第七章 钢铁冶金原理脱硫

/ K S ——包括了从
X S 2 − 到（%S）转换系数在内的平衡常数。
2−
LS
(%S ) = K / × f S × aO = [%S ] S γ S × aO
2−
（熔渣脱硫能力）
脱硫的热力学分析或影响LS的因素（热力学条件）： （1）温度：脱硫是吸热反应，热效应不大。T↑→KS↑→LS平↑； 温度影响动力学，T↑→石灰熔化↑→
K=
K/——包括了从 令：
a S 2− aO 2 −
×
PO2 PS 2
1 1 S 2 + O 2 − = S 2 − + O2 2 2 PO2 γ S 2 − ⋅ (% S ) / K = × aO 2 − PS 2
( ) ( )
X S 2 − 到（%S）转换系数在内的平衡常数。
PO2 PS 2 =K ×
§7.2
气化脱S 气化脱
硫的各种化合物：硫是活泼的非金属元素，可形成多种化合物，冶金中 出现的硫化物： 焦炭中60～80%为有机硫，15～40%为硫化物。 铁矿石中的硫以FeS、FeS2、CaSO4、BaSO4等硫化物及硫酸盐形式存 在。 铁水中的硫以元素[S]状态存在。 在钢铁冶金过程中气态的硫化物有： 还原气氛：CS、CS2、COS、H2S、HS； 氧化气氛：SO、SO2、SO3。 气化脱硫指硫以气态硫化物或硫蒸气的形式脱除。 气化脱硫 转炉内：CO2：8～18%；CO：81～91%；H2：0.5～1.5%。只有在炼钢 初期。炉气中O2多时才发生气化脱硫（10～20%）。
/
C S = (% S )
γS
aO 2 −
2−
硫容量CS：炉渣容纳吸收硫的能力。 高炉内：
lg C S = −5.57 + 1.39 R （经验式）
1 X CaO + X MgO 2 R= 1 X SiO2 + X Al2O3 3
§7.3.2
硫分配系数L 硫分配系数 S
硫分配系数LS：
(S ) + (O 2− ) = (S 2− ) + [O]
炉渣脱S §7.3 炉渣脱 硫容量C §7.3.1 硫容量 S 钢铁冶金：
[FeS ] + (CaO) = (CaS ) + (FeS )
(S ) + (O 2− ) = (S 2− ) + [O]
KS =
a (s 2 − )a[O ] a (O 2 − )a[S ]
硫在炉气——炉渣间的分配平衡：
钢铁冶金原理
内蒙古科技大学 材料与冶金学院冶金工程系
第七章
学
硫的脱除
ห้องสมุดไป่ตู้——脱硫反应的热力学与动力 脱硫反应的热力学与动力
§7.1
硫对钢铁的危害
硫是铸造生铁及钢中的有害元素。 （1）硫的危害 铸铁：[S] ↑→ ↑→流动性↓→铸造性↓→强度↓
η
钢：Fe+FeS共晶体在988℃析出→热脆；若含氧量高，Fe+FeS +FeO共晶体， 熔点940℃，危害更大。 在炼铁、炼钢、炉外精炼过程中，硫的平衡为：
A k m = β [S ] × Vm A ρS k s = β (S 2− ) × × Vm ρ m
，
η↓ →LS实↑。
（2）炉渣成分：
aO 2 − ↑→ LS平 ↑ R ↑→ → LS γ S2 − ↑→ LS平 ↑
a FeO ↑↑→ a[O ] ↑↑→ LS平 ↓↓ (% FeO) ↑→ → L S平 ↓ aCaO ↑→→ aO 2− ↑→ LS平 ↑
高炉渣（%FeO）<1%→LS平↑约100 （3）金属液成分：[Si]、[C] ↑→→fs↑→Ls平↑； 炼铁过程中铁水中的[Si]、[C]远大于钢水中的含量； 铁水中fs：4-6，钢水中fs：1-1.5，故铁水中的[S]容易脱除。
§7.3.3 渣——金属液间脱S机理：
炉渣脱S的动力学 炉渣脱 的动力学
硫负荷：冶炼一吨生铁由炉料带入的硫量，4～6kg/t-p； 焦炭含硫：0.6～0.8%，焦炭带入炉内的硫占硫负荷的70～80%。 炼铁生产中进入生铁的硫<5%，进入熔渣的硫80～85%，随着炉气逸出 的硫占5～10%。 炼钢过程硫主要来自金属料，以炉渣脱硫为主。如氧气顶吹转炉，炉渣 脱硫约占80～90%气化脱硫约占10～20%。 （3）降低金属含硫量的措施： 1) 降低硫负荷，即原料含硫量； 2）增大渣量及炉渣脱硫量，但会使热负荷增大； (% S ) ↑ 3）增大炉渣脱硫能力 LS = [%S ] ； 高炉LS的平衡值：100，实际：30～50； 碱性氧化渣炼钢LS实际：4～10； 酸性氧化渣炼钢LS实际：0.5～1.5； 因而高炉脱硫具有得天独厚的有利条件，钢铁冶炼过程中主要在炼铁过程中除硫。
⑴ [S]由金属液向熔渣——金属液界面传质： [S]→[S]* ； ⑵ 界面化学反应：[S]*+(O2-)*→(S2-)*+[O]* ； ⑶ 界面生成的(S2-)*向熔渣中传质：(S2-)*→(S2-) 。
k m ⋅ LS (% ) (% S ) d [% S ] − = × [% S ] − (k m / k S ) + LS (% ) dτ LS ( % )
∑S = w
式中：
s
(% S ) + w ⋅ [% S ] + V ⋅
100
m
100
g
⋅ Sg
∑ S ：原料带入总流量，kg；
ws、wm：熔渣、金属液重量，kg； Vg、Sg：煤气量、含硫量，m3、kg/m3；
对于高炉冶炼过程进一步写为：
wm wm [% S ] = 1 + U ⋅ LS
式中：
∑S − V
g
⋅ Sg × 100%
U=
ws
wm
渣铁比；
LS
（2）钢铁含硫要求
(% S ) = [% S ]
分配比。
合格铁：[S]≤0.07%； 特类：[S]≤0.02%； 一类（优质）：[S]≤0.03%； 二类：[S]≤0.05% 三类：[S]≤0.07%。
普通钢：[S]≤0.05%； （一般钢[S]：0.015～0.045%） 优质钢：[S]≤0.03%； 高级优质钢：[S]≤0.02% 钢中允许[S]：0.001～0.05%
=
KS =
a (S 2 − )a[O ] a (O 2 − )a[S ]
/ S
γS ⋅ XS
2−
f S ⋅ [% S ]
2−
×
a[O ] a (O 2 − )
=
γ S ⋅ n ⋅ (% S )
2−
f S ⋅ [% S ]
×
a[O ] a (O 2 − )
K S γ S 2 − ⋅ (% S ) a[O ] K = = × n f S ⋅ [% S ] a (O 2 − )