20%金属镁和80%CaO 混合脱硫剂脱硫生产实践 魏 海 庄汉宁 黄中英(武汉钢铁集团公司)
摘 要 根据武钢第一炼钢厂脱硫工艺及设备情况，就金属Mg 与CaO 混合脱硫剂进行铁水脱硫试 验，确定了用20%金属镁和80%CaO 脱硫剂进行脱硫的操作标准。
关键词 脱硫剂 铁水预处理 Mg
Practice on H ot Metal Desulphurization with Desulphurization
Agent Containing 20%Magnesium and 80%C aO
Wei Hai Zhuang Hanning Huang Zhongying
(Wuhan Iron &Steel C orporation )
Abstract Based upon the process and facilities of desulphurization in No.1Steelmaking Plant of WISC O ,the desulphurization agent containing 20%Mg and 80%CaO is determined to be used for desulphurization via the experiments on hot metal desulphurization.
K eyw ords desulphurization agent hot metal pretreatment Mg
联系人：魏 海，工程师，武汉市(430083)青山区武钢第一炼钢厂
1 前 言
根据国家对钢铁企业限产压库的产业政策，国内钢铁企业必须优化产品结构，生产高品质产品，走出口及以产顶进的途径，才能使企业在市场竞争中立于不败之地。因此对钢材产品质量的要求越来越高，对钢中有害元素硫的含量限制日益严格，特别是全连铸技术的普遍运用，硫化物在钢中的偏析成为连铸坯产生裂纹的重要原因之一，也是影响连铸坯合格率的关键因素，由于转炉脱硫的局限性，所以铁水预处理已成为转炉炼钢生产的重要工序之一。
武钢第一炼钢厂脱硫系统于1999年元月份投产，前期生产用CaO 作为脱硫剂，脱硫生产周期较长，成本较高，难以与转炉匹配，满足不了全连铸生产，为满足转炉炼钢需求,1999年6月份对金属镁与CaO 混合脱硫剂进行试验。
2 工艺设备概况
武钢一炼钢厂现有两个脱硫站，设计为全脱硫，脱硫方法为铁水罐顶喷吹法，脱硫剂通过载气
从喷中喷到铁水中。
设计主要工艺参数(见表1)。
表1 设计的脱硫主要工艺参数项 目指 标
铁水日处理能力/罐
64铁水罐装载能力/t 98吨～108
有效自由空间/mm
800喷吹系统：喷吹罐/m 3 1.3×2贮料罐/m 350×2喷吹压力/MPa 0.25～0.55喷吹流量/Nm 3・min -1110～200喷吹速度/kg ・min -1
20～100
脱硫喷：外型尺寸 长度9m
孔 型
Φ15mm 水平双侧孔3 金属镁与CaO 混合脱硫剂试验3.1 金属镁脱硫应用的理论依据3.1.1 镁脱硫的热力学动力学条件
金属镁具有良好的物理和化学性质，其熔点
无线防盗报警系统・
32・2001年 2月第17卷第1期 炼 钢Steelmaking Feb. 2001
Vol.17 No.1
为922K，沸点为1363K，熔点与蒸发温度比铁水低、比重比铁水小。
故障检测
镁的溶解度随压力的增加而增加，随铁水的温度升高而减少[1]，镁在1200℃左右时是一种较强的脱硫剂。
在冶金温度下镁的各种化合物的稳定性大小顺序依次为:MgO、MgS、MgC，当镁和铁水接触时，由于熔解和气化，且镁溶于铁液，存在下列反应:[2][3][4]
Mg(g)+[O]=MgS(g)
ΔG=-148650+49.78T
Mg(g)+[S]=MgS(g)
ΔG=-104100+44.07T
Mg(g)→Mg(L)→Mg(g)→[Mg]
[Mg]+[S]=MgS(s)
ΔG=-73850+21.88T
MgS以固态析出。
镁粒进入铁水后，加热开始熔化之后，发生气化[5]。因此镁汽泡与铁水接触时，一方面在气液界面上进行多相反应，另一方面溶入铁水中进行单相反应，所以镁脱硫的速度较快。镁颗粒从载气流中脱离并变成气泡，镁气泡上浮时进行脱硫反应，铁水中镁的扩散成为反应的限制性环节[6]。其脱硫动力学为方程:
d c d t =
M
W
1-(1-ξC)127
式中 M———喷吹速度/m ol・s-1
W———熔体的容积/cm3
ξ———参数
C———摩尔浓度
如果用镁粒与其它物质如石灰预先按一定比例混合好，用载气送到铁水中，石灰可分散镁气泡，扩大有效表面积，充当MgS的形核中心，在上升过程能吸附MgS将其带出液面可以提高Mg的利用率，此外，石灰本身也是脱硫剂与Mg形成相互促进作用[7]。镁粒脱硫与CaO脱硫相比较具有以下特点:
(1)镁脱硫的热力学、动力学条件都优于CaO，镁在铁水温度下对硫的亲和力强，在脱硫速度和效果上优于CaO，温损小。
(2)根据目前武钢铁水温度1280～1350℃，用镁脱硫不受铁水温度影响，尤其是低于1280℃的低温铁水，而CaO脱硫在低温时，脱硫效果不好，对铁水温度有较高的要求(在温度大于1400℃时，镁的效率较低，但武钢铁水温度达不到1 400℃)。
(3)镁粉脱硫渣量少，铁损少，而CaO则渣量大，铁损多。
(4)镁脱硫可达到“深脱”的需求。
(5)镁在潮湿情况下较危险。
鉴于镁脱硫的特点和镁的价格昂贵以及武钢一炼钢的设备特点，以混合喷吹为最佳工艺。3.2 试验
(1)钝化镁理化指标(表2)
表2 钝化镁理化指标
名称
燃点
/℃
阻燃时
间/s
粒度/mm
>0.920.92～0.45
w(Mg)
/%
w(S)
/%
钝化
镁
571138%92%97.4<0.0005注：此指标现场取样送武钢技术中心化验。
(2)金属镁与CaO混合脱硫剂
本试验根据武钢第一炼钢厂脱硫设备情况(每个站仅有一个喷吹罐)，采用的脱硫剂为钝化镁与CaO脱
硫剂预先混合而成(即离线混合)，分别进行了配比(金属Mg∶CaO)10%∶90%和20%∶80%的试验。(其中:CaO中配有一定量的CaF2和石墨碳)
(3)试验参数
喷吹速度:12～40kg/min
氮气压力:0.20～0.35MPa
助吹流量:90～170Nm3/h
(4)铁水条件
铁水量:98～108t 温度:>1250℃3.3 试验结果与分析
(1)CaO脱硫剂与金属镁与CaO混合脱硫剂主要指标试验结果对比(见表3)。
(2)CaO脱硫剂与金属镁与CaO混合脱硫剂综合成本试验结果对比(见表4)。
(3)分析
①金属Mg、CaO混合脱硫剂与100%CaO脱硫剂相比较
喷吹时间缩短9.19～10.69min;
・
4
2
・魏 海等:20%金属镁和80%CaO混合脱硫剂脱硫生产实践
表3 指标对比较
名 称指 标
配比(金属Mg∶CaO)0∶100%10%∶90%20%∶80%喷吹罐数766230288
单耗/kg・t-18.28 3.87 1.68
前硫/×10-324.5227.5224.0
后硫/×10-316.29.3611.16
K s/×10-3 2.17 4.697.64
喷吹时间/min16.497.3 5.8
后搅时间/min 2.0 2.1 3.0
温损/℃23.9818.2219.07
铁损/t・罐-1 2.19 2.14 1.66注:①K s为脱硫剂效率。
②后硫目标是根据不同品种进行控制。
表4 成本对比表
名 称指 标
配比(金属Mg∶CaO)0∶100%10%∶90%20%∶80%料吨铁成本/元10.3714.4110.42
铁损吨铁成本/元21.1620.7216.13
喷吨铁成本/元8.72 4.84 4.54
推拉活动护栏温度吨铁成本/元0.850.650.68
扒渣板吨铁成本/元0.1850.1850.125
总吨铁成本/元41.28540.80531.895
温度损耗降低4.91～5.76℃;
铁损减少0.05～0.53t/罐;
脱硫剂效率高2.52～5.47×10-3;
吨铁总成本降低0.48～9.39元。
②金属Mg、CaO混合脱硫剂20%∶80%与10%∶90%配比相比较:
脱硫剂效率高2.95×10-3;
铁损降低0.48t/罐;
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喷吹时间短1.5min;
吨铁总成本降低8.91元。
③金属Mg与CaO混合脱硫剂作业周期短，可提高设备生产能力。整个周期缩短时间(与CaO脱硫剂相比)12.59min/罐。两个脱硫站设计能力为64罐/d，其节约时间为13.43h/d，在设备不变的情况下，提高了设备脱硫能力。而且由于喷吹时间缩短，渣量减少，也降低能耗。
3.4 金属Mg与CaO混合脱硫剂与CaO脱
硫剂比较效果
(1)用金属Mg与CaO混合脱硫剂能够满足一炼钢厂全连铸生产的需求。
(2)成本比CaO脱硫剂低，综合效益好。
(3)配比为20%∶80%的金属Mg与CaO混合脱硫剂，从脱硫生产周期及综合成本上优于配比为10%∶90%。
所以从效率、成本、可靠性以及全连铸生产需求，按配比为20%∶80%的金属Mg与CaO混合脱硫适用于武钢一炼钢厂。
4 20%金属Mg与80%的CaO混合脱硫剂在生产中的应用
由于转炉生产周期为34min左右，且金属Mg 与CaO混合脱硫剂价格较高，所以在实际生产中，既要保证脱硫效果，又要以最经济的脱硫剂消耗，最合理的脱硫生产周期来满足转炉炼钢的需要。通过生产试验和研究分析，确定了20%∶80%的金属Mg与CaO混合脱硫剂的消耗定额。
4.1 影响脱硫剂消耗定额因素的分析
影响脱硫剂的消耗因素较多，如助吹流量、下料速度、后搅时间、铁水温度及铁水的前硫量，且再现性较差，运用关键的少数和次要的多数原理，我们对1999年下半年影响脱硫剂消耗情况应用排列图程序进行调查分析(见表5)。
表5 影响因素表
项 目
影响脱硫剂
消耗次数
累计频数累计百分比/%铁水前硫量53953952.28
铁水温度30184081.47
助吹流量14398395.34
下料速度28101198.16
后搅时间201031100
Σ1031
1999年下半年均值：设定前硫0.030%、脱硫前铁水温1280～1320℃、助吹流量110～150 Nm3/h、下料速度12～36kg/min、后搅时间2～5 min、脱硫剂吨铁消耗2.79kg。
从表5中看出，铁水前硫量及铁水温度这两项占影响脱硫剂消耗次数为81.47%，因此把这两项作为确定脱硫剂消耗的主要因素。
4.2 应用回归分析法确定脱硫剂消耗定额
钢管自动切割机(1)以成本为原则、以追求命中率为核心通过对近2000组数据进行统计将温度划为区间，得出
・
5
2
・
2001年第1期 炼 钢
表6 T-S2-脱硫剂回归方程表
温度/℃
w/%
S2≤0.030S2≤0.020S2≤0.015S2≤0.010S2≤0.005
T≥1320y=8.23x+56y=7.2x+60y=8.21x+45,7y=9x+46.7y=7.5x+82 1300≤T<1320y=8x+42.3y=8x+38y=7.26x+66.7y=7.77x+52.7y=8.18x+58 1280≤T<1300y=8x+40y=8.5x+24y=8x+31y=7.8x+66y=7.88x+73 1260≤T<1280y=9x+36y=7.6x+50y=8x+63.2y=8x+70y=8x+76 T<1260y=11.5x+6.7y=7x=69y=9x+40y=8.3x+72y=10x+20说明:(1)y表示脱硫剂消耗量(w) x表示脱硫量
不同温度条件下的回归方程。
运用回归方程，根据不同的前温、前硫及目标
硫，确定脱硫剂消耗定额指标。
(2)运用回归方程建立脱硫剂消耗定额。
4.3 效果分析
分液罐(1)运用脱硫剂消耗的回归方程在生产中验
证，达到了控制目标硫的目的，其效果见表7。
表7 2000年与1999年20%MgO+80%CaO效果比较
项 目2000年
1～2月
1999年
6～12月
比较
一次命中率/%87.7363.29提高24.24脱硫剂吨铁消耗/kg 2.32 2.76降低0.47工序时间/min28.533.0缩短4.5喷吹时间/min7.09.5缩短2.5扒渣吨铁铁损/kg13.2713.74降低0.47
(2)成本分析
吨铁成本分析见表8。
4.3 结 论
(1)20%金属镁和80%CaO的铁水脱硫剂，能满足全连铸生产和武钢一炼钢厂钢种的需求。
(2)20%金属镁和80%CaO的铁水脱硫剂在生产中运用验证行之有效，运用回归回程后，目标硫含量命中率提高24.24%，生产周期缩短4.5 min，喷吹时间缩短2.5min，与转炉生产相匹配,
表8 2000年与1999年20%MgO+80%CaO吨铁
成本分析
项 目
2000年
1～2月
1999年
6～12月
比较降成本喷/元 3.77 5.12 1.35
脱硫剂/元16.2419.53 3.29
铁损/元12.6013.050.45
Σ/元32.2137.3 5.09
说明:(1)脱硫喷2200元/支、寿命400min、喷使用成本55元/ min;(2)脱硫剂7000元/t;(3)铁损成本：铁水单价0.95元/
kg
脱硫剂吨铁消耗降低0.47kg，扒渣铁损吨铁降低0.47kg，处理1吨脱硫铁水成本可下降5.09元，具有较好的冶金效果和经济效益。
参考文献
1 张信昭，宣钢译文.宣化钢铁公司矿山冶金研究所,1982:1～9 2 蒋国昌.纯净钢与二次精炼，上海：上海科学技术出版社,1996 3 张荣生.钢铁生产中的脱硫，北京：冶金工业出版社,1986
4 徐中瑶.有金属提取手册，北京：冶金工业出版社,1992
5 L.Brazz oduro等.张信昭译.期堪迪那维亚第三届国际喷射冶金文集(F):4～13
6 V.Nakanishi，喻淑仁译.T etsu to Hagane,1978,9(64):1323～1332
7 Thomas Bieniosek.1986S teelmaking C on ference Proccedings:349/ 356
(收稿日期:2000-09-10)
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・魏 海等:20%金属镁和80%CaO混合脱硫剂脱硫生产实践
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