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高炉炼铁炉料中硫的迁移规律
华建明1，郑壮2，游洋2，吕学伟2
（1.宝钢股份炼铁厂， 上海 200941；2.重庆大学材料科学与工程学院， 重庆 400044）
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摘 要
钢铁行业的二氧化硫排放量占全国工业总排放量的13.9%，而高炉炼铁过程是钢铁生产中硫排放的重要环节。随着环保要求的日益严格，降低高炉煤气中硫化物的含量显得尤为重要。为了探明高炉冶炼过程炉料中硫化物的演变机理，采用化学分析和XPS方法对高炉炉料中硫的赋存形态及含量进行表征，计算得到高炉硫负荷；并采用热力学平衡计算方法对高炉不同区域硫在渣-金-气三相的分配机制进行研究。结果表明，高炉原料中硫的最大来源为焦炭，占全部硫收入的72.3%，其次煤粉占19.7%，而含铁原料（烧结矿、球团矿和块矿）合计硫质量分数小于10%。焦炭和煤粉中的硫主要以砜类硫、亚砜类硫、噻吩类硫等有机硫和硫化物硫、硫酸盐硫等无机硫形式存在，且焦炭中硫含量高于煤粉。高炉块状带煤气中硫的来源主要是炉料中无机硫的热解、炉料与还原性气氛反应生成的气态H2S和COS，以及软熔带以下区域反应产生的气态硫化物经过炉料吸收后剩余的COS。此外，高炉煤气中COS含量通常高于H2S。高炉软熔带炉料具有良好的吸硫条件，硫主要存在于刚形成的初渣中。炉缸区域硫元素主要存在于炉渣中，其次为铁水，最后才是煤气。随着温度的升高，炉渣的脱硫能力提高，更多的硫从铁水向渣中转移。
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关 键 词
高炉；硫化物；演变机理；热力学计算；硫平衡
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引 言
随着环境污染、生态破坏等全球性问题日益突出，可持续发展日渐成为社会发展所遵循的根本途径。钢铁工业是典型的能源密集型行业，是能源消耗和二氧化碳排放的集中区域之一。随着双碳目标的提出，中国钢铁行业面临着更为严峻的形势。为此，中国钢铁行业正积极提升节能减排水平并加速绿色低碳转型。与其他行业相比，钢铁行业具有产业链长和内部工艺复杂的特点，其生产所导致的污染也具有污染因子复杂和污染物排放量大等特点。
硫是钢铁生产中的有害元素。钢中的硫元素含量高会导致钢产生热脆性，另一方面，硫在高炉冶炼过程中还会以气体硫化物的形式随高炉煤气排出。高炉煤气中的硫化物会加速腐蚀燃气管道和发电机转子叶片，造成经济成本的增加。在高炉炼铁生产中，硫主要由焦炭、煤粉、烧结矿以及球团矿带入，而硫的输出主要靠高炉渣以及铁水排出，少部分硫进入高炉煤气。朱迎新等研究了高炉中硫的来源以及在各炉料中的赋存状态，分析了高炉各项硫支出的现状及影响，提出了铁水及煤气的脱硫措施。张雪松等分析了京唐烧结、球团和高炉工序的硫平衡，得到上述工序硫负荷最大的原料分别为混匀矿、矿粉和燃料。炉料中的硫化物进入高炉后经历低温到高温的复杂变化，同时也存在炉料对生成气体硫化物的吸收。因此，研究高炉炼铁过程硫化物演变机理对于揭示硫负荷的分配状况，降低铁水以及高炉煤气中硫含量，推动绿色炼铁生产，保护环境具有重要意义。
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精 选 图 表
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结 论
1）焦炭中的全硫含量显著高于煤粉，约为煤粉全硫含量的2倍。焦炭中的硫主要以有机硫的形式存在，硫酸盐硫和硫化铁硫的含量很低。焦炭中的有机硫主要为砜类硫。煤粉中硫主要以硫化铁硫和有机硫的形式存在，有机硫总量约为硫化铁硫的2倍，且有机硫存在形式主要以砜类硫为主。
2）高炉原料硫收入最大的来源为焦炭，其占到全部硫收入的72.3%，其次为煤粉，占全部硫收入的19.7%，两者合计所占比例超过90%；而含铁原料（烧结矿、球团矿和块矿）合计硫所占比例不足10%。
3）高炉块状带煤气中硫的来源主要是炉料中无机硫的挥发以及与还原性气氛（H 2和CO）反应生成的气态硫化物（主要是H 2S和COS），以及软熔带以下区域反应产生的气态硫化物经过炉料吸收后剩余的COS。因此最终排出高炉的煤气中气态硫化物主要形式为COS和H 2S，并且COS含量更高。
4）高炉软熔带区域炉料具有良好的吸硫条件，硫主要存在于刚形成的初渣中。软熔带区域气相中的硫主要来源于焦炭中的有机硫在高温下的反应产生，主要以H 2S的形式进入煤气中。H 2S在经过块状带下部时，大部分被炉料所吸收。炉缸区域硫元素主要存在于炉渣中，其次为铁水中，最后才是煤气中。随着温度的升高，炉渣的脱硫能力提高，更多的硫从铁水中向渣中转移。
来源：《钢铁》2024年第4期
END
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