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宣钢铁水脱硫生产实践

吴东升，闫卫兵，刘占玲

摘 要：介绍宣钢炼钢厂单吹颗粒镁铁水脱硫工艺的设备特点，工艺流程分析了颗粒镁粒径，喷枪插入深度、铁水温度、铁水初始硫含量、铁水终点硫含量、载气流量等对脱硫效果的影响，并分析存在问题和改进意见

关 键 词：颗粒镁；脱硫；实践

1  前言

随着宣钢120吨转炉投产，产量规模进一步扩大的同时，品种、质量也应迈上新的台阶。围绕公司品种开发和低成本两大战略，积极应用先进高效技术对炼钢生产工艺实施优化具有重要意义。特别是在目前形势下，公司铁水供应不足，炼钢厂大幅度降低铁耗提高产能，而铁块质量差含硫量高，成为限制品种钢生产的瓶颈，因而铁水脱硫的重要性尤显突出，通过单吹颗粒镁脱硫工艺将铁水中的硫降到较低水平，从而平衡铁块中的硫含量，降低转炉脱硫难度，从而实现在低铁耗情况下生产品种钢，既提高产能又开发品种，并对降低炼钢成本具有重要意义。

2  设备状况

2．1  设备简单紧凑

铁水包单吹颗粒镁工艺主要设备有：转装罐、计量喷吹罐、铁水包车、渣盘车、扒渣机、喷枪架、除尘罩及自动化控制设备

与其他复合喷吹脱硫技术相比，该工艺设备简单、设备数量少、投资费用低、建成后设备运行程序简单，可实现自动化操作，运行状况好，设备维护量小。

2．2  操作控制简单

单吹颗粒脱硫技术只用一种脱硫剂，所以操作程序简单，脱硫过程采用计算机自动控制，即：处理前操作工输入铁水初始值、目标值、铁水重量和铁水温度等参数，计算机自动计算出本包铁水所需耗镁量，供镁强度和喷吹时间，点击脱硫开始按钮，喷枪自动下枪开始喷吹，喷吹到目标耗镁量时，自动提枪，脱硫结束。

3  颗粒镁脱硫工艺原理

3．1  镁脱硫工艺特征

采用金属镁作为唯一原料是该脱硫工艺的显著特征，金属镁是一种原子量为24．035的轻金属，固体密度1．74g／cm3(20℃)，熔点651℃，汽化点(沸点)1105℃，金属镁燃点600℃，粉料燃点低于400℃，粒度越小，燃点越低，因此用作脱硫剂的颗粒镁要求含镁应在92％以上，粒度在0．5~1．6mm，颗粒安息角不超过34℃，表面有充分、牢固的钝化涂层，外形是一种银灰色球状颗粒。

3．2  镁脱硫工艺原理

镁脱硫剂通过喷枪喷入铁中，镁蒸发形成气泡，部分溶于铁水，镁蒸气可与铁水中的硫直接作用生成MgS，脱硫反应主要在气——液界面上进行，脱硫产物MgS上浮进入渣相，从而达到脱硫目的，其脱硫反应为[1]：

Mg(s)——Mg(1)——{Mg}——[Mg]

Mg与S的相互反应存在两种情况：

第一种情况：{Mg}+[S]=MgS(s)    (1)

第二种情况：(Mg)——[Mg]    [Mg]+[S]=MgS    (2)

在高温下，镁和硫有很强的亲和力，溶于铁水中的[Mg]和{Mg}都能与铁水中的[S]迅速反应生成固态的MgS，上浮进入渣中。

在第一种情况下，在金属镁蒸汽泡界面，镁蒸汽与铁水中的硫反应生成固态MgS，但这只能去除铁水中3％~8％的硫。

在第二种情况下，溶解于铁水中的镁与硫反应生成固态MgS，这是主要的脱硫反应。在这种情况下，保证了镁与硫的反应不仅仅局限在镁剂导入区域或喷吹区域内进行，而是在铁水包整个范围内进行，因此对脱硫十分有利，是脱硫的主要方式。

3．3  工艺流程

4  应用条件与效果

宣钢铁水硫含量较不稳定，W(S)最高达到0．0700％以上，平均W(S)在0．025％～0．050％之间，为使脱硫工艺既能满足生产需要，又兼顾降低成本，冶炼品种钢W(S)控制在0．005％~0．010％，铁水含硫较高，而不冶炼品种钢时，W(S)控制在0．025％~0．035％因此分为深脱与浅脱两种工艺。

由生产情况显示：用纯镁脱硫具有喷吹量小，喷吹时间短，脱硫效率高，铁水温降小等优点，且能将铁水中W(S)脱至较低水平，满足宣钢生产要求，取得了良好效果。

5  颗粒镁脱硫应用效果分析

5．1  铁水温度对脱硫效果影响

金属镁被喷入铁水内后，熔解和气化，存在以下两种反应[2]：

Mg(g)+[S]=(S)    (1)

△GH=﹣435138+184．2T    J／mol

[Mg]+[S]=Mg(S)    (2)

△GH=﹣308700+91．75T    J／mol

镁的脱硫反应式(1)和(2)均为放热反应，从热力学条件看高温不利于脱硫，铁水温度高，铁水粘度降低，镁气泡大，上浮速度快，逸出损失增大，不利于气相脱硫；镁的溶解度随压力增加而增大，随温度升高而大幅度降低[3]，不利于气液相脱硫，但温度高增加传质系数，改善脱硫动力学条件，从生产实践看，铁水温度一些般在1250℃～1350℃之间温度对脱硫效率影响不太明显。

5．2  铁水初始硫对脱硫效果影响

当终点硫要求一定时，在一定的铁水温度和操作条件下，随初始硫含量升高，单位脱硫量的耗镁量下降，镁利用率升高，说明铁水硫含量高有利于脱硫。这是因为在一定温度下铁水中[Mg]•[S]之积为一常数，[S]越高，与之平衡所需的[Mg]越少，故溶于铁水中的[Mg]就有足够与[S]反应，故镁利用率高。

5．3  终点硫对脱硫效果影响

当铁水初始硫含量相同时，随终点硫含量降低，镁的利用率降低，这是因为铁水中[Mg][S]积为一常数，随铁水硫含量降低，与硫平衡所需[Mg]增加，溶解于铁水中[Mg]必须增加。

5．4  喷枪插入深度对脱硫的影响

喷枪插入深度影响镁的气化和溶解，如果喷枪插入浅，镁气泡上浮距离短，来不及溶解，反应就可能溢出，造成浪费，而且插入太浅熔池搅拌能力减弱，脱硫反应减少，降低脱硫率。因此在对罐底冲刷影响不大的前提下，尽量降低喷枪高度，有利于提高镁的利用率，这是因为枪位越低脱硫反应的混匀时间越短，颗粒镁在铁水罐中停留时间越长，脱硫反应越充分。根据生产实践情况，枪头距包底200～250mm较为适宜。

5．5  喷吹压力和喷吹气体流量对镁利用率的影响

脱硫反应的关键是镁溶于铁液中的比例，适当的喷吹压力有利于镁蒸发溶解Mg气——[Mg]均匀分布，加快脱硫反应[Mg]+[S]——(MgS)进行。但压力过大，镁在铁液中停留时间短，脱硫反应不充分，增加镁损耗，降低镁利用率，严重时产生喷溅，通过生产实践较压力在0．3Mpa~0．5Mpa有较高脱硫率，脱硫过程平稳。

宣钢使用氮气作载气，在环境温度670℃以上时，熔化状态的镁与氮气发生下述反应[4]：

3Mg+N2(g)=Mg3N2(S)[2]    (4)

而脱硫反应温度一般在1250℃以上，远远大于670℃，因此(4)式反应速度较快，因此应尽量通过控制气体喷吹流量以减少上述反应损失。但气体流量不可控制太小，这是因为气体流量太小，不利于镁气泡与铁液的充分混合，降低脱硫反应速度，通过采用不同氮气流量(30~60m3／h标准状态下)进行生产试验，综合脱硫、喷溅、铁水温降、堵枪等因素将喷枪喷吹流量定为30~40m3/h，氮气压力0．3~0．4Mpa，供镁强度为3．5~5．5Kg／min。

5．6  颗粒镁粒径对脱硫效率的影响[5]

颗粒镁加入铁水中发生气化，溶解并上浮，为提高镁利用率应尽量延长镁的上浮时间。缩短其相变时间以保证镁与铁水底部气化，并尽可能在较大深度使镁蒸气溶解到铁水中，而镁颗粒上浮时间与及其相变时间与其粒度有密切关系，由图可以看出镁颗粒上浮时间与其受热相变时间具有最佳粒度选择对应100吨铁水包，镁的投放效果深度为2．3~2．35米，颗粒镁粒径为0．5~1．6mm为宜。

6  喷镁脱硫经济效益分析

6．1  采用纯镁脱硫成本。

(1)脱硫喷枪平均寿命为98次，成本为3．06元／吨。

(2)镁单耗平均为(包括深脱硫和浅脱硫两种方式)9．62元。

(3)扒渣铁损为3．15元

(4)其它费用：2．03元／吨铁。

6．2  实施铁水脱硫的实践效果：

(1)石灰单耗降低10Kg／t。

(2)减少吹损5％，并且渣量少，可降低钢铁料消耗4Kg／t。

(3)低碳类钢减少后吹时间，可降低合金单耗0．45Kg／t。

(4)缩短冶炼周期1．5分钟，可体现增产效益。

(5)提高品种钢命中率，H08A、70s—6等，焊条、焊丝钢品种命中率提高15％左右。

(6)提高产品质量，提高产品信誉度，具有深远社会经济效益。

7  结论

a)宣钢纯镁脱硫工艺具有设备简单、操作简便、脱硫周期短、铁损少、温降小、可实现深脱硫、成本低等优点，是一种先进的脱硫工艺。

b)宣钢纯镁脱硫工艺分为深脱和浅脱两种方式，在满足生产需要的同时，最大限度的提高镁利用率，降低脱硫成本。

c)通过选择合适的颗粒镁粒径，喷枪插入深度，喷吹气体压力、流量和供镁强度可保证脱硫效果并提高镁的利用率。

d)利用纯镁脱硫工艺可提高品种命中率，开发低硫品种钢，降低生产成本，具有高广阔的市场前景和巨大的经济效益。

e)采用纯镁脱硫工艺脱硫载气为氮气，约有16～20％的镁生成氮化镁，降低镁的利用率，因此如何减少氮化镁形成，提高镁的利用率有待进一步研究。

f)喷枪结构对镁的利用率有一定的影响，优化喷枪结构，提高镁的利用率有待进一步研究。

参 考 文 献：

[1]   新编钢水精炼既铁水预处理1500问，中国科学技术出版社，5

[2]   马春生镁基脱硫剂在铁水预处理中的应用[J]，《钢铁》，2001，36(3)：15—17

[3]   同上

[4]   陈军利，邓建军，郭辉，纯镁脱硫技术的研究与应用[J]，《炼钢》，2005，21(2)，55—57

[5]   赵小兵，铁水用镁脱硫剂脱硫，译自《CTanb》，1996，(7)：17—19