铁水预处理脱硫分析

铁水预处理脱硫分析

【摘要】铁水预处理是现代化炼钢厂的重要工序之一，其目的主要是降低铁水中的某些有害元素含量，为炼钢提供合格的铁水，而脱硫技术更是重中之重。，采用铁水脱硫技术已成为钢铁企业质量水平的一个标志。本文对铁水预处理脱硫技术及方法进行了阐述。

【关键词】铁水预处理脱硫剂的比较喷吹法

1、铁水预处理发展概况

西欧、日本早在20世纪60～70年代就在铁水脱硫预处理理论研究的基础上在工业上进行了应用。国内武钢二炼钢1979年引进了日本新日铁的机械搅拌法(ＫＲ)铁水脱硫装置，北台，天钢，宣钢，冷水江，攀钢，酒钢等企业先后由国内自主开发了喷吹石灰、萤石的脱硫方法。1985年宝钢一炼钢引进日本鱼雷罐车内喷吹石灰、萤石的脱硫装置。武钢一炼钢开发的镁基混合喷吹工艺，1998年宝钢，鞍钢，包钢引进美国EMSⅡ公司镁基复合喷吹技术，本钢引进了霍戈文镁基复合喷吹法脱硫技术。

近几年我国铁水预处理有了强劲发展，随着钢产量从1996年1亿t发展到2004年的2.725亿t，近5年来全国共计建设了约80多套铁水脱硫预处理装置，处理能力近7000万t。新建设的铁水脱硫预处理生产线使用的脱硫工艺主要有ＫＲ法和喷吹法，处理容器基本上为转炉铁水罐。近几年来铁水脱硫预处理的发展还有以下特点：

铁水脱硫每罐铁水容量从50ｔ(石钢等)到300ｔ(宝钢)不等。脱硫剂主要为石灰和金属镁，既有以单独一种粉剂作脱硫剂的(如武钢一炼钢，邯钢三炼钢等)，也有以一种粉剂为基础的复合粉剂作脱硫剂的(如包钢，梅钢等)。以金属镁作脱硫剂得到了大力发展，使用镁及镁基脱硫剂的生产线占到了80以上)。大部分为引进国外先进的脱硫预处理工艺。如日本的KR法，北美、西欧的镁基复合喷吹技术，乌克兰的单吹颗粒镁喷吹技术。在工艺相似的情况下，引进技术来自不同的技术供应商。如复合喷吹法既有美国ＥＳＭⅡ、加拿大DAN1ELICORUS(原霍戈文)、还有日本DIAMOND公司等。

我国在早期引进国外先进技术的基础上改进的自主知识产权开发技术也在发挥着作用。如国内开发的纯镁喷吹技术也得到广泛应用(如马钢等)。有很多生产线是对落后处理工艺的改造和替代。如武钢一炼钢2001年以纯镁喷吹替代原有镁、石灰混合喷吹工艺；太钢改造原三脱设施。还有在原生产线基础上的增建。如宝钢，鞍钢2003年再次引进EMSⅡ镁基复合喷吹技术；本钢2004年引进DanieliCorus镁基复合喷吹技术；武钢二炼钢增建1套ＫＲ法脱硫装置。

除在上世纪引进后改良的ＫＲ法、镁基复合喷吹法占有很大市场外，乌克兰(Desmag)颗粒镁喷吹技术自武钢一炼钢项目进入我国后短短几年内也发展十分迅速(如首钢、青钢、邯钢三炼钢、唐钢等)。德国Polysius公司镁基复合喷吹技术在2003年也进入到中国，如鞍钢大脱硫，新区260ｔ转炉车间脱硫均采用这技术。虽然近几年铁水脱硫预处理得到发展，但对我国钢产量来说，其比例与先进国家水平相比还相差甚远。

2、铁水预处理原理

硫在钢中通常被认为是一种有害元素，现代炼钢要求铁水的硫含量不能超过0.010%，甚至达到0.005%～0.001%。根据德国蒂森公司的经验，含硫<0.019%的钢坯表面缺陷比含硫>0.020%的钢坯减少50%。在连铸生产中，如要保证铸坯的表面质量和减少铸坯的内部裂纹，就必须将连铸钢水硫含量控制在≤0.020%的范围以内。

铁水预处理的原理是利用处理剂中的活性物质和铁水中待脱除元素进行快速反应，形成稳定的渣相而与铁水分离。

铁水预处理脱硫反应可表示为：

[S]+M=(MS)

或：[S]+MO=(MS)+[0]

[S]+MC=(MS)+[C]

式中：M指金属脱硫剂中的金属元素(如Mg，Ca，CaSi)；MO为金属氧化物脱硫剂(如CaO)；MC为金属碳化物脱硫剂(如CaC2)。

铁水预处理的脱硫剂有金属脱硫剂(如金属镁)、碳化物脱硫剂(如电石)、碳酸盐脱硫剂(如苏打)、氧化物脱硫剂(如石灰)及复合脱硫剂等；脱硅、脱磷剂主要

是铁氧化物或氧气，熔剂多为石灰。

3、不同的脱硫工艺及其技术特点

3.1、几种脱硫剂的比较

铁水预处理工艺使用的脱硫剂主要有:CaO,CaC2和Mg，脱硫热力学研究得出，1340℃时，其脱硫反应平衡常数从大到小依次为: CaC2-Mg-CaO。

CaC2脱硫能力很强，但极易吸收水分而生成乙炔(C2H2) C2H2气体在空气中的浓度达到2.7%时就会发生爆炸，其运输储存需要保护性气氛，使用中必须采取安全措施，且CaC2形成的渣粘度大，不容易扒除，价格也要比石灰贵。

Mg具有较强的脱硫能力，熔点和沸点较低(651℃和1107℃)，加入铁水中，形成镁气泡，对铁水起到搅拌作用，脱硫速度快。但镁蒸汽压大，加入铁水时会产生爆炸式反应发生喷溅，镁的价格很高，不易控制脱硫成本。

CaO脱硫能力虽比Mg弱，但资源丰富、价格便宜、安全、无污染，且对耐材浸蚀轻;Mg+CaO进行复合喷吹的话，脱硫剂配比可根据现场需求灵活调整，粉剂消耗低、控制稳定、喷溅少、渣量少、铁损少，脱硫效果好

3.2、钝化镁与石灰粉混合喷吹的热力学情况

镁与铁水中的硫反应式如式（1）所示，镁和石灰同时与铁水中的硫反应如式(2)所示，两个反应式中镁都为在铁水中的溶解状态，对于不同的反应式，其在1340℃时的吉布斯自由能值分别表示为:

△G o

[a]1340℃

和△G

o

[b]1340℃

[Mg]+[S]=MgS(s)（1）[Mg]+[S]+CaO(s)=MgO+CaS(s)（2）

△G o

[a]1340℃

= -69060J

△G o

[b]1340℃

= -148110J

从以上结果可以看出，反应(2)的吉布斯自由能远低于反应(1)的自由能。因此，在铁水中有镁与石灰同时参与脱硫反应的热力学条件比仅有镁参与的脱硫反应热力学条件好，采用镁与石灰粉联合喷吹的方法具有更强的脱硫能力。