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由于现代工业对于钢材品质的要求日趋严格,作为钢中主要杂质元素的硫,对其含量的控制也变的十分重要。铁水炉外脱硫由于成本低等优点已成为控制钢中硫含量的主要手段,日益受到人们的重视。自上世纪30年代出现至今,铁水炉外脱硫工艺及脱硫剂层出不穷。由于金属镁在炉外脱硫中的诸多优点,镁基脱硫剂成为目前工业中最常用的脱硫剂之一,在工业中得到了广泛应用。但是金属镁作为一种脱硫剂,存在着价格昂贵,蒸气压高等缺点,因此世界各国都在寻找一种新的脱硫剂以取代镁基脱硫剂。本课题组提出在铁水中利用铁水自身的高温环境,由脱硫剂(主要由还原剂和以氧化镁为主的氧化剂组成)自身生成镁蒸气进行铁水脱硫的新方法。本文主要研究该法所用的脱硫剂——氧化镁基脱硫剂。主要研究内容包括热力学计算,动力学分析,5kg铁水脱硫实验,脱硫动力学分析,该法与工业镁基脱硫剂的对比分析,以及1t炉铁水脱硫中试试验。结论如下所示。(1)热力学计算方面生成镁蒸气的热力学分析表明,通过热力学计算比较了C,Ca,Al,Si等不同的还原剂热力学参数的差异,以Ca,Al为还原剂,效果最好好；以Si为还原剂,不加入CaO时热力学条件最差,加入CaO,反应在1350℃,PMg/P(?)约为0.18时就能发生：以C为还原剂,热力学条件总体最差,CaO的加入不影响反应的发生,反应在1350℃,PMg/Pθ约为0.003时才能发生；镁脱硫的热力学表明,工业颗粒镁脱硫时镁的溶解度是采用该方法时的20倍-200倍以上。(2)动力学研究方面A DSC实验表明,加铝反应都容易发生,其中铝还原轻烧白云石反应发生所需要的活化能最小,为314.903kJ/mol,反应级数为2.29,最容易发生；铝还原氧化镁和硅铁还原轻烧白云石活化能相当,活化能分别为2948.54kJ/mol和2638.17kJ/mol;碳还原氧化镁的活化能最大,为24474.70kJ/mol,反应难于发生。B镁蒸气生成动力学实验表明,所有体系镁生成速率均随着温度的升高和流量的增大而增大,所有体系的还原速率均增大；轻烧白云石+Al的还原速率最快,30min后还原率达到90%左右,轻烧白云石+1.2Si-Fe+3%CaFe2与MgO+Al相当,MgO+C还原速率最慢。Mg0+Al体系反应前期反应速率较快,当氧化镁消耗完全后(还原率为74%),还原速率显著下降；白云石+Si-Fe体系,加入更多的Si-Fe,能显著提高还原速率,氮气的实验效果远远不如氩气,加入3%的CaF2作为添加剂能有效提高反应速率,Si的实验效果优于硅铁,75 Si-Fe效果优于65Si-Fe;在一定范围内制团压力对反应速率影响不大。C根据阿伦尼乌斯公式,计算了不同体系的表观活化能,其中MgO+C的反应活化能最大,反应发生困难,白云石+A1体系活化能很低,反应极易发生,MgO+Al以及白云石+硅铁体系活化能适中。D通过镁蒸气生成机理的讨论,Mg蒸气的扩散对料块反应的动力学影响较大；Mg分压在径向方向有梯度差,存在反应界面,界面上反应速率最快,界面内外反应速率均很慢。E最终选取轻烧白云石+75Si-Fe为脱硫剂的主要成分,并得到了还原率Y与温度T和时间t的关系式如下所示。Y=(8.32-0.011×T+3.01×10-6×T2)×e[-1/(1301.96-1.49×T+4.32×10-4×T2)]+(-13.49+0.017×T-4.82×10-6×T2)(3)高温铁水脱硫实验A通过脱硫剂加入方式实验表明,采用粉料铺撒和块状料投入的方法其脱硫效果远不如喷吹的效果好。B轻烧白云石+硅铁脱硫实验表明,脱硫率随着温度的升高、气体流量的增大、添加剂的加入、脱硫剂中硅铁加入量的增加、初始硫含量的提高以及硅铁中硅含量的增加而提高,同时在铁水表面加入一定量的氧化钙作为覆盖剂能有效的抑制回硫。最优的脱硫实验条件为：1340℃,75硅铁,还原剂配比为1.2,加入3%氟化钙,脱硫剂用量18.13 g,氩气流量0.20m3/h,表面覆盖25g氧化钙,15mmin后脱硫率达到97%,终止硫含量为0.0012%。C不同体系脱硫实验表明,MgO+C体系最差,脱硫率仅为23%；MgO+Ca-Si合金体系次之,脱硫率仅为43%；加铝的脱硫实验结果最好,尤其是与白云石的反应,其脱硫速率最快,6mmin时铁水硫含量在0.0050%左右；75Si-Fe效果优于65Si-Fe,75Si-Fe的脱硫剂10min硫含量在0.0050%以下,脱硫率在85%以上。(4)高温铁水脱硫动力学分析反应速率控制步骤为气泡-铁水界面的镁和熔融硫的质量传输过程的假设是合理的,计算值和实验有很好的吻合,得到了气泡脱硫公式如下所示。(5)炉外铁水脱硫1t炉中试试验试验结果表明,该脱硫剂可有效降低铁水中的硫含量,在一定的预处理条件下,脱硫率可达94.50%,终止硫含量达0.0023%。(6)与工业对比通过与现行工业方法进行比较,工业中镁气泡的上升速率大于原位方法中气泡的上升速率,本法镁的利用率高于工业水平；脱硫剂的脱硫成本较现行工业中常用的2种方法具有较大的成本优势,分别节约成本37.85%(KR法)和38.14%(喷镁法)。通过以上的分析,该脱硫剂在原理上是可行的,且脱硫率较高,脱硫速率较快,与现行工业相比有较大的成本优势,具有广阔的前景。