隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)鋼鐵材料的要求日趨嚴(yán)格，特別是海洋石油，化工，汽車等工業(yè)的發(fā)展，均需要低硫，甚至超低硫的高品質(zhì)鋼材。鐵水爐外脫硫作為鋼鐵生產(chǎn)的一道工序，其優(yōu)勢(shì)主要在以下方面：

　　(1)鐵水脫硫預(yù)處理發(fā)揮了渣吸收硫能力的潛力，可提高高爐的生產(chǎn)率;

　　(2)發(fā)展鐵水脫硫預(yù)處理更重要的是可得到含硫很低的鐵水，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼提供必要條件;

　　(3)鐵水爐外脫硫相對(duì)高爐，轉(zhuǎn)爐，爐外精煉等工序而言，其脫硫成本低;

　　(4)發(fā)展鐵水脫硫預(yù)處理后，擴(kuò)大了轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼種范圍，使轉(zhuǎn)爐能夠冶煉汽車板、海洋平臺(tái)板、造船板、不銹鋼等新鋼種;

　　(5)脫硫預(yù)處理的應(yīng)用也進(jìn)一步保證了連鑄工序生產(chǎn)順行和連鑄坯的質(zhì)量;

　　(6)鐵水脫硫預(yù)處理可以縮短轉(zhuǎn)爐、精煉工序的冶煉周期。

　　1、鐵水預(yù)處理的發(fā)展概況

　　西歐、日本早在20世紀(jì)60~70年代就在鋸水脫硫預(yù)處理理論研究的基礎(chǔ)上在工業(yè)上進(jìn)行了應(yīng)用。國(guó)內(nèi)武鋼二煉鋼1979年引進(jìn)了日本新日鐵的機(jī)械攪拌法(KR)鐵水脫硫裝置，北臺(tái)，天鋼，宣鋼，冷水江，攀鋼，酒鋼等企業(yè)先后由國(guó)內(nèi)臥主開發(fā)了噴吹石灰、螢石的脫硫方法。1985年寶鋼一煉鋼引進(jìn)日本魚雷罐車內(nèi)噴吹石灰、螢石的脫硫裝置。武鋼一煉鋼開發(fā)的鎂基混合噴吹工藝，1998年寶鋼，鞍鋼，包鋼引進(jìn)美國(guó)ESMII公司鎂基復(fù)合噴吹技術(shù)。

　　近幾年我國(guó)鐵水預(yù)處理有了強(qiáng)勁發(fā)展，隨著鋼產(chǎn)量從1996年1億t發(fā)展到2004年的2.725億t，近5年來(lái)全國(guó)共計(jì)建設(shè)了約80多套鐵水脫硫預(yù)處理裝置，處理能力近7000萬(wàn)t。新建設(shè)的鐵水脫硫預(yù)處理生產(chǎn)線使用的脫硫工藝主要有KR法和噴吹法，處理容器基本上為轉(zhuǎn)爐鐵水罐。近幾年來(lái)鐵水脫硫預(yù)處理的發(fā)展還有以下特點(diǎn)：

　　(1)鐵水脫硫每罐鐵水容量從50t(石鋼等)到300t(寶鋼)不等。

　　(2)脫硫劑主要為石灰和金屬鎂，既有以單獨(dú)一種粉劑作脫硫劑的(如武鋼一煉鋼，邯鋼三煉鋼等)，也有以一種粉劑為基礎(chǔ)的復(fù)合粉劑作脫硫劑的(如包鋼，梅鋼等)。

　　(3)以金屬鎂作脫硫劑得到了大力發(fā)展，使用鎂及鎂基脫硫劑的生產(chǎn)線占到了80%以上)。

　　(4)大部分為引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的脫硫預(yù)處理工藝。如日本的KR法，北美、西歐的鎂基復(fù)合噴吹技術(shù)，烏克蘭的單吹顆粒鎂噴吹技術(shù)。

　　(5)在工藝相似的情況下，引進(jìn)技術(shù)來(lái)自不同的技術(shù)供應(yīng)商。如復(fù)合噴吹法既有美國(guó)ESMⅡ、加拿大DANIELICORUS(原霍戈文)、還有日本DIAMOND公司等。

　　(6)我國(guó)在早期引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)開發(fā)技術(shù)也在發(fā)揮著作用。如國(guó)內(nèi)開發(fā)的純鎂噴吹技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用(如馬鋼等)。

　　(7)有很多生產(chǎn)線是對(duì)落后處理工藝的改造和替代。如武鋼一煉鋼2001年以純鎂噴吹替代原有鎂、石灰混合噴吹工藝;太鋼改造原三脫設(shè)施。

　　(8)還有在原生產(chǎn)線基礎(chǔ)上的增建。如寶鋼，鞍鋼2003年再次引進(jìn)ESMⅡ鎂基復(fù)合噴吹技術(shù);本鋼2004年引進(jìn)DanieliCorus鎂基復(fù)合噴吹技術(shù);武鋼二煉鋼增建1套KR法脫硫裝置。

　　(9)除在上世紀(jì)引進(jìn)后改良的KR法、鎂基復(fù)合噴吹法占有很大市場(chǎng)外，烏克蘭(Desmag)顆粒鎂噴吹技術(shù)自武鋼一煉鋼項(xiàng)目進(jìn)入我國(guó)后短短幾年內(nèi)也發(fā)展十分迅速(如首鋼、青鋼、邯鋼三煉鋼、唐鋼等)。德國(guó)Polysius公司鎂基復(fù)合噴吹技術(shù)在2003年也進(jìn)入到中國(guó)，如鞍鋼大脫硫，新區(qū)260t轉(zhuǎn)爐車間脫硫均采用這一技術(shù)。

　　雖然近幾年鐵水脫硫預(yù)處理得到發(fā)展，但對(duì)我國(guó)鋼產(chǎn)量來(lái)說(shuō)，其比例與先進(jìn)國(guó)家水平相比還相差甚遠(yuǎn)。

　　2、常用脫硫劑的特點(diǎn)及應(yīng)用趨勢(shì)

　　鐵水脫硫預(yù)處理工藝中主要使用的脫硫劑有NaCO3、CaC2、CaO、Mg等及以其為基礎(chǔ)的復(fù)合脫硫劑。

　　2.1NaCO3基鈉系脫硫劑

　　我國(guó)在20世紀(jì)50年代就采用過(guò)蘇打?yàn)⑷烁郀t出鐵溝脫硫的方法，蘇打分解的液態(tài)氧化鈉有很強(qiáng)的腐蝕性，氧化納揮發(fā)污染環(huán)境。用蘇打脫硫產(chǎn)生的渣流動(dòng)性好使得除渣困難。蘇打價(jià)格也相對(duì)較高。所以，蘇打作為脫硫劑已經(jīng)非常少見。

　　2.2CaC2基鈣系脫硫劑

　　電石(CaC2)具有很強(qiáng)的脫硫能力，研究表明鐵水溫度在1350℃時(shí)，電石粉劑脫硫反應(yīng)的平衡常數(shù)最高。電石、干煤粉、鎂或氧化鈣這樣的復(fù)合脫硫劑在工業(yè)中應(yīng)用比較廣泛，如攀鋼就曾使用過(guò)CaC2島基脫硫劑。但是電石極易與空氣中的水分反應(yīng)生成乙炔氣體，這種氣體易燃易爆，所以電石加工、運(yùn)輸、貯存、使用過(guò)程中的安全措施要求很高，造成加工困難。而且不能滿足深脫硫的要求。

　　2.3CaO基鈣系脫硫劑

　　我國(guó)很多企業(yè)早期使用的CaO基脫硫劑主要為石灰ω(CaO)=90%左右加螢石砌ω(CaF2)=5%～10%的混合脫硫劑。活性石灰加入螢石、Al可以顯著改善脫硫效果，目前日本提供KR技術(shù)所用脫硫劑瑩石約為5%，Al為10%，其余為活性石灰。石灰是非常容易得到的原料，原料充足，價(jià)格便宜，但是石灰基脫硫劑使用量大，渣量大，處理周期長(zhǎng)，在鐵水溫度高時(shí)也體現(xiàn)高的脫硫效率。武鋼二煉鋼KR法脫硫在使用CaC2幾年后改用CaO基脫硫劑。

　　2.4Mg及Mg基脫硫劑

　　數(shù)據(jù)顯示，[Mg]與[S]反應(yīng)在1.350℃沒(méi)有電石、石灰脫硫反應(yīng)的平衡常數(shù)高。但是金屬鎂和硫有極高的親和力，反應(yīng)區(qū)動(dòng)力學(xué)條件非常好，反應(yīng)迅速而且十分強(qiáng)烈。鎂和鐵水中的硫反應(yīng)生成的MgS熔點(diǎn)高(2000℃)，密度低(2.82g/㎝3)，容易成渣。但是金屬鎂活性很高，作為脫硫劑須作鈍化處理。

　　烏克蘭最早開發(fā)了金屬鎂脫硫技術(shù)。這種狀態(tài)的鎂是利用熔融狀態(tài)下的液態(tài)金屬鎂離心分離技術(shù)，將鹽液包覆在鎂粒外層制成了球狀顆粒，直徑0.6～1.5mm。ω(Mg)>92%。

　　鎂不僅可以單獨(dú)脫硫，也可以使用鎂基復(fù)合脫硫劑。鎂基脫硫劑使用的鎂粉也是需要做鈍化處理的，這種鎂粉使用銑刀切削或噴霧法制成，直徑在0.15～1.2mm，ω(Mg)=90%，其余為鈍化涂層。將流態(tài)性處理的氧化鈣粉劑與鎂粉混合，保證濃相輸送通暢。鎂與石灰的復(fù)合脫硫劑脫硫反應(yīng)機(jī)理如下：由于石灰的加入，氧化鈣粉裹包并離散鎂粉使之均勻分布在鐵水中，既擴(kuò)大其反應(yīng)區(qū)域，又減緩鎂的氣化速度，提高鎂的利用率;CaO可以作為復(fù)合物的核心把細(xì)小的MgS(1～5μm)聚合起來(lái)，加快夾雜物上浮，不斷降低反映區(qū)域內(nèi)硫的濃度，提高脫硫速度，有利于實(shí)現(xiàn)快速深脫硫的要求;硫與CaO、SiO2等生成熱力學(xué)穩(wěn)定性高的硅酸鈣鹽類，被固定在渣中，經(jīng)扒渣除去不易回硫;而且約10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氧化鈣粉參與脫硫反應(yīng);這種脫硫渣中的硫不易被水溶解洗滌出來(lái)，不污染環(huán)境，為渣的便利處理或開發(fā)利用創(chuàng)造了條件。

　　3、國(guó)內(nèi)鐵水脫硫預(yù)處理工藝的應(yīng)用效果

　　3.1KR法

　　將脫硫粉劑直接加入鐵水中，使攪拌頭下降至鐵水中攪拌進(jìn)行脫硫處理。

　　武鋼二煉鋼KR法已應(yīng)用生產(chǎn)20多年，生產(chǎn)技術(shù)水平和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均較原設(shè)計(jì)有大幅度的提高。濟(jì)鋼三煉鋼KR法脫硫2003年3月投產(chǎn)，在鐵水初始硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí)，處理后硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)0.010%以下，脫硫劑單耗最大為7.1kg/t一引。昆鋼，川威等廠也采用了KR法。2()()5年江陰特鋼引進(jìn)了[)iarnond公司的KR法脫硫裝置。

　　3.2單吹顆粒鎂工藝

　　單吹顆粒鎂工藝是單一噴吹鈍化了的顆粒鎂進(jìn)行脫硫。顆粒鎂的給料是通過(guò)轉(zhuǎn)子給料計(jì)實(shí)現(xiàn)精確給料，給料強(qiáng)度范圍為6～15kg/min。噴槍端頭帶一個(gè)氣化室，創(chuàng)造了鎂氣化溶于鐵水中的良好條件。對(duì)大型鐵水罐，也使用直簡(jiǎn)型噴槍。

　　太鋼二煉鋼2002年引進(jìn)了烏克蘭單吹顆粒鎂脫硫技術(shù)，建設(shè)了一套鐵水脫硫裝置。每罐鐵水重量近80t，顆粒鎂噴吹強(qiáng)度為8～10kg/min，用作粉劑輸送的氮?dú)饬髁繛?30rn3/h，初始硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.031%，目標(biāo)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.003%，金屬鎂消耗為0.807kg/t，溫降為11℃，渣量一般在0.6～1.4t。湘鋼新煉鋼也采用了這種工藝，2005年6月熱試成功。在鐵水129.4t時(shí)，初始硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.018%，終點(diǎn)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.005%，顆粒鎂用量為41.2kg，溫降14℃。首鋼、唐鋼等也采用了單吹顆粒鎂脫硫技術(shù)。

　　3.3鎂基脫硫劑復(fù)合噴吹工藝

　　鎂基脫硫劑復(fù)合噴吹法，是將兩種以上脫硫粉劑分別在不同的噴吹罐內(nèi)流態(tài)化，通過(guò)調(diào)節(jié)氫氣壓力按比例使其在輸送管路中均勻混合后，噴吹至鐵水中發(fā)生脫硫反應(yīng)。

　　南鋼引進(jìn)日本Diamond公司鎂基復(fù)合噴吹技術(shù)，建設(shè)的1套鐵水脫硫預(yù)處理裝置于2004年。順利投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年脫硫處理鐵水能力120萬(wàn)t，脫硫周期小于30min。生產(chǎn)過(guò)程中鎂噴吹速度15～20kg/min，石灰噴吹速度60～100kg/min。從2005年6月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)看，當(dāng)鐵水原始硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.042%，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)引0.005%時(shí)，每噸鐵脫硫劑消耗純Mg為0.433kg，石灰為3.163kg，噴吹時(shí)間9.4min。溫降為13℃。鞍鋼2003年引進(jìn)德國(guó)Polysius公司鎂基復(fù)合噴吹技術(shù)，建設(shè)4套脫硫裝置的大脫硫車間，年處理鐵水440萬(wàn)t。鎂噴吹速度7～17kg/min，石灰噴吹速度20～50kg/min，當(dāng)鐵水原始硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0。040%，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.010%時(shí)，脫硫劑消耗純Mg為0.388kg/t，CaO為1.737kg/t，噴吹時(shí)間9min。大脫硫投產(chǎn)}以來(lái)，鞍鋼相繼開發(fā)出多種轎車用鋼材，生產(chǎn)的轎}車面板達(dá)到德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的O5等級(jí)要求。因此鞍鋼新區(qū)也采用了這一技術(shù)。安鋼，天鐵，北臺(tái)錐鐵公司均采用了DanieliCorus的鎂基復(fù)合噴吹脫硫技術(shù)。

　　3.4幾種處理工藝的比較

　　實(shí)踐證明，這幾種工藝技術(shù)都能滿足鋼鐵創(chuàng)業(yè)鐵水深脫硫的要求。幾種工藝都能得到鐵水終點(diǎn)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002%，甚至更低的水平，也能滿足轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)周期的要求。他們之間的優(yōu)劣都只是相對(duì)而言的，而且所涉及的因素是多方面的。

　　KR法工藝能將硫降到很低的水平，而且不回硫，基本沒(méi)有噴濺。在鐵水溫度高的條件下，脫硫效率高。KR法的關(guān)鍵設(shè)備是攪拌頭及其提升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，它是需要變壓變頻控制的，其液壓系統(tǒng)仍需要引進(jìn)，設(shè)備復(fù)雜并且較為龐大，一次性投資較大。攪拌頭是價(jià)格不匪的消耗件，它的維修制造需要費(fèi)用和時(shí)間。處理過(guò)程渣量大。由于提高攪拌速度可促進(jìn)脫硫反應(yīng)，加強(qiáng)攪拌，會(huì)使鐵水溫降較大，這就對(duì)鐵水溫度要求就比較高。

　　單吹顆粒鎂工藝的核心是針對(duì)鐵水條件實(shí)現(xiàn)顆粒用量的精確計(jì)算和精確給料，實(shí)現(xiàn)噴吹及顆粒鎂在鐵水脫硫反應(yīng)中的充分利用和平穩(wěn)進(jìn)行。關(guān)鍵設(shè)備是計(jì)量給料罐及其控制系統(tǒng)。處理過(guò)程鐵水溫降小，渣量少。但是這種工藝的噴槍壽命較低，維修比較麻煩，噴槍系統(tǒng)設(shè)備較為復(fù)雜，需要兩支噴槍實(shí)現(xiàn)在線橫移快速換槍。噴槍在噴吹時(shí)采用1個(gè)液壓夾持器來(lái)避免噴槍震動(dòng)。由于渣量少，并且渣較稀，扒渣操作較為困難，不容易快速扒掉脫硫渣，易造成回硫。特別是大批量生產(chǎn)超低硫鋼時(shí)，回硫問(wèn)題會(huì)十分嚴(yán)重，雖然有些廠采取了撒稠渣劑等措施，但效果不盡人意。

　　鎂基復(fù)合噴吹設(shè)備一次性投資與單吹顆粒鎂噴吹工藝相差不大。這種技術(shù)的核心是粉劑的配比，粉劑的流態(tài)化程度，粉劑在線混合的均勻性，不同粉劑的噴吹速度的精確控制和調(diào)節(jié)，關(guān)鍵設(shè)備是噴吹罐及下料喉口調(diào)節(jié)閥。實(shí)際生產(chǎn)中，鐵水條件很不穩(wěn)定，針對(duì)每罐鐵水的噴吹模型選擇及對(duì)噴吹設(shè)備的精確控制非常重要，這是保證以最經(jīng)濟(jì)的粉劑消耗來(lái)達(dá)到脫硫目的的關(guān)鍵所在。鎂基復(fù)合噴吹可以使用不同的鎂和石灰的配比，也可以單獨(dú)噴吹石灰，溫降小，產(chǎn)生的渣子容易扒除，不易產(chǎn)生回硫現(xiàn)象。

　　4、鐵水脫硫預(yù)處理工藝及裝備的選擇

　　KR法，單吹顆粒鎂，鎂基復(fù)合噴吹等是近幾年國(guó)內(nèi)普遍采用的鐵水脫硫預(yù)處理工藝，理論分析和實(shí)踐證明，絕大多數(shù)指標(biāo)與上世紀(jì)相比有了很大的進(jìn)步。關(guān)于這幾種工藝及技術(shù)裝備的比較，不能片面地以某一指標(biāo)，某一設(shè)備性能去比較，因?yàn)槟骋还に嚨男Ч麘?yīng)以達(dá)到目標(biāo)的整個(gè)生產(chǎn)成本來(lái)比較。目前各企業(yè)諸如鐵水、處理容器、介質(zhì)、脫硫劑、設(shè)備(扒渣機(jī)、噴吹罐、噴槍升降裝置等)性能，操作人員水平等條件很不相同，要在同一基準(zhǔn)上比較非常困難。另外成本中有些指標(biāo)很難得到準(zhǔn)確的量化標(biāo)準(zhǔn)，如鐵損，回硫，渣的利用價(jià)值等。還有就是某些指標(biāo)數(shù)值的絕對(duì)值在各個(gè)企業(yè)的成本核算中所占的比重不盡相同。企業(yè)在選擇某種脫硫工藝或裝備時(shí)，除了對(duì)比成本外，還要結(jié)合企業(yè)自身?xiàng)l件和特點(diǎn)，如脫硫劑的獲取途徑、鐵水條件、鋼種要求、整個(gè)工藝流程流暢的需要、廠房條件的限制等。

　　單從脫硫劑的消耗來(lái)看，不同工藝使用的石灰、螢石、鎂等脫硫劑的市場(chǎng)價(jià)格相差很大。我國(guó)的鎂資源相當(dāng)豐富，大量使用金屬鎂脫硫是我國(guó)鋼鐵工業(yè)難得的有利條件。從技術(shù)裝備來(lái)看，在選擇優(yōu)異性能設(shè)備的情況下，不斷優(yōu)化專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)脫硫劑最大效率的利用才是節(jié)省成本的根本。目前歐美復(fù)合噴吹技術(shù)提供商較多，技術(shù)的發(fā)展也就有了可對(duì)比性和競(jìng)爭(zhēng)性，對(duì)于技術(shù)進(jìn)一步提高很有幫助。大部分復(fù)合噴吹工藝設(shè)備能實(shí)現(xiàn)4種以上的粉劑配比(ω(石灰)：m(鎂)可以為3:1、4:1、5:1、6:1)處理工藝，可以根據(jù)生產(chǎn)需要單吹石灰淺脫硫來(lái)降低成本。復(fù)合噴吹設(shè)備可以根據(jù)每一包鐵水條件、時(shí)間、成本來(lái)靈活選用不同的粉劑配比，調(diào)整不同的噴吹速率，以達(dá)到脫硫高命中率、高精度，脫硫劑消耗小化的目的。噴槍制作、維護(hù)應(yīng)簡(jiǎn)單，流態(tài)化裝置應(yīng)達(dá)到脫硫粉劑混合均勻，噴吹速率均衡。

　　另外一點(diǎn)就是復(fù)合噴吹技術(shù)還在發(fā)展之中，美國(guó)ESMⅡ公司的雙槍噴吹技術(shù)，可以大大減少噴吹處理的時(shí)間。鞍鋼的噴槍中心管采用可移動(dòng)技術(shù)，大大延長(zhǎng)噴槍使用壽命。鎂基復(fù)合噴吹工藝還可以采用鎂與電石(CaC2)的復(fù)合脫硫，如林茨鋼廠、多特蒙德鋼廠等。鎂基復(fù)合噴吹也可以改造為鎂、石灰、電石多元復(fù)合噴吹，此工藝應(yīng)用在德國(guó)沙士司吉達(dá)鋼廠，比利時(shí)鋼廠等。

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　近年來(lái)鐵水脫硫預(yù)處理技術(shù)有了較大發(fā)展，隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將愈演愈烈。提高鋼鐵產(chǎn)品的高附加值仍是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。企業(yè)選擇合適的鐵水脫硫技術(shù)是企業(yè)降低成本，提高生產(chǎn)效率的需要。鎂基復(fù)合噴吹技術(shù)從脫硫成本、脫硫效率、設(shè)備國(guó)產(chǎn)化要求、逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)自主開發(fā)等方面綜合來(lái)看，是較先進(jìn)的鐵水脫硫技術(shù)，應(yīng)該大力發(fā)展。