钢铁生产中，铁水脱硫（HMD）的需求受到环保和原料变化的共同推动。环保机构提出的可持续发展目标要求降低炼钢过程的CO₂排放，这将增加对废钢的依赖，而废钢通常含有较多硫、磷等杂质。

使用废钢作为原料，脱硫需求也会提高，由此引出一个问题：电石、镁和石灰，哪一种脱硫剂的综合成本*低？判断经济性，需要分析电石、镁、石灰与钢中硫及其他杂质的反应，仅比较采购单价并不充分。

本文介绍脱硫机理和工艺，对比各类药剂的性能数据，*后分析综合成本。先从基础问题开始。

为什么要脱除钢中的硫？

硫会改变钢材的物理特性，是钢液中的一种杂质，脱除后有助于获得“洁净钢”。钢中硫可能引起热脆性、焊接性能下降、耐腐蚀性降低，以及SO₂排放等问题。因此，可以通过不同反应机理和药剂去除这一不需要的元素。

脱硫机理与工艺配置

脱硫原理

目标是高效脱除熔融金属中的硫，其初始质量含量通常为0.02%～0.06%。加入反应剂后，杂质会进入顶部炉渣，便于去除，或者以气体形式离开体系。

脱硫需要关注脱除百分比（效率）、硫化物容量，以及反应剂与金属之间的传质。不同炉渣的硫化物容量不同，也就是容纳硫的能力不同。硫移动的固有速率以扩散系数表征，1350°C时约为1.2×10⁻⁸ m²/s。

化学反应

石灰（CaO）

CaO + [S] → CaS + [O]

石灰与硫反应生成硫化钙，并释放氧。但反应较慢，因为会迅速形成致密层，例如2CaO·SiO₂，阻碍进一步反应。向熔融金属添加石灰没有额外的附带收益。

电石（CaC₂）

CaC₂ + [S] → CaS + 2[C]

电石与硫反应，也像石灰一样生成硫化钙。但它释放的碳会在颗粒周围形成石墨层，限制扩散；这一影响可以通过控制粒度管理。电石的附加优势是释放热量，帮助维持熔融金属温度。

镁（Mg）

Mg + [S] → MgS（固体）

镁与硫的反应远快于另外两种。镁在1090°C汽化，硫化物在气相中成核。该反应向熔融金属提供热量，并尽量减少渣量。

性能与效率数据

• 镁：效率*高，可在不到5分钟内脱除85%～95%的硫。

• 电石：电石颗粒可实现65%～90%的脱除率，但结果对粒度较敏感。使用11.8 μm颗粒，可使脱除率达到90%。

• 石灰（KR）：效率*低，在10～20分钟内脱除50%～70%的硫。

通过浸入式喷枪将粉尘喷入熔融金属时，反应剂颗粒与金属的接触时间很短，约0.4秒；采用2～10 mm电石时，时间增加到20～40秒。为便于比较，以下均以粉尘形式考虑。与喷入深度有关的穿透率β，通常为23%～29%。