要提高镁脱硫效果,提高镁脱硫剂的利用率,就要减小镁气泡的上浮速度,也就要减小镁粒的直径,但过渡减小镁粒直径会使镁粒难以侵入铁液中,这是一个矛盾的问题,解决问题的办法是要提高喷枪出口速度。

3镁脱硫剂在铁液中的停留时间计算在所有脱硫剂中,镁脱硫剂是很特殊的一种,其特点是进入铁液后,存在溶化、汽化、溶解、上浮的过程,在该过程中镁颗粒和铁水之间可以实现气2液反应和液2液反应,镁脱硫剂不存在渣2铁之间的持续反应,因此,镁粒在铁液中的总停留时间成为影响镁脱硫效果的决定性因素。

镁粒在铁液中的总停留时间包括溶化、汽化、上浮3个环节的时间,可由式（5）2算出,计算结果如图3所示。

=0.025+9.6h（1+0.7h）1/6d1/2s10-2（5）从图3看出,镁粒在铁液中的停留时间与镁粒直径成反比,与喷吹深度成正比。

如当喷吹深度为2.5m,颗粒直径为1mm时,镁粒在铁液中停留时间为9.01s。

当采用小的铁水包脱硫时,如当喷吹深度为1.5m,镁粒在铁液中停留时间只有5.15s,这也是为什么小铁水包采用镁脱硫效果不如大铁水包的主要原因。

4镁粒完全溶解时间分析镁在铁水中的溶解度取决于铁水温度和镁的蒸汽压,如式（6）3:

lgMg=7000/T+lgpg-5.1（6）镁的溶解度随压力的增加而增加,镁粒在铁液中的溶解时间与镁粒直径成正比,与喷吹深度成反比,按式（7）2计算。

r=0.025+1.287ds（1+0.7h）13104（7）图2脱硫剂上浮速度与颗粒直径的关系Fig.2Relationshipbetweentheparticlediameterandrisingupvelocityofdesulfurizers图3镁粒在铁液中的停留时间与喷吹深度和镁粒直径的关系Fig.3RelationshipbetweenresidencetimeofMgparti2clesinhotmetal,theinjectiondepthanddiame2tersofMgparticles计算结果如图4所示。

当镁颗粒直径ds为1mm,喷吹深度为2.5m时,镁粒完全溶解时间为9.21s,而据前面计算镁粒在铁液中停留时间只有9.01s。

计算结果表明溶解时间大于停留时间,说明此时镁颗粒来不及溶解就上浮了,这样就不会有溶解镁与铁水硫之间的反应:

Mg+S=MgS（s）,镁的利用率会因此降低。

解决该问题的措施是尽量增加喷吹深度,当喷吹深度一定时,减小镁粒直径来缩短镁粒的溶解时间。

5CaC2和CaO脱硫剂在铁液中的停留时间分析当采用CaC2和CaO脱硫剂时,脱硫反应效率和脱硫剂消耗仍然受脱硫剂颗粒在铁液中的停留时811994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:

/第11期吴巍等:

喷吹法铁水脱硫反应动力学分析研究图4镁粒完全溶解时间与喷吹深度和镁粒直径的关系Fig.4DissolvingtimeofMgparticlesvs.particlesizeandinjectiondepth间的影响,固体颗粒在铁液中的上浮速度按式（8）2计算:

s=1.74gFe1/2d1/2s（8）当CaC2和CaO颗粒直径为1mm,喷吹深度为2.5m时,颗粒在铁液中停留时间只有17.6s,当喷吹深度减小时,则颗粒在铁液中的停留时间会缩短,这说明脱硫反应主要是在渣钢界面进行的,因此,当采用CaC2和CaO脱硫剂时,采用各种搅拌措施使渣钢充分混合特别重要,如可以同时喷入CaCO3和MgCO3作促进剂,促进剂在铁水中分解,生成大量CO2气泡,起到搅拌作用,从而提高了脱硫效果;

机械搅拌法脱硫工艺与装备正是提供了强大的搅拌功能,为采用CaO脱硫剂提供了较好动力学条件,因此取得了较好的脱硫效果。

6结论

（1）当喷吹脱硫剂颗粒直径为015mm时,CaC2颗粒需要的喷枪出口速度为45m/s,CaO颗粒为65m/s,Mg颗粒为90m/s。

同种颗粒的直径越小,所需要的喷吹速度越大,所有脱硫剂当颗粒直径小于0.2mm时,其所需要的速度迅速增加,当颗粒直径小于0.1mm时,其所需要的临界速度难以满足,此时大量颗粒被载气带出,脱硫剂消耗会明显增加。

（2）要提高镁脱硫效果,提高镁粒的利用率,则要减小镁粒的直径,但减小镁粒直径会使镁粒难以侵入铁液中,这是一个矛盾的问题。

解决问题的办法是要提高喷枪出口速度。

（3）当喷吹深度为2.5m,颗粒直径为1mm时,镁粒在铁液中停留时间为9.01s。

当喷吹深度为1.5m时,镁粒在铁液中停留时间为5.15s。

（4）当镁颗粒直径为1mm,喷吹深度为2.5m时,镁粒完全溶解时间为9.21s,而停留时间只有9.01s,溶解时间大于停留时间,说明此时镁颗粒来不及完全溶解就上浮了,这样就会影响镁脱硫反应的效果。

（5）当CaC2和CaO颗粒直径为1mm,喷吹深度为2.5m时,颗粒在铁液中停留时间只有17.6s,说明脱硫反应主要在渣钢界面进行,因此采用各种搅拌措施使渣钢充分混合特别重要。

参考文献:

1张信昭.喷粉冶金基本原理M.北京:

冶金工业出版社,1988.109.2颜根发.铁液喷镁脱硫的几个工艺理论问题A.铁水预处理技术与装备研讨会文集C.2004.36.3杨天钧.铁水炉外脱硫的新进展J.钢铁,1999,34

（1）:

65269.（YANGTian2jun.RecentProgressofMetalExternalDes2ulfurizationJ.IronandSteel,1999,34

（1）:

65269.）911994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:

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