高炉炉内脱硫工艺

目录引言1 脱 硫 技 术 2 1.1脱 硫的几种工艺 32硫对高炉炼铁的影响 83脱硫的步骤9 4高炉内的脱硫10 4.1高炉内硫的变化114.1.1高炉内硫的来源124.1.2硫的存在形式124.1.3硫在高炉内的循环12 4.1.4硫在煤气、渣、铁中的分配144.2炉渣的脱硫过程164.2.1影响炉渣脱硫的因素175 提 高高炉脱硫的措施236 结 论24参考文献高炉炉内脱硫工艺单位：昆明工业职业技术学院 班级：10级冶金4班 姓名：xxx摘 要 ：在高炉炼铁中脱除硫的过程，是钢铁生产最重要的脱硫环节。硫能溶于液态生铁形成无限溶液，硫在固态铁中虽然溶解度很小，但它能以硫化物如FeS等形态富集在晶粒间界上，形成Fe与FeS的低熔点共晶体。在加热到一定温度时，铁中便会出现液相。从而导致铁和钢的热脆，在轧钢和锻造时，钢材易出现裂纹。硫在钢中还能与氧形成硫氧化物，使热脆在更低的含硫量和温度下发生。铁和钢中还能形成各种硫化物夹杂，它们与其他非金属夹杂物一起对钢材的力学性能产生有害影响。铸造生铁含硫高时，铁水黏度增大，降低铁水填充性，使铸件中产生气泡。硫在钢铁中是一个最有害的元素，为了减少其危害，必须尽量降低硫在钢铁中的含量，从理论上说，脱硫应在高炉炼铁时完成。中国国家标准规定生铁中允许含硫量最高不得超过0.07%，企业则常以其生铁含硫0.03%作为质量考核指标。因此高炉脱硫是生产合格生铁的首要问题。关键词：脱硫 炉渣碱度 温度 炉内脱硫 热力学 动力学1引言：当今，科学技术的发展，需求者对钢材要求日趋严格，需要钢材具有高强度、低温、韧性、良好的冷成型和焊接性能，如：海洋、石油、化工、汽车学工业的发展，均需要低硫和超低硫的高品质钢材，在钢种中，硫只有在少数的钢种中是有益元素，在大多数钢种硫都是有害元素，在钢中锰元素都会产生硫化锰，硫化锰是钢基本腐蚀的发源地， 钢中氢胞与钢中硫化物也有密切关系，在我国钢铁产量过剩，产量供大于求，为了满足市场需求，各钢铁工业不遗余力地降低钢中的有害化素及杂质特别是硫只有靠降低硫含量，提高钢材质量来竞争市场。1.脱硫技术通过对国内外脱硫技术以及国内电力行业引进脱硫工艺试点厂情况的分析研究，目前脱硫方法一般可划分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫等3类。其中燃烧后脱硫，又称烟气脱硫（Flue gas desulfurization，简称FGD）,在FGD技术中,按脱硫剂的种类划分,可分为以下五种方法：以CaCO3（石灰石）为基础的钙法，以MgO为基础的镁法，以Na2SO3为基础的钠法，以NH3为基础的氨法，以有机碱为基础的有机碱法。世界上普遍使用的商业化技术是钙法，所占比例在90%以上。按吸收剂及脱硫产物在脱硫过程中的干湿状态又可将脱硫技术分为湿法、干法和半干（半湿）法。湿法FGD技术是用含有吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物，该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题。干法FGD技术的脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行，该法具有无污水废酸排出、设备腐蚀程度较轻，烟气在净化过程中无明显降温、净化后烟温高、利于烟囱排气扩散、二次污染少等优点，但存在脱硫效率低，反应速度较慢、设备庞大等问题。半干法FGD技术是指脱硫剂在干燥状态下脱硫、在湿状态下再生（如水洗活性炭再生流程），或者在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物（如喷雾干燥法）的烟气脱硫技术。特别是在湿状态下脱硫、在干状态下处理脱硫产物的半干法，以其既有湿法脱硫反应速度快、脱硫效率高的优点，又有干法无污水废酸排出、脱硫后产物易于处理的优势而受到人们广泛的关注。按脱硫产物的用途，可分为抛弃法和回收法。11脱硫的几种工艺（1）石灰石石膏法烟气脱硫工艺石灰石石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术，日本、德国、美国的火力发电厂采用的烟气脱硫装置约90%采用此工艺。它的工作原理是：将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95% 。（2）旋转喷雾干燥烟气脱硫工艺喷雾干燥法脱硫工艺以石灰为脱硫吸收剂，石灰经消化并加水制成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位于吸收塔内的雾化装置，在吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气混合接触，与烟气中的SO2发生化学反应生成CaSO,烟气中的SO2被脱除。与此同时，吸收剂带入的水分迅速被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。脱硫反应产物及未被利用的吸收剂以干燥的颗粒物形式随烟气带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。脱硫后的烟气经除尘器除尘后排放。为了提高脱硫吸收剂的利用率，一般将部分除尘器收集物加入制浆系统进行循环利用。该工艺有两种不同的雾化形式可供选择，一种为旋转喷雾轮雾化，另一种为气液两相流。喷雾干燥法脱硫工艺具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点，脱硫率可达到85%以上。该工艺在美国及西欧一些国家有一定应用范围（8%）。脱硫灰渣可用作制砖、筑路，但多为抛弃至灰场或回填废旧矿坑。（3） 磷铵肥法烟气脱硫工艺磷铵肥法烟气脱硫技术属于回收法，以其副产品为磷铵而命名。该工艺过程主要由吸附（活性炭脱硫制酸）、萃取（稀硫酸分解磷矿萃取磷酸）、中和（磷铵中和液制备）、吸收（ 磷铵液脱硫制肥）、氧化（亚硫酸铵氧化）、浓缩干燥（固体肥料制备）等单元组成。它分为两个系统：烟气脱硫系统烟气经高效除尘器后使含尘量小于200mg/Nm，用风机将烟压升高到7000Pa，先经文氏管喷水降温调湿，然后进入四塔并列的活性炭脱硫塔组（其中一只塔周期性切换再生），控制一级脱硫率大于或等于70%，并制得30%左右浓度的硫酸，一级脱硫后的烟气进入二级脱硫塔用磷铵浆液洗涤脱硫，净化后的烟气经分离雾沫后排放。肥料制备系统在常规单槽多浆萃取槽中，同一级脱硫制得的稀硫酸分解磷矿粉（P2O 含量大于26%），过滤后获得稀磷酸（其浓度大于10%），加氨中和后制得磷氨，作为二级脱硫剂，二级脱硫后的料浆经浓缩干燥制成磷铵复合肥料。（4）炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫工艺炉内喷钙加尾部烟气增湿活化脱硫工艺是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了增湿段，以提高脱硫效率。该工艺多以石灰石粉为吸收剂，石灰石粉由气力喷入炉膛8501150温度区，石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙与烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相之间进行，受到传质过程的影响，反应速度较慢，吸收剂利用率较低。在尾部增湿活化反应器内，增湿水以雾状喷入，与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙进而与烟气中的二氧化硫反应。当钙硫比控制在2.02.5时，系统脱硫率可达到6580%。由于增湿水的加入使烟气温度下降，一般控制出口烟气温度高于露点温度1015，增湿水由于烟温加热被迅速蒸发，未反应的吸收剂、反应产物呈干燥态随烟气排出，被除尘器收集下来。该脱硫工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到应用，采用这一脱硫技术的最大单机容量已达30万千瓦。（5）烟气循环流化床脱硫工艺烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘器及控制系统等部分组成。该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，也可采用其它对二氧化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。由锅炉排出的未经处理的烟气从吸收塔（即流化床）底部进入。吸收塔底部为一个文丘里装置，烟气流经文丘里管后速度加快，并在此与很细的吸收剂粉末互相混合，颗粒之间、气体与颗粒之间剧烈摩擦，形成流化床，在喷入均匀水雾降低烟温的条件下，吸收剂与烟气中的二氧化硫反应生成CaSO 和CaSO。脱硫后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出，进入再循环除尘器，被分离出来的颗粒经中间灰仓返回吸收塔，由于固体颗粒反复循环达百次之多，故吸收剂利用率较高。此工艺所产生的副产物呈干粉状，其化学成分与喷雾干燥法脱硫工艺类似，主要由飞灰、CaSO3、CaSO4和未反应完的吸收剂Ca(OH)2等组成，适合作废矿井回填、道路基础等。典型的烟气循环流化床脱硫工艺，当燃煤含硫量为2%左右，钙硫比不大于1.3时，脱硫率可达90%以上，排烟温度约70。此工艺在国外目前应用在1020万千瓦等级机组。由于其占地面积少，投资较省，尤其适合于老机组烟气脱硫。（6）海水脱硫工艺海水脱硫工艺是利用海水的碱度达到脱除烟气中二氧化硫的一种脱硫方法。在脱硫吸收塔内，大量海水喷淋洗涤进入吸收塔内的燃煤烟气，烟气中的二氧化硫被海水吸收而除去，净化后的烟气经除雾器除雾、经烟气换热器加热后排放。吸收二氧化硫后的海水与大量未脱硫的海水混合后，经曝气池曝气处理，使其中的SO2-被氧化成为稳定的SO2-，并使海水的PH值与COD调整达到排放标准后排放大海。海水脱硫工艺一般适用于靠海边、扩散条件较好、用海水作为冷却水、燃用低硫煤的电厂。海水脱硫工艺在挪威比较广泛用于炼铝厂、炼油厂等工业炉窑的烟气脱硫，先后有20多套脱硫装置投入运行。近几年，海水脱硫工艺在电厂的应用取得了较快的进展。此种工艺最大问题是烟气脱硫后可能产生的重金属沉积和对海洋环境的影响需要长时间的观察才能得出结论，因此在环境质量比较敏感和环保要求较高的区域需慎重考虑 7脱硫塔原理脱硫塔是一种脱硫效率高，压力损失较低兼能除尘的脱硫设备，主要由筒体，喷雾装置、筛板、脱水除雾装置、溢水孔、清理孔等组成。脱硫塔的工作原理：含烟尘及硫氧化物的烟气通过进口烟道进入筒体，含有OH-离子的碱性吸收液分别从滤泡除尘脱硫塔上中下部由螺旋喷嘴喷出，形成与烟气成逆向的多排高速雾化水幕，增加了烟尘硫氧化物与水的碰撞概率，并充分利用雾化液滴的速度来造成很高的气液相对速度，以保证除尘器的除尘和脱硫效果。同时气体经过筛板时对筛板上的液层产生鼓泡作用，增加了气液传质的表面积和湍动状态，提高了传质速率，二氧化硫与碱液发生气液传质，从而进一步提高了脱硫除尘器的效果。脱硫生成物随水流到脱硫塔底部，从溢水孔排走，在筒体底部设有水封槽以防止烟气从底部泄漏。脱硫塔废水由底部溢流孔排出进入沉淀池，沉淀中和再生，循环使用。净化后的气体，通过筒体上部经除雾器除雾后排出，从而达到除尘脱硫目的。2硫对高炉炼铁的影响液在高炉炼铁中脱除硫的过程，是钢铁生产最重要的脱硫环节。硫能溶于液态生铁形成无限溶，硫在固态铁中虽然溶解度很小，但它能以硫化物如FeS等形态富集在晶粒间界上，形成Fe与FeS的低熔点共晶体。在加热到一定温度时，铁中便会出现液相。从而导致铁和钢的热脆，在轧钢和锻造时，钢材易出现裂纹。硫在钢中还能与氧形成硫氧化物，使热脆在更低的含硫量和温度下发生。铁和钢中还能形成各种硫化物夹杂，它们与其他非金属夹杂物一起对钢材的力学性能产生有害影响。铸造生铁含硫高时，铁水黏度增大，降低铁水填充性，使铸件中产生气泡。硫在钢铁中是一个最有害的元素，为了减少其危害，必须尽量降低硫在钢铁中的含量，从理论上说，脱硫应在高炉炼铁时完成。中国国家标准规定生铁中允许含硫量最高不得超过0.07%，企业则常以其生铁含硫0.03%作为质量考核指标。因此高炉脱硫是生产合格生铁的首要问题3.脱硫的步骤高炉炉渣除了要分离渣铁外，还要除去生铁中的硫，以保证生铁质量合格标准。铁矿石、焦炭、熔剂都含有一定数量的硫。在一般情况下铁矿石允许硫含量最高不超过0.1右，但焦炭硫含量高达0.6右1.0%以上，硫酸情况和某些高硫天然硫含量可高达1.5%3.0右。焦炭中的硫主要是有机硫、还有一部分以FeS和硫酸盐形态存在。矿石和熔剂中的硫以黄铁矿（FeS2）形态存在，也有少量以硫酸钙（CaSO4）、硫酸钡（BaSO4）和硫化铜（CuS）、硫化锌（ZnS）、硫化铅（PbS）形态存在。炉料中的硫除一部分进入煤气中外，大部分进入生铁和炉渣则随焦炭到达风口前燃烧生成SO2而进入煤气中，并在高炉下部与红热碳素相遇生成CO及硫蒸气：SO2+2C=2CO+S （1）矿石中的FeS2在下降过程中，也按下列反应式分解而生成硫蒸气进入煤气中：FeS2= FeS+ S （2）无论是来自焦炭是还是来自矿石中的硫蒸气，在随煤气上开过程中与CaO，Fe和铁氧化物相遇又被吸收，以FeS形态熔于铁水中的接触面上进行的，脱硫反应如下：FeS+（CaO）=（FeO）+（CaS）+3050KJ （3）（FeO）+C=Fe+CO152000KJ （4）（FeS）+（CaO）+C=Fe+（CaS）+CO148950KJ （5）从以上脱硫反应式可以看出：（1）反应是一个吸热反应， 因此炉缸温度越高反应进行得越安全，生铁中硫含量越低。（2）有CaO存在时，脱硫反应才能进行，因此提高炉渣碱度，有利于生铁的脱硫。（3）脱硫反应必须消耗焦炭中的碳，是一个直接还原过程，因此铁的直接还原越发展，即炉渣中FeO含量越高，越不利于脱硫反应的进行。由此可以得出保证生铁脱硫条件是：（1）保持必要的炉缸温度。（2）保持必要的炉渣碱度。（3）尽可能使用还原性良好的炉料，以改善还原过程。4.高炉内的脱硫硫是影响生铁质量最重要的因素。因为含硫高将使钢材产生热脆性，严重影响钢材使用价值。另外，铸造生铁中的硫使铁水黏度增加，浇注的填充性差，并产生很多气泡，造成铸件强度陈低。因此，生铁中含量是评定生铁含量的主要标准之一，国家标准生铁允许含量不允许超过0.07右，所以脱硫是高炉生产中的获得优质生铁的首要问题。硫是影响生铁质量最重要的因素。因为含硫高将使钢材产生热脆性，严重影响钢材使用价值。另外，铸造生铁中的硫使铁水黏度增加，浇注的填充性差，并产生很多气泡，造成铸件强度降低。因此，生铁中硫含量是评定生铁质量的主要标准之一，国家标准生铁的允许含量不允许超过0.07%。所以脱硫是高炉生产中获得优质生铁的首要问题。4.1 高炉内硫的变化高炉中硫在炉料中的硫随着炉料下降和温度升高，一部分逐渐挥发进入煤气。焦炭中的有机硫在炉身下部到炉腹有30%50%以CS及COS等化合物形态先挥发，其余则在气化反应和风口前燃烧时生成SO2、H2S和其他气态化合物进入煤气。矿石和熔剂中的硫也有一部分经分解或反应生成硫蒸气或SO2进入煤气。进入气相的硫在上升过程中少部分随煤气逸出高炉，大部分又被下降的炉料吸收。在高炉的高温区和低温区之间形成硫的循环。高炉中炉料和铁水、炉渣之间硫的分配见图。在块状带，矿石在200900时吸收硫较少，在1000左右时吸收加快。在软熔带，炉料的吸硫条件好，硫含量增大。在滴落带，熔化滴落的渣、铁剧烈地吸收煤气中的硫同时发生硫由铁向渣中转移。在炉缸中，铁滴穿过渣层具有良好的反应条件，脱硫反应大量进行。在炉缸聚集的渣铁界面，脱硫反应继续进行，直到出铁时，铁口通道内下渣与铁水仍然进行着铁的脱硫。生产实践和研究表明，在高炉冶炼炼钢生铁时，有5%左右的硫是随煤气逸出高炉的，而在冶炼铸造生铁时此值可达到10%15%。在高炉冶炼锰铁、硅铁等铁合金时，因焦比高，炉顶温度高而使随煤气逸出高炉的硫量增大，但也在50%以下，其余的硫分配在炉渣与生铁之间。因此高炉的脱硫主要是靠炉渣在上述三处脱去铁水中的硫。4.1.1高炉中硫的来源高炉中硫的来源进入高炉中的硫来自其原燃料，如矿石、烧结矿、球团矿、焦炭、熔剂和喷吹燃料等。通常以焦炭带入硫量最多，约占入炉总硫量的60%80%。焦炭中的硫主要以有机硫CnSm和灰分中的硫化物和硫酸盐形式存在。在天然矿石和熔剂中，硫以黄铁矿(FeS2)和硫酸盐(CaSO4，BaSO4等)形态存在。烧结矿和球团矿中的硫以FeS和CaS形态存在。冶炼每吨生铁时炉料所带入的总硫量(见硫负荷)一般为46kg。4.1.2 硫的存在形式硫在炉料中以硫化物，硫酸盐和有机硫的形态存在。矿石和熔剂中的硫主要是FeS2和CaSO4，烧结矿中的硫则以FeS和CaS为主，而焦炭中的硫有三种形态，即硫化物、硫酸盐、有机物，前两种主要在焦炭的灰分中，后者存在于有机物中。4.1.3 硫在高炉内循环焦炭中有机硫在到达风口前约有50%75%以S、SO2、H2S等形态挥发到煤气中，余下部分在风口前燃烧生成SO2，在高温还原气氛条件下，SO2很快被C还原，生成硫蒸气。 SO2+2C=2CO+S （6）也可能和C及其它物质作用，生成CS、CS2、HS、H2S等硫化物。矿石中的FeS2在下降过程中，温度达到565以上开始分解： FeS2=FeS+S （7）分解生成的FeS在高炉上部，有少量被Fe2O3和H2O所氧化： FeS+10Fe2O3=7Fe2O3+SO2 （8） 3FeS+4H2O= Fe2O3+3H2S+H2 （9）炉料中的硫酸盐在与SiO2、Al2O3、Fe2O3等接触时，也会分解或生成硅酸盐：CaSO4=CaO+SO3（10）CaSO4+SiO2= CaSO4+SO3（11）或者和碳作用，进行下述反应：CaSO4+= CaS+O（12）硫在上述反应中，生成的气态硫化物或硫的蒸气，在随煤气上升过程中，除一小部分被煤气带走外，其余部分被炉料中的CaO、铁氧化物，或已还原的Fe的吸收而转入炉料中，随同炉料一起下降。反应生成的CaS在高炉下部进入渣中，FeS有部分分配在渣铁中，其余的硫或硫化物又随同煤气上升。上升过程中硫的大部再被炉料吸收、下降。这样周而复始，在炉内循环，据日本某高炉解剖研究，该炉硫在炉内循环如图1所示。 图1 硫在炉内循环（1t为单位） 硫在炉内的分布主要集中在软熔带到风口燃烧带区间，即硫在炉内的循环区主要是在风口平面到1000左右的高温区间，在滴落带出现最高值。如上所述，炉料带入高炉的硫进行各种反正后，在高温区生成的硫蒸气和氧化物随煤气上升到滴落带和软熔带被大量吸收，然后又随炉料下降，形成循环，循环的硫量在该条件下达到2.67kg/t铁。循环过程中，一部分进入炉缸的硫分配 到渣铁中去，一部分硫随煤气带出炉外。炉料吸收硫的能力随炉料不同而异，碱性烧结矿大于酸性球团矿，原因是炉料碱性物质增加了对硫的吸收作用。4.1.4 硫在煤气、渣、铁中的分配炉料带入高炉的硫，在冶炼过程中一部分随煤气排出炉外，部分进入生铁，其余大部进入炉渣。按硫入炉前平衡关系，可列下式：S料=S挥+S铁+S渣以冶炼100kg生铁为单位，则上式可写成：S料=S挥+n(S)+S (13)式中：S料炉料带入总硫量，kg/t铁； S挥从煤气带挥发硫量，kg/t铁； n分别为炉渣和生铁的硫含量； （S）、S分别为炉渣和生铁的硫含量，%硫在渣铁之间的分配用分配系数表示：LS= （14） 代入式（13）得：S= （15）由式（15）看出，进入生铁的硫决定于炉料带入的硫，挥发掉的硫，渣量，以及硫的分配系数LS。由此可见，降低生铁含硫的途径：（1）降低炉料带入的总硫量。减少人炉原、燃料含硫量，是降低生铁含硫量，获得优质生铁的根本途径和有效措施。同时，由于硫负荷减少，从而减少了为熔剂用量和渣量，这对降低焦比和改善顺行都有利。炉料中的硫大部分由焦炭带入，凡一切降低焦比的措施都有利于减少入炉硫量。降低铁矿石含硫量的主要方法：一层选矿；二是焙烧和烧结。目前高炉在采用烧结矿和球团的条件下，矿石和熔剂带入的硫不多，减少了炉硫量主要途径是处理焦炭和煤粉，主要措施：一是选用低硫燃料；二是洗煤过程中加强去除有机硫。（2）提高煤气带走的硫量。 炉料中的硫有很大部分转入煤气中。但是进入煤气中的硫并不能完全随煤气逸出高炉。这是因为煤气上升过程中与炉料接触， 一部分又被炉料中的CaO、FeO和金属海绵铁吸收而带入下部。随煤气逸出炉外的硫受焦比、渣量、碱度、炉温等因素影响。随煤气逸出的硫大约为：炼钢为5-20，铸造铁为30，钛合金30%-50%。可见，冶炼高温生铁有利于挥发去硫。（3）改善炉渣脱硫能力。由式（15）看出，增大渣量降低生铁含硫量。渣量愈大，渣中硫的浓度相对愈低，愈利于硫从生铁转入炉渣。但在实际生产中，增大渣量常适得其反。因为增加渣量热耗增加，焦比升高，焦炭带入硫增加。实际生产中千方百计提高品位，减少渣量。当其他条件不变时，Ls愈大，可使生铁含硫量愈低。综上所述，在一定原、燃料和冶炼条件下，降低生铁含硫量的主要方向和途径是提高硫在渣、铁间的分配系数（Ls值），也就是要改善造渣制度，提高炉渣的脱硫能力。4.2 炉渣的脱硫过程高炉内渣铁之间的脱硫反应在初渣生成后开始，在炉腹或滴落不定期中进行较多，在炉缸中最终完成。炉渣脱硫主要通过铁滴穿过渣层，炉缸内积聚的渣铁层界面之间出铁时在铁口通道内铁水与下渣间。4.2.2 影响炉渣脱硫的因素：A 炉渣化学成分a 炉渣碱度炉渣中的CaO是主要的脱硫剂。所以，炉渣碱度对脱硫有重大影响。图3为硫分配系数与炉渣碱度的关系。由图可见，在一定温度下，LS随碱度升高而增大。当碱度达到一定值后，碱度继续升高时，LS反而减小。这是因为碱度达到一定值后，炉渣进入了2CaOSiO2的结晶区域，炉渣熔化温度升高，在该温度下有未熔化的2CaOSiO2晶体，使炉渣黏度增大，降低炉渣的流动性，影响脱硫反应中离子间的互相扩散。另外碱度太高，渣稳定性较差，造成炉况不顺行，会造成脱硫效果下降。 图3 炉渣碱度对硫分配系数的影响b MgO从热力学的观点看，MgO的脱硫能力没有CaO大，因为Mg2+离子半径小（前者0.65A，后者1.06A），因此，Mg2+比CaO2+与O2-的结合力大，使渣中的O2-活度下降所致。但是，MgO对炉渣有稀释作用，当炉渣的黏度大，流动性差时，MgO的加入能提高炉渣的脱硫能力。表1为不同MgO含量炉渣的LS，由表可以看出MgO对炉渣脱硫能力的影响规律。当炉渣中（MgO+CaO）随着MgO的增加而增加时，一方面使渣中O2-浓度增大，另一方面又改善了炉渣的流动性，因而炉渣的脱硫能力增强。但是，当高炉渣的MgO含量超过一值（15%）后，继续增加MgO会使炉渣黏度升高，在此LS反而下降。通常MgO缴款在7%-12%时对脱硫有利。表1 不同MgO含量炉渣的LSMgO%(MgO+CaO)%CaO%LS052521455550231058488415604511020634355此外，MgO对碱性渣比酸性渣的脱硫能力影响更大。这是由于碱度很高的炉渣熔化性温度高并且黏度大，MgO的加入能有效地改善炉渣的熔化性和流动性。以一般流动性好的炉渣，若用MgO代替CaO，炉渣的脱硫能力反而降低。c MnOMnO是比CaO弱而比MgO强的脱硫剂。对于不同的炉渣，MnO对其脱硫能力的影响不同。在MnO含量接近5%的碱性渣中，增加MnO的含量以代替CaO超过3%时，将使炉渣脱硫能力降低，并且当炉渣碱度愈高，MgO愈高时，脱硫能力降低也愈多。这一方是由于MnO的脱硫能力比CaO差，另一方面是由于易熔易流动的MnO渣降低了炉缸温度，对脱硫不利，在中等碱度（0.95-1.05）在炉渣中，MnO对脱硫无影响，只有在酸性渣中以MnO代替CaO时能够降低黏度，改善炉渣的脱硫过程。d Al2O3图4为Al2O3对炉渣脱硫能力的影响。从图3-22中看出，在一定温度和总碱度（三元碱度）下，LS随着Al2O3的增加而降低。这是因为Al2O3的增中降低了渣中自由的O2-离子。当用Al2O3替代SiO2时，将使Ls增大。对于碱度很高的炉渣和碱度为了0.40.65的酸性渣。由于很黏稠，Al2O3对炉渣脱硫能力的影响就消失了。e FeOFeO是最不利于炉渣脱硫的因素。渣中FeO使炉渣脱硫能力急剧降低。这是因为FeO使渣中Fe2+浓度增大，促使下列反应进行：（Fe2+）+（O2-）=Fe+O使生铁中氧的浓度增加，对脱硫很不利。图5为FeO对炉渣脱硫能力的影响。由图5可见，随着FeO的增加，硫的分配系数Ls急剧下降，但降低的幅度逐渐减小；同时，随着碱度的降低，FeO对炉渣脱硫能力的影响减弱。图5 炉渣中低价氧化物（FeO）含量对硫分配系数的影响a-n（）=1.32；b-n=1.25；c-n=1.5d-n=0.8；e-n=1.05实线工厂数据；虚线实验室数据图4 1450时硫的分配系数与炉渣 总碱度和Al2O3含量的关系 在实际的高炉冶炼中，炉渣的FeO含量通常很低（1%）。只有当发生异常的炉凉时，FeO含量才会较高，这时Ls将急剧降低，使铁水中硫急剧升高，导致生铁不合格。B 炉渣成分炉渣成分由于铁水中碳饱和，炉缸中CO分压基本固定，所以脱硫反应的程度主要决定于渣中CaO、CaS的活度和铁水中硫的活度以及反应的温度和动力学条件。从热力学角度看，CaO比MgO、MnO有更高的脱硫能力，渣中CaO的活度在碱度(CaOSiO2)高过1.0左右后，提高很快，因而脱硫能力显著提高。高炉炉渣的碱度根据脱硫需要一般为0.951.25。过高的碱度，炉渣熔化温度增高，液相中将出现2CaOSiO2固体颗粒，使炉渣黏度升高，流动性变坏，反而不利于脱硫。MgO，MnO本身能在一定范围内与硫起反应，又能改善炉渣的流动性，它们的存在对脱硫有利。生铁中碳、硅及磷等元素使硫的活度系数增大46倍，而且在高炉还原气氛下，炉渣中的FeO较低，从理论上说明高炉中具有良好的脱硫条件，因而钢铁冶炼过程中脱硫主要应在高炉炼铁时完成。高炉炉凉时，炉渣中FeO升高，对脱硫不利，生铁含硫升高，导致出现不合格铁水。Al2O3对脱硫反应也有影响，当炉渣碱度不变时，增加Al2O3将使Ls变小，但当用Al2O3代替SiO2时，则能增大LsC 炉渣温度炉缸温度脱硫是吸热反应，温度愈高越有利于反应进行，加快反应速度。