颗粒镁铁水脱硫率与镁利用率研究

D0L:10.13374h.issn1001-053x.2007.s1.013 第29卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.29 Suppl.1 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 颗粒镁铁水脱硫率与镁利用率研究 郭汉杰 刘正波 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083 清要通过对宣钢脱硫站T7组生产数据进行多元线性回归得到了在单吹颗粒镁铁水脱硫时吨铁镁的消耗xMe(kg)、 喷吹时间(s)、铁水初始硫含量[%S]o、脱硫量xs、铁水温度T(K)和吨铁镁粒的喷吹速率Vg与脱硫率和镁的利用率的 数学模型.通过对数学模型的研究发现：脱硫率随吨铁镁耗量、初始硫含量的增加而增加，随喷吹时间、温度和镁喷 吹速率的增大而降低.镁利用率随吨铁镁耗量、喷吹时间及喷吹速率的增加而减少，随喷吹时间的延长、镁喷吹速率、 铁液中初始硫含量及温度的升高而升高。在合适的吨铁镁消耗量的情况下，要提高脱硫率和镁利用率，应该在保障脱 硫时间的前提下，降低吨铁镁喷吹速率，减少喷吹时间 关键词颗粒镁脱硫：铁水预处理：数学模型 分类号TF535.2 为枪龄的限制，喷吹时间一般小于800s. 符号表 由于铁水中氧含量很小，故可忽略镁用于与氧 反应的消耗.于是镁脱硫时，镁在铁水中的行为可 xMg一吨铁镁的消耗，kgL: 以有四个方向： t一碰吹时间，S: (1)气态镁与硫反应： [%S]。一铁水初始硫含量： (2)液态镁与硫反应： xs一脱硫量： (3)留在铁液中的饱和溶解镁： T一铁水温度，K: (4)未来得及与硫反应的气态镁上升到液面跑 Ve一吨铁镁粒的喷吹速率： 掉. wMg]一铁液中镁的浓度： 从热力学角度，在一定的温度下，铁液中溶解 △w[S]%一脱出的硫量. 达到饱和时的镁的浓度计算公式如下： 虽然很多文献对颗粒镁铁水脱硫过程进行过研 1 gw[Mg]==-6131+164时 (1) T 究1-，但还没有发现利用现场取得的数据，对颗粒 由镁脱硫过程的动力学可知，铁液中镁脱硫的 镁铁水脱硫时镁的利用率系统的研究，本文以宣化 限制环节是硫在铁液中的扩散，所以镁的浓度可近 钢铁公司炼钢厂80t的铁水包，采用单吹颗粒镁铁 似认为是其饱和浓度.而事实上，既便是饱和浓度， 水脱硫为研究对象，通过对获取的数据进行分析研 镁的浓度也是很小的，例如1500K,由式(1)可以计 究铁水脱硫过程镁的利用率， 算，铁液中镁的饱和浓度为： 1铁水镁脱硫时的行为及脱硫生产 wMg]=0.0036%. 数据 又就脱硫反应化学计量系数可以计算理论上每 吨铁水脱除0.0001%的硫需要0.75g的镁1.这样， 从宣钢单吹颗粒镁铁水脱硫共得到77组数 用颗粒镁进行铁水脱硫时所需的理论镁的消耗量为 据，铁水量变化范围在70-81t:铁水温度分布在 两部分，一部分是与硫反应生成MgS所需要的镁： 1222~1365℃之间：铁水中初始硫含量变化范围在 另一部分是与铁液中的硫平衡时溶解在铁液中的 0.021%~0.064%之间波动：镁粒喷吹速率为 镁。如前所述，就动力学而言，反应的限制环节是 0.00051~0.00171kg/(s-t),上下变化幅度均较大：因 铁液中硫的扩散，此时气态镁与铁液中的硫反应没 收清日期：2007-02-01 修回日期：2007-04-15 作者简介：郭汉杰(1957一)，男，副教授，博士

第 29 卷 增刊 1 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol.29 Suppl.1 2007 年 6 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 收稿日期：2007−02−01 修回日期：2007−04−15 作者简介：郭汉杰(1957—)，男，副教授，博士 颗粒镁铁水脱硫率与镁利用率研究 郭汉杰 刘正波 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 摘 要 通过对宣钢脱硫站 77 组生产数据进行多元线性回归得到了在单吹颗粒镁铁水脱硫时吨铁镁的消耗 xMg (kg/t)、 喷吹时间 t(s)、铁水初始硫含量[%S]0、脱硫量 xS、铁水温度 T(K)和吨铁镁粒的喷吹速率 VMg 与脱硫率和镁的利用率的 数学模型．通过对数学模型的研究发现：脱硫率随吨铁镁耗量、初始硫含量的增加而增加，随喷吹时间、温度和镁喷 吹速率的增大而降低．镁利用率随吨铁镁耗量、喷吹时间及喷吹速率的增加而减少，随喷吹时间的延长、镁喷吹速率、 铁液中初始硫含量及温度的升高而升高．在合适的吨铁镁消耗量的情况下，要提高脱硫率和镁利用率，应该在保障脱 硫时间的前提下，降低吨铁镁喷吹速率，减少喷吹时间． 关键词 颗粒镁脱硫；铁水预处理；数学模型 分类号 TF 535.2 符号表 xMg—吨铁镁的消耗，kg/t； t—碰吹时间，s； [%S]0—铁水初始硫含量； xS—脱硫量； T—铁水温度，K； VMg—吨铁镁粒的喷吹速率； w[Mg]—铁液中镁的浓度； ∆w[s]%—脱出的硫量． 虽然很多文献对颗粒镁铁水脱硫过程进行过研 究[1−4]，但还没有发现利用现场取得的数据，对颗粒 镁铁水脱硫时镁的利用率系统的研究，本文以宣化 钢铁公司炼钢厂 80 t 的铁水包，采用单吹颗粒镁铁 水脱硫为研究对象，通过对获取的数据进行分析研 究铁水脱硫过程镁的利用率． 1 铁水镁脱硫时的行为及脱硫生产 数据 从宣钢单吹颗粒镁铁水脱硫共得到 77 组数 据．铁水量变化范围在 70~81 t；铁水温度分布在 1222~1365℃之间；铁水中初始硫含量变化范围在 0.021%~0.064% 之间波动；镁粒喷吹速率为 0.00051~0.00171 kg/(s⋅t)，上下变化幅度均较大；因 为枪龄的限制，喷吹时间一般小于 800 s． 由于铁水中氧含量很小，故可忽略镁用于与氧 反应的消耗．于是镁脱硫时，镁在铁水中的行为可 以有四个方向： (1) 气态镁与硫反应； (2) 液态镁与硫反应； (3) 留在铁液中的饱和溶解镁； (4) 未来得及与硫反应的气态镁上升到液面跑 掉． 从热力学角度，在一定的温度下，铁液中溶解 达到饱和时的镁的浓度计算公式如下： [ ]%,sat 6131 lg Mg 1.64 w T =− + [5] (1) 由镁脱硫过程的动力学可知，铁液中镁脱硫的 限制环节是硫在铁液中的扩散，所以镁的浓度可近 似认为是其饱和浓度．而事实上，既便是饱和浓度， 镁的浓度也是很小的，例如 1500 K, 由式(1)可以计 算，铁液中镁的饱和浓度为： w[Mg] = 0.0036%. 又就脱硫反应化学计量系数可以计算理论上每 吨铁水脱除 0.0001%的硫需要 0.75 g 的镁[3]．这样， 用颗粒镁进行铁水脱硫时所需的理论镁的消耗量为 两部分，一部分是与硫反应生成 MgS 所需要的镁； 另一部分是与铁液中的硫平衡时溶解在铁液中的 镁．如前所述，就动力学而言，反应的限制环节是 铁液中硫的扩散，此时气态镁与铁液中的硫反应没 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2007.s1.013

Vol.29 Suppl.I 郭汉杰等：颗粒镁铁水脱硫率与镁利用率研究 ·129 有达到平衡，近似用铁液中的饱和镁代替溶解镁， 吹速率固定为0.0009kg(s-t),吨铁水喷吹镁0.4 如式(2)所示： kgL,对不同的初始硫含量，随着铁水温度的增加， 6131+1.64 脱硫率降低，这和作者脱硫热力学的研究结果是一 WMg=1000×10 +0.75△w[S]×104 (2) 致的.虽然从脱硫动力学角度分析，高温条件下 在宣化钢铁公司炼钢厂脱硫站现场随机选取了 有利于硫在铁水中的扩散传质，有利于脱硫反应物 77炉生产数据，记录了开始脱硫的温度，脱除的硫 的上浮.但是综合来说，由实验得出的数据得出高 量△w[s]%,由公式(2)的第一项计算了吨铁镁的饱和 温对脱硫反应是不利的.也可以看出，初始硫含量 溶解所消耗镁的量，由公式(2)的第二项计算了吨铁 的变化对温度与脱硫率的关系几乎没有影响， 脱硫反应脱除△S]%理论上所需要的镁量，计算了 2.2吨铁镁单耗对脱硫率的影响 此二项加和的镁消耗量，记录了相应的吨铁实际耗 图1是一定条件下吨铁水镁耗对铁水脱硫率的 镁量.计算可知，虽然宣钢生产的脱硫率达到将近 影响.由前面回归方程的分析知道吨铁水镁单耗对 84%,平均为71.51%，达到预期的效果，但是镁的 脱硫率的影响是显著的.在脱硫时间固定为400s, 利用率比较低，最高有81.90%，但是悬殊很大，最 喷吹速率固定为0.0009kg/(st),初始硫含量固定为 低甚至在8%，平均只有46.64%. 0.03%,考察了吨铁水耗镁0.2kg1增加到0.6kg1 对与镁的利用率有关的6个参数进行定义如 时，在1523,1573,1623和1673K四个温度下的 下：吨铁镁的消耗记为xMg,kgt:喷吹时间记为1，s: 脱硫率， 铁水初始硫含量，记为[%S]:脱硫量记为xs:铁 85 水温度记为T,K:折合到吨铁镁粒的喷吹速率记 为Mg:用以上xMg,t,[%S]o,x,T,Me作为 80 自变量，脱硫率y为因变量进行回归，得到的方程 75 如式(3)所示. ，23K y1=-69.98+19.57nxMg-0.0341-1.94[%S]。+ 65 T1573K T=1623K -T=1673K 0.26xs 66411.47-19.03ne (3) 60 T 55 同理可以得出镁利用率与以上6个变量的关系 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 如式(4)所示 镁加入量/kgt) y2=-179.39-23.47lnxe-0.0371t+2.871n[%S]+ 图Ⅰ不同温度下吨铁镁加入量对脱硫率的影响 随着吨铁镁耗量的增加，脱硫率上升.可以看 0.16rs-955328-2411he (4) 出脱硫率并不与镁单耗呈直线关系，在镁单耗较低 的范围内时曲线斜率更大，这意味着当镁粒用量低 对镁利用率和脱硫率回归方程(3)、(4)进行的显 时，脱硫反应随着吨铁镁的供应量的增加而加快.随 著性分析和假设检验结果都很好，具体数据由于篇 着镁的供应量进一步增加，所喷吹的镁就不一定都 幅关系，省略 能与硫反应，这可能有两方面的原因：一是脱硫剂 利用现场77组生产数据，分别对脱硫率多元回 的用量增加，镁气泡在铁水中分散性不好，部分镁 归的方程和镁利用率多元回归的方程进行了验 没来得及参加反应而溢出铁水外，降低了镁粒的利 证.脱硫率相对误差在10%内的有75组，占总数 用率：二是在一定的铁水条件下，硫的传质并不随 据的97.40%：镁利用率相对误差在10%内的有66 着脱硫剂的增加而加快，也就是说二者不同步，所 组，占总数据的85.71%，说明脱硫率和镁利用率多 以说仅仅依靠增加镁粒用量来提高脱硫剂的脱硫率 元回归方程都是可信的 不是最佳途径， 2脱硫工艺参数对脱硫率影响分析 2.3镁粒喷吹速率对脱硫率的影响 图2研究了在脱硫时间固定为400S,吨铁水加 2.1铁水温度对脱硫率的影响 入镁0.4kg1,初始硫含量固定为0.03%，喷吹速率 从式(3)可以看出，若脱硫时间固定为400s.喷 为0.0004-0.0016kg/s-t)时，在1523,1573,1623

Vol.29 Suppl.1 郭汉杰等：颗粒镁铁水脱硫率与镁利用率研究 • 129 • 有达到平衡，近似用铁液中的饱和镁代替溶解镁， 如式(2)所示: 6131 1.64 4 W w Mg 1000 10 0.75 [S] 10 T − + − = × +∆× (2) 在宣化钢铁公司炼钢厂脱硫站现场随机选取了 77 炉生产数据，记录了开始脱硫的温度，脱除的硫 量 ∆w[s]% ，由公式(2)的第一项计算了吨铁镁的饱和 溶解所消耗镁的量，由公式(2)的第二项计算了吨铁 脱硫反应脱除 ∆w[S]% 理论上所需要的镁量，计算了 此二项加和的镁消耗量，记录了相应的吨铁实际耗 镁量．计算可知，虽然宣钢生产的脱硫率达到将近 84%，平均为 71.51%，达到预期的效果，但是镁的 利用率比较低，最高有 81.90%，但是悬殊很大，最 低甚至在 8%，平均只有 46.64%． 对与镁的利用率有关的 6 个参数进行定义如 下：吨铁镁的消耗记为 xMg , kg/t；喷吹时间记为 t, s； 铁水初始硫含量，记为[%S]0；脱硫量记为 xS ；铁 水温度记为 T，K；折合到吨铁镁粒的喷吹速率记 为 VMg．用以上 Mg x ，t，[%S]0， S x ，T，VMg 作为 自变量，脱硫率 y1 为因变量进行回归，得到的方程 如式(3)所示． 1 Mg [ ]0 y xt =− + − − 69.98 19.57ln 0.034 1.94 %S + S Mg 66411.47 0.26 19.03ln x V T + − (3) 同理可以得出镁利用率与以上 6 个变量的关系 如式(4)所示． 2 Mg [ ]0 y xt =− − − + 179.39 23.47ln 0.0371 2.87ln %S + S Mg 9553.28 0.16 24.11ln x V T − − (4) 对镁利用率和脱硫率回归方程(3)、(4)进行的显 著性分析和假设检验结果都很好，具体数据由于篇 幅关系，省略． 利用现场 77 组生产数据，分别对脱硫率多元回 归的方程和镁利用率多元回归的方程进行了验 证．脱硫率相对误差在 10%内的有 75 组，占总数 据的 97.40%；镁利用率相对误差在 10%内的有 66 组，占总数据的 85.71%，说明脱硫率和镁利用率多 元回归方程都是可信的． 2 脱硫工艺参数对脱硫率影响分析 2.1 铁水温度对脱硫率的影响 从式(3)可以看出，若脱硫时间固定为 400 s, 喷 吹速率固定为 0.0009 kg/(s⋅t)，吨铁水喷吹镁 0.4 kg/t，对不同的初始硫含量，随着铁水温度的增加， 脱硫率降低，这和作者脱硫热力学的研究结果是一 致的[5]．虽然从脱硫动力学角度分析，高温条件下 有利于硫在铁水中的扩散传质，有利于脱硫反应物 的上浮．但是综合来说，由实验得出的数据得出高 温对脱硫反应是不利的．也可以看出，初始硫含量 的变化对温度与脱硫率的关系几乎没有影响． 2.2 吨铁镁单耗对脱硫率的影响 图 1 是一定条件下吨铁水镁耗对铁水脱硫率的 影响．由前面回归方程的分析知道吨铁水镁单耗对 脱硫率的影响是显著的．在脱硫时间固定为 400 s， 喷吹速率固定为 0.0009 kg/(s⋅t)，初始硫含量固定为 0.03%，考察了吨铁水耗镁 0.2 kg/t 增加到 0.6 kg/t 时，在 1523，1573，1623 和 1673 K 四个温度下的 脱硫率． 图 1 不同温度下吨铁镁加入量对脱硫率的影响 随着吨铁镁耗量的增加，脱硫率上升．可以看 出脱硫率并不与镁单耗呈直线关系，在镁单耗较低 的范围内时曲线斜率更大．这意味着当镁粒用量低 时，脱硫反应随着吨铁镁的供应量的增加而加快．随 着镁的供应量进一步增加，所喷吹的镁就不一定都 能与硫反应，这可能有两方面的原因：一是脱硫剂 的用量增加，镁气泡在铁水中分散性不好，部分镁 没来得及参加反应而溢出铁水外，降低了镁粒的利 用率；二是在一定的铁水条件下，硫的传质并不随 着脱硫剂的增加而加快，也就是说二者不同步．所 以说仅仅依靠增加镁粒用量来提高脱硫剂的脱硫率 不是最佳途径． 2.3 镁粒喷吹速率对脱硫率的影响 图 2 研究了在脱硫时间固定为 400 s，吨铁水加 入镁 0.4 kg/t，初始硫含量固定为 0.03%，喷吹速率 为 0.0004~0.0016 kg/(s⋅t)时，在 1523，1573，1623

·130· 北京科技大学学报 2007年增刊1 和1673K四个温度的条件下吨铁镁喷吹速率对脱 镁利用率降低.喷吹速率的增加，意味着搅拌速率 硫率的影响 加快，脱硫反应速率增加，适当降低颗粒镁的喷吹 95 速度可以延长镁粒在铁液中的停留时间，增加镁的 90 ■-T=1523K 溶解度，使镁气泡充分与铁水中的硫反应，提高镁 -7T=1573K 的 ▲-T-1623N 粒的利用率，这跟热力学理论结果一致 7T=1673 80 48.0 47.5 1wS]=0.06% 70 47.0 r[S]-0.05% 65 46.5 60 一"wS=0.04% 0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 46.0 镁喷吹速率/(kgs1t) 45.5 wS=0.03% 图2不同温度下脱硫剂喷吹速率对脱硫率的影响 1500 1550 1600165017001750 可以看出，脱硫率随着喷吹速率的增加而降低： 铁水温度/K 喷吹速率的增加，即单位时间内喷吹量增加，虽然 图3铁水温度对镁利用率的影响 能加快脱硫反应速度，但是脱硫剂镁气泡在铁水中 的分散性不好，脱硫反应不充分，脱硫剂利用率不 70 -■-wS-0.03% 高，欲提高脱硫剂的脱硫率，依靠提高喷吹速度是 c-1wS0.04% 60 不能达到目的的. o-1rS0.05% -●-S=0.06% 2.4喷吹时间对脱硫率的影响 50 从式(3)可以看出，若固定喷吹速率为0.0009 kg(s-t),吨铁水加入镁0.4kg1,初始硫含量为 40 0.03%,考察喷吹时间为300-700s时，在1523， 30 1573,1623和1673K四个温度下喷吹时间对脱硫 20 率的影响.喷吹时间延长，脱硫率降低，这个结论 0.0002 0.0006 0.0010 0.0014 和一般的想象是矛盾的，一般认为，喷吹时间越长， 镁喷吹速率/(kgsr 脱硫率应该越高，而从实际得到的数据却不是这样 图4不同温度时吨铁镁喷吹速率对镁利用率的影响 的.在相同的喷吹时间，温度对脱硫率的影响是很 显著的，即温度越低，脱硫率越高 3.3初始硫含量对镁利用率的影响 图5研究了特定操作条件下初始硫含量对镁利 3脱硫工艺参数对镁利用率的影响 用率的影响.可以看出，在脱硫时间固定为400$， 分析 喷吹速率固定为0.0009kg/(st),在不同铁水温度， 随着初始硫含量增加，镁利用率增加，初始硫含量 3.1铁水温度对镁利用率的影响 高，一定的喷吹速率下，单位时间用于脱硫的镁显 图3可以看出，在脱硫时间固定为400s,喷吹 然要多，没有来得及与硫反应而排出铁液的镁肯定 速率固定为0.0004kg/(s),铁水中加入镁0.4kgt, 减少.随着温度的增加，相同的初始硫含量时，镁 对不同的初始硫含量，随着铁水温度的增加，镁利 的利用率减少. 用率将缓慢升高. 3.5喷吹时间对镁利用率的影响 3.2吨铁镁喷吹速率对镁利用率的影响 图6研究了特定条件下喷吹时间对镁利用率的 图4研究了不同操作条件下吨铁镁喷吹速率对 影响.可以看出，铁液中初始硫含量对喷吹时间与 镁利用率的影响.可以看出，在脱硫时间固定为400 镁利用率的关系的影响很大，这在前面已经讨论过 $,对不同的初始硫含量，吨铁镁喷吹速率增加时， 了，这里不再重复

• 130 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 和 1673 K 四个温度的条件下吨铁镁喷吹速率对脱 硫率的影响． 图 2 不同温度下脱硫剂喷吹速率对脱硫率的影响 可以看出，脱硫率随着喷吹速率的增加而降低； 喷吹速率的增加，即单位时间内喷吹量增加，虽然 能加快脱硫反应速度，但是脱硫剂镁气泡在铁水中 的分散性不好，脱硫反应不充分，脱硫剂利用率不 高．欲提高脱硫剂的脱硫率，依靠提高喷吹速度是 不能达到目的的． 2.4 喷吹时间对脱硫率的影响 从式(3)可以看出，若固定喷吹速率为 0.0009 kg/(s⋅t)，吨铁水加入镁 0.4 kg/t，初始硫含量为 0.03%，考察喷吹时间为 300~700 s 时，在 1523, 1573，1623 和 1673 K 四个温度下喷吹时间对脱硫 率的影响．喷吹时间延长，脱硫率降低．这个结论 和一般的想象是矛盾的，一般认为，喷吹时间越长， 脱硫率应该越高，而从实际得到的数据却不是这样 的．在相同的喷吹时间，温度对脱硫率的影响是很 显著的，即温度越低，脱硫率越高． 3 脱硫工艺参数对镁利用率的影响 分析 3.1 铁水温度对镁利用率的影响 图 3 可以看出，在脱硫时间固定为 400 s，喷吹 速率固定为 0.0004 kg/(s⋅t)，铁水中加入镁 0.4 kg/t， 对不同的初始硫含量，随着铁水温度的增加，镁利 用率将缓慢升高． 3.2 吨铁镁喷吹速率对镁利用率的影响 图 4 研究了不同操作条件下吨铁镁喷吹速率对 镁利用率的影响．可以看出，在脱硫时间固定为 400 s，对不同的初始硫含量，吨铁镁喷吹速率增加时， 镁利用率降低．喷吹速率的增加，意味着搅拌速率 加快，脱硫反应速率增加．适当降低颗粒镁的喷吹 速度可以延长镁粒在铁液中的停留时间，增加镁的 溶解度，使镁气泡充分与铁水中的硫反应，提高镁 粒的利用率，这跟热力学理论结果一致． 图 3 铁水温度对镁利用率的影响 图 4 不同温度时吨铁镁喷吹速率对镁利用率的影响 3.3 初始硫含量对镁利用率的影响 图 5 研究了特定操作条件下初始硫含量对镁利 用率的影响．可以看出，在脱硫时间固定为 400 s， 喷吹速率固定为 0.0009 kg/(s⋅t)，在不同铁水温度， 随着初始硫含量增加，镁利用率增加．初始硫含量 高，一定的喷吹速率下，单位时间用于脱硫的镁显 然要多，没有来得及与硫反应而排出铁液的镁肯定 减少．随着温度的增加，相同的初始硫含量时，镁 的利用率减少． 3.5 喷吹时间对镁利用率的影响 图 6 研究了特定条件下喷吹时间对镁利用率的 影响．可以看出，铁液中初始硫含量对喷吹时间与 镁利用率的关系的影响很大，这在前面已经讨论过 了，这里不再重复．

Vol.29 Suppl.1 郭汉杰等：颗粒镁铁水脱硫率与镁利用率研究 131· 66411.47 42.0 0.26xs+ -19.03InVMg 41.5 对镁利用率的模型如下： 41.0 40.5 y2=-179.39-23.47lnxe-0.03711+2.871m[%S]。+ 40.0 ■-7=1523K 39.5 0.16rg-955328-2411ne 0-7-1573K T ●-T=1623K 39.0 -0-T-1673K (2)由操作参数对脱硫率的影响分析得出，脱 38.5 硫率随吨铁镁耗量、初始硫含量的增加而增加，随 300 400 500600700 800 喷吹时间、温度和镁喷吹速率的增大而降低.要提 初始硫含量/106 高脱硫率，从操作工艺上，须增加吨铁镁的加入量， 图5 不同温度时初始硫含量对镁利用率的影响 减少喷吹时间，降低温度，降低喷吹速率， (3)由操作参数对镁利用率的影响的分析可 -■-wS-0.03% -o-1wS0.04% 知，镁利用率随吨铁镁耗量的增加而减少，随喷吹 ●-wS=0.05% 40 -o-1S-0.06% 时间的延长而降低，随初始硫含量的增加而增加， 随温度的升高而升高，随镁喷吹速率的增加而减 35 少.要提高镁利用率，从操作工艺上，要减少吨铁 镁耗量，减少喷吹时间，升高温度，降低喷吹速率. 综合以上(2)、(3)，在合适的吨铁镁消耗量的情 况下，要想提高脱硫率和镁利用率，应该在保障脱 0 硫时间的前提下，降低吨铁镁喷吹速率，减少喷吹 300400500600 700800 时间. 喷吹时间/s 参考文献 图6不同初始硫含量下喷吹时间对镁利用率的影响 [山张信昭。喷粉治金基本原理.北京：治金工业出版社，1988 4结论 [2]Robinsion W,Bartram R W,Houghton G M.Kinetic model for predicting hot metal desulfurizer consumpition.Steelmaking (1)通过对宣钢脱硫站77组生产数据的多元线 conference Proceedings,1989,72:457 性回归得出，吨铁镁的消耗xMe(kg)、喷吹时间 [3]Hubbard M A,Pielet H M.Process economics of desulfurization from the blast furnace to the steel ladle.Steelmaking Confer- (s)、铁水初始硫含量[%So、脱硫量x、铁水温度 ence Proceeding,1990,73:357 T(K)和吨铁镁粒的喷吹速率'M各操作参数对脱硫 [4]萧忠敏，陈复汉.KR铁水脱硫技术的应用.陈钢，1990，(3)9 率的模型如下： [5]郭汉杰，李贵阳.金属镁粒铁水脱硫过程物理化学2004年全 国炼钢、轧钢生产技术会议文集.2004 y1=-69.98+19.57 InxMg-0.0341-1.94[%S]。+ Desulfurization rate and particle magnesium utilization rate in hot metal pretreat- ment GUO Hanjie,LIU Zhengbo Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The feasibility of desulfurization by particle magnesium in hot metal pretreatment was expounded

Vol.29 Suppl.1 郭汉杰等：颗粒镁铁水脱硫率与镁利用率研究 • 131 • 图 5 不同温度时初始硫含量对镁利用率的影响 图 6 不同初始硫含量下喷吹时间对镁利用率的影响 4 结论 (1) 通过对宣钢脱硫站 77 组生产数据的多元线 性回归得出，吨铁镁的消耗 Mg x (kg/t)、喷吹时间 t(s)、铁水初始硫含量[%S]0、脱硫量 S x 、铁水温度 T(K)和吨铁镁粒的喷吹速率 VMg各操作参数对脱硫 率的模型如下： 1 Mg [ ]0 y xt =− + − − 69.98 19.57ln 0.034 1.94 %S + S Mg 66411.47 0.26 19.03ln x V T + − . 对镁利用率的模型如下： 2 Mg [ ]0 y xt =− − − + 179.39 23.47ln 0.0371 2.87ln %S + S Mg 9553.28 0.16 24.11ln x V T − − . (2) 由操作参数对脱硫率的影响分析得出，脱 硫率随吨铁镁耗量、初始硫含量的增加而增加，随 喷吹时间、温度和镁喷吹速率的增大而降低．要提 高脱硫率，从操作工艺上，须增加吨铁镁的加入量， 减少喷吹时间，降低温度，降低喷吹速率． (3) 由操作参数对镁利用率的影响的分析可 知，镁利用率随吨铁镁耗量的增加而减少，随喷吹 时间的延长而降低，随初始硫含量的增加而增加， 随温度的升高而升高，随镁喷吹速率的增加而减 少．要提高镁利用率，从操作工艺上，要减少吨铁 镁耗量，减少喷吹时间，升高温度，降低喷吹速率． 综合以上(2)、(3)，在合适的吨铁镁消耗量的情 况下，要想提高脱硫率和镁利用率，应该在保障脱 硫时间的前提下，降低吨铁镁喷吹速率，减少喷吹 时间． 参 考 文 献 [1] 张信昭. 喷粉冶金基本原理. 北京：冶金工业出版社，1988 [2] Robinsion S W, Bartram R W, Houghton G M. Kinetic model for predicting hot metal desulfurizer consumpition. Steelmaking conference Proceedings, 1989, 72: 457 [3] Hubbard M A, Pielet H M. Process economics of desulfurization from the blast furnace to the steel ladle. Steelmaking Confer￾ence Proceeding, 1990, 73: 357 [4] 萧忠敏，陈复汉. KR 铁水脱硫技术的应用. 炼钢，1990, (3): 9 [5] 郭汉杰，李贵阳. 金属镁粒铁水脱硫过程物理化学//2004 年全 国炼钢、轧钢生产技术会议文集. 2004 Desulfurization rate and particle magnesium utilization rate in hot metal pretreat￾ment GUO Hanjie, LIU Zhengbo Metallurgical and Ecological Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China ABSTRACT The feasibility of desulfurization by particle magnesium in hot metal pretreatment was expounded

·132* 北京科技大学学报 2007年增刊1 through calculation in thermodynamics and dynamics.Based on 77 group data of desulfurization process in the desulfurization station of Xuanhua Iron and Steel Group Co.Ltd.,a mathematics model about desulfurization rate and magnesium utilization rate was obtained.The above model is in favor of the optimization of process in Xuanhua Steel Plant and it increases the utilization rate of particle magnesium,decreases the consumption of par- ticle magnesium,and saves the cost.To improve the desulfurization ratio of desulfurizer and utilization ratio,the temperature of hot metal and the mass of particle magnesium should be improved,and the injection speed of desulfurizer and the blowing time should be declined. KEY WORDS particle magnesium;desulfurization;hot metal pretreatment

• 132 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 through calculation in thermodynamics and dynamics. Based on 77 group data of desulfurization process in the desulfurization station of Xuanhua Iron and Steel Group Co. Ltd., a mathematics model about desulfurization rate and magnesium utilization rate was obtained. The above model is in favor of the optimization of process in Xuanhua Steel Plant and it increases the utilization rate of particle magnesium, decreases the consumption of par￾ticle magnesium, and saves the cost. To improve the desulfurization ratio of desulfurizer and utilization ratio, the temperature of hot metal and the mass of particle magnesium should be improved, and the injection speed of desulfurizer and the blowing time should be declined. KEY WORDS particle magnesium; desulfurization; hot metal pretreatment