喷吹法和KR机械搅拌法在铁水脱硫中的分析

摘 要：随着能源、化工、制造等产业对高质量的钢材需求越来越大，有效去除钢材中的硫、磷等杂质极大的影响着能源、化工、制造等产业的发展，提高铁水脱硫、脱硫的效率显得尤为重要。本文通过分别分析了喷吹法和KR机械搅拌法在铁水脱硫过程中的原理和应用，进而对比分析了喷吹法和KR机械搅拌法各自的优势。

关键词：铁水脱硫；喷吹法；KR法

0 引言

随着二十一世纪以来科学技术的飞速发展，能源产业、化工产业、制造产业等对高质量钢材的需求度飞速增长。如何有效去除钢中含有的硫、磷等杂质，提高钢材质量，助力能源、化工和制造产业发展是亟需研究的问题。因此有必要对铁水炉外脱硫，这一钢铁生产过程中的一个重要环节进行分析和讨论。

1 铁水脱硫

硫是钢中含有的有害杂质，危及钢材的质量，极易造成造成钢的热脆性。钢材中过高的硫含量还会影响其韧塑性以及成型性能。因此需要在钢材生产过程中尽量去除包括硫、磷等元素在内的杂质。铁水脱硫技术初创于二十世纪三十年代，发展于二十世纪六十年代，至今，已经日趋成熟。目前，铁水脱硫已经形成了十几种脱硫方法，这其中最具有代表性、应用最广泛的当属喷吹法和KR法（又称KR机械搅拌法）。

2 喷吹法在铁水脱硫中的分析

喷吹法通过将惰性气体作为载体，把包括CaO、Mg和CaC2在内的脱硫粉剂通过喷枪，伴随惰性气体喷进铁水中，使脱硫剂和铁水混合，并在混合过程中将铁水中包含的硫杂质去除。随着喷吹法的发展，生成了混合和复合喷吹法两种形式的喷吹法。混合喷吹法是将包括CaO、Mg和CaC2在内的脱硫粉剂先以固定的比例进行混合。在CaO、Mg和CaC2在内的脱硫粉剂充分混合后，再使用惰性气体将其喷进铁水中。在混合喷吹法铁水脱硫过程中，镁系和钙系脱硫粉剂通过混合，钙系脱硫粉剂会分散镁气泡，进而增加镁的有效表面面积，并形成MgS。在脱硫的上升过程中将MgS脱离出铁水，以达到铁水脱硫的目的。复合喷吹法与混合喷吹法的主要区别是在之前不将包括CaO、Mg和CaC2在内的脱硫粉剂先以固定的比例进行混合，而是改为在惰性气体喷进铁水的过程中混合。被喷枪喷入的惰性气体使铁水和脱硫粉剂完全混合，起到搅拌的作用。这样做的优点在于可以实时掌握CaO、Mg和CaC2这些不同脱硫粉剂的比例。不论是混合喷吹法还是复合喷吹法，脱硫剂的选取是喷吹法的一个重点工作。由于钙基和镁基脱硫剂在运输和贮存过程中存在较高的安全风险，给生产过程带来了安全隐患，所以脱硫剂的选取主要以纯化颗粒镁为主。目前国内从经济因素、生产周期和工作强度等方面考虑，倾向于使用镁系为主的脱硫剂。

3 KR机械搅拌法在铁水脱硫中的分析

虽然通过引入纯化颗粒镁为主的脱硫剂降低了脱硫剂在运输和贮存过程中的安全风险隐患，并提高了脱硫水平。但是，不论是混合喷吹法还是复合喷吹法还存在动力条件不足的缺陷。动力条件不足，即为脱硫剂和铁水仅靠惰性气体的喷吹和搅拌不能达到与铁水的完全混合。因此，借助机械的KR机械搅拌铁水脱硫法应运而生。KR机械搅拌法是通过将包括碳化钙基和氧化钙在内的脱硫剂注入铁水中，使用由耐火材料制成的搅拌器的搅拌、旋转下，将包括碳化钙基和氧化钙在内的脱硫剂和铁水充分混合，完成铁水脱硫的过程。由于在KR机械搅拌法的铁水脱硫过程中，碳化钙基和氧化钙等多种脱硫剂可以达到与铁水完全混合，所以脱硫效果较高。当铁水的硫含量在百分之零点零三时，经过KR机械搅拌法脱硫的铁水，硫的最终含量可以降低到万分之零点一。由于其较高的脱硫效果，KR机械搅拌法在生产高品质钢材的过程中与喷吹法相比，得到了较多的应用。

4 喷吹法与KR机械搅拌法的比较

通过分别对喷吹法和KR机械搅拌法在铁水脱硫过程中的分析可以看出，KR机械搅拌法实际上来源于喷吹铁水脱硫法。由于在喷吹法中，脱硫剂仅仅借助惰性气体才能与铁水混合，造成只有在自身的上升过程之中才能吸收铁水中的硫元素，使得大量的脱硫剂无法完全与铁水接触并吸收铁水中的硫元素，提高了脱硫剂的使用量，增加了成本。KR机械搅拌法通过增加了脱硫剂和铁水的混合程度，改进了喷吹铁水脱硫法。而且，比较喷吹法和KR机械搅拌法所使用的脱硫剂也可以看出，喷吹法采用的粉状脱硫剂需要采取封闭等防护措施。而KR机械搅拌法所采用的脱硫剂为萤石颗粒，安全系数较高，不需要封闭等防护措施。在生产管理的过程中，KR机械搅拌法又减少了一定的费用。但KR机械搅拌法也有其自身的局限性。由于KR机械搅拌法对设备机械的要求较高，特别是对耐火材料制成的搅拌器要求极高，搅拌器的生命往往很短。而且KR机械搅拌法设备所占场地也较大，投资较高，适用于资金充足、规模较大的钢铁生产厂家。

5 总结

通过以上对比可以看出，喷吹法包括混合和复合喷吹法两种形式的喷吹法。KR机械搅拌法是喷吹法的改良方法，是借助搅拌器能够使脱硫剂和铁水充分混合，达到更高的脱硫效率。KR机械搅拌法较喷吹法相比脱硫效率更高、生产过程安全风险更低，但是生产条件要求也高于喷吹法。