现代转炉炼钢脱硫工艺.docx

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+MnO)有利于脱硫。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 dynamic 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 effect 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111 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，碱性氧化渣与金属间的脱硫反应为：S + (CaO) = (CaS) + O ;S + (MnO) = (MnS) + O;S + (MgO) = (MgS) + O;根据熔渣的离子理论，脱硫反应可表示为：S + (O2-) = (S2-) + O气化脱硫是指金属液中S以气态SO2的方式被除去，反应式可表示为：S +2O = SO2112 影响钢渣间脱硫反应的因素（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 （FeO） ： 从 脱 硫 方 程 式 可见，降低渣中FeO）对脱硫反应是有利的。结合LF 精炼炉造还原渣表明，当（FeO）1%时，Ls与（FeO）成反比关系,当（FeO）2%时 ，随着（FeO）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。12 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，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甚少。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，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锰铁氧化物中硫的分配及影响因素微波加热条件下， 锰铁金属化物中的平均硫含量在 0 .0 0 2 0 .0 1 7 之间， 低于 常规冶炼锰铁中0 0 2 0 0 3 的含硫量 l 1 0 0 o C、 l 2 0 0 时金属化物中铁、 锰、 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， 锰铁金属化物中的含锰量与 含铁量呈负消长的关系， 而与硫含量呈正消长的关系。这是因为常规冶炼锰矿时， 还原温度高， 锰铁呈 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锰金属会形成 F e S 、 Mn S返回到金属中， 增加其在金属锰铁中的含 量。而微波加热固相还原过程中， 一方面硫在海绵 锰铁金属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于控制， 因此微波加热能够有效避免和控制常规高温反 应带来的硫杂质。而 Mn与 S的亲和力比 F e与 S 亲和力更大 】，则导致了金属化物中硫与锰呈正相关关系，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、美国的大湖锕厂、USSKDbe钢厂和AK厂 。这些钢厂均以公称容量 大于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。在蒂森第二炼锕厂内过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 004左右脱到终点硫为O+005，最低可达到0001。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。23 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 碛吹，：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20一25。(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。24 镁普l脱硫荆的特点(1)镁是十分活跃的金属元素，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0CO10003的要求。(2)镁加铁水内以气态与硫反应： Mg(g)+ S=Mgs()由于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 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、使用均须十 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。由于电石粉(或石灰粉)颗粒裎细，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，亦有利于提高镁粉的利用率。表 4 列出了镁粉混合脱硫刺的参考成分。 表4 采用镁粉为基的混合 脱硫单耗参考组分 (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bI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