铁水脱硫处理是钢铁联合企业通常用以提高产品质量、开发生产高附加值产品的重要技术手段。随着连铸技术的迅速发展和市场对钢质量要求的日益苛刻,促使铁水脱硫技术不断发展和日臻完善。目前,以KR法为代表的机械搅拌脱硫法和喷吹脱硫法,作为两种主要的铁水脱硫手段,在我国一些转炉炼钢厂得到广泛地应用。本文介绍武汉钢铁(集团)公司第二炼钢厂(以下简称武钢二炼钢)KR铁水脱硫技术的最新应用情况及其在国内的推广应用简况。

1KR脱硫生产概况

　 武钢二炼钢第一台KR铁水脱硫装置是1979年从新日铁引进的。其设计脱硫能力为47.5～53. 5万t/ a ,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年处理铁水量达93. 4万t,比原设计能力提高了86%以上.尽管如此,经其脱硫处理的铁水量,仍仅占全厂实际消耗铁水量的41. 82 %.远远满足不了优质品种钢生产的要求。由于武钢二炼钢承担了大量高难度品种钢和新试品种钢的生产任务,为了满足生产的需要,1999年武钢决定扩大二炼钢的铁水脱硫处理能力,在全面比较分析了喷吹式和搅拌式脱硫工艺优缺点的基础上,决定仍采用KR脱硫工艺。2000年11月23日,由国内设计的我国第一台140万t/ a KR脱硫“一搅双扒”装置(2号KR脱硫处理站)建成投产.加上原有1号KR脱硫站90万t/ a的处理能力,全厂铁水脱硫处理能力达到230万t/ a,具备了铁水全脱硫处理的能力。根据不同品种钢的生产要求,采用“深脱”和“浅脱”两种铁水脱硫处理方式。“深脱”将铁水硫脱至w(S)≤0.003 %,用于超低硫钢种的生产;“浅脱”将铁水硫脱至w(S)≤0.015 %,用于一般品种钢的生产。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.武钢二炼钢KR脱硫设备的主要参数如下。

　 扒渣机

　 前后行程 3～5m(最大6m)

　 行进速度 0.5～1.5 m/s

　 上下行程 900mm(最大1000mm)

　 旋转角度 士12. 5^。

　 压缩空气压力 0.55～0. 70 M Pa

　 压缩空气耗量 14 m³/ min

　 搅拌装置

　 旋转速度90～120r/min

　 搅拌时间5～9 min

　 搅拌力矩 820 Nm

　 搅拌提升速度 6 m/ min(最大)

　 脱硫剂给料系统

　 给料装置运输能力 30 t/ h

　 存储料罐容量 35 t

　 旋转给料器能力 10 t/ h

　 图1是武钢二炼钢1999 ～2004年铁水脱硫处理量的增长情况。表1是2004年脱硫主要技术经济指标与引进设计指标的对比情况。2004年“深脱”比达86. 67%，脱硫后铁水的平均w(S)达到18 ×10^-6，每脱除10^-5质量分数的硫(俗称1个硫)，脱硫剂的平均消耗仅为0.20 kg/ t，搅拌头平均使用寿命为476次。

图1 1999～2004年脱硫铁水量

表1　 铁矾土理化指标

时间

脱硫剂

脱硫周期/min

铁水脱硫处理量/万t

脱硫铁水比/%

平均w(S)/10-6

脱硫率/%

每脱除10-5质量分数的硫脱硫剂消耗/（㎏·/t-1）

深脱硫比/%

浅脱硫比/%

搅拌头使用寿命/次

脱硫过程平均温降/℃

单罐

双罐

脱硫前

脱硫后

引进时

CaC2

62

48~54

90

90~100

30~50

2004年

CaO

33±1

66±2

178

79

320

18

94.3

0.20

86.7

13.3

476

28

　

2KR脱硫工艺技术进步

　 武钢二炼钢是武钢的品种钢生产和试验基地，共生产17大系列432个钢种，2004年治炼272个钢种，其中新试品种218个，首次试制品种34个，“双高”产量比例达71 %。生产的品种钢中有69.8 %属低硫品种钢，30%左右超低硫品种钢。像WYK-1 ,WDT0 ,W07 ,W10等品种钢要求入转炉铁水w(S)≤0.001%。图2是2002～2003年转炉入炉铁水[S]质量分数的分布变化情况。

图2 2002～2003年转炉入炉铁水[S]含量分布情况

2.1稳定应用CaO复合脱硫剂

　 从引进KR铁水脱硫装置起，针对在生产中出现的问题，不断对其所采用的材料、工艺进行改进。引进的KR铁水脱硫专利技术中，脱硫剂采用的是CaC₂，虽然其有脱硫能力强、脱硫速度快的优点，但也存在一些问题，如细小颗粒CaC₂加工困难、价格较贵，且在加工、运输、储存和使用过程中容易水化，不仅会导致其质量下降，影响脱硫效果.而且生成易燃易爆气体，危及安全，必须有严密的安全保护措施。而采用C aO脱硫剂价格低廉、来源稳定、使用安全，而KR铁水脱硫良好的搅拌作用可有效地弥补CaO脱硫剂反应比较缓慢的不足，能较好的满足铁水脱硫的要求。

　 鉴于上述情况，武钢从1981年就开始研究以C aO为主要成分的复合脱硫剂(主要组分为活性石灰、萤石、活性炭)，新研制的CaO基复合脱硫剂具有脱硫效率高、安全、经济的特点。1987年经原冶金部组织鉴定后正式应用于生产。

　 1988年武钢委托钢铁研究总院对CaO基复合脱硫剂中活性炭的作用进行实验室模拟实验，模拟KR铁水脱硫生产条件，对配炭和不配炭的CaO基脱硫剂进行对比实验，实验结果表明，配炭和不配炭的CaO基脱硫剂，其脱硫效果曲线十分接近，不配炭的CaO基脱硫剂脱硫速度还要略高一些。根据这一实验结果，调整了CaO基复合脱硫剂的成分，去除了脱硫剂中配加的活性炭.使用至今，效果良好。

2.2提高搅拌器使用寿命

　 过去KR脱硫法的最大问题就是搅拌头寿命低而制约了KR脱硫技术的应用发展，武钢二炼钢为了提高KR搅拌头使用寿命，从1996年以来.经过攻关.不断改进工艺操作和搅拌头烘烤技术，使搅拌头寿命得以稳步提高。铁水脱硫过程中造成搅拌器损坏的原因主要有3个;即应力破坏、铁水磨损和化学侵蚀。应力包括热应力、机械应力和结构应力，急冷急热会使搅拌头耐火材料剥落;铁水磨损主要是搅拌器插入铁水中旋转搅拌时，因克服铁水阻力与旋转状况下铁水的冲刷造成的磨损;化学侵蚀是在高温条件下，铁水、熔渣对搅拌器浇注层的化学侵蚀。根据搅拌器损坏原因分析，采取了提高抗冲刷性和整体致密性的有关技术措施，并延长烘烤时间。通过一系列的改进，搅拌器寿命得到大幅度提高，满足了全脱硫生产的要求。图3是1996～2004年搅拌头使用寿命的提高情况。其中近两年由于深脱硫比的上升，搅拌头使用寿命虽略有降低,但都能保持在460次以上。

图3 1996～2004年Kr搅拌头的使用寿命

2.3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，单罐脱硫周期长达62min,单罐脱硫操作时，总有一个主要工位设备空闲着(如搅拌时，扒渣工位空闲)造成脱硫工序生产能力受到限制。通过对此模式的改进设计，将其改造为双罐脱硫作业模式，使各种脱硫工艺装置的单位时间作业率提高了40.77 %。同时，通过加强脱硫剂的管理，缩短了搅拌和扒渣时间。双罐处理时间缩短到66士2min.在1号KR铁水脱硫站改造的实践经验基础上，新建的2号KR铁水脱硫处理站采用1套KR机械搅拌装置和两套扒渣装置(俗称“一搅双扒”)的工艺设备布局，有效地提高了生产效率。图4是2号KR脱硫站的工序时间分析。

图4 KR脱硫共需时间分析

2.4深脱硫技术及回硫控制

　 深脱硫必须将铁水w(s)脱到0.003%以下的水平.以满足品种钢生产的需要。深脱硫及其回硫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。

高炉渣中含硫量很高(见表2).同时还含有SiO₂ ,Al₂O₃等不利于脱硫的组分，KR脱硫处理前将高炉渣扒除，以提高脱硫效率。通常扒前渣(高炉渣)应使铁水液面裸露达到≥1/3以上。

　

表2　 高炉渣各组分质量分数　 %

CaO	SiO2	Al2O3	S
42	33.6	14.4	1.2

　

　 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，设定其转速可比己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2～5 r/ min,在投料剩余100 kg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。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，对生产组织造成影响。加入过晚，高速搅拌时(此时涡流形成，流动速度较快)，易产生飞溅，使脱硫剂利用率降低。加入时间应控制在1～1.5min,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、目_亮度昏暗，表明搅拌速度偏慢。

　 搅拌头插入深度，必须适中，如果太深既不会产生漩涡也不能使脱硫剂扩散到铁水中，脱硫效果较差，如果搅拌头插入太浅，铁水飞溅严重，同样也不会产生旋涡，脱硫效果也较差(见图5)，从图5可知，搅拌头插入深度(铁水液面距搅拌头叶片上部的距离)为600 mm时，脱硫效果最好。在测试搅拌头插入深度的过程中应尽可能测准，并要考虑到铁渣的厚度与搅拌头叶片下部是否“结瘤”。

图5 搅拌头插入深度与脱硫效果的关系

　 扒除脱硫后渣是稳定脱硫效果防止回硫的关键。在生产过程中，由于脱硫后渣成分(见表.3)中[S]含量很高(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、超低硫品种钢时，少量未扒除的脱硫渣进入转炉都会造成转炉“回硫”，给转炉操作造成困难。武钢二炼钢要求铁水处理脱硫后扒后渣时，应使铁水液面裸露2/ 3～3/ 4，并尽可能将渣扒除干净。

　

表3 脱硫后渣各组分质量分数　　　　　　　　　 %

SiO2	Al2O3	CaO	MgO	T.Fe	MnO	P2O5	S
11.18	1.22	63.82	3.96	5.30	0.066	0.045	2.22

　

　 搅拌结束后铁水需要静置一段时间，以促使脱硫产物充分上浮。武钢二炼钢曾经进行过脱硫后铁水静置与未静置回硫情况的统计分析;未静置铁水，在混铁炉回w(S)为(20～30)×10^-6;静置一段时间，让脱硫后渣充分上浮.再扒渣后倒入专用混铁炉的低硫铁水.其回w (S)仅为5 ×10^-6。因此，要求经KR脱硫处理的铁水在搅拌后需要静置一段时间后再扒渣，一般来说，直兑转炉的脱硫铁水需要较长的静置时间，以避免在转炉冶炼中出现回硫。

　 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，必须倒入专用低硫铁水罐，称重后兑入转炉,以避免超低硫铁水发生回硫。

3KR铁水脱硫法的推广应用简况

　 由于武钢二炼钢在采用KR铁水脱硫工艺的20多年间，在消化引进技术的基础上，进行了多方面的技术创新并取得了良好的应用效果，使得其铁水脱硫处理综合成本较低。因此，近几年来，先后有四川川威钢厂、昆明钢厂、济南钢厂和江苏华西钢厂等转炉厂家采用了此项技术，并由武钢二炼钢进行了技术服务，均取得了良好的效果。KR铁水脱硫工艺在我国推广应用的简况如表4。

4结论

　 (1)KR铁水脱硫技术具有良好的动力学条件和很高的脱硫效率等优点，武钢二炼钢在20多年生产实践中，开发的CaO基脱硫剂、大幅度提高搅拌头使用寿命、深脱硫、超深脱硫及防止回硫等技术，对提高钢的质量和开发生产新的钢种发挥了重要作用。

　 (2)武钢二炼钢的2台KR铁水脱硫装置.其生产能力达到230万t/ a，使本厂具有铁水全脱硫处理的能力。2004年实际铁水脱硫处理量达到178万t.脱硫铁水比为79 % ，其中深脱铁水比达86. 67%，脱硫后平均w(S)为18×10^-6，平均脱硫率为94.3%，每脱除10^-5质量分数的硫(俗称1个硫)平均消耗脱硫剂为0.20 kg/ t，搅拌头的平均使用寿命达476次，铁水回硫可控制在5 ×10^-6的左右。

　 (3)由于武钢二炼钢在应用KR铁水脱硫技术上取得的良好效果.在20多年生产实践中积累的丰富经验和在设备、工艺技术上的诸多开发创新，使KR铁水脱硫工艺的技术优势日益显现，近几年来，己在国内一些钢厂推广应用并均取得良好效果，其推广应用前景十分广阔。

表4 武钢二炼钢KR铁水脱硫技术在国内推广应用的情况

厂家	KR装置类型	单罐处理量/t	w(S)/%		脱硫剂消耗/(㎏·t-1)	搅拌头使用寿命/次	平均班处理罐数
			处理前	处理后
A	一搅双扒	50	0.035	0.018	6	380~450	17
B	一搅一扒	50	0.030	0.015	5.8~6	450	20
C	一搅一扒	120	0.035	0.010	5.5~6.2	400	12~15
D	一搅一扒	45~48	0.035	0.020	6~7	350	-