摘要:本文简述了镁行业的发展，钢铁行业采用镁脱硫的条件，镁与其它脱硫剂的比较镁的分类，镁脱硫的工艺方法及镁脱硫的优点；主要对镁脱硫进行了理论分析，综述了国内外钢铁厂采用镁脱硫进行生产的实践。

1 前言

　 随着社会的发展，用户对钢材质量的要求越来越高，钢铁行业都在不断努力提高钢材的质量，特别是降低钢中的硫含量。目前,铁水镁脱硫己成为降低钢中硫含量的最有效的手段之一，并逐渐为国内外各大钢铁行业所重视。

　 传统的铁水脱硫剂主要有：苏打、电石、石灰、金属镁及以它们为基础的复合脱硫剂。复合脱硫剂因脱硫效率高、成本低、污染少而被广泛应用。复合脱硫剂的种类较多,有电石系、苏打系、石灰系、金属镁系。目前，为了适应低硫及超低硫钢生产的需要。北美、西欧等广泛用镁基粉剂对铁水进行深脱硫。

　 镁基脱硫剂的发展较为迅速。60年代，乌克兰钛研究院开发了镁焦脱硫技术,但其费用昂贵；1970年末开始研究镁基复合脱硫剂，每年用镁脱硫剂处理铁水约1000万t。由于铁水罐中高炉渣的存在，对镁脱硫效率无明显不良影响，因而在80年代镁脱硫T艺得到迅速发展和应用，特别是在北美，至今己成为一种成熟的高效深脱硫技术。近年来，镁脱硫的铁水处理量己达8000万t/a。北美和西欧用于铁水脱硫的镁由1.3万以增至4万t/a。约占世界金属镁产量的14％。

2 实现镁脱硫的条件及与其它脱硫剂的比较

2.1 铁水采用镁脱硫的条件

　 我国镁资源相当丰富。地质统计资料显示，我国己探明的菱镁矿储量达27亿吨。居世界第一位。我国镁粉业起步于60年代。但因用量不大，多年来，进展缓慢。90年代,随着镁脱硫技术的应用。中国镁业迅速发展，镁生产能力仅次于美国，居世界第二，出口镁锭居世界首位。1994～1996年增加了镁粉产量和出口，1996～1997年又扩大了镁粉出口；镁粉厂家初期为3～5家,现在己发展为20多家，并有继续增长的趋势。我国镁的年生产能力近20万吨。完全可以满足国内钢铁企业镁脱硫的要求。1996年后，镁市场供大于求，镁价格大幅降低，目前价格在15000元/t～16000元/t之间。随着镁市场的充足和镁价格大幅下降，这为钢铁生产企业采用镁脱硫工艺技术创造了有利条件。

2.2 镁与其它脱硫剂的比较

　 常规的脱硫剂有石灰、电石和苏打、金属镁等。从热力学角度看。在1300℃时，电石、苏打的脱硫能力最强，金属镁次之，石灰最弱。在l300℃用这几种脱硫剂脱硫，反应的平衡常数及铁水中硫的极限含量如表l所述。

表1 常用脱硫剂的平衡常数和极限硫含量（1300℃）

脱硫剂	Na2O	CaO	CaC2	Mg
平衡常数	3.7×104	6.4	5.2×108	6.9×104
极限[%S]	2.9×10-7	1.7×10-3	2.7×10-7	7.9×10-7

　

　 苏打脱硫由于有污染环境、侵蚀耐材等缺点，己逐渐被其它脱硫剂取代。石灰价格低廉、操作安全，因而得到了广泛采用，但耗量大、渣量多，不能胜任深度脱硫。电石能深度脱硫、铁水温降小，但防爆要求高，在空气潮湿地区应用受到限制。金属镁脱硫具有消耗量少、铁损小、时间短、能深脱硫和铁水温降较小等优点。

2.3 镁脱硫剂的种类分析

　 镁脱硫剂可分为两大类:一类是散状镁即:镁粉、镁粒；另一类是块状镁，即:镁锭、镁焦、钝化镁、镁丝等，其中镁锭、镁焦、钝化镁、镁丝因加工生产复杂、不易掌握与控制等缺点而逐渐被弃用。镁粉(粒)是用铣刀切削而成，其粒度小于1mm也可由喷雾法加工而成。用镁粉对铁水预脱硫时，为防止镁猛烈气化和喷嘴堵塞，因而镁粉必须加入稀释剂才能喷吹入铁水，其喷吹方式有混合和复合两种，近年来，我国各大钢厂对此项工艺开展研究并广泛应用。镁粉是一种表面有盐薄膜保护的0.5～0.2㎜的小颗粒，与其它镁脱硫剂相比，其生产成本低、生产效率高、自燃温度高、易于存储和运输，可单一喷入铁水，并且铁水用镁粒进行预脱硫,能充分发挥镁脱硫在技术和经济上的优越性。因此，镁粒是最具发展前景的铁水脱硫剂。

3 镁脱硫工艺的理论分析

3.1 镁脱硫步骤

　 镁脱硫分两步：第一步:镁熔于铁水。Mg(s)→Mg(1)→Mg(g)→[Mg]

　 第二步：铁水温度下，Mg与S具有强亲和力。铁水中[S]与[Mg]和气化镁可迅速反应生成固态MgS，进入渣中。　 [Mg]+[S]→MgS(s)　 Mg(g)+[S]→MgS(s)。

　 镁基粉剂中惰性物质在喷吹过程中可防堵枪，降低镁在熔池中的反应速度，它本身不参与脱硫反应而进入渣中。

　 非镁基脱硫剂均不熔于铁水，而镁基脱硫剂则有别于此，它可熔于铁水，脱硫反应的热力学和动力学条件均较好。

3.2 镁脱硫的热力学分析

　 镁在铁水中的溶解度表示见下式

　　　 lg(Mg)_sat=7000/T+lg(PMg/101.3)；

　 式中T一温度，K；PMg一该温度下镁的蒸气压，kPa。

　 由上式可见，镁在铁水中的溶解随压力的增加而增大，随铁水的温度上升而大幅下降。在101.3kPa下，1200、1300、1400℃时，镁的溶解度分别为0.45％、0.22％和O.12％。在202.6kPa(当然于铁水液面下2m处压力)时，镁的溶解度增大一倍，分别为0.90％、0.44％和O.24％。对于铁水脱硫而言，理论上溶入0.05％～0.06％的镁(约相当于0.5～0.6kg/tFe)就够用了。　　　

表2 [S]与[Mg]的浓度积K值

温度/℃	K值
1250	1.9×10-5
1300	0.6×10-5
1330	8.0×10-5
1400	(1.0-1.3)×10-4

　

　 表2列出了工业条件下测定的镁脱硫反应的浓度积K值。由表2可见，镁与硫的浓度积在1200～1330℃时差别不大，数量级为10×^-5。表明镁在较低的铁水温度下有较强的脱硫能力，而石灰和碳化钙只有在高温下才有较好的脱硫能力。

3.3 镁的动力学分析

　 以动力学观点看，镁脱硫分以下步骤进行；①镁在铁水中熔化，气化，形成镁气泡上浮；②气化镁中,部分镁溶解于铁水；③在铁水与气化镁界面，Mg与[s]反应形成固态MgS；④溶于铁水中的Mg与[s]反应形成固态MgS；⑤固态MgS上浮进入渣中。

　 动力学研究结果表明，步骤③只能去除3％～8％的硫。步骤④才是主要脱硫反应。由于镁的汽化及气化镁的上浮较快，因而脱硫反应的速度取决于铁水中镁的消耗速度和气化镁在铁水中的溶解速度，为了获得高的脱硫效率。需要创造一定的条件．促进气化镁溶解于铁水的进程，避免气化镁进入空气而损失。从动力学的角度看，采取的主要措施有:较低的铁水温度；加入惰性物质缓解镁的汽化速率，控制镁气泡大小；喷枪插入铁水液面2～4m处，使气化镁上浮行程较长，与铁水接触时间较多，促进气化镁的溶解。

4 铁水镁脱硫的工艺方法及特点

　 铁水脱硫的方法先后有摇包法、机械搅拌法、钟罩压入法、喷吹法、炉前铁水沟连续脱硫法等20余种。但目前国外应用得最多、效果较好目经济实用的方法主要有两种，即机械搅拌法和喷吹气体搅拌法。

4.1 铁水镁脱硫的工艺方法

4.1.1 机械搅拌脱硫法

　 机械搅拌法应用于生产的代表方法是KR法。此方法是将耐火材料制成的搅拌器浸入铁水，并将一定量的脱硫剂投入涡流中心，脱硫剂随着搅拌器转动而卷入铁水，使其脱硫。

4.1.2 喷吹气体搅拌脱硫法

　 这是目前国内外应用得最多的铁水脱硫法，它可以在铁水罐内进行。一般采用氮气或氩气作为载体将脱硫粉剂吹入铁水中。使粉剂与铁水混合搅拌而脱硫。该方法具有设备简单、投资少、操作灵活、处理铁水量大、费用低和效果好等优点。

4.2 铁水镁脱硫的主要特点

4.2.1 镁有很强的脱硫能力．能对铁水进行深度脱硫，可将铁水硫含量脱至0.005％以下。

4.2.2 脱硫形成的MgS很稳定，其熔化温度为2000℃。且密度低(2.82t/m³)而容易上浮进入渣中。

4.2.3 镁在铁水中有一定的溶解度，铁水经镁饱和后能防止回流，这部分饱和镁在铁水处理后的运送过程中仍能起到脱硫的作用。

4.2.4 镁用量少,脱硫过程对铁水化学成分基本无影响。　　　

4.2.5 镁脱硫过程形成的渣量最少，不但有助于减少铁损，而目．有利于保护环境。

4.2.6 镁加入铁水中脱硫时，由于镁猛烈地蒸发为过热蒸汽，容易造成铁水喷溅和镁蒸汽在铁水罐外燃烧或爆炸，因此必须控制合适的镁的蒸发速度。

4.2.7 在一般铁水温度范围(1300℃～1450℃)内，镁蒸汽压力为0.47MPa～1.12MPa，如此之高的蒸汽压力使反应区搅拌良好，脱硫反应动力学条件得到很大改善，有利于加快脱硫反应的速度。

5 国内外镁脱硫工艺技术的应用

5.1 国外镁脱硫工艺技术的应用

　 鉴于镁脱硫工艺的日趋成熟，越来越多的钢铁厂采用该脱硫工艺。目前在国外采用镁脱硫的厂家主要有北美、前苏联、西欧和日本、加拿大等国。使用镁脱硫比例最大的是北美、美国6大钢铁公司和加拿大Dofaseo钢厂，其它国家主要用于处理低硫和超低硫钢种。近年来，为了减少污染，欧洲镁脱硫钢的比例有所上升。　

　 从镁脱硫工艺看，各企业有差异。主要表现在金属镁粒的比例、粉剂配比和喷吹载体上。前苏联主要采用喷吹钝化镁粒脱硫，镁粒包覆CaCl₂—KCl一NaCl盐．喷吹载体多用天然气。北美采用30％Mg+70％CaO和30％Mg+70％(Ca0+CaC₂)镁脱硫粉剂脱硫，载体用N₂，镁为钝化的切屑镁粉(粒)。日本新日铁Hirohata和川崎Mizushima厂用N₂作载体，采用复合喷吹法将钝化镁和石灰喷入铁水中脱硫。

　 各企业进行镁脱硫时，镁的单耗在0.6～1.Okg/tFe时，可将铁水[S]由0.04％～0.05％脱至0.005％以下。

5.2 国内镁脱硫工艺技术的应用

　 国内采用镁脱硫是90年代中期开始。至今采用镁脱硫工艺的有宝钢、本钢、鞍钢、酒钢、南钢、武钢、包钢、攀钢，太钢、湘钢、马钢、青岛钢铁公司等，这些企业采用镁脱硫工艺技术都取得了较好效果。随着国内钝化镁价格的降低，采用镁对铁水深脱硫的企业将会越来越多。

6 结论

　 随着用户对钢铁产品质量的要求日益提高，生产纯净钢己越来越重要了，我国近年来用Mg系脱硫剂脱硫技术发展较快，现在己经有宝钢、鞍钢、武钢、马钢等大型企业投入生产。镁脱硫工艺是铁水预处理工艺中综合优势最好的工艺之一。它具有脱硫效果好、可实现铁水深脱硫、脱硫温降低、脱硫剂少、脱硫过程铁损低、铁水脱硫时间短等优点，所以镁脱硫工艺被国内外钢铁企业广泛运用。