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1、1后脱硫代替先脱硫的分析郭振宇摘 要：近期由于脱硫出现问题，导致半钢运不过来，严重影响生产节奏。基于炼钢精炼 LF 也有脱硫能力，特提出后脱硫也具有可行性。并把先脱硫和后脱硫的工序时间及成本对比，来分析先后脱硫的优劣性。关键字：脱硫 1、前言西昌钢钒炼钢厂目前有 2 座脱硫、1 座提钒炉、2 座转炉，当脱硫有问题时，严重影响炼钢厂整条生产线的顺行。如果把脱硫任务放到 LF 炉，也就是后脱硫，从而来保证生产的顺行。2、原理2.1 碳化钙在铁水中脱硫能力很强，其反应为：CaC2(s)+S=CaS(s)+ C 石墨 （1-1）实际碳化钙在铁液中脱硫所达到的S最低水平比理论值高出几个数量级，显然这是动
2、力学因素起主要作用。铁水中的 CaC2脱硫过程是固-液反应，其机制包括如下三个步骤:(1)铁水中的硫通过铁水一侧的界面向 CaC2表面扩散；（2）在 CaC2和铁水的固-液界面上发生化学反应，生成 CaS;(3)硫通过 CaC2表面的反应层向 CaC2颗粒深处扩散。在上面三个步骤中， （2） （3）不可能成为限制总反应速度的环节。这是因为在高温时化学反应速度一般很快。而碳化钙颗粒表面上附着的 CaS 层很疏松，硫通过扩散并不困难。由此看来，脱硫反应的限制性环节乃是铁水一侧边界层中硫向 CaC2表面的扩散，即液相中的扩散为其限制性环节。由此可见，可以用加强熔池搅拌，提高反应温度和减小碳化钙的粒度
3、等方法来增大反应界面的扩散系数，减小界面层厚度，从而增加 CaC2在铁水中的脱硫2反应速度。2.2 石灰是一种价格低廉的脱硫剂，其脱硫反应为：CaO(s)+S=CaS(s)+O (2-1)当铁水中存在大量的碳和硅时，石灰脱硫有如下反应：CaO(s)+S+C 石墨 =CaS(s)+CO(g) (2-2)2CaO(s)+S+1/2Si=CaS(s)+1/2Ca2SiO3 (2-3)反应式（1-3）对氧化钙在脱硫过程中的有效利用具有很不利的影响，首先生成Ca2SiO3要消耗一部分 CaO,更不利的是 Ca2SiO3 还会附着在氧化钙粒子的表面，阻碍脱硫反应的进一步进行。铁水中的 CaO 脱硫过程是固
4、-液反应，其反应机理与 CaC2一样。脱硫过程中的限制性环节与铁水中的硫含量有关。当硫含量低式，硫通过铁水侧的边界层向石灰颗粒表面扩散过程限制了整个脱硫反应的速度；当硫含量高时，铁水中的硫必须通过致密的反应层才能与石灰颗粒内层的 CaO 起作用，因此铁水中硫向石灰颗粒内层的扩散便称为脱硫过程的限制性环节。很显然，要提高 CaO 在脱硫过程中的效率，应特别注意改善动力学条件，如用细化 CaO 粉以增大脱硫反应的面积、加强搅拌以利于增大硫的传质系数等。 12.3 用金属镁脱硫时，一般将镁粉渗入焦炭孔隙中制成镁焦，或者与石灰粉制成混合粉使用。金属镁进入铁水中，首先变成镁蒸汽，进一步溶于铁水中，并和铁
5、水中的硫发生反应，生成 MgS。脱硫反应如下： Mg(g)+S=MgS(s) （3-1）在镁蒸汽上浮过程中，搅拌铁水，增强了铁水的流动性，因此金属镁脱硫的动力学条件无疑是好的。在实际生产中，为得到镁深度脱硫效果，采用吹气搅拌及扒渣是很有必要3的。3、生产实践数据对比3.1 工序时间对比X13105031X13105116X13205169X13105170X13105297X13105349X13205436X13105396X13105399X131054693234363840如上图分析脱硫工序时间基本在 37min 左右。X13205211X13105393X13105406X13105
6、413X13205450X13205455X13205475303540455055606570如上图所示，LF 脱硫时的处理时间都在 45min 左右。而进电加热不脱硫的 LF 工序时间平均都在 34min（减掉温度、节奏） 。所以脱硫要比不脱硫多用 11min 的时间。如果脱硫和直上相比要多用 45min。从以上数据分析得出：提钒炼钢（45）LF（45）铸机 90min各炉次在脱硫工序时间图 1各炉次在 LF 脱硫工序时间图 24提钒脱硫（37）炼钢（45）LF（34）铸机 116min提钒脱硫（37）炼钢（45）铸机 82min3.2 辅料消耗对比3.2.1 脱硫的辅料消耗：以下数据是从
7、 10.1-10.28 脱硫数据统计得出。铁水 S 成分 脱前 S 成分 脱后 S 成分 石灰加入量 镁粉加入量 脱硫前温度 脱硫后温度最大值 161.2 166.7 24.3 1964 371.2 1432 1417平均值 80.5 84.1 11.9 872 190.2 1344.4 1323最小值 42.3 49.7 3.4 462 103.2 1243 1119由上表可以看出，在脱硫车间平均每炉的脱硫量为 72.2，材料消耗量为 190.2kg 镁粉和 872kg 石灰，温降在 21.4。 白灰消耗成本计算：0.872616.57210=2.49 元/t镁粉消耗成本计算：0.19021
8、7866210=16.18 元/t3.2.2LF 脱硫的辅料消耗：熔炼号 LD 活性石灰 LD 萤石 活性石灰 萤石 铝粒X13205211 5621 180 3113 328 36X13105393 8100 0 1799 607 90X13105406 7106 0 2305 673 72X13105413 8882 0 1208 653 208X13205450 8618 313 2343 234 103X13205455 6525 0 2513 489 83X13205475 6010 0 707 214 0平均值 7266.00 70.43 1998.29 456.86 84.57由
9、上表可以看出，后脱硫要比正常多消耗白灰 4200+1998.29=6198.3。后脱硫还要消耗萤石 456.9 和铝粒 84.6。白灰消耗成本计算：6.1983616.57210=17.7 元 /t 萤石消耗成本计算：0.45691360210=3.05 元/t表 2表 15铝粒消耗成本计算：0.084614089210=6.45 元/t3.3 炼钢精炼和脱硫的耐材消耗3.3.1 脱硫枪的消耗是 1.9 元/t（脱硫提钒统计的数据）3.3.2 脱硫和 LF 脱硫时都要用到钢包罐，工序时间也差不多，所以耐材消耗基本相等。3.4LF 炉的电极消耗、电耗、氩气消耗熔炼号 lf 有功电量 lf 氩气
10、lf 有功电量 加热时长 LF 吹氩时间X13205211 3723 55 3723 1200 2100X13105393 4808 77 4808 1200 4441X13105406 3763 115 3763 1440 5417X13105413 2826 48 2826 780 2348X13205450 2870 122 2870 300 535X13205455 4371 60 4371 240 1177X13205475 1929 70 1929 1080 3500平均值 3470.0 78.1 3470.0 891.4 2788.3 3.4.1 电耗：电价是 0.65 元，由表
11、 3 可看出，后脱硫平均每炉消耗的电量为 3470kw/时。LF 电耗成本计算：0.653470210=10.7 元/t3.4.2 氩气消耗：在脱硫提钒车间脱硫不要氩气，要的是氮气。在 LF 炉脱硫氮气搅拌也很重要的，所以要算氮气的消耗成本。由表 3 可以看出氮气消耗量为 78.1 立方脱硫氩气消耗成本计算：78.12.5210=0.93 元/t3.4.3 电极消耗LF 炉电极消耗在 0.03kg/t。电极单价为 16650 元/t。LF 电极消耗成本计算：0.0316.65=0.5 元/t63.4 加废钢对比在转炉多加的 4200 白灰要损失温度，从而影响废钢的加入量，可能还要消耗提温剂，但
12、是由于在脱硫提钒车间不脱硫，转炉半钢温度要比正常生产高 21.4，所以先脱硫和后脱硫对转炉的废钢加入量影响不大。3.5 吹损对比熔炼号 终点 S成分 出钢量 装入量 废钢量 LF 进站 S成分 LF 离站 S成分X13205211 0.0852 222.426 227.2 8.6 0.0524 0.03X13105393 0.0834 198.697 208 0 0.05 0.0139X13105406 0.0537 222.534 240.348 5.15 0.0499 0.0181X13105413 0.0509 230.672 230.328 8.8 0.0462 0.0243X1320
13、5450 0.0777 218.736 228.81 7.92 0.0437 0.0072X13205455 0.0645 232.987 244.308 8.9 0.046 0.0169X13205475 0.0812 236.314 229.207 7.34 0.0672 0.0098平均值 0.1 223.2 229.7 6.7 0.0508 0.0172 从上图数据吨钢消耗计算：（229.7+6.7）/223.21000=1059kg/t在实际生产中炼钢钢铁消耗在 1080 kg/t 左右，而脱硫提钒的钢铁消耗在 1025 左右。后脱硫的吹损量计算：Y0.074先脱硫的吹损量计算：Y0
14、.024+ Y(1-0.024)0.074=Y0.096Y-提钒后半钢重量， （具统计平均在 240t）后脱硫比先脱硫少吹损量：240(0.096-0.074)=5.28t那么后脱硫比先脱硫节约成本：5.282100220=50.4 元/t4、成本对比后脱硫在炼钢精炼要多增加成本 39.3 元/t，后脱硫因为减少了在脱硫提钒的吹损，降低成本在 50.4 元/t，所以后脱硫要节约成本在 11.1 元/t。而先脱硫在脱硫提钒成本为 23.07 元/t。 7所以后脱硫要比先脱硫成本低，大约在 34.2 元/t。5、结论5.1 后脱硫工序时间要比正常的工序时间短 26min。但比短流程长 8min。5.2 先脱硫比后脱硫多吹损 5.28t。5.3 当脱硫提钒的脱硫工序出现问题时，可以用后脱硫来保证生产顺,具有社会效益和经济效益。5.4 通过总成本来算后脱硫要比先脱硫成本低 34.2 元/t。参考文献1.鑫.提钒炼钢M.北京：冶金工业出版社，2000：179-181.
