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鞍鋼高爐渣脫硫能力研究

文檔作者：郭天永車玉滿姚碩孫鵬李連成張立國陳國一文檔來源：鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月05日
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鞍鋼高爐渣脫硫能力研究
郭天永，車玉滿，姚碩，孫鵬，李連成，張立國，陳國一
(鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心，遼寧鞍山114009)
摘要：針對鞍鋼鲅魚圈高爐進(jìn)口礦比例高，爐渣w(A1203)偏高的特點(diǎn)，利用實(shí)驗(yàn)室配渣和
現(xiàn)場高爐渣研究了爐渣化學(xué)成分對脫硫性能的影響，并分析了適宜爐渣脫硫能力給高爐生產(chǎn)
帶來的益處。研究結(jié)果表明，提高爐渣堿度與提高to(MgO)都可以提高爐渣脫硫能力，而且后
者效果強(qiáng)于前者；爐渣w(A1203)小于14％時，不論爐渣堿度高低，to(A1203)對脫硫能力影響不
大．當(dāng)to(Al 0 )超過l6％后，脫硫能力明顯變差，維持或適當(dāng)降低爐渣脫硫能力均可降低高爐
燃料消耗和使用廉價高硫煤種。
關(guān)鍵詞：高爐；爐渣；脫硫能力；硫分配系數(shù)；燃料比
中圖分類號：TF748 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—4613(2013)02—0012—05
Study on Desulphurizing Capacity for Blast Furnace Slag in Angang
Guo Tianyong，Che Yuman，Yao Shuo，Sun Peng，Li Liancheng，Zhang Liguo，Chen Guoyi
(Technology Center of Angang Steel Co．，Ltd．，Anshan 1 14009，Liaoning，China)
Abstract：The effect of chemical compositions of BF slag on desulphurizing properties are
studied by using the mixing slag from the laboratory and the BF slag from the site with regard to
the characteristics of mixing more imported ores in ore-blending and higher content of A1203 in
slag in the BF in Bayuquan Iron&amp;amp; Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co．．Ltd．．And then
good results due to the suitable desulphurizing capacity for the BF slag are also analyzed．The
studied results show that the desulphurizing capacity can be improved when the slag basicity and
the content of AI203 in BF slag are increased and what S more increasing the content of A1203 is
more powerful than increasing the basicity in improving the desulphurizing capacity．It is found
that the effect of content of A1203 in BF slag on desulphurizing capacity is slight no matter whether
the basicity is high or low when the content of A1203 in BF slag is less than 14％ ．However，while
the content of A1203 in BF slag is more than 16％ ，the desulphurizing capacity becomes worse and
thus the fuel consumption for BF can be decreased and some other kinds of cheap coals with high
content of sulphur can be used as the desulphurizing capacity for the BF slag needs to be main—
tained or decreased properly．
Key words：BF；slag；desulfurizing capacity；distribution coefficient of sulfur；fuel ratio
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司的高爐
原料以進(jìn)口礦為主，礦石種類多，成分差別大，特
別是進(jìn)口澳礦的Al2o，含量普遍偏高，導(dǎo)致爐渣的
AI：0，含量上升，爐渣流動性和穩(wěn)定性變差，爐渣
郭天永，碩士，T程師，2010年畢業(yè)于北京科技大學(xué)冶金lT程
專業(yè)。E-mail：gty77@126．com
— — 12 ——
脫硫性能下降，對高爐順行造成一定影響。
在一定原燃料和冶煉條件下．降低生鐵含硫
量的主要方向和途徑是提高硫在渣、鐵間的分配
系數(shù)( )，也就是要改善造渣制度，提高爐渣的脫
硫能力，其中提高爐溫和改善爐渣化學(xué)成分都可
以提高脫硫能力[1]，但過高的爐渣脫硫能力，則會
增加高爐燃料消耗。增加生產(chǎn)成本。本文以鞍鋼鲅
2013年第2期
鞍鋼技術(shù)
ANGANG TECHNOLOGY 總第380期
魚圈高爐實(shí)際爐渣為基準(zhǔn)。通過配渣研究了二元
堿度、MgO和A12O3含量對爐渣脫硫性能的影響，
并采用回歸分析法分析了現(xiàn)場高爐渣化學(xué)成分與
硫分配系數(shù)的關(guān)系，探討了適當(dāng)?shù)臓t渣脫硫性能
給高爐生產(chǎn)成本帶來的益處，為鞍鋼鲅魚圈制定
合理的高爐造渣制度提供依據(jù)。
l實(shí)驗(yàn)方法及裝置
以鞍鋼鲅魚圈現(xiàn)場高爐渣平均成分為基準(zhǔn)．
以高爐渣二元堿度CaO／SiO2、MgO和Al20，含量為
因素，采用只改變某一因素，固定其他因素的交叉
因素法E2]，計(jì)算出選定變量渣樣的目標(biāo)成分，根據(jù)
目標(biāo)成分，采用規(guī)劃求解法解出CaO、SiO2、A12O3、
MgO等各種化學(xué)純試劑的添加量。然后配制出不
同堿度、MgO和Al：O，含量的脫硫渣樣。根據(jù)鞍鋼
鲅魚圈高爐冶煉條件，硫負(fù)荷為2．9～3．0 kg／t，按
95％硫進(jìn)入爐缸液態(tài)渣鐵中。即大約有2．755～
2．850 kg／t硫進(jìn)入渣鐵，則對應(yīng)試樣鐵的硫含量應(yīng)
該在0．275 5％～0．285 0％之間。如此高硫鐵樣在高
爐生產(chǎn)中根本無法找到．大多數(shù)脫硫?qū)嶒?yàn)高硫鐵
樣均采用FeS進(jìn)行配制。本實(shí)驗(yàn)采用了高爐號外
鐵作為實(shí)驗(yàn)鐵樣，脫硫渣鐵成分見表1．并對實(shí)驗(yàn)
數(shù)據(jù)做適當(dāng)修正加以解決。根據(jù)高爐原燃料條件，
高爐渣比基本在0．28～0．29之間。實(shí)驗(yàn)中選擇渣鐵
比0．29。并考慮坩堝容量確定鐵渣樣重量。
表1 高硫生鐵成分I質(zhì)量分?jǐn)?shù)) ％
脫硫?qū)嶒?yàn)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于二硅化鉬高溫管式
爐中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見圖1。
管
圖1 高爐渣脫硫性能檢測裝置示葸圖
實(shí)驗(yàn)采用上下兩層石墨坩堝作為反應(yīng)器．按
照渣鐵比稱取適量渣樣裝入下層坩堝．放置在電爐
中升溫熔化至1 500℃ ，再稱取適量高硫鐵樣，裝
入底部帶孔的上層坩堝，然后放置在電爐內(nèi)爐渣
坩堝之上。待生鐵樣完全熔化漏畢后，在1 500 oC
下恒溫反應(yīng)30 min。然后取出坩堝，快速冷卻，取
出渣鐵樣．檢驗(yàn)反應(yīng)后鐵樣的硫含量。爐渣脫硫能
力部分實(shí)驗(yàn)配渣方案見表2。
表2 爐渣脫硫能力部分實(shí)驗(yàn)配渣方案
一13 —
郭天永等：鞍鋼高爐渣脫硫能力研究
《鞍鋼技術(shù))2013年第2期
總第380期
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2．1 爐渣堿度對脫硫能力的影響
實(shí)驗(yàn)以鞍鋼鲅魚圈高爐爐料結(jié)構(gòu)中塊礦比例
為1O％一13％ 、控制燒結(jié)礦Al2o3含量小于1．75％
條件下的現(xiàn)場爐渣為基準(zhǔn)，固定to(MgO)為7．5％ 、
to(A1 03)為14．84％不變，研究不同爐渣CaO／SiO2為
0．95～1．25的脫硫能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。
圖2 鐵水硫與爐渣堿度的關(guān)系
由圖2可知。在實(shí)驗(yàn)條件下鐵樣硫含量隨爐
渣二元堿度增加而降低。即爐渣脫硫能力整體隨
著堿度增加而提高．因此提高堿度可以有效降低
鐵水中的硫含量。
根據(jù)爐渣脫硫基本反應(yīng)式：(CaO)+[FeS]+
[C]一(CaS)+[Fe]+CO，提高堿度，意味著渣中CaO
含量增加，根據(jù)離子理論，溶液中0z一活度增加，
有利于反應(yīng)向右進(jìn)行，鐵水硫降低。其中(CaO)是主
要脫硫劑，S 與Ca 結(jié)合形成(CaS)。此外，隨著爐
渣堿度提高。渣中復(fù)雜硅氧離子體解體為簡單的硅
氧離子體[(Si 09) +3O 3(SiO )4-]，致使?fàn)t渣粘
度降低，有利于爐渣與金屬液體之間傳質(zhì)，有利于
Sz一向爐渣中轉(zhuǎn)移。從而改善脫硫反應(yīng)的動力學(xué)條件。
圖3為鞍鋼鲅魚圈現(xiàn)場高爐渣堿度與硫分配
系數(shù)上s的關(guān)系。從圖3可以看出，爐渣堿度超過122
后。硫分配系數(shù)工s增加趨勢趨于平緩，也就是說
脫硫效率不再增加，甚至趨于下降，而且過高的爐
渣堿度會增加燃料消耗[3]，增加生鐵成本。綜合考
慮爐渣粘度、脫硫性能和生產(chǎn)成本。鞍鋼鲅魚圈高
爐爐渣合適爐渣堿度應(yīng)控制在1．15～1．20范圍內(nèi)。
2．2 爐渣MgO含量對脫硫能力的影響
實(shí)驗(yàn)以鞍鋼鲅魚圈高爐高Al2O，含量進(jìn)口礦
配比增加時期現(xiàn)場爐渣為基準(zhǔn)。保持爐渣堿度為
— — 14 ——
1．20、to(Al203)為16．5％不變，研究to(MgO)為5％-
15％的脫硫能力．鐵水硫與爐渣MgO含量關(guān)系見圖4。
CaO／Si0 2
圖3 硫分配系數(shù)與爐渣堿度關(guān)系
圖4 鐵水硫與爐渣MgO 含量關(guān)系
由圖4可知。在實(shí)驗(yàn)條件下，隨著爐渣to(MgO)
增加，實(shí)驗(yàn)鐵樣硫含量呈快速下降趨勢，當(dāng)∞(MgO)
超過13％后，曲線趨于平緩，即隨著∞(MgO)
的增加，爐渣脫硫能力在提高，但超過一定含量
后，其脫硫能力不再增加。由于此渣to(Al20，)超過
l6％ ，考慮到爐渣流動性和穩(wěn)定性，∞(MgO)應(yīng)控
制在13％左右。
圖5為鞍鋼鲅魚圈現(xiàn)場高爐渣to(MgO)含量
與硫分配系數(shù) 的關(guān)系，高爐渣的平均堿度為
1．20，re(A1203)為13．89％，。從圖5可以看出，隨著
爐渣oJ(MgO)增加，硫分配系數(shù)上s也有所增加，
由于爐渣∞(Al203)小于14％ ，∞(MgO)基本控制
在8．10％～9．00％。理論J2MgO也是脫硫劑，其脫硫
機(jī)理與CaO基本相似。
2．3 Al2o，含量對爐渣脫硫能力的影響
實(shí)驗(yàn)以鞍鋼鲅魚圈高爐現(xiàn)場爐渣平均成分為
基準(zhǔn)，保持爐渣堿度為1．20、to(MgO)為8．10％不
2013年第2期
鞍鋼技術(shù)
ANGANG TECHNoLoGY 總第380期
變，通過配渣研究to(A1 0，)為8％一20％的脫硫能
力。實(shí)驗(yàn)渣中to(A120，)與鐵水硫含量關(guān)系見圖6。
(Mg0)／?6
圖5 爐渣Mg0含量與硫分配系數(shù)關(guān)系
圖6 鐵水硫與爐渣AI203含量的關(guān)系
圖6表明。在堿度1．20和to(MgO)為8．10％
條件下，爐渣to(A1203)在10％一12％之間，鐵水中
硫含量最低，之后隨著AI 0，含量逐漸升高，生鐵
硫隨之上升，爐渣脫硫能力逐漸下降。這是因?yàn)?
A1 0 雖然具有酸、堿兩重性，但在高爐渣系內(nèi)基
本以弱酸性氧化物存在，Al20 能夠吸收爐渣中
0z-形成復(fù)合陰離子Al Ov2_，促使?fàn)t渣的熔化性溫
度升高．惡化爐渣脫硫的動力學(xué)和熱力學(xué)條件。
圖7為現(xiàn)場渣to(A1 0，)與硫分配系數(shù) 的
關(guān)系，其堿度、to(MgO)與實(shí)驗(yàn)渣相近，to(Al：0 )在
13．20％～14．5％之間。
從圖7可以看出。這種成分的渣對硫分配系
數(shù)影響不大。因此堿度為1．20、to(MgO)為8o／~9％，把
to(AI20 )控制在15％以下，對爐渣脫硫能力影響
不大。
2．4 三種因素對爐渣脫硫能力的綜合影響
統(tǒng)計(jì)分析鞍鋼鲅魚圈高爐現(xiàn)場爐渣化學(xué)成分
和硫分配系數(shù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)．采用多元線性回歸法分
(h1 0：；)／％
圖7 爐渣AI2O3含量與硫分配系數(shù)關(guān)系
析了爐渣二元堿度、to(MgO)和to(Al203)對硫分配
系數(shù)厶的綜合影響。經(jīng)回歸分析，得到回歸方程
為：Ls=一l l5．44+1．88A1203+7．90 MgO-I-47．49
(二元堿度)，其中復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0．513，南于回
歸方程在給定的顯著性水平Ot為0．05下建立的．
自變量個數(shù)為3，樣本個數(shù)為92，查相關(guān)文獻(xiàn)[2]
附表得對應(yīng)的臨界值R 為0．296，由于R>R ，
說明建立的回歸方程非常顯著，也就是說硫分配
系數(shù)厶與爐渣堿度、to(MgO)和to(A1 0，)之間存
在非常密切的關(guān)系。表3為回歸方程方差分析。
表3 回歸方程方差分析
注：··表示因變量與白變量之間具有十分顯著的關(guān)系。
由表3可知。to(Mgo )和二元堿度對分配系數(shù)
影響非常顯著。(It為0．05，二者均有P<0．05，且
‘t，(Mgo)對厶的影響強(qiáng)于二元堿度(比較F值，
Mgo>二元堿度>AI203)，而to(A12O3)對 的影響
不顯著P=0．273>0．05。統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)為現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)
據(jù)，爐渣to(A1203)在13-3％～14．8％ ，堿度在1．1O～
1．26之間，也就是說爐渣to(A1203)<15％時，無論低
堿度渣還是高堿度渣對爐渣脫硫能力影響不大。
3 爐渣脫硫性能經(jīng)濟(jì)性探討
以上實(shí)驗(yàn)分析表明．提高爐渣堿度與MgO含
一15 —
郭天永等：鞍鋼高爐渣脫硫能力研究
《鞍鋼技術(shù))2013年第2期
總第380期
量都可以提高爐渣脫硫能力，但是過高的堿度和
MgO含量將引起高爐燃耗增加．如果在保證高爐
穩(wěn)定順行的前提下，保持或適當(dāng)降低現(xiàn)有爐渣脫
硫能力，并適當(dāng)放寬高爐工序鐵水硫含量標(biāo)準(zhǔn)，就
可以降低高爐燃料消耗，或選擇應(yīng)用一些價格相
對低廉的高硫煤種，也可以節(jié)約生產(chǎn)成本。根據(jù)鞍
鋼爐外脫硫技術(shù)效率和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)鐵水硫初始
含量為0．040％以內(nèi)．對鋼水硫最終含量影響可
控。因此， 本文分析討論把鐵水硫含量從目前
0．023％放寬到0．040％．將給高爐生產(chǎn)帶來以下兩
方面益處。
3．1 有利于降低高爐燃耗
(1)通過以上分析．提高爐渣堿度可以提高
爐渣脫硫性能。但會增加高爐燃耗．根據(jù)圖2數(shù)據(jù)
并做平滑處理，如果把鐵水硫含量從0．023％放寬
到0．040％ ．則爐渣堿度可以從1．20下降到1．15，
按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) ]焦比可以下降9．0 kg／t。
(2)因?yàn)槊摿蚩偡磻?yīng)為吸熱反應(yīng)．提高爐缸
溫度，有利于反應(yīng)向脫硫方向進(jìn)行。改善爐渣脫硫
性能．但提高爐溫需直接消耗焦炭材料和大量熱
量，增加燃料消耗。圖8顯示了鞍鋼鐵水硫與硅的
統(tǒng)計(jì)關(guān)系．如果把鐵水硫含量從0．023％放寬到
0．040％ 。則鐵水硅含量可以從日前0．476％下降到
0．300％ ，下降0．176％，按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)l3 焦比可以下降
8．8 kg／t。
(1Si J)／％
圖8 高爐鐵水硫與硅之間關(guān)系
(3)提高硫在渣、鐵間的分配系數(shù)(Ls)，能夠
改善爐渣的脫硫性能，但提高 會造成燃料比升
高。高爐入爐硫負(fù)荷為2．87 kg／t，硫分配系數(shù) 與
高爐燃料比的關(guān)系見表4。表4表明，在該硫負(fù)荷
條件下，如果保持爐渣中硫含量不變，把鐵水硫含
一16 一
量從0．023％放寬到0．040％，則相當(dāng)于硫分配系數(shù)
從45．6下降到26．2，對應(yīng)燃料比從543 kg／t下降
到516 kg／t，下降幅度達(dá)27kg／t。
表4 硫分配系數(shù) 與高爐燃料比關(guān)系
3．2 有利于拓寬煤種選擇范圍
保持目前爐渣脫硫能力和燃料比等條件不
變．若鐵水硫含量從目前0．023％放寬到0．040％，
則可以放寬入爐硫負(fù)荷。通過計(jì)算分析，允許入爐
硫負(fù)荷從2．87 kg／t升高到5．00 kg／t．相當(dāng)于人爐礦
石硫含量不變時，允許焦炭硫含量從目前0．5l％升
高到1．00％ 或者允許噴吹煤粉硫含量從目前
0．51％升高到0．74％。顯然，適當(dāng)放寬高爐鐵水硫
含量標(biāo)準(zhǔn)．可以使用一些硫含量較高的煤種，有利
于拓寬煤種選擇范同，節(jié)約采購成本。當(dāng)然適當(dāng)放
寬高爐鐵水硫初始含量，只是將一部分脫硫任務(wù)轉(zhuǎn)
移到高爐工序之外進(jìn)行．雖然高爐生產(chǎn)會節(jié)約一定
的生產(chǎn)成本．但會給后道工序增加負(fù)擔(dān)．是否經(jīng)濟(jì)
可行最終取決于高爐和鐵水預(yù)處理的綜合效果
4 結(jié)論
(1)脫硫?qū)嶒?yàn)和現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)綜合分析表
明，提高爐渣堿度與提高∞(MgO)都可以提高爐
渣脫硫能力，而且提高03(MgO)作用強(qiáng)于提高爐
渣堿度；爐渣(￡，(AI20，)在14％ 以下，無論堿度高
低，oJ(Al 0，)對脫硫能力影響不大，當(dāng)oJ(Al：0，)超
過16％后，脫硫能力明顯變差。
(2)在滿足高爐穩(wěn)定順行前提下。維持或適
當(dāng)降低目前爐渣脫硫能力．適當(dāng)放寬鐵水硫初始
含量，可以降低高爐燃料消耗和使用廉價高硫煤
種。當(dāng)然給高爐生產(chǎn)帶來益處的同時，也會給后續(xù)
工序增加負(fù)擔(dān)，因此放寬鐵水硫含量是否經(jīng)濟(jì)可
行最終取決于高爐和鐵水預(yù)處理的綜合效果。
參考文獻(xiàn)
[1] 段維民．高爐渣脫硫諸因素關(guān)系解析[J]．包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，
1999，18(3)：204—206．
[2] 李云 ，胡傳榮．文驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理lM]．北京：化學(xué)T業(yè)
版社．2005．
[3] 周傳典．高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊[M]． 北京：冶金T業(yè)m版
社．2002．
(編輯賀英群)
修回日期：2012—11—062013年第2期
鞍鋼技術(shù)
ANGANG TECHNOLoGY 總第380期
(～研’--究-.三與. 開-●站●。
鞍鋼高爐渣脫硫能力研究
郭天永，車玉滿，姚碩，孫鵬，李連成，張立國，陳國一
(鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心，遼寧鞍山114009)
摘要：針對鞍鋼鲅魚圈高爐進(jìn)口礦比例高，爐渣w(A1203)偏高的特點(diǎn)，利用實(shí)驗(yàn)室配渣和
現(xiàn)場高爐渣研究了爐渣化學(xué)成分對脫硫性能的影響，并分析了適宜爐渣脫硫能力給高爐生產(chǎn)
帶來的益處。研究結(jié)果表明，提高爐渣堿度與提高to(MgO)都可以提高爐渣脫硫能力，而且后
者效果強(qiáng)于前者；爐渣w(A1203)小于14％時，不論爐渣堿度高低，to(A1203)對脫硫能力影響不
大．當(dāng)to(Al 0 )超過l6％后，脫硫能力明顯變差，維持或適當(dāng)降低爐渣脫硫能力均可降低高爐
燃料消耗和使用廉價高硫煤種。
關(guān)鍵詞：高爐；爐渣；脫硫能力；硫分配系數(shù)；燃料比
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Study on Desulphurizing Capacity for Blast Furnace Slag in Angang
Guo Tianyong，Che Yuman，Yao Shuo，Sun Peng，Li Liancheng，Zhang Liguo，Chen Guoyi
(Technology Center of Angang Steel Co．，Ltd．，Anshan 1 14009，Liaoning，China)
Abstract：The effect of chemical compositions of BF slag on desulphurizing properties are
studied by using the mixing slag from the laboratory and the BF slag from the site with regard to
the characteristics of mixing more imported ores in ore-blending and higher content of A1203 in
slag in the BF in Bayuquan Iron&amp;amp; Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co．．Ltd．．And then
good results due to the suitable desulphurizing capacity for the BF slag are also analyzed．The
studied results show that the desulphurizing capacity can be improved when the slag basicity and
the content of AI203 in BF slag are increased and what S more increasing the content of A1203 is
more powerful than increasing the basicity in improving the desulphurizing capacity．It is found
that the effect of content of A1203 in BF slag on desulphurizing capacity is slight no matter whether
the basicity is high or low when the content of A1203 in BF slag is less than 14％ ．However，while
the content of A1203 in BF slag is more than 16％ ，the desulphurizing capacity becomes worse and
thus the fuel consumption for BF can be decreased and some other kinds of cheap coals with high
content of sulphur can be used as the desulphurizing capacity for the BF slag needs to be main—
tained or decreased properly．
Key words：BF；slag；desulfurizing capacity；distribution coefficient of sulfur；fuel ratio
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司的高爐
原料以進(jìn)口礦為主，礦石種類多，成分差別大，特
別是進(jìn)口澳礦的Al2o，含量普遍偏高，導(dǎo)致爐渣的
AI：0，含量上升，爐渣流動性和穩(wěn)定性變差，爐渣
郭天永，碩士，T程師，2010年畢業(yè)于北京科技大學(xué)冶金lT程
專業(yè)。E-mail：gty77@126．com
— — 12 ——
脫硫性能下降，對高爐順行造成一定影響。
在一定原燃料和冶煉條件下．降低生鐵含硫
量的主要方向和途徑是提高硫在渣、鐵間的分配
系數(shù)( )，也就是要改善造渣制度，提高爐渣的脫
硫能力，其中提高爐溫和改善爐渣化學(xué)成分都可
以提高脫硫能力[1]，但過高的爐渣脫硫能力，則會
增加高爐燃料消耗。增加生產(chǎn)成本。本文以鞍鋼鲅
2013年第2期
鞍鋼技術(shù)
ANGANG TECHNOLOGY 總第380期
魚圈高爐實(shí)際爐渣為基準(zhǔn)。通過配渣研究了二元
堿度、MgO和A12O3含量對爐渣脫硫性能的影響，
并采用回歸分析法分析了現(xiàn)場高爐渣化學(xué)成分與
硫分配系數(shù)的關(guān)系，探討了適當(dāng)?shù)臓t渣脫硫性能
給高爐生產(chǎn)成本帶來的益處，為鞍鋼鲅魚圈制定
合理的高爐造渣制度提供依據(jù)。
l實(shí)驗(yàn)方法及裝置
以鞍鋼鲅魚圈現(xiàn)場高爐渣平均成分為基準(zhǔn)．
以高爐渣二元堿度CaO／SiO2、MgO和Al20，含量為
因素，采用只改變某一因素，固定其他因素的交叉
因素法E2]，計(jì)算出選定變量渣樣的目標(biāo)成分，根據(jù)
目標(biāo)成分，采用規(guī)劃求解法解出CaO、SiO2、A12O3、
MgO等各種化學(xué)純試劑的添加量。然后配制出不
同堿度、MgO和Al：O，含量的脫硫渣樣。根據(jù)鞍鋼
鲅魚圈高爐冶煉條件，硫負(fù)荷為2．9～3．0 kg／t，按
95％硫進(jìn)入爐缸液態(tài)渣鐵中。即大約有2．755～
2．850 kg／t硫進(jìn)入渣鐵，則對應(yīng)試樣鐵的硫含量應(yīng)
該在0．275 5％～0．285 0％之間。如此高硫鐵樣在高
爐生產(chǎn)中根本無法找到．大多數(shù)脫硫?qū)嶒?yàn)高硫鐵
樣均采用FeS進(jìn)行配制。本實(shí)驗(yàn)采用了高爐號外
鐵作為實(shí)驗(yàn)鐵樣，脫硫渣鐵成分見表1．并對實(shí)驗(yàn)
數(shù)據(jù)做適當(dāng)修正加以解決。根據(jù)高爐原燃料條件，
高爐渣比基本在0．28～0．29之間。實(shí)驗(yàn)中選擇渣鐵
比0．29。并考慮坩堝容量確定鐵渣樣重量。
表1 高硫生鐵成分I質(zhì)量分?jǐn)?shù)) ％
脫硫?qū)嶒?yàn)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于二硅化鉬高溫管式
爐中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見圖1。
管
圖1 高爐渣脫硫性能檢測裝置示葸圖
實(shí)驗(yàn)采用上下兩層石墨坩堝作為反應(yīng)器．按
照渣鐵比稱取適量渣樣裝入下層坩堝．放置在電爐
中升溫熔化至1 500℃ ，再稱取適量高硫鐵樣，裝
入底部帶孔的上層坩堝，然后放置在電爐內(nèi)爐渣
坩堝之上。待生鐵樣完全熔化漏畢后，在1 500 oC
下恒溫反應(yīng)30 min。然后取出坩堝，快速冷卻，取
出渣鐵樣．檢驗(yàn)反應(yīng)后鐵樣的硫含量。爐渣脫硫能
力部分實(shí)驗(yàn)配渣方案見表2。
表2 爐渣脫硫能力部分實(shí)驗(yàn)配渣方案
一13 —
郭天永等：鞍鋼高爐渣脫硫能力研究
《鞍鋼技術(shù))2013年第2期
總第380期
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2．1 爐渣堿度對脫硫能力的影響
實(shí)驗(yàn)以鞍鋼鲅魚圈高爐爐料結(jié)構(gòu)中塊礦比例
為1O％一13％ 、控制燒結(jié)礦Al2o3含量小于1．75％
條件下的現(xiàn)場爐渣為基準(zhǔn)，固定to(MgO)為7．5％ 、
to(A1 03)為14．84％不變，研究不同爐渣CaO／SiO2為
0．95～1．25的脫硫能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。
圖2 鐵水硫與爐渣堿度的關(guān)系
由圖2可知。在實(shí)驗(yàn)條件下鐵樣硫含量隨爐
渣二元堿度增加而降低。即爐渣脫硫能力整體隨
著堿度增加而提高．因此提高堿度可以有效降低
鐵水中的硫含量。
根據(jù)爐渣脫硫基本反應(yīng)式：(CaO)+[FeS]+
[C]一(CaS)+[Fe]+CO，提高堿度，意味著渣中CaO
含量增加，根據(jù)離子理論，溶液中0z一活度增加，
有利于反應(yīng)向右進(jìn)行，鐵水硫降低。其中(CaO)是主
要脫硫劑，S 與Ca 結(jié)合形成(CaS)。此外，隨著爐
渣堿度提高。渣中復(fù)雜硅氧離子體解體為簡單的硅
氧離子體[(Si 09) +3O 3(SiO )4-]，致使?fàn)t渣粘
度降低，有利于爐渣與金屬液體之間傳質(zhì)，有利于
Sz一向爐渣中轉(zhuǎn)移。從而改善脫硫反應(yīng)的動力學(xué)條件。
圖3為鞍鋼鲅魚圈現(xiàn)場高爐渣堿度與硫分配
系數(shù)上s的關(guān)系。從圖3可以看出，爐渣堿度超過122
后。硫分配系數(shù)工s增加趨勢趨于平緩，也就是說
脫硫效率不再增加，甚至趨于下降，而且過高的爐
渣堿度會增加燃料消耗[3]，增加生鐵成本。綜合考
慮爐渣粘度、脫硫性能和生產(chǎn)成本。鞍鋼鲅魚圈高
爐爐渣合適爐渣堿度應(yīng)控制在1．15～1．20范圍內(nèi)。
2．2 爐渣MgO含量對脫硫能力的影響
實(shí)驗(yàn)以鞍鋼鲅魚圈高爐高Al2O，含量進(jìn)口礦
配比增加時期現(xiàn)場爐渣為基準(zhǔn)。保持爐渣堿度為
— — 14 ——
1．20、to(Al203)為16．5％不變，研究to(MgO)為5％-
15％的脫硫能力．鐵水硫與爐渣MgO含量關(guān)系見圖4。
CaO／Si0 2
圖3 硫分配系數(shù)與爐渣堿度關(guān)系
圖4 鐵水硫與爐渣MgO 含量關(guān)系
由圖4可知。在實(shí)驗(yàn)條件下，隨著爐渣to(MgO)
增加，實(shí)驗(yàn)鐵樣硫含量呈快速下降趨勢，當(dāng)∞(MgO)
超過13％后，曲線趨于平緩，即隨著∞(MgO)
的增加，爐渣脫硫能力在提高，但超過一定含量
后，其脫硫能力不再增加。由于此渣to(Al20，)超過
l6％ ，考慮到爐渣流動性和穩(wěn)定性，∞(MgO)應(yīng)控
制在13％左右。
圖5為鞍鋼鲅魚圈現(xiàn)場高爐渣to(MgO)含量
與硫分配系數(shù) 的關(guān)系，高爐渣的平均堿度為
1．20，re(A1203)為13．89％，。從圖5可以看出，隨著
爐渣oJ(MgO)增加，硫分配系數(shù)上s也有所增加，
由于爐渣∞(Al203)小于14％ ，∞(MgO)基本控制
在8．10％～9．00％。理論J2MgO也是脫硫劑，其脫硫
機(jī)理與CaO基本相似。
2．3 Al2o，含量對爐渣脫硫能力的影響
實(shí)驗(yàn)以鞍鋼鲅魚圈高爐現(xiàn)場爐渣平均成分為
基準(zhǔn)，保持爐渣堿度為1．20、to(MgO)為8．10％不
2013年第2期
鞍鋼技術(shù)
ANGANG TECHNoLoGY 總第380期
變，通過配渣研究to(A1 0，)為8％一20％的脫硫能
力。實(shí)驗(yàn)渣中to(A120，)與鐵水硫含量關(guān)系見圖6。
(Mg0)／?6
圖5 爐渣Mg0含量與硫分配系數(shù)關(guān)系
圖6 鐵水硫與爐渣AI203含量的關(guān)系
圖6表明。在堿度1．20和to(MgO)為8．10％
條件下，爐渣to(A1203)在10％一12％之間，鐵水中
硫含量最低，之后隨著AI 0，含量逐漸升高，生鐵
硫隨之上升，爐渣脫硫能力逐漸下降。這是因?yàn)?
A1 0 雖然具有酸、堿兩重性，但在高爐渣系內(nèi)基
本以弱酸性氧化物存在，Al20 能夠吸收爐渣中
0z-形成復(fù)合陰離子Al Ov2_，促使?fàn)t渣的熔化性溫
度升高．惡化爐渣脫硫的動力學(xué)和熱力學(xué)條件。
圖7為現(xiàn)場渣to(A1 0，)與硫分配系數(shù) 的
關(guān)系，其堿度、to(MgO)與實(shí)驗(yàn)渣相近，to(Al：0 )在
13．20％～14．5％之間。
從圖7可以看出。這種成分的渣對硫分配系
數(shù)影響不大。因此堿度為1．20、to(MgO)為8o／~9％，把
to(AI20 )控制在15％以下，對爐渣脫硫能力影響
不大。
2．4 三種因素對爐渣脫硫能力的綜合影響
統(tǒng)計(jì)分析鞍鋼鲅魚圈高爐現(xiàn)場爐渣化學(xué)成分
和硫分配系數(shù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)．采用多元線性回歸法分
(h1 0：；)／％
圖7 爐渣AI2O3含量與硫分配系數(shù)關(guān)系
析了爐渣二元堿度、to(MgO)和to(Al203)對硫分配
系數(shù)厶的綜合影響。經(jīng)回歸分析，得到回歸方程
為：Ls=一l l5．44+1．88A1203+7．90 MgO-I-47．49
(二元堿度)，其中復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0．513，南于回
歸方程在給定的顯著性水平Ot為0．05下建立的．
自變量個數(shù)為3，樣本個數(shù)為92，查相關(guān)文獻(xiàn)[2]
附表得對應(yīng)的臨界值R 為0．296，由于R>R ，
說明建立的回歸方程非常顯著，也就是說硫分配
系數(shù)厶與爐渣堿度、to(MgO)和to(A1 0，)之間存
在非常密切的關(guān)系。表3為回歸方程方差分析。
表3 回歸方程方差分析
注：··表示因變量與白變量之間具有十分顯著的關(guān)系。
由表3可知。to(Mgo )和二元堿度對分配系數(shù)
影響非常顯著。(It為0．05，二者均有P<0．05，且
‘t，(Mgo)對厶的影響強(qiáng)于二元堿度(比較F值，
Mgo>二元堿度>AI203)，而to(A12O3)對 的影響
不顯著P=0．273>0．05。統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)為現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)
據(jù)，爐渣to(A1203)在13-3％～14．8％ ，堿度在1．1O～
1．26之間，也就是說爐渣to(A1203)<15％時，無論低
堿度渣還是高堿度渣對爐渣脫硫能力影響不大。
3 爐渣脫硫性能經(jīng)濟(jì)性探討
以上實(shí)驗(yàn)分析表明．提高爐渣堿度與MgO含
一15 —
郭天永等：鞍鋼高爐渣脫硫能力研究
《鞍鋼技術(shù))2013年第2期
總第380期
量都可以提高爐渣脫硫能力，但是過高的堿度和
MgO含量將引起高爐燃耗增加．如果在保證高爐
穩(wěn)定順行的前提下，保持或適當(dāng)降低現(xiàn)有爐渣脫
硫能力，并適當(dāng)放寬高爐工序鐵水硫含量標(biāo)準(zhǔn)，就
可以降低高爐燃料消耗，或選擇應(yīng)用一些價格相
對低廉的高硫煤種，也可以節(jié)約生產(chǎn)成本。根據(jù)鞍
鋼爐外脫硫技術(shù)效率和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)鐵水硫初始
含量為0．040％以內(nèi)．對鋼水硫最終含量影響可
控。因此， 本文分析討論把鐵水硫含量從目前
0．023％放寬到0．040％．將給高爐生產(chǎn)帶來以下兩
方面益處。
3．1 有利于降低高爐燃耗
(1)通過以上分析．提高爐渣堿度可以提高
爐渣脫硫性能。但會增加高爐燃耗．根據(jù)圖2數(shù)據(jù)
并做平滑處理，如果把鐵水硫含量從0．023％放寬
到0．040％ ．則爐渣堿度可以從1．20下降到1．15，
按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) ]焦比可以下降9．0 kg／t。
(2)因?yàn)槊摿蚩偡磻?yīng)為吸熱反應(yīng)．提高爐缸
溫度，有利于反應(yīng)向脫硫方向進(jìn)行。改善爐渣脫硫
性能．但提高爐溫需直接消耗焦炭材料和大量熱
量，增加燃料消耗。圖8顯示了鞍鋼鐵水硫與硅的
統(tǒng)計(jì)關(guān)系．如果把鐵水硫含量從0．023％放寬到
0．040％ 。則鐵水硅含量可以從日前0．476％下降到
0．300％ ，下降0．176％，按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)l3 焦比可以下降
8．8 kg／t。
(1Si J)／％
圖8 高爐鐵水硫與硅之間關(guān)系
(3)提高硫在渣、鐵間的分配系數(shù)(Ls)，能夠
改善爐渣的脫硫性能，但提高 會造成燃料比升
高。高爐入爐硫負(fù)荷為2．87 kg／t，硫分配系數(shù) 與
高爐燃料比的關(guān)系見表4。表4表明，在該硫負(fù)荷
條件下，如果保持爐渣中硫含量不變，把鐵水硫含
一16 一
量從0．023％放寬到0．040％，則相當(dāng)于硫分配系數(shù)
從45．6下降到26．2，對應(yīng)燃料比從543 kg／t下降
到516 kg／t，下降幅度達(dá)27kg／t。
表4 硫分配系數(shù) 與高爐燃料比關(guān)系
3．2 有利于拓寬煤種選擇范圍
保持目前爐渣脫硫能力和燃料比等條件不
變．若鐵水硫含量從目前0．023％放寬到0．040％，
則可以放寬入爐硫負(fù)荷。通過計(jì)算分析，允許入爐
硫負(fù)荷從2．87 kg／t升高到5．00 kg／t．相當(dāng)于人爐礦
石硫含量不變時，允許焦炭硫含量從目前0．5l％升
高到1．00％ 或者允許噴吹煤粉硫含量從目前
0．51％升高到0．74％。顯然，適當(dāng)放寬高爐鐵水硫
含量標(biāo)準(zhǔn)．可以使用一些硫含量較高的煤種，有利
于拓寬煤種選擇范同，節(jié)約采購成本。當(dāng)然適當(dāng)放
寬高爐鐵水硫初始含量，只是將一部分脫硫任務(wù)轉(zhuǎn)
移到高爐工序之外進(jìn)行．雖然高爐生產(chǎn)會節(jié)約一定
的生產(chǎn)成本．但會給后道工序增加負(fù)擔(dān)．是否經(jīng)濟(jì)
可行最終取決于高爐和鐵水預(yù)處理的綜合效果
4 結(jié)論
(1)脫硫?qū)嶒?yàn)和現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)綜合分析表
明，提高爐渣堿度與提高∞(MgO)都可以提高爐
渣脫硫能力，而且提高03(MgO)作用強(qiáng)于提高爐
渣堿度；爐渣(￡，(AI20，)在14％ 以下，無論堿度高
低，oJ(Al 0，)對脫硫能力影響不大，當(dāng)oJ(Al：0，)超
過16％后，脫硫能力明顯變差。
(2)在滿足高爐穩(wěn)定順行前提下。維持或適
當(dāng)降低目前爐渣脫硫能力．適當(dāng)放寬鐵水硫初始
含量，可以降低高爐燃料消耗和使用廉價高硫煤
種。當(dāng)然給高爐生產(chǎn)帶來益處的同時，也會給后續(xù)
工序增加負(fù)擔(dān)，因此放寬鐵水硫含量是否經(jīng)濟(jì)可
行最終取決于高爐和鐵水預(yù)處理的綜合效果。
參考文獻(xiàn)
[1] 段維民．高爐渣脫硫諸因素關(guān)系解析[J]．包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，
1999，18(3)：204—206．
[2] 李云 ，胡傳榮．文驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理lM]．北京：化學(xué)T業(yè)
版社．2005．
[3] 周傳典．高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊[M]． 北京：冶金T業(yè)m版
社．2002．
(編輯賀英群)
修回日期：2012—11—06

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