镁渣用于铁水脱硫工业试验研究

徐祥斌 陈曜云 余建文

摘 要：本文基于前期的理论分析和试验室试验，将镁渣用作炼钢脱硫剂在冷水江钢铁有限公司进行了工业试验，试验结果表明：单纯使用镁渣作为脱硫剂，采用喷吹法，其脱硫效率能达到80%以上，较之其现有使用CaO系的脱硫效率大幅提高，另外，本文也进行了脱硫效果与镁渣的使用量和喷枪插入深度的试验。

关键词：镁渣；钢铁；脱硫

Abstract：This research use the magnesium slag as a desulfurizer in a steel-making factory based on the analysis result of magnesium slag and the experiment.The result showed that the magnesium slag can get a high efficiency than CaO in desulfuration.The desulfuration efficiency of magnesium slag is higher than 80%，which is much more higher than CaO.This paper also research the relation between efficiency and dosage of magnesium slag or the position of airbrush.

Key words：Magnesium Slag；Steelmaking；Desulfurization

鎂渣是镁冶炼生产过程中产生的废料，每冶炼1t镁大概产生5.5t的镁冶炼渣（常简称镁渣）[ 1 ]，我国每年都会产生大量这样的废料。通过前期对镁渣的研究，发现镁渣中含有单质镁、活性CaO、MgO等物质[ 2 ]，里面的很多成分均可作为钢铁脱硫剂[ 3-5 ]，通过前期的实验室研究，我们也验证了镁渣作为钢铁脱硫剂的可行性，并取得了脱硫率80%以上的指标。

在前期实验室取得较好结果的情况下，选择在冷水江钢铁厂进行工业试验，冷水江钢铁厂是湖南省内较老的一家钢铁企业，现在年产粗钢量约300万吨，本试验进行所在的脱硫站现有一个脱硫工位和一个扒渣工位，现有的脱硫生产工艺为使用CaO并适当配加CaF2进行脱硫，脱硫剂通过喷吹的方式喷入钢（铁）水中，脱硫效率只能达到50%左右，铁水在脱硫过程中的温降为10～15℃，脱硫效率较为低下，迫切需要进行技术改造提升。

试验过程中先根据实验室试验中最好的指标条件进行了一次试验，在确认可行，且不会对现有生产系统产生较大波动的情况下，继续进行后面的多次试验。

一、试验原材料及装置

（一）镁渣

本试验所采用的镁冶炼渣取自国内某大型镁冶炼企业，该企业具有典型的硅热法炼镁的生产工艺，在样品运输过程中干燥密封良好，对该镁渣样进行化学分析后得到其化学成分如下：

粒度分析得到该镁渣粒度分布在10mm以下，以0.1～2mm居多，该镁渣松装密度在1.1 g/cm3左右，流动性尚可，安息角在33～35°。

（二）铁水

本试验所用的铁水情况见表2。

（三）脱硫系统试验装置

① 脱硫容器：100t 铁水罐；平均每罐装有预处理铁水 85～95t；熔池深度2351mm-2914mm；

② 脱硫站有一个喷吹位、一个扒渣位、中间一个换罐位；一个待建喷吹位；

③ 配置有 1 台铁水罐倾翻台车，在扒渣时可以操纵倾翻铁水包；

④ 钢厂的喷吹位一个，喷吹工位配备一个喷吹罐；

⑤ 每个喷吹位配备有一套喷枪升降横移装置（两支枪互为备用）、水冷防溅罩和喷吹管路系统；

⑥ 扒渣位置配备了1 台液压扒渣机、渣盘车和渣盘；

⑦ 现场工人可以在换罐和扒渣位置进行测温取样，设计较为合理；

⑧ 喷吹位旁边配备有换枪起重量为 25/30t 的铸造桥式起重机；

（四）脱硫工艺参数

1）铁水：铁水量75～95 t；

2） 气源：以N2（g）为输送脱硫剂的载体，喷吹压力在0.3MPa 以上，流量为40～100m3/h，直接喷入铁水内部；

3） 喷吹参数：现有生产工艺CaO喷吹强度为10～15kg/min，镁渣喷吹强度为为一个试验变量；

4） 处理周期在35min以内，其中喷吹时间8～12min（转炉冶炼周期32～36min）；

5） 喷枪插入深度：实验室试验结果对工业试验没有太大的参考价值，一般为了扩大脱硫剂与铁水的接触时间和扩散范围，会尽可能插入铁水面下深一些，本试验选定的喷吹深度与该生产线原来使用CaO时相同，为铁水面下2.1m左右，距离包底约0.5m；

（五）试验操作过程

① 铁水罐在运至扒渣位置后，进行常规测温、取样、检验化学成分、第一次扒渣；

② 扒渣完成后，铁水罐恢复原位，喷枪下降插入铁水罐内喷吹脱硫；

③ 喷吹完毕，开始脱硫后的测温取样，倾翻铁水罐，进行第二次扒渣；

二、结果与讨论

（一）镁渣用量的影响

实验过程中，为了避免出现某罐铁水因脱硫不够而不达标的情况，只能在保证脱硫效果达标的前提下，将镁渣的用量选定在一个窄的范围内进行试验，未敢大范围调动镁渣用量进行试验，所以试验条件设置受到很大限制。其他试验的实验条件为：喷枪插入深度为铁水面下2.1m左右，距离包底约0.5m。试验结果见表3。

从试验结果可以看出，镁渣用量的增加对脱硫率的增加不明显，可能是因为本试验中最低的镁渣使用量其脱硫率已经接近镁渣脱硫的极限。另外，在扒渣现场能够很明显的感觉到使用镁渣做脱硫剂其渣量比使用CaO的大，但未具体称量，这也与理论是相符的。

（二）喷枪深度的影响

喷枪的深度会严重影响脱硫剂的脱硫效果及脱硫时间，插入越深则一般脱硫效果越好，本次试验也进行了以镁渣为脱硫剂喷枪插入深度对脱硫效率影响的试验，镁渣用量限定在4.5 kg/t，根据铁水的量通过自动给料机给入料罐中后喷入铁水罐中，试验结果如表4所示。

通过结果可以看出，随着喷枪深度的加深，脱硫效果明显好转，所以，为了取得更好的脱硫效果，应当使用更深的喷枪深度。

三、经济效益分析

因为镁渣为镁冶炼厂的废料，就目前而言，是不需要购买成本的，这点相对于目前的CaO、CaC2、镁锭脱硫剂而言是一个优势，在使用镁渣作脱硫剂时，只需要考虑運输成本。因为本试验中镁渣的用量较大，达到了5 kg/t以上，再加之镁渣的运输途中要考虑防雨、吸湿等因素，进厂后还要求入仓，可能会导致运输费用和运行费用较高，但考虑到镁渣较好的脱硫效果，可能这种投入是值得的，具体如何选择需要进行详细的经济技术核算。

四、结论及建议

1）镁渣用作钢铁行业脱硫剂时，取得了80%以上的脱硫效率，较CaO做脱硫剂效率更高；

2）随着镁渣用量的增加，脱硫效率有一定的提升，渣量亦会随之增加；

3）喷枪深度会影响脱硫效率，且一般深度越深，脱硫效果越好；

4）本试验设计中镁渣用量过于保守，应当再适度降低镁渣用量进行试验，另外，影响脱硫效率的其他参数的试验还进行的不够。

参考文献：

[1] 杨重愚.轻金属冶金学[M].北京：冶金工业出版社，1991.

[2] 徐祥斌，曹慧君，李继睿.镁渣用作燃煤脱硫剂的研究[J]，轻金属，2012（4）：42-45.

[3] Sasaki K， H.Nakashima， M.Nose， Y.Takasaki， H.Okumura.A Newly Developed Hot Metal Treatment has changed the Ideal of Mass Production of Pure Steel. Steelmaking Conference Proceedings[C]. ISS-AIME， Atlanta， 1983， 66（4）：17-20.

[4] 谢中，倪红卫，高运明等.镁在钢水脱硫中的应用[J]，钢铁研究，2007（12）：30-32.

[5] Ian A Cameron， Richard E Jackson.Improved calcium carbide efficiency for hot metaldesulphurization at stelco steels lake erik works[C]. Steelmaking Conference Proceedings，1990（3）：367-374.

项目名称：*湖南省科技厅科学研究一般项目（项目编号：2014SK3189）；湖南化工职业技术学院院级项目（项目编号：HNHY2013003）。

作者简介：徐祥斌（1980-），男，江西宜春人，讲师、工程师，硕士研究生，主要从事有色金属冶炼方面的教学和研究，湖南省株洲市云龙示范区职教大学城湖南化工职业技术学院制药与生物工程系。