脫硫劑粒度對(duì)鐵水脫硫的影響試驗(yàn)

脫硫劑粒度對(duì)鐵水脫硫的影響試驗(yàn)鄒長(zhǎng)東1，劉飛1，許繼芳2，萬(wàn)康2(1.江蘇省(沙鋼)鋼鐵研究院，江蘇張家港215625；2.蘇州大學(xué)沙鋼鋼鐵學(xué)院，江蘇蘇州215021)摘要：通過(guò)不同粒度脫硫劑的鐵水脫硫試驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中脫硫渣微觀結(jié)構(gòu)的分析，探討了脫硫劑粒度對(duì)鐵水脫硫的影響。結(jié)果表明，隨著脫硫劑粒度的減小，鐵水脫硫量、脫硫率和脫硫速率常數(shù)均隨之增大。脫硫渣結(jié)構(gòu)分為3層：外層主要為脫硫產(chǎn)物CaS，厚度為10～50μm；中間層主要為2CaO·SiO；內(nèi)核為未反應(yīng)的CaO。粒度越小，石灰顆粒利用率越高。為保證較好的脫硫效果和提高用率，建議將脫硫劑粒度控制為0.5～1.5mm。關(guān)鍵詞：脫硫劑；粒度；鐵水脫硫；脫硫渣對(duì)于絕大部分鋼種，鋼中的硫元素為有害雜質(zhì)元素，容易引起“熱脆”，影響鋼的性能。一些高級(jí)別品種鋼對(duì)抗氫致裂紋、抗低溫沖擊等性能要求較高，而硫元素是嚴(yán)重惡化這些性能的主要元素之一[1]。因此，應(yīng)盡量降低鋼中硫元素的含量。與轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)及鋼包精煉爐脫硫相比，鐵水預(yù)脫硫工藝具有脫硫效率高、成本低等諸多優(yōu)勢(shì)，是脫硫的優(yōu)選工藝[2-4]。現(xiàn)代鋼鐵廠普遍使用鐵水預(yù)脫硫工藝，目前使用較為廣泛的工藝主要有噴吹法和KR攪拌法。兩者相比較，KR攪拌法具有深脫硫能力強(qiáng)[5-7]、成本低[8]等優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)低硫和超低硫鋼種的首選脫硫工藝。江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)沙鋼)于2009年在宏發(fā)煉鋼廠二車(chē)間安裝了3座KR脫硫站。最近半年時(shí)間內(nèi)，脫硫效果開(kāi)始變差，脫硫劑消耗上升到10kg/t左右，不利于生產(chǎn)成本的控制和產(chǎn)品質(zhì)量的提升。脫硫劑質(zhì)量是影響脫硫效果的重要因素。對(duì)車(chē)間使用的脫硫劑進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)脫硫劑粒度控制不當(dāng)，粒度大于1.5mm的脫硫劑所占比例始終在40%以上，比例過(guò)高。石灰與鐵水的接觸狀況很大程度上影響鐵水脫硫效果[9]。由此推測(cè)，脫硫劑粒度是導(dǎo)致脫硫效果不佳、脫硫劑消耗升高的重要原因之一。為改善鐵水預(yù)脫硫效果、降低脫硫劑消耗，有必要研究脫硫劑粒度對(duì)鐵水脫硫的影響，確定合適的脫硫劑粒度范圍。為此，本文通過(guò)不同粒度脫硫劑的鐵水脫硫試驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中脫硫渣微觀結(jié)構(gòu)的分析，探討脫硫劑粒度對(duì)鐵水脫硫的影響。試驗(yàn)條件試驗(yàn)原料取脫硫站生產(chǎn)中使用的脫硫劑，用振動(dòng)篩篩分成小于0.5，0.5～1.0，1.0～1.5和1.5～3.0mm共4種粒度的脫硫劑，使用化學(xué)手工分析和熱重分析測(cè)定脫硫劑的成分。試驗(yàn)用生鐵成分見(jiàn)表1。試驗(yàn)設(shè)備和方法圖1所示為脫硫試驗(yàn)裝置示意圖。試驗(yàn)時(shí)，生鐵加入量為(500±10)g，脫硫劑加入量為生鐵質(zhì)量的3%，試驗(yàn)溫度為(1375±5)℃。當(dāng)鐵水溫度達(dá)到試驗(yàn)溫度并恒溫一定時(shí)間后，將稱(chēng)量好的脫硫劑通過(guò)石英管從坩堝上部一次性加入到鐵水液面上。試驗(yàn)在大氣氣氛下進(jìn)行，并且試驗(yàn)過(guò)程無(wú)攪拌。鐵水取樣使用石英管，加脫硫劑前先取樣，取樣時(shí)間記為0min，加入脫硫劑后開(kāi)始計(jì)時(shí)，3，5，10，15，25和40min進(jìn)行取樣，對(duì)每次取出的樣品稱(chēng)重。樣品經(jīng)處理后，使用LECOCS600型碳硫分析儀測(cè)定其硫含量。脫硫渣的微觀組織分析KR鐵水脫硫工藝一般使用CaO+CaF2基的脫硫劑，在鐵水脫硫溫度下，一般是固體CaO顆粒起到脫硫作用，脫硫反應(yīng)層的厚度可反映出石灰的利用率。為更深入探討脫硫劑粒度對(duì)鐵水脫硫的影響，取車(chē)間脫硫渣進(jìn)行電鏡分析。將脫硫渣顆粒使用環(huán)氧樹(shù)脂冷鑲，使用砂紙對(duì)樣品進(jìn)行干磨，然后在蔡司EVO18型掃描電鏡下觀察其微觀組織，并使用電鏡所帶的能譜儀分析元素含量。結(jié)果及討論脫硫劑成分試驗(yàn)所用脫硫劑為生產(chǎn)中使用的脫硫劑，使用振動(dòng)篩篩分得到4種粒度的脫硫劑。表2為不同粒度脫硫劑的成分及各種粒度所占的比例。從表2中可以看出，生產(chǎn)中使用的脫硫劑粒度主要集中在0.5～1.5mm，占61.5%；小于0.5mm粒度所占的比例最低；1.5～3.0mm所占比例達(dá)到了25.6%，稍微偏高。成分上，0.5～1.0mm和1.0～1.5mm兩組脫硫劑的成分相差不大，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，CaF質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，低于5%；小于0.5mm粒度的CaO質(zhì)量2分?jǐn)?shù)略為偏低，CaF質(zhì)量分?jǐn)?shù)略高，Ca(OH)是4組中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的，主要是由于顆粒越 2 2小，石灰越容易吸潮導(dǎo)致的；1.5～3.0mm粒度CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，CaCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高，接近15%，可能是因?yàn)槭抑形赐耆珶傅腃aCO組分較難被破碎導(dǎo)致。由此可知，生產(chǎn)中使用的脫硫劑不同粒度范圍的成分很難完全一，這與脫硫劑的生產(chǎn)工藝有關(guān)。鐵水脫硫試驗(yàn)結(jié)果由于鐵水初始質(zhì)量為500g左右，過(guò)程中取樣7次，最終剩余鐵水質(zhì)量為原始質(zhì)量的85%～92%，并且取樣時(shí)會(huì)帶走部分鐵水中的硫。因此，在處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，將取樣帶走部分的硫不計(jì)入鐵水被脫去的硫中。經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的鐵水脫硫試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，其中，脫硫率的定義為脫硫量與初始硫質(zhì)量的比值。圖2所示為不同粒度脫硫劑的脫硫量和脫硫率隨時(shí)間的變化。從圖2中可以看出，前10min內(nèi)，鐵水脫硫效果不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)回硫的現(xiàn)象。如粒度小于0.5mm的脫硫劑5min和10min的脫硫量均小于3min的脫硫量，脫硫率也是如此；10min之后的脫硫量和脫硫率均隨著脫硫時(shí)間的增加而穩(wěn)步增長(zhǎng)。從脫硫量比較可以看出，脫硫15min后，粒度小于0.5mm和0.5～1mm兩組脫硫劑的脫硫量比較接近，是這4組脫硫劑中脫硫量較大的2組；粒度為1～1.5mm脫硫劑的脫硫量低于前2組脫硫劑；粒度為1.5～3mm脫硫劑的脫硫量最小。從脫硫率比較可以看出，脫硫15min后，粒度為0.5～1mm脫硫劑的脫硫率最大；其次為小于0.5mm脫硫劑，兩者比較接近；粒度為1～1.5mm脫硫劑的脫硫率低于前2組；脫硫率最小的為1.5～3mm脫硫劑，并且與前3組相差甚遠(yuǎn)。圖3所示為脫