首钢京唐1号高炉铁水含硫高的分析

首钢京唐1号高炉铁水含硫高的分析

曹锋，霍吉祥

(首钢京唐钢铁联合有限责任公司炼铁部，河北唐山063200)

摘要：从原燃料质量、炉渣成分、炉缸状态、炉况稳定性等方面，对首钢京唐1号高炉铁水含硫高进行了分析，原燃料质量恶化是铁水含硫高的重要原因，渣铁温度偏低、炉缸活性较差、炉况波动是铁水含硫高的主要原因，在改善原燃料质量的基础上，优化造渣制度，活跃炉缸，稳定煤气流，可降低铁水含硫。

关键词：高炉；铁水；硫；分析

首钢京唐公司产品定位于生产高端精品钢，对铁水质量有较高的要求。2011年以来，首钢京唐1号高炉铁水含硫有较大幅度的上升，对炼钢工序的脱硫作业带来一定的困难，分析导致铁水含硫升高原因，对稳定降低铁水含硫量、提高铁水质量、满足下道工序要求有重要意义。

1 概述

首钢京唐公司1号高炉容积为5500m3，年产铁水近450万t。近1a来，首钢京唐1号高炉所产铁水含硫情况见表1。首钢京唐1号高炉所用原燃料为自产高碱度烧结矿、自产酸性球团矿、澳块矿、自产干熄焦和主要由阳泉煤、潞安煤、焦作煤、神华煤按比例混合而成的喷吹煤。表2为首钢京唐1号高炉所用原燃料的含硫量情况，表3为首钢京唐1号高炉冶炼1t铁水由炉料带入的硫量。

2 铁水含硫上升的原因

2.1 原燃料质量恶化

铁水中的硫来源于入炉料，炉料含硫的升高，势必会导致(同样脱硫能力情况下)铁水含硫的上升。近年来，首钢京唐1号高炉入炉原燃料的含硫都趋于上升趋势。从表3可看出，烧结矿和燃料带入的硫占入炉炉料带入总硫的98%以上，其中入炉焦炭带入的硫占入炉总硫量的78%以上，是硫的主要来源，故焦炭含硫对铁水含硫影响较大。焦炭带入的硫增加，会明显增加铁水含硫量。表4为焦炭、煤粉的含硫变化情况。此外，焦炭灰分高且波动大，矿料成分波动频繁且趋坏，引起热制度、造渣制度的波动，在一定程度上也导致了铁水含硫上升，总的来说，原燃料质量的整体恶化，是首钢京唐高炉铁水含硫升高的重要原因。

2.2 炉渣对铁水含硫的影响

在原燃料含硫高的条件下，炉渣脱硫能力是直接影响铁水质量的重要因素之一。脱硫反应是在液态渣铁间界面处进行离子迁移的过程，即在铁水中呈中性的硫原子，在渣铁界面处吸收熔渣中的电子变成硫负离子进入炉渣，炉渣中的氧负离子在界面处失去电子变成中性的原子进入铁水，然后与铁水中的碳化合生成一氧化碳排出。影响高炉炉渣脱硫能力的因素很多，炉渣的成分和温度对铁水脱硫有着重要的影响。

适宜的炉渣碱度(ω(CaO)/ω(SiO2))是保证炉渣脱硫的最主要条件，炉渣碱度过低或过高都会引起其流动性变差，导致L s值降低，对脱硫不利。首钢京唐1号高炉的入炉炉料碱度虽有波动，但通过日常操作调整，保证了渣碱度的相对稳定，表5为近1 a来首钢京唐1号高炉的炉渣成分。

合适的渣中MgO质量分数，可降低炉渣的熔化温度和黏度，改善渣的流动性、稳定性，能加速反应产物CaS的扩散，使脱硫反应加快进行。文献指出[1-11]，随着渣中MgO质量分数的增加，炉渣黏度下降，流动性改善，稳定性提高，利于炉渣脱硫。这是因为增加渣中MgO质量分数的比率，可以带入较多的O2-离子，因而减少了Si-O，Al-O阴离子团的聚合度，破坏了它们的网状结构，形成了简单的单、双四面体结构；同时还能与Al2O3生成一系列低熔点物质，改善炉渣的流动性。而CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元系等温线-初晶区相图也反映出，渣中MgO可有效地扩大渣相中黄长石(2CaO·MgO·2SiO2)区，在该区域内，熔化温度较低，等温线分布较稀疏，炉渣的热稳定性和化学稳定性好。但渣中MgO不应大于13%，一般来说，较为适宜的渣中MgO质量分数为9%～12%。目前首钢京唐1号高炉渣中MgO 平均质量分数为7.33%，渣中MgO质量分数偏低，脱硫效果差。

随着炉渣中Al2O3质量分数升高[6-13]，炉渣的黏度和熔化性温度均提高，炉渣的流动性变差，脱硫能力降低，铁水硫质量分数将明显升高。炉渣中的Al2O3质量分数提高后，炉渣中的(AlO4)5-离子团数量有所增加，同时炉渣中高熔点的复杂化合物也容易形成，炉渣的内

部结构呈现复杂化，从而使炉渣的黏度和熔化性温度提高，恶化了炉渣脱硫反应的动力学条件。另一方面炉渣中的Al2O3会吸收炉渣中的自由氧离子，降低炉渣中CaO和MgO的活度，从而降低了炉渣脱硫能力。为使炉渣获得较好的脱硫能力，通常应控制炉渣中Al2O3的质量分数不超过15%。

虽然Al2O3质量分数上升导致炉渣熔化性温度、黏度上升，但MgO质量分数增加对炉渣熔化性23温度、黏度上升起着明显的缓解作用。在炉渣温度较高时，Al2O3质量分数对炉渣黏度影响较大；随温度下降，炉渣黏度增大时，MgO缓解黏度增大的作用比Al2O3对炉渣的影响要大。而对于Al2O3质量分数比较高的炉渣，其MgO质量分数也不宜控制太高，原因是在高Al2O3的炉渣中，当MgO质量分数增至13%以上时，MgO和Al2O3容易形成一些高熔点的化合物，炉渣中会出现难溶的尖晶石(MgO·Al2O3)和方镁石(MgO)等高熔点物质，炉渣的黏度、熔化性温度都将大幅度提高，流动性变差，从而严重恶化了脱硫反应的动力学条件。常规四元渣系中，控制MgO质量分数在9%～12%，Al2O3质量分数不大于15%是较为适宜的。在MgO平均质量分数为7.33%条件下，首钢京唐1号高炉渣中的Al2O3偏高(见表5)，对铁水脱硫不利。

炉渣中FeO增加，不仅增加了炉缸内直接还原热量的消耗，而且会促使更多的S—与Fe++结合进入铁水，对脱硫反应是十分不利的。目前首钢京唐1号高炉渣中FeO质量分数平均在0.51%左右，最高达1.24%，渣中FeO质量分数偏高，使铁水含硫增加。

炉缸热量不足，渣温低，不利于反应向脱硫方向进行，炉渣黏度大、流动性差，也影响硫从铁水向炉渣的扩散速度，在同一碱度下，硫分配系数L s降低，炉渣脱硫能力不足。图1为首钢京唐1号高炉近1a来的铁水温度与硫分配系数L s相关关系曲线。由图可见，硫分配系数与铁水温度有较强的相关性，铁水温度高时，脱硫效果好些。生产实践表明，首钢京唐高炉渣铁温度在1500℃以上时，炉渣脱硫效果较好。1号高炉的铁温略显偏低，不利于降低铁水含硫。

2.3 炉缸工作对铁水含硫的影响

当炉缸堆积时，尽管炉温不低，由于炉渣不能在炉缸内自由流动，脱硫效果不好，从而降低炉渣的脱硫能力。2011年1号高炉计划和非计划停风次数较多，高炉长期休、慢风，引起了炉缸堆积，使炉缸在较长一段时间内处于不活跃状态，炉缸工作性能变差，使脱硫效率大大降低，铁水含硫上升。炉缸活性差，渣中FeO不能被充分还原，也导致了渣中FeO 高，影响炉渣的脱硫效果。

经过治理，炉缸的活性有阶段性的改善，图2为首钢京唐1号高炉近年来的炉芯温度。但炉缸活性、均匀性仍显欠缺，热制度极不稳定，炉缸温度不均匀，渣铁温度偏低且波动大，引起铁水含硫升高。图3为1号高炉2012年3个月的铁温日统计曲线。