釩鈦鐵水KR 脫硫控制渣鐵不分工藝實踐

李志丹，牟小海，陳 剛，楊宗波

（成渝釩鈦科技有限公司煉鋼廠，四川 內(nèi)江 642469）

釩鈦科技一煉鋼，采用小高爐釩鐵鐵水冶煉，鐵水硫含量高、溫度低，且波動大，KR 脫硫攪拌過程中，脫硫劑用量大、溫降大。易造成渣鐵分離效果差，嚴(yán)重時產(chǎn)生渣鐵不分，鐵損大，后續(xù)提釩煉鋼過程中將導(dǎo)致釩渣CaO 含量增加，鋼水回硫，對生產(chǎn)、質(zhì)量以及成本帶來較大的影響。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

（1）生產(chǎn)工藝。

高爐來鐵→撈前渣→攪拌→撈后渣→提釩。

（2）釩鐵科技一煉鋼鐵水條件。

表1 釩鈦科技煉鋼廠鐵水條件

2 KR脫硫產(chǎn)生渣鐵不分的機理

低溫高硫釩鐵鐵水，過熱度低，脫硫效率差，為保證脫硫效果，不得不加大脫硫劑用量，大量的脫硫劑在低溫環(huán)境下，擴散脫硫反應(yīng)困難，渣鐵分離差。且爐渣中含有一定的TiO2，降低了爐渣的流動性，更進一步加劇了渣鐵不分的產(chǎn)生。

2.1 釩、鈦含量對脫硫的影響

含釩鐵鐵水黏度、熔化性溫度及凝固點隨鐵水中V、Ti 含量的增加而增加。釩鐵鐵水的這些特點，在一定程度上惡化了脫硫反應(yīng)動力學(xué)條件。同時V、Ti 的存在，顯著降低S 的活度。

釩鐵鐵水過熱度低，爐渣中TiO2含量較高，導(dǎo)致爐渣流動性差，渣鐵分離困難。

2.2 溫度對脫硫的影響

脫硫為吸熱反應(yīng)，因此鐵水溫度增加，提高了脫硫熱力學(xué)條件，同時，高溫對渣的流動性有利，高溫可降低渣的黏度，提高脫硫動力學(xué)條件。

根據(jù)1773 爐脫硫統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其中66 爐渣鐵不分中，鐵水溫度≤1280℃為42 爐，所占比例達63.64%，而未產(chǎn)生渣鐵不分的1707 爐中，鐵水溫度≤1280℃為112 爐，所占比例僅為6.56%。

2.3 鐵水C 含量對脫硫的影響

鐵水C 增加，可提高鐵水中S 的活度，根據(jù)相關(guān)資料介紹，當(dāng)鐵水中其他成分不變的情況下，鐵水中C 含量從4% 降至3.2%時，鐵水S 活度從0.124 降至0.109。

取218爐脫硫數(shù)據(jù)，分析碳含量與脫硫率關(guān)系，碳含量＜3.5%以下，脫硫率不穩(wěn)定，波動大，脫硫率整體偏低。

同時鐵水中碳也參與如下反應(yīng)：

CaO（S）+[S]+[C] ＝CaS（S）+CO

ΔG°=86670-68.96TJ/mol

2.4 Si 含量對脫硫的影響

鐵水中Si 能夠提高脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)條件，增加S 向CaS 反應(yīng)的趨勢；另一方面，Si 參與反應(yīng)后將增加CaO 的消耗量，同時生成了2CaO.SiO2高熔點物質(zhì)，導(dǎo)致渣流動性降低，不利于脫硫。

當(dāng)鐵水中含Si 量在0.05% 以上時，脫硫反應(yīng)用下式表示：

4（CaO）+2[S]+[Si]=2（CaS）（s）+2（CaO.SiO2）（s）

ΔG0=-479430+138.11TJ/mol

2.5 Al 含量對脫硫的影響

為了避免生成2CaO.SiO2外殼，可在鐵水中溶入一定的鋁，使其在石灰表面生成鈣鋁酸鹽（3CaO.Al2O3和12CaO.7Al2O3），鈣鋁酸鹽具有較大的容硫能力。

6CaO（s）+3[S]+[Al]=3CaS（s）+3CaO.Al2O3（s）

ΔG0=-867687+393.65TJ/mol

在實際生產(chǎn)過程中石灰是過量的，CaO 的活度為1，因此增加鐵水中Al 和Si 含量，均能促進反應(yīng)的進行。

3 解決低溫高硫鐵水渣鐵不分的措施

針對低溫高硫釩鐵鐵水的特點，煉鋼廠相應(yīng)調(diào)整脫硫劑配比，提高螢石比例，改善爐渣流動性，采用兩步脫硫法，避免脫硫劑一次性加入量過大，并適當(dāng)對鐵水進行升溫，促進脫硫反應(yīng)的進行，從而保證渣鐵有效分離。

圖1 碳含量與脫硫率關(guān)系

3.1 升溫

對于低溫鐵水，先提釩升溫，再進行KR 攪拌脫硫。經(jīng)過升溫后的半鋼，溫度可達到1300℃以上，為脫硫提供良好的熱力學(xué)條件和動力學(xué)條件。

3.2 調(diào)整脫硫劑配比

在脫硫渣系中，純CaO 熔點高達2570℃，很難熔化。但二元混合物CaO-CaF2體系，有一個從初熔溫度1360℃至全熔溫度2500℃的熔化區(qū)域。在鐵水處理溫度范圍內(nèi)，固相脫硫劑中會產(chǎn)生區(qū)域熔化。利用杠桿原理，計算不同配比脫硫劑中CaO-CaF2二元共晶熔體和固體CaO 的比例。

表1 1360℃下不同配比CaO-CaF2 渣系中CaO 和共晶熔體的相對比例

從數(shù)據(jù)上看，脫硫劑中絕大部分是固體CaO，只有少量的CaO-CaF2共晶熔體。因此，KR 脫硫攪拌過程中，是固態(tài)CaO 與鐵水中S 的多相反應(yīng)。增加螢石配比，對固態(tài)CaO 的形態(tài)影響不大，但可成倍增加共晶熔體的數(shù)量。共晶熔體對固相的脫硫產(chǎn)物，如CaS、3CaO.Al2O3、2CaO.Al2O3等有溶解作用，可加快傳輸過程，促進脫硫反應(yīng)的進行。

因此，釩鈦科技煉鋼廠在處理低溫高硫鐵水時，將螢石比例由正常的10% 增加至15% ～20%。從而保證在低溫、大渣量的條件下，脫硫渣仍具有良好的流動性，促進渣鐵分離。

3.3 兩步脫硫法

對于條件極差的鐵水，不進行一步脫硫到位，即前期投入部分脫硫劑，進行淺脫硫，保證脫硫劑能夠迅速參與反應(yīng)成渣，避免脫硫劑一次性加入后，難以熔解。經(jīng)淺脫硫后的鐵水，根據(jù)鐵水中硫含量的情況，再決定是否繼續(xù)脫硫，或進入下工序冶煉。通過兩步法脫硫，減少了極端條件下鐵水渣鐵不分的幾率。

3.4 添加Si、Al 等促進脫硫元素

低溫高硫鐵水在經(jīng)過升溫回攪后，在半鋼內(nèi)加入鋁鐵或硅鐵，除對半鋼進行脫氧，降低半鋼中氧值，還能夠增加Si、Al 等促進脫硫反應(yīng)的元素，進一步改善脫硫熱力學(xué)條件。

圖1 CaO-CaF2 相圖

4 結(jié)語

釩鐵科技煉鋼廠，針對低溫高硫釩鈦鐵水脫硫困難，渣鐵分離效果差的問題。通過采用調(diào)整脫硫劑配比、兩步法脫硫以及升溫回攪、添加Si、Al 等促脫硫元素等措施，提高了脫硫效率，有效避免了渣鐵不分，消除了脫硫后渣對釩渣CaO 的影響。