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        KR法長壽攪拌器的研究與應(yīng)用

        2012-12-28 12:26:25張百慶
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2012年18期
        關(guān)鍵詞:脫硫劑攪拌器鐵水

        張百慶 劉 美 寧 偉

        (萊蕪鋼鐵股份有限公司,山東 萊蕪 271104)

        1 概述

        KR法具有極好的脫硫動力學(xué)條件,脫硫率可達(dá)到90%以上,可以實現(xiàn)極深度脫硫,其脫硫效果較穩(wěn)定,且具有高效、低耗等優(yōu)點,適用于極低硫品種鋼冶煉。萊鋼銀山型鋼煉鋼廠KR脫硫工藝投產(chǎn)初期,從攪拌器的使用情況看,壽命只有200次左右,從武鋼最早引進新日鐵KR脫硫工藝之初的經(jīng)驗教訓(xùn)看,攪拌器的使用壽命問題和對鐵水罐安全性要求的提高,可能會成為制約KR工藝運行效率的瓶頸因素,因此有必要開展系列研究,提高KR攪拌器使用壽命,降低KR生產(chǎn)操作成本和勞動強度,保證KR法鐵水脫硫工藝低耗、高效運行。

        2 新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用條件

        2.1 萊鋼KR鐵水脫硫工藝分析

        萊鋼銀山型鋼煉鋼廠為更好滿足高級別管線管、壓力容器用鋼等新品種生產(chǎn)需求,采用KR機械攪拌法脫硫工藝,自投產(chǎn)以來,KR鐵水脫硫工藝存在處理周期較長、脫硫率低、脫硫劑消耗高,攪拌器使用壽命低等一系列問題。攪拌器芯為金屬材料鑄造而成,工作襯為耐火澆注料整體澆注成型。在KR攪拌脫硫時,一般攪拌器轉(zhuǎn)速為120r/min,轉(zhuǎn)矩為8200N.m,因而,鐵水獲得了良好的脫硫動力學(xué)條件,脫硫劑可以得到充分的利用,脫硫效率高。然而,攪拌器則需承受高溫鐵水、熔渣的沖刷、侵蝕與間歇式工作的急冷急熱等惡劣的物理與化學(xué)作用,強化了攪拌器使用過程中的破損過程,為此,還需對襯體破損部位進行頻繁修補,以延長使用壽命。

        2.2 萊鋼KR鐵水脫硫工藝主要問題

        參照國內(nèi)外KR法生產(chǎn)的經(jīng)驗,結(jié)合目前萊鋼銀山型鋼公司的鐵水條件、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其他具體情況,初步確定了脫硫劑組成及最佳攪拌速度和插入深度等脫硫工藝參數(shù),但脫硫攪拌器使用壽命偏低一直成為制約KR工藝生產(chǎn)順行的主要問題。攪拌器使用壽命偏低,不僅造成鐵水脫硫成本高,且由于攪拌器更換過程復(fù)雜,使得工人勞動強度增加等。攪拌器作為KR脫硫裝置中的關(guān)鍵部件,其綜合壽命和結(jié)構(gòu)設(shè)計對脫硫的效率影響非常大。為此,針對提高銀山型鋼煉鋼廠KR法鐵水脫硫攪拌器使用壽命的問題,分析影響攪拌器使用壽命的因素,提高其使用壽命,確保KR法鐵水預(yù)處理脫硫工藝穩(wěn)定順行。

        3 KR高效長壽攪拌器澆注料的研制

        3.1 原料的選擇

        澆注料是一種由耐火物料制成的粒狀和粉狀材料,并加入一定量的結(jié)合劑和水共同組成。粒狀料以硅酸鋁質(zhì)熟料和剛玉質(zhì)材料用的最多。試驗的主要原料組成為莫來石、焦寶石、剛玉、礬土、紅柱石,原料組成中又包括骨料、結(jié)合劑、添加劑等。高強度耐火澆注料對其所采用的骨料、粉料和結(jié)合劑有較高的要求,骨料必須充分燒結(jié),吸水率低,強度高,體積密度穩(wěn)定,而且雜質(zhì)含量低。

        3.2 試驗試制

        選擇 粒度 為 8~5、5~3、3~1、≤1 和 ≤0.088mm的普通電熔莫來石為主要原料,≤1mm的焦寶石為組合骨料,≤0.088mm的特級高鋁熟料為主要粉料,≤0.108mm的紅柱石為高溫膨脹材料,純鋁酸鈣水泥和SiO2微粉、α-Al2O3微粉為復(fù)合結(jié)合劑,耐熱鋼纖維為增強材料?;旌狭媳粷沧⒊?0×40×160mm試樣。試樣分別在 110℃×24h,1100℃×3h,1500℃×3h 條件下處理。通過對試樣的燒結(jié)參數(shù),如體積密度、顯氣孔率,力學(xué)性能,如抗折強度、耐壓強度,以及熱震穩(wěn)定性,永久線變化進行檢測對比,確定各種骨料、基質(zhì)組成、結(jié)合劑、膨脹劑、減水劑、防爆劑等的最優(yōu)組合和添加比例,經(jīng)過對比試驗,各項性能達(dá)到試制要求。

        4 KR攪拌器生產(chǎn)制造工藝改進

        4.1 澆注施工工藝過程

        本次試驗的三葉攪拌槳生產(chǎn)施工采用反位打結(jié),也就是把攪拌槳槳軸在下槳葉上反過來打結(jié),先打槳軸再打槳葉。這種打法的優(yōu)點是打結(jié)時模具組裝比較簡單,支架設(shè)計簡單,打結(jié)時間短,最后打槳葉可以精確控制槳葉部分澆注料的加水量。

        4.2 烘烤工藝改進

        三葉攪拌槳低溫烘烤采用電窯烘烤,300℃-1100℃區(qū)間采用天然氣烘烤,烘烤工藝成熟,高溫,有利于攪拌槳中澆注料基質(zhì)間的反應(yīng),有利于攪拌槳抗沖刷性和高溫強度的整體提高。烘烤最高溫550℃,屬于中高溫,烘烤溫度對攪拌槳使用條件有限制,烘烤溫度越接近鐵水溫度,攪拌槳使用越穩(wěn)定,這取決于材質(zhì)間的相位變換。另外烘烤曲線直接決定澆注料中水分的排除效果,在某一曲線段內(nèi),升溫和保溫曲線很重要。

        5 KR攪拌器用修補料及修補工藝改進

        KR攪拌頭是由金屬攪拌芯與耐火材料工作襯組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)體。根據(jù)KR攪拌脫硫過程的現(xiàn)場調(diào)研可知,攪拌頭破損主要集中在攪拌葉,尤其是攪拌葉的棱角部位;主要破損形式是龜裂,熔渣或鐵水沿裂紋滲透引起耐火材料工作襯的結(jié)構(gòu)剝落,以及鐵水沿Y形錨固件熔蝕殘留的空洞,燒損金屬攪拌芯等,最終因攪拌葉大面積破損而終止使用。

        日常使用的修補料選擇焦寶石與三級高鋁熟料為主要原料,其中,焦寶石粒度為3~1mm、≤1mm的骨料,三級高鋁熟料為≤1mm的骨料,特級高鋁熟料為主要粉料,耐火粘土為增進可塑性材料,藍(lán)晶石為高溫膨脹材料,無機高溫纖維、有機酸鹽、有機纖維為修補料的復(fù)合防爆添加劑。選擇無機化學(xué)結(jié)合劑與微粉為復(fù)合結(jié)合劑,多種有機與無機減水劑為復(fù)合分散劑M。

        6 KR攪拌器外型結(jié)構(gòu)及尺寸優(yōu)化

        攪拌器結(jié)構(gòu)尤其是攪拌葉片的結(jié)構(gòu)形式對脫硫效率影響較大,通過改善攪拌器葉片對高溫鐵水的攪拌強度,有效地縮短了攪拌脫硫時間,達(dá)到延長攪拌器使用壽命的目的。研究表明:攪拌器結(jié)構(gòu)尤其是攪拌葉片的結(jié)構(gòu)形式對脫硫效率影響較大,通過改善攪拌器葉片對高溫鐵水的攪拌強度,可有效地縮短攪拌脫硫時間,達(dá)到延長攪拌器使用壽命的目的。

        本次設(shè)計的三葉攪拌槳比四葉攪拌槳在單葉尺寸上要大,三葉攪拌槳尺寸380(上寬)/310(下寬)×850(高)×430(厚),尺寸的改變可以有效的提高單葉抗鐵水沖刷的次數(shù),可以提高攪拌槳使用壽命。

        7 改善KR脫硫工藝參數(shù)

        根據(jù)攪拌脫硫的工藝過程可知,影響攪拌器使用壽命的因素較多,既有攪拌器自身的因素,也有攪拌器實際使用過程的外部因素。通過采取優(yōu)化與攪拌器的使用狀況緊密相關(guān)的脫硫工藝參數(shù)等外部影響因素(如單次攪拌時間、攪拌轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速、鐵水裝載量、脫硫劑種類等等)有效措施,改善KR攪拌器使用條件,提高其使用壽命。

        8 總體性能比較和技術(shù)創(chuàng)新點

        8.1 2011年12月份在萊鋼銀山型鋼公司使用本次研制的攪拌槳,單次壽命在420次以上,脫硫劑單耗達(dá)到6.5Kg/t鐵,各項指標(biāo)均達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

        8.2 技術(shù)創(chuàng)新點:

        (1)優(yōu)化攪拌器外形結(jié)構(gòu),改善脫硫動力學(xué)條件;(2)研制應(yīng)用高性能的攪拌器用澆注料及修補料;(3)研究長壽高效的施工工藝和使用維護工藝,實現(xiàn)KR攪拌器長使用壽命。

        9 結(jié)論

        9.1 通過工藝優(yōu)化,KR脫硫周期由原來的45分鐘降到31分鐘左右,脫硫率由原來的不到80%提升到95%以上,脫硫劑消耗由10kg/t鐵降至6.5kg/t鐵,單次攪拌時間由9-10min縮短到6-7min,明顯改善了KR攪拌器使用條件。

        9.2 從對影響攪拌器使用壽命的多方面因素出發(fā),進行的延長攪拌器使用壽命的技術(shù)研究取得了優(yōu)良的實際應(yīng)用效果,使攪拌器的使用壽命由投產(chǎn)初期的200次水平提高到420次以上,不僅改善工作環(huán)境和工人勞動強度,且大幅度降低了KR攪拌脫硫成本。

        [1]劉榴,陳黎明.KR法鐵水脫硫主體設(shè)備介紹及有關(guān)計算[J].2002.

        [2]阮艷,周穎.KR法鐵水脫硫自動控制系統(tǒng)軟件的編制及調(diào)試[J].2004.

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