随着人们对钢铁产品洁净度和性能需求的要求越来越高,以及为了降低转炉及后续精炼环节的脱硫负荷,利用铁水入转炉前的有利热力学条件,进行经济、高效的复合喷粉脱硫是钢铁生产过程中一个重要的环节,越来越受人们关注。对于喷粉脱硫过程而言,载气携带脱硫粉剂通过浸入式喷枪喷入铁水包中,搅动的熔融渣铁。通常而言,对于铁水熔融状态的喷粉脱硫高温环境来说,化学反应不是脱硫过程的限制性环节,而是质量传输控制着整个反应器的脱硫性能。强化搅拌的因素、喷入粉剂的条件和行为、渣/金的混合弥散程度决定了过程的脱硫效率和粉剂利用率,因此决定了反应器性能和生产成本。本研究正是在这样的背景下,探索建立铁水包脱硫动力学模型,重点考察过程参数对脱硫效率和粉剂利用率的影响,进而根据CaO和Mg粉脱硫动力学特点,提出分阶段复合喷吹策略,以期利用脱硫阶段不同的特点提高粉剂利用率和脱硫效率。具体而言,研究的主要的内容包括复合喷粉铁水脱硫动力学模型的建立和分阶段不同粉剂质量配比喷粉脱硫动力学模型。(1)复合喷粉铁水脱硫过程动力学数学模型的建立根据脱硫粉剂(氧化钙、镁)以及渣(顶渣、渣滴)在脱硫过程中的特点,建立了充分反应三个基本参数(均混时间、停留时间、粉剂穿透比)的动力学模型。在对建立的模型使用工厂数据进行有效性验证后,进行了过程参数包括载气流量、喷枪浸入深度、喷粉速率对脱硫过程镁粉利用率的研究,主要结论如下。(a)随着载气流量的增加,终点硫含量升高,镁的利用率升高。(b)随着浸入深度的增加,终点硫含量降低,镁的利用率升高。(c)随着喷粉速率的增加,终点硫含量降低,镁的利用率降低。(2)复合喷粉不同粉剂配比分阶段喷吹脱硫过程的研究模型研究发现,镁和氧化钙的脱硫速率随着铁水中的硫含量的变化而变化,表现为氧化钙前期脱硫速率较快,后期随铁水硫含量降低变慢。镁由于以蒸汽或镁气泡的形式存在,所以前期镁脱硫速率较慢,随着铁水中镁含量的升高,镁脱硫速率变快,后期同样受铁水中硫含量影响,镁脱硫速率变慢。针对这种情况,提出了不同阶段按不同配比喷吹复合粉剂的方案,在保证脱硫目标的前提下,最大化提高镁粉利用率,降低生产成本。本研究结合现场生产情况,将喷粉过程分为四个阶段。在此基础上,通过改变载气流量、浸入深度、喷粉速率以及四个喷吹阶段中喷入氧化钙和镁粉剂的配比进行了研究,研究的主要结果如下。在降低载气流量、喷粉速率的同时,增加了浸入深度。在此基础上,保证终点硫含量的同时,为了近一步增加镁粉的利用率,降低了三阶段镁和氧化钙的配比。经计算,镁的利用率相对初始喷吹方案提高了 5%。最后,制定了优化的分阶段复合喷吹技术路线并应用于某炼钢厂实际实践,分析试验后的生产数据发现,模型计算终点硫含量和实际生产终点硫含量能够很好的吻合。通过使用分阶段复合粉剂喷吹的方法脱硫,脱除单位硫量消耗的镁量(镁耗量)减小了1%～4%。研究表明,提出的分阶段喷吹复合粉剂脱硫有利于实现镁粉的有效利用率和提高反应器性能,实现企业生产中的降本增效的目标需求。