李华彬，张 玺，陈 俊，范先国

（四川龙蟒矿冶有限责任公司，四川 攀枝花 617113）

1 引言

钒钛铁精矿经转底炉煤基直接还原新工艺流程处理后，原辅材料中（S）以SO2排放到大气的量很少，大多数（S）富集到铁水中，2007年～2013年期间钒钛磁铁矿煤基直接还原新工艺流程多次工业试验结果都表明，含钒铁水的S含量最高达0.69%，平均S含量也在0.3%以上，远高于普通高炉铁水，生铁中硫含量的高低直接影响产品的价格，甚至决定着生铁能否顺利销售，也是钒钛磁铁矿煤基直接还原新流程产业化及延伸产业链最关键的瓶颈技术指标，国内相关的研究工作也较少。

2 脱硫工艺流程

含钒钛铁金属化球团经过电炉熔分冶炼，得到直接还原钛渣（TiO2≥50.0%）和含钒铁水（V≥0.45%，C≥2.5%），含钒铁水排放于铁水罐中，经过称重、测温、取样，加入脱硫剂，进行脱硫冶金反应，脱硫处理后的合格铁水通过铸铁机铸造成铁块，其工艺流程见图1。

图1 含钒铁水脱硫工艺流程

3 主要试验设备及脱硫剂

机械搅拌法铁水脱硫的设备包括:脱硫剂加料系统，铁水运输系统，搅拌系统，扒渣系统等。Kr法脱硫就是将耐火材料制成的搅拌器插入铁水罐液面下一定深度处，并使之旋转，加入的脱硫剂颗粒在桨叶端部区域内由于湍动而分散，并沿着半径方向“吐出”，在机械搅拌作用下，脱硫剂卷入铁水中，与热态铁水混合、搅动，进行脱硫冶金反应，停止搅拌后，生成的稠状冶金渣浮到铁水面上，扒渣后即达到脱硫的目的。

3.1 脱硫装置及自动化控制

2007年，自主建设了Kr法脱硫装置，在生产使用过程中出现搅拌装置传动轴断裂、搅拌桨（及传动轴端联轴器）脱落、装置整体摆动、搅拌桨摆动幅度大、传动基座强度不足，不能稳定地达到铁水脱硫需要的搅拌强度，甚至根本就无法实施脱硫操作，设备运行安全无法保证，检修频次高，任务繁重。2010年，针对这些问题，对Kr法脱硫系统搅拌装置进行改造，提高搅拌转速、改善搅拌桨结构形式，增强了搅拌强度和搅拌效果，提升搅拌装置的整体机械强度，保证运行过程的安全性和可靠性。2012年，新增铁水罐倾翻液压装置，行程3100mm，液压扒渣机、2.0m3脱硫渣盘车的扒渣系统，实现脱硫前的扒渣操作，为后续脱硫操作提供更好的条件。同时采用了在制造商定制的脱硫剂添加装置和脱硫搅拌装置，可根据铁水重量、原始硫含量，实现脱硫剂的自动定量添加，改善脱硫剂落料点分布，利于脱硫剂的更好分散。增设了搅拌装置的夹紧功能，提高了搅拌装置的整体机械强度，保证脱硫装置运行的平稳性和安全性。

3.2 脱硫剂技术指标

脱硫使用的镁粒，其技术指标要求见表1，生石灰及萤石的技术指标要求见表2。

4 试验结果及讨论

4.1 脱硫剂组成及优化

4.1.1 镁粒喷吹脱硫

以压缩空气为载体，计量称重后的镁粒喷入高温铁水，进行脱硫冶金反应。喷吹脱硫过程中铁水喷溅严重且不易控制，镁粒单价昂贵导致脱硫工序成本高而且脱硫效果不好，脱硫后的铁水不能达到相关标准，镁粒喷吹脱硫的试验结果见表3。

结果表明:铁水硫含量高，脱硫负荷重，脱硫过程铁水喷溅大，铁损失多，脱硫剂随之损耗加大，脱硫效果不佳。表2数据还表明脱硫剂的利用率偏低，加大了高硫铁水脱硫工序成本。

表1 镁粒技术指标（%）

表2 生石灰、萤石技术指标（%）

表3 脱硫效果与工艺指标

4.1.2 镁钙型复合脱硫剂及试验

结合生产装置的特点，在镁粒脱硫剂的基础上，添加一定粒度组成的活性石灰、萤石及其它组元，不断地进行跟踪统计分析总结和优化试验，铁水脱硫率稳定地提高到90%以上。2010年6月，含钒铬铁水脱硫试验期间，连续炉次铁水脱硫情况见表4，铁水脱硫率能够稳定地提高到90%以上。

4.2 脱硫剂加入方式

针对直接还原铁水的典型特点:脱硫负荷大，合金元素种类及总量多，罐装铁水量少，每次出铁间隔时间长，一方面增加强脱硫组元物料，优化脱硫剂配方及组元的粒度与分布，另一方面结合生产装置的实际布局，在出铁沟、脱硫站两个工位，按一定分配系数分别添加脱硫剂，实施“双工位”脱硫工艺。在脱硫站对脱硫剂落点位置进行控制，确保铁水与脱硫剂有更好的搅拌混合，有利于脱硫冶金反应。脱硫后的铁水经攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司检测中心检测［S］小于0.1%，达到了高硫铁水脱硫的目标。

表4 连续炉次铁水炉外脱硫情况

4.3 铁水温度

研究资料表明，铁水的初始温度对于脱硫效果有较大影响。稳定生产运行过程中，不同炉次铁水温度及其对应的脱硫率统计结果见图2，表明铁水温度过高或过低均不利于脱硫冶金反应，导致脱硫率降低，1320～1 430℃范围内脱硫率大于90%，而且稳定。

图2 铁水温度对脱硫率的影响

4.4 脱硫搅拌桨设计

中试装置每次出铁间隔时间长，搅拌桨历经冷、热交替工况，对耐火材料热震性要求高，搅拌桨易开裂、剥落，使用寿命极短，最少的仅5次，而且搅拌桨上粘结铁水十分严重，甚至搅拌桨头几乎呈球形，严重影响脱硫的搅拌效果及脱硫工序的生产成本。通过对搅拌桨头结构设计、耐火材料材质优化选择、成型制造工艺探索，保持较好的耐火材料形状，稳定了罐装铁水的搅拌效果，有力保证了铁水脱硫效果，提高了搅拌桨的使用寿命，脱硫用喷枪已经获得国家专利（ZL200720305598.0）。

4.5 Kr法脱硫自动控制及生产运行

将铁水重量、原始硫含量、脱硫前铁水温度、脱硫操作参数（插入深度、脱硫剂加料点、搅拌桨转速、搅拌时间，脱硫后铁水温度）等数据适时输入自动控制系统，在线调节和控制，在线存储，通过统计分析，优化后获得最佳脱硫工艺操作参数。全流程生产运行期间的铁水脱硫情况见表5，脱硫合格率逐月提高，脱硫剂消耗降低到28.41kg／tFe，解决了煤基直接还原钒钛磁铁矿流程中高硫铁水脱硫问题。

5 结论

（1）采用Kr法实施高硫铁水炉外脱硫，铁水原始温度对脱硫效果有较大的影响，通过优选脱硫剂组元和合理配方，实施双工位脱硫操作，提高了高硫铁水的脱硫合格率，铁水硫含量稳定地降低到0.1%以下。

表5 2010年铁水脱硫情况

（2）改善Kr法自动控制系统，优化和固化脱硫操作参数，有利于稳定高硫铁水脱硫合格率，减少脱硫剂的铁水吨耗。

（3）解决了高硫铁水有效脱硫的工艺技术问题，对于钒钛磁铁矿煤基直接还原新流程产业化及延伸产业链有重要意义。