由于社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，用戶對鋼鐵產(chǎn)品的品種和質(zhì)量要求越來越高。硫是鋼中的有害元素，要生產(chǎn)高質(zhì)量的鋼尤其是特殊用途鋼和高附加值的鋼就必須降低鋼中的硫含量。相對煉鋼脫硫或精煉脫硫而言，鐵水預(yù)處理脫硫工藝更為簡單，是降低煉鐵和煉鋼工序脫硫負(fù)擔(dān)、簡化操作和提高煉鐵、煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的有效途徑之一。因此，鐵水預(yù)處理脫硫逐漸成為現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程中必備的工序。

現(xiàn)代鋼鐵冶金流程中的鐵水脫硫工藝主要有兩種工藝形式，即噴吹法和攪拌法。兩種工藝在技術(shù)上都已經(jīng)相當(dāng)成熟。從實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用效果來看，二者是互有優(yōu)缺點(diǎn)。鋼鐵企業(yè)的具體情況不同，選擇的出發(fā)點(diǎn)也不一樣，其中生產(chǎn)成本是考慮的主要因素之一。

近年來，國內(nèi)部分學(xué)者對單條鐵水預(yù)處理脫硫生產(chǎn)線的生產(chǎn)成本做過計(jì)算，主要考慮的是脫硫粉劑消耗。但在實(shí)際生產(chǎn)中，脫硫劑消耗不是影響脫硫工藝成本唯一因素，還應(yīng)從鐵水溫降、鐵損、脫硫渣處理、噴槍或攪拌頭消耗、載氣消耗和電費(fèi)等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合評估。

1、影響脫硫生產(chǎn)成本的因素分析

1.1 粉劑消耗

目前國內(nèi)采用的脫硫劑主要包括CaC₂粉、CaO粉、鎂及各種復(fù)合脫硫劑。就CaC₂粉而言，鞍山鋼鐵集團(tuán)公司二煉鋼廠(以下簡稱鞍鋼二煉鋼)噴吹CaC₂粉脫硫的粉劑消耗量為每噸鐵6㎏，本溪鋼鐵(集團(tuán))有限責(zé)任公司(以下簡稱本鋼)的生產(chǎn)條件下噴吹CaC₂粉脫硫的粉劑消耗量為每噸鐵9.81㎏。在此選取鞍鋼的數(shù)據(jù)。鞍鋼二煉鋼所購CaC₂粉的市場價(jià)格為每噸3000元，這樣可得出每噸鐵消耗CaC₂粉的成本為18元。鞍鋼二煉鋼也曾嘗試使用CaC₂粉和鎂復(fù)合進(jìn)行噴吹，粉劑質(zhì)量比為m(Mg)/m(CaC₂)=1/3)，每噸鐵粉劑消耗為1．96kg。根據(jù)顆粒鎂單價(jià)(18000元/t，青島鋼鐵廠的數(shù)據(jù))和CaC2粉單價(jià)可計(jì)算出鎂復(fù)合CaC₂粉(m(Mg)/m(CaC₂)=1/3)的價(jià)格為每噸6750元，這樣，每噸鐵消耗鎂復(fù)合CaC₂粉的成本為13.23元。

武漢鋼鐵集團(tuán)公司第一煉鋼廠(以下簡稱武鋼一煉鋼)在國內(nèi)較早采用噴吹CaO脫硫工藝，每噸鐵CaO粉消耗為8.28kg，CaO粉的價(jià)格按每噸600元計(jì)(數(shù)據(jù)來自中國冶金信息網(wǎng))，每噸鐵CaO粉成本為4.96元。自2001年開始，武鋼一煉鋼采用噴吹鎂復(fù)合CaO粉脫硫，研究和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，m(Mg)/m(CaO)=1/4時(shí)，比較符合生產(chǎn)的具體情況，其每噸鐵粉劑消耗為1.68kg，根據(jù)鎂粉的價(jià)格和石灰價(jià)格可計(jì)算出鎂粉復(fù)合CaO粉(m(Mg)/m(CaO)=1/4)的價(jià)格為每噸4080元?？傻?，武鋼一煉鋼噴吹鎂復(fù)合CaO粉脫硫的成本為每噸鐵6.85元。近年來，武鋼一煉鋼又采用了烏克蘭噴吹鈍化鎂顆粒脫硫工藝，每噸鐵粉劑消耗僅為0.468kg，每噸鐵粉劑消耗成本為8.43元。武漢鋼鐵集團(tuán)公司第二煉鋼廠(以下簡稱武鋼二煉鋼)在國內(nèi)最早采用KR法脫硫工藝，生產(chǎn)中先后使用了包括CaC₂、Na₂C0₃在內(nèi)的多種粉劑，經(jīng)過分析、比較，最終選擇了CaO粉進(jìn)行脫硫，目前每噸鐵粉劑消耗已經(jīng)降至4.69㎏，每噸鐵粉劑消牦成本為2.81元，能穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)深脫硫。各種脫硫劑成本比較見表1。

1.2 鐵水溫降

鐵水溫降的消極影響是降低鐵水帶入轉(zhuǎn)爐的物理熱，其經(jīng)濟(jì)損失主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐吃廢鋼的能力下降，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐冶煉的能耗和物料消耗升高。通過對廢鋼比提高1％所產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算，可看出鐵水溫降的影響。

提高廢鋼比可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益主要包括兩個(gè)方面：

(1)降低每噸鋼能耗。設(shè)轉(zhuǎn)爐公稱容量為Y(單位，t)，則廢鋼比每提高1％，每爐加入的廢鋼量增加Y/100t，若將每爐鋼消耗的能量化成標(biāo)準(zhǔn)煤來算，則廢鋼比每提高1％，每爐鋼減少(Y/100)×599kg標(biāo)準(zhǔn)煤(文獻(xiàn)認(rèn)為轉(zhuǎn)爐煉鋼用1t廢鋼代替鐵水可節(jié)能至少599kg標(biāo)準(zhǔn)煤)，以市場價(jià)格每噸煤230元計(jì)，每爐鋼從能耗方面節(jié)省的成本為1.37元。

(2)降低轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼鐵料的消耗。文獻(xiàn)經(jīng)計(jì)算和現(xiàn)場操作實(shí)踐認(rèn)為，廢鋼比由2.3％增加到8％，則每噸鋼的鋼鐵料消耗減少3.32kg。由此可近似認(rèn)為廢鋼比每增加(減少)1％，則每噸鋼的鋼鐵料消耗減少(增加)0.587kg。在目前的物料價(jià)格基礎(chǔ)上，每噸鐵的成本約在1800元(以寶山鋼鐵集團(tuán)公司高爐鐵水的成本結(jié)構(gòu)計(jì)算而得)，則以每公斤鐵水1.80元計(jì)價(jià)，廢鋼比每增加1％，每噸鋼從鋼鐵料消耗方面節(jié)省了1.06元。

可以看出，廢鋼比每增加1％，每噸鋼的成本可節(jié)省2.43元。

有文獻(xiàn)認(rèn)為：鐵水溫度降低(升高)10℃則廢鋼比下降(升高)約0.88％。由此，可知鐵水每降低(升高)10℃，則每噸鋼的成本增加2.14元。近似認(rèn)為1t鐵能煉1t鋼，則每噸鐵溫降1℃增加成本0.214元。

在所有脫硫工藝中噴吹純鎂顆粒的溫降最小，數(shù)據(jù)顯示武鋼一煉鋼噴吹鈍化顆粒鎂脫硫只需要5min，溫降僅為10℃，其溫降成本為每噸鐵2.14元。

武漢鋼鐵集團(tuán)公司噴吹CaO粉脫硫的鐵水溫降不同資料有所差別。文獻(xiàn)研究認(rèn)為約是24℃,而另一文獻(xiàn)則認(rèn)為在35℃左右，結(jié)合其他生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)，在計(jì)算中取兩者的中間值30℃比較合理、可信，其溫降成本為每噸鐵6.42元。

噴吹CaC₂脫硫的溫降取本鋼的數(shù)據(jù)為26～35℃，以30℃來計(jì)算，成本為每噸鐵6.42元。噴吹鎂復(fù)合Ca0粉(m(Mg)/m(CaO)=1/4)的溫降取武鋼一煉鋼的數(shù)據(jù)為19.07℃，其溫降成本為每噸鐵4.08元。噴吹鎂復(fù)合CaC₂粉(m(Mg)/m(CaC₂)=1/3)的溫降取鞍鋼二煉鋼的數(shù)據(jù)為9.3℃，其溫降成本為每噸鐵1.99元。KR法(CaO粉)脫硫的溫降約為28℃，其溫降成本為每噸鐵5.99元。

1.3 鐵損

鐵水預(yù)處理脫硫的鐵損主要來自于兩部分：脫硫渣中含的鐵水和扒渣過程中帶出的鐵水。一般來說，脫硫劑單耗少，脫硫渣含鐵相應(yīng)也就低些，從這一點(diǎn)上比較，顆粒鎂脫硫工藝的鐵損最少。不過顆粒鎂脫硫的渣子較稀、難以扒除，而CaO粉的脫硫渣較干，扒渣較為容易，因此就扒渣過程中帶出的鐵水來說，CaO粉脫硫工藝要少于鎂脫硫。由于條件限制，無法具體細(xì)化各工藝的鐵損，只能根據(jù)查閱文獻(xiàn)的方法粗略估計(jì)。武漢鋼鐵(集團(tuán))公司噴吹CaO粉脫硫的鐵損為每噸鐵7.57kg，武漢鋼鐵(集團(tuán))公司KR(CaO粉)法的鐵損沒有查到具體數(shù)據(jù)，可根據(jù)其粉劑消耗量與噴吹石灰粉劑脫硫的粉劑消耗量之比來估算，二者粉劑消耗量比為0.56:1，生成渣量和鐵損比應(yīng)與之近似，可估算出武漢鋼鐵(集團(tuán))公司KR(石灰粉劑)法的鐵損為每噸鐵4.24kg。青島鋼鐵公司在65t鐵水罐上采用噴吹顆粒鎂工藝脫硫，鐵損經(jīng)計(jì)算為每噸鐵3.96kg。其余各工藝每噸鐵的鐵損量見表2。具體準(zhǔn)確的鐵損數(shù)據(jù)有待于今后在有條件的情況下作進(jìn)一步詳細(xì)的稱量、比較。如前，鐵損的單價(jià)每噸按1800元來計(jì)算。

                    表2　 溫降、鐵損、鐵渣運(yùn)費(fèi)各項(xiàng)的成本比較

1.4 脫硫渣及其處理

在噴吹法脫硫工藝?yán)?，噴吹鈍化顆粒鎂工藝的脫硫劑單耗最低，渣量最小。KR法脫硫的動力學(xué)條件優(yōu)于噴吹法，同樣是使用CaO粉脫硫，KR法的脫硫劑單耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于噴吹法，渣量也較低。各工藝噸鐵的渣量見表2。參考文獻(xiàn)，將渣子運(yùn)費(fèi)的單價(jià)定為0.028元/kg。

1.5 噴槍和攪拌頭消耗

攪拌頭的壽命短是困擾KR法脫硫工藝的一個(gè)大問題，經(jīng)過冶金工作者的不斷努力，終于使攪拌頭的壽命由原來的幾十爐提高到了現(xiàn)在的幾百爐。據(jù)日本和武鋼二煉鋼的使用情況介紹，攪拌頭使用壽命最高可達(dá)到500爐以上。

武鋼二煉鋼使用的攪拌頭造價(jià)約為1.2萬元/個(gè)，使用壽命已達(dá)到500罐次以上。武鋼二煉鋼的脫硫鐵水罐每罐的鐵水量約85t，則攪拌頭的費(fèi)用平均到每噸鐵水上為0.27元。

重慶鋼鐵公司的脫硫鐵水罐每罐的鐵水量約70t，脫硫噴槍6400元/支，可噴吹300min。以此噴吹時(shí)間為噴槍壽命，可計(jì)算出噴吹各種不同粉劑的情況下，1支噴槍所能噴吹的罐次和每噸鐵水噴槍成本(以每罐70t容量計(jì))，結(jié)果如下：

噴吹CaC₂粉劑：噴吹時(shí)間為21min，可噴吹罐次為14罐次，由此，可以計(jì)算出平均每噸鐵水消耗的噴槍費(fèi)用為6.53元。

噴吹鎂復(fù)合CaC₂粉：噴吹時(shí)間為7.7min，可噴吹罐次39罐次，每噸鐵水消耗的噴槍費(fèi)用為2.34元。

噴吹CaO粉劑：噴吹時(shí)間為16.49min，可噴吹罐次為18罐次，每噸鐵水消耗的噴槍費(fèi)用為5.08元。

噴吹鎂復(fù)合CaO粉：噴吹時(shí)間為5.8min，可噴吹罐次為52罐次，每噸鐵水消耗的噴槍費(fèi)用為1.76元。

噴吹鈍化顆粒鎂：噴吹時(shí)間為5min，可噴吹罐次為60罐次，每噸鐵水消耗的噴槍費(fèi)用為1.52元。

1.6 噴吹載氣費(fèi)用和KR法攪拌頭電耗

一般情況下，鋼鐵企業(yè)所使用的脫硫載氣為氮?dú)?。各個(gè)生產(chǎn)線的粉氣比或者載氣流量根據(jù)各自情況有所不同，即使是同一條生產(chǎn)線也隨著鐵水條件和脫硫要求的不同而有所波動。如：青島鋼鐵公司噴吹鈍化顆粒鎂脫硫的載氣使用的是氮?dú)猓瑖姶盗髁?在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，下同)約為1.96m³/(h·t)，重慶鋼鐵公司噴吹CaO粉脫硫的載氣同樣是氮?dú)?每罐鐵水量為70t)，噴吹流量在1.14～2.14m³/(h·t)，武鋼一煉鋼噴吹鈍化顆粒鎂深脫硫所使用的載氣也是氮?dú)猓瑖姶盗髁考s為1.90 m³/(h·t)?？紤]到以后工藝的優(yōu)化和技術(shù)進(jìn)步，計(jì)算中采用的流量為1.42m³/(h·t)。

目前工業(yè)氮?dú)獾氖袌鰞r(jià)格約為200元/km³，氮?dú)獾拿芏葹?21.1℃，1個(gè)大氣壓下)1.153kg/m³，由此可計(jì)算出各工藝條件下噸鐵耗氮?dú)獬杀?，見?。

                          表3 各脫硫工藝每噸鐵的生產(chǎn)成本表　　　 元

武鋼二煉鋼KR法脫硫的專用鐵水罐罐容為100t，攪拌頭電動機(jī)容量為132kW，攪拌時(shí)間為5min，所耗電量為11kW·h/罐次，取工業(yè)用電單價(jià)為0.4元/(kW·h)，則平均每噸鐵水耗電費(fèi)為0.04元。

2、兩種主要脫硫工藝的生產(chǎn)成本比較、分析

綜合以上分析，可以從兩種脫硫工藝的脫硫劑成本比較(見表1)與溫降、鐵損、鐵渣運(yùn)費(fèi)成本比較(見表2)計(jì)算出各種脫硫工藝的綜合生產(chǎn)成本見表3。

計(jì)算結(jié)果表明：在噴吹法中，鈍化顆粒鎂的脫硫成本最低，每噸鐵約19.34元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于噴吹其它幾種脫硫劑；KR法脫硫(CaO粉)的脫硫成本比噴吹鈍化顆粒鎂工藝還要低，每噸鐵僅為17.21元，每噸鐵水節(jié)省脫硫成本2.13元。假設(shè)1個(gè)大型鋼鐵企業(yè)煉鐵廠每年生產(chǎn)900萬t鐵水，有80％的鐵水經(jīng)過預(yù)脫硫處理，也即每年經(jīng)預(yù)處理脫硫的鐵水為720萬t，則使用KR法脫硫(CaO粉)將比使用噴吹鎂粉復(fù)合CaO粉劑每年節(jié)省1533萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

具體比較噴吹鈍化顆粒鎂脫硫和KR法脫硫(CaO粉)可知：KR法脫硫(CaO粉)在脫硫劑成本方面低于噴吹鈍化顆粒鎂脫硫，另外，KR法攪拌頭噸鐵損耗也低于噴吹法噴槍的噸鐵損耗。噴吹鈍化顆粒鎂脫硫工藝則在溫降和鐵損方面的成本費(fèi)用更低?？偟谋容^，目前，KR法脫硫(CaO粉)的噸鐵脫硫成本稍低于噴吹鈍化顆粒鎂脫硫。

從發(fā)展的角度看，噴吹鈍化顆粒鎂脫硫在噴槍成本上還有較大的壓縮空間，而KR法脫硫(CaO作脫硫劑)工藝在減少溫降和渣鐵損失方面尚有較大潛力可挖掘。

3、結(jié)論

通過上述分析可得到以下結(jié)論：

(1)在噴吹法脫硫工藝中噴吹純顆粒鎂脫硫工藝的脫硫成本最低，僅為噴吹CaO粉脫硫工藝的65％，成本優(yōu)勢明顯；

(2)KR法(CaO作脫硫劑)脫硫工藝的脫硫成本約為噴吹純顆粒鎂脫硫工藝的89％，在所有鐵水脫硫工藝中的成本最低。

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