面對鋼鐵市場日趨激烈的競爭，經(jīng)濟高效的鐵水預處理脫硫，作為現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)典型優(yōu)化工藝流程：“高爐煉鐵—鐵水預處理—轉(zhuǎn)爐煉鋼—爐外精煉—連鑄連軋”的重要環(huán)節(jié)之一，已經(jīng)被廣泛的應用于實際生產(chǎn)。

        隨著社會經(jīng)濟和鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展，社會對鋼鐵質(zhì)量的要求越來越高、越來越苛刻，產(chǎn)品的種類也急劇增加，尤其是高品質(zhì)高附加值鋼種的需求不斷在增大。面對鋼鐵市場日趨激烈的競爭，經(jīng)濟高效的鐵水預處理脫硫，作為現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)典型優(yōu)化工藝流程：“高爐煉鐵—鐵水預處理—轉(zhuǎn)爐煉鋼—爐外精煉—連鑄連軋”的重要環(huán)節(jié)之一，已經(jīng)被廣泛的應用于實際生產(chǎn)。

        近30年來鐵水脫硫技術迅速發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)有十幾種處理方法，其中應用最廣且最具代表性的主要是噴吹法和KR機械攪拌法。它們在技術上都已相當成熟，從兩種工藝在實際生產(chǎn)中的應用效果來看，二者是互有長短。雖然噴吹法發(fā)展迅速，目前在實際生產(chǎn)中應用更廣泛，可KR法在這幾年中又有了新發(fā)展，呈現(xiàn)出強勁的勢頭。那么，這兩種工藝模式各有什么優(yōu)劣勢？哪種更具有應用前景呢？在國內(nèi)外冶金界始終沒有較統(tǒng)一的看法。為此，本文著重就兩種工藝模式的發(fā)展、應用和運營成本作了比較，尤其是它們對整個流程影響的比較，希望能對技術人員及企業(yè)技術的選擇提供參考。
 
        KR法與噴吹法的工藝及特點

        在進行比較前，先了解兩種方法的工藝及特點是很有必要的，不僅有利于理解兩種方法的實質(zhì)，也是深刻理解對兩種脫硫模式分析比較的前提。

        KR機械攪拌法，是將澆注耐火材料并經(jīng)過烘烤的十字形攪拌頭，浸入鐵水包熔池一定深度，借其旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的漩渦，使氧化鈣或碳化鈣基脫硫粉劑與鐵水充分接觸反應，達到脫硫目的。其優(yōu)點是動力學條件優(yōu)越，有利于采用廉價的脫硫劑如CaO，脫硫效果比較穩(wěn)定，效率高(脫硫到≤0.005 %) ，脫硫劑消耗少，適應于低硫品種鋼要求高、比例大的鋼廠采用。不足是，設備復雜，一次投資較大，脫硫鐵水溫降較大。

        噴吹法，是利用惰性氣體（N2或Ar）作載體將脫硫粉劑（如CaO，CaC2和Mg）由噴槍噴入鐵水中，載氣同時起到攪拌鐵水的作用，使噴吹氣體、脫硫劑和鐵水三者之間充分混合進行脫硫。目前，以噴吹鎂系脫硫劑為主要發(fā)展趨勢，其優(yōu)點是設備費用低，操作靈活，噴吹時間短，鐵水溫降小。相比KR法而言，一次投資少，適合中小型企業(yè)的低成本技術改造。噴吹法最大的缺點是，動力學條件差，有研究表明，在都使用CaO基脫硫劑的情況下，KR法的脫硫率是噴吹法的四倍。

        KR法與噴吹法的發(fā)展及現(xiàn)狀

        從前面分析二者的方法和特點可以知道，它們互有長短、各具特色，這也決定了它們的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀必然是不同的。進一步了解它們的發(fā)展和現(xiàn)狀，將更有利于理解各自技術的特點。

        從時間上來看，噴吹法的研發(fā)及應用要早于機械攪拌法。噴吹法主要有原西德Thyssen的ATH(斜插噴槍)法、新日鐵的TDS(頂吹法)和英國謝菲爾德的ISID法，早在1951年，美國鋼廠就已成功地運用浸沒噴粉工藝噴吹CaC2粉進行鐵水脫硫。直至今日，盡管兩種脫硫工藝方法在技術上都已相當成熟，全世界絕大多數(shù)鋼鐵廠廣泛采用仍是鐵水噴粉脫硫工藝。機械攪拌法有原西德DO (Demag-Ostberg) 法、RS (Rheinstahl) 法和赫歇法, 日本新日鐵的KR (Kambara Reactor) 法和千葉的NP 法，其中，以KR法工藝技術最成熟、應用最多。KR法攪拌脫硫是日本新日鐵廣鈿制鐵所于1963年開始研究，1965年才實際應用于工業(yè)生產(chǎn)，之后迅猛的發(fā)展趨勢表明，它具有投入生產(chǎn)使用較早的噴吹法無可比擬的某種優(yōu)勢。

        在冶金工業(yè)中噴吹這種形式應用非常廣泛，比如在轉(zhuǎn)爐及精煉工藝中的各種頂吹、底吹和復吹技術等。當鐵水預處理時，使用噴吹法把脫硫劑加入鐵水中進行脫硫，這顯然是可行的且易于人們接受。最早脫硫劑是以氧化鈣基為主，輔助添加CaC2，而且噴吹過程也很難獲得較好的動力學條件，這時主要面臨兩個問題：一是，如何保證CaC2的安全存貯運輸和脫硫劑的脫硫效果；二是，怎樣解決因動力學不足導致的脫硫效率低下，不能實現(xiàn)深脫硫的問題。

        第一個問題側(cè)重于開發(fā)使用更具有脫硫效率且安全的脫硫劑，于是出現(xiàn)了鎂基復合噴吹法，脫硫效果有所改善卻成效不大，而且鎂粉在運輸、儲存、使用中同樣存在很多的安全隱患，給生產(chǎn)帶來諸多不便。然而，新型脫硫劑——鈍化顆粒鎂的開發(fā)成功，使純鎂噴吹脫硫技術得以實現(xiàn)，達到了真正高效安全的工藝目標，目前，鎂系脫硫劑已經(jīng)成為世界鐵水預處理中的主導脫硫材料。針對第二個問題，如何才能獲得更好的動力學條件呢？從工藝模式著手，技術人員研發(fā)出了具有實際應用價值的機械攪拌脫硫法，其中以KR法為典型，在根本上改善了脫硫過程中的動力學條件，并可以在脫硫劑中不加CaC2而主要采用CaO，避免了生產(chǎn)中使用CaC2而帶來的不便和危險。然而，在工業(yè)應用時卻又出現(xiàn)許多技術難題，比較突出的如，攪拌頭的使用壽命較短；單工位操作設備導致更換攪拌頭的同時無法進行鐵水脫硫等。可最終這些難點還是被陸續(xù)攻破，解決了攪拌頭的壽命問題，使其從原來的幾十爐提高到現(xiàn)在的幾百爐，而且摸索出了氧化鈣基脫硫劑應該有一個最佳的指標要求，可以達到最理想的脫硫效果。目前，KR法已經(jīng)完全可以達到深脫硫的要求，即把鐵水中的硫脫至小于0.005%-0.001%。同時，雙工位布置形式的出現(xiàn)克服了單工位的不足，使生產(chǎn)的連續(xù)化程度得以提高。很長時間，KR法成本問題（尤其是前期投資）加上其過程時間較長，以及不適應于大型鐵水罐，故發(fā)展緩慢；直至二十世紀后期，其投資降低后，加上運行費用低廉，所以又受到了重視。
 
        KR法與噴吹法的比較

        從鐵水脫硫工藝倍受人們的重視以來，KR法與噴吹法技術一直處于發(fā)展之中，目前雖仍需完善可也已趨近于成熟，這樣兩者之間才更具備可比性，本文主要從以下幾文面進行具體比較。

        1 技術與設備

        在噴吹法中，單吹顆粒鎂鐵水脫硫工藝因其設備用量少、基建投入低、脫硫高效經(jīng)濟等諸多優(yōu)勢而處于脫硫技術的主要發(fā)展趨勢之一，可在相當長的時間我國都是引進國外的技術和設備。到2002年10月國內(nèi)才首次開發(fā)出鐵水罐頂噴單一鈍化顆粒金屬鎂脫硫成套技術設備，整套裝置中，除重要電器元器件采用進口或合資的外，其余機電產(chǎn)品100%實現(xiàn)了國產(chǎn)化，包括若干最關鍵的技術設備。噴吹技術和設備的國產(chǎn)化直接降低了建設投資和運行操作的成本，從前期的一次性投資來看，要比KR法略有優(yōu)勢。

        雖然攪拌法的技術專利也是國外擁有，可從其設備和技術本身而言并沒有難點，機械構成是常規(guī)的機械傳動和機械廠提升；加料也采用的是常規(guī)大氣壓下的氣體粉料輸送系統(tǒng)，可以說在系統(tǒng)的機、電、儀、液等方面的技術應用都是十分成熟。盡管如此，KR 法設備仍然是重量大且較復雜，可它的優(yōu)勢是運營操作費用低廉，由此所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益完全可彌補前期的一次性高額投資。根據(jù)有關推算，一般3～5年即可收回所增加的投資。2000年武漢鋼鐵設計研究院針對武鋼二煉鋼廠的情況，對KR 法和噴吹法兩種方案的投資進行了估算，KR 法的投資估算比噴吹法投資估算多200萬元。

        2 脫硫效果

        實際生產(chǎn)過程中的鐵水脫硫效果，不僅與設備有關，而且受脫硫劑、操作工藝水平、時間及溫度等諸多因素影響，本文主要考慮的是純鎂噴吹法和CaO基KR法。一般對鐵水預處理的終點硫含量要求是不高于50ppm，工廠生產(chǎn)和實驗研究結果表明，噴吹法因其脫硫劑Mg的較強脫硫能力，KR法由于其表現(xiàn)出色的動力學條件，在可以接受的時間內(nèi)（一般≤15min），它們都能達到預處理要求的目標值。國內(nèi)各大鋼廠的具體脫硫數(shù)據(jù)可見表1。在噴吹法中，復合脫硫劑使用CaO比例越高，脫硫效果越差，使用純鎂時脫硫率最高；KR法使用CaO脫硫劑，脫硫率只是略低于噴吹純鎂。 

        3 溫降

        鐵水溫降的消極影響是降低了鐵水帶入轉(zhuǎn)爐的物理熱，主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐吃廢鋼的能力下降，導致轉(zhuǎn)爐冶煉的能耗和物料消耗升高，直接影響了冶煉的經(jīng)濟成本。KR法因動力學條件好，鐵水攪拌強烈，而且CaO的加入量較大，導致溫降也大，目前國內(nèi)KR法工藝應用較成熟的武鋼可以使溫降控制在28℃左右。相比之下，鎂基的脫硫溫降都比較小（參照表1），主要原因有以下三點：噴吹法動力學條件差，鐵水整體攪拌強度不大，熱量散失少；金屬鎂的脫硫反應過程是個放熱反應；鎂的利用率高，脫硫粉劑加入量少。

        4 鐵損
   
        鐵水預處理脫硫過程的鐵損主要來自于兩部分：脫硫渣中含的鐵和扒渣過程中帶出的鐵水。由于兩種工藝模式的不同，實際渣中含鐵和扒渣帶出鐵量都有較大的差別，目前沒有公開發(fā)表的詳細對比數(shù)據(jù)。一方面，較少的脫硫劑產(chǎn)生的脫硫渣少，則渣中含鐵量也低，由此顆粒鎂噴吹脫硫的鐵損要少一些；另外，顆粒鎂噴吹脫硫的渣量少，扒凈率相對低，而KR法的脫硫渣扒凈率相對高。就扒渣的鐵損而言，由于還取決于高爐渣殘留量及扒渣過程，綜合考慮看KR法與噴吹法區(qū)別不大。究竟哪個是主要因素，與各鋼廠的實際操作有很大的關系，通過換算，得出具體數(shù)據(jù)可見表2�？梢姡瑖姶捣〞r，采用脫硫劑的CaO含量越高，則扒渣鐵損越大；而KR法使用CaO作為主要脫硫劑成分，其鐵損只是略高于噴吹鎂脫硫鐵損。

        5 脫硫劑

        鐵水預處理過程中，脫硫劑是決定脫硫效率和脫硫成本的主要因素之一。根據(jù)日本新日鐵曾做的計算，脫硫劑的費用約為脫硫成本的80%以上，所以，脫硫劑種類的選擇是降低成本的關鍵。然而，選擇時必須得結合考慮不同工藝方法的特點。

        基于動力學條件和脫硫效率，目前噴吹法主要采用的是鎂基脫硫劑，KR法采用的是石灰脫硫劑。根據(jù)理論計算，在1350℃，鎂脫硫反應的平衡常數(shù)可達3.17×103，平衡時的鐵水含硫量可達1.6×10-5%，大大高于CaO的脫硫能力。然而，上文已經(jīng)把兩種脫硫劑在各自工藝中的脫硫效果進行了對比，表明，結合實際生產(chǎn)工藝后它們都能達到用戶對脫硫的最高要求。

        在脫硫方式選擇時還要考慮脫硫劑的一個因素，就是脫硫劑的來源問題。一般而言，大部分鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)都要使用石灰石，要么有自己的石灰廠，要么有穩(wěn)定的協(xié)作供貨渠道，來源穩(wěn)定，成本穩(wěn)定，而且供貨及時，不用考慮倉儲問題。雖然我國的金屬鎂資源豐富，可是相對鋼鐵企業(yè)來說，獲得攪拌法所需的CaO基脫硫劑更為容易，鈍化顆粒鎂就不具備這些有利因素。

℃左右。相比之下，鎂基的脫硫溫降都比較�。▍⒄毡�1），主要原因有以下三點：噴吹法動力學條件差，鐵水整體攪拌強度不大，熱量散失少；金屬鎂的脫硫反應過程是個放熱反應；鎂的利用率高，脫硫粉劑加入量少。

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