通过单因素分析法分析了首钢京唐KR脱硫站的实际生产数据，分析结果认为，KR进站铁水温度越高，相应搅拌头寿命越低，但由于高温有利于KR脱硫反应进行，因此，开发了一种耐高温、耐侵蚀的KR搅拌头耐火材料，同时，通过降低搅拌头转速，增大搅拌头尺寸，最终提高了搅拌头寿命。通过工艺改进，KR搅拌头寿命平均达到300次，最高可达350次。

   首钢京唐公司由于采用“一包到底”工艺，并采用铁包加盖对运输过程中的铁水进行保温，KR到站铁水温度平均为1380℃以上。在高温条件下，脱硫的热力学条件较好，但是高温铁水直接影响搅拌头的使用寿命，难以达到KR搅拌头长寿命的控制效果。

   1 KR搅拌头寿命的影响因素分析

   搅拌头在工作过程中需承受高温条件下铁水和熔渣的冲刷、侵蚀与间歇式工作的急冷、急热等物理与化学作用，造成搅拌头损坏。为分析脱硫工艺对搅拌头寿命的影响，对首钢京唐公司KR脱硫站的实际生产数据进行分析，采用的分析方法为单因素分析法。由于在实际生产过程中影响搅拌头寿命的参数较多，且搅拌头使用周期相对较长，不能保证其他工艺参数完全相同，因此实际分析方法为在尽量保证其他条件完全相同或者相差不大的前提下，分析某一工艺因素变化导致搅拌头寿命的长短。

   1.1温度对搅拌头寿命的影响

   温度对KR搅拌头寿命的影响主要在于：1）温度变化过程中，耐火材料内部会产生热应力。KR搅拌过程中，铁水温度越高，耐火材料浇注料与铁水的接触面和与搅拌头金属芯的接触面的温度梯度也就越大，当该温度梯度产生的热应力超过耐火材料的强度时，耐火材料就会产生裂纹。同时，铁水温度越高，KR搅拌结束后，耐火材料浇注料的表面温度也就越高，KR搅拌结束到下一次搅拌开始时，耐火材料浇注料的温度梯度就越大，热应力最终形成裂纹，如此反复，裂纹最终延伸，导致耐火材料剥落；2）高温条件下，铁水、脱硫剂会与耐火材料发生化学反应，温度越高，反应越趋于发生。化学反应导致的化学侵蚀会造成耐火材料的有效搅拌面积变小，最终达不到脱硫效果而下线。

   在保证其他工艺条件相同或者接近的前提下，选取了一定时间范围内的搅拌头寿命与KR进站铁水温度之间的关系进行分析，结果如图1所示。从图中可以看出，KR到站铁水温度平均为1380℃左右，随着KR进站铁水温度的升高，KR搅拌头寿命呈现下降趋势，由最高的350次下降到250次。

   由于高温在热力学上是对KR脱硫有利的因素，因此综合考虑，开发了一种耐高温、耐侵蚀的KR搅拌头所用耐火材料，通过控制浇注料良好，达到提高浇注料的中、高温强度的目的，改善了浇注料在铁水中的抗冲刷性。通过控制浇注料中高温强度比趋于1，达到较好的组织均一性，从而减少了材料的内部热应力，使其在间歇式使用操作中具有较好的抗热震性能。

   1.2脱硫剂组成的影响

   KR所用脱硫剂一般为石灰系，成分比例一般为CaO：CaF₂=9：1，再加上铁水渣中的SiO₂，脱硫产物的CaS等，组成了脱硫过程的主要渣系。从CaO：CaF₂相图可以看出，CaF₂的加入大大降低了脱硫渣系的熔点，从而有利于脱硫反应的发生。同时，CaF₂的加入会降低炉渣黏度，增强脱硫效果。但是，CaF₂加入后，F^-可以取代耐火浇注料中SiO₂的O^2-来破坏其结构，从而使炉渣渗透进入耐火材料更加严重，会大幅减薄耐火材料尤其是初期搅拌头的耐火材料的厚度，降低耐火材料强度，从而使搅拌头寿命缩短。

   因此，开发了一种新型无氟脱硫剂，该新型脱硫剂以CaO为主，辅助以脱硫催化剂，其主要成分为铝渣。脱硫催化剂的加入，不仅降低铁水中的氧活度促进了脱硫反应发生，还改善了脱硫渣的性质，提高了脱硫效率，降低了脱硫剂消耗，同时提高了搅拌头寿命。采用新型脱硫剂后，搅拌头平均寿命从220次提高到280次左右。

   1.3搅拌速度的影响

   对于KR来说，最主要的工艺变化就是搅拌速度。搅拌速度对搅拌头寿命的影响主要来自三个方面，一是搅拌速度增加，搅拌头自身的耐火材料浇注料受到搅拌头金属芯的剪切应力增大，当剪切应力超过其强度时，耐火材料浇注料会产生裂纹直至剥落；二是搅拌速度增加，搅拌头插入铁水中旋转搅拌时，耐火材料克服铁水阻力与旋转状况下铁水冲刷造成的磨损增大；三是根据实际生产效果发现，当搅拌头旋转速度不在最佳速度范围时，增加搅拌速度会造成脱硫剂进入搅拌头两个叶片之间或者黏附在搅拌头上沿，导致搅拌头粘渣后变形，搅拌头叶片迎铁面有效搅拌面积减小，从而影响脱硫效果。

   选取6支KR搅拌头进行脱硫试验，规定脱硫时最高转速值分别为85、95、105、115、125、130r pm，在保证其工艺参数及脱硫效果相同的前提下，发现搅拌头寿命随转速增加呈现明显下降趋势，因此，为提高搅拌头寿命，在保证脱硫效果的前提下，应尽量降低搅拌头转速。实际生产过程中，结合水模型试验结果，根据搅拌头使用次数不同，控制搅拌头最大转速，如控制新上线搅拌头最大转速为90r pm，使用次数超过200次后，搅拌头最大转速为120r pm，相比最大转速为130r pm的条件下，搅拌头寿命大幅升高。

   1.4搅拌头尺寸的影响

   较高转速会造成KR搅拌头寿命降低，而如果搅拌头尺寸增大，同时转速降低可以达到搅拌头尺寸较小时的脱硫效果，则采用较大尺寸的KR搅拌头会明显延长KR搅拌头寿命。同时，将搅拌头容易发生裂纹的地方进行耐材厚度加厚，可以有效地降低其裂纹敏感性，提高寿命。

   因此，采用不同尺寸的搅拌头进行现场试验，结合实际生产效果发现，增大尺寸的搅拌头在较低转速下完全可以达到原始尺寸搅拌头的脱硫效果，搅拌头尺寸增大后，搅拌头的平均寿命由279次提升到315次。

   1.5生产节奏的影响

   生产节奏对搅拌头寿命的影响主要集中在搅拌头温度的冷热变化上。当生产节奏较快时，搅拌头温度尚未冷却至较低温度即开始下一炉操作，明显降低了搅拌头的温度梯度，降低了耐火材料的热应力，减少了裂纹发生的几率。如果由于检修等原因，搅拌头进行较长时间的冷却再重新进入高温铁水进行搅拌处理，因温度梯度较大，会加速耐材的剥落，从而降低搅拌头使用寿命。

   对实际生产过程中的搅拌头表面测温结果显示，正常冶炼条件下，每一炉处理时间约为10min，两炉之间（第一炉结束到第二炉开始）时间间隔约在30-50min左右。KR开始处理时，温度较低的搅拌头进入铁水之后，搅拌头表面温度急剧上升，随耐火材料的传热，耐火材料内部及搅拌头金属芯温度也开始上升。处理10min左右时，搅拌头表面温度约为850℃。处理结束后，搅拌头开始自然冷却，到第二炉开始处理时，搅拌头表面温度降低至320℃左右，然后处理过程中搅拌头在10min左右的时间内，又继续升温至850℃。在搅拌头温度冷热交替过程中，温度梯度为530℃，较大的热应力很容易导致搅拌头浇注料开裂，最终导致搅拌头耐火材料剥落。

   图2选取了一定时间范围内的搅拌头寿命与生产节奏的关系，从图中可以看出，随着生产节奏的加快，搅拌头寿命呈现明显上升趋势。因此，为提高搅拌头寿命，应尽量加快生产节奏，降低两炉之间的时间间隔，实际生产过程中，采用一定时间内关闭某一脱硫站，加快其他脱硫站的节奏，可以明显提升搅拌头寿命。

   1.6搅拌头的修补

   搅拌头的热修可有效地填充工作衬上的破损缺陷，但由于搅拌头频繁的冲刷、渗透与

   侵蚀，引起工作衬耐火材料性能不断变化，导致修补层粘合强度低、高温收缩脱落严重。根据KR搅拌头在线修补状况的考察结果和KR 搅拌脱硫的操作工艺，认为修补料应具有较高的结合强度和良好的施工性能，以保证修补施工质量和与搅拌头工作衬之间的结合强度；其次应具有良好的热震稳定性、优良的防爆性能等。

   搅拌头的修补方式是：

   1）搅拌头在生产间隙进行热压修补，中后期平均2-3包修补一次；

   2）每次修补后浸入铁水中时，先烘烤约5min，以排除修补料中的水分，减少搅拌头在使用过程中的热震损坏；

   3）叶片断面70%面积均进行修补。扩大修补范围，同时增加修补次数。从修补方式改变的效果来看，搅拌头寿命明显提高。

   2控制效果

   通过分析温度、脱硫剂组成、搅拌头搅拌速度、搅拌头尺寸、生产节奏、搅拌头的修补等对搅拌头寿命的影响，最终采取优化耐火材料浇注料、开发无氟脱硫剂、降低搅拌头转速、增加搅拌头尺寸、加快生产节奏、加强搅拌头修补等措施，在达到最终脱硫效果的前提下，2015年1-5月份首钢京唐KR搅拌头寿命，较之前有明显提升。KR脱硫结束平均硫含量为0.0008%，同时，KR搅拌头寿命平均为300次，最高350次左右。

   3结论

   通过单因素分析法分析了首钢京唐KR脱硫站的实际生产数据，最终结论为：

   1）KR进站铁水温度越高，相应搅拌头寿命越低。但由于高温有利于KR脱硫反应进行，因此开发了一种耐高温、耐侵蚀的KR搅拌头耐火材料，其具备较好的抗热震性能，提高了搅拌头寿命。

   2）CaF₂可以加速脱硫渣系对搅拌头耐火材料的侵蚀，因此，开发了一种无氟脱硫剂，其应用后搅拌头平均寿命从220次左右提高到280次左右。

   3）搅拌速度由130r pm降低至85r pm后，搅拌头寿命可以提高13.8%，搅拌头尺寸增大后，搅拌头平均寿命由279次提升到315次。因此，降低搅拌头转速，增大搅拌头尺寸，最终提高了搅拌头寿命。

   4）加快生产节奏，加强搅拌头修补，可以有效提高搅拌头寿命。

   （高攀 赵东伟 崔园园）