分享：低硫硅钢硫控制工艺优化

• 石凤丽1, , 
 
• 丛铁地1, 
 
• 于文武2, 
 
• 刘书超1, 
 
• 程春灵3

• 1.

  本钢板材股份有限公司炼钢厂，辽宁　本溪

• 2.

  本钢板材股份有限公司炼铁厂，辽宁　本溪

• 3.

  辽宁冶金职业技术学院，辽宁　本溪

低硫硅钢生产的控制难点在于低硫硅钢为超低碳钢，必须经过RH处理，且它对硫含量（质量分数）的要求极低，要求w(S)≤0.004%，按照炉产180 t计算，进入钢水的硫含量大于7.2 kg时就会造成成分不合格，故低硫硅钢对硫的控制关键集中在原料预处理和转炉阶段，如何控制好预处理和转炉阶段的脱硫是本文研究的重点。

1.   预处理脱硫工艺概况

本钢的铁水脱硫工艺流程如图1。CaO+Mg复合喷吹主要设备参见文献[1]。

图  1  铁水脱硫工艺流程

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.   铁水硫控制分析

2.1   硫来源控制

炉产180 t的低硫硅钢中如进入钢水的硫含量大于7.2 kg时就会造成成分不合，而硫的来源主要在铁水、废钢、炼钢用的原辅料及盛装钢水的转炉、钢包所含带的渣中。具体原辅料含硫量及进硫量见表1，镁粉复合喷吹的脱硫极限质量分数为0.0015%，如原辅料进硫量（质量分数）>0.0025%，便会导致成品不合格（由于铁水硫含量非常低，故此处忽略了炼钢的脱硫作用），因此除了控制工艺过程外，还应确保废钢、炼钢用的原辅料均为低硫含量或尽可能控制硫含量高的物料加入量，如用低硫含量的石灰石代替部分活性石灰冶炼等。

表  1  原辅料含硫量及进硫量（质量分数，%）

物料	含硫量/%	添加量/t	进硫量/%
活性灰	0.050	5.5	0.0015
废钢	0.008	24.0	0.0011
石灰石	0.015	1.0	0.0001
菱镁石	0.025	2.0	0.0003

下载: 导出CSV 

| 显示表格

2.2   脱硫热力学分析

预处理过程中，以溶于铁水的[Mg]参与脱硫反应为主，生成MgS，该方式是复合喷吹脱硫的主要反应形式[2]。当镁单独存在时，脱硫反应主要按式(1)进行[3]:

式中，ΔGθ为吉布斯自由能，J/mol。

当有CaO存在时，MgS不稳定，会与CaO进一步反应，见式(2)：

文献[1]中相关实验表明：流态化石灰基本上没有起到脱硫作用，复合喷吹法的脱硫产物主要是不稳定的MgS，未生成更稳定的CaS。

3.   铁水脱硫工艺分析

3.1   脱硫步骤

镁粉主脱硫反应步骤：

（1）镁粉溶解到铁水中形成[Mg]，此期间镁粉的溶解扩散需要一定的时间。

（2）[Mg]与铁水中的[S]接触生成MgS。

（3）反应到一定程度，如想进一步降低铁水中[S]，需要铁水中含有更高的[Mg]，即在一定温度下[S]与[Mg]之积为常数，[S]降低则[Mg]升高反应才能进行，此期间一是需要喷吹更多的镁，二是需要一定的反应时间。

（4）当初始硫过高时，存在着渣硫间的分配平衡，达到动态平衡时，必须通过增大渣量及增加反应扩散时间才能进一步脱硫。

（5）镁粉脱硫的一大弊端是产生回硫，主要是因为：处理铁量大，铁水罐中动力学条件不足，罐中存在部分死区，这部分死区的硫含量仍为铁水初始硫含量；脱硫产物MgS需要形核长大之后上浮到渣中，如果反应时间不够，MgS来不及上浮到渣中，就会残留在铁水中，进入转炉造成回硫。因此，须有足够时间保证MgS尽可能都上浮到渣中，同时确保扒渣扒净，才能尽量降低回硫。

3.2   影响因素分析

（1）铁水到站温度。温度对脱硫反应有不同的影响，一方面随着温度的升高Mg的溶解度降低，由于Mg脱硫反应是放热反应，因此温度的提高不利于脱硫。另一方面，温度的提高有利于脱硫反应的[Mg]在铁水中的扩散及脱硫产物的上浮排出，从生产数据分析可知：如想达到成品硫质量分数≤0.004%，铁水到站温度在1345~1365 ℃利于低硫控制。

（2）喷吹石灰量。经过实验研究发现喷吹石灰中的CaO不能起到脱硫的作用，但它可以稀释渣中(MgS)的含量，使脱硫反应利于向正向进行。从生产数据分析可知：喷吹石灰量越多，越利于成品S的控制，其中石灰量大于390 kg时，炼成率相对较高。

（3）喷吹镁粉量。脱硫反应反应到一定程度，如想进一步降低铁水中[S]，需要铁水中含有更高的[Mg]， [S]降低则[Mg]升高反应才能进行。从生产数据分析可知：镁粉喷吹量大于180 kg时，利于成品S的控制。

（4）转炉上一炉倒炉硫。转炉上一炉倒炉硫与残留在转炉中的渣中硫息息相关，呈正相关关系，是带入硫的一项关键因素。从生产数据分析可知：转炉上一炉倒炉硫质量分数小于0.007%，利于成品硫的控制。

（5）钢包上一炉钢包硫。转炉上一炉钢包硫与残留在钢包中的渣中硫呈正相关关系，是带入硫的另一项因素。从生产数据分析可知：转炉上一炉钢包硫质量分数小于0.006%，利于成品硫的控制。

（6）入站S。理论上分析：入站S越低，在喷吹量和镇静时间足够的前提下，相对来说，成品S易于控制。但从生产数据分析可看出：入站S质量分数在0.032%~0.045%时利于成品S的控制。

为了进一步寻找理论和实际的不同原因，选取入站S质量分数小于0.032%的炉次，根据喷吹量不同可以看出镁粉喷吹量≥180 kg的炉次成品S控制明显好于镁粉喷吹量<180 kg的炉次，说明产生上述情况的原因为喷吹镁粉量不够或镇静时间不够，MgS来不及上浮到渣中。但实际生产中对生产节奏有要求，只能通过多喷吹粉剂的方式利于MgS颗粒和其他固态粉剂簇集上浮，以利于成品硫的控制。

4.   铁水脱硫工艺优化

选取对低硫硅钢成品炼成率影响较大的可控数据S入站、镁粉喷吹量、转炉上一炉倒炉硫、钢包上一炉钢包硫进行改进，通过对比10炉冶炼合格及不合格数据可知：当S入站质量分数<0.032%时，对生产过程中的可控数据进行控制，通过增加镁粉喷吹量大于180 kg，控制尽可能低的转炉上一炉倒炉硫、钢包上一炉钢包硫，同时控制好废钢、原辅料等后续工序带入硫量，能够有效提高低硫硅钢炼成率。

5.   结束语

冶炼低硫硅钢除控制工艺过程外，还应确保废钢、炼钢用的原辅料均为低硫含量或尽可能控制硫含量高的物料加入量。镁粉脱硫的一大弊端是产生回硫，应有足够时间确保脱硫产物MgS形核长大之后上浮到渣中，同时扒渣扒净，才能尽量降低回硫。S入站质量分数<0.032%时，增加镁粉喷吹量大于180 kg，控制尽可能低的转炉上一炉倒炉硫、钢包上一炉钢包硫，同时控制好废钢、原辅料等后续工序带入硫量，能够有效提高低硫硅钢炼成率。