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鞍钢高炉渣脱硫能力研究

文档作者：郭天永车玉满姚硕孙鹏李连成张立国陈国一文档来源：鞍钢股份有限公司技术中心		点击数：	更新时间： 2021年03月05日
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鞍钢高炉渣脱硫能力研究
郭天永，车玉满，姚硕，孙鹏，李连成，张立国，陈国一
(鞍钢股份有限公司技术中心，辽宁鞍山114009)
摘要：针对鞍钢鲅鱼圈高炉进口矿比例高，炉渣w(A1203)偏高的特点，利用实验室配渣和
现场高炉渣研究了炉渣化学成分对脱硫性能的影响，并分析了适宜炉渣脱硫能力给高炉生产
带来的益处。研究结果表明，提高炉渣碱度与提高to(MgO)都可以提高炉渣脱硫能力，而且后
者效果强于前者；炉渣w(A1203)小于14％时，不论炉渣碱度高低，to(A1203)对脱硫能力影响不
大．当to(Al 0 )超过l6％后，脱硫能力明显变差，维持或适当降低炉渣脱硫能力均可降低高炉
燃料消耗和使用廉价高硫煤种。
关键词：高炉；炉渣；脱硫能力；硫分配系数；燃料比
中图分类号：TF748 文献标识码：A 文章编号：1006—4613(2013)02—0012—05
Study on Desulphurizing Capacity for Blast Furnace Slag in Angang
Guo Tianyong，Che Yuman，Yao Shuo，Sun Peng，Li Liancheng，Zhang Liguo，Chen Guoyi
(Technology Center of Angang Steel Co．，Ltd．，Anshan 1 14009，Liaoning，China)
Abstract：The effect of chemical compositions of BF slag on desulphurizing properties are
studied by using the mixing slag from the laboratory and the BF slag from the site with regard to
the characteristics of mixing more imported ores in ore-blending and higher content of A1203 in
slag in the BF in Bayuquan Iron&amp;amp; Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co．．Ltd．．And then
good results due to the suitable desulphurizing capacity for the BF slag are also analyzed．The
studied results show that the desulphurizing capacity can be improved when the slag basicity and
the content of AI203 in BF slag are increased and what S more increasing the content of A1203 is
more powerful than increasing the basicity in improving the desulphurizing capacity．It is found
that the effect of content of A1203 in BF slag on desulphurizing capacity is slight no matter whether
the basicity is high or low when the content of A1203 in BF slag is less than 14％ ．However，while
the content of A1203 in BF slag is more than 16％ ，the desulphurizing capacity becomes worse and
thus the fuel consumption for BF can be decreased and some other kinds of cheap coals with high
content of sulphur can be used as the desulphurizing capacity for the BF slag needs to be main—
tained or decreased properly．
Key words：BF；slag；desulfurizing capacity；distribution coefficient of sulfur；fuel ratio
鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司的高炉
原料以进口矿为主，矿石种类多，成分差别大，特
别是进口澳矿的Al2o，含量普遍偏高，导致炉渣的
AI：0，含量上升，炉渣流动性和稳定性变差，炉渣
郭天永，硕士，T程师，2010年毕业于北京科技大学冶金lT程
专业。E-mail：gty77@126．com
— — 12 ——
脱硫性能下降，对高炉顺行造成一定影响。
在一定原燃料和冶炼条件下．降低生铁含硫
量的主要方向和途径是提高硫在渣、铁间的分配
系数( )，也就是要改善造渣制度，提高炉渣的脱
硫能力，其中提高炉温和改善炉渣化学成分都可
以提高脱硫能力[1]，但过高的炉渣脱硫能力，则会
增加高炉燃料消耗。增加生产成本。本文以鞍钢鲅
2013年第2期
鞍钢技术
ANGANG TECHNOLOGY 总第380期
鱼圈高炉实际炉渣为基准。通过配渣研究了二元
碱度、MgO和A12O3含量对炉渣脱硫性能的影响，
并采用回归分析法分析了现场高炉渣化学成分与
硫分配系数的关系，探讨了适当的炉渣脱硫性能
给高炉生产成本带来的益处，为鞍钢鲅鱼圈制定
合理的高炉造渣制度提供依据。
l实验方法及装置
以鞍钢鲅鱼圈现场高炉渣平均成分为基准．
以高炉渣二元碱度CaO／SiO2、MgO和Al20，含量为
因素，采用只改变某一因素，固定其他因素的交叉
因素法E2]，计算出选定变量渣样的目标成分，根据
目标成分，采用规划求解法解出CaO、SiO2、A12O3、
MgO等各种化学纯试剂的添加量。然后配制出不
同碱度、MgO和Al：O，含量的脱硫渣样。根据鞍钢
鲅鱼圈高炉冶炼条件，硫负荷为2．9～3．0 kg／t，按
95％硫进入炉缸液态渣铁中。即大约有2．755～
2．850 kg／t硫进入渣铁，则对应试样铁的硫含量应
该在0．275 5％～0．285 0％之间。如此高硫铁样在高
炉生产中根本无法找到．大多数脱硫实验高硫铁
样均采用FeS进行配制。本实验采用了高炉号外
铁作为实验铁样，脱硫渣铁成分见表1．并对实验
数据做适当修正加以解决。根据高炉原燃料条件，
高炉渣比基本在0．28～0．29之间。实验中选择渣铁
比0．29。并考虑坩埚容量确定铁渣样重量。
表1 高硫生铁成分I质量分数) ％
脱硫实验在氮气保护下于二硅化钼高温管式
炉中进行，实验装置示意图见图1。
管
图1 高炉渣脱硫性能检测装置示葸图
实验采用上下两层石墨坩埚作为反应器．按
照渣铁比称取适量渣样装入下层坩埚．放置在电炉
中升温熔化至1 500℃ ，再称取适量高硫铁样，装
入底部带孔的上层坩埚，然后放置在电炉内炉渣
坩埚之上。待生铁样完全熔化漏毕后，在1 500 oC
下恒温反应30 min。然后取出坩埚，快速冷却，取
出渣铁样．检验反应后铁样的硫含量。炉渣脱硫能
力部分实验配渣方案见表2。
表2 炉渣脱硫能力部分实验配渣方案
一13 —
郭天永等：鞍钢高炉渣脱硫能力研究
《鞍钢技术)2013年第2期
总第380期
2 实验结果与分析
2．1 炉渣碱度对脱硫能力的影响
实验以鞍钢鲅鱼圈高炉炉料结构中块矿比例
为1O％一13％ 、控制烧结矿Al2o3含量小于1．75％
条件下的现场炉渣为基准，固定to(MgO)为7．5％ 、
to(A1 03)为14．84％不变，研究不同炉渣CaO／SiO2为
0．95～1．25的脱硫能力。实验结果如图2所示。
图2 铁水硫与炉渣碱度的关系
由图2可知。在实验条件下铁样硫含量随炉
渣二元碱度增加而降低。即炉渣脱硫能力整体随
着碱度增加而提高．因此提高碱度可以有效降低
铁水中的硫含量。
根据炉渣脱硫基本反应式：(CaO)+[FeS]+
[C]一(CaS)+[Fe]+CO，提高碱度，意味着渣中CaO
含量增加，根据离子理论，溶液中0z一活度增加，
有利于反应向右进行，铁水硫降低。其中(CaO)是主
要脱硫剂，S 与Ca 结合形成(CaS)。此外，随着炉
渣碱度提高。渣中复杂硅氧离子体解体为简单的硅
氧离子体[(Si 09) +3O 3(SiO )4-]，致使炉渣粘
度降低，有利于炉渣与金属液体之间传质，有利于
Sz一向炉渣中转移。从而改善脱硫反应的动力学条件。
图3为鞍钢鲅鱼圈现场高炉渣碱度与硫分配
系数上s的关系。从图3可以看出，炉渣碱度超过122
后。硫分配系数工s增加趋势趋于平缓，也就是说
脱硫效率不再增加，甚至趋于下降，而且过高的炉
渣碱度会增加燃料消耗[3]，增加生铁成本。综合考
虑炉渣粘度、脱硫性能和生产成本。鞍钢鲅鱼圈高
炉炉渣合适炉渣碱度应控制在1．15～1．20范围内。
2．2 炉渣MgO含量对脱硫能力的影响
实验以鞍钢鲅鱼圈高炉高Al2O，含量进口矿
配比增加时期现场炉渣为基准。保持炉渣碱度为
— — 14 ——
1．20、to(Al203)为16．5％不变，研究to(MgO)为5％-
15％的脱硫能力．铁水硫与炉渣MgO含量关系见图4。
CaO／Si0 2
图3 硫分配系数与炉渣碱度关系
图4 铁水硫与炉渣MgO 含量关系
由图4可知。在实验条件下，随着炉渣to(MgO)
增加，实验铁样硫含量呈快速下降趋势，当∞(MgO)
超过13％后，曲线趋于平缓，即随着∞(MgO)
的增加，炉渣脱硫能力在提高，但超过一定含量
后，其脱硫能力不再增加。由于此渣to(Al20，)超过
l6％ ，考虑到炉渣流动性和稳定性，∞(MgO)应控
制在13％左右。
图5为鞍钢鲅鱼圈现场高炉渣to(MgO)含量
与硫分配系数 的关系，高炉渣的平均碱度为
1．20，re(A1203)为13．89％，。从图5可以看出，随着
炉渣oJ(MgO)增加，硫分配系数上s也有所增加，
由于炉渣∞(Al203)小于14％ ，∞(MgO)基本控制
在8．10％～9．00％。理论J2MgO也是脱硫剂，其脱硫
机理与CaO基本相似。
2．3 Al2o，含量对炉渣脱硫能力的影响
实验以鞍钢鲅鱼圈高炉现场炉渣平均成分为
基准，保持炉渣碱度为1．20、to(MgO)为8．10％不
2013年第2期
鞍钢技术
ANGANG TECHNoLoGY 总第380期
变，通过配渣研究to(A1 0，)为8％一20％的脱硫能
力。实验渣中to(A120，)与铁水硫含量关系见图6。
(Mg0)／?6
图5 炉渣Mg0含量与硫分配系数关系
图6 铁水硫与炉渣AI203含量的关系
图6表明。在碱度1．20和to(MgO)为8．10％
条件下，炉渣to(A1203)在10％一12％之间，铁水中
硫含量最低，之后随着AI 0，含量逐渐升高，生铁
硫随之上升，炉渣脱硫能力逐渐下降。这是因为
A1 0 虽然具有酸、碱两重性，但在高炉渣系内基
本以弱酸性氧化物存在，Al20 能够吸收炉渣中
0z-形成复合阴离子Al Ov2_，促使炉渣的熔化性温
度升高．恶化炉渣脱硫的动力学和热力学条件。
图7为现场渣to(A1 0，)与硫分配系数 的
关系，其碱度、to(MgO)与实验渣相近，to(Al：0 )在
13．20％～14．5％之间。
从图7可以看出。这种成分的渣对硫分配系
数影响不大。因此碱度为1．20、to(MgO)为8o／~9％，把
to(AI20 )控制在15％以下，对炉渣脱硫能力影响
不大。
2．4 三种因素对炉渣脱硫能力的综合影响
统计分析鞍钢鲅鱼圈高炉现场炉渣化学成分
和硫分配系数生产数据．采用多元线性回归法分
(h1 0：；)／％
图7 炉渣AI2O3含量与硫分配系数关系
析了炉渣二元碱度、to(MgO)和to(Al203)对硫分配
系数厶的综合影响。经回归分析，得到回归方程
为：Ls=一l l5．44+1．88A1203+7．90 MgO-I-47．49
(二元碱度)，其中复相关系数R为0．513，南于回
归方程在给定的显著性水平Ot为0．05下建立的．
自变量个数为3，样本个数为92，查相关文献[2]
附表得对应的临界值R 为0．296，由于R>R ，
说明建立的回归方程非常显著，也就是说硫分配
系数厶与炉渣碱度、to(MgO)和to(A1 0，)之间存
在非常密切的关系。表3为回归方程方差分析。
表3 回归方程方差分析
注：··表示因变量与白变量之间具有十分显著的关系。
由表3可知。to(Mgo )和二元碱度对分配系数
影响非常显著。(It为0．05，二者均有P<0．05，且
‘t，(Mgo)对厶的影响强于二元碱度(比较F值，
Mgo>二元碱度>AI203)，而to(A12O3)对 的影响
不显著P=0．273>0．05。统计分析数据为现场生产数
据，炉渣to(A1203)在13-3％～14．8％ ，碱度在1．1O～
1．26之间，也就是说炉渣to(A1203)<15％时，无论低
碱度渣还是高碱度渣对炉渣脱硫能力影响不大。
3 炉渣脱硫性能经济性探讨
以上实验分析表明．提高炉渣碱度与MgO含
一15 —
郭天永等：鞍钢高炉渣脱硫能力研究
《鞍钢技术)2013年第2期
总第380期
量都可以提高炉渣脱硫能力，但是过高的碱度和
MgO含量将引起高炉燃耗增加．如果在保证高炉
稳定顺行的前提下，保持或适当降低现有炉渣脱
硫能力，并适当放宽高炉工序铁水硫含量标准，就
可以降低高炉燃料消耗，或选择应用一些价格相
对低廉的高硫煤种，也可以节约生产成本。根据鞍
钢炉外脱硫技术效率和生产经验，当铁水硫初始
含量为0．040％以内．对钢水硫最终含量影响可
控。因此， 本文分析讨论把铁水硫含量从目前
0．023％放宽到0．040％．将给高炉生产带来以下两
方面益处。
3．1 有利于降低高炉燃耗
(1)通过以上分析．提高炉渣碱度可以提高
炉渣脱硫性能。但会增加高炉燃耗．根据图2数据
并做平滑处理，如果把铁水硫含量从0．023％放宽
到0．040％ ．则炉渣碱度可以从1．20下降到1．15，
按经验数据 ]焦比可以下降9．0 kg／t。
(2)因为脱硫总反应为吸热反应．提高炉缸
温度，有利于反应向脱硫方向进行。改善炉渣脱硫
性能．但提高炉温需直接消耗焦炭材料和大量热
量，增加燃料消耗。图8显示了鞍钢铁水硫与硅的
统计关系．如果把铁水硫含量从0．023％放宽到
0．040％ 。则铁水硅含量可以从日前0．476％下降到
0．300％ ，下降0．176％，按经验数据l3 焦比可以下降
8．8 kg／t。
(1Si J)／％
图8 高炉铁水硫与硅之间关系
(3)提高硫在渣、铁间的分配系数(Ls)，能够
改善炉渣的脱硫性能，但提高 会造成燃料比升
高。高炉入炉硫负荷为2．87 kg／t，硫分配系数 与
高炉燃料比的关系见表4。表4表明，在该硫负荷
条件下，如果保持炉渣中硫含量不变，把铁水硫含
一16 一
量从0．023％放宽到0．040％，则相当于硫分配系数
从45．6下降到26．2，对应燃料比从543 kg／t下降
到516 kg／t，下降幅度达27kg／t。
表4 硫分配系数 与高炉燃料比关系
3．2 有利于拓宽煤种选择范围
保持目前炉渣脱硫能力和燃料比等条件不
变．若铁水硫含量从目前0．023％放宽到0．040％，
则可以放宽入炉硫负荷。通过计算分析，允许入炉
硫负荷从2．87 kg／t升高到5．00 kg／t．相当于人炉矿
石硫含量不变时，允许焦炭硫含量从目前0．5l％升
高到1．00％ 或者允许喷吹煤粉硫含量从目前
0．51％升高到0．74％。显然，适当放宽高炉铁水硫
含量标准．可以使用一些硫含量较高的煤种，有利
于拓宽煤种选择范同，节约采购成本。当然适当放
宽高炉铁水硫初始含量，只是将一部分脱硫任务转
移到高炉工序之外进行．虽然高炉生产会节约一定
的生产成本．但会给后道工序增加负担．是否经济
可行最终取决于高炉和铁水预处理的综合效果
4 结论
(1)脱硫实验和现场生产数据综合分析表
明，提高炉渣碱度与提高∞(MgO)都可以提高炉
渣脱硫能力，而且提高03(MgO)作用强于提高炉
渣碱度；炉渣(￡，(AI20，)在14％ 以下，无论碱度高
低，oJ(Al 0，)对脱硫能力影响不大，当oJ(Al：0，)超
过16％后，脱硫能力明显变差。
(2)在满足高炉稳定顺行前提下。维持或适
当降低目前炉渣脱硫能力．适当放宽铁水硫初始
含量，可以降低高炉燃料消耗和使用廉价高硫煤
种。当然给高炉生产带来益处的同时，也会给后续
工序增加负担，因此放宽铁水硫含量是否经济可
行最终取决于高炉和铁水预处理的综合效果。
参考文献
[1] 段维民．高炉渣脱硫诸因素关系解析[J]．包头钢铁学院学报，
1999，18(3)：204—206．
[2] 李云 ，胡传荣．文验设计与数据处理lM]．北京：化学T业
版社．2005．
[3] 周传典．高炉炼铁生产技术手册[M]． 北京：冶金T业m版
社．2002．
(编辑贺英群)
修回日期：2012—11—062013年第2期
鞍钢技术
ANGANG TECHNOLoGY 总第380期
(～研’--究-.三与. 开-●站●。
鞍钢高炉渣脱硫能力研究
郭天永，车玉满，姚硕，孙鹏，李连成，张立国，陈国一
(鞍钢股份有限公司技术中心，辽宁鞍山114009)
摘要：针对鞍钢鲅鱼圈高炉进口矿比例高，炉渣w(A1203)偏高的特点，利用实验室配渣和
现场高炉渣研究了炉渣化学成分对脱硫性能的影响，并分析了适宜炉渣脱硫能力给高炉生产
带来的益处。研究结果表明，提高炉渣碱度与提高to(MgO)都可以提高炉渣脱硫能力，而且后
者效果强于前者；炉渣w(A1203)小于14％时，不论炉渣碱度高低，to(A1203)对脱硫能力影响不
大．当to(Al 0 )超过l6％后，脱硫能力明显变差，维持或适当降低炉渣脱硫能力均可降低高炉
燃料消耗和使用廉价高硫煤种。
关键词：高炉；炉渣；脱硫能力；硫分配系数；燃料比
中图分类号：TF748 文献标识码：A 文章编号：1006—4613(2013)02—0012—05
Study on Desulphurizing Capacity for Blast Furnace Slag in Angang
Guo Tianyong，Che Yuman，Yao Shuo，Sun Peng，Li Liancheng，Zhang Liguo，Chen Guoyi
(Technology Center of Angang Steel Co．，Ltd．，Anshan 1 14009，Liaoning，China)
Abstract：The effect of chemical compositions of BF slag on desulphurizing properties are
studied by using the mixing slag from the laboratory and the BF slag from the site with regard to
the characteristics of mixing more imported ores in ore-blending and higher content of A1203 in
slag in the BF in Bayuquan Iron&amp;amp; Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co．．Ltd．．And then
good results due to the suitable desulphurizing capacity for the BF slag are also analyzed．The
studied results show that the desulphurizing capacity can be improved when the slag basicity and
the content of AI203 in BF slag are increased and what S more increasing the content of A1203 is
more powerful than increasing the basicity in improving the desulphurizing capacity．It is found
that the effect of content of A1203 in BF slag on desulphurizing capacity is slight no matter whether
the basicity is high or low when the content of A1203 in BF slag is less than 14％ ．However，while
the content of A1203 in BF slag is more than 16％ ，the desulphurizing capacity becomes worse and
thus the fuel consumption for BF can be decreased and some other kinds of cheap coals with high
content of sulphur can be used as the desulphurizing capacity for the BF slag needs to be main—
tained or decreased properly．
Key words：BF；slag；desulfurizing capacity；distribution coefficient of sulfur；fuel ratio
鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司的高炉
原料以进口矿为主，矿石种类多，成分差别大，特
别是进口澳矿的Al2o，含量普遍偏高，导致炉渣的
AI：0，含量上升，炉渣流动性和稳定性变差，炉渣
郭天永，硕士，T程师，2010年毕业于北京科技大学冶金lT程
专业。E-mail：gty77@126．com
— — 12 ——
脱硫性能下降，对高炉顺行造成一定影响。
在一定原燃料和冶炼条件下．降低生铁含硫
量的主要方向和途径是提高硫在渣、铁间的分配
系数( )，也就是要改善造渣制度，提高炉渣的脱
硫能力，其中提高炉温和改善炉渣化学成分都可
以提高脱硫能力[1]，但过高的炉渣脱硫能力，则会
增加高炉燃料消耗。增加生产成本。本文以鞍钢鲅
2013年第2期
鞍钢技术
ANGANG TECHNOLOGY 总第380期
鱼圈高炉实际炉渣为基准。通过配渣研究了二元
碱度、MgO和A12O3含量对炉渣脱硫性能的影响，
并采用回归分析法分析了现场高炉渣化学成分与
硫分配系数的关系，探讨了适当的炉渣脱硫性能
给高炉生产成本带来的益处，为鞍钢鲅鱼圈制定
合理的高炉造渣制度提供依据。
l实验方法及装置
以鞍钢鲅鱼圈现场高炉渣平均成分为基准．
以高炉渣二元碱度CaO／SiO2、MgO和Al20，含量为
因素，采用只改变某一因素，固定其他因素的交叉
因素法E2]，计算出选定变量渣样的目标成分，根据
目标成分，采用规划求解法解出CaO、SiO2、A12O3、
MgO等各种化学纯试剂的添加量。然后配制出不
同碱度、MgO和Al：O，含量的脱硫渣样。根据鞍钢
鲅鱼圈高炉冶炼条件，硫负荷为2．9～3．0 kg／t，按
95％硫进入炉缸液态渣铁中。即大约有2．755～
2．850 kg／t硫进入渣铁，则对应试样铁的硫含量应
该在0．275 5％～0．285 0％之间。如此高硫铁样在高
炉生产中根本无法找到．大多数脱硫实验高硫铁
样均采用FeS进行配制。本实验采用了高炉号外
铁作为实验铁样，脱硫渣铁成分见表1．并对实验
数据做适当修正加以解决。根据高炉原燃料条件，
高炉渣比基本在0．28～0．29之间。实验中选择渣铁
比0．29。并考虑坩埚容量确定铁渣样重量。
表1 高硫生铁成分I质量分数) ％
脱硫实验在氮气保护下于二硅化钼高温管式
炉中进行，实验装置示意图见图1。
管
图1 高炉渣脱硫性能检测装置示葸图
实验采用上下两层石墨坩埚作为反应器．按
照渣铁比称取适量渣样装入下层坩埚．放置在电炉
中升温熔化至1 500℃ ，再称取适量高硫铁样，装
入底部带孔的上层坩埚，然后放置在电炉内炉渣
坩埚之上。待生铁样完全熔化漏毕后，在1 500 oC
下恒温反应30 min。然后取出坩埚，快速冷却，取
出渣铁样．检验反应后铁样的硫含量。炉渣脱硫能
力部分实验配渣方案见表2。
表2 炉渣脱硫能力部分实验配渣方案
一13 —
郭天永等：鞍钢高炉渣脱硫能力研究
《鞍钢技术)2013年第2期
总第380期
2 实验结果与分析
2．1 炉渣碱度对脱硫能力的影响
实验以鞍钢鲅鱼圈高炉炉料结构中块矿比例
为1O％一13％ 、控制烧结矿Al2o3含量小于1．75％
条件下的现场炉渣为基准，固定to(MgO)为7．5％ 、
to(A1 03)为14．84％不变，研究不同炉渣CaO／SiO2为
0．95～1．25的脱硫能力。实验结果如图2所示。
图2 铁水硫与炉渣碱度的关系
由图2可知。在实验条件下铁样硫含量随炉
渣二元碱度增加而降低。即炉渣脱硫能力整体随
着碱度增加而提高．因此提高碱度可以有效降低
铁水中的硫含量。
根据炉渣脱硫基本反应式：(CaO)+[FeS]+
[C]一(CaS)+[Fe]+CO，提高碱度，意味着渣中CaO
含量增加，根据离子理论，溶液中0z一活度增加，
有利于反应向右进行，铁水硫降低。其中(CaO)是主
要脱硫剂，S 与Ca 结合形成(CaS)。此外，随着炉
渣碱度提高。渣中复杂硅氧离子体解体为简单的硅
氧离子体[(Si 09) +3O 3(SiO )4-]，致使炉渣粘
度降低，有利于炉渣与金属液体之间传质，有利于
Sz一向炉渣中转移。从而改善脱硫反应的动力学条件。
图3为鞍钢鲅鱼圈现场高炉渣碱度与硫分配
系数上s的关系。从图3可以看出，炉渣碱度超过122
后。硫分配系数工s增加趋势趋于平缓，也就是说
脱硫效率不再增加，甚至趋于下降，而且过高的炉
渣碱度会增加燃料消耗[3]，增加生铁成本。综合考
虑炉渣粘度、脱硫性能和生产成本。鞍钢鲅鱼圈高
炉炉渣合适炉渣碱度应控制在1．15～1．20范围内。
2．2 炉渣MgO含量对脱硫能力的影响
实验以鞍钢鲅鱼圈高炉高Al2O，含量进口矿
配比增加时期现场炉渣为基准。保持炉渣碱度为
— — 14 ——
1．20、to(Al203)为16．5％不变，研究to(MgO)为5％-
15％的脱硫能力．铁水硫与炉渣MgO含量关系见图4。
CaO／Si0 2
图3 硫分配系数与炉渣碱度关系
图4 铁水硫与炉渣MgO 含量关系
由图4可知。在实验条件下，随着炉渣to(MgO)
增加，实验铁样硫含量呈快速下降趋势，当∞(MgO)
超过13％后，曲线趋于平缓，即随着∞(MgO)
的增加，炉渣脱硫能力在提高，但超过一定含量
后，其脱硫能力不再增加。由于此渣to(Al20，)超过
l6％ ，考虑到炉渣流动性和稳定性，∞(MgO)应控
制在13％左右。
图5为鞍钢鲅鱼圈现场高炉渣to(MgO)含量
与硫分配系数 的关系，高炉渣的平均碱度为
1．20，re(A1203)为13．89％，。从图5可以看出，随着
炉渣oJ(MgO)增加，硫分配系数上s也有所增加，
由于炉渣∞(Al203)小于14％ ，∞(MgO)基本控制
在8．10％～9．00％。理论J2MgO也是脱硫剂，其脱硫
机理与CaO基本相似。
2．3 Al2o，含量对炉渣脱硫能力的影响
实验以鞍钢鲅鱼圈高炉现场炉渣平均成分为
基准，保持炉渣碱度为1．20、to(MgO)为8．10％不
2013年第2期
鞍钢技术
ANGANG TECHNoLoGY 总第380期
变，通过配渣研究to(A1 0，)为8％一20％的脱硫能
力。实验渣中to(A120，)与铁水硫含量关系见图6。
(Mg0)／?6
图5 炉渣Mg0含量与硫分配系数关系
图6 铁水硫与炉渣AI203含量的关系
图6表明。在碱度1．20和to(MgO)为8．10％
条件下，炉渣to(A1203)在10％一12％之间，铁水中
硫含量最低，之后随着AI 0，含量逐渐升高，生铁
硫随之上升，炉渣脱硫能力逐渐下降。这是因为
A1 0 虽然具有酸、碱两重性，但在高炉渣系内基
本以弱酸性氧化物存在，Al20 能够吸收炉渣中
0z-形成复合阴离子Al Ov2_，促使炉渣的熔化性温
度升高．恶化炉渣脱硫的动力学和热力学条件。
图7为现场渣to(A1 0，)与硫分配系数 的
关系，其碱度、to(MgO)与实验渣相近，to(Al：0 )在
13．20％～14．5％之间。
从图7可以看出。这种成分的渣对硫分配系
数影响不大。因此碱度为1．20、to(MgO)为8o／~9％，把
to(AI20 )控制在15％以下，对炉渣脱硫能力影响
不大。
2．4 三种因素对炉渣脱硫能力的综合影响
统计分析鞍钢鲅鱼圈高炉现场炉渣化学成分
和硫分配系数生产数据．采用多元线性回归法分
(h1 0：；)／％
图7 炉渣AI2O3含量与硫分配系数关系
析了炉渣二元碱度、to(MgO)和to(Al203)对硫分配
系数厶的综合影响。经回归分析，得到回归方程
为：Ls=一l l5．44+1．88A1203+7．90 MgO-I-47．49
(二元碱度)，其中复相关系数R为0．513，南于回
归方程在给定的显著性水平Ot为0．05下建立的．
自变量个数为3，样本个数为92，查相关文献[2]
附表得对应的临界值R 为0．296，由于R>R ，
说明建立的回归方程非常显著，也就是说硫分配
系数厶与炉渣碱度、to(MgO)和to(A1 0，)之间存
在非常密切的关系。表3为回归方程方差分析。
表3 回归方程方差分析
注：··表示因变量与白变量之间具有十分显著的关系。
由表3可知。to(Mgo )和二元碱度对分配系数
影响非常显著。(It为0．05，二者均有P<0．05，且
‘t，(Mgo)对厶的影响强于二元碱度(比较F值，
Mgo>二元碱度>AI203)，而to(A12O3)对 的影响
不显著P=0．273>0．05。统计分析数据为现场生产数
据，炉渣to(A1203)在13-3％～14．8％ ，碱度在1．1O～
1．26之间，也就是说炉渣to(A1203)<15％时，无论低
碱度渣还是高碱度渣对炉渣脱硫能力影响不大。
3 炉渣脱硫性能经济性探讨
以上实验分析表明．提高炉渣碱度与MgO含
一15 —
郭天永等：鞍钢高炉渣脱硫能力研究
《鞍钢技术)2013年第2期
总第380期
量都可以提高炉渣脱硫能力，但是过高的碱度和
MgO含量将引起高炉燃耗增加．如果在保证高炉
稳定顺行的前提下，保持或适当降低现有炉渣脱
硫能力，并适当放宽高炉工序铁水硫含量标准，就
可以降低高炉燃料消耗，或选择应用一些价格相
对低廉的高硫煤种，也可以节约生产成本。根据鞍
钢炉外脱硫技术效率和生产经验，当铁水硫初始
含量为0．040％以内．对钢水硫最终含量影响可
控。因此， 本文分析讨论把铁水硫含量从目前
0．023％放宽到0．040％．将给高炉生产带来以下两
方面益处。
3．1 有利于降低高炉燃耗
(1)通过以上分析．提高炉渣碱度可以提高
炉渣脱硫性能。但会增加高炉燃耗．根据图2数据
并做平滑处理，如果把铁水硫含量从0．023％放宽
到0．040％ ．则炉渣碱度可以从1．20下降到1．15，
按经验数据 ]焦比可以下降9．0 kg／t。
(2)因为脱硫总反应为吸热反应．提高炉缸
温度，有利于反应向脱硫方向进行。改善炉渣脱硫
性能．但提高炉温需直接消耗焦炭材料和大量热
量，增加燃料消耗。图8显示了鞍钢铁水硫与硅的
统计关系．如果把铁水硫含量从0．023％放宽到
0．040％ 。则铁水硅含量可以从日前0．476％下降到
0．300％ ，下降0．176％，按经验数据l3 焦比可以下降
8．8 kg／t。
(1Si J)／％
图8 高炉铁水硫与硅之间关系
(3)提高硫在渣、铁间的分配系数(Ls)，能够
改善炉渣的脱硫性能，但提高 会造成燃料比升
高。高炉入炉硫负荷为2．87 kg／t，硫分配系数 与
高炉燃料比的关系见表4。表4表明，在该硫负荷
条件下，如果保持炉渣中硫含量不变，把铁水硫含
一16 一
量从0．023％放宽到0．040％，则相当于硫分配系数
从45．6下降到26．2，对应燃料比从543 kg／t下降
到516 kg／t，下降幅度达27kg／t。
表4 硫分配系数 与高炉燃料比关系
3．2 有利于拓宽煤种选择范围
保持目前炉渣脱硫能力和燃料比等条件不
变．若铁水硫含量从目前0．023％放宽到0．040％，
则可以放宽入炉硫负荷。通过计算分析，允许入炉
硫负荷从2．87 kg／t升高到5．00 kg／t．相当于人炉矿
石硫含量不变时，允许焦炭硫含量从目前0．5l％升
高到1．00％ 或者允许喷吹煤粉硫含量从目前
0．51％升高到0．74％。显然，适当放宽高炉铁水硫
含量标准．可以使用一些硫含量较高的煤种，有利
于拓宽煤种选择范同，节约采购成本。当然适当放
宽高炉铁水硫初始含量，只是将一部分脱硫任务转
移到高炉工序之外进行．虽然高炉生产会节约一定
的生产成本．但会给后道工序增加负担．是否经济
可行最终取决于高炉和铁水预处理的综合效果
4 结论
(1)脱硫实验和现场生产数据综合分析表
明，提高炉渣碱度与提高∞(MgO)都可以提高炉
渣脱硫能力，而且提高03(MgO)作用强于提高炉
渣碱度；炉渣(￡，(AI20，)在14％ 以下，无论碱度高
低，oJ(Al 0，)对脱硫能力影响不大，当oJ(Al：0，)超
过16％后，脱硫能力明显变差。
(2)在满足高炉稳定顺行前提下。维持或适
当降低目前炉渣脱硫能力．适当放宽铁水硫初始
含量，可以降低高炉燃料消耗和使用廉价高硫煤
种。当然给高炉生产带来益处的同时，也会给后续
工序增加负担，因此放宽铁水硫含量是否经济可
行最终取决于高炉和铁水预处理的综合效果。
参考文献
[1] 段维民．高炉渣脱硫诸因素关系解析[J]．包头钢铁学院学报，
1999，18(3)：204—206．
[2] 李云 ，胡传荣．文验设计与数据处理lM]．北京：化学T业
版社．2005．
[3] 周传典．高炉炼铁生产技术手册[M]． 北京：冶金T业m版
社．2002．
(编辑贺英群)
修回日期：2012—11—06

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