铁水预处理脱硫工艺的探讨

铁水预脱硫工艺的探讨

摘要：本文重点讨论铁水预处理中脱硫工艺的方法及特点，为国内各个钢厂选择合理有效的工艺，提高铁水质量，增加市场竞争力提供重要的参考信息。

关键词：铁水预处理脱硫剂搅拌法喷吹法扒渣

1 前言

铁水预脱硫工艺是指铁水进入炼钢炉前的脱硫处理，它是铁水预处理中最先发展成熟的工艺。对于优化钢铁冶金工艺、提高钢的质量、发展优质钢种、提高钢铁冶金综合效益起着重要作用，是不可缺少的工序。国内昆钢通过铁水预处理脱硫工艺，铁水中的含硫量从110多个降为15个（含硫量0.001%称为1个硫），使钢材的内在质量得到了提升，明显增加了市场竞争力和经济效益。

2 铁水预脱硫的必要性

钢的很多性能都受含硫量及其在钢中形成的硫化物夹的杂物理和化学影响，硫化物—硫化锰夹杂在热轧温度下很容易变形，成为延伸性夹杂，引起钢性能各向异性。除易切削钢外，硫是影响钢质量和性能主要有害元素，影响钢的加工性能和使用性能。普通钢：特别是连铸坯内部裂纹和表面质量均与[S]有关，要求[S]≤0.02%；低硫钢：结构钢为实现均匀机械性能，减少各相异性，则要求[S]≤0.011%；极低硫钢：石油和天然气输送管线、海上采油平台、厚船板和航空用钢等要求有更好均匀机械性能和更高冲击韧性，而硅钢要求有良好的磁性，薄钢板则要求良好深冲性能等，都要求[S]≤0.005%。

铁水中硫主要来自加入高炉的焦炭、煤粉和矿石等，高炉内脱硫必须通过增加渣量、提高炉渣碱度和炉温来降低铁水硫含量值，高碱度会增加铁水硅含量，消耗额外热量，导致炼钢石灰耗量增加，对炼钢带来一系列问题，同时降低金属收得率。所以，一般情况下高炉采用低碱度操作，可以显著降低焦比，减少渣量，降低铁水温度和硅含量，使高炉产量增加。但产出的铁水含硫较高，如果转炉采用高硫铁水冶炼低硫钢，势必采用造碱度渣，并经多次扒渣、再造渣操作，这样势必带来许多不利影响，严重影响钢的质量，降低炉龄，不能把硫降到较低水平。

所以，只有采用低硫铁水炼钢才能提高钢的质量和各项技术经济指标，降低炼钢成本。而铁水预脱硫处理是获得低硫铁水有效途径，已被公认为脱硫过程的最佳工艺。

3 铁水预脱硫的原理及脱硫剂

3 .1铁水预脱硫的原理

铁水预脱硫基本原理是利用与硫亲和力比铁大的元素化合物（俗称脱硫剂），加入铁水夺取硫化铁中的硫，使之转变更稳定、不溶于铁水而溶于熔渣的硫化物而加以去除。

3 .2脱硫剂

铁水脱硫剂的种类通常有四种：氧化物脱硫剂、碳化物脱硫剂、碳酸盐脱硫剂和镁基脱硫剂。

氧化物脱硫剂以CaO为主，优点是使用安全，操作简单，价格便宜。但磨细的石灰易吸水，生成的炉渣带走大量的铁。同时该反应需要在高温条件下进行，所以使得铁损大，温降大，脱硫剂耗量大。

碳化物脱硫剂以电石粉(CaC2)为主，其优点是温度高和硫含量高时，脱效率高；但铁水温度降到1300℃以下时，脱硫效率很低。萤石(CaF2)虽然也能起到脱硫的作用，但一般都是作为添加剂使用，能起到降低炉渣熔点的作用，改善脱硫条件，但对耐火材料侵蚀严重、对环境污染严重是其主要的缺点。

碳酸盐脱硫剂以苏打(Na2CO3)为主，其优点是脱硫能力强，且同时脱除硫和磷，且效率高，金属铁的损失小，也可回收V、Nb等稀有元素；但Na气化损失，污染环境，腐蚀设备，影响耐材寿命，铁水温降大，而且脱硫剂价格贵，处理成本较高。

镁基脱硫剂主要是是纯镁或者含有镁的复合粉剂。铁水预脱硫的温度一般在1250～1450℃这一范围内进行。镁在这一温度条件下将会被汽化形成镁蒸汽泡，在气泡上浮的过程中，一部分用于脱硫、脱氧而消耗掉，一部分镁会溶解于铁水中，还有一部分镁来不及反应会上浮进入渣中。同时形成很高的镁蒸汽压，这样以来，可使铁水得到充分搅动，对脱硫的动力学条件的改善十分有利。同时金属镁在铁中的溶解度非常小。

利用镁基脱硫剂进行铁水预脱硫的优势在于：

1）可实现深脱硫；

2）脱硫速度快、命中率高、处理时间短，可满足连铸工艺的快节奏生产要求；

3）脱硫剂用量少，可以实现少渣操作；

4）铁水温降小；

5）对铁水含硫量要求放宽，从0.03%提高到

0.07%甚至更高。

因此，镁基脱硫剂在近几年得到了广泛应用。

4 铁水预脱硫的主要方法

铁水预脱硫的方法很多，按照脱硫剂加入方法和铁水搅拌方法可分为铺撒法、摇包法、搅拌法、喂线法、喷吹法等，其中以搅拌法和喷吹法应用最为广泛。

4 .1搅拌法

搅拌法通常是以一种外衬耐火材料的搅拌器浸入铁水罐内旋转搅动铁水，使铁水产生涡流，同时加入脱硫剂使其卷入铁水内部进行充分反应，从而达到铁水脱硫目的，具有脱硫效率高、脱硫剂消耗低、金属耗损少等特点。

搅拌法的一般工艺流程为：铁水通过铁水罐车进入生产现场，扒渣机对铁水对铁水罐上的浮渣进行扒渣，接着行至搅拌位，利用搅拌系统对铁水进行搅拌，搅拌的同时，加料系统向铁水里加入脱硫剂，脱硫剂和铁水在搅拌的同时充分接触，进行一系列化学物理反应，生成浮渣，最后再次进行扒渣将浮渣扒干净。铁水运出脱硫现场，就可以直接送入转炉。整个处理过程中会产生大量烟尘，所以对防尘系统要求很严，使其达到环保的目的。

整个过程中的设备可分为三大部分：搅拌

系统设备、加料系统设备、除尘系统设备。

其中搅拌系统设备是三部分的核心。这部分的设备包括：搅拌器、搅拌器升降装置、烟尘收集装置升降系统、铁水罐车、渣罐车、扒渣机、溜槽升降装置、活动轨道、翻转装置、搅拌器更换小车及与设备相关的液压站和电气室。

加料系统包括：气动阀门室、粉料仓、给料泵及其管路。

除尘系统包括：风机、管路及粉尘收集装置等。

4 .2喷吹法

喷吹法是用氮气、氩气、天然气或压缩空气做载体把脱硫剂（通常是镁粒）通过直接插入铁水内的专用喷枪喷入铁水深处，用吹入的气体搅拌铁水使粉剂与铁水充分接触，在上浮过程中将硫除去。为完成这一过程，要求从喷粉罐送出气粉流均匀稳定、喷枪出口不发生堵塞、脱硫剂粉粒具有足够的速度进入铁水、再反应过程中不发生喷溅，最终取得高的脱硫率，使处理后的铁水含硫量能满足低硫钢生产的需要。设备简单、操作灵活、易于控制、脱硫率高，几乎不受容量限制，铁水包或混铁车均可使用，应用最广泛。

喷吹法的一般工艺流程为：将高炉铁水运至铁水倒灌站，用天车将铁水倒入座在铁水罐车上的铁水罐内，将铁水罐车开至测温取样位测温取样，然后将铁水罐车开至脱硫位进行喷吹，铁水通过翻铁天车称量，脱硫过程采用计算机自动控制，当喷吹到目标耗镁量时，自动提枪，脱硫结束，结束喷镁后，驱动铁水罐车倾翻机构及液压扒渣机开始扒渣，摇正升至测温取样位，测温取样后，将铁水罐车开至翻铁位，用天车将铁水吊至转炉炼钢。

整个过程中的主要设备包括：装料罐及供料系统、供气系统、喷吹罐及喷吹系统、带气化室的喷枪及喷枪升降系统、测温取样系统、液压系统、喷枪架、计算机操作系统、PLC程序控制设备、仪表监测系统、烟气除尘机控制系统、铁水包车、渣盘车、扒渣机及自动化控制设备等。

与其它铁水预脱硫技术相比，喷吹法主体设备简单、数量少、操作灵活、铁水处理量大、设备运行和维护量少，费用低、冶金效果好。

5 结语

铁水预处理因其明显的经济价值，已经引起国内各个钢铁企业的高度重视。而铁水预处理中脱硫工艺是关键，它的发展直接影响着铁水的质量以及钢材在国内市场上的竞争力。可以预见，该工艺将会成为炼钢前必不可少的一道工艺，在国内冶金市场上有着广阔的发展空间。

参考文献

1 冯聚和，艾立群铁水预处理与钢水炉外精炼冶金工业出版社，2006.6

2 赵沛炉外精炼及铁水预处理实用手册

冶金工业出版社，2004.6