鐵水預處理講義1

1、2-1 什么是鐵水預處理 ? 鐵水預處理是指鐵水兌入煉鋼爐之前，為脫硫或脫硅、脫磷而進行的處理過程。除上述普通鐵水預處理外還有特殊鐵水預處理，如針對鐵水含有特殊元素提純精煉或資源綜合利用而進行 的提釩、提鈮、提鎢等預處理技術。普通鐵水預處理包括鐵水脫硅、脫硫和脫磷(即 “三脫 ”)。特殊鐵水預處理是針對鐵水中的特殊元素 進行提純精煉或資源綜合利用而進行的處理過程，如鐵水提釩、提鈮、提鎢等。鐵水預處理工藝興起于 20 世紀 70 年代。目前，鐵水預處理和鋼水爐外精煉已成為近五十年來鋼鐵工 業(yè)迅速發(fā)展起來的兩項重要工藝技術。 鐵水預處理在日本、 美國等國發(fā)展非?？?， 處理量基本上在 70%-80%

2、 以上，有的企業(yè)己達 100%。日本 “三脫 ”技術發(fā)展最快，應用最廣泛。我國鐵水預處理起步較晚，但近年來發(fā)展很快，寶鋼、太鋼等分別建成了 “三脫 ”預處理設備，鞍鋼、 武鋼等多家企業(yè)都建成了鐵水預脫硫、預脫磷設備。2-2 在煉鋼生產中采用鐵水預脫硫技術的必要性是什么 ?(1) 用戶對鋼的品種和質量要求提高，連鑄技術的發(fā)展也要求鋼中硫含量低(硫含量高容易使連鑄坯產生裂紋 )。鐵水脫硫可滿足冶煉低硫鋼和超低硫鋼種的要求。(2) 轉爐煉鋼整個過程是氧化氣氛，脫硫效率僅為30%40% ;而鐵水中的碳、硅等元素含量高，氧含量低，提高了鐵水中硫的活度系數(shù)，故鐵水脫硫效率高；鐵水脫硫費用低于高爐、轉爐和爐

3、外精煉的脫 硫費用。(3) 減輕高爐脫硫負擔后，能實現(xiàn)低堿度、小渣量操作，有利于冶煉低硅生鐵，使高爐穩(wěn)定、順行，可 保證向煉鋼供應精料。(4) 有效地提高鋼鐵企業(yè)鐵、鋼、材的綜合經濟效益。2-3 鐵水脫硫常用的脫硫劑有幾類，各有何特點 ?生產中，常用的脫硫劑有蘇打灰(Na2C03)、石灰粉(CaO)、電石粉(CaC2)和金屬鎂等。以上脫硫劑可以單獨使用，也可以幾種配合使用。(1) 蘇打灰。其主要成分為Na2C03，鐵水中加入蘇打灰后，與硫作用發(fā)生以下3個化學反應：Na2C03(1)+S+2C=Na 2S(1)+3CONa2C03(i)+S十Si=Na 2S(i)+SiO2(s)+CONa20(

4、1)+S=Na 2S(1)+O 用蘇打灰脫硫，工藝和設備簡單，其缺點是脫硫過程中產生的渣會腐蝕處理罐的內襯，產生的煙塵污 染環(huán)境，對人有害。目前很少使用。(2) 石灰粉。其主要成分為CaO，用石灰粉脫硫的反應式如下：2CaO(S)+S+(i/2)Si=(CaS)(S)+(i/2)(Ca 2Si04)石灰價格便宜、使用安全，但在石灰粉顆粒表面易形成2CaOSi02致密層，限制了脫硫反應進行，因此，石灰耗用量大，致使生成的渣量大和鐵損大，鐵水溫降也較多。另外，石灰還有易吸潮變質的缺點。(3) 電石粉。其主要成分為CaC2，電石粉脫硫的反應式如下：CaC2+S=(CaS) (S)+2C用電石粉脫硫，

5、鐵水溫度高時脫硫效率高，鐵水溫度低于1300 C時脫硫效率很低。另外，處理后的渣量大，且渣中含有未反應盡的電石顆粒，遇水易產生乙炔(C2H2)氣體，故對脫硫渣的處理要求嚴格。在脫硫過程中也容易析出石墨碳污染環(huán)境。電石粉易吸潮生成乙炔(乙炔是可燃氣體且易發(fā)生爆炸 )，故電石粉需要以惰性氣體密封保存和運輸。(4) 金屬鎂。鎂噴入鐵水后發(fā)生如下反應：Mg+S=MgS (S) 鎂在鐵水的溫度下與硫有極強的親和力，特別是在低溫下鎂脫硫效率極高，脫硫過程可預測，硫含量 可控制在 0.001%的精度。這是其他脫硫劑所不能比擬的。金屬鎂活性很高，極易氧化，是易燃易爆品，鎂粒必須經表面鈍化處理后才能安全地運輸、

6、儲存和使 用。鈍化處理后，使其鎂粒表面形成一層非活性的保護膜。用鎂脫硫，鐵水的溫降小，渣量及鐵損均少且不損壞處理罐的內襯，也不影響環(huán)境。因而鐵水包噴鎂 脫硫工藝獲得了迅猛的發(fā)展。鎂的價格較高，保存時須防止吸潮。2-4鐵水脫硫的主要方法有哪些，鐵水脫硫技術的發(fā)展趨勢是怎樣的？迄今為止，人們已開發(fā)出多種鐵水脫硫的方法，其中主要方法有：投入脫硫法、鐵水容器轉動攪拌脫 硫法、攪拌器轉動攪拌脫硫法和噴吹脫硫法等。(1) 投入法。該法不需要特殊設備，操作簡單，但脫硫效果不穩(wěn)定，產生的煙氣污染環(huán)境。(2) 鐵水容器攪拌脫硫法。該法主要包括轉鼓法和搖包法，均有好的脫硫效果，該法容器轉動笨重，動 力消耗高，包襯

7、壽命低，使用較少。(3) 采用攪拌器的機械攪拌法。如KR法(見圖3-1)即屬于此類。KR攪拌法由于攪拌能力強和脫硫前后能充分的扒渣，可將硫含量脫至很低，其缺點是設備復雜，鐵 水溫降大。(4) 噴吹法。此法是用噴槍以惰性氣體為載體，將脫硫劑與氣體混合吹入鐵水深部，以攪動鐵水與脫硫 劑充分混合的脫硫方法。該法可以在魚雷罐車(混鐵車)或鐵水包內處理鐵水。鐵水包噴吹法目前已被廣泛應用。圖3-2為魚雷罐車噴吹法脫硫裝置示意圖。噴吹脫硫法具有脫硫反應速度快、效率高、操作靈活方便，處理鐵水量大，設備投資少等優(yōu)點。因而，它已成為鐵水脫硫的主要方法。鐵水脫硫技術的發(fā)展趨勢如下：(1) 采用全量鐵水脫硫工藝；(2

8、) 趨向在鐵水包內預脫硫；(3) 脫硫方法以噴吹法為主；(4) 用金屬鎂做脫硫劑的趨勢不斷擴大。2-5用金屬鎂進行鐵水脫硫的機理是什么？鎂為堿土金屬，相對原子質量為 24.305，密度為1.738g/cm3;熔點為651 C ;沸點為1107C。當金屬 鎂與硫結合生成 MgS后，其熔點為2000C,密度為2.8g/cm3,如與氧結合生成 MgO后，其熔點為2800C, 密度為3.073.20g/cm3, 二者均為高熔點、低密度穩(wěn)定化合物。鎂通過噴槍噴入鐵水中，鎂在高溫下發(fā)生液化、氣化并溶于鐵水：Mg(s)t Mg (1)t Mg f MgMg與S的相互反應存在兩種情況：第一種情況：Mg+S=M

9、gS(S)(3-1)第二種情況：Mg Mg(3-2)Mg+S=MgS(S)(3-3)在高溫下，鎂和硫有很強的親和力，溶于鐵水中的Mg和Mg都能與鐵水中的S迅速反應生成固態(tài)的MgS，上浮進入渣中。在第一種情況下，在金屬 -鎂蒸氣泡界面，鎂蒸氣與鐵水中的硫反應生成固態(tài)MgS，這只能去除鐵水中3 %8%的硫。在第二種情況下，溶解于鐵水中的鎂與硫反應生成固態(tài)MgS,這是主要的脫硫反應，最為合理。在這種情況下，保證了鎂與硫的反應不僅僅局限在鎂劑導入?yún)^(qū)域或噴吹區(qū)域內進行，而是在鐵水包整個范圍內 進行，這對鐵水脫硫是十分有利的。鎂在鐵水中的溶解度取決于鐵水溫度和鎂的蒸氣壓。鎂的溶解度隨著壓力的增加而增大，隨

10、鐵水溫度 的上升而大幅度降低。為了獲得高脫硫效率，必須保證鎂蒸氣泡在鐵水中完全溶解，避免未溶解完的鎂蒸 氣逸人大氣造成損失。促進鎂蒸氣大量溶解于鐵水中的措施是：鐵水溫度低；加大噴槍插入鐵水液面以下 的深度，提高鎂蒸氣壓力，延長鎂蒸氣泡與鐵水接觸時間。2-6采用金屬鎂脫硫為什么要對鎂粒進行表面鈍化處理，對顆粒鎂有什么要求？金屬鎂活性很高，極易氧化，是易燃易爆品。鎂粒只有經表面鈍化處理后才能安全地運輸、儲存和使 用。經鈍化處理后，鎂粒表面形成一層非活性的保護膜，如鹽鈍化的涂層顆粒鎂，制備時采用熔融液態(tài)鎂 離心重復分散技術，利用空氣動力逆向冷卻原理將鹽液包敷在鎂顆粒外層，形成銀灰色均勻的球狀顆粒。單

11、吹鎂脫硫用的涂層顆粒鎂要求：WMg> 9%;粒度為0.51.6mm，其中粒度大于 3mm以上的針狀不規(guī)則顆粒少于8%。2-7鐵水脫硫容器為什么趨向采用鐵水包？在魚雷罐內進行脫硫，動力學條件較差，脫硫劑噴入后，由于魚雷罐形狀影響攪拌的均勻性，反應重 現(xiàn)性差，脫硫劑消耗量大。采用鐵水包噴吹脫硫，由于鐵水包的幾何形狀，使脫硫反應具有更好的動力學 條件和反應空間，可根據(jù)冶煉具體要求更準確地控制鐵水的硫含量。一般容量大于80t的鐵水包鐵液深度都比魚雷罐深，噴入鐵水的脫硫劑與鐵水進行反應更加充分，因此在鐵水包內噴吹脫硫可以有效利用脫硫 劑。同時鐵水包內的鐵水溫度比魚雷罐內低一些，更促進鎂脫硫獲得理想

12、的脫硫效果，降低了鐵水處理成 本。由于鐵水包內噴吹脫硫有較高的效率，與在魚雷罐脫硫相比，如果將硫含量從0.045 %降到0.010 %,可節(jié)省脫硫劑15% ;如果將硫含量從 0.045%降到0.005%，可節(jié)省脫硫劑 24%。顯然，硫含量的目標值 越低，在鐵水包噴吹脫硫劑的優(yōu)勢越大。20世紀80年代已開始發(fā)展到在鐵水包內處理鐵水。目前新建鐵水脫硫裝置大多采用鐵水包單獨噴吹鎂或復合噴吹鎂的技術和設備。2-8鐵水包單吹顆粒鎂脫硫的工藝流程及基本工藝參數(shù)是怎樣的？鐵水包單吹顆粒鎂脫硫工藝系統(tǒng)裝備如圖3-3所示。RI 3 1償本包巾吹林種H他瓷12帝降廉喬示敢產單吹顆粒鎂脫硫工藝流程如圖3-4所示。*

13、騎世HIT 3 51直H0騎仃股紈匸藝沌和脫硫劑采用單一的顆粒金屬鎂，流動性好，噴吹罐配備了專門的計量給料裝置。為保證把鎂劑(不摻添加料)可靠地噴入鐵水中并使鎂的吸收率在95%以上，且不堵槍，應合理選擇噴槍和輸鎂管路的結構和噴吹系統(tǒng)參數(shù)。應使供氮壓力穩(wěn)定，噴槍端面距包底約 0.2m，噴槍結構要保證為鎂溶解于鐵水并繼而被吸收 創(chuàng)造良好的條件。噴槍浸入深度不足2.4m的鐵水包，噴槍端部要裝備錐形氣化室。整個脫硫過程可采用計算機自動控制，每次處理前只需輸入初始硫含量、目標硫含量、鐵水溫度、鐵水重量等參數(shù)，脫硫處理 過程便可自動進行。單吹顆粒鎂脫硫工藝參數(shù)如下：脫硫劑顆粒鎂，粒度為0.51.6mm ,

14、 WMg > 9%(2) 氮氣壓力1.0MPa(3) 初始鐵水wsl=0.035%(4) 目標鐵水ws=0.005%(5) 噴吹時間< 10mi n(6) 脫硫劑(Mg)流量815kg/min(7) 脫硫劑(Mg)消耗0.46kg/t(8) 溫降10C2-9鐵水包鎂基復合噴吹脫硫的工藝流程及基本工藝參數(shù)是怎樣的？鎂基脫硫劑是由鎂粉加上石灰粉或電石粉及其他添加劑組成，噴入鐵水后脫硫反應主要由鎂粉完成。 復合噴吹的鎂粉和石灰粉(或電石粉)分別存貯在兩個噴吹罐內，用載氣輸送，在管道內混合。通過調節(jié)分 配器的粉料輸送速度來確定兩種粉料的比例，對鎂粉流動性無要求。 整個脫硫過程可采用計算機自動控制，每次處理前只需輸人初始硫含量、目標硫含量、鐵水溫度、鐵水重量等參數(shù)、脫硫處理過程便可自動進行。(1) 脫硫劑(2) 氮氣壓力(3) 初始鐵水ws 目標鐵水ws(5) 噴吹時間(6) 脫硫劑流量(7) 脫硫劑消耗附*$像辛立合嘖獣艇統(tǒng)I藝施樣Mg+CaO1.1MPa0.