鐵水脫硫劑       (desulphurizer for hot metal)
    能與鐵水中的硫生成不溶解或低溶解于鐵的硫化物，從而降低鐵水硫含量的物料。
    種類。鐵水脫硫劑分為石灰系、碳化鈣系、蘇打系、鎂系等4類。其他一些物質(zhì)，如稀土元素鈰，它與硫有較強的親和力，但比鎂的脫硫能力低，成本高，因此不宜用來處理大量鐵水；食鹽和碳酸錳礦混合物也可脫硫，但脫硫時揮發(fā)出大量褐色煙狀鹽蒸氣和氯氣，嚴重污染環(huán)境，故未能廣泛應(yīng)用。
    石灰系。是來源廣泛、價格低廉的有效脫硫劑。包括石灰，石灰石以及以石灰為主要組分的混合物。石灰的主要化學(xué)成分是CaO，優(yōu)質(zhì)石灰的CaO含量可高于95％。鐵水脫硫所用石灰一般為粉狀，稱為石灰粉劑。至20世紀80年代末，尚無該粉劑成分、粒度分布和性能的統(tǒng)一技術(shù)標準，但從冶金反應(yīng)和輸送角度考慮，一般采用的石灰粉劑CaO>85％，S<0．15％，H₂O<0．5％；其他雜質(zhì)如SiO₂ 、Fe₂O₃ 、MgO等盡量低，以提高有效CaO含量。石灰粉含水量是個重要參數(shù)。含水高的石灰粉易粘在輸送管壁或堵塞噴粉罐的喉口，影響輸送或脫硫處理的正常進行。作為鐵水脫硫用的石灰粉要求粒級0.3～1.0mm的約占80％。以上粒度分布也可根據(jù)具體情況適當調(diào)整。石灰顆粒過細會影響輸送性能，增加噴吹法脫硫時的損耗。顆粒太大則會降低脫硫速度。在使用中希望石灰粉的活性高。由于石灰粉有非常強的吸水性，因此它的加工和貯存都需注意防潮，使用前還需烘烤。為提高石灰粉的脫硫效果，往往在其中加入一些助熔劑如螢石、冰晶石等或和其他脫硫劑配成石灰系脫硫粉劑。若在石灰粉中加入一定量(如石灰粉的2％左右)的強還原性元素如鋁、鎂等，脫硫速度和脫硫率都有明顯的提高。這種由兩種或兩種以上的物料組成的脫硫劑稱為復(fù)合脫硫劑(或合成渣)。石灰石的主要化學(xué)成分為CaCO₃，在聲pCO₂=0.1MPa時的分解溫度約為896℃，分解產(chǎn)物為CaO和CO₂，因此可代替石灰作脫硫劑。由于熱分解時石灰石的崩裂，加入鐵水的石灰石顆粒形成很多細小而活性大的石灰顆粒，具有很好的脫硫能力；同時，放出的CO₂起到攪拌熔池的作用，改善傳質(zhì)條件，加快脫硫速度。但CO₂為弱氧化性氣體，故石灰石用作脫硫劑時一般都配有一定量的炭素，以保證脫硫時的還原氣氛。石灰石分解是強烈吸熱反應(yīng)，因此很少單獨使用。
    用石灰或石灰基(系)粉劑進行鐵水脫硫，效果與加入的脫硫劑量與脫硫方法、鐵水硫含量以及鐵水溫度等因素有關(guān)。如在120t鐵水包中用空氣噴吹含80％～85％CaO的石灰粉，噸鐵石灰耗量為7.8kg，平均脫硫率為42％～50％，處理后鐵水含硫量為0.02％～0.03％；用天然氣在165～200t：鐵水罐中噴吹石灰粉的消耗量為7.5～10kg／t、硫從0.05％～0.07％降到0.02％；回轉(zhuǎn)爐內(nèi)石灰粉消耗量為10～20kg／t時，脫硫率可達90％以上；KR法用90％CaO，10％螢石粉可得到92％以上的脫硫率，處理后鐵水含硫量≤0.002％，脫硫劑消耗量為8.5kg／t。用石灰粉脫硫，處理前后鐵水溫降約為25～50℃。
    石灰或石灰系(基)粉劑脫硫劑雖有消耗量較高、處理過程中溫降較大的缺點，但因它的價格低廉，達到同樣的脫硫效果，其所需成本僅為蘇打的約1／5(按1990年中國市場價格計算)，因此在中國得到廣泛的應(yīng)用。80年代后期，日本也逐漸用它代替碳化鈣和蘇打系脫硫劑進行鐵水脫硫。
    碳化鈣系高效脫硫劑。其脫硫能力和速度都高于石灰和蘇打系，適用于快速處理大量鐵水，且能獲得極低含硫量的生鐵，是早期的鐵水預(yù)處理用脫硫劑之一，包括碳化鈣和氰氨化鈣以及以碳化鈣為主要組分的碳化鈣系混合物。碳化鈣又稱做電石，化學(xué)式為CaC₂。工業(yè)碳化鈣是在電爐中生產(chǎn)的。用于脫硫的CaC₂為粉狀，極易和潮濕空氣作用生成乙炔，有爆炸危險。為使用安全起見，需充分干燥，密封貯存。CaC₂的消耗量與脫硫方法有關(guān)。生產(chǎn)表明：用空氣噴吹時，鐵水硫含量從0.05％降至0.02％，每噸鐵水需CaC₂4.5kg；用氮氣或天然氣噴吹，消耗量可降至1.6kg／t；采用機械攪拌法，CaC₂消耗量為2～5kg／t，鐵水硫含量可降到0.002％，脫硫率高于90％(此消耗量約為石灰的1／2)。用碳化鈣脫硫，煙塵少，溫降小(約8～20℃)這也優(yōu)于石灰和蘇打。但是CaC₂的利用率僅50％，而價格卻分別為蘇打、石灰的幾倍甚至幾十倍，因此提高利用率是降低CaC₂脫硫成本的重要途徑。將它與CaCO₃，Ca(OH)₂及硬硼鈣石(2CaO•3B₂O₃•5H₂O)等混合使用，或加入氰氨化鈣，均可起到改善脫硫效果、降低消耗的作用。
    氰氨化鈣也稱氨基石灰，化學(xué)式為CaCN₂，是碳化鈣和氮氣在1100℃下加熱得到的工業(yè)產(chǎn)品。使用這種脫硫劑比碳化鈣安全，并可提高它的利用率。一種稱為CaD的鐵水脫硫劑就是60％碳化鈣和40％氰氨化鈣的細磨加工混合物，耗量可比碳化鈣、石灰石與炭混合成的脫硫劑減少13％。也可將CaCN₂和CaCO₃聯(lián)合使用。采用70％CaCN₂ 、30％CaCO₃混合噴吹脫硫，在加入量為13～25kg／t鐵水時，可得到含硫量0.002％～0.003％的鐵水，脫硫率90％。
    蘇打系。脫硫能力比石灰強，50～60年代得到普遍應(yīng)用。包括蘇打以及以蘇打為主要組分的蘇打系混合物。蘇打的化學(xué)式為Na₂CO₃，是工業(yè)碳酸鈉，含Na₂CO₃高于90％。一些含Na₂CO₃高的天然堿也可歸于此類。例如中國內(nèi)蒙古的天然堿，含Na₂CO₃80％左右，去除水分后，Na₂CO₃含量可達90％，它們用作脫硫劑時，不需經(jīng)過特殊處理，只需烘干即可使用。蘇打作脫硫劑，早在20世紀30年代就有詳細報道。它的脫硫產(chǎn)物在低氧位時為Na₂S，高氧位時為Na₂SO₄ 。用鐵水質(zhì)量1％的蘇打可使含硫為0.131％的鐵水硫含量586降至0.035％，脫硫率達73％。用機械攪拌法脫硫時，蘇打加入量為6～8kg／t，脫硫率可達90％。蘇打脫硫的鐵損因脫硫方法而異，如1250℃用噴吹法脫硫時約需8～12kg／t。
    Na₂CO₃的沸點為1387℃，有試驗證明，它在1400℃，pCO =0.1MPa的條件下不分解而蒸發(fā)，隨著溫度升高，Na₂CO₃蒸發(fā)加劇。如蘇打加入量為8kg／t時，1250℃的蒸發(fā)量為8％，1350℃增至35％。若在Ar氣條件下，部分分解，但大部分仍是蒸發(fā)。因此在鐵水溫度下用蘇打脫硫，煙塵量很大。升高溫度和降低鐵水硅含量都會引起煙塵量的增加，降低了Na₂CO₃的利用率，造成環(huán)境污染，大量煙塵帶走的顯熱使鐵水的溫降達30～50℃。在蘇打中加入石灰粉、石灰石或水泥等的蘇打基脫硫劑可減少環(huán)境污染，改善脫硫效果，提高Na₂CO₃的利用率。
    脫硫時加入的蘇打會迅速與鐵水包襯反應(yīng)，生成含硅酸鈉的蘇打渣。為防止這種渣對混鐵爐和煉鋼設(shè)備耐火材料的侵蝕以及因它而造成的回硫，應(yīng)仔細將它與鐵水分離并除去。但由于該渣熔點低，且黏度小，很難扒干凈?？稍谠霞尤脒m量石灰粉使渣稠化，以利于渣鐵分離。
    蘇打是重要的工業(yè)原料，大量使用不僅供貨困難，且成本也高，加之上述的缺點，使它的應(yīng)用受到限制，并逐漸被石灰系(基)脫硫劑所代替。
    鎂系。是常用的鐵水脫硫劑中最有效的脫硫劑之一?？蓪⑻幚砬暗蔫F水含硫量允許值從0.03％增至0.07％。它和硫反應(yīng)迅速，適于大量處理鐵水。包括鎂、鎂合金及鎂和其他物料的混合物。常壓下鎂的熔點為651℃，沸點1120℃。在鐵水處理溫度下，加入鐵水的金屬鎂首先變成蒸氣，并與金屬中的硫作用生成MgS。1400℃下，鎂蒸氣平衡壓力等于0．80MPa。鐵水中如此高壓力的鎂蒸氣使鐵水產(chǎn)生激烈的湍流，有利于脫硫反應(yīng)的進行，但同時也帶來噴濺。一些工廠試驗指出，選擇合理的鎂加入量可使脫硫反應(yīng)平穩(wěn)地進行。比如在60t鐵水包中用液態(tài)鎂脫硫，若鎂加入量為0.15～0.20kg／t，反應(yīng)平穩(wěn)，脫硫率可達90％，超過此量，則會引起鐵水噴濺。鎂極易氧化，運輸和保存都需注意密封。為保證輸送，貯存、操作時的安全和提高鎂利用率，可將鎂制成鈍化鎂粒和鎂焦。鈍化鎂粒是在球狀的鎂粒表面覆蓋一層占鎂量5％～15％的堿金屬或堿土金屬的鹽類。粒狀鎂可以是粗鎂、鎂合金和含鎂物質(zhì)。均勻覆蓋的鎂粒具有很好的流動性，便于風(fēng)送。鎂粒(含Mg85％～93％)脫硫在歐洲應(yīng)用較多，用噴吹法脫硫，消耗量為0.6～0.7kg／t，脫硫率達90％。鎂焦的制作是將預(yù)熱過的焦炭投入已熔化的鎂液中，使焦炭的孔隙中浸透鎂，其含鎂量可達40％～45％。用鎂焦脫硫，噸鐵水用量0.63～1.35kg，脫硫率60％左右。鎂焦脫硫在前蘇聯(lián)的鋼廠中應(yīng)用比較普遍。北美使用較多的是石灰一鎂的混合粉劑，其中含Mg約30％～50％。實踐認為，在噴粉脫硫中，這種混合劑比鎂焦，Mg--Al合金和鈍化鎂粒的利用率高，將鎂粉和白云石粉混合或?qū)㈡V充填到多孔金屬殼中壓制成疏松圓片脫硫劑，也可避免鎂蒸發(fā)導(dǎo)致的激烈反應(yīng)。
    鎂脫硫為放熱反應(yīng)，所放出的熱量可以補償使鎂熔化、蒸發(fā)以及加熱到鐵水溫度所需的熱量，所以用鎂脫硫的溫降較小，不超過20～30℃。脫硫產(chǎn)物MgS的熔點為2000℃，不易被等還原，但能部分溶解在渣中造成回硫，采用扒渣設(shè)備能顯著提高其脫硫效率。
    鎂的價格大大高于其他脫硫劑，但從脫硫劑消耗及鐵損等方面綜合考慮，單位鐵水的脫硫成本并不一定比石灰高，而且具有處理時溫降小，煙塵量和渣量少以及可以得到極低硫含量(如0.003％左右)的鐵水等優(yōu)點，在一些電力工業(yè)發(fā)達，鎂資源豐富的國家，如北美、西歐諸國和前蘇聯(lián)應(yīng)用較多。據(jù)報導(dǎo)，1986年，占世界鎂產(chǎn)量60％以上的北美、鐵水脫硫用鎂每年消耗量為1.5萬t；產(chǎn)量占31％的歐洲，消耗量則為4000t。北美、西歐用鎂脫硫的鐵水占37％。
    展望?？茖W(xué)技術(shù)的進步對鐵水質(zhì)量提出了更高的要求，實行分割精煉是鋼鐵冶煉的發(fā)展趨勢，因此鐵水脫硫在今后的鋼鐵生產(chǎn)工藝中將占有十分重要的位置，采用與開發(fā)多功能復(fù)合脫硫劑(兼有脫硫，脫磷及脫除其他有害元素)，提高脫硫劑的利用率和脫硫效率，是鐵水脫硫劑的方向。
    已有的鐵水脫硫劑各有優(yōu)缺點，不同的國家將根據(jù)本國資源狀況發(fā)展自己的脫硫劑系列，預(yù)計在亞洲，石灰系粉劑將會得到進一步開發(fā)。隨著熱補償技術(shù)的發(fā)展，CaCO₃ 作為脫硫劑的基料也會有較好的前景。在電力工業(yè)發(fā)達，鎂資源豐富的歐洲和北美，鎂系脫硫劑將會得到進一步應(yīng)用。