李長新

( 濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司煉鋼廠，山東濟(jì)南250101)

摘要: 通過對精煉渣利用曼內(nèi)斯曼指數(shù)、脫硫分配系數(shù)以及熱動力學(xué)條件三個方面分析精煉渣脫硫能力，并實踐跟蹤，不同類型的精煉渣對鐵水脫硫存在一定差異，為精煉渣循環(huán)利用奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞: 鐵水脫硫; 精煉渣; KR

1 引言

現(xiàn)各鋼鐵企業(yè)為進(jìn)一步降低煉鋼綜合成本，對LF 精煉渣在鋼水包內(nèi)進(jìn)行了多次循環(huán)利用，并取得了綠色生產(chǎn)節(jié)能降耗的良好效果; 但受鑄機(jī)鋼水澆余及多次利用后渣量增多因鋼水包凈空度受限和生產(chǎn)節(jié)奏影響無法全部回收利用，而精煉渣具有高堿度、高溫、強(qiáng)還原性以及良好流動性的特點，如何充分利用精煉渣特性實現(xiàn)資源利用最大化。本文通過曼內(nèi)斯曼指數(shù)、脫硫分配系數(shù)以及熱動力學(xué)條件對不同循環(huán)利用次數(shù)的精煉渣類型比較分析，并跟蹤試驗。

2 精煉渣組分分析

2．1 精煉渣及不同循環(huán)利用次數(shù)時精煉渣組分分析

濟(jì)鋼煉鋼廠120 t 轉(zhuǎn)爐區(qū)域主要鋼種為SPHC，占總生產(chǎn)比例60%以上，故對SPHC 鋼種精煉渣作為典型分析。具體成分見表1。

通過上表分析，SPHC 鋼種自轉(zhuǎn)爐出鋼至LF 出站鋼水渣中CaO、MgO 升高確保了精煉渣堿度，轉(zhuǎn)爐出鋼和精煉出站平均堿度分別為3． 0 和7． 9;Al₂O₃升高、FeO 明顯降低確保精煉渣的還原性，渣中【S】升高幅度較為明顯。

濟(jì)鋼煉鋼廠120 t 轉(zhuǎn)爐區(qū)域精煉渣造渣主要原料為CaO、CaF₂、鋁系脫氧劑脫氧后產(chǎn)生的Al2O3以及少量的轉(zhuǎn)爐渣，經(jīng)鑄機(jī)澆完后，鋼包內(nèi)精煉渣和少量殘余鋼水，利用鋼包進(jìn)行循環(huán)利用，表2 為不同循環(huán)利用次數(shù)時精煉渣主要成分和堿度。

通過上表，鋼包內(nèi)精煉渣隨著循環(huán)次數(shù)的增加，因在循環(huán)過程中不斷的補(bǔ)加石灰和螢石，堿度逐步升高; 同時，在精煉過程中脫硫造還原渣( Al₂O₃) 呈逐步上升趨勢。

2．2 脫硫能力分析

⑴曼內(nèi)斯曼指數(shù)分析。

由曼內(nèi)斯曼指數(shù)( M) 原理【1】:

M=R/Al₂O₃ = ( CaO /SiO₂) /Al₂O₃                ⑴

M= 0．25∽0．35 時，渣系具有較好的脫硫效果;

以下為不同循環(huán)階段精煉渣由曼內(nèi)斯曼指數(shù)( M) :

循環(huán)前( M) = ( 50．18 /8．68) /16．92 = 0．34

循環(huán)1 次( M) = ( 48．82 /7．56) /19．73 = 0．32

循環(huán)2 次( M) = ( 49．55 /7．01) /21．34 = 0．33

循環(huán)3 次( M) = ( 44．53 /6．36) /27．51 = 0．25

通過不同循環(huán)階段精煉渣由曼內(nèi)斯曼指數(shù)( M)分析，濟(jì)鋼120 t 轉(zhuǎn)爐區(qū)域在精煉渣鋼包內(nèi)循環(huán)利用時，因受鋼包凈空度影響80%以上循環(huán)精煉渣為循環(huán)1 和循環(huán)2 精煉渣，而這兩種渣系通過曼內(nèi)斯曼指數(shù)原理脫硫效果處于最好狀態(tài)。具體比較見圖1。

圖1 比較中循環(huán)1 次和2 次精煉渣脫硫效果最為理想，而循環(huán)前和循環(huán)3 次脫硫效果相對較差，循環(huán)前主要受精煉渣脫氧不充分導(dǎo)致，循環(huán)3 次精煉渣其渣中【S】漸趨飽和。

⑵脫硫分配系數(shù)分析。

由鐵水脫硫反應(yīng)式: ［FeS］+( CaO) = ( CaS) +［FeO］，精煉渣脫硫能力用分配系數(shù)Ls 表示:

Ls = ( %S) /［%S］ ⑵

現(xiàn)濟(jì)鋼煉鋼廠120 t 轉(zhuǎn)爐區(qū)域入廠鐵水平均［S］為0． 028%，精煉渣脫硫循環(huán)后平均［S］為0．010%，分別按此比較不同循環(huán)條件下精煉渣的脫硫分配系數(shù)( Ls) ，代入后計算硫分配系數(shù)如圖2。

⑶熱動力學(xué)條件分析。

濟(jì)鋼煉鋼廠120 t 轉(zhuǎn)爐區(qū)域魚雷罐出鐵位置與鐵水包包底距離為11 m，在出鐵過程中鐵水勢能轉(zhuǎn)化為動能，實現(xiàn)鐵水與精煉渣的在鐵水包內(nèi)充分?jǐn)嚢杌旌? 鐵水溫度平均溫度1 330 ℃，精煉渣溫度與鐵水溫度相當(dāng)。

根據(jù)相關(guān)研究，精煉渣中存在復(fù)雜含硫相Ca₁₂Al₁₄O₃₂S，C₁₂A₇為渣中主要存在的鋁酸鈣物相【2】，其與渣中的CaS 發(fā)生置換反應(yīng)生成含硫復(fù)雜化合物，該置換反應(yīng)式為:

Ca₁₂Al₁₄O₃₃+CaS =Ca₁₂Al₁₄O₃₂S+CaO

ΔrGθ = -92050-4．72T ⑶

若考慮生成物和反應(yīng)物均為固體狀態(tài)，以純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，則在高溫下，上述置換反應(yīng)的吉布斯自由能變化小于零，是一個可自發(fā)進(jìn)行的過程。因此，在精煉渣鐵水脫硫形成的CaS 最終會與渣中的CaO和Al₂O₃形成復(fù)雜鋁酸鈣硫化物而穩(wěn)定存在。

3 實踐效果跟蹤

對不同循環(huán)次數(shù)的精煉渣循環(huán)導(dǎo)至鐵水包跟蹤脫硫效果分析，具體跟蹤試驗見表3。

不同精煉渣組成脫硫效率:

循環(huán)1 次: 脫硫效率: ( 0． 015%-0． 00058%) /0．015%×100 = 96．33%

循環(huán)2 次: 脫硫效率: ( 0． 015%-0． 006%) /0．015%×100 = 60．00%

循環(huán)3 次: 脫硫效率: ( 0． 023%-0． 013%) /0．023%×100 = 43．47%

KR 脫硫: 脫硫效率: ( 0． 028%-0． 006%) /0．028%×100 = 78．57%

通過對上述試驗結(jié)果進(jìn)行分析可得: 不同精煉渣組成對出鐵渣洗脫硫率有較大影響，循環(huán)1 次精煉渣脫硫率較高，隨著精煉渣利用次數(shù)增加，出鐵過程脫硫率有下降現(xiàn)象; 根據(jù)3 次渣洗試驗可以得出，在使用精煉渣3 時脫硫效果有所降低，說明渣中【S】趨于飽和，對進(jìn)一步脫硫有一定影響，不同循環(huán)次數(shù)的精煉渣平均脫硫效率達(dá)到66．66%，KR 鐵水脫硫率78%左右。具體比較見圖3。

對圖2 和圖3 比較，精煉渣的脫硫分配系數(shù)與實際試驗有一定差異，脫硫分配系數(shù)中精煉渣循環(huán)利用次數(shù)達(dá)到2 次時脫硫效果最佳，而實際生產(chǎn)中隨著精煉渣循環(huán)利用次數(shù)的增加脫硫效率逐步下降，這說明精煉渣循環(huán)利用次數(shù)的不同其渣量差異較大，但實際生產(chǎn)比較中隨著渣中【S】的飽和度不斷提高渣量對鐵水脫硫影響相對較小。主要體現(xiàn)在精煉渣對鐵水脫硫的承載能力。

4 結(jié)語

通過理論分析、實踐比較，不同循環(huán)利用次數(shù)的精煉渣對鐵水脫硫呈現(xiàn)不同的脫硫趨勢，總體而言，在精煉渣循環(huán)利用3 次以內(nèi)的，精煉渣平均鐵水脫硫能力達(dá)到60%以上，與KＲ 鐵水脫硫率78．75%比較，對實際生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)意義，在綠色生產(chǎn)理念不斷深入的當(dāng)下，利用精煉渣組織鐵水脫硫具有很強(qiáng)的時代意義。

參考文獻(xiàn):

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