淺析高活性石灰粉在鋼鐵冶煉脫硫中的應用

摘要：由于原材料不穩定以及小高爐主要操作欠規范，經常有鐵水硫高出格的情況發生，解決鋼鐵冶煉脫硫問題，是冶煉企業一大技術要求，采用高活性石灰粉是一種高效脫硫方法。文章對此進行了分析。

關鍵詞：高活性石灰粉；脫硫；鋼鐵冶煉

中圖分類號：O655文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）14-0176-01

一、前言

本文以作者工作的企業為例。這是一家年生產建筑用鋼材50萬噸的中小型鋼鐵聯合企業。由于原材料的不穩定以及小高爐主要依靠經驗操作，經常會有鐵水硫高出格的情況發生，有時候鐵水含硫甚至高達0.100%以上，而轉爐的脫硫效率只有40%～60%，鐵水條件難以滿足煉鋼生產建筑用鋼材的成分控制的技術要求，故爐外（鐵水包）脫硫將鐵水進行預處理再入爐吹煉就顯得十分必要。根據國內鋼鐵企業脫硫實際經驗，高活性的石灰粉是一種高效率，經濟，安全的脫硫劑。

二、高活性的石灰粉脫硫的可行性

根據高活性的石灰粉脫硫的熱力學條件，其反應按如下方程式進行：

CaO+[S]+C=CaS+{CO}（1）

CaO+[S]+1/2[Si]=CaS+1/2（2CaO·SiO₂）（2）

在反應溫度高于1500℃時，碳是還原劑。當反應溫度低于1400攝氏度時，硅是還原劑。當碳做還原劑被氧化時會生成大量氣泡。在實際生產中鐵水溫度在1300℃左右，故脫硫反應按方程（2）的方式進行反應，以硅做還原劑，脫硫反應可以平穩地進行。由方程（2）反應的平衡常數和溫度的關系式計算可以得知：用活性石灰粉（CaO）處理鐵水其達到平衡的含硫量比我們要求的低兩個數量級，因此它是很好的脫硫劑。

三、石灰粉脫硫的機理

1．表面活性的FeS被活性石灰的電場吸引到石灰粉的表面上，使脫硫反應具備發生的可能；

2．FeS在電場力的作用下被離子化，在靠近Ca離子的S生成S離子，而靠近O離子的Fe生成Fe離子，四種離子混合在一起形成一種中間化合物；

3．由于Ca離子和S離子的離子間距離小于Ca離子和O離子的離子間距離，所以，Ca離子和S離子的作用力大于Ca離子和O離子的作用力，而生成CaS和FeO；

4．最后FeO被[Si]還原生成SiO2和Fe，Fe擴散到鐵水中，SiO2沉積在石灰表面上，隨石灰上浮到鐵水面上，反應完成。

5．高硫鐵水處理的實際效果：

由上表可以得出結論：處理后的鐵水基本滿足生產建筑用螺紋鋼的技術要求。

四、石灰粉脫硫的有關操作

由于石灰在轉運過程中會有部分石灰粉化，而粉化的石灰粉對轉爐吹煉不利，因此石灰在上高位料倉前將石灰粉篩出，按10～15公斤一包裝好放在干燥的地方備用。

1．加入方法：由于我廠沒有脫硫專用的噴吹設備，故采用將石灰粉加入大的鐵水包，再將鐵水倒入大鐵水包，利用鐵水的自重和沖擊力，讓鐵水和石灰粉充分混合發生化學反應達到脫硫的效果。當鐵水硫超過0.100%時，可以重復一次上述操作后扒干凈鐵水表面的渣。當出鐵時發現鐵水硫高可以邊出鐵邊加入，由于石灰粉和鐵水混合得更好，脫硫效率會有所提高；

2．加入量的控制：根據脫硫反應方程式可以計算出鐵水要脫硫0.050%時石灰粉的加入量是7公斤/噸鐵水左右，實際操作中加入10～15公斤/噸鐵水。經過對鐵水脫硫前后取樣進行化學分析，平均脫硫效率約50%，經過脫硫后的鐵水可以滿足冶煉建筑用鋼材的成分控制要求；

3．對鐵水包磚襯的影響：由于倒鐵水時的機械沖刷及硅被部分氧化的作用，使鐵水包包襯受到很大的侵蝕，脫落磚襯中的二氧化硅和石灰結合使石灰表面失去了活性，降低了脫硫效率。為防止鐵水預處理過程中二氧化硅的有害作用，應當采用鋁鎂質或碳化硅質包襯鐵水包作為鐵水預脫硫處理的專用包，提高脫硫效率；

4．由脫硫反應式可以看出脫硫過程是用鐵水中硅做還原劑，部分硅被氧化，會導致吹煉過程中化學熱收入減少。鐵水倒包過程鐵水溫度會相應降低，損失了鐵水的物理熱，與倒包次數和速度有關，表現在吹煉終點溫度明顯偏低。為了保證吹煉一次命中，應該適當降低廢鋼比，確保溫度一次命中。

五、結論

實踐證明，采用活性石灰粉可得到很高的脫硫效率，比在轉爐通過補吹來脫硫經濟得多。減少終點成分不合格而多次倒爐，提高了一次命中率；杜絕鋼水過氧化，保證了鋼水的質量；對于提高爐齡和降低鐵損都有好處。采用鋁鎂質或碳化硅質包襯鐵水包，作為鐵水預脫硫處理的專用包脫硫，是沒有鐵水預處理噴吹設備的中小型鋼鐵企業進行鐵水預脫硫的經濟又有效的辦法。

作者簡介：魏奇武（1973- ），男，供職于廣東陽江宏大鋼鐵有限公司煉鋼廠，研究方向：鋼鐵冶金管理。