钝化镁粉在铁水脱硫中的利用率因素分析

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随着科学技术的发展，各行各业对钢材质量的要求越来越高。特别是对钢种的有害元素硫含量的限制十分苛刻。为了提高钢水质量，特别是满足钢种对钢中硫（ω（S）≤0.010%）的要求，铁水预处理是一个重要环节。八钢股份炼钢于2008年3月先后建成投产了1号、3号铁水脱硫系统，采用镁基复合喷吹脱硫工艺，即以氮气为载体将脱硫剂（钝化镁粉和石灰粉混合物）喷入铁水进行的脱硫，是基于镁基复合喷粉脱硫技术的预处理工艺。在铁水预处理成本中，钝化镁粉的成本约占脱硫剂总成本的42%。钝化镁粉是决定脱硫成本的主要因素。理论上1kg金属镁能脱除1.32kg的硫，实际上由于诸多因素影响，目前八钢铁水预处理钝化镁的脱硫利用率较低，平均利用率约为45%，而且低于40%的比例较多。因此如何提高钝化镁的脱硫利用率是目前降低铁水喷镁脱硫成本最关键的问题。

众所周知，镁与CaO、CaC2、NaHCO3这些传统的脱硫剂相比，与[S]的亲和力较大。因此，其反应速度快、脱硫效果好。且能将铁水中硫脱到5×10-6。这是以往所用的任何脱硫剂无法比拟的。尽管镁粉的价格高，但由于喷吹量少、喷吹时间短、作业率高，对铁水降温值小、相对处理的渣量少、铁损少等优点，故其综合效益比较显著，是各大钢铁企业铁水预处理中普遍选择的脱硫剂。

提高钝化镁的脱硫率，可以从两个方面入手：首先是使镁粒尽可能多地穿透射流的气-液界面侵入铁液，防止其被包裹在载气泡中，上浮到渣层而被烧损；其次是防止镁粒在铁液中完全吸收、溶解的时间大于其在铁液中停留时间，避免镁气泡浮入渣层的损耗。为研究影响钝化镁粉利用率的各种因素，在生产中采用不同工艺参数进行脱硫实践，对最终结果进行归纳统计并分析。

1.铁水温度对钝化镁粉利用率的影响

铁水温度越高，汽化速度较快，形成的气泡较大，铁水粘度降低，镁的气泡上浮速度较快，从而降低镁在铁水中停留时间，这会使镁粉的利用率降低。随铁水温度的上升，镁的溶解度大幅度下降，从而也影响了液相脱硫反应速度。

2.初始铁水ω(S)对钝化镁粉利用率的影响

铁水初始硫含量越高，其脱硫效果越好，单位脱硫量所消耗的钝化镁粉量越低。脱硫率随着铁水初始硫含量增加而升高，这是因为铁水初始硫含量越高[S]的活度越大，故脱硫反应越易进行。同时由于在一定温度下，铁水中的[S][Mg]之积（溶度积）为一常数，与[S]平衡所需的[Mg]就少，溶解到铁水中的[Mg]就越有足够量与[S]反应，其脱硫率高。资料表明，镁的溶解损失在开始脱硫阶段很小，其后随ω(S)的降低，溶解损失成倍的增加，当ω(S)降到0.005%以下时，钝化镁粉主要消耗在溶解上而不是在化学反应上。所以随着铁水初始ω(S)增高，钝化镁粉脱硫利用率也趋于提高。随着喷吹终点ω(S)的降低，脱硫剂钝化镁粉的利用率也是降低的，应根据钢种要求合理控制入炉铁水ω(S)。

3.喷枪插入深度对钝化镁粉利用率的影响

喷枪插入深度一方面决定了脱硫剂上浮行程，另一方面也影响了喷吹过程的稳定性。

4.石灰粉与（CaO/Mg）对钝化镁粉利用率影响

镁粉脱硫能力很强，反应速度很快。但在铁水脱硫过程中，要提高钝化镁粉利用率，必须控制镁的挥发速度，减缓反应速度，配加一定量的石灰粉是行之有效的方法。但是，石灰粉的加入也会对脱硫产生负面效应，因为要完成镁的高脱硫能力，必须在包底深处完成镁的加热、熔化、汽化和溶解，过多的增加石灰粉剂会延缓这一过程，因为CaO主要起分散剂的作用，起主要脱硫作用的是镁粉。另外添加石灰粉剂中不可避免的含有CaCO3和Ca(OH)2等组分，将产生系列反应，导致镁的氧化损失，降低钝化镁粉利用率。因此，必须控制合适的喷吹石灰粉与钝化镁粉比例。

5.喷枪喷吹速度对钝化镁粉利用率的影响

喷吹速度对镁粉脱硫率的影响不太明显。但在一定条件下，脱硫率随着喷吹速度的增加而升高。在一定的喷吹条件下，尽管喷吹速度的增加幅度相同，脱硫率的升高幅度并不相同。喷吹速度增加，单位时间内喷吹量增加，镁粉在铁水中的分散性不好，脱硫反应不充分。依靠提高喷吹速度来提高脱硫率不是最好的方法。喷吹速度过高，降低了镁粉的利用率，喷吹速度太低，虽然能提高镁粉的利用率，但喷吹时间延长；温降大、生产率低，工艺上也是不可取的。所以，合适的喷吹速度既能提高镁粉的利用率，又不至于使脱硫时间过长。结合八钢炼钢生产实际得出合适的喷镁粉的速率应控制在6～9kg/min。

6.钝化镁粉喷吹过程对铁水温度的影响

通过大量生产数据统计可知，处理过程的温降约为22℃。尽管喷入的石灰粉对铁水有冷却作用，喷吹时间内铁水有自然温降，但是由于喷入的镁粉有部分与铁水中的氧反应，或未来得及反应的镁与渣中的氧反应生成MgO而放热，从而部分弥补了铁水温降的缘故。

7.钝化镁粉喷吹过程中铁耗

喷粉脱硫后，渣中ΣFeO将达到50%，这里绝大部分是扒渣过程中带出的铁粒。处理前后铁水重量减少约2.3%，扣除铁水原始带渣0.13%，故对整个喷粉脱硫过程，铁损为2.27%。因此，改善扒渣操作、减少带铁、强化铁粒回收，是减少铁损、增加效益的有效措施。

影响钝化镁粉脱硫利用率的因素很多，通过对调整生产过程中各个工艺参数对脱硫过程钝化镁粉的利用率进行研究，得出了适合八钢铁水预处理脱硫相关的工艺参数，完善了脱硫工艺，为提高钝化镁粉利用率指出了明确的方向。通过调整相关工艺参数，钝化镁粉的利用率由前期的45%提高到目前50%以上，有效地提高了脱硫站铁水预处理的功能效果，降低了脱硫成本，为开展铁水预处理深脱硫的研究积累了实践资料。