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△Go[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。

3.3、脱硫方法及技术特点铁水脱硫的原理是使用与硫亲合力比铁与硫亲合力大的元素或化合物，将硫化铁转化为更稳定的、极少或完全不熔解于铁水的硫化物，从而达到脱硫目的。

目前，机械搅拌法(KR法)和喷吹法是铁水脱硫预处理工艺最基本的两种方法3.3.1、机械搅拌法机械搅拌法主要指KR法，日本新日铁君津厂是KR法的首创者。

将脱硫粉剂直接加入铁水中，使搅拌头下降至铁水中搅拌进行脱硫处理。

武钢二炼钢ＫＲ法已应用生产20多年，生产技术水平和技术经济指标均较原设计有大幅度的提高。

济钢三炼钢ＫＲ法脱硫2003年3月投产，在铁水初始硫质量分数为0.05时，处理后硫质量分数可达0.010以下，脱硫剂单耗最大为7.1kg/ｔ。

昆钢，川威等厂也采用了ＫＲ法。

2005年江阴特钢引进了Diamond公司的ＫＲ法脱硫装置。

太钢二炼钢2002年引进了乌克兰单吹颗粒镁脱硫技术，建设了一套铁水脱硫装置。

每罐铁水重量近80t，颗粒镁喷吹强度为8～10kg/min，用作粉剂输送的氮气流量为130m3/h，初始硫质量分数为0.031，目标硫质量分数为0.003，金属镁消耗为0.807kg/t，温降为11℃，渣量一般在0.6～1.4t。

湘钢新炼钢也采用了这种工艺，2005年6月热试成功。

在铁水129.4ｔ时，初始硫质量分数为0.018，终点硫质量分数为0.005，颗粒镁用量为41.2kg，温降14℃。

首钢、唐钢等也采用了单吹颗粒镁脱硫技术。

其原理是:将浇铸耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头，插入有定量铁水的铁水罐中旋转，使铁水产生漩涡。

经过称量的脱硫剂由给料器加入到铁水表面，并被漩涡卷入铁水中，脱硫剂在不断搅拌过程中与铁水中的硫产生化学反应，达到脱硫目的。

3.3.2、喷吹法喷吹法,1963年，德国博克默维赖因工厂的波尔等人研制成功了铁水喷粉脱硫法，1969年，德国奥古斯特蒂森冶金公司的米切斯纳等人成功地将铁水喷粉脱硫法应用于鱼雷罐车，后来，新日本钢铁公司成功试制了鱼雷罐车顶喷粉脱硫法，并于1971年应用于名古屋钢铁厂的脱硫处理，鱼雷罐车的容量达到了300t，从而解决了大批量铁水的脱硫问题。

因为喷粉法具有处理能力大、反应速度快、自动化程度高、脱硫效率高、操作费用和设备费用低等特点，所以喷粉法已成为当今铁水预脱硫的主流方法。

主要分为单吹镁和复合喷吹法两大类。

单吹颗粒镁工艺是单一喷吹钝化了的颗粒镁进行脱硫。

颗粒镁的给料是通过转子给料计实现精确给料，给料强度范围为6～15kg/min。

喷枪端头带一个气化室，创造了镁气化溶于铁水中的良好条件。

其核心是针对铁水条件实现颗粒镁用量的精确计算和精确给料，实现喷吹及颗粒镁在铁水脱硫反应中的充分利用和平稳进行。

关键设备是计量给料罐及其控制系统。

处理过程铁水温降小，渣量少。

但是这种工艺的喷枪寿命较低，维修比较麻烦，喷枪系统设备较为复杂，需要两支喷枪实现在线横移快速换枪。

喷枪在喷吹时采用1个液压夹持器来避免喷枪震动。

由于渣量少，并且渣较稀，扒渣操作较为困难，不容易快速扒掉脱硫渣，易造成回硫。

特别是大批量生产超低硫钢时，回硫问题会十分严重，虽然有些厂采取了撒稠渣剂等措施，但效果不尽人意。

优点是设备投资少(一套喷吹系统)，如图1,缺点是:只能用金属镁做脱硫剂，钢厂失去对成本控制的主动性;金属镁市场价格波动较大(近年一直保持上升趋势)，脱硫站运行成本高;因脱硫渣较稀，扒渣难，扒渣过程中铁损高:喷枪结构复杂，造价高，维护难:深脱硫时金属镁的脱硫效率极低，且脱硫过程中容易引起喷溅。

复合喷吹是将两种或几种脱硫粉剂用各自专用的喷吹罐(如图2)，经称量后再输送到同一根喷枪中进行喷吹的脱硫工艺，这种技术的核心是粉剂的最佳配比，粉剂的流态化程度，粉剂在线混合的均匀性，不同粉剂的喷吹速度的精确控制和调节，其优点是:工艺灵活性大，钢厂拥有对成本控制的主动权;喷吹罐向喷枪供料采用双层流态化锥体结构，保证粉剂的充分流态化，以使粉剂流量波动小，喷吹管道通畅，保证脱硫粉剂稳定供应:在脱硫的不同阶段选用不同的脱硫剂，发挥其各自的脱硫效率、降低运行成本:脱硫渣性能稳定，容易扒出:喷枪简单，成本低，便于维护。

缺点是设备较多，投资较大。

图1 单吹镁脱硫工艺示意图图2复合喷吹脱硫工艺示意图4、铁水脱硫技术的发展趋势(1)采用全量铁水脱硫工艺；(2)趋向在铁水包内预脱硫；(3)脱硫方法以喷吹法为主；(4)用金属镁做脱硫剂的趋势不断扩大。

5、结束语随着科学技术的高速发展，对钢铁材料的要求日趋严格，特别是海洋石油，化工，汽车等工业的发展，均需要低硫，甚至超低硫的高品质钢材。

铁水炉外脱硫作为钢铁生产的一道工序，其优势主要在以下方面:(1)铁水脱硫预处理发挥了渣吸收硫能力的潜力，可提高高炉的生产率;(2)发展铁水脱硫预处理更重要的是可得到含硫很低的铁水，为生产优质钢提供必要条件;(3)铁水炉外脱硫相对高炉，转炉，炉外精炼等工序而言，其脱硫成本最低;(4)发展铁水脱硫预处理后，扩大了转炉冶炼的钢种范围，使转炉能够冶炼汽车板、海洋平台板、造船板、不锈钢等新钢种;(5)脱硫预处理的应用也进一步保证了连铸工序生产顺行和连铸坯的质量;(6)铁水脱硫预处理可以缩短转炉、精炼工序的冶炼周期。