鋼水脫硫新技術(shù)

1、鋼水脫硫新技術(shù)由于在鋼水加工過(guò)程中，硫元素的含量出現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，同時(shí)市場(chǎng)上對(duì) 金屬的質(zhì)量要求也在不斷提升，在全球范圍內(nèi)，至少絕大多數(shù)的使用氧氣頂吹轉(zhuǎn) 爐的鋼鐵廠對(duì)其中部分鋼材進(jìn)行了脫硫處理。常規(guī)的鋼水脫硫是把鋼鐵先進(jìn)行轉(zhuǎn) 爐處理，然后再進(jìn)行脫硫，這是后端脫硫，但是采用在金屬進(jìn)入到轉(zhuǎn)爐中之前， 先進(jìn)行脫硫處理的前端脫硫方式更具經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)鋼水脫硫過(guò)程，盡管有許多種方法可以使用，但是在大規(guī)模的商業(yè)使用 上，有三種主要的脫硫方法：（1）機(jī)械攪拌脫硫法（KR）:使用石灰作為反應(yīng)試劑；（2）烏克蘭（Desmag）顆粒鎂噴吹技術(shù)或者鎂粉單通道注塑工藝（ MMI ）：將 鎂作為反應(yīng)試劑；（3）多通道共同

2、注塑工藝法：使用鎂粉、石灰或者電石（或者三者同時(shí)使用） 作為反應(yīng)試劑。反應(yīng)試劑在這三種常用的鋼水脫硫工藝中（KR、MMI和多通道混合共注塑法）,常 用的反應(yīng)試劑有石灰、電石和鎂粉等。所有的反應(yīng)過(guò)程都是基于如下的化學(xué)反應(yīng) 方程式：(D(2)S(fe) + CaS - CaS + O(fe)S(fe) + CaC2 - CaS + 2C(fe)S(fe) + Mg - MgS上述三個(gè)反應(yīng)式中，反應(yīng)（3）的反應(yīng)速率是反應(yīng)（2）的速率的3倍，同時(shí) 是反應(yīng)（1）的速率的20倍。這也就意味著，以鎂粉作為反應(yīng)試劑的時(shí)候，將會(huì) 比用其他試劑的反應(yīng)速率快很多。 在反應(yīng)結(jié)束之后，反應(yīng)產(chǎn)物之中會(huì)形成大量的 CaS和

3、MgS （它們的密度均比液態(tài)鐵的密度低），這些產(chǎn)物將會(huì)上升到液態(tài)鐵的 表面，并形成渣層。生產(chǎn)過(guò)程結(jié)束后，將這一層渣層清除，此時(shí)，硫元素將會(huì)從 鋼水中除去。當(dāng)MgS到達(dá)鋼水表面的時(shí)候，這些產(chǎn)物將會(huì)接觸到空氣中的氧氣， 那么將會(huì)發(fā)生如下的反應(yīng)過(guò)程：(4)2MgS + O2 - 2MgO + 2S此時(shí)，又有部分不受控制的硫元素再次溶解到液態(tài)鐵水里面。這就是所謂的 再次硫化過(guò)程，可以通過(guò)兩種方法來(lái)避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生一一第一種， 盡量避免 空氣和MgS的接觸，但是這也將會(huì)導(dǎo)致一些實(shí)際問(wèn)題的發(fā)生，（反應(yīng)試劑的注入 過(guò)程和灰渣的清理過(guò)程都應(yīng)該惰性氣體的氛圍中進(jìn)行）。第二種方法是，通過(guò)使 硫元素與鈣元素相結(jié)合

4、，從而形成更加穩(wěn)定的 CaS,其反應(yīng)方程式如下：MgS + CaO - CaS + MgO（5）MgS + CaC2 + 1/2O2 - CaS + MgO + 2C（6）此時(shí)，反應(yīng)生成的產(chǎn)物為 CaS和MgO,它們將會(huì)以一種更加穩(wěn)定的固體狀 態(tài)存在于灰渣之中。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)理論，鎂粉的反應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 鈣元素，因此可以作為鈣元素反應(yīng)的另一種替代反應(yīng)物試劑。但是，石灰和電石在與鋼水中的硫元素發(fā)生反應(yīng)的時(shí)候， 具有更低的平衡力，如圖1所示。這就意 味著雖然鎂可以達(dá)到一個(gè)更加快速的反應(yīng)速率， 但是石灰和電石在與其反應(yīng)時(shí)卻 能夠使得鋼水中的硫元素的濃度。反應(yīng)（1）和反應(yīng)（2）中產(chǎn)生的CaS

5、將會(huì)持續(xù)與反應(yīng)物試劑接觸，在 1分 鐘之內(nèi)，在上升壓力的作用下，將會(huì)導(dǎo)致這些產(chǎn)生的CaS不斷上升到灰渣層。反應(yīng)（3）為均相化合反應(yīng)，這就意味著在鎂粉接觸到硫元素之前，其必須先要 溶解到鋼水中。因此，反應(yīng)所形成的產(chǎn)物 MgS在反應(yīng)剛開(kāi)始時(shí)將會(huì)以一種單一 的分子形式存在，同時(shí)需要花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間才能積聚和上升到灰渣層中（這個(gè)過(guò)程大約需要花費(fèi)5到8分鐘）。在實(shí)際過(guò)程中，這就意味著，為了達(dá)到有效的脫 硫過(guò)程，在最后一次注入鎂粉之后，除渣過(guò)程的停止時(shí)間不能早于8分鐘，換句 話說(shuō)，在反應(yīng)開(kāi)始之后的8分鐘內(nèi)不需要進(jìn)行灰渣的處理。S in IM時(shí)間圖1.鎂和鈣兩種物質(zhì)分別與硫反應(yīng)的平衡狀態(tài)圖1、機(jī)械攪拌脫硫法機(jī)

6、械式攪拌脫硫法（KR）是在1963年由日本新日鐵公司發(fā)明的。這是由于 在日本鎂礦產(chǎn)量很少，因此日本的企業(yè)也為此尋求一些替代品。 于是，石灰便順 理成章地成為了日本金屬冶煉行業(yè)中脫硫處理的最主要的反應(yīng)物試劑，當(dāng)然，有時(shí)也會(huì)在反應(yīng)過(guò)程中加入一些 CaF2和/或AI2O3等。在反應(yīng)試劑加入到反應(yīng)容器 中時(shí)，有兩種主要的方法，一是通過(guò)旋轉(zhuǎn)噴射槍（典型的旋轉(zhuǎn)速度為100到200轉(zhuǎn)/分鐘）將與載氣混合好的反應(yīng)試劑（常用的載氣為氮?dú)猓┮煌⑸涞戒撍校?第二種方式是直接從反應(yīng)器的頂部將反應(yīng)試劑加入到鋼水之中。其主要部件為一個(gè)巨型的攪拌器，這個(gè)攪拌器擁有4個(gè)巨大的轉(zhuǎn)子葉片，隨著葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以 有效地在鋼水中

7、形成強(qiáng)烈的湍流。正是由于湍流的作用，導(dǎo)致相比于靜態(tài)注入來(lái)說(shuō)，用于運(yùn)輸氣體的氣泡的尺 寸將小很多，同時(shí)也使得石灰在鋼水中的停留時(shí)間顯著加長(zhǎng)。 石灰停留時(shí)間的增 加對(duì)整個(gè)生產(chǎn)加工過(guò)程來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的， 這是因?yàn)槭沂且环N相對(duì)反應(yīng)速率較 慢的反應(yīng)試劑。圖2.機(jī)械式攪拌脫硫法（KR）示意圖通過(guò)機(jī)械式攪拌脫硫法（KR）的使用，石灰能夠被更加高效地利用，這就 意味著，生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)石灰的需求量更少，同時(shí)，質(zhì)量更低的石灰也能夠使用。 然而，需要注意的是，攪拌也將意味著有一道工序需要在脫硫之前完成，那就是去除含有大量二氧化硅的高爐爐渣，因?yàn)檫@些爐渣將能夠使得石灰脫硫的作用效 率顯著降低。葉輪與鋼包中的耐火材料的

8、磨損程度將顯著增加。在裝有鋼水的鋼 包中，最后為了產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的湍流，將需要一個(gè)更大的波動(dòng)高度（這個(gè)波動(dòng)高 度將要比混合注射法高出1m以上）。2、鎂粉單通道注射工藝在1969年至1971年期間，烏克蘭科學(xué)院 發(fā)明了鎂粉單通道注射工藝（MMI ） 到目前為止，這種工藝生產(chǎn)方法依然是烏克蘭和俄羅斯進(jìn)行鋼水脫硫處理的主要 工藝，同時(shí)，在中國(guó)的一些工廠也在使用著這種工藝進(jìn)行生產(chǎn)。在北美，由于這 種生產(chǎn)過(guò)程存在較大的應(yīng)力，導(dǎo)致對(duì)這種方法的測(cè)試以失敗告終。在鎂粉單通道注射工藝（MMI ）進(jìn)行的過(guò)程中，通過(guò)一個(gè)喇叭形的注射器 將大量鎂合金注入到鋼水中。為了使得整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程趨于穩(wěn)定，在噴射器的末端 設(shè)置一個(gè)空

9、腔，來(lái)是進(jìn)入此腔體內(nèi)的鎂發(fā)生蒸發(fā)作用（鎂的沸點(diǎn)為1107C）。然而，也有一些工廠所使用的鋼包尺寸很龐大，鋼包里面使用的是直線型的噴射器， 同時(shí)系統(tǒng)中并不含有蒸發(fā)腔體。在上述的兩種不同的情況下，鎂的蒸發(fā)都能夠引 起足夠強(qiáng)度的湍流，從而可以確保在整個(gè)鋼水的范圍內(nèi)， 鎂作為反應(yīng)試劑能夠形 成良好的分配，分布均勻。圖3.鎂粉單通道注射工藝(MMI )鎂粉單通道注射工藝(MMI )的支持者這樣陳述他們的觀點(diǎn)，他們認(rèn)為對(duì) 于使用鎂粉作為反應(yīng)試劑的脫硫工藝過(guò)程來(lái)說(shuō)，石灰的加入并不能使得其脫硫效 率發(fā)生顯著的提高。當(dāng)然，這無(wú)疑是十分正確的，因?yàn)殒V的反應(yīng)速度比石灰快大 約20倍，對(duì)于整個(gè)脫硫反應(yīng)來(lái)說(shuō)，等量石灰的

10、貢獻(xiàn)度將小于5%。相反地，這樣 一件事已經(jīng)得到了證實(shí)，實(shí)際上，石灰的加入不但沒(méi)有使得效率提升， 反而還使 得鎂脫硫的效率降低了，特別是在石灰的質(zhì)量不是很好的時(shí)候，這一點(diǎn)顯得尤為 突出。導(dǎo)致這樣狀況發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：CaCO3 - CaO + O(fe) + CO(7)O(fe) + Mg - MgO(8)當(dāng)然，如果只有鎂一種物質(zhì)作為反應(yīng)試劑加入到鋼水中時(shí)，再次硫化反應(yīng)將會(huì)成為其中一個(gè)主要的問(wèn)題。另外一個(gè)比較嚴(yán)重的問(wèn)題便是鎂反應(yīng)的渣層比較薄(相對(duì)于機(jī)械式攪拌脫硫法 KR和多通道共同注塑工藝來(lái)說(shuō))，在對(duì)上層灰渣進(jìn) 行清理的過(guò)程中，將會(huì)導(dǎo)致更多接近灰渣層的鐵被一同清理出去， 從而導(dǎo)致灰渣 層

11、中大量鐵的損失，在經(jīng)濟(jì)性上不夠樂(lè)觀。為了使得灰渣層保持穩(wěn)定，同時(shí)減小 再次硫化反應(yīng)的發(fā)生，大多數(shù)鋼鐵廠的做法是在爐渣的上部加入一些石灰、助流 劑和混凝劑等。3、多通道混合注塑工藝將鎂和石灰兩種反應(yīng)試劑混合共同注射到鋼水中的工藝，可以結(jié)合兩種試劑 各自的優(yōu)點(diǎn)。一方面，鎂粉的加入可以顯著加強(qiáng)反應(yīng)的速率，而另一方面，石灰 可以減少后期硫化物聚合的時(shí)間， 進(jìn)一步縮短整個(gè)脫硫工藝的時(shí)間成本。 在過(guò)去 的生產(chǎn)過(guò)程中，石灰有時(shí)候?qū)?huì)被電石替代，相對(duì)于石灰來(lái)說(shuō)，電石具有更好的 效率，但是由于電石存在著一定的安全性的問(wèn)題，因此，這種選擇在新的鋼鐵廠內(nèi)已經(jīng)不再使用了。多通道多反應(yīng)物共同注射的工藝已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)

12、被廣泛 使用，同時(shí)，這種方法也被看作是行業(yè)內(nèi)的一種標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)過(guò)程。圖4.多通道混合注塑工藝在生產(chǎn)過(guò)程中，不同的反應(yīng)試劑被分別儲(chǔ)存在不同的分配器中， 而當(dāng)試劑需 要進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，他們將會(huì)在注射生產(chǎn)線中進(jìn)行混合。 試劑的注入都是通過(guò)一個(gè)直 線型的注射器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在注射器的底部有一個(gè)開(kāi)口進(jìn)行注射， 或者在側(cè)面安裝 多個(gè)開(kāi)口。在注射過(guò)程中通常會(huì)使用到載氣（通常為氮?dú)猓?，可以保證注射的過(guò) 程更加平順。載氣的加入和鎂粉的蒸發(fā)會(huì)在鋼水中制造大量的湍流，這就可以確保試劑能 夠在鋼水中形成充分穩(wěn)定均勻的分配。這種混合試劑注射的方法其中一個(gè)優(yōu)勢(shì)是， 鎂粉和石灰及電石的加入比例可以根據(jù)需要不斷地做出調(diào)整和改變，當(dāng)然這

13、是在實(shí)際需求和允許的情況下實(shí)現(xiàn)的。舉例來(lái)說(shuō)，如果對(duì)反應(yīng)時(shí)間的要求不是很嚴(yán)格， 也就是說(shuō)反應(yīng)時(shí)間可以加長(zhǎng)的話，那么在注入的反應(yīng)試劑的比例就應(yīng)該相應(yīng)地做 出改變，比如增加石灰的用量，同時(shí)減小鎂粉的注入量，這將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)加工生產(chǎn)過(guò)程更加具有靈活性，同時(shí)效率更高4、技術(shù)方面和冶金方面的比較所有的方法都有其各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 因此，必須根據(jù)每一個(gè)鋼鐵廠的具體 情況和要求來(lái)設(shè)置每一種方法的優(yōu)先順序， 確保達(dá)到最佳的效果。但是，對(duì)于上 述的三種不同的脫硫方法來(lái)說(shuō)，均可以從必要的技術(shù)條件以及冶金兩方面來(lái)進(jìn)行 比較。表1.定性方面的比較KRMMI混合注入法運(yùn)行時(shí)間-+ +鋼鐵損失+ + +部件磨損-+溫度損失-

14、+低含硫量+ +-+靈活性-+ +安全性+ +-+處理時(shí)間整個(gè)脫硫處理工藝的時(shí)間最終取決于所采用的反應(yīng)試劑和鋼水中的硫進(jìn)行 化學(xué)反應(yīng)的速率。因?yàn)殒V粉作為反應(yīng)試劑的速率要比使用石灰作為反應(yīng)試劑時(shí)的 速度快很多，因此，單通道鎂粉注射法（ MMI ）和多通道共同注塑工藝的反應(yīng) 過(guò)程都比機(jī)械式攪拌脫硫法（KR）快。KR反應(yīng)過(guò)程存在一個(gè)額外的時(shí)間延長(zhǎng)過(guò) 程，這是由于在將反應(yīng)試劑注入到鋼水中之前，需要進(jìn)行一個(gè)額外的除法過(guò)程， 這主要是針對(duì)轉(zhuǎn)爐內(nèi)原先存在的灰渣。根據(jù)文獻(xiàn)的研究結(jié)果，平均而言，KR過(guò)程將會(huì)比多通道混合注射工藝多花費(fèi)大約 10%到20%的時(shí)間。對(duì)于反應(yīng)試劑的注入時(shí)間來(lái)說(shuō)，單通道鎂粉注射工藝（ M

15、MI ）將會(huì)比多通 道混合共同注射工藝花費(fèi)更少的時(shí)間。 但是，這些所節(jié)約的時(shí)間都是有限的， 這 是因?yàn)橹挥挟?dāng)所有的 MgS顆粒全部到達(dá)灰渣層的時(shí)候，除法過(guò)程才能夠停止， （這將會(huì)花費(fèi)大約8分鐘的時(shí)間）?？傮w來(lái)說(shuō)，單通道鎂粉注射法的反應(yīng)速率比 反應(yīng)試劑為鎂粉和石灰的混合試劑的多通道同時(shí)注射工藝的速率要快，（大約5%左右）；但是通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)多通道混合同時(shí)注射法的反應(yīng)試劑為鎂粉和電石的混合物時(shí)，它的反應(yīng)速率甚至?xí)?MMI的速率還要高。鋼鐵材料的損失在除去頂層的灰渣時(shí)，會(huì)造成大量的鋼鐵材料損失，這對(duì)鋼鐵廠來(lái)說(shuō)是一個(gè) 主要關(guān)心的問(wèn)題。鋼鐵的損失主要有兩種不同的方法。在頂層爐渣的形成過(guò)程中， 部分鐵水的

16、液滴將會(huì)被困在爐渣層中，形成一種乳液狀的形態(tài)。當(dāng)將這部分爐渣 去除時(shí)，這部分困在爐渣層中的鐵將會(huì)被一同除去，這就是所謂的乳化損失。一般來(lái)說(shuō)，在爐渣層中，大約有一半的物質(zhì)是那些鐵水所形成的乳化物。那么，這 就將意味著通過(guò)盡可能地減小爐渣層的大小，將能夠使得乳化損失降低到最低。 而另外一個(gè)主要的鋼鐵損失是來(lái)源于夾帶損失。當(dāng)這些爐渣層被清理的時(shí)候，部分鋼鐵層將會(huì)與這些渣層連接，因此就會(huì)被一同除去。對(duì)于減少這部分夾帶損失， 可以通過(guò)如下方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：在清理灰渣的時(shí)候更加仔細(xì)小心，避免過(guò)多的鐵損失； 或者使用更有粘性的灰渣，這將會(huì)更加易于消除。在KR工藝中，由于在這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的灰渣，同時(shí)，在進(jìn)行脫

17、硫處 理之前，需要進(jìn)行一個(gè)額外的除渣過(guò)程， 主要針對(duì)轉(zhuǎn)爐中的爐渣，其總體的鋼鐵 損失量將會(huì)比多通道混合注射法的損失量高出2-3倍。MMI工藝的鋼鐵乳化損失是三種方案中最低的，這是由于 MMI中的灰渣層的厚度是最小的（相對(duì)于混 合注射法來(lái)說(shuō)，厚度大約小7倍）。然而，由于MMI中含有較低的堿度，因此， 相比于含有大量鈣的灰渣層來(lái)說(shuō)，MMI的灰渣層中包含更多的含鐵乳化物。但 是相比于多通道混合共同注射和機(jī)械式攪拌脫硫工藝（KR）來(lái)說(shuō)，MMI工藝過(guò)程中的鋼鐵夾帶損失將明顯提高，這是由于其灰渣層的厚度較小導(dǎo)致的除渣過(guò)程 困難。當(dāng)然，同時(shí)還需要注意的是，由于爐渣中硫的含量和濃度很高以及存在再 次硫化的風(fēng)險(xiǎn)

18、，MMI工藝在處理灰渣的時(shí)候需要更加徹底。然而，根據(jù)一些文 獻(xiàn)所提供的數(shù)據(jù)，MMI過(guò)程的鋼鐵損失率是非常低的（甚至可以低于0.03%）,不過(guò)當(dāng)將鋼鐵的夾帶損失考慮在內(nèi)的時(shí)候， 這個(gè)數(shù)據(jù)似乎是沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)的。但 是，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn) MMI的鋼鐵損失率與多通道混合共同注射的鋼 鐵損失率是相似的：都是1%左右，而KR的鋼鐵損失率大約為2-3%。耐火材料和噴射器的磨損造成耐火材料以及噴射器等磨損的首要原因是：鋼水和熔融態(tài)的灰渣的高溫 和腐蝕性作用。對(duì)于KR過(guò)程來(lái)說(shuō)，由旋轉(zhuǎn)葉輪所產(chǎn)生的湍流作用是造成其磨損 的主要原因。同時(shí)，葉輪也是非常容易遭受磨損的部件， 這是因?yàn)樵谶\(yùn)行過(guò)程中 會(huì)使得刀片發(fā)生

19、斷裂，此時(shí)將會(huì)相應(yīng)地減小湍流的強(qiáng)度，進(jìn)而降低整體的效率。 由于存在各種磨損的問(wèn)題，大量學(xué)者對(duì)耐火材料的方面做出了研究， 尤其是在與8KR系統(tǒng)相關(guān)的領(lǐng)域。相比于磨損問(wèn)題較大的KR工藝，MMI的過(guò)程中就存在更 少的磨損問(wèn)題，這是由于在 MMI工藝?yán)锩娴耐牧鲝?qiáng)度更小。但是，由于目前大 量的工廠中已經(jīng)使用鎂粉作為石灰的替代物，此時(shí)灰渣層中的堿性更低，也就造 成了腐蝕磨損作用的增強(qiáng)。多通道混合共同注入法相比于MMI來(lái)說(shuō)，其湍流強(qiáng)度更低，同時(shí)具有更高的堿性，這就解釋了為什么在這種情況下， 耐火材料和噴 射器所遭到的磨損是三種方案中最小的。溫度損失在脫硫處理的過(guò)程中，鋼水將會(huì)散失大量的熱量。當(dāng)這些反應(yīng)試劑被

20、加入到 轉(zhuǎn)爐里的鋼水中時(shí)，鋼水的溫度會(huì)影響其廢料的產(chǎn)量， 使其增加，或者可以使得 轉(zhuǎn)爐中的除灰時(shí)間的加長(zhǎng)。當(dāng)然，如果在脫硫處理過(guò)程發(fā)生之前，鋼水的溫度已 經(jīng)變得足夠低的話，那么脫硫過(guò)程的作用一定會(huì)被完全忽略。這種情況在KR工 藝過(guò)程中顯得更為常見(jiàn)。在脫硫處理過(guò)程中的溫度損失是否被看是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn) 題，這主要取決于在當(dāng)?shù)氐匿撍蛷U料兩者之間的價(jià)格差。更高的溫度損失是有以下這些因素造成的： 更長(zhǎng)時(shí)間的反應(yīng)過(guò)程，更加劇烈 的湍流運(yùn)動(dòng)，厚度更低的灰渣層（灰渣層在反應(yīng)過(guò)程中的作用就相當(dāng)于一種絕熱 的保溫材料，隔絕熱量的損失）以及一些產(chǎn)生熱量較少的反應(yīng)材料的使用（鎂粉 的反應(yīng)是一個(gè)放熱的化學(xué)反應(yīng)，但是石灰

21、參加的反應(yīng)卻不是）。在這幾種反應(yīng)方式中，KR工藝的反應(yīng)加工時(shí)間更長(zhǎng)，湍流強(qiáng)度更大，同時(shí)過(guò)程中并不含有主要 的放熱反應(yīng)，三種因素的共同作用使得KR工藝過(guò)程的溫度損失量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他 工藝過(guò)程，相對(duì)于多通道混合同時(shí)注射法及 MMI注射工藝來(lái)說(shuō)，其溫度損失量 是他們的三倍。多通道混合注射所花費(fèi)的時(shí)間高于 MMI注射過(guò)程；而另一方面， 多通道混合注射法的湍流強(qiáng)度更低， 同時(shí)其灰渣層的厚度卻更高。因此，對(duì)于多 通道混合注射和MMI兩種脫硫工藝來(lái)說(shuō)，他們的溫度損失量的大小是相似的。低含硫量現(xiàn)如今，鋼水中所含有白硫元素的濃度僅為 10-20ppm時(shí)，可以被認(rèn)為是達(dá) 到標(biāo)準(zhǔn)要求的。由于鎂粉和金屬中的硫發(fā)生反應(yīng)的

22、過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)再次硫化的現(xiàn)象， 因此，如果只有單一的反應(yīng)物鎂的時(shí)候，那么該脫硫反應(yīng)將無(wú)法達(dá)到以上的要求。 根據(jù)文獻(xiàn)的描述，通過(guò)使用鎂作為單一反應(yīng)物試劑的情況下所達(dá)到的低含硫量是 可以做到的，但是這些測(cè)量但是直接發(fā)生在試劑注入之后 （此時(shí)再次硫化的過(guò)程 還沒(méi)有開(kāi)始進(jìn)行）。然而，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用 MMI工藝進(jìn)行脫硫處理時(shí)， 在反應(yīng)試劑剛被注入到鋼水中的時(shí)候，金屬中的硫元素的濃度將會(huì)降低到0.006%以下。通過(guò)從轉(zhuǎn)爐的頂部增加一些助溶劑，可以對(duì)此進(jìn)行一定量的補(bǔ)償。而當(dāng)使用多通道混合注入法進(jìn)行脫硫處理時(shí)， 可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的低硫濃度要求。 然而，因?yàn)樵诹虻臐舛容^低的情況下，鎂作為反應(yīng)試劑將會(huì)是沒(méi)有效果的

23、， 因此 只有在其中注入一些石灰才能盡可能達(dá)到所需要的低濃度硫的要求。 由于在多通 道混合注入的方式下湍流強(qiáng)度較低， 因此相對(duì)于使用KR的方法來(lái)說(shuō)，如果想達(dá) 到更低的硫濃度，將需要花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間以及更多的反應(yīng)試劑。當(dāng)要求達(dá)到持續(xù) 的低濃度硫含量的時(shí)候，KR法將會(huì)是最合適的。靈活性如果一個(gè)脫硫處理裝置可以應(yīng)對(duì)不斷變化的情況的話，比如當(dāng)試劑短缺或者反應(yīng)時(shí)間較短的時(shí)候，這樣的脫硫裝置將有利于鋼鐵廠的靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。在關(guān)于反應(yīng)時(shí)間的控制上，KR不是很靈活，這是因?yàn)樵?KR之中，最佳的石灰流量以及攪 拌器的旋轉(zhuǎn)角度在運(yùn)行之前都已經(jīng)確定了。通過(guò)將初始的硫釋放出去，KR工藝過(guò)程只能夠降低整個(gè)反應(yīng)所花費(fèi)的時(shí)間。 對(duì)

24、于KR來(lái)說(shuō)，反應(yīng)試劑的有效性將不 再是一個(gè)問(wèn)題。然而，對(duì)于使用鎂粉作為反應(yīng)試劑的MMI過(guò)程來(lái)說(shuō)，有可能會(huì)產(chǎn)生一些不足的方面，導(dǎo)致偶然的運(yùn)行成本的增加，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的 斷裂和停車。而對(duì)于多通道混合注入工藝來(lái)說(shuō)， 無(wú)論是從加工的時(shí)間，還是從試 劑的不足兩方面來(lái)看，這種方法都具有很高的靈活性，因?yàn)樗械乃俾屎捅壤?是可以根據(jù)實(shí)際的需求靈活調(diào)節(jié)的。甚至可以將電石作為替代試劑注入到鋼水中 進(jìn)行反應(yīng)。安全性能鎂粉是一種十分危險(xiǎn)的、可燃性的化學(xué)物質(zhì)，如果發(fā)生泄漏，將有可能導(dǎo)致 著火的發(fā)生。而一旦鎂接觸到水，將會(huì)產(chǎn)生爆炸性的氣體一一氫氣。 當(dāng)其應(yīng)用到 脫硫反應(yīng)之中時(shí)，為了防止其產(chǎn)生巨大的危害，需要

25、在鎂的外面增加一個(gè)涂層。 盡管如此，相對(duì)于石灰來(lái)說(shuō)，在可燃性方面，鎂合金依然是一種更加危險(xiǎn)的反應(yīng) 試劑。在MMI反應(yīng)過(guò)程中（有時(shí)候也將使用在KR反應(yīng)里），經(jīng)常在試劑中加入 一些氟化鈣使得反應(yīng)進(jìn)行更為穩(wěn)定。當(dāng)氟化鈣參與反應(yīng)時(shí)，將毒型的物質(zhì)一一氟 氣將會(huì)產(chǎn)生。加上在反應(yīng)試劑注射過(guò)程中所產(chǎn)生的強(qiáng)大應(yīng)力 （這是由于過(guò)程中會(huì) 產(chǎn)生的鎂粉的蒸發(fā)和氧化），對(duì)于人類的健康和環(huán)境的保護(hù)來(lái)說(shuō)，這些都將使得 MMI脫硫工藝變得相對(duì)不安全?；旌献⑷雽?duì)于MMI工藝在北美被放棄使用，這也是其中的原因之一。同樣地，由于10大量鎂粉的使用，相對(duì)于KR工藝來(lái)說(shuō)，混合注入方法也被認(rèn)為其安全性能較低， 而在KR過(guò)程中，卻不會(huì)提供氟

26、化鈣?；诎踩苑矫娴目紤]，對(duì)于全新的混合 注射脫硫設(shè)備來(lái)說(shuō)，電石是很少使用的（當(dāng)其接觸到水的時(shí)候，電石可以產(chǎn)生爆 炸性的氣體一一乙快）。相比于KR工藝中需要注入一些氟化鈣來(lái)說(shuō)，混合注入 脫硫工藝（使用的是石灰作為反應(yīng)試劑）將是一個(gè)更為安全的選擇。位于中國(guó)的一家大型轉(zhuǎn)爐工廠中所配備的混合注入系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性當(dāng)考慮到資本支出（CAPEX）這一因素的時(shí)候，KR系統(tǒng)的造價(jià)將會(huì)比混合 注入法以及MMI更加昂貴，這是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)更加龐大，同時(shí)還將使用到攪拌機(jī) 械和動(dòng)力系統(tǒng)。MMI的價(jià)格要比混合注入工藝的價(jià)格更加低廉，這是因?yàn)?MMI 在制造的過(guò)程中只需要一個(gè)配送器。但是，運(yùn)行成本卻通常是最重要的一個(gè)因素。 對(duì)于

27、運(yùn)行成本，最有效的影響因素描述如下。表2.最主要的運(yùn)行成本貢獻(xiàn)度的比較每噸鋼水KRMMI混合注入法鋼鐵損失? 7.50? 3.00? 3.0011反應(yīng)試劑成本? 0.70? 1.45? 1.60設(shè)備磨損? 1.00? 0.70? 0.41溫度損失? 0.75? 0.25? 0.25總計(jì)? 9.95? 5.40? 5.26鋼鐵損失鋼鐵損失是這些因素中對(duì)運(yùn)行成本影響最大的一個(gè)方面。我們假設(shè)每噸鋼水的價(jià)格為300?。對(duì)于 MMI和混合注射工藝來(lái)說(shuō)，其液態(tài)鋼鐵損失量為總量的 1%,而對(duì)于KR則為2.5%。而當(dāng)考慮到將這些灰渣層進(jìn)行循環(huán)使用時(shí)，通常情 況下，對(duì)于鋼鐵損失所帶來(lái)的成本將會(huì)有所降低。除渣過(guò)程

28、一一在脫硫處理過(guò)程中不可避免的一部分反應(yīng)試劑成本對(duì)于反應(yīng)試劑的成本，我們做出以下的假設(shè)：鎂粉的費(fèi)用為每噸2500?,混合注入工藝中的石灰價(jià)格為每噸175?,而KR工藝中的石灰（質(zhì)量要求更低） 的價(jià)格為每噸50?。同時(shí)還可以這樣估計(jì)：在混合注入工藝和MMI工藝方案下, 平均每噸鋼水中將會(huì)注入大約 0.5kg的鎂粉。在混合注射工藝中，混合試劑常用 的平均比例為1:4 （Mg： CaO）,也就是說(shuō)每噸鋼水中還將需要大約 2kg的石灰。12 而KR過(guò)程的注入量為每噸10kg。對(duì)于KR和MMI來(lái)說(shuō)，也將要加入一些助溶 劑和/或者一些混凝劑（大約為單位熱量加入 500kg,成本大約為每噸80?）。因 此這

29、里的成本大約為每噸鋼水中加入 0.20?。設(shè)備磨損對(duì)于整個(gè)脫硫過(guò)程來(lái)說(shuō)，最主要的設(shè)備磨損集中在旋轉(zhuǎn)葉片和鋼包的耐火磚 上。因?yàn)榫S修費(fèi)用與設(shè)備磨損所帶來(lái)的差值是可以忽略的，因此對(duì)剩余設(shè)備的維修費(fèi)用將不在考慮范圍之內(nèi)。KR脫硫處理系統(tǒng)中一套完整的旋轉(zhuǎn)葉片平均為30000tHM （每200噸中需要150次加熱），其價(jià)格大約為8000?。而 MMI脫硫 工藝中的旋轉(zhuǎn)葉片平均為10000tMH （50次加熱），其費(fèi)用大約為1500?。對(duì)于 混合注入法來(lái)說(shuō)，其旋轉(zhuǎn)葉片平均也為 10000tHM，而所需的費(fèi)用則為800?。 這些旋轉(zhuǎn)葉片的平均壽命也包括了這樣一個(gè)事實(shí)，那就是在他們第一次的加熱過(guò) 程中，將會(huì)出現(xiàn)一些破損和斷裂的情況。鋼水鋼包中含有大量的耐火材料，而這些耐火材料的更換將要花費(fèi)大約 12000?（這其中也將勞動(dòng)力的成本包含在內(nèi)）。因?yàn)樵贛MI和KR兩種工藝運(yùn) 行的時(shí)候，將需要更多的波動(dòng)空間（至少為 50cm）,所以耐火材料的更換數(shù)量將 會(huì)多出10%左右（因此總成本為 13200?）。對(duì)于KR系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，大約平均每 18000t