铁水预脱硫在安钢的应用效果分析

向 华 厚健龙 徐新琰

( 安阳钢铁集团有限责任公司 )

铁水预脱硫在安钢的应用效果分析

向 华 厚健龙 徐新琰

( 安阳钢铁集团有限责任公司 )

主要介绍了铁水预处理脱硫工艺在安钢的应用现状，通过结合实际生产数据，对比分析了铁水预处理和LF精炼的脱硫能力、脱硫效果和脱硫成本。认为铁水预脱硫和LF均具有较强的脱硫能力，预处理脱硫成本低于LF，但在过铁水预处理+LF精炼工序的多数钢种中，铁水预处理脱硫工序的实际脱硫效率不高(实际脱硫率仅为26.2%)，综合来看反而增加了生产成本。

铁水预处理 LF精炼 脱硫成本

AbstractIn this paper, the application status of hot metal pre-desulfurization process in Anyang Steel is introduced. The desulphurization capacity, desulphurization effect and desulfurization cost of molten iron pretreatment and LF refining are compared and analyzed. It is concluded that the effect of desulfurization and the cost is lower than LF, but in the majority of steels in the superfine treatment + LF refining process, the actual desulfurization efficiency of the hot metal pret-desulfurization process is not high (the actual desulfurization rate is only 26.2%), but instead increases the production cost.

KEYWORDShot metal pretreatment LF refining desulphurization cost

0 前言

铁水预处理脱硫过程具有良好的脱硫热力学和动力学条件，脱硫效率很高，成为现代转炉炼钢厂的必备工序之一，在炼钢生产中被广泛应用。多年来，国内关于铁水预处理脱硫的工艺技术方面的文章很多，但对铁水脱硫预处理的经济性、合理性讨论相对较少，且均倾向于分析不同预脱硫工艺之间的成本[1]，很少涉及预处理脱硫对整个炼钢工序成本的影响。本文基于安钢第二炼轧厂(以下简称二炼轧)实际生产数据，通过与LF精炼脱硫进行对比，从炼钢厂的角度分析了铁水预处理的脱硫能力、脱硫效果和脱硫成本。

1 铁水预处理脱硫的工艺现状

安钢二炼轧现有2套铁水预处理脱硫设备，采用Danieli公司的CaO-Mg在线复合喷吹铁水预处理技术，该工艺采用流态化石灰和钝化镁粉进行在线复合喷吹，能够实现快速高效率的脱硫。除普碳钢、部分低合金结构钢外，二炼轧大部分钢种均要求铁水预处理脱硫。工艺路线为：铁水预处理脱硫-转炉-LF-(RH)-板坯连铸。

2 铁水预处理脱硫与LF脱硫效果分析

2.1 铁水预处理脱硫

以2015年铁水预处理脱硫数据分析(见表1)，在不同铁水条件下，其终点S含量均能够达到0.010%以下；而且根据计算，铁水预处理脱硫量平均为0.029 5%，平均脱硫率达到84.2%。可见铁水预处理脱硫具有极强的脱硫能力。

表1 铁水硫含量分布及预处理脱硫终点

由于铁水预处理脱硫后硫主要进入渣中，脱硫渣中含硫量可达到2%～3%，典型脱硫渣成分见表2。在转炉吹氧冶炼过程中，不仅是高氧化性环境，同时顶吹氧气和底吹氩气还对钢水和渣起着强烈的搅拌作用，为回硫提供足够的热力学和动力学条件。这种条件下，如果脱硫渣进入转炉必将造成回硫，铁水脱硫残渣量越大、残渣中硫质量分数越高，则回硫幅度越大[2]。因此，铁水预处理脱硫效果最终还取决于脱硫扒渣的效果。

铁水脱硫扒渣量及计算的实际脱硫量见表3。

表2 铁水脱硫渣成分分析

表3 铁水脱硫扒渣量及实际脱硫量(计算)

从表3可以看出，安钢铁水预处理脱硫85.78%的炉次扒渣量≤10 kg/t钢，平均扒渣量为5.14 kg/t钢；根据表2数据进行计算，铁水实际脱硫量平均仅为0.009 2%，预处理实际脱硫率仅为26.2%。因此，由于扒渣量过低使得铁水预处理脱硫能力没有完全发挥。

2.2 LF精炼脱硫

LF精炼也具有较强的脱硫能力，根据钢种质量需要，目前大部分经过铁水预处理的钢种均需要经过LF精炼处理。以2015年统计数据显示，铝镇静钢(如图1所示)的LF精炼平均脱硫量为0.014%，平均脱硫率达到75%。而且LF初始硫含量即转炉终点硫含量即使达到0.045%以上，成品平均硫含量也能达到0.005%以下，而目前大部分经过铁水预处理脱硫钢种的成品硫含量标准要求≤0.010%或0.015%，这意味着LF工序具有较大的富裕脱硫能力。

图 1 LF初始[S]分布与成品[S]平均含量

考虑到铁水预处理脱硫平均脱硫量实际不足0.01%(见表3)，假设未过铁水预处理脱硫则这部分硫将叠加在转炉终点上，由图1可知转炉终点硫含量分布≥0.045%的比例将增加0.95%，并不会显著增加LF的脱硫负担。表明在现有的铁水预处理脱硫工艺、转炉工艺、铁水以及原辅料条件下，钢水脱硫存在工序上的能力富裕，对于部分钢种以脱硫而言，可以不经过铁水预处理脱硫，利用LF精炼脱硫即可达到标准要求。

3 脱硫成本对比分析

3.1 铁水预处理脱硫成本

铁水预处理的成本包括脱硫剂消耗、铁水温降、铁损、脱硫渣处理、喷枪消耗、载气消耗、电费等多个方面；本文主要考虑脱硫剂消耗、铁水温降、铁损3个方面。粉剂消耗按照CaO粉价格500 元/t、Mg粉18 000 元/t计算；铁损按照扒渣带铁量22%、铁水价格2 100 元/t计算；铁水温降的影响是降低铁水带入转炉的物理热，导致转炉能耗和物料消耗升高，根据资料废钢比每提高1%，可减少599 kg标准煤(煤610 元/t)，即成本减少3.65 元/t钢；另外废钢比每增减1%，钢铁料消耗减增0.587 kg，即成本减增1.23 元/t钢，合计废钢比每增加1%，成本减少4.88 元/t钢。根据文献铁水温度降低10 ℃则废钢比下降约0.88%，相当于成本增加4.29 元/t钢。近似认为1 t铁冶炼1 t钢[3]，根据钢种的成品硫含量要求，以2015年数据统计成本变化见表4。

表4 钢种的铁水预处理主要成本

从表4可以看出，各类钢种的预处理脱硫工序成本都在18 元/t～21元/t左右；此外脱硫要求越严格，扒渣量相应越大，其单位脱硫成本也相应较低，例如产品硫要求≤0.005%的钢种扒渣量最大，平均达到6.27 kg/t，其单位脱硫成本也最低，为17.36元/t。

3.2 LF脱硫成本

从成本方面来说，LF精炼成本主要包括合金消耗、渣料消耗、电能消耗、电极消耗、水和氩气消耗等。根据文献所述，渣料/电能消耗约占LF工序成本的60%[4]。以2015年LF精炼数据，铝镇静钢成品硫含量范围0.005%～0.010%为例，进行LF工序总成本的计算，不同的转炉终点硫含量对应的LF精炼造渣料、电能消耗的成本 (其中，石灰、改质剂、电价分别按500 元/t、3 500 元/t、0.58 元/t进行计算)见表5。

表5 LF工序主要成本

对比表4和表5，LF工序总成本达到30 元/t左右，要明显高于铁水预处理脱硫的18 元/t～21 元/t的成本。但从表5可知，对于不同的转炉终点硫含量，其LF成本差异不大，这主要因为LF除了需要进行脱硫任务外，还具有送电升温、合金化、去夹杂和工序衔接等任务，脱硫只是LF工序成本的一部分，很难单独拿出来。

3.3 综合分析

众多文献引用分析铁水预处理脱硫经济效益时指出，相比高炉、钢包精炼和转炉冶炼，预处理脱硫的成本最低，其中高炉脱硫的成本仅次于转炉[5]。由于安钢铁水预处理脱硫是炼钢厂的一部分，在实际生产中并不考虑铁水预处理脱硫对高炉冶炼成本的影响。而且在多数钢种的冶炼中，转炉并不作为脱硫的主要工序。通过上文分析可知，LF精炼的工序成本要显著高于铁水预处理脱硫工序成本，这与文献观点一致。但由于脱硫只是LF精炼的一部分任务，多数钢种因为去夹杂、温度、合金化等任务必须经过LF精炼，在LF脱硫能力范围内，铁水预处理脱硫工序则是多余的。这也是当前铁水预处理脱硫工序扒渣量低、脱硫率低的原因。

因此，需要针对钢种的不同要求、不同的铁水条件，在充分发挥转炉、LF精炼脱硫的能力的前提下，合理的安排铁水预处理脱硫，从而实现综合工序成本最低。

4 结论

1)在不同铁水条件下，其终点S含量均能够达到0.010%以下；根据2015脱硫数据计算，铁水预处理平均脱硫量为0.029 5%，平均脱硫率为84.2%，铁水预处理具有极强的脱硫能力。

2)虽然铁水预处理具有极强的脱硫能力，但是铁水预处理扒渣量较少，限制了其实际脱硫效果，铁水实际脱硫量平均仅为0.009 2%，预处理实际脱硫率仅为26.2%，铁水预处理脱硫能力并没有完全发挥。

3)目前LF脱硫具有较大的富裕能力，对于部分钢种脱硫，可以不经过铁水预处理脱硫，利用LF精炼脱硫即可达到标准要求。

4)对于脱硫成本而言，LF精炼的总体成本要明显高于铁水预处理的脱硫成本，但是对于不同的转炉终点硫含量而言，其LF精炼成本与铁水预处理的差异并不大。

综上所述，仅从炼钢厂对钢水脱硫的角度考虑，LF精炼在多数情况下有能力保证钢种对脱硫的要求；在过铁水预处理+LF精炼工序的多数钢种中，铁水预处理脱硫工序的实际脱硫效率不高(实际脱硫率仅为26.2%)，综合来看反而增加了生产成本。因此，针对钢种的不同硫含量要求、不同的铁水条件，在充分发挥转炉、LF精炼脱硫的能力的前提下，合理的安排铁水预处理脱硫，才能实现综合工序成本最低。

[1] 赵沛.炉外精炼剂铁水预处理实用技术手册[M].北京:冶金工业出版社,2004:257-268.

[2] 徐辉,赵张发,黄峰业,等.铁水脱硫渣回硫分析及聚渣剂研究[J].中国冶金,2011,21(11),26-29.

[3] 姜晓东,徐安军,田乃媛,等.喷吹发和搅拌法铁水脱硫工艺成本的综合评估[J].炼钢,2006,22(4),55-58.

[4] 刘敏,徐海亮,仉勇.降低LF炉精炼工序成本探讨与实践[J].鞍钢技术.2012:2,47-54.

[5] 孙中强. 铁水脱硫预处理的理论及工艺研究[D].沈阳：东北大学钢铁冶金系,2006:1-94.

APPLICATIONEFFECTANALYSISOFHOTMETALPRE-DESULFURIZATIONINANYANGSTEEL

Xiang Hua Hou Jianlong Xu Xinyan

( Anyang Iron and Steel Group Co.,Ltd )

2017—3—27