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。

机械因素

• 穿透率（β）：反应效率与穿透率有关，这里指搅拌气体流量相对于喷入反应剂流量的比例。

• 工艺路线：选择铁水预处理还是钢包炉精炼，会影响处理结果。

• 混合与搅拌：双喷枪等反应剂喷入系统的配置，以及惰性气体搅拌程度，决定硫与电石的接触情况。

2～10 mm粒度对脱硫的影响

了解脱硫过程及各项参数后，就可以讨论电石粒度对效率的影响。对于高生产率工艺，*佳粒度为2～10 mm。

反应动力学与持续反应能力

增加反应表面积，会影响整体反应动力学。整个工艺中，电石必须在熔融金属中保持稳定的反应表现，2～10 mm范围对效率尤为关键。

• 持续反应速率：将电石磨成粉尘加入钢液，虽然可获得*快初始反应，但效果很快减弱。2～10 mm颗粒能够维持有效的传质尺度，在整个精炼时间内保持可靠反应（Coudure与Irons，1994）。

• 避免反应快速衰减：2～10 mm颗粒具有适度表面积，可限制CaS产物壳层过快形成；超细颗粒可能在几秒内被壳层“包住”，使反应受阻。壳层生长较慢，有助于电石核心继续有效反应，并保持可预测的扩散动力学（Chiang等，1990）。

利用率与物理控制

与粉尘相比，2～10 mm电石颗粒具有更好的物理稳定性，因此材料利用率更高。

较高利用率

2～10 mm颗粒的反应剂利用率为55%～75%，而小于1 mm粉尘仅为40%～55%，原因是前者较少被载气立即吹走（Coudure与Irons，1994）。

较好的穿透率（β）

典型喷入速度下，穿透率β可达到25%～35%，明显高于细粉。颗粒质量较大，不易被气泡夹带，有助于深入熔融金属。

足够的停留时间

虽然颗粒在喷吹羽流中的停留时间较短，只有0.8～3秒，但喷入颗粒数量达到数十亿级，累积接触足够充分，可在180～240秒内达到75%～90%的脱硫率（Guo等，2023）。

结果可预测

严格控制粒度，使90%以上颗粒符合规格，能够让不同班次的K和β值保持可重复性，反应更易控制，结果也更可预测。

使用2～10 mm粒度的优势

• 优化反应：兼顾有效反应所需的表面积，并避免CaS壳层快速形成，让反应持续更久。

• 更好穿透：气力输送中较高的穿透率（β=25%～35%）有助于深入接触，提高每次加料的脱硫效果。

• 改善混合：颗粒配合气泡搅拌和循环，减少不活跃的“死区”，加强硫扩散。

• 提高安全性：相比反应活跃、扬尘较多的细粉，可明显降低受潮后乙炔爆炸的风险。

• 工艺效率：严格的粒度控制，使反应速率常数K和穿透效果可重复，支持稳定结果和高效工艺。

• 便于处理：颗粒磨蚀性较低，利于稳定维持较高流量，并减少喷枪等设备磨损。

• 降低反应剂成本：利用率提高、损失减少，与微米级粉末方法相比，估计可降低约25%的反应剂消耗。

案例：TYWH

2～10 mm粒度已成为成功的商业产品，TYWH等主要生产企业专注于其生产和全球出口。TYWH年产能为120,000吨，向全球供应2～4 mm和4～7 mm专用规格，粒度一致性严格控制，合格率超过90%，并采用充氮钢桶安全包装，以保持品质和安全。

如果您希望进一步了解TYWH，欢迎访问网站。

结语

优化电石粒度，可以提高利用率、改善穿透，并延长稳定有效的反应时间。这样既能降低反应剂成本，也能减少爆炸风险、提升安全性，并使工艺结果更可预测。

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