攀钢高炉炉渣脱硫能力分析

攀钢高炉 炉渣脱硫能力分析 饶家庭 1 ， 文永才 1， 张海军 2 （ 团 研究院 有限公司 ； 铁厂 ） 摘要： 针对高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼的特点，结合高炉渣脱硫的热力学和动力学条件， 对攀钢高炉炉渣脱硫能力低的原因进行了分析 ，并定量研究了硫在攀钢高炉铁水与炉渣间的分配系数与 炉温水平 的关系 。 关键词： 高钛型钒钛磁铁矿；高炉冶炼；炉渣脱硫；分配系数 0 引 言 普通矿高炉冶炼的 实践表明 ，高炉的高温、大渣量以及强还原 气 氛是脱 硫的良好条件， 其 S一般可 控制到 右甚至更低 。但是高钛型钒钛磁铁矿高 炉冶炼由于 炉 渣中含 大量 的 熔化温度高，炉渣粘度大， 度低，加之高钛型高炉渣冶炼温度低，炉渣的脱硫能力远低于 冶炼 普通矿高炉的 炉渣。 为此，笔者 对攀钢高炉炉渣脱硫能力低的原因以及目前条件下攀钢高炉铁水与炉渣间的分配系数与 炉温 的关系 进行了研究 ，为相关决策提供参考 。 1 高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼的脱硫 能力 攀钢高炉的硫分布 高炉中的硫来自于入炉原燃料，在使用人造熟料为主要含铁原料的条件下，焦炭带入的硫占总入炉硫量的 80%以上，冶炼每吨生铁炉料带入的硫称为硫负荷。攀钢高炉的硫 分布 见表 1（ 2009 年高炉月报数据） 。表 1 攀钢高炉的硫分布 带入 带出 烧结矿 配矿 焦炭 煤粉 瓦斯灰 煤气 炉渣 铁水 含 S 量 /kg总 S 比例 /% 表 1 可知， 2009 kg/t，燃料带入的平均硫量约为 3.3 kg/t，占硫负荷的 烧结矿带入的硫量为 kg/t，占 生铁则占了 而普通矿高炉冶炼炉渣约容纳了入炉硫 总 量的 85%，生铁中含硫量小于入炉 硫 总量的 5%，与之相比， 攀钢高炉炉渣带走的硫 低，脱硫率低。 攀钢高炉渣的硫分配系数 炉渣的脱硫能力一般用硫在渣铁间的分配 系数 表示， 硫在高炉内的分配平衡关系可用 式 （ 1）推导得出 ： w(= w(+w(+w(， 令 LS=w(S)/w(S)为硫分配系数 ， w(S 渣 )=Q 渣 w(S)=Q 渣 LSw S， w(S 料 )- w(S 气 )=1000w(S)+Q 渣 LSw(S)（ Q 渣 为渣量） 。 w(S)=w(S 料 ) 气 )） /(1+S) (1) 根据上面分析可 计算出 2009 年 攀钢高炉中硫在渣铁间的 平均 分配系数 如果要使 wS小于 则 0， 而普通矿高炉炉渣的硫分配系数一般大于 40。 2 攀钢高炉渣脱硫能力 低 的 原因 从式 （ 1） 可知，要降低 S应 采取的主要措施有： 降低硫负荷； 增大硫的挥发量； 加大渣量； 增大硫的分配系数 。 从实际操作 来看，增大渣量和挥发量是不现实的， 在原燃料条件一定的情况下， 实际有 效 地 降低铁 水中 的硫含量 措施 是提高硫在渣铁间的分配系数 响 因素取决于 32 2010 年第 33 卷第 6 期 炉渣 脱硫 的反应热力学和动力学条件。 炉渣脱硫的热力学 分析 炉渣脱硫的基本反应为： (（ +( 可推导出： )F e O(S （ 2） 即 硫的 分配系数与反应的 平衡 常数 在铁水中的活度 系数S ，炉渣的氧势 w(炉 渣碱度 R 有关 。 从式中可得出： 1） 温度的单值函数，温度越高， 2） 硫在铁水中的活度系数S是由铁水中的其它元素的含量决定的， 活度系数越高， 大。 C、 P可提高活度系数S，而 V、 降低活系数S。 3）炉渣氧势低即（ 量低，还原气氛强，有利于脱硫。 4）炉渣碱度)(S i OM g O )C 2/ ，提高炉渣碱度，以 增大 w( ( 炉渣脱硫的动力学分析 渣和铁液比重差异较大，两者不能互溶，脱硫反应是 多 相反应 ， 因此，该反应只能在渣铁界面进行，扩散过程是整体反应的重要环节。炉渣脱硫反应的环节 可分 为三个方面： 硫在铁液中向渣铁界面扩散； 界面上发生化学反应； 生成硫化物由界面向渣液扩散 。 通过推导，可得出脱硫反应的速率方程： S )S)(0 （ 3） 式中 M 铁水重量； A 铁水与渣接触面积； 0 平衡状态下硫在渣铁间的分配系数； 硫在渣中的传质系数； 硫在铁中的传质系数。 根据式 (3)可分析得出采取如下措施可提高脱硫反应的速率： 加大渣铁反应界面 面积 A； 加大分配系数 0 增大硫在铁水和渣中的传质系数。 实际研究表明， 硫 在炉渣中的扩散是较慢的环节，因此改善脱硫效率，主要 从提高温度 以 提高分配系数 0低炉渣粘度以及提高 硫 在渣中的传质。 钢高炉渣脱硫能力低的原因分析 从炉渣的脱硫热力学及动力学条件分析可看出，攀钢高炉渣脱硫能力低的主要因素有： 1） 高钛型高炉渣的特性所致 高钛型 高炉渣是一种短渣，熔化性温度达到1350 1 380 ，液态时，能在温度 20 30 波动范围内凝固，主要原因是由于渣中含有高熔点结晶性强的矿物，如钙钛矿（ 点 1 970 ）、巴依石 (尖晶石 (；而普通矿则主要是低熔点的黄长石和钙镁橄榄石。高钛型炉渣出现的这些高熔点物质，随着温度的下降，导致高熔点组分的溶解度减小，成为难溶的分散状固相 物质，同时在炉内高温还原条件下，在高炉内炉渣中 还原形成的高熔点 点 3 140 ）、 点 2 950 ）物质，由于它们是高度弥散的胶体状固相物，与炉渣有很好的润湿性，炉渣出现不均匀的多相渣，使炉渣粘度比普通矿均匀性渣的粘度大得多，导致炉渣脱硫的动力学条件变差 ， 渣铁分离不好，铁损增加 。 2）高钛型钒钛磁铁矿 高炉 冶炼炉温低 脱硫还原反应是一个吸热反应 ，因此适当提高炉温 不仅 有利于 加快反应进行，而且对于降低炉渣粘度，提高 硫 在渣、铁中传质过程均有 利 。但是 ，高钛型钒钛 磁铁 矿高炉冶炼对炉温相当敏 感， 高钛型炉渣高炉冶炼，随炉温升高铁水 量随之升高，渣中 ,N)含量亦随之增加。控制 炉温 ，就可适当控制渣中 ， N)的生成量，从而抑制了泡沫渣的形成并减缓炉渣变稠，使高炉冶炼顺行。高钛型高炉冶炼实际生产中采用 低炉温水平 方针操作，铁水温度控制 相对于普通矿冶炼低 ， 同时由于 高钛型 钒钛 磁铁矿 冶炼高炉本身操作难度大，炉温控制范围窄， 炉温水平 与 C， N） 及铁损 随炉温升高而增加，因此 提高炉温 对钒钛 磁铁矿 冶炼是不利的，通过提高炉温水平来 提高 炉渣 脱硫能力是有限的 。 3） 炉渣中 研究表明，高 钛型高炉渣中的 与从而降低了渣中 普通矿相比，高钛型高炉渣中的 钢 技 术 33 是普通矿炉渣 60%，加之 高钛型炉渣实际碱度 小于 远小于 这也是高钛型高炉渣脱硫能力低的主要原因之一 。 4）渣中 攀钢高炉渣中的 般大于 高于普通 高炉 炉渣，其主要原因是由于钒钛烧结矿中的铁是以十分复杂的钛赤铁矿 (约为 30%)和钛磁铁矿(约为 25%)的固溶体存在，其还原性能很差，钒钛烧结矿在高炉内的直接还原度高，导致矿石中的部分 炉缸区来不及还原便直接进入渣中， 另外适当提高炉渣的 i(C,N)的生成，防止炉渣变稠，但 从脱硫反应的热力学条件分析可知， 量高， 提高了炉渣氧势， 是 不利于脱硫反应的进行 的 。 5） 硫 在 含钒铁 水中活度 系数 较普通铁 水 低 高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼较普通矿冶炼铁水 成分对 比 见表 2。 表 2 普通铁水与含钒铁水 成分 比较 % 铁水种类 C n P S V 钒铁水 通铁水 从表 2可知， 含钒铁水中的 P较低，而 V、高，根据铁水中各元素对 度系数的影响规律， C、 P可提高其活度 系数 ，而 V、 降低了硫在铁水中 的 活度 系数 。 攀钢高炉铁水 数 计算 公式 如 （ 4）式 ： （ 4） 查表法将相互作用系数 * 450 条件下的值，可求出表 2中攀钢铁水中 普通铁水 在同等温度下 为 此，从含钒铁水的成分来看，硫在铁水中的活度系数 较普通铁水低，也是高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼脱硫能力低的因素之一。 3 结语 高钛型炉渣脱硫能力低是致使生铁硫含量高的关键问题