单位:攀钢集团研究院有限公司
本项目隶属于钢铁冶金铁水预处理技术领域,系旋转喷镁铁水脱硫装备与工艺一体化创新技术。
项目针对铁水预处理技术领域高效低成本脱硫核心问题和脱硫剂利用率低共性难点,重点通过强化喷粉脱硫动力学条件并自主调整脱硫过程渣态,实现铁水高效低成本脱硫。
项目以开发高效、轻型、低成本成套旋转机械为目标,系统研究了可实现二平动自由度并联机构的概念设计、尺度综合、电机参数预估、结构轻量化设计、控制参数整定、运动学标定等关键技术,成功开发出旋转喷镁脱硫成套装备。在此基础上,通过优化镁脱硫工艺参数,实施铁水脱硫调渣改质专利技术,最终形成了具有完全自主知识产权的高效、轻型、低成本旋转喷镁脱硫成套自动化装置及工艺一体化关键创新技术。
项目成果至今已稳定应用3年以上,冶金效果显著,降本增效明显。与常规脱硫工艺相比,旋转脱硫的镁脱硫剂利用率提高了9.1%,镁脱硫剂消耗降低降低0.23kg/t铁,钝化石灰消耗降低0.86kg/t铁;脱硫铁损降低8.2kg/t铁;脱硫处理降低0.42min;脱硫枪使用时间延长了80min;脱硫渣排放量减少了32%。年创经济效益4666.93万元,3年已累计创造直接经济效益1.4亿元。
2、 创新点
(1)针对含钒钛铁水喷吹脱硫过程铁损大、脱硫剂利用率不高、渣铁分离困难等主要问题和关键难点,围绕脱硫喷吹系统的设计理论与关键技术,经过分析、建模、推导、计算、验证,系统揭示了实现旋转喷吹脱硫系统关键难点所在,并详细探讨了如何在技术上进行破解和改进创新,引进、吸收、再创新了具有攀钢完全自主知识产权的高效、轻型、低成本的喷吹过程旋转脱硫成套装备及工艺一体化技术。
(2)运用数值模拟的方法,建立了旋转过程VOF模型,首次模拟了全尺度压力边界条件下的旋转喷吹搅拌铁水自由液面流动和气液两相流,为旋转脱硫设备的建设提供了理论依据。
(3)通过对预处理过程中的热力学问题的试验和计算,研究了脱硫剂反应时间对脱硫效果的影响程度,为工艺设计和生产操作提供试验和理论依据,起到了丰富和完善钒钛磁铁矿冶炼理论的作用。
(4)分析了极端荷载条件下,脱硫喷吹系统旋转的运动特性和负载轨迹,提出了总体设计思想、基本理论和新方法,其中运动台面采用新型组合式轴承结构,与作动器连接采用新型的无间隙设计,与传统旋转密封方法对比,新方法具有结构简单、布局紧凑、运动灵活、平稳可靠等优点。
(5)针对含钒钛铁水脱硫工艺硫活度小、脱硫渣态差等问题,抛弃传统扒渣过程进行渣态调整的方式,创新性的对脱硫剂进行调整优化,通过在钝化石灰中加入改质剂,实现了脱硫渣微观物相的定向改质,从而实现脱硫渣中带铁量大幅度减少的目的。
(6)研究形成了“铁水旋转喷吹脱硫技术”专有技术,申报了“脱硫喷枪”等19项专利,并获得了“脱硫喷枪”等11项国家授权专利。针对高效、轻型、低成本的喷吹过程旋转脱硫成套装备及工艺所采取的技术措施为新技术的开发打下很好基础,同时,也为进一步提高国内对于成熟的冶金设备进行创新积累了实践经验,具有较好的社会效益。