脱硫热态渣循环回吃的可行性研究

胡显堂，刘 敏

(首钢京唐钢铁联合有限责任公司钢轧作业部，河北 唐山 063200)

1 概述

随着世界范围内低磷、低硫等高品位低杂质铁矿石的减少，高磷、高硫铁矿石必将进入大量使用阶段。加之，优质钢对硫含量的要求越来越严格，因此，如何实现有效脱硫、生产优质低硫钢已经成为钢铁工作者面临的重大课题之一。硫对于一般钢种是有害元素，硫含量过高会严重影响到钢材的使用性能和加工性能。

硫在固态钢材中以硫化铁的形式存在，由于硫化铁有低熔点与塑形差等缺点，使得钢材在高温条件下容易发生“热脆”现象而降低钢材塑性、加工性与焊接性。在液态铁水中硫含量高使铁水的流动性降低，增加转炉脱硫负荷。

铁水预脱硫工艺在铁水进入炼钢炉前使用，它是铁水预处理技术中最先发展同时也是最成熟的炉外脱硫工艺。最初铁水预脱硫只是作为高硫铁水处理的辅助手段，它对于钢铁生产工艺的优化、质量的提高、钢铁生产综合效益的提高起重要作用，铁水脱硫技术现在已经发展成为钢铁生产过程中不可缺少的环节。

铁水中含有大量还原性强的元素，如碳、硅、锰等，这些还原性强的元素能够大大提高硫在铁水中的活度系数。使用不同类型的脱硫剂参与脱硫反应能得到不同的脱硫方式，同样使用同一种脱硫剂采用不同的铁水搅拌方式也是不同的脱硫工艺。铁水脱硫可以减少炼铁过程的渣量，减轻高炉负担，提高生产效率。因为在高氧化性炉渣条件下转炉脱硫非常困难，所以铁水脱硫使转炉脱硫不必采用高碱度大渣量操作。

迄今为止，铁水脱硫方法有几十种，大致可分为铺撒法、摇动法、机械搅拌法、喷吹法、吹气搅拌法、镁脱硫法、连续处理法。其中机械搅拌法（KR脱硫法）和喷吹法应用最广泛。随着对高质量钢需求的增加，对节约成本节能减排的重视，KR搅拌法的优势更加明显，从而KR搅拌法逐渐取代喷吹法成为最主要的铁水预脱硫方法。

目前国际国内钢铁企业经常应用的脱硫方法主要有两种，喷吹脱硫和机械搅拌脱硫。而KR脱硫法作为机械搅拌法的一种，因其脱硫剂成本低廉，易于储存，脱硫效率高等特点，已逐步成为钢铁厂铁水预处理脱硫首选，许多老厂也对原有的喷吹脱硫进行改造，以适应竞争日趋激烈的市场形势。而通过研究KR脱硫渣发现，存在许多未反应的脱硫剂，脱硫剂利用率不高造成成本浪费。

因此，通过适当的方法提高脱硫剂利用效率，提高脱硫效果，对于降低整体成本消耗意义重大。

2 脱硫剂利用率低原因分析

KR脱硫法为机械搅拌脱硫，其工作原理主要为：在铁水中加入脱硫剂，利用动力学条件，通过机械搅拌将脱硫剂与铁水在搅拌过程中充分结合反应，生产脱硫产物CaS，将脱硫产物扒除，得到含硫量较低的铁水[1]。

表1 脱硫渣成分

通过对京唐炼钢部KR脱硫渣取样分析得知，脱硫渣中钙和硫的物质的量比约为10:1，意味着有大量未完全反应的CaO被带入脱硫渣中，脱硫剂的利用率低造成很大的成本浪费。

图1 脱硫渣面扫描图像

脱硫剂利用率低原因分析如下：由扫描电镜面扫描结果可知，脱硫渣质地松散，存在未参加反应的圆形颗粒CaO，在这些颗粒之间颜色比较亮且质地致密的物质为熔融的多元渣和溶解在多元共晶的脱硫产物。

多元熔融渣将CaO颗粒紧紧的粘结、团聚在一起，减小了石灰与铁水的接触面积，降低了脱硫剂的利用率，尤其是铁水温度高时，熔融渣量增加，脱硫渣更容易团聚在一起，严重影响脱硫效果。

因此，脱硫渣还有很大的利用空间，通过合理改进设计方案，将未完全反应的热态脱硫渣循环利用，将包裹在CaO表面的熔融相崩散，形成新的未反应面，可以最大限度地发挥渣的脱硫能力；另外，热态脱硫渣循环利用，可回收脱硫渣的显热，降低脱硫过程温降，为下道工序提供有利条件。

3 热态脱硫渣循环利用效益估算

通过日本JFE钢铁生产工业实践表明，实施脱硫热态渣循环回吃后，脱硫剂使用量能够节省50%左右[2]，而在京唐炼钢部进行脱渣热态返回KR利用试验，脱硫剂可节约30%-40%，同时降低脱硫过程温降。

京唐二期工程共有3座脱硫站，采用2个扒渣+1个捞渣的设计方案，年处理铁水量450万吨。按照脱硫剂消耗10kg/t铁，白灰市场价格，脱硫剂消耗降低30%估算，采用脱硫热态渣循环回吃后，每年脱硫剂消耗可节省398万元，铁损降低带来成本降低38万元，经济效益十分可观。

4 热态脱硫渣循环利用可行性研究

通过对设计方案进行改进，热态脱硫渣回吃可采用单包扒除的脱硫渣供双包回吃，双包扒除的渣送渣跨处理的工艺路线。即第1、3、5....n（n为奇数）包铁水脱硫后扒除的脱硫渣返回加料跨加入到第2、4、6…m（m为偶数）包铁水包中，第2、4、6…m（m为偶数）包铁水包中铁水脱硫处理后扒除的脱硫渣返至渣跨统一处理。

其中单包（即第1、3、5…n,n为奇数）扒除的脱硫渣采用容积较小的渣盘接渣，双包（即第2、4、6…m,m为偶数）扒除的脱硫渣采用正常的渣罐接渣。

以此为设计思路对脱硫系统进行相应的设计改进，以满足实际需求。经过详细讨论，整体设计方案可行。

5 结语

针对脱硫剂利用率不高的现状，通过分析对比脱硫渣化验结果，指出脱硫剂利用率不高的原因，结合国内外工业实践结果及京唐二期工程设计现状，提出脱硫热态渣循环可行性设计方案。

多方论证结果表明，此方案理论可行，投资少见效快，能带来可观的经济效益。此设计方案对其他钢厂的技术改造提供了借鉴作用。