铁水脱硫技术现状及发展前景

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控制及排除炼钢铁水中的硫是冶炼优质钢的两个重要条件。从1965年起就要求在高炉或炼钢设备(转炉)里将焦碳及其它炉料材料带入的硫总量脱掉99％以上。到70年代末已有许多喷吹法问世。虽然这些喷吹方案各不相同，但其基本特征都是用喷枪喷吹气体为基础，而且大多用氮气作载体。脱硫剂则有两大类：碳化钙基(加石灰／石灰石)及镁基(加石灰或碳化钙)混合脱硫剂。在鱼雷式铁水罐或一般铁水包里喷吹。采用复合(协同)喷吹法，即用彼此独立的喷吹管路及罐器向浸在铁水里的喷枪输送两种(甚至3种)脱硫剂。
　 鱼雷式铁水罐里脱硫　　　
% ^$ h4 u7 `& J　 这是最有吸引力的喷吹法。因为它能把铁水脱硫同其运输结合在一起，同时铁水温度也能比用一般铁水包高出30-50℃，但无法避免铁水罐在脱硫当中的严重结渣。铁水罐脱渣方面的研究甚少。这可能是因为渣的状况及化学成份难以确定以及这两种不定因素对铁水脱硫总效率的影响也难以确定。铁水温度较高对用碳化钙／石灰脱硫是个有利条件，但脱硫后缩短铁水罐的静置时间避免其结渣增多却极为困难。
# n& f- {% N( C/ a- g" r2 K　 一般铁水包里脱硫
+ k7 G3 G- d3 F' B# J　 这种脱硫法得到推广有其明显的原因．一是可脱掉一定数量的硫，使铁水达到要求的含硫量，二是可在喷吹前扒掉随铁水带人的高炉渣(但很少这样作，因为不知道高炉渣在脱硫当中与脱硫的关系及其吸硫能力)。严格地说，在脱硫前就需使随铁水带入的渣达到稳定，然而总是无从知道为此需用多少反应剂，所以总是用选定的脱硫剂作补偿使渣稳定。然后再次脱硫。铁水包有包盖可减少甚至消除空气进入，但很少有为铁水包设置包盖的。氧对脱硫的不利影响许多文献多次作过论证，但新建脱硫装置却都忽略了这一点。
1 m) T9 U. t9 t. G　 高炉渣对随后脱硫的影响这个问题以前没有受到重视。目前对此问题的了解已有个基本轮廓。首先是渣的碱度若不相称就会妨碍脱硫过程的顺利进展。高炉渣在炉里时就应具备极好的脱硫能力，使碱充分溶解，同时粘度要低及具有优良的水析性。
　 喷吹设备
$ M, I7 M3 y+ l0 H9 o8 \　 全气动装置喷吹系统已发展成熟。估计今后不会再有什么特别的新方法能大幅度提高脱硫总效率。
5 Y0 K& i, \2 u; Q. j+ ?9 k$ B　 需极均匀地定量配给脱硫剂——这种要求促使新技术的开发，现在正在研究用机械的方法往载体气流中配给脱硫剂。如果能成功地作到这一点，那么可以说这是最好的喷吹技术。
　 目前，盲目加大气体流量以求克服管路阻力的作法并非罕见。此问题在大多数喷吹设备上尚未得到根本解决。据C．Irons的模型试验可以想像，气体流量过急会导致脱硫剂过早吹失。
　 复合喷吹系统首先用在含镁脱硫剂的喷吹上。这种系统很适用，是因为它能减少以往无法克服的镁粒偏集。而普通系统无法在很短的喷吹时间里克服两种脱硫剂成份的波动。机械配粉装置的问世一定能减轻这种不均匀性。
( @! O& `9 ^' Q# j7 p　 脱硫剂
　 炼钢铁水脱硫在20世纪60年代至70年代初走俏，首先是从用碳化钙作脱硫剂开始的。但不久发现，要改善物质交换，必需在此脱硫剂中使用添加剂。首先研究了喷吹中CaC03的“离析”气体或离解反应能否成为增强脱硫势能的基础。但后来认定“离析”的气体数量极小，在载体气体的非绝热膨胀中很可能毫无作用。可以想像，“离析”气体还原后使氧很难接近分界面，结果妨碍或葬送渣中硫化物的二次氧化(以及硫的逆向转变)。需要指出的是，有些钢厂在脱硫中确实添加一定数量的CaC03。有人建议往脱硫剂里添加含气较多的煤；其它各种能产生气体的添加剂原则上都该有助于保持还原氛围。在这种场合下铁水包包盖是否成为累赘，有待于探讨(多半是否定)。
　 在碳化钙基脱硫剂中添加石灰。最初关于碳化钙能析出足够数量氧化钙的说法极可能是　错误的。在与空气氧或渣中氧化物相互作用时CaC2转变成CaO只是在表面上发生的。添加到碳化钙里的萤石会妨碍这种转变，但有助于金属珠粒沉落。在铁水温度下萤石(熔点为1418℃)不能有足够快的反应。试验表明，能提高脱硫总效率的办法是添加熔点为1250℃的易熔矿物——霞石正长岩。加入此材料可明显减少碳化物含量(例如由72％下降到55％以下)。
　 在上述各种碳化物混合物中都是加石灰(CaO)及挥发成份不高的煤。今后的课题是研究添加霞石正长岩时的演化过程。
, B: S! N( l* v* Q, e/ @0 E% n9 N　 镁已成为典型的脱硫剂。镁的采用既要看钢厂具体条件，也要看市场价格。尽管所用的混合物及思路各不相同，但应指出的是：用镁作脱硫剂会遇到某些问题。比如有报导说，在鱼雷式铁水罐中发现其渣线磨蚀严重。此情况也见之于敞口铁水包，只不过程度较轻而已。采用复合喷吹时，镁是与石灰或碳化钙一起喷吹的。此时宜按具体条件来决定采用哪种方案更为合理：是用石灰，还是用碳化钙能达到更好的效果。
　 铁的损失对脱硫是否经济有着重要影响。对于铁损问题首先应注意脱硫过程中金属粒珠的大量增加。这时渣的重量至少会翻一番。美国许多钢厂的作法是采用加有～6％萤石的混合脱硫剂。这样一方面可减少铁的损失，另一方面能克服别的一些缺点。不同生产条件下各种添加剂对所扒渣重量的影响是不一样的。冰晶石及阴极废料(炼铝废料)能明显减少铁的损失。
　 把高炉出铁与铁水脱硫结合起来的问题，目前尚未进行认真的研究与开发。已有的作法都是20世纪60年代末提出的一些方案，主要是与渣合在一起，在铁水沟里予以搅拌。莱茵钢厂及新日铁等初步设计的机械搅拌法尚未得到精确的验证。这些试验虽没给人留下很深印象，但使我们再次关注此有效脱硫方式，而重新研究它的冶金条件。A．More的渣再生循环脱硫法尚未达到可以作出实用设计及成熟的地步。目前尚不可能按RH构思用循环系统处理铁水，虽然它已成功地用在钢水处理上。用独特的滑动水口往铁水里送人脱硫剂的方案不能说是成功的。ISID系统也是如此，尽管此法已用于生产实验，但别的参数却蒙受很大损失。