钒钛铁水KR 脱硫控制渣铁不分工艺实践

李志丹，牟小海，陈 刚，杨宗波

（成渝钒钛科技有限公司炼钢厂，四川 内江 642469）

钒钛科技一炼钢，采用小高炉钒铁铁水冶炼，铁水硫含量高、温度低，且波动大，KR 脱硫搅拌过程中，脱硫剂用量大、温降大。易造成渣铁分离效果差，严重时产生渣铁不分，铁损大，后续提钒炼钢过程中将导致钒渣CaO 含量增加，钢水回硫，对生产、质量以及成本带来较大的影响。

1 生产现状

（1）生产工艺。

高炉来铁→捞前渣→搅拌→捞后渣→提钒。

（2）钒铁科技一炼钢铁水条件。

表1 钒钛科技炼钢厂铁水条件

2 KR脱硫产生渣铁不分的机理

低温高硫钒铁铁水，过热度低，脱硫效率差，为保证脱硫效果，不得不加大脱硫剂用量，大量的脱硫剂在低温环境下，扩散脱硫反应困难，渣铁分离差。且炉渣中含有一定的TiO2，降低了炉渣的流动性，更进一步加剧了渣铁不分的产生。

2.1 钒、钛含量对脱硫的影响

含钒铁铁水黏度、熔化性温度及凝固点随铁水中V、Ti 含量的增加而增加。钒铁铁水的这些特点，在一定程度上恶化了脱硫反应动力学条件。同时V、Ti 的存在，显著降低S 的活度。

钒铁铁水过热度低，炉渣中TiO2含量较高，导致炉渣流动性差，渣铁分离困难。

2.2 温度对脱硫的影响

脱硫为吸热反应，因此铁水温度增加，提高了脱硫热力学条件，同时，高温对渣的流动性有利，高温可降低渣的黏度，提高脱硫动力学条件。

根据1773 炉脱硫统计数据，其中66 炉渣铁不分中，铁水温度≤1280℃为42 炉，所占比例达63.64%，而未产生渣铁不分的1707 炉中，铁水温度≤1280℃为112 炉，所占比例仅为6.56%。

2.3 铁水C 含量对脱硫的影响

铁水C 增加，可提高铁水中S 的活度，根据相关资料介绍，当铁水中其他成分不变的情况下，铁水中C 含量从4% 降至3.2%时，铁水S 活度从0.124 降至0.109。

取218炉脱硫数据，分析碳含量与脱硫率关系，碳含量＜3.5%以下，脱硫率不稳定，波动大，脱硫率整体偏低。

同时铁水中碳也参与如下反应：

CaO（S）+[S]+[C] ＝CaS（S）+CO

ΔG°=86670-68.96TJ/mol

2.4 Si 含量对脱硫的影响

铁水中Si 能够提高脱硫反应的热力学条件，增加S 向CaS 反应的趋势；另一方面，Si 参与反应后将增加CaO 的消耗量，同时生成了2CaO.SiO2高熔点物质，导致渣流动性降低，不利于脱硫。

当铁水中含Si 量在0.05% 以上时，脱硫反应用下式表示：

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

ΔG0=-479430+138.11TJ/mol

2.5 Al 含量对脱硫的影响

为了避免生成2CaO.SiO2外壳，可在铁水中溶入一定的铝，使其在石灰表面生成钙铝酸盐（3CaO.Al2O3和12CaO.7Al2O3），钙铝酸盐具有较大的容硫能力。

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

ΔG0=-867687+393.65TJ/mol

在实际生产过程中石灰是过量的，CaO 的活度为1，因此增加铁水中Al 和Si 含量，均能促进反应的进行。

3 解决低温高硫铁水渣铁不分的措施

针对低温高硫钒铁铁水的特点，炼钢厂相应调整脱硫剂配比，提高萤石比例，改善炉渣流动性，采用两步脱硫法，避免脱硫剂一次性加入量过大，并适当对铁水进行升温，促进脱硫反应的进行，从而保证渣铁有效分离。

图1 碳含量与脱硫率关系

3.1 升温

对于低温铁水，先提钒升温，再进行KR 搅拌脱硫。经过升温后的半钢，温度可达到1300℃以上，为脱硫提供良好的热力学条件和动力学条件。

3.2 调整脱硫剂配比

在脱硫渣系中，纯CaO 熔点高达2570℃，很难熔化。但二元混合物CaO-CaF2体系，有一个从初熔温度1360℃至全熔温度2500℃的熔化区域。在铁水处理温度范围内，固相脱硫剂中会产生区域熔化。利用杠杆原理，计算不同配比脱硫剂中CaO-CaF2二元共晶熔体和固体CaO 的比例。

表1 1360℃下不同配比CaO-CaF2 渣系中CaO 和共晶熔体的相对比例

从数据上看，脱硫剂中绝大部分是固体CaO，只有少量的CaO-CaF2共晶熔体。因此，KR 脱硫搅拌过程中，是固态CaO 与铁水中S 的多相反应。增加萤石配比，对固态CaO 的形态影响不大，但可成倍增加共晶熔体的数量。共晶熔体对固相的脱硫产物，如CaS、3CaO.Al2O3、2CaO.Al2O3等有溶解作用，可加快传输过程，促进脱硫反应的进行。

因此，钒钛科技炼钢厂在处理低温高硫铁水时，将萤石比例由正常的10% 增加至15% ～20%。从而保证在低温、大渣量的条件下，脱硫渣仍具有良好的流动性，促进渣铁分离。

3.3 两步脱硫法

对于条件极差的铁水，不进行一步脱硫到位，即前期投入部分脱硫剂，进行浅脱硫，保证脱硫剂能够迅速参与反应成渣，避免脱硫剂一次性加入后，难以熔解。经浅脱硫后的铁水，根据铁水中硫含量的情况，再决定是否继续脱硫，或进入下工序冶炼。通过两步法脱硫，减少了极端条件下铁水渣铁不分的几率。

3.4 添加Si、Al 等促进脱硫元素

低温高硫铁水在经过升温回搅后，在半钢内加入铝铁或硅铁，除对半钢进行脱氧，降低半钢中氧值，还能够增加Si、Al 等促进脱硫反应的元素，进一步改善脱硫热力学条件。

图1 CaO-CaF2 相图

4 结语

钒铁科技炼钢厂，针对低温高硫钒钛铁水脱硫困难，渣铁分离效果差的问题。通过采用调整脱硫剂配比、两步法脱硫以及升温回搅、添加Si、Al 等促脱硫元素等措施，提高了脱硫效率，有效避免了渣铁不分，消除了脱硫后渣对钒渣CaO 的影响。