降低生铁含硫量途径的探讨

降低生铁含硫量途径的探讨

吴玉栋 周永平 刘士臣 杨玉兵 席海莉

(安阳钢铁集团有限责任公司)

随着对钢材性能要求的提高和超低硫钢产量的增加，对炼铁生产过程中的脱硫提出了越来越高的要求，本文通过对影响安钢水冶高炉生铁含硫量各因素的分析，探讨了降低水冶生铁含硫量和提高生铁质量的各种措施。提出了降低含硫量的措施。

生铁 硫含量 质量

0 前言

硫对钢的性能会造成不良影响，钢中硫含量高，会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的“热脆”性。硫在钢中以 FeS的形式存在，FeS的熔点为1193℃，Fe与 FeS组成的共晶体的熔点只有985℃，液态 Fe与FeS虽然可以无限互溶，但在固溶体中的溶解度很小，仅为0.015％～0.020％。当钢中的硫含量超过0.020％时，钢液在凝固过程中由于偏析使得低熔点Fe-FeS共晶体分布于晶界处[1]，在1150℃～1200℃的加热过程中 ，晶界处的共晶体熔化，钢受压时造成晶界破裂，即发生“热脆”现象。如果钢中的氧含量较高，则 FeS与 FeO形成的共晶体熔点更低 (940℃)，更加剧了钢的“热脆”现象的发生。因此控制和降低钢水中的含硫量是十分重要的。

1 概况

安钢永通有三座高炉，随着近年安钢设备水平的大型化、冶炼水平的提高，公司提出建设安钢精品钢基地要求。精品钢的生产对钢水质量提出了更高的要求，因而对钢水含硫量更是提出严格的要求。显而易见，这就需要炼铁系统来降低生铁含硫量。基于此有必要对安钢永通降低生铁含硫量进行探讨。

2 降低生铁中硫含量的措施

根据硫在煤气、渣、铁中的分配，炉料带入高炉内部的硫在冶炼过程中又全部转入炉渣、生铁、煤气中。

式中：m(Sm)──每公斤铁由炉料带入的总硫量；

m(Sg)──每公斤铁随煤气挥发的硫量。

从(1)式可知，要降低生铁中的硫含量，首先要控制进入高炉中的总硫含量 (即原燃料带入高炉的硫含量)；其次是提高炉渣中的硫含量 (即提高硫在渣铁间的分配系数)，最后是提高煤气带走的硫含量。但煤气带走的硫是受温度限制的，只能靠减少各种炉料带入的硫量和增加炉渣带走的硫量，来达到减少生铁含硫量的目的。

2.1 减少炉料带入硫

减少炉料带入的硫量即使炉渣脱硫能力不变，也会明显降低生铁含硫量。安钢永通高炉中的硫主要来自于原燃料，永通烧结矿、焦炭、喷吹煤粉、竖炉球团、块矿的硫含量。具体原料带入的硫含量见表1、表2。

表1 永通炼铁吨铁原燃料带入的硫量

表2 永通炼铁原燃料的含硫量 w％

从表1和表2中可以看出：焦炭带入高炉的硫量居多，占总硫量的 72.91％，其次是烧结矿，其含硫量直接影响着生铁的含硫量。故应采取降低原燃料中的 S。

1)控制焦炭中的含硫量。由于焦炭中的硫含量占高炉入炉硫含量的绝大部分，应该加强对焦炭硫含量的控制。永通铁厂的焦炭基本依靠外购，采购质量较好的焦炭，如具有较低含硫量，高M40和热强度及低的反应性，这样有助于降低焦比，减少由焦炭带入的硫含量。

2)控制烧结矿的含硫量。永通烧结矿含硫量也较高。应当通过选购低硫煤和低硫矿粉，并控制烧结配碳量，达到烧结利于去除 S的氧化气氛。

3)选购低硫喷吹用煤粉。永通喷吹煤粉的含硫量较高，为0.35％～0.45％，最好能控制在0.35％以下。

4)提高烧结矿质量，减少入炉粉末。烧结矿转鼓从2003年的69％提高到现在的 74％左右。为高炉的稳定顺行创造了良好的条件，使得焦比有了较大幅度的降低，同时也有利于炉缸的活跃，这都有利于生铁含硫的降低。

5)优化炉料结构。对永通现有原料进行高温冶金性能的检测，选择合理的炉料结构，降低了软熔带高度，提高了炉缸温度，提高了高炉透气性，促进高炉顺行和焦比的降低，也有利于生铁含硫量的降低。

6)促进炉子顺行及提高风温。提高风温可降低焦比，也是减少入炉硫量的有效方法；加强高炉的操作，保持高炉的稳定顺行，高炉的顺行是降低焦比的前提。

2.2 提高炉渣脱硫能力

脱硫反应主要在铁水滴下降到炉缸后穿过渣层时进行的，这时渣铁接触的条件最好。聚集在炉缸中的渣铁界面也继续进行着脱硫反应，虽然接触面没有铁滴穿过渣层时大，但渣铁界面接触的时间比较长。

液态高炉渣是由正负离子组成。所以渣铁间脱硫反应是在液态的渣铁界面间进行的离子迁移过程：即铁水中原子硫吸收电子变为硫负离子进入渣中，渣中氧负离子失去电子变为中性氧进入铁水中，再与过饱和的碳生成一氧化碳逸出。

式中：KS——平衡常数；

由此可见炉渣的脱硫效果决定于四个环节，一是炉渣碱度，即炉渣中氧负离子浓度；二是炉缸内炉渣的流动性或粘度，即氧及硫离子在渣中的扩散速度；三是造渣过程对炉缸温度的影响，四是脱硫反应进行的时间。

2.2.1 对高炉炉渣脱硫潜力的分析

高炉炉渣理论上的最大分配系数为：

式中：B——碱度系数。

M=(SiO2％)+0.6×(A l2O3％)；

N=((CaO％)+(M nO％)+0.5(M gO％)-1.75(S％)/(SiO2％))；

C=(CaO％)+(M nO％)+0.5(M gO％)-1.75(S％)。

渣铁间硫分配达到的平衡程度以ε表示，则：

根据永通铁厂炉渣成分计算渣铁间硫分配达到平衡程度，见表3。

表3 炉渣脱硫平衡程度计算

由表3可以看出，炉渣中硫的分配距平衡状态还差很远，还有很大潜力，通过理论分析和结合永通铁厂的实际，采取一定的措施，可以进一步提高硫在渣铁间的分配率，降低生铁含硫。

2.2.2 适当提高炉渣碱度

从式(5)可知，要提高生铁中硫在渣铁间的分配比，需要提高渣中 (CaO)、(M gO)和 (M nO)碱性氧化物的含量。即提高炉渣碱度，也就提高了炉渣中的自由氧离子浓度，有利于提高炉渣脱硫能力。2003年永通的炉渣碱度基本在1.03～1.10，随着近几年外购焦炭和喷吹煤粉中的硫含量，使得铁水中的硫含量居高不下。在2009年后逐渐提高了炉渣了碱度，从表3看，2009年10月生铁含硫量降到0.022。但二元碱度 CaO/SiO2不能过高，永通铁厂炉渣 CaO/SiO2为1.25以上时会产生铝酸钙、硅酸二钙等高熔点固体颗粒从而影响炉渣的流动性，进而影响炉渣脱硫能力。

2.2.3 增加渣中M gO含量

随近年来铁矿石资源的日趋紧张，进口矿的数量在永通烧结配矿中占的比例逐渐提高，由于进口矿中 A l2O3含量较高，使得高炉炉渣中 A l2O3含量大幅升高，造成炉渣融化温度显著升高，流动性降低，恶化了高炉炉况，降低了炉渣的脱硫能力；而提高渣中M gO含量不仅能提高炉渣中的氧负离子浓度而且能降低炉渣的熔化性温度，明显提高炉渣的流动性，十分有利于提高炉渣的脱硫能力[2]。永通铁厂在2005年9月份前未加白云石，炉渣中M gO含量不足，炉渣脱硫能力差。很难使生铁中硫含量达到0.03％以下。当炉渣中M gO含量达到 7％以上时，炉渣的流动性明显变好，脱硫效果明显提高，生铁的硫含量能达到0.03％以下的水平，甚至达0.025％以下。

由表3可看出：配加白云石后炉渣的流动性变好，生铁含硫量完全可以控制在0.03％以下，不需要再采取其它措施。

2.3 提高炉缸温度

由于脱硫反应是吸热反应，温度越高越有利于反应进行，故而炉温高、[Si]高时，生铁中硫含量也低。故炉况顺行，炉缸物理热充沛，也利于冶炼出低硫生铁。通过提高风温和提高鼓风动能，维持合理的风口理论燃烧温度和鼓风动能，保持中心煤气流，达到均匀炉缸温度和提高炉缸。通过采取以上措施，永通的铁水温度从2005年以前的1430℃左右提高目前的1450℃以上，为降低生铁中含硫量常遭了条件。

2.4 适当延长脱硫反应时间

根据相关的经验及研究，高炉上下渣中的含硫量差距很大，下渣中硫含量明显高于上渣10％～17％。增加出铁次数，降低炉缸内铁水液面，相应地增加铁水液面上的渣层厚度，增加铁滴穿过渣层的反应时间。尽量增加渣铁接触反应时间均有利于增加炉渣带走的硫量。

3 讨论

结合上述分析，实施精料方针是降低生铁含硫量的基础，精料不仅可以降低炼铁入炉原料带入的硫含量，更重要的是精料可以维护高炉操作的稳定顺行，对降低燃料消耗有着十分重要的影响。由于焦炭带入高炉的含硫量占总原料带入硫的 72.9％，所以焦比的降低对降低生铁含硫量起着重要的作用。同时应该加强炉料结构的优化，合理的炉料结构可以促使高炉形成合理软熔区间，促进煤气流的合理分布，提高煤气的利用率有利于焦比的进一步降低。

从高炉炉渣方面看，应该结合高炉生产实际，制定合理的造渣制度，永通铁厂的炉渣渣系属于 CaO、M gO、A l2O3、S iO2四元渣系。该渣系中炉渣的最好矿物组成为黄长石、镁辉石、钙镁橄榄石。首先保证在高炉常控制温度下，炉渣应该具有良好的流动性，如当炉料中A l2O3含量大幅升高时，可以适当的提高渣中的M gO含量，在一定范围内随着M gO含量的增加，炉渣粘度下降，流动性得到改善。这是因为增加渣中M gO含量的比率，可以带入较多的 O2-离子，因而减少了 A l—O阴离子团的聚合度，破坏了它们的网状结构，形成了简单的单、双四面体结构；同时还能与A l2O3生成一系列低熔点物质，改善炉渣的流动性。但渣中M gO含量不能过高，否则渣中将出现过多的镁橄榄石和方镁石[3]，炉渣组成将离开黄长石初晶区中心区域而向边缘靠近，炉渣粘度增加，流动性反而恶化。其次适当提高炉渣碱度，碱度的提高可以为渣中提高更多的 O2-，可以减少A l—O、Si—O阴离子团的聚合度，改善炉渣的流动性，提高炉渣的脱硫能力，降低生铁含硫量。

适当的提高炉缸温度。通过优化炉料结构，提高碱度，从而提高炉料的软熔温度，降低高炉的软熔带位置，促进炉缸铁水温度的提高。因为从炉渣脱硫反应看，脱硫反应是吸热反应，提高温度有利于脱硫反应的进行。

4 结语

通过对安钢永通公司炼铁分析，提出了提高原燃料质量降低高炉入炉焦比，改善炉渣结构的建议，如：适当提高炉渣碱度和渣中M gO含量；加强高炉操作；适当提高炉缸温度；增加出铁次数等措施，来降低生铁含硫量。为进一步降低永通生铁含硫量和提高铁水质量提供了一些有益的技术措施。

[1]朱苗勇.现代冶金学(钢铁冶金卷)[M].北京：冶金工业出版社，2008：149-150.

[2]何环宇，王庆祥，韩秋影.M gO含量对高炉渣性能的影响研究[J].武汉科技大学学报(自然科学版)，2006：6-7.

[3]李福民，吕庆，胡宾生，等.高炉渣的冶金性及造渣制度[J].钢铁，2006，41(4)：20—22.

D ISCOSSION ON REDUCT IONM ETHOD TO SUL FUR CONTENT IN PIG IRON

W u Yudong Zhou Yongp ing L iu Shichen Yang Yubing X i Haili (Anyang Iron＆Steel Group Co.，L td)

H igher requirem ents to the desu lphurization in hot metal p roduction has been put forward w ith raising of p roperty requirem en ts to steelp roducts and increasing of super-low su lphu r steelp roduction.Through the analysisof influencing factors on sulphur content in p ig iron at YongtongBF ofAngang，the countermeasureson reducing sulphur content in p ig iron and imp roving p ig iron quality have been investigated.

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2010—6—5