CN115323096A - 一种铁水两步脱硫的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种铁水两步脱硫的方法；所述方法包括：向含有高炉铁水的铁包中加入热态脱硫渣，后加入热态钢渣，进行一次脱硫和第一扒渣处理，得到一次脱硫铁水；向所述一次脱硫铁水中加入脱硫剂进行二次脱硫和第二扒渣处理，得到二次脱硫铁水；其中，所述热态脱硫渣为KR法的脱硫渣，所述热态钢渣包括LF脱硫渣和残余钢渣的混合物；通过采用包括KR法的脱硫渣的热态脱硫渣和包括残余钢渣和LF脱硫渣的热态钢渣进行一次脱硫，再采用脱硫剂进行二次脱硫，两步脱硫的方式，能提高KR法的生产效率、金属收得率以及实现脱硫渣的循环利用，进而实现对热态KR脱硫渣和LF脱硫渣的充分利用。

Description

一种铁水两步脱硫的方法

技术领域

本申请涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种铁水两步脱硫的方法。

背景技术

在钢铁冶炼中，由于硫在多数情况下被视为有害元素，能够使钢材产生“热脆”的现象，降低钢材冲击韧性、焊接性能、抗氢致裂纹等性能，因此在一般钢材中要求硫的含量不大于0.02％，而特殊钢种中硫的含量不大于0.005％，但是冶炼后的铁水中一般的硫含量高达0.06％～0.20％，因此铁水不能直接冶炼品种钢，需要进一步脱硫处理后才能满足冶炼要求。

目前针对铁水脱硫的处理包括LF脱硫和KR机械搅拌脱硫，其中，KR机械搅拌脱硫法通过加入CaO与CaF₂为基础原料的脱硫剂，使用搅拌头搅拌铁水脱硫，能够将铁水中硫含量降低至20ppm以下；但是，实际KR脱硫反应只在加入的石灰颗粒表面进行，在石灰颗粒的缝隙中会生成硅酸钙和CaO-CaF₂的混合物以及CaS等，而石灰内部存在大量未反应的自由CaO，导致了石灰利用率较低，并且会产生大量含自由CaO的热态KR脱硫渣；同时，LF脱硫后的脱硫渣为预熔渣，其具有熔点低，渣中含有SiO₂、Al₂O₃等有助于石灰化渣的成分，但是该脱硫渣具有一定量的硫容量和热量。

目前针对脱硫渣的利用以冷态渣为主，而对热态KR脱硫渣和LF脱硫渣的利用较少，因此如何对热态KR脱硫渣和LF脱硫渣进行充分利用，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种铁水两步脱硫的方法，以解决现有技术中对KR脱硫渣和LF脱硫渣的利用不充分的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种铁水两步脱硫的方法，所述方法包括：

向含有高炉铁水的铁包中加入热态脱硫渣，后加入热态钢渣，进行一次脱硫和扒渣处理，得到一次脱硫铁水；

向所述一次脱硫铁水中加入脱硫剂进行二次脱硫和扒渣处理，得到二次脱硫铁水；

其中，所述热态脱硫渣为KR法的脱硫渣，所述热态钢渣包括LF脱硫渣和残余钢渣的混合物。

可选的，所述热态脱硫渣的加入量为5kg/t～20kg/t，所述热态钢渣的加入量为15kg/t～50kg/t。

可选的，以质量分数计，所述热态脱硫渣的化学成分包括：CaO:50％～80％，SiO₂:5％～15％，Al₂O₃:2％～10％，所述CaO中的自由CaO≥20％；

和/或，所述热态钢渣包括残余钢渣：10％～30％和LF脱硫渣：70％～90％；

和/或，所述LF脱硫渣的化学成分包括：CaO:40％～70％，SiO₂:1％～10％，Al₂O₃:20％～40％，FeO≤1.0％。

可选的，所述一次脱硫包括以预设温度的铁水在第一预设搅拌下进行一次脱硫，其中，所述预设温度＞1300℃，所述第一预设搅拌的时间为3min～5min，所述第一预设搅拌的搅拌速度为30r/min～80r/min。

可选的，以质量分数计，所述脱硫剂的化学成分包括：CaO≥80％，MgO≤10％和SiO₂≤5％。

可选的，所述脱硫剂的粒度≤3mm，所述脱硫剂包括第一粒径的脱硫剂和第二粒径的脱硫剂，其中，1＜所述第一粒径的脱硫剂≤3mm，所述第二粒径的脱硫剂≤1mm，所述第二粒径的脱硫剂重量占所述脱硫总重＞70％，所述第一粒径的脱硫剂重量占所述脱硫剂总重≤30％。

可选的，所述脱硫剂的加入量＝10000*一次脱硫铁水的S含量+5。

可选的，所述二次脱硫包括在第二预设搅拌下进行二次脱硫，所述第二预设搅拌的时间为5min～15min，所述第二预设搅拌的搅拌速度为80r/min～130r/min。

可选的，所述第一扒渣处理的渣层厚度为30mm～60mm，所述第二扒渣处理的扒渣率≥90％。

可选的，所述向所述一次脱硫铁水中加入脱硫剂进行二次脱硫和扒渣处理，得到二次脱硫铁水，具体包括：

向所述一次脱硫铁水中加入脱硫剂进行二次脱硫和扒渣处理，分别得到二次脱硫铁水和二次脱硫渣；

向所述含有高炉铁水的铁包中加入所述二次脱硫渣，以实现脱硫渣的循环利用。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的一种铁水两步脱硫的方法，通过采用热态脱硫渣和热态钢渣进行一次脱硫，再采用脱硫剂进行二次脱硫，同时限定热态脱硫渣采用KR法的脱硫渣，而热态钢渣采用残余钢渣和LF脱硫渣，从而通过在一次脱硫时能够利用KR法的脱硫渣和LF脱硫渣所携带的热量和硫容量，再通过两步脱硫的方式，能提高KR法的生产效率、金属收得率以及实现脱硫渣的循环利用，进而实现对热态KR脱硫渣和LF脱硫渣的充分利用。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的方法的详细流程示意图；

图3为本申请实施例提供的实际方法使用的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的创造性思维为：目前针对LF脱硫渣和热态KR脱硫渣的研究较少，且多针对冷态渣利用，现有的针对热态KR脱硫渣的利用大多是将热态KR脱硫渣直接回吃进行KR铁水脱硫，但是存在铁水脱硫率不稳定，铁水深脱硫能力差，脱硫后的铁水硫含量波动大等问题，现有的针对LF脱硫渣的利用大多是将LF脱硫渣倒入铁包，铁包在高炉兑铁，在铁水转运过程中进行脱硫，该方法利用了LF脱硫渣的硫容量脱硫，但是钢包渣转运过程中能量损失严重。

在本申请一个实施例中，如图1和图3所示，提供一种铁水两步脱硫的方法，所述方法包括：

S1.向含有高炉铁水的铁包中加入热态脱硫渣，后加入热态钢渣，进行一次脱硫和扒渣处理，得到一次脱硫铁水；

S2.向所述一次脱硫铁水中加入脱硫剂进行二次脱硫和扒渣处理，得到二次脱硫铁水；

其中，所述热态脱硫渣为KR法的脱硫渣，所述热态钢渣包括LF脱硫渣和残余钢渣的混合物，所述热态钢渣为LF冶炼的钢液浇注结束后钢包内剩余的残渣。

本申请实施例中，还通过对热态脱硫渣和热态钢渣的加入顺序进行限定，若先加入热态钢渣，其中的LF脱硫渣会造成铁水中C和热态钢渣中FeO发生反应，造成铁水喷溅，影响铁水脱硫的同时还导致生产事故。

在一些可选的实施方式中，所述热态脱硫渣的加入量为5kg/t～20kg/t，所述热态钢渣的加入量为15kg/t～50kg/t。

在一些可选的实施方式中，以质量分数计，所述热态脱硫渣的化学成分包括：CaO:50％～80％，SiO₂:5％～15％，Al₂O₃:2％～10％，所述CaO中的自由CaO≥20％；

和/或，所述热态钢渣包括残余钢渣：10％～30％和LF脱硫渣：70％～90％；

和/或，所述LF脱硫渣的化学成分包括：CaO:40％～70％，SiO₂:1％～10％，Al₂O₃:20％～40％，FeO≤1.0％。

本申请实施例中，在热态脱硫渣中，CaO中的自由CaO≥20％的积极效果是保证一次脱硫的效果，从而保证一次脱硫后的硫含量在适宜的范围内；当质量分数的取值小于该范围的端点值，将导致的不利影响是CaO中的自由CaO含量过低，将造成一次脱硫效果差。

在LF脱硫渣中，FeO≤1.0％的积极效果是在该质量分数范围内，能保证渣的氧化性在较低范围内；当质量分数的取值大于该范围的端点值，将导致的不利影响是渣中FeO过高，造成渣氧化性强，将影响脱硫效果。

在一些可选的实施方式中，所述一次脱硫包括以预设温度的铁水在第一预设搅拌下进行一次脱硫，其中，所述预设温度＞1300℃，所述第一预设搅拌的时间为3min～5min，所述第一预设搅拌的搅拌速度为30r/min～80r/min。

本申请实施例中，预设温度＞1300℃的积极效果是在该温度范围内，能保证铁水的脱硫速率；当温度的取值小于该范围的端点值，铁水温度过低将造成渣、钢融化速度慢，影响脱硫速率。

第一预设搅拌的时间为3min～5min的原因是保证铁水温度的同时保证一次脱效果；当时间的取值大于或小于该范围的端点值，将导致搅拌时间过短，则脱硫效果不佳，脱硫时间长，会造成铁水温度下降过快。

第一预设搅拌的搅拌速度为30r/min～80r/min的积极效果是保证渣量的稳定，避免铁水与热态钢渣中FeO发生反应导致溢渣现象；当第一预设搅拌时间的取值大于或小于该范围的端点值，将导致的不利影响是铁水与热态钢渣中FeO发生反应导致溢渣现象。

在一些可选的实施方式中，以质量分数计，所述脱硫剂的化学成分包括：CaO≥80％，MgO≤10％和SiO₂≤5％。

本申请实施例中，CaO≥80％的积极效果是能保证二次脱硫的碱度；当质量分数的取值小于该范围的端点值，说明此时CaO含量低，将造成铁水脱硫效果差。

MgO≤10％的积极效果是能保证脱硫剂的粘度；当质量分数的取值大于该范围的端点值，说明此时MgO含量过高，将导致脱硫剂粘度高，影响脱硫动力学条件，从而影响二次脱硫的顺利进行。

SiO₂≤5％的积极效果是能保证脱硫效果；当质量分数的取值大于该范围的端点值，说明此时SiO₂含量高，将造成脱硫效果变差。

在一些可选的实施方式中，所述脱硫剂的粒度≤3mm，所述脱硫剂包括第一粒径的脱硫剂和第二粒径的脱硫剂，其中，1＜所述第一粒径的脱硫剂≤3mm，所述第二粒径的脱硫剂≤1mm，所述第二粒径的脱硫剂重量占所述脱硫剂总重＞70％，所述第一粒径的脱硫剂重量占所述脱硫剂总重≤30％。所述脱硫剂可以是粉状石灰。

本申请实施例中，1＜第一粒径的脱硫剂≤3mm的积极效果是在该粒径范围内，能保证二次脱硫效果；当粒径的取值大于该范围的端点值，说明此时脱硫剂粒径的过大，将导致脱硫效果变差。

第二粒径的脱硫剂≤1mm的积极效果是在该粒径范围内，能进一步保证脱硫剂的充分反应，当粒径的取值大于该范围的端点值，说明此时脱硫剂粒径的过大，将导致脱硫剂反应不充分。

第二粒径的脱硫剂重量占所述脱硫总重＞70％的积极效果是在该重量占比的范围内，由于粉状石灰有利于脱硫的动力学，能加快脱硫反应，从而保证脱硫完全。

通过限定脱硫剂为粉状石灰，而不采用萤石，能利用一次脱硫结束后剩余的渣中SiO₂和Al₂O₃及KR搅拌良好的动力学条件，快速溶解石灰。

在一些可选的实施方式中，所述脱硫剂的加入量＝10000*一次脱硫铁水的S含量+5。

本申请实施例中，通过限定脱硫剂的加入量与一次脱硫铁水的S含量之间的关系，保证脱硫剂的脱硫充分，同时保证二次脱硫的脱硫效果；若脱硫剂加入量过少会造成脱硫后硫含量高，若脱硫剂加入量过多会造成试剂浪费。

在一些可选的实施方式中，所述二次脱硫包括在第二预设搅拌下进行二次脱硫，所述第二预设搅拌的时间为5min～15min，所述第二预设搅拌的搅拌速度为80r/min～130r/min。

本申请实施例中，第二预设搅拌的时间为5min～15min的积极效果是在该时间范围内，能保证二次脱硫阶段的脱硫充分，同时保证脱硫后铁水的温降在合适范围内；当时间的取值大于或小于该范围的端点值，将导致搅拌时间过短，会造成脱硫结束后硫含量高，脱硫时间过长，会造成铁水温降过大。

第二预设搅拌的搅拌速度为80r/min～130r/min的积极效果是通过强搅拌的方式，加快脱硫反应快速进行；当搅拌速度的取值大于或小于该范围的端点值，都将导致脱硫反应无法快速进行，影响二次脱硫的效果。

在一些可选的实施方式中，所述第一扒渣处理的渣层厚度为30mm～60mm，所述第二扒渣处理的扒渣率≥90％。

本申请实施例中，第一扒渣处理的渣层厚度为30mm～60mm的积极效果是在该厚度范围内，能保证后续的二次脱硫中石灰的融化和防止铁水回硫；当厚度的取值大于或小于该范围的端点值，将导致渣层过后，说明渣中硫含量高，容易造成铁水回硫，渣层过薄，导致渣中的SiO₂、Al₂O₃含量少，不利于二次脱硫中石灰融化。

第二扒渣处理的扒渣率≥90％的积极效果是在该扒渣率的范围内，有利于减少铁水回硫，保证二次脱硫后的铁水中的硫含量稳定。

在一些可选的实施方式中，如图2所示，所述向所述一次脱硫铁水中加入脱硫剂进行二次脱硫和扒渣处理，得到二次脱硫铁水，具体包括：

S201.向所述一次脱硫铁水中加入脱硫剂进行二次脱硫和扒渣处理，分别得到二次脱硫铁水和二次脱硫渣；

S202.向所述含有高炉铁水的铁包中加入所述二次脱硫渣，以实现脱硫渣的循环利用。

各实施例和对比例的工艺参数如表1所示。

表1

相关实验：

分别统计各实施例和对比例的一次脱硫和二次脱硫后的硫含量，结果如表2所示。

表2

实施例	一次脱硫结束硫含量(％)	二次脱硫结束硫含量(％)
			实施例1	0.014	0.0018
实施例2	0.009	0.0008
			实施例3	0.007	0.0010
对比例1	0.028	0.0051
			对比例2	0.033	0.0057
对比例3	0.015	0.0009
			对比例4	0.038	0.0033
对比例5	0.006	0.0006
			对比例6	0.019	0.0029
对比例7	0.013	0.0013
			对比例8	0.009	/

表1和表2的具体分析：

一次脱硫结束硫含量是指一次脱硫后的铁水中的硫含量，硫含量在合适范围内，能保证铁水能够进行后续的工序，得到合格的钢材产品。

二次脱硫结束硫含量是指二次脱硫后的铁水中的硫含量，硫含量在合适范围内，能保证铁水能够进行后续的工序，得到合格的钢材产品。

由实施例1-3的数据可知：

采用本申请的热态KR脱硫渣和包括LF脱硫渣和残余钢渣的热态钢渣进行一次脱硫，再通过脱硫剂进行二次脱硫，从而通过两步法对铁水进行脱硫处理，充分利用了LF脱硫钢渣和热态KR脱硫铁渣的热量和硫容量，提高了KR效率、金属收得率和石灰利用率。

由对比例1-7的数据可知：

对比例1中一次脱硫时只加入10kg/t铁的KR脱硫渣，而未加入LF钢渣，由于渣融化效果差，一次脱硫结束后硫含量高，二次脱硫过程中脱硫剂加入量为2.8kg/t铁，结果说明脱硫剂加入量少，会造成二次脱硫结束后硫含量高。

对比例2中一次脱硫时只加入31kg/t铁的热态钢渣，未加入KR脱硫渣，由于渣一次脱硫效果差，一次脱硫结束后硫含量高，二次脱硫搅拌时间4min，结果说明二次脱硫时间短，造成二次脱硫结束后硫含量高。

对比例3中先加入热态钢渣，后加入KR脱硫渣，虽然一次脱硫后硫含量和二次脱硫后硫含量满足要求，但是脱硫过程中喷溅严重，存在安全隐患；

对比例4中一次脱硫铁水温度1277℃，此时铁水温度较限定的温度低，导致脱硫热力学和动力学条件差，会造成一次脱硫后硫含量和二次脱硫后硫含量高；

对比例5中一次脱硫的搅拌速度98r/min，虽然一次脱硫后硫含量和二次脱硫后硫含量满足要求，但是脱硫过程中喷溅严重，存在安全隐患；

对比例6中一次脱硫结束渣厚20mm，较规定扒渣后的渣层薄，二次脱硫过程中脱硫剂融化效果差，造成一次脱硫结束后硫含量高。

对比例7中二次脱硫结束扒渣率57％，较规定的扒渣率低，二次脱硫结束后硫含量满足要求，但是转炉兑铁前回硫现象严重，硫含量0.0064％。

对比例8中未加入脱硫剂进行二次脱硫，KR结束硫含量0.009％，此时钢产品中硫含量过大。

本申请实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

(1)本申请实施例所提供的方法，通过采用包括KR法的热态脱硫渣和LF热态钢渣进行一次脱硫、再采用脱硫剂进行二次脱硫的“两步脱硫”的方式，能提高KR法的生产效率、金属收得率以及实现脱硫渣的循环利用，进而实现对热态KR脱硫渣和LF脱硫渣的充分利用。

(2)本申请实施例所提供的方法，由于限定了脱硫剂为粉状石灰粉，因此还能提高体脱硫过程的石灰的利用，能有效的对自由CaO成分的利用，因此较传统的工艺，还减少了石灰的消耗，并且脱硫剂中不加入萤石，还能避免萤石内的成分对搅拌头的侵蚀和对环境的危害。

(3)本申请实施例所提供的方法，通过两步法进行脱硫，并对热态脱硫渣和热态钢渣进行利用，能减少钢渣处理过程中渣罐和格栅的消耗及LF、KR钢渣处理的人力、运输、材料成本，减少钢渣产生。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种铁水两步脱硫的方法，其特征在于，所述方法包括：

向含有高炉铁水的铁包中加入热态脱硫渣，后加入热态钢渣，进行一次脱硫和第一扒渣处理，得到一次脱硫铁水；

向所述一次脱硫铁水中加入脱硫剂进行二次脱硫和第二扒渣处理，得到二次脱硫铁水；

其中，所述热态脱硫渣为KR法的脱硫渣，所述热态钢渣包括LF脱硫渣和残余钢渣的混合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热态脱硫渣的加入量为5kg/t～20kg/t，所述热态钢渣的加入量为15kg/t～50kg/t。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以质量分数计，所述热态脱硫渣的化学成分包括：CaO:50％～80％，SiO₂:5％～15％，Al₂O₃:2％～10％，其中，所述CaO中的自由CaO≥20％；

和/或，所述热态钢渣包括残余钢渣：10％～30％和LF脱硫渣：70％～90％；

和/或，所述LF脱硫渣的化学成分包括：CaO:40％～70％，SiO₂:1％～10％，Al₂O₃:20％～40％，FeO≤1.0％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一次脱硫包括以预设温度的铁水在第一预设搅拌下进行一次脱硫，其中，所述预设温度＞1300℃，所述第一预设搅拌的时间为3min～5min，所述第一预设搅拌的搅拌速度为30r/min～80r/min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以质量分数计，所述脱硫剂的化学成分包括：CaO≥80％，MgO≤10％和SiO₂≤5％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱硫剂的粒度≤3mm，所述脱硫剂包括第一粒径的脱硫剂和第二粒径的脱硫剂，其中，1＜所述第一粒径的脱硫剂≤3mm，所述第二粒径的脱硫剂≤1mm，所述第二粒径的脱硫剂重量占所述脱硫剂总重＞70％，所述第一粒径的脱硫剂重量占所述脱硫剂总重≤30％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱硫剂的加入量＝10000*一次脱硫铁水的S含量+5。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二次脱硫包括在第二预设搅拌下进行二次脱硫，所述第二预设搅拌的时间为5min～15min，所述第二预设搅拌的搅拌速度为80r/min～130r/min。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一扒渣处理的渣层厚度为30mm～60mm，所述第二扒渣处理的扒渣率≥90％。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向所述一次脱硫铁水中加入脱硫剂进行二次脱硫和扒渣处理，得到二次脱硫铁水，具体包括：

向所述一次脱硫铁水中加入脱硫剂进行二次脱硫和扒渣处理，分别得到二次脱硫铁水和二次脱硫渣；

向所述含有高炉铁水的铁包中加入所述二次脱硫渣，以实现脱硫渣的循环利用。

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