钢包冶金过程中，看到钢液表面形成炉渣，意味着人工精炼渣层已经建立，钢液净化已经开始。然而，这层吸收杂质、隔绝钢液与氧接触的厚渣层，也会形成物理屏障，妨碍脱硫剂——电石——到达下方钢液。这时，电石粒度就格外重要。

脱除钢中硫是二次精炼的重要步骤，有助于保持钢材的可加工性，并减少杂质。加入CaC₂的技术较为成熟，可追溯至20世纪70年代；为了便于控制，使用小粒度电石仍是主流做法。

本文讨论2～10 mm电石粒度如何影响脱硫，并分析效果、安全和成本。读完后，您将更清楚怎样选择适合自身钢铁脱硫工艺的粒度。我们先从基础问题开始：为什么要脱除钢中的硫？

钢中硫的来源与影响

钢中的硫通常来自铁矿石、废钢和铁合金等原料。熔融金属中含有这些来源带入的硫，需要将其脱除，以保持钢材力学性能。高炉产出的铁水通常含硫100～800 ppm，根据工艺要求，需要降至35～10 ppm。

为什么需要脱硫？

低硫的高品质钢也称“洁净钢”。电弧炉（EAF）和碱性氧气转炉（BOF）产出的钢液必须进行二次冶金处理，以提高洁净度。主要原因包括：

• 热脆性：钢中的铁与硫反应形成FeS。硫化亚铁熔点较低，为988°C，会影响钢材加工，尤其是热轧和锻造。FeS熔化后削弱钢材，使其变脆并容易开裂。

• 焊接性能下降：焊接高温使金属熔化，主要金属凝固后产生内部拉应力，而FeS仍可能在一段时间内保持液态，无法承受这些应力，从而出现凝固裂纹或热裂纹。

• 耐腐蚀性：硫降低钢材耐腐蚀性，表面可能形成细小而较深的孔蚀。

• SO₂排放：脱硫有助于将二氧化硫排放控制在允许范围内，是满足严格空气排放要求的重要环节；典型要求为20 mg/m³。

• 副产物回收：加入CaC₂后会形成可回收利用的电石渣，有助于可持续生产（Qi等，2022）。

电石脱硫的作用机理

在讨论CaC₂粒度如何影响脱硫之前，先了解工艺本身。后文再分析粒度如何加强这些作用机制。

反应机理

使钢液表面形成炉渣的核心反应为：

CaC₂ + S → CaS + 2C

电石与硫反应形成硫化钙，同时向钢液中释放碳。CaS不溶，会上浮至钢液表面，经过适当时间后便于去除。

工艺参数的影响

反应剂质量

• 纯度：CaC₂纯度高，反应更强。电石纯度要求为“>63～68%”，并要求Si低于2%、P低于0.02%，以获得充分反应并减少污染。

• 加料流量：控制反应剂加入量，是提高脱除率的必要条件，200～300 g/min被列为理想范围。

化学因素

• 脱氧状态：钢液应保持低氧状态，避免CaC₂被氧消耗。

• 诱导时间：电石不会立即进入充分反应阶段，需要20～40秒的初始诱导期，之后反应动力学作用才开始显现。

• 限速步骤：硫向CaC₂扩散，是这一过程的限速环节。

• 温度：温度影响较小，相关数据为“高于100°C时为3%”的表述，因此强调应重点关注混合等其他因素。