摘要：马钢一炼钢现用两种不同的喷吹脱硫工艺，一种是复合喷吹(石灰+镁粉)，另一种是单喷颗粒镁。通过从原理、工艺、设备、原材料要求、实际喷吹效果及经济性等方面进行比较分析，得出各自的特点和优势，用以更好地指导脱硫生产实践。

关键词：喷射冶金；脱硫；铁水预处理

     目前，铁水脱硫技术已趋成熟，采用的脱硫方法和使用的脱硫剂也多种多样，实际脱硫生产中主要有搅拌法、喷吹法、镁脱硫法和炉前铁水沟连续脱硫法等。脱硫剂主要有苏打(Na₂CO₃)、电石(CaC₂)、石灰(CaO)、金属镁以及以它们为基础的复合脱硫剂。而对铁水脱硫效果最好、应用最广泛、发展最快的是喷镁脱硫法，其中最具代表性的就是以霍戈文(现为DANIELI．CORVS)为代表的(石灰+镁粉)的复合喷吹脱硫法和以乌克兰为代表的单喷颗粒镁脱硫法。应该说这两种喷镁脱硫法，从工艺技术上是成熟的，设备运行上是可靠的，都能满足铁水深脱硫(ω(S)≤0．005％甚至ω(S)≤0．002％)生产低硫钢的要求。本文根据马鞍山钢铁股份有限公司第一炼钢厂(以下简称马钢一炼钢)现有两座典型复喷与单喷镁的脱硫装置，从工艺、设备、原材料、喷吹效果等方面进行分析比较，以指导生产实际。

1  概况

马钢一炼钢现有2座铁水预处理站，3座复吹转炉，3台LF，1台VD，1座RH，圆坯和板坯连铸机各1台，年产量达400万t。其中，2001年引进了1座霍戈文复合喷吹(镁粉+石灰)脱硫站，年处理量达150万t，2004年7月，又建成1座单喷颗粒镁脱硫站，年处理铁水量达175万t，目前，2座脱硫站运行正常，能将不同原始硫的铁水(ω(S)=0．020%～0．100％)脱硫到ω(S)=0．002％以下。

2脱硫原理及工艺设备特点

2．1  脱硫原理

    复合喷吹镁粉脱硫技术是指对分别装有流态化石灰、镁粉的两个料罐及两个喷吹罐，配以合适孔板直径及氮气压力参数，按一定比例将石灰和镁粉在喷吹管道中混合，再经喷枪进入铁水中，利用镁气化溶入铁水中与[S]反应，生成MgS，经扒渣去除，达到铁水脱硫的目的。

    单喷颗粒镁脱硫技术是指只利用一套储料罐和喷吹罐，通过强制给料电机和喷吹氮气压力将颗粒镁经带汽化室的喷枪喷入铁水中，金属镁的熔点为651℃，沸点为1 110℃，由于高温下Mg和S有很强的亲和力，镁和硫反应的热力学条件和动力学条件很好。镁的脱硫机理分两步进行，首先金属镁气化并溶人铁水，然后，铁水中的Mg和气态Mg都能与铁水中S迅速反应生成固态硫化镁MgS，反应生成的硫化镁在铁水温度下呈固态，进入渣中。

2．2  工艺特点

    复合喷吹时，一般来说，为防止堵枪和提高脱硫效率，要用流态化石灰作载体，石灰可以起到镁粉分散剂的作用，避免大量镁瞬间汽化造成喷溅，同时，降低了镁粉在熔池中的反应速度；石灰还可以成为大量气泡的形成核心，从而减少镁气泡直径，降低镁气泡上浮速度，加快镁向铁水中扩散，提高镁的利用率；同时，石灰也可以起脱硫作用，其反应式为：

    在1 350℃时，石灰与铁水中的平衡ω(S)可达3．6×10^-3，能将铁水中的硫降到很低水平，但与镁的脱硫能力相比，还相差两个数量级，同时石灰脱硫反应产物中游离氧很容易与铁水中的Si发生反应，在石灰表面生成高熔点的2CaO·SiO₂，阻碍石灰脱硫反应的继续进行，降低了CaO脱硫效率和脱硫速度，所以说，在复合喷吹工艺中，把铁水中ω([S])脱到0．005％以下，甚至0．002％以下，起关键作用的是镁粉的脱硫作用。

    单喷颗粒镁，由于其喷枪带汽化室，绝大部分镁粉在汽化室汽化，再被铁水吸收，与铁水中[S]反应，起脱硫作用。由此，复喷与单喷对镁粉钝化程度、粒度分布、成分组成、阻燃时间等要求不同。各镁粉生产厂家都有各自的技术特点与秘密。一般来说，为防止堵枪和提高脱硫效率，单喷要求镁粉标准更高，粒度更要均匀，呈球状，阻燃时间要求更高，同时对喷吹压力、喷枪内径等参数也不尽相同。

2．3  喷吹设备及原材料要求

2．3．1设备参数

    复合喷吹和单喷镁主体设备的参数见表1。

2．3．2原料要求

    复合喷吹主要原料为石灰和钝化镁粉，石灰必须进行流态化处理，主要技术指标见表2、表3、表4。单喷的主要原材料为颗粒镁，主要技术指标见表5。

3脱硫效果及成本比较

3．1  脱硫效果比较

    我厂复合喷吹与单喷镁两个脱硫站都布置在主厂房转炉与倒罐坑之间，呈南北方向布置，两边进出铁水罐。脱硫工艺流程如下。

    要求脱硫后铁水ω(S)≤0．010％者为100 %，ω(S)≤0．005％者为80％，ω(S)≤0．002％者为20％。两种方式的脱硫技术指标如表6所示。

    通过分析对比结果如下：

    (1)复合喷吹与单喷镁两种脱硫工艺的目标一次命中率、脱硫率基本相同，无明显差别；

    (2)喷吹速率最佳控制范围，复合喷吹一般控制在6～8 kg／min，单喷镁在5～7 kg／min比较理想，完全能满足生产需要。如一味提高速率，则易产生堵枪和喷溅较大的弊端；

    (3)相同的铁水条件下，复合喷吹镁粉消耗要高于单喷镁，主要原因本文已作阐述；

    (4)对温度损失，通过统计分析发现复合喷吹的温降要高于单喷镁2～3℃，主要原因是复合喷吹时喷人石灰带来的温度损失；而两者扒渣过程温降差别不大；

    (5)工序时间复合喷吹比单喷镁多2 min左右，是由于复合喷吹渣量较大，扒渣时间要长于单喷镁，相应复合喷吹的扒渣损失也大于单喷镁，而同等条件下两者喷吹时间相差不大。

3．2  两种工艺成本比较

    以铁水ω(S_O)=0．020％～0．030％，ω(S_E)<0．005％的喷吹操作消耗作为成本分析比较指标，结果如表7所示。

    通过对比得出，单喷镁成本低，同等条件下每吨铁单喷镁比复合喷吹低4．4元；复合喷吹的原材料消耗以及扒渣铁损的成本较高，而单喷镁的喷枪耐材消耗成本较高。

4  结  论

    通过马钢一炼钢两种喷镁脱硫工艺生产实践及上述统计数据分析，可得出以下几点结论：

    (1)从复合喷吹与单喷镁两种脱硫工艺在马钢一炼钢的生产实践看，两种工艺运行可靠，能满足炼钢脱硫生产的要求；

    (2)同等条件下，单喷镁的经济技术指标优于复合喷吹，每吨铁脱硫的成本单喷镁比复合喷吹要低约4．4元；

    (3)目前两种喷枪寿命都能达到100次以上，喷吹时间约800min；但复合喷吹直筒枪制造简单，无需维护，单喷镁枪制造复杂，价格也高，需专人维护清理，喷吹2～3罐需清理1次，劳动强度较高，如何进一步提高喷枪寿命，也是降低单喷镁成本的主要环节；

    (4)复合喷吹对流态化石灰要求较高；单喷镁对镁粉钝化、粒度要求较高；

    (5)复合喷吹的料仓及输送管道设备复杂，而单喷镁的喷枪系统比较庞大。喷吹过程中，复合喷吹振动较小；而单喷镁振动大。