铁水脱硫用聚渣剂的研制

张 婕，丛玉伟，王淑华

（莱芜钢铁股份有限公司 技术中心，山东 莱芜 271104）

摘　要：通过对脱硫后铁渣成分、性能进行研究，研制出一种聚渣剂，有效地解决了镁钙基铁水脱硫中存在的扒渣难和渣裹铁损大的问题。加入聚渣剂后脱后铁渣铁损平均由吨铁6.18kg降至1kg以下，同时节约扒渣时间1/3以上。
关键词：镁钙基脱硫；聚渣剂；铁水脱硫；铁损
中图分类号：TF702⁺.5　　 文献标识码：A　　 文章编号：1004-4620（2005）02-0031-02

Research and Development on Slag Conglomeration Agent Used for Desulphurization of Hot Metal
ZHANG Jie, CONG Yu-wei, WANG Shu-hua
（The Technology Center of Laiwu Iron and Steel Co.，Ltd., Laiwu 271104, China）

Abstract：A new kind of slag conglomeration agent is developed by researching on the composition and performance of ferric cake after desulphurization, which can effectively eliminate the problems of difficult slag removal and large loss of slag binded hot metal in magnesium calcium based desulphurization of hot metal. After adding the slag conglomeration agent, the slag binded hot metal loss is reduced averagely from 6.18kg/t hot metal to below 1kg/t, meanwhile the slag removal time is shortened beyond one third.
Key words：magnesium calcium based desulphurization; slag conglomeration agent; desulphurization of hot metal; iron loss

1 前 言

　　目前我国铁水脱硫工艺正在迅速推广应用，但普遍存在脱硫后扒渣铁损大、扒渣难的问题，通常混吹CaO+Mg脱硫工艺渣裹铁损为4.958 kg/t铁。莱芜钢铁股份有限公司炼钢厂（简称莱钢炼钢厂）从2003年12月开始，运行铁水预脱硫工艺，从生产实践来看，处理后的铁渣同样存在碱度高、流动性差等问题，炉渣散而碎，不能形成渣系。因而造成扒渣时间长，扒渣过程中大量铁水随着炉渣流失，铁水损失严重，直接影响到产量及钢铁料消耗指标。为此，决定研制聚渣剂，通过合理调整铁渣碱度，改变脱硫后铁渣粘度，降低渣中全铁含量，降低铁损。

2 铁水预处理工艺后的铁渣性能研究

　　目前国内对脱硫后渣的处理多用机械扒渣法。扒渣铁损主要来自两个方面，一是造渣中包裹的金属液滴，二是扒渣时引起铁水波动使铁水从灌嘴溢出。为解决扒渣难和铁损大的难题，决定从调整铁渣成分以改善铁渣性能入手。
2.1 脱硫前后炉渣成分
　　未加聚渣剂时脱硫前后炉渣成分分析见表1。

表1 未加聚渣剂时脱硫前后炉渣成分 %

2.2 碱度
　　脱硫后炉渣二元碱度平均达到5.44，四元碱度平均为3.97。高碱度虽然是脱硫的有利条件，但由此带来的是炉渣熔点提高。在炉外脱硫温度条件下，铁水温度只有1300～1400℃，在该工艺条件下，大部分CaO无法溶解，脱硫反应的热力学和动力学条件都较差。因此适当降低炉渣碱度，在改善炉渣性能的同时，对改善脱硫的渣金界面反应也是有利的。但是为保证炉渣的脱硫能力，（CaO+ MgO）/（SiO₂+Al₂O₃）必须大于1.05。
2.3 粘度
　　根据1400℃CaO-SiO2-Al2O3等粘度图，脱前炉渣粘度为4～6Pa.s，加入聚渣剂后的实验渣系粘度值约0.6～1Pa.s。
　　铁水渣为酸性渣，熔点不高，但在过热度相当大的区间内粘度很大。随着碱性物（CaO、MgO）的加入，粘度降低。在（CaO+ MgO）/ SiO₂约为0.9～1.1的范围内粘度最小。但如碱性物过多（上述比值大于1.1），则由于熔点升高，在一定炉温下渣过热度减小而使粘度增高。加入少量的强碱性氧化物，如K₂O、Na₂O或较强负离子CaF₂，可显著降低炉渣的粘度。
　　从理论上分析，CaO的加入有利于降低熔点，但脱硫后炉渣中CaO在CaO-SiO₂-Al₂O₃三元系比重中重量百分比达75%以上，这种高熔点的炉渣在铁水温度下基本呈半固态，大大增加了炉渣的粘度。因此脱硫后铁渣粘度很高，必须降低CaO的含量。
2.4 熔化温度
　　由CaO-SiO₂-Al₂O₃相图可知，在铁水温度下三种物质组成的熔点均偏高。根据铁水脱硫后铁渣成分测算，熔点在1700℃左右，为保证炉渣的流动性必须降低铁渣熔化温度。渣中添加部分CaF₂或钡、钾、钠等氧化物对降低熔点是有效的。
2.5 炉渣表面性质
　　炉渣的表面性质主要指炉渣的表面张力和渣铁间的界面张力，炉渣表面张力可由各种纯氧化物的表面张力按各自克分子分数浓度加权求和得到：
　　σ_t=Σn_i σ_i
式中 σ_t——炉渣表面张力，10^-3N/m；
　　 n_i ——各种氧化物的克分子分数浓度，%；
     　σ_i——各种氧化物表面张力，10^-3N/m。
    表2为1400℃下各种氧化物的表面张力。

表2 1400℃各氧化物的表面张力 10^-3 N/m

　　降低炉渣表面张力易生成泡沫渣，而渣粘度大，一方面薄膜比较强韧，另一方面气泡在渣层内上浮困难，生成的小气泡不易聚合或溢出渣层。炉渣的σ/η的降低是形成稳定的泡沫渣的充分而必要的条件。
　　渣金界面张力小易形成新的渣铁间的相界面。炉渣粘度要比液态金属高100倍以上，故会造成液态铁珠乳化为高弥散度的细滴，悬浮于渣中，造成较大的铁损。同样，炉渣的σ/η的偏小容易造成铁珠悬浮于渣中。加入聚渣剂后炉渣的σ/η约为60。
　　综上所述，通过降低炉渣碱度、降低炉渣熔化温度可以提高脱硫后铁渣的流动性，从而有利于扒渣；通过提高炉渣表面张力，可降低炉渣粘度从根本上降低渣中铁损。
　　研制的聚渣剂理化性能：粒度小于5mm，熔点小于1150℃，比重2.8g/cm³。主要成分列于表3。

表3  聚渣剂主要化学成分 %

3 实验效果评价

　　加入聚渣剂后炉渣成分如表4所示，相同工艺条件下加与不加聚渣剂脱硫后炉渣成分对比见表5，渣中铁损对比见表6。

表4 加入聚渣剂后炉渣成分 %

　　由于扒渣时间受设备因素、扒渣工人技术水平等因素影响较大，扒渣时间无法准确计量对比，仅以扒渣头动作次数作为对比，加入聚渣剂时为15～20次，而未加聚渣剂时为27~35次。
　　加入聚渣剂后，过程炉渣化透，成渣效果好，炉渣呈大块状、扒渣容易、扒渣净；未加聚渣剂，渣干、散、碎、发泡，难扒。
　　对加入聚渣剂的罐次进行统计，脱硫率平均达到59.76%，未加脱硫剂的罐次脱硫率为60.02%，两者相当，说明加入聚渣剂后对脱硫效果没有影响。

4 结 论

4.1 所研制的聚渣剂对于改善炉渣性能具有明显的效果。脱硫渣熔点降低，流动性改善。
4.2 加入聚渣剂后扒渣容易，扒渣头动作次数由平均27～35次缩短到15～20次，节约了扒渣时间，提高了工序处理能力；扒渣时间缩短，减少了扒渣过程从灌嘴溢出损失的铁水；加入聚渣剂后炉渣扒的干净，铁水带渣量减少，有效地改善了入炉铁水条件。
4.3 加入聚渣剂后脱后铁渣铁损由平均6.18kg/t铁降至1kg/t铁以下。
4.4 加入聚渣剂对铁水脱硫率没有影响。

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