胡顯堂，劉 敏

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司鋼軋作業(yè)部，河北 唐山 063200)

1 概述

隨著世界范圍內(nèi)低磷、低硫等高品位低雜質(zhì)鐵礦石的減少，高磷、高硫鐵礦石必將進(jìn)入大量使用階段。加之，優(yōu)質(zhì)鋼對硫含量的要求越來越嚴(yán)格，因此，如何實現(xiàn)有效脫硫、生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低硫鋼已經(jīng)成為鋼鐵工作者面臨的重大課題之一。硫?qū)τ谝话沅摲N是有害元素，硫含量過高會嚴(yán)重影響到鋼材的使用性能和加工性能。

硫在固態(tài)鋼材中以硫化鐵的形式存在，由于硫化鐵有低熔點與塑形差等缺點，使得鋼材在高溫條件下容易發(fā)生“熱脆”現(xiàn)象而降低鋼材塑性、加工性與焊接性。在液態(tài)鐵水中硫含量高使鐵水的流動性降低，增加轉(zhuǎn)爐脫硫負(fù)荷。

鐵水預(yù)脫硫工藝在鐵水進(jìn)入煉鋼爐前使用，它是鐵水預(yù)處理技術(shù)中最先發(fā)展同時也是最成熟的爐外脫硫工藝。最初鐵水預(yù)脫硫只是作為高硫鐵水處理的輔助手段，它對于鋼鐵生產(chǎn)工藝的優(yōu)化、質(zhì)量的提高、鋼鐵生產(chǎn)綜合效益的提高起重要作用，鐵水脫硫技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為鋼鐵生產(chǎn)過程中不可缺少的環(huán)節(jié)。

鐵水中含有大量還原性強(qiáng)的元素，如碳、硅、錳等，這些還原性強(qiáng)的元素能夠大大提高硫在鐵水中的活度系數(shù)。使用不同類型的脫硫劑參與脫硫反應(yīng)能得到不同的脫硫方式，同樣使用同一種脫硫劑采用不同的鐵水?dāng)嚢璺绞揭彩遣煌拿摿蚬に嚒ｈF水脫硫可以減少煉鐵過程的渣量，減輕高爐負(fù)擔(dān)，提高生產(chǎn)效率。因為在高氧化性爐渣條件下轉(zhuǎn)爐脫硫非常困難，所以鐵水脫硫使轉(zhuǎn)爐脫硫不必采用高堿度大渣量操作。

迄今為止，鐵水脫硫方法有幾十種，大致可分為鋪撒法、搖動法、機(jī)械攪拌法、噴吹法、吹氣攪拌法、鎂脫硫法、連續(xù)處理法。其中機(jī)械攪拌法（KR脫硫法）和噴吹法應(yīng)用最廣泛。隨著對高質(zhì)量鋼需求的增加，對節(jié)約成本節(jié)能減排的重視，KR攪拌法的優(yōu)勢更加明顯，從而KR攪拌法逐漸取代噴吹法成為最主要的鐵水預(yù)脫硫方法。

目前國際國內(nèi)鋼鐵企業(yè)經(jīng)常應(yīng)用的脫硫方法主要有兩種，噴吹脫硫和機(jī)械攪拌脫硫。而KR脫硫法作為機(jī)械攪拌法的一種，因其脫硫劑成本低廉，易于儲存，脫硫效率高等特點，已逐步成為鋼鐵廠鐵水預(yù)處理脫硫首選，許多老廠也對原有的噴吹脫硫進(jìn)行改造，以適應(yīng)競爭日趨激烈的市場形勢。而通過研究KR脫硫渣發(fā)現(xiàn)，存在許多未反應(yīng)的脫硫劑，脫硫劑利用率不高造成成本浪費。

因此，通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ岣呙摿騽├眯?，提高脫硫效果，對于降低整體成本消耗意義重大。

2 脫硫劑利用率低原因分析

KR脫硫法為機(jī)械攪拌脫硫，其工作原理主要為：在鐵水中加入脫硫劑，利用動力學(xué)條件，通過機(jī)械攪拌將脫硫劑與鐵水在攪拌過程中充分結(jié)合反應(yīng)，生產(chǎn)脫硫產(chǎn)物CaS，將脫硫產(chǎn)物扒除，得到含硫量較低的鐵水[1]。

表1 脫硫渣成分

通過對京唐煉鋼部KR脫硫渣取樣分析得知，脫硫渣中鈣和硫的物質(zhì)的量比約為10:1，意味著有大量未完全反應(yīng)的CaO被帶入脫硫渣中，脫硫劑的利用率低造成很大的成本浪費。

圖1 脫硫渣面掃描圖像

脫硫劑利用率低原因分析如下：由掃描電鏡面掃描結(jié)果可知，脫硫渣質(zhì)地松散，存在未參加反應(yīng)的圓形顆粒CaO，在這些顆粒之間顏色比較亮且質(zhì)地致密的物質(zhì)為熔融的多元渣和溶解在多元共晶的脫硫產(chǎn)物。

多元熔融渣將CaO顆粒緊緊的粘結(jié)、團(tuán)聚在一起，減小了石灰與鐵水的接觸面積，降低了脫硫劑的利用率，尤其是鐵水溫度高時，熔融渣量增加，脫硫渣更容易團(tuán)聚在一起，嚴(yán)重影響脫硫效果。

因此，脫硫渣還有很大的利用空間，通過合理改進(jìn)設(shè)計方案，將未完全反應(yīng)的熱態(tài)脫硫渣循環(huán)利用，將包裹在CaO表面的熔融相崩散，形成新的未反應(yīng)面，可以最大限度地發(fā)揮渣的脫硫能力；另外，熱態(tài)脫硫渣循環(huán)利用，可回收脫硫渣的顯熱，降低脫硫過程溫降，為下道工序提供有利條件。

3 熱態(tài)脫硫渣循環(huán)利用效益估算

通過日本JFE鋼鐵生產(chǎn)工業(yè)實踐表明，實施脫硫熱態(tài)渣循環(huán)回吃后，脫硫劑使用量能夠節(jié)省50%左右[2]，而在京唐煉鋼部進(jìn)行脫渣熱態(tài)返回KR利用試驗，脫硫劑可節(jié)約30%-40%，同時降低脫硫過程溫降。

京唐二期工程共有3座脫硫站，采用2個扒渣+1個撈渣的設(shè)計方案，年處理鐵水量450萬噸。按照脫硫劑消耗10kg/t鐵，白灰市場價格，脫硫劑消耗降低30%估算，采用脫硫熱態(tài)渣循環(huán)回吃后，每年脫硫劑消耗可節(jié)省398萬元，鐵損降低帶來成本降低38萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

4 熱態(tài)脫硫渣循環(huán)利用可行性研究

通過對設(shè)計方案進(jìn)行改進(jìn)，熱態(tài)脫硫渣回吃可采用單包扒除的脫硫渣供雙包回吃，雙包扒除的渣送渣跨處理的工藝路線。即第1、3、5....n（n為奇數(shù)）包鐵水脫硫后扒除的脫硫渣返回加料跨加入到第2、4、6…m（m為偶數(shù)）包鐵水包中，第2、4、6…m（m為偶數(shù)）包鐵水包中鐵水脫硫處理后扒除的脫硫渣返至渣跨統(tǒng)一處理。

其中單包（即第1、3、5…n,n為奇數(shù)）扒除的脫硫渣采用容積較小的渣盤接渣，雙包（即第2、4、6…m,m為偶數(shù)）扒除的脫硫渣采用正常的渣罐接渣。

以此為設(shè)計思路對脫硫系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計改進(jìn)，以滿足實際需求。經(jīng)過詳細(xì)討論，整體設(shè)計方案可行。

5 結(jié)語

針對脫硫劑利用率不高的現(xiàn)狀，通過分析對比脫硫渣化驗結(jié)果，指出脫硫劑利用率不高的原因，結(jié)合國內(nèi)外工業(yè)實踐結(jié)果及京唐二期工程設(shè)計現(xiàn)狀，提出脫硫熱態(tài)渣循環(huán)可行性設(shè)計方案。

多方論證結(jié)果表明，此方案理論可行，投資少見效快，能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。此設(shè)計方案對其他鋼廠的技術(shù)改造提供了借鑒作用。