关键词:铁水脱硫；技术；应用；进步

　 铁水脱硫技术已广泛应用于现代炼钢生产。国外知名转炉钢厂铁水脱硫比一般均达到100％，日本的钢铁企业铁水“三脱”(脱Si、P、S)预处理比已超过90％。为适应我国炼钢生产发展的要求，资料提出的我国该项技术的发展目标是：2006年铁水脱硫比应达到35％以上；2010年铁水脱硫比应达到60％以上；2020年转炉用铁水基本实现全脱硫。

　 近几年，武钢在优化生产工艺，调整产品结构的进程中，对铁水脱硫技术给予了高度重视，铁水脱硫能力不断扩大，2005年武钢集团公司共生产钢1304万吨，其中武汉钢铁股份公司(以下简称武钢股份公司)三个炼钢厂共生产钢1038.49万吨，不同工艺技术的铁水脱硫处理量831.47万吨，平均铁水脱硫比为82.92％，为提高钢的质量，开发新的钢种，增强产品市场竞争力提供了重要条件。

1 不同铁水脱硫技术的应用概况

1.1 脱硫设备类型和产量

　 武钢股份公司三个钢厂均采用铁水脱硫预处理—转炉复吹—钢水炉外精炼—连铸的生产工艺。三个钢厂不同的铁水脱硫技术装备和2005年的铁水脱硫处理量、铁水脱硫比和钢产量见表1

表1　　 三个钢厂的铁水脱硫设备和2005年生产简况

厂名	铁水脱硫			转炉冶炼
	设备类型及工位	处理量/万吨	脱硫比/%	吨位及座数/座	钢产量/万吨
合计	工位×7	831.47	82.92	LD×8	1038.49
一炼钢	铁水罐喷吹式×2	136.50	81.30	100t×2	174.14
二炼钢	铁水罐KR搅拌式×2	205.28	82.70	80t×3	240.19
三炼钢	混铁车喷吹式×2	489.69	83.49	250t×3	624.16
	铁水罐喷吹式×1

　

1.2 采用不同铁水脱硫技术的缘由

　 武钢股份公司三个钢厂采用不同铁水脱硫技术的缘由，按三个钢厂投产时间的先后，简述如下(关于不同铁水脱硫技术的应用和进步详情将另述于后)：

1.2.1 二炼钢采用KR脱硫

　 20世纪70年代后期，二炼钢从新日铁引进硅钢生产技术专利的同时，配套引进了第一套KR机械搅拌CaC₂铁水脱硫技术装置。鉴于KR法具有良好的脱硫动力学条件和很高的脱硫效率等优点，加之在消化、吸收的基础上，积累了丰富的操作经验，改进了很多工艺技术，使脱硫的技术经济指标有了大幅度的进步，因此，1999年该厂在扩大脱硫能力时，仍然选择了KR法，脱硫剂为CaO，并于2000年11月建成投产。

1.2.2 三炼钢采用混铁车喷吹脱硫和增建铁水罐喷吹脱硫

　 (1)采用混铁车喷吹脱硫

　 1996年8月投产的三炼钢，转炉公称容量为250吨，设计时选用320吨混铁车运输铁水，并在钢厂外采用顶喷脱硫工艺。“浅脱”硫时，设计采用CaO基脱硫剂，约占80％；“深脱”硫时，则采用CaC2作脱硫剂。投产后，为适应生产的需要，必须大幅度提高脱硫铁水的处理量和脱硫效果，故基本上采用了喷吹CaC₂脱硫剂，少量采用了CaO加颗粒镁混合脱硫剂的工艺。

　 (2)增加铁水罐喷吹脱硫

　 三炼钢混铁车顶喷铁水脱硫工艺，其设计能力252.6万吨/年(一期为188.9万吨/年)。2002年实际脱硫铁水量虽然已达297.8万吨，当时预计经过挖掘生产潜力，脱硫铁水量可望达到350万吨/年，但仍满足不了两座250吨转炉的生产需要。随着第3座转炉和第3台铸机的增建，原有的混铁车脱硫能力显然更适应不了生产的需要，必须相应增建新的铁水脱硫装置。

　 在选择新的铁水脱硫方式时，钢厂曾提出可选择复合喷吹或喷吹颗粒镁技术，两者各具有其特点。招标时，由于喷吹颗粒镁技术在经济上有较明显的优势，由乌克兰“钛”科研设计院中标。300吨铁水罐喷吹颗粒镁技术装置已于2005年5月建成投产。

1.2.3 一炼钢采用喷吹脱硫

　 (1)设计的喷吹工艺

　 1998年一炼钢技术改造时，初步设计的铁水脱硫方式为铁水罐喷吹工艺，采用的脱硫剂是以CaC₂为基的混合物。初步设计说明书指出：KR搅拌法最大的优点就是脱硫效率高，对冶炼低硫钢和超低硫钢是很适用的，其缺点是搅拌作业较复杂，设备维修量较大，脱硫成本较高；而顶喷法脱硫效率虽不如KR法高，但喷吹作业较简单，设备维修量较小，脱硫成本较低，且能满足一炼钢长材用钢生产要求，顶喷法也能获得超低硫铁水。故初步设计时推荐了上述技术工艺。

　 (2)采用20％Mg+80％CaO混合脱硫剂

　 从减少投资、降低成本和生产安全考虑，1999年2月该设备投产时，一炼钢就采用了CaO脱硫剂。其后，为提高脱硫的综合效果，从1999年6月开始改用20％Mg+80％CaO的混合脱硫剂，并取得一定效果。

　 但采用20％Mg+80％CaO混合脱硫剂后，又出现如下问题：①由于CaO+Mg混合脱硫剂为离线混合，比重粒度不一样，输送不均匀，脱硫剂效率不稳定，影响脱硫喷吹模型的建立，②喷吹时间长，与转炉冶炼周期不匹配；③容易出现堵枪，扒渣铁损多、温降大、喷枪寿命低，④处理成本较高，⑤由于脱硫命中率较低，给转炉冶炼低硫钢种带来困难。

　 (3)采用喷吹颗粒镁脱硫技术

　 为解决喷吹混合脱硫剂存在的上述问题，经多方面比较和实地考察，鉴于颗粒镁脱硫剂具有脱硫能力强、脱硫速度快、单耗低、脱硫后渣量少、铁损少、热损失少、环境污染小等优点，国外早已应用于铁水脱硫生产，武钢也进行了工业性试验，验证了上述优点，因此，从中乌(乌克兰)合资的戴斯玛克公司购买了喷吹颗粒镁铁水脱硫的部分设备和控制元件，在原有喷吹设备的基础上作了适当改造，于2001年8月正式用于生产至今，取得较好的效果。

1.3 铁水脱硫技术的应用简况

　 经过上述技术改造和增建脱硫装置，目前，武钢股份公司三炼钢厂已具备了现有产钢能力下铁水全脱硫处理的能力。不同脱硫工艺在“深脱”后，铁水[S]≤0.005％，最好时可达到[S]≤0.001％；“浅脱”后根据不同钢种的要求，[S]可分别控制在≤0.015％和≤0.010％，铁水脱硫效率一般可达90％以上。2001～2005年间，武钢股份公司的钢产量、脱硫铁水量和铁水脱硫比增长情况见图1。三个钢厂的铁水脱硫比情况见图2。不同铁水脱硫工艺的脱硫剂消耗见图3。

　

图1 2001-2005年钢产量、脱硫铁水量和铁水脱硫比增长情况

　

图2 三个钢厂的铁水脱硫比增长情况

　

图3 不同铁水脱硫工艺的脱硫剂消耗

　

2 KR搅拌CaO脱硫技术的应用和进步

2.1 生产应用

　 二炼钢第一套KR搅拌式铁水脱硫装置是1979年引进投产的。其设计脱硫能力为47.5～53.5万吨/年，主要用于硅钢生产。后经过技术改造和不断的技术进步，使铁水脱硫生产水平较原设计能力大幅提高，2000年最高处理量达93.4万吨，比原设计能力提力提高了86％，虽然如此，其经脱硫处理的铁水量，仍仅占实际消耗铁水的41.82％，远远满足不了生产高质量钢的要求。二炼钢厂承担了大量高难度钢种和新试钢种的生产，为了满足生产的需要，1999年决定扩大二炼钢的脱硫能力，在全面分析比较喷吹和KR法工艺优缺点的基础上，决定仍采取KR脱硫工艺。2000年11月，由国内设计的一套140万吨KR脱硫“一搅双扒”装置建成投产(2号脱硫)，加上原有1号KR处理90万吨，年处理量可达230万吨，具备了铁水全脱硫的能力。根据钢种的要求，采用“深脱”和“浅脱”方式。“深脱”使铁水[S]≤0.003％，以满足超低硫钢的生产。“浅脱”[S]≤0.015％，用于一般钢种冶炼。KR铁水脱硫设备主要由扒渣机、搅拌器和脱硫剂储存和输送系统3个主要部分组成，其装置主要参数如表2，2005年达到的主要技术指标与引进时设计指标对比如表3。

　

表2 　　KR脱硫设备的主要参数

扒渣机
前后行程/m	3-5（最大6）
行进速度/m·min-1	0.5-1.5
上下行程/mm	900（最大1000）
旋转角度/0	+12.5
压缩空气压力/MPa	0.55-0.70
压缩空气耗量/m3·min-1	14
搅拌装置
旋转速度/r/min-1	90-120
搅拌时间/min	5-9
搅拌力矩/Nm	820
搅拌提升速度/ m·min-1	6
脱硫剂给料系统
给料装置运输能力t·h-1	30
存储料罐容量/t	35
旋转给料器能力t·h-1	10

　

表3 　　2005年达到的主要技术指标与引进时设计指标对比

参数	引进时指标	2005年实际指标
脱硫剂种类	CaC2	CaO脱硫剂
脱硫周期/min	62（单罐）	66+2（双罐）33+2（单罐）
铁水脱硫处理量/万t·a-1	47.5-53.5	190.17（第一套最高年产达93.4）
脱硫比例%		82.70
脱硫前平均[s]%		0.0276
脱硫后平均[s]%		0.0022
脱硫效率/%		91.77
※脱硫剂吨铁个硫/(10PPM)消耗/㎏·t-1[s]		0.24
深脱硫比例/%		85.95
轻脱硫比例/%		14.05
搅拌头寿命/次	90-110	469
脱硫过程平均温降/℃	30-50	28

　 ※注：每脱除10PPM的硫(即0.001％，俗称一个硫)，CaO脱硫剂的平均消耗为0.24kg/t。

　

2.2 技术进步

2.2.1 CaO基复合脱硫剂取代CaC₂

　 原引进的KR脱硫设备和技术专利规定，脱硫剂采用CaC₂，故从投产后至1985年一直采用CaC₂来进行铁水脱硫。CaC₂脱硫剂虽有脱硫能力强、脱硫速度快等优点，但也存在以下两个问题：一是由于细小颗粒的CaC₂(0.1～1.0mm)极易与水和空气中的水分发生反应，其生成物乙炔气体(C₂H₂)易燃易爆，危及安全。因此，在加工、运输、贮存和使用过程中必须有严密的安全措施和保护系统；二是CaC₂加工困难、价格较贵。鉴于上述情况，从1981年开始研究以CaO为主要成分的复合脱硫剂，进行了多方案、大批量(共6万余吨)的工业性试验，取得了良好的脱硫效果，1985年采用这种CaO基复合脱硫剂成功地取代了CaC₂，在此种CaO基复合脱硫剂中，配有一定量的活性碳或沥青焦，以期保持脱硫反应界面处的还原气氛来提高脱硫效果。为了进一步研究加入碳成份对CaO基复合脱硫剂脱硫效果的影响，武钢委托钢铁研究总院对CaO复合脱硫中活性碳的作用进行实验室模拟实验，对配碳和不配碳的CaO脱硫剂进行对比实验，结果表明：配碳和不配碳的CaO基复合脱硫剂，其脱硫曲线十分接近，不配碳的CaO脱硫剂脱硫速度还要略高一些。根据实验结果，优化了CaO基复合脱硫剂成分，去除了脱硫剂中配加的活性碳，从1988年使用至今，效果良好。

2.2.2 优化制作工艺，大幅提高搅拌头寿命

　 KR脱硫法的最大难点就是搅拌头寿命低而制约该技术的发展。二炼钢为提高KR搅拌头使用寿命，从1996年起经过攻关，不断改进工艺操作和搅拌头烘烤技术，使搅拌头寿命有了大幅度提高，图4为1996～2005年搅拌头平均使用寿命提高情况。需要说明的是，近3年由于“深脱”硫的比例增加，搅拌头寿命略有降低，但仍保持在460次以上。

　

图4 1996-2005年搅拌头使用寿命的状况

　

2.2.3 低硫钢的生产和入转炉铁水硫含量

　 二炼钢是武钢股份公司新钢种的生产和试验基地，2005年冶炼“双高”产量比例达83％。生产的钢种中有69.8％属低硫钢种，30％左右为超低硫钢种，要求入转炉铁水[S]≤0.001％。图5是2002～2003年转炉入炉铁水[S]的分布情况。

　

图5 2002-2003年转炉入炉铁水[S]含量情况

　

2.2.4“深脱”硫技术及回硫的控制

　 “深脱”硫须将铁水[S]脱除到≤0.003％，“深脱”硫及回硫的控制，主要与高炉渣的扒除、脱硫剂的质量、加入量和加入时机、搅拌时间和效果、搅拌头插入深度和旋转速度等因素有关。

　 通过多年来的生产实践，二炼钢在KR铁水深脱硫的工艺技术操作方面积累了较丰富的经验，并不断取得新的进步。

　 (1)铁水高炉渣的扒除

　 铁水带来的高炉渣(见表4)中含硫量高，同时含(Si0₂)、(Al₂0₃)等不利于脱硫的成份，KR处理前一定要将高炉渣扒除，以提高脱硫效率。通常扒前渣(高炉渣)应达到铁水液面裸露≥1/3的状态。

表4　　 高炉渣抽样化验成份　　　 %

CaO	SiO2	Al2O3	S
42	33.6	14.4	1.2

　

　 (2)搅拌速度的控制

　 KR铁水脱硫时的搅拌速度是根据铁水硫含量、铁水温度以及搅拌头状况确定的。铁水温度与含硫量一定值时，在一定范围内搅拌器转速越高脱硫效率越高。但搅拌器转速过高，在搅拌时会造成脱硫铁水罐内铁水严重喷溅，同时加速搅拌头的磨损。使用新搅拌头时，同样的搅拌效果，设定其转速可比已经使用一段时间的搅拌器降低10～20 r/min。加入脱硫剂时搅拌器转速应比正常转速降低2～5r/min。在投料剩余100kg时，开始均匀增速到所需的正常转速，以防止在加入脱硫剂时出现喷溅。

　 (3)脱硫剂加入时间的控制

　 脱硫剂加入过早，即涡流未形成时，脱硫剂不能随涡流充分弥散到铁水中，部分脱硫剂粘于搅拌头的轴部，生成“蘑菇”，影响脱硫效果，增加人工处理“蘑菇”的次数。加入过晚，高速搅拌时，易产生飞溅，脱硫剂利用率降低。加入时间控制在1～1.5分钟之间，待脱硫剂加完后，再根据搅拌头的状况，适当提高旋转速度。现场操作时依靠观察搅拌铁水时产生的铁水火花、亮度判断搅拌效果：通常罐口火花飞溅强烈、罐口亮度高，表明搅拌速度偏快；罐口无火花飞溅、且亮度昏暗，表明搅拌速度偏慢。

　 (4)搅拌头插入深度的控制

　 搅拌头的插入深度，必须适中。如果插入太深既无旋涡部也不能使脱硫剂充分扩散到铁水中，脱硫的效果不太好；如果插入太浅，铁水飞溅严重，同时也不会产生旋涡，脱硫效果也不太好(见图6)。从图6可见搅拌头的插入深度(从铁水液面起到搅拌头叶片上部的距离)600mm为最好。

　

图6 搅拌头插入深度与脱硫效率的关系

　

　 (5)脱硫后渣的扒除

　 扒除脱硫后渣是稳定脱硫效果防止回硫的关键。由于脱硫后渣成分(见表5)中[S]含量很高(通常是脱硫后铁水硫含量的几百倍甚至上千倍)，因此在生产低硫、超低硫钢种时，少量未扒除的脱硫渣进入转炉都会造成转炉钢水“回硫”。二炼钢要求铁水脱硫后扒后渣(脱硫渣)时，铁水液面应裸露≥2/3～3/4并尽可能扒除干净。

表5　　 脱硫后渣成份　　　 ％

SiO2	Al2O3	CaO	MgO	TFe	MnO	P2O5	S
11.18	1.22	63.82	3.96	5.30	0.066	0.045	2.22

　

　 (6)铁水脱硫后静置时间的控制

　 搅拌结束后铁水需要进行一段时间的镇静，以促使脱硫产物充分上浮。二炼钢曾经进行“静置”与“未静置”的统计分析：“未静置”时进行取样，混铁炉低硫铁水回硫0.002～0.003％；“静置”一段时间，让脱硫产物充分上浮，混铁炉的低硫铁水回硫仅为0.0005％。

　 次外，为了控制回硫，脱硫后的铁水(除直兑外)不能倒入普通铁水罐，必须倒入新设置的低硫专用铁水备用罐，以避免超低硫铁水发生回硫。

2.2.5 改单罐脱硫模式为双罐脱硫模式

　 1号KR原作业模式为单罐脱硫模式，单罐周期高达62 min，单罐生产时，总有一个主要设备工位闲置(如搅拌时，扒渣位闲置)造成脱硫设备生产能力受到限制。改造为双罐脱硫作业方式后，单位时间作业率提高了40.77％。同时，通过加强脱硫剂的管理，降低了搅拌和扒渣时间。双罐处理时间缩短到66±2min。在1号KR实践经验基础上，新建的2号KR铁水脱硫处理站采用一座KR机械搅拌装置和两座扒渣装置(俗称：“一搅双扒”)的设备布局，显著提高了生产效率。

2.2.6 底吹试验取得初步效果

　 近年来，为进一步提高KR工艺的脱硫效果，进行了铁水罐底吹工艺试验，取得了初步效果：缩短处理时间3分钟，降低了脱硫剂的消耗0.5～1.0kg/t，减少炉渣带铁约100kg/罐，钢水回硫量从0.004％降至0.002％。

2.3 KR脱硫技术国内推广应用简况

　 鉴于武钢二炼钢在采用KR铁水脱硫工艺的20多年间，在消化引进技术基础上的诸多技术进步和取得的优异效果，近年来，先后有四川川威钢厂、昆明钢厂、济南钢厂和江苏华西钢厂与武钢二炼钢合作采用了此技术，取得良好效果。其推广应用的简况如表6。

表6 　　KR脱硫技术国内推广应用情况

厂别	A厂	B厂	C厂	D厂
KR处理方式	“一搅双扒”	“一搅一扒”	“一搅一扒”	“一搅一扒”
单罐处理量/t	50	50	120	45-48
处理前铁水[S]/%	0.035	0.030	0.035	0.035
处理后铁水[S]/%	0.018	0.015	0.010	0.020
脱硫剂消耗/㎏·t-1	6	5.8-6	5.5-6.2	6-7
搅拌头使用寿命/次	380-450	450	400	350
平均班处理量/罐	17	20	12-15	-

　

3 混铁车和铁水罐喷吹脱硫技术的应用和进步

3.1 320吨混铁车喷吹CaC₂脱硫

3.1.1 生产应用

　 三炼钢320吨混铁车铁水脱硫处理站脱硫主要设有混铁车脱硫间和倒渣间。脱硫间为双工位布置，两套装置可同时作业。脱硫间的装置，包括脱硫剂卸料系统、储料系统，喷吹系统和喷枪储存区等。混铁车喷吹CaC₂脱硫工艺主要参数见表7

表7　　 混铁车喷吹CaC₂脱硫工艺主要参数

参数	指标
铁水脱硫处理量/万t·a-1	253
混铁车公称装载能力/t	320
混铁车脱硫时装载能力/t	290
喷吹速度(CaC2剂)/㎏·min-1	35-100
喷吹压力/MPa	0.2-0.4
喷吹流量/Nm3·h-1	150-400
喷枪形式	2孔，倒T形
处理周期/min	～41

　

　 采用混铁车喷吹CaC₂脱硫后，“深脱”后，铁水[S]可控制到≤0.005％，其比例可达到80％左右，脱硫效率一般可达到90％以上。

3.1.2 影响混铁车喷吹脱硫效果、回硫因素的分析与控制

3.1.2.1 影响混铁车喷吹脱硫效果的因素

　 采用混铁车铁水喷吹脱硫工艺的动力学条件较差，而且无法扒除铁水带来的高炉炉渣，从而影响铁水脱硫效果和增大脱硫剂的用量。同时，混铁车脱硫后倒罐时容易回硫，且周期较长。这些问题都难以完全解决。采用混铁车喷吹CaC₂脱硫的生产实践表明，影响其脱硫效果的主要因素为铁水温度、脱硫剂耗量、铁水装入量等。图7、8分别示出了铁水温度、CaC₂脱硫剂单耗对混铁车喷吹脱硫效率的影响。

　

图7 铁水温度对脱硫效率的影响

　

图8 CaC₂单耗与脱硫效率的关系

　

3.1.2.2 混铁车铁水回硫因素分析与控制

　 混铁车喷吹CaC₂脱硫后，一般[S]可脱至0.005％(深脱)和0.015％(浅脱)以下的目标值，完全达到冶炼要求。但将混铁车脱硫后的铁水倒入铁水罐后，往往出现回硫现象。它主要与混铁车内口粘渣、结瘤、二次装铁、铁水装入量、脱硫喷吹后是否进行“后吹工艺”、脱硫后铁水等待时间等因素有关。

　 (1)铁水回硫情况

　 统计了5800余炉经混铁车喷吹脱硫再倒入铁水罐后的铁水回硫情况如图9。

　

图9 铁水回硫情况

　

　 (2)混铁车内口粘渣、结瘤的影响

　 混铁车在周转运行过程中，由于高炉铁水带渣及脱硫后生成的脱硫渣熔点高、粘度大、流动性差，很容易附结在罐壁上，尤其集中在罐口周围，产生形似井桶的渣墙。井筒形渣墙高约500一1000mm，严重影响脱硫喷吹流场，形成死区，铁水兑入时重新混合，硫含量回升。为此，根据粘渣情况及时清理罐口，打掉积渣结瘤。通过研制试用的稀渣剂有较好的稀释粘渣作用，在铁水脱硫之前投入混铁车，可随铁水的搅动与铁渣很好地混合，明显降低罐内铁渣的熔点，改善渣子的流动性，便于翻车倒渣。

　 (3)混铁车二次装铁的影响

　 通常320吨容量的混铁车在高炉装铁水时，是由同一高炉或不同高炉两次出铁装入的。一般清况下，高炉出铁时间间隔约在1—2小时内，有时甚至更长。因此将会增加铁水温降。在第二次装铁时，不能使两次出铁的铁水很好地混合，造成混铁车内的铁水温度梯度。在喷粉脱硫搅拌时，脱硫反应只能在上层进行，下层相对静止或搅动缓慢。统计结果显示，两次装铁引起铁水回硫比例大约在73.4％，回硫值为0.003—0.004％。因此，应积极协调高炉出铁与混铁车装铁节奏，尽可能避免混铁车二次装铁。

　 (4)混铁车装入铁水量的影响

　 CaC₂脱硫剂从倒“T”字形喷枪喷出，其喷出距离随供气压力、供气量的大小变化。喷气量过大，则容易形成铁水喷溅；喷气量过小，则喷射距离缩短。喷枪的插入深度应固定，脱硫剂上浮行径随铁水液面的高度变化，铁水量大，则铁水液面高，脱硫剂上浮路径长，有利于提高脱硫效率，混铁车铁水装入量与CaC₂脱硫剂单耗的对应关系见图10。

　

图10 铁水装入量与CaC₂脱硫剂单耗关系

　

　 (5)脱硫后吹工艺的影响

　 在实际操作中，当计算投放的脱硫剂喷吹完后，采用只吹气(N₂)的“后吹工艺”，使已喷入的脱硫剂得到充分搅拌。在铁水温度许可时，延时3～5分钟或更长一些时间，这样可以减少铁水回硫的几率。

　 (6)脱硫后铁水等待时间的影响

　 脱硫后铁水含硫量已达到目标要求，铁水液面炉渣中富集了大量的硫，若停留时间较长，则渣中硫将重新向铁水扩散，造成铁水回硫。因此，当停产检修时，应掌握好合适的铁水等待节奏，尽可能缩短铁水停留等待时间，防止渣中硫返回铁水。

3.1.3 技术进步

　 (1)喷吹气力的浓相输送改为稀相输送

　 采用这一措施后，可以提高脱硫剂的利用率，减少脱硫剂的消耗。同时在此基础上，再用稀渣和“后吹”措施，使混铁车的内壁形状得以改善，稳定了脱硫效果，基本保证混铁车的正常周转和生产需要。

　 (2)脱硫剂改用CaC₂，解决了原设计中采用CaO基脱硫剂带来的一系列问题。

　 (3)稳定和提高混铁车的出铁量，应尽可能将铁水控制在250～270吨范围。

　 (4)混铁车喷吹脱硫时，采用供气砖吹气试验，已取得初步效果，有待扩大试用。

　 (5)对混铁车脱硫喷枪进行添加压制气体的改造，已完成初步试验，并有一定效果，有待扩大试用。

3.2 300吨铁水罐喷吹颗粒镁脱硫

3.2.1 生产应用

　 三炼钢增建的铁水罐喷吹颗粒镁脱硫装置(二脱硫)，于2005年5月投产。其主要设备包括：上料罐、喷吹、两支喷枪传动、测温取样、两个铁水罐车和两个渣罐车及就地操作、两个扒渣机、除尘等系统。主要设计参数如表8

表8　　 铁水罐喷吹颗粒镁脱硫主要设计参数

参数	指标
铁水脱硫处理/万t·a-1	380
脱硫处理工位/个	1（两个扒渣位）
铁水脱硫前[S]/%	≤0.035
铁水脱硫后[S]/%	≤0.005的控制能力为90%
铁水温度下降速度/℃·min-1	1
颗粒镁的实际单耗/㎏·t-1	脱硫前[S]≤0.035%时为0.23-0.42
喷镁强度/㎏·min-1	6-12
转炉回硫量[S]/%	≤0.004
喷吹处理时间/min	6-13
铁水处理周期/min	16-27

　

　 考虑到三炼钢铁水罐容量大(300吨)，喷吹到铁水的脱硫剂有较多的反应时间和界面，故未用带有气化室的喷枪。采用喷吹颗粒镁脱硫，脱硫后铁水[S]≤0.005％的比例可达到90％左右，但转炉内钢水回硫量较多，转炉终点钢水[S]一般可控制在0.005～0.015％的水平。目前，采用喷吹颗粒镁铁水脱硫的月处理量，已达到设计水平。

3.2.2 技术进步

　 由于300吨大容量铁水罐采用喷吹颗粒镁脱硫工艺的参考资料较少，该项装置投产后，为了稳定其铁水脱硫的效果，借鉴了一炼钢铁水罐喷吹颗粒镁的经验，采取了以下技术进步措施，取得了初步效果。

　 (1)稳定铁水量

　 要求混铁车兑入铁水罐的铁水量要≥250吨，以保证扒渣操作。

　 (2)铁水罐侧壁安装供气装置

　 在铁水罐侧壁适当位置安装供气装置，便于提高扒渣效果并显著缩短扒渣时间，从16分钟缩短至9分钟，最好时可缩短5～6分钟，该项研试取得一定效果。

　 (3)镁脱硫稀渣的稠化处理

　 通过对此种稀渣进行稠化处理，有利于提高扒渣效果，减少转炉终点钢水回硫量。

3.2.3 有待解决的问题

　 该脱硫装置投产后，目前尚存以下问题有待解决：(1)脱硫除尘效果不好，现场烟尘较大；(2)喷枪易发生堵塞；(3)脱硫生成易MgS上浮时间较长。这些问题，正在进行试验研究、采取相应的结构改造和工艺改进措施予以逐步解决。

　

4 100吨铁水罐喷吹颗粒镁脱硫技术的应用与进步

4.1 生产应用

　 一炼钢100吨铁水罐喷吹颗粒镁脱硫装置是2001年8月投产的。其主要设备包括：贮料、喷吹给料、喷枪等，喷枪头部配有使颗粒镁气化的装置。主要设计参数见表9

表9 　　100吨铁水罐喷吹颗粒镁脱硫主要设计参数

参数	指标
脱硫年处理能力/万t·a-1	164
脱硫日处理能力/罐	64
铁水罐装载能力/t	98-110
铁水罐有效自由空间/mm	800（108t时）
喷吹罐容积/m3	0.5×2
喷吹压力/MPa	0.3-0.5
喷吹流量/Nm3·min-1	30-60
喷吹速度/㎏·min-6	6-15

　

　 设备供货方对采用颗粒镁铁水脱硫在下述条件下即：脱硫处理前铁水[S]含量在0.035％左右，铁水温度为1280～1350℃，每罐铁水量为105～116吨时，提供的技术保证值见表10

表10　　 采用颗粒镁脱硫的技术保证值

参数	指标
	浅脱后[S]≤0.010%	深脱后[S]≤0.005%
镁单耗/㎏·t-1	0.37±0.03	0.46±0.03
氮单耗/ Nm3·t-1	0.2±0.05	0.2±0.05
喷吹温降/℃	10±1	12±1
喷吹时间/min	5±1	7±1

　

　 通过几年来的生产实践，不断改进工艺操作，采用颗粒镁脱硫的生产技术水平不断提高，上述技术保证值均已超额达到。2005年根据钢种实际需要，“深脱”后[S]≤0.005％的比例为9.92％(约14万吨，“深脱”能力远较此数大)，[S]平均为0.003％，[S]最低可控制到0.002％以下。“深脱”的平均脱硫效率一般可达90％，其它钢种则进行“浅脱”处理。

4.2 技术进步

4.2.1 优化喷吹控制模型，完善脱硫自动控制系统

　 在确定了喷吹工艺参数之后，通过理论计算及生产数据的统计分析，找出铁水温度、铁水重量、脱硫剂用量的影响，从而得出喷吹脱硫的数学模型，整个喷吹过程采用数学模型控制，颗粒镁脱硫的命中率已达90％以上。

4.2.2 提高喷枪使用寿命

　 生产初期，喷枪寿命为60次左右。通过改进喷枪材质，并对喷枪的气化室部位喷涂脱渣涂料，减少了因气化室粘渣而堵枪的现象和处理气化室粘渣而造成的耐材大面积剥落，同时也保证了喷吹效果，使喷枪平均寿命提高到150次以上。

4.2.3 开发高效粘渣剂

　 采用颗粒镁脱硫后，脱硫渣量减少且流动性增加(渣稀)，扒渣十分困难。为此，2001年年底开发了高效粘渣剂，生产中根据铁水温度、钢种情况加入不同种类和重的粘渣剂，以及确定最佳的加入时机，粘渣效果良好，显著地改善了扒渣效果，对减轻转炉钢水回硫发挥了重要作用。

4.2.4 开发侧吹供气装置

　 为了进一步提高脱硫渣的扒除效果，2005年开发了铁水罐罐咀另一侧采用侧吹供气装置，于扒渣同时供气，将脱硫渣吹向罐咀，进一步提高了扒渣效果并缩短了扒渣时间。现在，平均扒渣时间从未采用此装置的11～12分钟，降至7分钟以内，大多罐次可控制在5～6分钟；平均渣铁损失从15kg/t降至13kg/t以内。

4.2.5 提高镁脱硫的利用率

　 按理论计算，Mg与[S]作用生成MgS时，其反应消耗应该为0.758kg.Mg/kg.S。2004年实际镁反应消耗为1.592㎏. Mg/㎏.S,镁的利用率为47.6％。为提高镁脱硫的利用率，进行了水模实验，并椐研试结果，改进了喷吹工艺取得了较好效果，以下图表分别示出混匀时间与喷吹流量、枪位的关系(图11)、喷吹流量对颗粒镁单耗的影响(图12)、喷枪材质改进前后的理化指标(表11)和喷枪结构改进前后镁脱硫的利用率(表12)等相关情况。

　

图11 混匀时间与喷吹流量、枪位的关系

（试验条件：喷枪夹角10°、嗽叭口高度705㎜）

　

图12 喷吹流量对单耗的影响

　

表11　 　喷枪材质改进前后耐材理化指标变化

项目	改进前	改进后
耐火度/℃	17900	1795
耐压强度/MPa(110℃×24h)	31.2	32.3
耐压强度/MPa(1500℃×3h)	50.6	52.4
抗折强度/MPa(110℃×24h)	4.4	4.6
抗折强度/MPa(1500℃×3h)	15.1	15.8

　

表12　　 喷枪结构改进前后镁脱硫的利用率

参数	改进前	改进后
镁脱硫剂单耗/㎏·t-1	0.24	0.218
脱除公斤硫的镁耗/㎏.Mg/㎏.S	1.592	1.375
镁脱硫的利用率/%	47.11	54.55

　

4.2.6 优化喷镁脱硫工艺

　 通过水模实验和数值模拟计算，研究了喷枪夹角、喇叭口高度、枪位、载气流量等因素对喷镁脱硫时混匀时间及流量的影响。据此对喷镁脱硫工艺进行了优化，结果表明，采用夹角110、喇叭口高度为705mm的喷枪，在枪位为2150mm，喷吹载气流量为35Nm3/h的条件下，获得了较好的生产效果，可使镁的消耗系数在不同脱硫量的条件下分别降低13.58％、8.39％、0.63％和7.88％。(图13)

　

图13 优化前后工艺条件下镁消耗系数的比较

　

　 水模实验和生产应用表明：

　 (1)对铁水罐内液相混匀时间的影响程度由强到弱依次为：喷枪枪位，载气喷吹流量，喷枪夹角，喷枪喇叭口高度。其中喷枪枪位的影响程度明显大于其它因素。

　 (2)喷枪枪位的增加会明显缩短液相混匀时间，改善混匀效果，同时也增加了镁气泡在铁水中的停留时间，有利于提高镁的利用率。

　 (3)增加载气喷吹流量，液相流动速度明显加快，平均动能增大，混匀时间明显缩短，但对混匀效果的影响不大。载气流量太大，易生成大气泡，降低镁的利用率。

　 (4)优化后工艺条件下的镁消耗系数均低于原工艺条件下的镁消耗系数，减幅最大可达13.58％，效果明显。

4.2.7 低硫钢回硫因素的分析与控制

　 一炼钢研究了影响低硫钢H08GX([S]≤0.005％)冶炼过程的回硫因素，并提出了相应的控制措施。共试验5炉，入炉铁水[S]：3炉为≤0.001％，2炉为≤0.005％。对试验炉次进行硫的物料平衡计算见表13，其转炉吹炼终点钢液回硫情况如图14。

　

图14 试验炉号吹炼终点钢液回硫情况

　

表13　　 试验炉次硫的物料平衡表(kg/炉)

炉号	硫收入						硫支出
	铁水中硫	废钢中硫	造渣料中含硫	铁水脱硫渣中含硫	转炉残留渣中含硫	总计	钢液中硫	炉渣中硫	气化及其他	总计
A	1.10	1.42	1.53	1	8.01	13.06	9.20	3.24	0.62	1306
B	1.10	1.40	1.91	1	4.50	9.91	6.90	2.55	0.46	9.91
C	1.10	1.40	1.97	1	2.78	8.25	5.75	2.11	0.39	8.25
D	2.24	1.40	1.91	1	1.97	8.52	5.76	2.35	0.41	8.52
E	2.21	1.42	1.90	1	2.05	8.58	5.74	2.42	0.42	8.58

　

　 在冶炼低硫钢种时，其控制吹炼终点钢水回硫的措施主要有：

　 (1)尽可能提高入炉铁水温度，缩短废钢熔化时间，保证炉渣脱硫反应的时间。(2)铁水残渣带入硫量占总硫量的8％～12％，扒渣时应尽量扒尽，应保证较高的终渣碱度(R=4.4)、较低的终渣(FeO)(不大于16.40％)及适宜的终点温度(t≈1680℃)，以增强炉渣脱硫能力。(3)控制转炉残留渣量，应考虑停止溅渣1～2炉后再冶炼，在炉况允许的情况下，连续冶炼低硫钢种时也应该停止溅渣。(4)造渣材料要满足低硫要求。

5 不同特点的铁水脱硫技术生产实践简析

　 如上所述，武钢股份公司三个钢厂在不同的投产时期、生产钢种和生产条件下，采用了三种不同技术的铁水脱硫工艺。多年的生产实践表明，总体来看，均满足了现有生产的需要。但三种不同铁水脱硫技术也有其各自的特点。

5.1 90吨铁水罐KR搅拌CaO脱硫

　 KR搅拌式铁水脱硫技术最突出的优点是脱硫反应的动力学条件好，脱硫反应充分，脱硫效率高，脱硫剂改用CaO的条件下，同样可以将[S]脱至≤0.005％以下。过去一般认为该技术存在设备较复杂，维修量较大、且液压搅拌设备国内不能制造需进口、搅拌头寿命较低、温降较大等问题，经过二炼钢做了很多改进，现已有了明显的改善和进步。如搅拌头使用寿命已提高至450～500次，维修量已大幅降低，温降已可控制在28℃左右，液压搅拌设备国内合资企业已可制造，脱硫效率已达91.77％，“深脱”硫比高达85.95％，两罐同时作业的比例高达90％，处理周期可控制在66±2min范围。KR铁水脱硫技术特别适合于低硫钢和超低硫钢的生产，由于采用CaO脱硫剂，也适宜一般优质钢的生产。且日本一些钢厂近几年来也恢复了该法的应用。由于二炼钢“深脱”硫比很高，目前成本较一炼钢高一些。近几年来，国内已有4家企业与二炼钢合作相继采用了此技术，使用效果良好。

5.2 320吨混铁车喷吹CaC₂脱硫

　 国内采用大容量(300吨以上)混铁车运输铁水和喷吹脱硫技术，宝钢炼钢厂是第一家，武钢第三炼钢是第二家。该法的优点是铁水保温效果较好，脱硫时铁水温度较高，热力学条件较好，车内反应空间较大，喷粉速度可大一些。但该法的不足也是明显的，突出的是反应动力学条件差，脱硫反应不易充分进行，且脱硫前不能扒除铁水带来的高炉渣，从而会影响脱硫效果和脱硫剂的耗量。由于三炼钢不断改进该法的操作工艺和有关装备，仍然取得了如前所述的较好脱硫效果，脱硫后[S]可控制在≤0.005％的水平，脱硫效率可达到90％以上。当然也应看到，混铁车口易结瘤粘渣，增加了维修量，此外，二次装铁装入量不准等原因，也会给生产带来一定的影响。但是，对于用作大容量(如300吨以上)铁水运输装备的混铁车，目前国内尚未研制出较为理想的替代装备。混铁车运输及其喷吹脱硫技术仍在国内外被广泛应用。

5.3 300吨铁水罐喷吹颗粒镁脱硫

　 如前所述，三炼钢在增建铁水脱硫设备时，在招标时从控制费用考虑，选用了喷吹颗粒镁脱硫技术，其综合脱硫效果目前基本满足了生产需要。但由于应用该技术的时间较短，实践经验尚少，目前尚存在一些如前已述及的问题，有待研究改进。

5.4 100吨铁水罐喷吹颗粒镁脱硫

　 采用颗粒镁进行铁水脱硫具有脱硫能力强、速度快、单耗低、渣量少、铁损少、温降小等优点，近几年国内有不少企业相继采用该技术。一炼钢的生产实践也表明了上述优点。同时也出现渣少且稀的情况，给扒渣操作带来困难。经过如上所述的一些改进，扒渣情况明显改善，如要大幅度提高“深脱”硫的比例和防止铁水回硫，还有待进一步改进。此外，由于一炼钢“深脱”比例较小，因此全年脱硫成本较低，但考虑到颗粒镁的价格贵，如何进一步提高颗粒镁的利用率也有待继续研究。

6 结语

6.1 铁水脱硫处理是提高钢的质量、开发新的钢种、优化炼钢工艺流程、提高生产效率等方面的重要手段之一。武钢股份公司三个钢厂已具备年处理脱硫铁水1000万吨以上的产能，为实现铁水全量脱硫处理创造了条件。

6.2 “十五”期间(2001-2005)三个钢厂不断扩大铁水脱硫能力，三个钢厂铁水脱硫比稳定增加，近三年来股份公司铁水脱硫比均保持在82.92％以上。

6.3 三个钢厂分别采用了100吨和300吨铁水罐喷吹颗粒镁、90吨铁水罐KR搅拌CaO和320吨混铁车喷吹CaC₂等铁水脱硫技术，均取得好的和较好的脱硫效果。“深脱”后[S]可控制到≤0.005％，最低时[S]可达≤0.001％，脱硫效率可达90％以上，满足了生产需要，并为提高钢的质量和开发新的钢种发挥了重要作用。

6.4 在原有铁水脱硫技术的基础上，三个钢厂均采用了不少技术进步措施，包括KR法中CaO取代CaC₂、大幅度提高搅拌头寿命、深脱硫技术工艺操作的改进等；喷吹颗粒镁脱硫渣的粘渣和侧吹技术的开发、优化喷吹模型和喷镁工艺、提高镁的利用率、提高喷枪寿命等；混铁车的浓相输送及相关改进等；三种方式脱硫后防止钢水回硫的控制技术等。这些均对保证铁水脱硫效果发挥了重要作用。

6.5 不同铁水脱硫技术的生产实践表明，三种脱硫技术各具特点，对不同的生产条件均能满足和基本满足生产需要。KR铁水脱硫技术特别适合于低硫钢和超低硫钢的大量生产，因已采用CaO脱硫剂，也适合一般优质钢的生产；铁水罐喷吹颗粒镁脱硫技术具有良好的脱硫效果，但必须解决好脱硫渣的粘渣和扒渣工艺操作，防止钢水回硫；300吨以上的铁水运输设备目前国内仍采用混铁车，其脱硫处理也采用混铁车喷吹CaC₂等技术，汽车运输大容量铁水罐的装备还有待研制。

6.6 武钢三个钢厂不同铁水脱硫技术脱硫剂的平均消耗为(未分“深脱”和“浅脱”)：CaO 6.22kg/t、CaC₂ 4.50kg/t、颗粒镁0.26kg/t。

6.7 无论采用何种铁水脱硫技术，十分关键的是要尽可能扒除脱硫渣，防止钢水回硫。同时应对不同脱硫技术影响其脱硫效果的诸多因素进行研究，找出适宜各自生产条件的最佳工艺参数，以求得低生产成本的最佳脱硫效果。

6.8 为适应洁净钢和超洁净钢的生产和进一步提高产品的市场竞争力，三个炼钢厂将在现有基础上，有计划地开展铁水脱硫，脱硅、脱磷(“三脱”)技术的开发应用。