铁水脱硫的概念和优点

【本章学习要点】本章学习铁水预处理脱硫的优点，常用脱硫剂种类及其反应特点，脱硫生产指标，KR法脱硫的生产工艺流程和脱硫的基本操作，混铁车喷吹脱硫的工艺特点和工艺操作。

第一节 铁水预脱硫的概念和优点

铁水预处理，炼钢生产中主要是指铁水在进入转炉之前的脱硫处理。广义的铁水预处理是指包括对铁水脱硫、脱硅、脱磷的三脱处理，另外还有特殊铁水的预处理，如含V铁水的提V等。

铁水脱硫是二十世纪70年代发展起来的铁水处理工艺技术，它已成为现代钢铁企业优化工艺流程的重要组成部分。铁水脱硫的主要优点如下：

1.铁水中含有大量的硅、碳和锰等还原性的元素，在使用各种脱硫剂时，脱硫剂的烧损少，利用率高，有利于脱硫。

2.铁水中的碳、硅能大大提高铁水中硫的活度系数，改善脱硫的热力学条件，使硫较易脱致较低的水平。

3.铁水中含氧量较低，提高渣铁中硫的分配系数，有利于脱硫。 4.铁水处理温度低，使耐火材料及处理装置的寿命比较高。

5.铁水脱硫的费用低，如在高炉、转炉、炉外精炼装置中脱除一公斤硫，其费用分别是铁水脱硫的2.6、16.9和6.1倍。

6.铁水炉外脱硫的过程中铁水成份的变化，比炼钢或钢水炉外处理过程中钢水成份的变化对最终的钢种成份影响小。

采用铁水脱硫，不仅可以减轻高炉负担，降低焦比，减少渣量和提高生产率，也使转炉也不必为脱硫而采取大渣量高碱度操作，因为在转炉高氧化性炉渣条件下脱硫是相当困难的。因此铁水脱硫已成为现代钢铁工业优化工艺流程的重要手段，是提高钢质量、扩大品种的主要措施。

早期的铁水脱硫方法有很多种：如将脱硫剂直接加在铁水罐罐底，靠出铁铁流的冲击形成混合而脱硫的铺撒法。也有将脱硫剂加入装有铁水的铁水罐中，然后将铁水罐偏心旋转或正向反向交换旋转的摇包法。之后逐步发展至今天采用的KR搅拌法及喷枪插入铁水中的喷吹法。

第二节常用脱硫剂及脱硫指标

一、常用脱硫剂

经过长期的生产实践，目前选用作为铁水脱硫剂的主要是Ca、Mg、Na等元素的单质或化合物，常用的脱硫剂主要有：

Ca系：电石粉（CaC2）、石灰（CaO）、石灰石（CaCO3）等 Mg系：金属Mg粉

Na系：苏打（Na2CO3）

二、常用脱硫剂反应特点

1.电石粉 碳化钙脱硫反应为

用CaC2脱硫有如下特点：

1)在高碳系铁水中，CaC2分解出的Ca离子与铁水中的硫有极强的亲和力。因此CaC2有

5

很强的脱硫能力，在一定的铁水条件下，用CaC2脱硫，脱硫反应的平衡常数可达6.9×10，

-7

反应达到平衡时，铁水中硫含量可达4.9×10。

2)用CaC2脱硫，其脱硫反应是放热反应，有利于减少铁水的温降。

0

3)脱硫产物CaS，其熔点2450C，因此脱硫后，在铁水面上形成疏松的固体渣，有利于防止回硫，且对混铁车内衬浸蚀较轻，扒渣作业方便。

4)由于电石粉脱硫能力强，故用量少，渣量也较少。 5)电石粉易吸潮，吸潮时产生如下反应: CaC2+H2O=CaO+C2H2

CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2

这个反应会大大降低电石的脱硫能力，而且放出的C2H2是属易爆气体，因此在运输和保存电石粉时要采用氮气密封，储料罐必须安装乙炔检测等安全装置，以防爆炸等事故。

6)用电石粉脱硫生成的碳除饱和溶解于铁水外，其余以石墨态析出，喷吹过程中随喷吹气体有少量的电石粉带出，同时还有少量的C2H2产生，这些都会对环境产生污染，故必须有除尘设备。

2.石灰粉脱硫 石灰脱硫的反应式为：

用

脱硫有如下特点：

有较强的脱硫能力，在1350℃时，用

脱

1)在高C和一定含硅量的铁水中，

硫，反应达平衡时，铁水中硫含量可达，比的脱硫能力要弱得多。

2)脱硫渣为固体渣，扒渣方便，对铁水缶、混铁车侵蚀较小，但用量较大，故形成的渣量也大，铁损也较高，铁水温降也较大。

3)石灰粉资源广、价格低、易加工，使用安全。 4)石灰粉流动性差、在输送中易堵塞、在料罐中也可能会“架桥”而堵料，且石灰易吸潮，吸潮后其流动性大大恶化，吸潮后会生成，不仅影响脱硫效果，而且会污染环境，因此，石灰的加工运输和贮存都要在干燥条件下进行，一般也采用氮气密封和输送。

3.用Mg粉脱硫

用Mg粉脱硫，其反应式为：

镁粉脱硫有如下特点：

05

1)Mg有很强的铁水脱硫能力，1350C时，用Mg粉脱硫，反应的平衡常数为3.17×10，

-7

反应达到平衡时，铁水中含硫量可达l.6×10，大大高于Ca0的脱硫能力。

0

2)Mg的沸点为ll07C，Mg加入铁水后，变成Mg蒸气，形成气泡，使Mg的脱硫反应在气液相界面上进行，另外由于金属Mg变成Mg蒸气．使得反应区附近的流体搅拌良好，大大增强Mg的脱硫效果。

3)Mg在铁水中有一定的溶解度，铁水经过Mg饱和后能防止回硫，这部份饱和的Mg在铁水处理后的运送过程中仍能起到脱硫作用。

4)由于Mg进入铁水后就会气化，反应非常强烈，因此一般不使用纯Mg，而与其他材料混合一起喷入，目前多与Ca0一起混合后作成混合脱硫剂。

5)Mg的价格昂贵，但因Mg混合脱硫剂只要配比合适，也会使其用量少，而且铁水温降小，渣量少，铁损也少等特点，其综合成本也不一定高，而且由于用量少，处理周期也短，对高节奏的转炉也是有利的，因此Mg脱硫剂已越来越多被采用。

其他脱硫剂，像石灰石（CaCO3）因脱硫效果差而且铁水温降太大，而像苏打（Na2CO3）由于资源短缺，而且脱硫产物呈液态对罐衬侵蚀严重，降温也大，因此这些在铁水脱硫生产中已较少采用。

三、脱硫生产指标

对一种脱硫工艺方法或脱硫剂的脱硫效果的评定，目前还没有一个统一的、全面的指标来反映，但在实际生产中仍可根据以下指标来评价其脱硫效果。

1.脱硫效率(

)

式中：

——处理前铁水原始含硫量，％ ——处理后铁水成品含硫量，％

此值反映脱硫工艺对铁水脱硫的直接影响，是工艺操作中很重要的工艺参数，值较大，说明此工艺的脱硫效果越好，当然值的大小与原始含硫量有关，如脱硫前原始硫很高，即使值较大，也不能说明成品硫就很低。此外由于公式中无脱硫剂的使用量，因此该公式并未反映出脱硫剂的脱硫效果。

2.脱硫剂效率(Ks)

式中：w—脱硫剂的消耗量，kg/t铁

假设在脱硫反应过程中，脱硫剂的效率不变，则：

脱硫剂效率Ks的意义是单位脱硫剂的脱硫量，此值虽不能准确地描述脱硫剂的脱硫能力，但在生产操作中有实际意义。当掌握了一定工艺条件下的经验脱硫数据后，就可以根据要求的脱硫量控制加入脱硫剂的数量。

3.脱硫剂的反应率ηM

脱硫剂加入铁水后，并非全部脱硫剂都参与了脱硫反应而起到了脱硫作用，为比较脱硫工艺中脱硫剂参与脱硫反应的程度，可用脱硫剂的理论消耗量和实际消耗量的比值来表示脱硫剂的反应率

式中：

——脱硫剂的理论消耗量，kg/t铁

——脱硫剂的实际消耗量，kg/t铁

例如：用电石粉的脱硫剂的反应率

式中：64—的分子量

32 — S的分子量

—电石粉的单耗，kg/t铁

—电石粉中的含量，％

一般来说脱硫剂的反应率都不高，电石粉的反应率为20～40％，而石灰粉的反应率仅5～10％。

4.脱硫分配比

。

脱硫的产物必须进入渣中，从而使钢中的硫减少，其反应式简化为：炉渣的脱硫能力，通常用硫在渣—铁中的分配比

式中： —硫在渣—铁中分配比

(S)—渣中硫的含量，％ [S]—铁中硫的含量，％

的大小来表示，

=（ S ） / [ S ]

值越大，说明炉渣的脱硫能力越强，一般而言，象高炉渣由于FeO低，可达100，电

炉还原期

可达30～50，而转炉渣仅为5～10。

第三节 常用脱硫方法及其操作

一 、铁水罐搅拌法脱硫(KR法)

搅拌法是铁水脱硫技术的重要进展，它放弃了传统的容器运动方式，通过搅动来使液体金属与脱硫剂混合接触达到脱硫目的。 搅拌法分为两种形式即莱茵法和KR法。

a -- 莱茵法 b-- KR法

图9—1 搅拌法脱硫

两种方法的最大区别是搅拌器插入铁水深度不同，莱茵法搅拌器只是部分地插入铁水内部，通过搅拌使罐上部的铁水和脱硫剂形成涡流搅动，互相混合接触，同时通过循环流动使整个罐内铁水都能达到上层脱硫区域段实现脱硫。

KR法是将搅拌器沉浸到铁水内部而不是在铁水和脱硫剂之间的界面上通过搅拌形成铁水运动旋涡使脱硫剂撒开并混入铁水内部，加速脱硫过程。

武钢二炼钢KR法是利用机械搅拌作用使脱硫剂与铁水混匀达到脱硫目的，因此，脱硫剂利用率高，消耗较低，目前武钢二炼钢KR铁水脱硫的脱硫剂消耗达到5.0kg／t.Fe(CaO基) 左右，搅拌器寿命达到700余次，耐材消耗0.02kg／吨，脱硫效果[S]可以达到0.001％，脱硫效率≥90％，可以生产和满足不同低硫品种的需求。

1．KR铁水脱硫工艺流程

机械搅拌法脱硫就是将耐火材料制成的搅拌器插入铁水罐液面下一定深处，并使之旋转。当搅拌器旋转时，铁水液面形成“V”形旋涡(中心低，四周高)，此时加入脱硫剂后，脱硫剂微

粒在浆叶端部区域内由于湍动而分散，并沿着半径方向“吐出”，然后悬浮，绕轴心旋转和上浮于铁水中，也就是说，借这种机械搅拌作用使脱硫剂卷入铁水中并与接触，混合、搅动，从而进行脱硫反应。当搅拌器开动时，在液面上看不到脱硫剂，停止搅拌后，所生成的干稠状渣浮到铁水面上，扒渣后即达到脱硫的目的。

脱硫前，铁水缶中若有高炉渣，应先扒渣，即脱硫前后要二次扒渣。 下图KR专用罐工艺流程(图9—2)：

图9—2 KR专用罐工艺流程

高炉铁水罐直接KR法脱硫工艺流程：

图9—3 高炉铁水罐直接KR法脱硫工艺流程

2．原料要求

1）高炉铁水条件

0

铁水温度：T≥l250C

铁水硫含量：[S]≤0.060％

渣层厚度：

处理铁水量：Q=80～90吨／罐·次 2）脱硫剂(KC—2#) （1)重量配比：

活性石灰：88—90% 萤石: 12—10%

（2)粒度要求：

表9—1 脱硫剂粒度要求 粒度 ≤0.1mm 比例 <5％ 0.1-0.6mm ≥60％ 0.1-1.0mm ≥30％

≥1.0mm ≤5％

（3)要求新鲜、干净、干燥、不混有杂质、不粉化变质。 3）镁质复合脱硫剂(试行)

（1)重量配比：

活性石灰 75～80％ 萤石：15～10％ Mg粉：≥10％

#

（2)粒度要求(活性石灰、萤石同KC—2脱硫剂) （3)Mg:阻燃时间，闪点：615C左右 3．KR铁水脱硫的基本操作

1）扒渣操作：

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