钢铁制造流程脱硫工艺课件.ppt
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- 钢铁 制造 流程 脱硫 工艺 课件
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1、钢铁制造流程脱硫工艺钢铁制造流程脱硫工艺 经济性评价经济性评价1.1经济性与经济性评价的重要性经济性与经济性评价的重要性n作为一个企业,追求效益是其生存发展之本。大从生产经营,小至具体子过程的控制,无不以讲求和实现经济性为目标的。n实现经济性,就必须首先认真研究影响系统、过程投入产出效能的诸因素以及其变化、相互关联的规律和影响的程度,也就是要进行经济性评价。经济性评价首先是技术层面的。n经济性评价是在科学性原则,可行性原则,层次性原则,全面性与重点性相统一,相对独立性等原则的基础上,根据过程投入产出、成本收益特点建立起来的。首先是科学性和层次性原则。分析因素的体系结构、因素的舍取等都要有科学的
2、依据。n经济性评价是获得经济性的基础。n目标:诸多经济的过程构筑的系统。1.制造流程的工艺经济性及经济性评价制造流程的工艺经济性及经济性评价1.制造流程的工艺经济性及经济性评价制造流程的工艺经济性及经济性评价n具体化的系统目标:具体化的系统目标:提升竞争力提升竞争力采用最高效最高效、最经济最经济、最环保最环保和和最好资源利用率最好资源利用率的生产方式为客户、为社会提供最好性价比的高质量高质量、高满意高满意度度产品。n具体化的过程目标:具体化的过程目标:优化的脱硫工艺,成为具有高性价比的、经济的系统子过程。1.制造流程的工艺经济性及经济性评价制造流程的工艺经济性及经济性评价1.2经济性是设计出来
3、的n对具体的脱硫工艺过程通过过程理论、设备功能、脱硫剂的效果分析,结合产品要求和后续工序的要求,确定脱硫的方式方法,选型设备和选择合适脱硫剂,制定具体的工艺等。从经济性角度而言,是进行了基于目标产出的投入设计,也可以说是进行了脱硫的成本设计。n1.3经济性的评价标准-适宜适宜、有竞争力有竞争力!n适宜恰到好处、留有余地、高满意度n竞争力独到之处;创新2.不同含硫量控制方式的特点与比较不同含硫量控制方式的特点与比较2.1 采用低硫含量的原、燃料采用低硫含量的原、燃料n钢中硫的来源主要是铁水,铁水中硫的来源主要是矿石和焦碳,其次是一些辅料n精料入炉,采用低硫原、燃、辅料问题问题:高价格高成本 资源
4、缺乏2.不同含硫量控制方式的特点与比较不同含硫量控制方式的特点与比较n2.2高炉脱硫高炉脱硫n通过刻意的调配和控制,使原燃料带入的硫大部分进入高炉渣而脱除。过去用这种方法生产的铁水能够基本上满足炼钢的需要。n然而,随着时间的推移,这种情况已在改变:钢中的允许硫含量在不断降低,高炉脱硫的硫含量 水平已经远远达不到要求;低硫铁矿石、焦煤及其它炉料相对于需求而言,资 源明显不足,价格始终处于高位;2.不同含硫量控制方式的特点与比较不同含硫量控制方式的特点与比较n采用高炉生产低硫铁水,在操作层面还存在以下一些问题:通过提高炉渣碱度和提高炉缸温度来提高脱硫能力,渣量增大,使焦比(能耗)增加;炉渣粘度增高
5、,高炉生产效率降低;铁水中硅含量增高,给后续炼钢生产增加额外的负担;高温铁水过程温降大,碳损失大,污染严重。2.不同含硫量控制方式的特点与比较不同含硫量控制方式的特点与比较n2.3炼钢炉内脱硫炼钢炉内脱硫 炼钢整个过程是氧化气氛下完成的,炉内渣钢间的分配比(S)/S仅为2-4,脱硫效率低;高硫铁水的脱硫率也仅可为30%-40%,低硫铁水往往会有一定的增硫;通过石灰的大量加入,提高炉渣碱度,可一定程度地改善脱硫的热力学条件,但同时由于炉渣变稠,脱硫动力学变差,甚至影响其它炉内反应。部分国家炼钢用石灰技术指标部分国家炼钢用石灰技术指标 成成 分分 w/%烧减烧减/%块度块度/CaOSiO2S美美
6、国国9610.0359220.0209510.05087950.05909220.049030.10/0.0545402.不同含硫量控制方式的特点与比较不同含硫量控制方式的特点与比较2.4铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫n铁水脱硫相对于钢水脱硫有利的因素:含有较高的C、Si、P等元素,提高了铁水中硫的活度系数;铁水中氧含量低,提高渣铁之间硫分配比,脱硫效率高;铁水含氧量低,因而可以使用强脱硫剂强化脱硫而不会造成强烈氧化损失;脱硫过程对最终钢的成分及性能不会产生不利影响。2.不同含硫量控制方式的特点与比较不同含硫量控制方式的特点与比较n铁水脱硫相对于钢水脱硫的不利因素 由于后续炼钢的氧化过程,铁水脱
7、硫后必须进行扒渣,尽可能去除富集硫的浮渣,不可避免地同时携带走一定量的金属铁,产生一定的经济损失和环境污染;由于后续炼钢过程中加入大量冷却剂和熔剂所携带入了硫,而炼钢过程渣钢间硫的分配比却很低(一般(S)/S为2-3),从全过程系统地看,铁水脱硫的高效率,被很大程度地打了折扣;2.不同含硫量控制方式的特点与比较不同含硫量控制方式的特点与比较2.5钢水二次精炼钢水二次精炼脱硫脱硫n对许多钢种而言,钢水炉外精炼的重要任务之一是脱硫。钢包炉(LF)脱硫的(S)/S可高达200,有较高的脱硫率,但成本高,只能用于钢种要求硫含量很低,脱硫总量不多的场合,是对进一步脱除硫的补充。同时,在精炼脱硫过程中会还
8、原渣中的磷和硅,钢水脱硫还会增氮和增氢,对许多钢种产生不利影响。2.不同含硫量控制方式的特点与比较不同含硫量控制方式的特点与比较2.6产品含硫量控制成本产品含硫量控制成本n研究表明:钢铁制造流程各工序脱除单位质量硫的成本高低顺序为:钢冶炼(转炉)二次精炼(钢包炉)炼铁(高炉)铁水预处理n结论:现代化钢铁制造流程中,都配备有功能完备的铁水炉外预处理(脱硫)手段3.铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较n铁水预处理脱硫主要是铁水的炉外脱硫铁水预处理脱硫主要是铁水的炉外脱硫n脱硫原理:脱硫原理:使用与硫的亲和力比铁与硫的亲和力大的元素或化合物(脱硫剂),施以一定的能量以获得
9、反应的动力学条件,将硫化铁中的硫转变为更稳定的、极少溶解或完全不溶于铁液的化合物(高含硫渣),并将其尽可能完全地除净。3.铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较n3.1常用铁水脱硫剂的特点常用铁水脱硫剂的特点铁水脱硫预处理工艺中主要使用的脱硫剂有:23 2 等 及以其为基础的复合脱硫剂。3.铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较3.1 23基钠系脱硫剂基钠系脱硫剂n23有很强的脱硫能力,我国在20世纪50年代就采用洒入高炉出铁沟脱硫的方法;n 脱硫反应式:脱硫反应式:(23)S2C(Na2S)3COn由于在1250以上易挥发形成大量白色浓雾,
10、腐蚀性强,污染环境。n23分解吸热量大,生成的Na2O进入渣中使渣变稀,不易扒渣,除渣困难;n价格相对较高,所以已不单独作为脱硫剂使用,仅用于某些复合脱硫剂的辅助成分。3.铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较3.2 2基钙系脱硫剂基钙系脱硫剂n2(电石)具有很强的脱硫能力,在常用脱硫剂中剂脱硫反应的平衡常数最高(1350);脱硫反应:脱硫反应:(2)+S=(CaS)+2Cn可以形成稳定的固态脱硫渣,利于扒渣,对延长罐衬寿命有利;3.铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较3.2 2基钙系脱硫剂基钙系脱硫剂n脱硫剂单耗高、渣量大,不易进行后续处
11、理,对环境造成污染;n2极易与空气中的水分反应生成乙炔气体,这种气体易燃易爆,危险性大。对加工、运输、贮存和使用过程中的安全措施要求很高,管理难度大;n原料价格高,加工、运输和贮存成本高。3.铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较3.3 CaO基钙系脱硫剂基钙系脱硫剂n脱硫能力较强,脱硫效率高,脱硫率可高达98%;CaO脱硫反应式为:CaO(S)+S+C(S)=CaS(S)+CO(g)(1)2CaO(S)+2S+Si=2Fe+2CaS(S)+SiO2(S)(2)3.铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较3.3 CaO基钙系脱硫剂基钙系脱硫剂n
12、原料来源广泛,价格低廉;n易于加工、运输、贮存,使用简便、安全;n铁水温度高时,脱硫效率提高,脱硫剂耗量下降,更有利于大型高炉铁水的脱硫;n可以形成稳定的固态脱硫渣,利于扒渣,对延长罐衬寿命有利;n脱硫剂单耗高、渣量大,不易进行后续处理,对环境造成污染;n粉剂易凝聚结块,降低反应界面,不利于喷吹。3.铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较3.4金属镁()基脱硫剂金属镁()基脱硫剂n金属镁和硫有极高的亲和力,反应区动力学条件非常好,反应迅速而且十分强烈。Mg脱硫反应式为:Mg/(Mg)S(MgS)n镁为碱土金属,其熔点与沸点都较低,熔点为651,沸点是1107,在铁水存
13、在的温度下呈气态;n金属镁活性很高,易燃易爆,加工、运输和储存安措要求高,作为脱硫剂必须作钝化处理;3.铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较3.4金属镁及基脱硫剂金属镁及基脱硫剂n脱硫效率高,消耗量少,处理时间短,温度损失少;n脱硫过程中Mg蒸发对平稳高效率脱硫有一定影响;n利用率随着铁水温度升高或加入深度减少而降低;n产物为固态硫化镁,对耐火材料侵蚀较轻;n金属镁价格昂贵。3.铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较n镁脱硫剂的安全:n金属镁粒的着火温度为540650,粒度愈细,着火温度愈低。镁粒与水之间可发生如下反应:nMg(S)+H2O
14、=MgO+H2G=-84100+12.81T Cal/mol释放热量:Q1=75.38 千卡摩尔nMg(S)+1/2O=MgO(S)G=-143000+25.91T Cal/mol释放热量:Q2=143.7 千卡摩尔nH2+1/2O2=H2O(g)G=-58850+13.12T Cal/mol释放热量:Q3=57.8 千卡摩尔n上述反应释放热量很大。在一定条件下反应也非常激烈。特别是镁粒与水的反应生成H2,H2 积累到一定浓度后,很容易引起爆炸。另外空气中镁粉粉尘达到一定浓度后也易发生爆炸。虽然在镁粉生产加工时已经注意到这个问题,但是依然会有过细镁粉产生,因此,必须保证镁粉区域的空气畅通。还有
15、,镁粉与氮气和二氧化碳也能发生反应。n水与镁粉之间的化学产生氢气,同时释放热量,在潮湿的环境中,镁能自燃,并有爆炸的危险。n镁燃烧后,绝对禁止用水施救,其它一般的火灾施救方法无法奏效。3.铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较3.5复合脱硫剂复合脱硫剂 为提高脱硫效率和脱硫剂的利用率,改善脱硫过程的控制稳定性和可操作性,以前述的某一种脱硫剂为基础,通过加入部分另一种脱硫剂或其它稳定、促进物质所制成的改良脱硫剂,在实际工业生产被大量采用。3.铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较铁水预处理常用脱硫剂及其特性比较3.5复合脱硫剂复合脱硫剂 复合脱硫剂主要类型:Mg基:Mg+Ca
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