现代转炉炼钢脱硫工艺

1、现代转炉炼钢脱硫工艺摘要对转炉出钢渣洗脱硫进行了理论分析和工业试验。结果表明：除温度外，转炉出钢渣洗脱硫的热力学和动力学条件均优于炉内脱硫。在顶渣流动性良好的前提 下，提高碱度和降低渣中w(FeO+Mn顷利于脱硫。预熔型脱硫剂的脱硫效果优于 机械混合型脱硫剂，其平均脱硫率达到51%关键词：炼钢转炉脱硫工艺发展现状AbstractTheoretical analysis and commercial experiment on BOF tapping desulphurization are described in this paper.The results show that the dy

2、namic and thermodynamic factors of tapping desulphurization are better than those in the converter desulphurization,except for temperature conditions.When the slag has better fluidity,increasing slag basicity and decreasing w(Fe +MnO)in slag are beneficial to desulphurization.The desulphurization ef

3、fect of pre-melted desulphurizer is higher than that of simply mixed one.Its desulphurization efficiency was reached by 51%。Key words steelmaking converter desulphurization craft1钢液脱硫的基本原理1.1.1钢液的脱硫主要是通过两种途径来实现，即炉渣脱硫和气化脱硫，根据熔渣的分子理论，碱性氧化渣与金届间的脱硫反应为：S + (CaO) = (CaS) + O;S + (MnO) = (MnS) + O;S + (MgO

4、) = (MgS) + O;根据熔渣的离子理论，脱硫反应可表示为：S + (O 2-) = (S 2-) + O气化脱硫是指金届液中S以气态SO的方式被除去，反应式可表示为：S +2O = SO 21.1. 2影响钢渣问脱硫反应的因素(1) 碱度：提高碱度有利于脱硫，降低钢中含硫量。碱度过高会增加炉渣粘度，减弱炉渣反应能力，所以不能无限度地提高碱度来促进脱硫。炉渣碱度控制在 2.53.0时，硫的分配系数Ls最高，即炉渣具有最强的脱硫能力。(2) 渣中(Fe。：从脱硫方程式 可见，降低渣中Fe。对脱硫反 应是有利的。结合LF精炼炉造还原渣表明，当(FeQ <1%寸，Ls与(FeQ成 反比关

5、系，当(FeQ <2%寸，随着(Fe。的降低,Ls显著提高。(3) 渣量：渣量大可使炉渣中(CaS浓度降低，增加炉渣吸收硫的能力，脱硫 效率也随之提高。(4) 熔池温度：从脱硫方程式可见 ，温度升高则Ks变大，因此提高熔池温 度，有利于促进脱硫。同时高温增加炉渣流动性，加速石灰熔化，强化熔池 的沸腾，促使高碱度的活性渣快速形成，也有利于脱硫。1. 2脱硫反应的动力学方面可以提高脱硫速率的措施：（1）反应界面积越大，脱硫速率就越快。（2） 炉渣黏度低、熔池活跃、钢液和炉渣的含硫量差值越大，km、ks大，脱 硫速率就越大（3）炉渣碱度、炉渣氧化性和熔池温度等工艺条件对 Ls产生的影响，一切旨

6、在 提高Ls的措施均可促进脱硫反应。2铁水脱硫现状：控制及排除炼钢铁水中的硫是冶炼优质钢的两个重要条件。从1965年起就要求在高炉或炼钢设备（转炉）里将焦碳及其它炉料材料带入的硫总量脱掉99%以上。到70年代末已有许多喷吹法问世。虽然这些喷吹方案各不相同，但其基 本特征都是用喷枪喷吹气体为基础，而且大多用氮气作载体。脱硫剂则有两大类： 碳化钙基（加石灰/石灰石）及镁基（加石灰或碳化钙）混合脱硫剂。在鱼雷式铁水 罐或一般铁水包里喷吹。采用复合（协同）喷吹法，即用彼此独立的喷吹管路及罐 器向浸在铁水里的喷枪输送两种（甚至3种）脱硫剂。，鱼雷式铁水罐里脱硫 这 是最有吸引力的喷吹法。因为它能把铁水脱

7、硫同其运输结合在一起， 同时铁水温 度也能比用一般铁水包高出 30-50 C ,但无法避免铁水罐在脱硫当中的严重结 渣。铁水罐脱渣方面的研究其少。这可能是因为渣的状况及化学成份难以确定以 及这两种不定因素对铁水脱硫总效率的影响也难以确定。铁水温度较高对用碳化钙/石灰脱硫是个有利条件，但脱硫后缩短铁水罐的静置时间避免其结渣增多却 极为困难。一般铁水包里脱硫，这种脱硫法得到推广有其明显的原因. 一是可脱 掉一定数量的硫，使铁水达到要求的含硫量，二是可在喷吹前扒掉随铁水带人的 高炉渣（但很少这样作，因为不知道高炉渣在脱硫当中与脱硫的关系及其吸硫能 力）。严格地说，在脱硫前就需使随铁水带入的渣达到稳定

8、，然而总是无从知道 为此需用多少反应剂，所以总是用选定的脱硫剂作补偿使渣稳定。然后再次脱硫。 铁水包有包盖可减少甚至消除空气进入， 但很少有为铁水包设置包盖的。 氧对脱 硫的不利影响许多文献多次作过论证，但新建脱硫装置却都忽略了这一点为了获得优质低硫铁水，提高钢材质量，改善高炉和炼钢炉生产的技术经济 指标，铁水炉外脱硫已成为发达国家钢铁生产中很重要的工序之一。3铤铁氧化物中硫的分配及影响因素微波加热条件下， 铤铁金届化物中的平均硫含量在 0 .0 0 2 %0 .0 1 7 % 之间， 低于 常规冶炼铤铁中0 . 0 2 % 0 . 0 3 %的含硫量l 1 0 0 o C 、 l 2 00

9、C时金届化物中铁、 铤、硫的含量 与保温时间的关系如图23所示。 从图2 3可以看出，随着微波加热温度的提高 和保温时间的延长， 铤铁金届 化物中的含铤量与 含铁量呈负消长的关系， 而与硫含量呈正消长的关系。这 是因为常规冶炼铤矿时， 还原温度高， 铤铁呈 液态，溶硫能力也比较高。此 外，一部分进人煤气中的硫在上升过程中遇到海绵铁及铤金届会形成FeS 、Mn S返回到金届中， 增加其在金届铤铁中的含 量。而微波加热固相还原过程中，一方面硫在海绵铤铁金届化物中的溶解度很 低l _ l ,另一方面， 微波加热速度快，时间短，渗硫过程比液相反应 易E制，因此微波加热能够有效避免和控制常规高温反应带来

10、的硫杂质。而Mn与S的亲和力比F e与S 亲和力更大 】，则导致了金届化物中硫与铤呈正相关关系， 与铁呈负相关关系， 这与传统冶炼方法相一致 4铁水罐内顶吹镁粉的脱硫工艺为了选择深脱硫的最佳工艺方法，我们对国外广泛采用的镁粉脱硫剂铁水罐内顶吹脱硫工艺进行了实地调查，重点考察了德国的蒂森钢铁公司第二炼钢厂、克虏伯公司、曼内斯曼炼钢厂、美国的大湖婀厂、USSKDb隹冈厂和AK厂。这些钢厂均以公称容量大丁 200t的u转炉生产，其前工序配有铁水脱硫站。观后可以得到以下几点共识：(1)采用以镁粉为基的混合电石粉或石灰粉的复合脱硫剂，在开口铁水罐内顶喷脱硫工艺已成为成熟的 工艺操作。在蒂森第二炼婀厂内过

11、去的混铁车顶喷脱硫设施(即 ATH法)已全部拆除淘汰。(2)转炉用铁水100%经脱硫处理，铁水从原始含硫 量0 . 04%左右脱到终点硫为 O+00勒，最低可达到0. 001%。根据铜种要求可 以调整不同的终点硫要求。(3)铁水脱硫站作为一个独立工序的工作站，把脱琉 荆的仓储、运输、喷吹设备、铁水罐的存放，倾翻、扒渣设备、渣车运输系统合 理地整体配置，布置紧凑，作业效率也较高。(4,脱硫作业广泛采用了计算机过程控制，作业命中率较高。2. 3开口铁水罐顿喷法的特点(1) 铁水罐内脱硫有较好的搅拌动力条件。采用 “浓相磺吹，：大大减少供气 强度，脱硫反应均匀快速而平稳，喷溅减少(2) -铁水经混铁

12、车挡渣后饲人铁水罐，混入渣量少，脱硫剂的利用率高，脱硫剂 单耗比混铁车内脱硫降低20% 25%。(3) 采用直接兑人转炉的铁水罐，在容量上与转炉一致，因此作业摘便，没有残留铁水的处理问题.因此越种方法在各国改造和新建铁l水脱硫站时得到广泛的采用，在宝钢一炼钢建立深脱硫站设计中成为首先方案。2. 4镁普l脱硫荆的特点(1) 镁是十分活跃的金届元素，与硫有极强的亲和力。镁作为强脱硫剂早在过去 的镁焦脱硫中已得到应用，能满足终点硫达到 0. CO0. 003%的要求。(2) 镁加八铁水内以气态与硫反应：Mg(g)+ S=Mgs()由丁脱硫反应中镁蒸汽的搅拌作用，反应动力学条件好，脱硫速度快，喷吹时间

13、 短。形成的脱硫产物为固态脱硫渣。而且渣量少，污染也较少，相应铁损也较低。(3) 一般脱硫剂形成的脱硫渣，在铁水运输或等待的时间会发生回硫。但用镁脱 硫不同，在铁水中能继续保持一定脱硫能力，在兑 八转炉前防止回硫。(4) 镁粉在自然状态下是十分易燃的，遇水会产生氢气，贮存、运输、使用均须+分注意安全措施。(5) 为防止使用单一镁粉使反应过分剧烈， 造成喷抢头部熔化并导致堵塞，镁粉都混合电石粉或石灰粉一起使用。由丁电石粉 (或石灰粉)颗粒程细，生成的镁蒸汽在这些粉粒界面上形成小而密的气泡，增加了反应界面，亦有利丁提高镁粉的利用率。 表4 列出了镁粉混合脱硫刺的参考成分。表4米用镁粉为基的混合 脱

14、硫单耗参考组分躬1003 幅0.351/10-5KB/11占53时羸W(6) 镁粉价格较昂贵(国际市场价格约为35000元人民币tt),而我国是镁资源 大国，是国际市场上镁锭的主要销害国，因此一 旦掌握镁糟bl备技术后，在 国内采用镁粉的前景将十分广阔。5结论与展望硫是钢中有害元素，钢铁转炉冶炼的任务之一是脱硫。目前钢铁市场的严峻 局势更要求钢在产品质量和品种上要有大的发展，特别要生产国家急需、市场紧缺、附加值高的钢种。这些钢种对钢中杂质含量提出更高的要求，有的就是纯净钢。为了获得优质低硫铁水，提高钢材质量，改善高炉和炼钢炉生产的技术经济 指标，铁水炉外脱硫已经成为发达国家钢铁生产中很重要的工序之一。