鐵水預(yù)處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展程常桂(武鋼金屬回收公司)

鐵水預(yù)處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展武漢科技大學冶金工程系程常桂12內(nèi)容提要概述鐵水預(yù)處理的發(fā)展概況鐵水預(yù)處理的冶金原理鐵水預(yù)處理的方法及設(shè)備典型鐵水預(yù)處理工藝31概述1.1基本定義鐵水預(yù)處理是指鐵水進入煉鋼爐之前，為脫硫、脫硅、脫磷而進行的處理過程。除上述普通鐵水預(yù)處理外，還有特殊鐵水預(yù)處理，如脫鉻、脫錳以及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、提鉻等預(yù)處理過程。鐵水預(yù)處理技術(shù)其基本目標就是必須將進入轉(zhuǎn)爐的鐵水[S]、[P]含量脫至成品鋼種水平，達到轉(zhuǎn)爐冶煉后獲得低磷、低硫鋼水，然后通過爐外精煉獲得超純凈度的鋼液，也只有這樣才能發(fā)揮出鐵水預(yù)處理技術(shù)的作用和經(jīng)濟效益。4實際生產(chǎn)過程中，鐵水預(yù)處理分為深脫和淺脫。一般來說，煉鋼用的鐵水在預(yù)處理前，[S]：0.02％～0.07%;[P]：0.08%～0.20％;[Si]:0.30％～1.25%。對脫硫而言：淺脫硫后為：[S]≤0.010％。深脫后的硫含量為：[S]≤0.005％，最好時可達[S]≤0.002％。5對脫磷而言，深脫后的磷含量為：[P]≤0.01％;淺脫后的磷含量一般為[P]≤0.05％。脫硅主要是滿足脫磷的要求。鐵水預(yù)處理之后，硅的含量為：0.10～0.15％。一般鋼種采用淺脫，優(yōu)質(zhì)鋼則采用深脫的處理方式。6鐵水預(yù)處理對改進轉(zhuǎn)爐操作指標及提高鋼的質(zhì)量有著十分重要的作用。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，鐵水預(yù)處理工藝已成為完善和優(yōu)化整個鋼鐵生產(chǎn)、工藝流程、確保節(jié)能降耗、達到優(yōu)質(zhì)高效目標的不可缺少的工藝環(huán)節(jié)；是大批量生產(chǎn)高純度鋼、降低普碳鋼生產(chǎn)成本，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐少渣吹煉的關(guān)鍵性技術(shù)。已成為生產(chǎn)低磷、低硫優(yōu)質(zhì)鋼、純凈鋼必不可少的經(jīng)濟工序。7隨著對鋼材的超純度、高強度、長壽命、良好的低溫韌性、冷成型性和焊接性能的更高要求，鋼材的純度、均勻度和晶粒細化度進一步提高，鐵水預(yù)處理已向深度脫硫、深度脫磷方向發(fā)展。目前，國外鋼廠一般均采用100%鐵水脫硫預(yù)處理，先進的產(chǎn)鋼國家，如日本，鐵水“三脫”(脫Si、P、S)預(yù)處理比已超過90%。2002年我國鐵水預(yù)處理比為26.3%。為進一步提高鋼材質(zhì)量，我國十一五規(guī)劃要求鐵水脫硫比≥60％。81.2鐵水預(yù)脫硫的意義及技術(shù)優(yōu)勢1.2.1脫硫的意義除易切削鋼外，硫作為有害元素必須在冶煉過程中去除。為了避免連鑄板坯產(chǎn)生內(nèi)部裂紋和得到良好的表面質(zhì)量，要求普通鋼中的含硫量小于0.02％；為了使結(jié)構(gòu)鋼具有均勻的機械性能（即減少各向異性），要求鋼中的硫含量小于0.01%；為了使石油和天然氣輸送管道、石油精煉設(shè)備用鋼、海上采油平臺用鋼、低溫用鋼、厚船板鋼和航空用鋼等具有抗氧致裂紋性能、更均勻的機械性能和更高的沖擊韌性，硅鋼具有良好的導磁性，薄板鋼具有優(yōu)良的深沖擊性能等，要求鋼中的硫含量小于0.005％（甚至小于0.002%～0.001％）。9靠傳統(tǒng)的高爐、轉(zhuǎn)爐脫硫己難以滿足用戶對鋼的含硫量日趨嚴格的要求。轉(zhuǎn)爐煉鋼過程是個氧化過程，轉(zhuǎn)爐由于爐內(nèi)冶煉過程熱力學條件的制約，脫硫率低，一般僅為30％左右。要求以低硫含量鋼水為條件的連鑄技術(shù)的迅速發(fā)展，使得目前大多數(shù)鋼種都要求平均含硫量在0.015％以下，對某些超純凈鋼硫的含量要求降到0.001％。傳統(tǒng)的高爐－轉(zhuǎn)爐工藝難以滿足連鑄工藝發(fā)展的需要。高爐脫硫比轉(zhuǎn)爐脫硫容易，但高爐脫硫必須提高渣堿度，從而增加焦比，同時因低硫原料的日益匱乏及價格的不利變化，使得高爐脫硫在經(jīng)濟上的優(yōu)勢己蕩然無存。10為適當放寬高爐生產(chǎn)的鐵水含硫量和轉(zhuǎn)爐的少渣吹煉，能給高爐減輕負擔，降低焦比，較少渣量，提高生產(chǎn)能力、降低鋼鐵生產(chǎn)的綜合成本。由于已有的低硫原料和燃料的來源會逐漸減少，鐵水中的硫含量可能要相應(yīng)的提高，為此，鐵水預(yù)脫硫處理就顯得格外重要，這也使爐外脫硫工藝得到迅速發(fā)展。111.2.2鐵水預(yù)脫硫的技術(shù)優(yōu)勢為保證鋼的質(zhì)量，必須在爐外對鐵水進行脫硫預(yù)處理。鐵水爐外脫硫工藝在經(jīng)濟上和技術(shù)上是合理的和可行的，主要原因在于以下幾方面：（1）鐵水中含有大量的硅、碳和錳等還原性好的元素，因此在使用不同類型的脫硫劑，特別是強脫硫劑，如鈣，鎂，稀土等金屬及其合金時，不會發(fā)生大量的燒損，以致影響脫硫反應(yīng)進行。（2）鐵水中的碳和硅等能大大提高硫在鐵水中的活度系數(shù)，致使硫較容易脫到低水平。鐵水中的氧含量較低，硫的分配系數(shù)相應(yīng)有所提高，有利于脫硫。鐵水處理溫度較低，對處理裝置的壽命有益。12（3）鐵水爐外脫硫可以在魚雷車、鐵水罐中進行，也可以在鐵槽中進行，這樣可減少處理投資。（4）在鐵水預(yù)脫硫的過程中鐵水成分的變化，比煉鋼和鋼水處理中鋼水成分的變化對最終鋼種影響小。（5）鐵水硫含量可以降低到超低含量，有利于轉(zhuǎn)爐冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼，擴大冶煉品種，生產(chǎn)出具有高附值的優(yōu)質(zhì)鋼材。（6）能保證煉鋼吃精料，降低轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率；蒂森公司研究表明，在鐵水含硫量為0.06%和鋼中含硫量為0.018%的條件下，如果將鐵水中的含硫量從0.025%降低到0.017%，可以使轉(zhuǎn)爐爐渣堿度從4降到3，石灰的消耗量減少20kg/t鐵，渣量減少25kg/t，鐵的收得率提高0.6%。13（7）解放高爐生產(chǎn)能力，高爐脫硫負擔減輕，可降低爐渣堿度，減少渣量，減輕堿金屬的危害，有利于冶煉低硅鐵，使高爐穩(wěn)定順行，降低焦比，提高作業(yè)率，高爐每降低鐵水中0.001%的含硫量，需增加焦比2～3kg/t；而進行爐外脫硫，可以降低焦比30-40kg/t，產(chǎn)量提高5%～8%。（8）可以有效地提高鐵、鋼、材系統(tǒng)的綜合效益。硫、磷是決定連鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵因素，鐵水預(yù)處理是目前實現(xiàn)全連鑄、近終形連鑄連軋和熱裝熱送新工藝的最經(jīng)濟的、最可靠的技術(shù)保障。141.3鐵水預(yù)脫磷的意義及優(yōu)勢1.3.1鐵水預(yù)脫磷的意義磷是絕大多數(shù)鋼種中的有害元素，容易在晶界偏析，造成鋼材“冷脆”，顯著降低鋼材的沖擊韌性，因此，脫磷問題在鋼鐵冶煉中占有重要的地位。一般鋼種都要求盡量降低磷含量。為了降低氧氣轉(zhuǎn)爐鋼的生產(chǎn)成本、減輕轉(zhuǎn)爐的冶金負荷、解決含磷轉(zhuǎn)爐渣的存放問題，減少渣量，逐漸向少渣、無渣冶煉的方向發(fā)展，希望最后能夠開發(fā)一種使轉(zhuǎn)爐成為單一脫碳爐的工藝流程。對于少渣煉鋼工藝，要求鐵水磷含量<0.015%。15隨著連鑄比和爐外精煉比的增加，需要提高出鋼溫度而使轉(zhuǎn)爐吹煉過程脫磷負荷增大，采用鐵水預(yù)處理脫磷可以解決這個問題。鐵水預(yù)脫磷可以解決低磷鋼[P]<0.01%和極低磷鋼[P]<0.005%的限制。以滿足低溫用鋼、海洋用鋼、抗氫致裂紋鋼和部分厚板用鋼等冶煉工藝的需要，在這些鋼種中，除了要求極低的硫含量以外，也要求鋼中的磷含量<0.01%或0.005%。對于高級優(yōu)質(zhì)鋼、不銹鋼和高級合金鋼需求量也日益增加，鐵水預(yù)脫磷可以滿足這一需要。因為單純用轉(zhuǎn)爐現(xiàn)流程脫磷要達到超低磷的水平是非常困難的。為了轉(zhuǎn)爐渣的回收利用，從節(jié)能和環(huán)保的角度考慮，希望將鋼渣全部回收利用。在轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫磷，金屬中的磷大部進入鋼渣，這樣的鋼渣返回高爐勢必造成金屬中的磷越來越高，實現(xiàn)鐵水預(yù)處理脫磷可以解決這個問題。16冶金資源的可持續(xù)利用和改善煉鋼工藝的需要。我國有相當一部分含磷較高的鐵礦，開展鐵水爐外噴粉脫磷更具有特殊意義。隨著高磷礦的開發(fā)利用，生鐵中的磷含量有升高的趨勢。而在高爐生產(chǎn)條件下，磷酸鹽中的磷幾乎全部被還原進入金屬；煉鐵操作對金屬中的磷含量不能作任何控制，生鐵磷含量完全取決于所用原料的磷含量。這些因素要求充分發(fā)展和應(yīng)用鐵水脫磷預(yù)處理技術(shù)。171.3.2鐵水預(yù)脫磷的技術(shù)優(yōu)勢煉鋼脫磷通常采用氧化法工藝；出鋼時往往會造成回磷。因此，穩(wěn)定生產(chǎn)[%P]≤0.015％的低磷鋼，對低碳鋼冶煉也是很困難的。而生產(chǎn)中、高碳鋼，由于鋼水氧化性弱，在轉(zhuǎn)爐內(nèi)很難實現(xiàn)有效脫磷。與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐脫磷工藝相比，采用鐵水預(yù)脫磷技術(shù)具有以下技術(shù)優(yōu)勢：（1）低溫碳飽和的鐵水的脫磷，從熱力學上來分析，比之于鋼水脫磷，不但低溫條件對脫磷有利，而且碳飽和的條件也是有利于的，因為根據(jù)理論計算，由于碳、磷在鐵水中的相互作用，碳使磷的活度增加，增加了碳飽和鐵水的脫磷的可能性。18（2）利用噴粉冶金技術(shù)更容易實現(xiàn)連續(xù)可控地供料，可以加大渣一金間接觸面積，加快傳輸反應(yīng)，防止煙塵損失，充分發(fā)揮了粉劑脫磷能力，使脫磷更有效。（3）能保證煉鋼吃精料，降低轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)成本；提高生產(chǎn)效率，節(jié)約煉鋼能耗；可有效地提高鐵、鋼、材系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟效益；因此，鐵水爐外噴粉脫磷工藝較轉(zhuǎn)爐脫磷更為經(jīng)濟。（4）錳的氧化損失很??；金屬中氮含量不高；含磷的夾雜物很少。19（5）鐵水磷含量可以降到超低含量，有利于轉(zhuǎn)爐冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼，有利于鋼鐵產(chǎn)品升級換代，生產(chǎn)出具有高附加值的優(yōu)質(zhì)鋼材。（6）采用該項技術(shù)可以連續(xù)經(jīng)濟地實現(xiàn)深脫磷、為企業(yè)增加新品種和提高產(chǎn)品質(zhì)量準備了條件；而且可減輕轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的負荷，有利于連鑄生產(chǎn)順行，這無疑優(yōu)化了企業(yè)的生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)、增強了自身競爭能力。（7）采用鐵水爐外噴粉脫磷降低鋼中含磷量，對其成型性能、機械性能、加工性能等都有明顯的改善，可以給化工設(shè)備、遠洋輪船、海上采油平臺、輸油(氣)管等提供大量的高級優(yōu)質(zhì)鋼材。（8）由于我國原料條件較差，采用鐵水爐外噴粉脫磷是優(yōu)化現(xiàn)有流程和提高經(jīng)濟效益的一項重要措施。201.4鐵水預(yù)脫硅的意義及優(yōu)勢1.4.1鐵水預(yù)脫硅的意義鐵水預(yù)處理脫硅是隨著生產(chǎn)高純鋼而發(fā)展起來的。在鋼鐵生產(chǎn)蒸蒸日上時，鐵水中的硅是一種很重要的熱源，可增加廢鋼比，這樣每噸鐵水就可以生產(chǎn)盡可能多的粗鋼。但受第二次石油危機及隨后長時間市場經(jīng)濟蕭條的影響，追求低成本高品質(zhì)的鋼鐵產(chǎn)品，不得不為了脫磷而必須先脫硅。因為，所有的鐵水預(yù)處理脫磷試驗都表明，鐵水中的硅含量高的時候會使脫磷劑消耗增加，脫磷率下降；降低脫磷前的鐵水硅含量，可極大提高脫磷用石灰利用率，有可能把煉鋼過程的總渣量降低到極限。為此，應(yīng)在脫磷處理前有一道預(yù)脫硅處理工序。21在普通的LD轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝中，因鐵水中的[Si]很容易被氧氣或氧化鐵渣除去，脫硅本身幾乎不需要消耗任何熔劑，但由于鐵水硅含量高，將產(chǎn)生大量的SiO2，與此相應(yīng)，必須用大量的熔劑來獲得足夠高的堿度，以滿足有效脫磷的需要。于是，開發(fā)了鐵水脫硅的方法和少渣煉鋼工藝，采用的結(jié)果是使熔劑(主要是石灰)和渣量大幅度降低，轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝也進一步穩(wěn)定。22另一方面，雖然轉(zhuǎn)爐本身已經(jīng)取得了明顯的技術(shù)進步，但僅僅靠轉(zhuǎn)爐來滿足高質(zhì)量和低成本的要求，顯然是不可能的。這就要求將轉(zhuǎn)爐的功能加以分散，將其某些功能(如脫磷、脫硫)轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)爐以外。例如，鐵水預(yù)處理工藝、鋼包爐外精煉工藝。這也是當前鐵水預(yù)處理脫硅工藝得以發(fā)展的一條重要原因，使得以鐵水脫硅為中心的全面鐵水預(yù)處理技術(shù)迅速發(fā)展，這對開發(fā)新鋼種、冶煉純凈鋼、提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力、降低成本具有重要意義。231.4.2鐵水預(yù)脫硅的技術(shù)優(yōu)勢相對于煉鋼過程中的脫硅而言，鐵水預(yù)脫硅處理的主要技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾點：（1）減少轉(zhuǎn)爐渣量。（2）為鐵水爐外脫磷創(chuàng)造有利條件。日本的有關(guān)研究表明，為了化渣和保障出鋼溫度，轉(zhuǎn)爐冶煉過程中有0.3%的Si就足夠了。超出的Si含量則是有害的，會導致轉(zhuǎn)爐技術(shù)經(jīng)濟指標的惡化。此外，為了提高脫磷效率，一般要求鐵水中的Si含量≤0.15％。因此，各國均大力開發(fā)鐵水預(yù)脫硅技術(shù)。24（3）研究表明，進行預(yù)處理脫磷必然先脫硅，碳也會有一定程度的降低。這樣雖然會造成熱量減少．但由于可以少渣煉鋼，用于化渣的熱量也減少，兩者幾乎可以相抵。少渣煉鋼可以多回收錳，降低鐵損，主要的造渣料大幅度降低。（4）鐵水預(yù)脫硅對于有利于釩渣品位的提高。這種影響主要在于:Si對釩氧化的抑制；Si氧化成渣對釩渣的“稀釋”；Si氧化放熱使提釩所需的低溫熔池環(huán)境時間縮短；鐵水Si偏高(≥0．15％)時，渣態(tài)過稀，使出鋼過程中釩渣的流失增加。252鐵水預(yù)處理發(fā)展概況2.1國外鐵水預(yù)脫硫發(fā)展概況鐵水預(yù)處理工藝始于鐵水爐外脫硫，作為避免出現(xiàn)號外鐵的補救措施而用于生產(chǎn)。1877年英伊頓(A.E.Eaton)和貝克用蘇打在高爐鐵水溝鋪撒脫硫，以處理不合格生鐵。20世紀初，人們主要致力于煉鋼工藝的開拓和改進，鐵水預(yù)處理技術(shù)發(fā)展曾一度遲緩。1927年，美拜爾斯公司在化鐵爐鐵水罐中加蘇打脫硫。1947年，瑞典人卡林用石灰粉在臥式回轉(zhuǎn)爐中脫硫。1959年瑞典人Eketop和Kaling在3t搖包上同CaC2脫硫。這些工藝方法因效率差，溫降大、爐襯壽命低等原因多被淘汰，但對脫硫劑的選擇和使用積累了初步經(jīng)驗。2620世紀60年代，隨著煉鋼工藝的不斷完善和材料工業(yè)對鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的嚴格要求，鐵水預(yù)處理得到了迅速發(fā)展，1962年，日本鋼管公司和住友公司用機械攪拌法（KR法）脫硫。1968年，德國蒂森公司用95t吹氣攪拌法（Demag－Ostberg法）脫硫。鐵水預(yù)處理逐步形成為鋼鐵冶金的必要環(huán)節(jié)。與此同時，不斷發(fā)展了鐵水預(yù)處理過程提釩、提鈮、提鎢、提鉻等技術(shù)，鐵水預(yù)處理也成為鋼鐵冶金中綜合利用的一個手段。2720世紀70年代以來，氧氣代替平爐煉鋼，因平爐爐氣中硫?qū)︿撍挠绊懕幌?，進入轉(zhuǎn)爐的鐵水含硫量直接影響著鋼的含硫量，同時噴射冶金技術(shù)迅速發(fā)展，使鐵水噴吹法投入使用，主要有原西德Thyssen的ATH(斜插噴槍)法和新日鐵的TDS(頂噴)法。這期間世界各大鋼鐵公司紛紛建成了專用的鐵水脫硫站，建站位置多選用在高爐和轉(zhuǎn)爐之間的運輸線上，使用原來的鐵水罐和魚雷罐車進行脫硫。美國各廠盛行鎂焦法和其它鎂系脫硫法，但焦炭壓入鐵水脫硫法因加入量無調(diào)節(jié)余地后來改為噴吹法。2820世紀80年代后期，由于煉鋼工藝的發(fā)展，要求鐵水帶入的化學熱減少，允許鐵水含硅量降低至0.3％左右，從而減少煉鋼渣量。新鋼種的開發(fā)和純凈鋼的需求增加，使在有脫硫工藝的基礎(chǔ)上進一步開發(fā)了深脫硫工藝，同時也發(fā)展了脫硅和同時脫磷、脫硫。近幾年，俄羅斯又開發(fā)了喂絲法，喂絲法是將爐外精煉的喂絲法移植到鐵水脫硫中來的，主要用于鎂基脫硫劑，一方面可避免爆炸式的脫硫反應(yīng)造成的噴濺，一方面可提高在鐵水罐內(nèi)脫硫效率。其思路之一是改善其動力學條件，縮短擴散路徑，改善限制性環(huán)節(jié)。292.2國內(nèi)鐵水預(yù)脫硫發(fā)展概況我國的鐵水預(yù)處理經(jīng)過了一個緩慢的發(fā)展過程，在20世紀50年代初期就開始用蘇打鋪撒法處理高硫鐵水，但由于我國從平爐改造到轉(zhuǎn)爐煉鋼比較晚,鐵水爐外脫硫到70年代才逐漸發(fā)展起來。我國武鋼1976年引進KR法脫硫裝置開始，我國鐵水預(yù)處理技術(shù)得到一定發(fā)展。1985年寶鋼引進TDS（魚雷罐車頂噴粉脫硫法），同期，天鋼、宣鋼、攀鋼、酒鋼、鞍鋼等廠先后由我國自行設(shè)計建成脫硫站。1988年太鋼引進鐵水脫硅脫磷脫硫三脫技術(shù)，建成鐵水預(yù)處理站。301998年寶鋼一煉鋼從美國引進CaO＋Mg粉復合噴吹脫硫技術(shù)，寶鋼二煉鋼從日本川崎引進鐵水三脫技術(shù)。1999年鞍鋼二煉鋼從美國引進石灰鎂粉復合噴吹技術(shù)，建成脫硫站。至今為止，大多數(shù)大中型鋼鐵企業(yè)均已建立了鐵水噴吹預(yù)脫硫站，采用的鐵水脫硫劑則主要以石灰系、電石系為主，近來開始使用鎂系脫硫劑。目前，我國多數(shù)大中型鋼鐵企業(yè)基本已具備或正在加速配備鐵水預(yù)處理設(shè)備，少數(shù)重點企業(yè)(寶鋼、武鋼、太鋼、等)已成功開發(fā)出基于鐵水預(yù)脫硫或三脫的純凈鋼生產(chǎn)新工藝。31據(jù)統(tǒng)計，2001年，鐵水預(yù)處理量達到3200萬噸，預(yù)處理比例達到26.1%；預(yù)計到2005年，鐵水預(yù)處理量將超過6800萬噸，預(yù)處理比例達到50%。寶鋼已基本實現(xiàn)全量鐵水脫硫預(yù)處理和部分鐵水“三脫”預(yù)處理，武鋼、攀鋼、鞍鋼和包鋼鐵水預(yù)處理比例也超過了50%。經(jīng)過多年的實踐，通過引進國外先進技術(shù)，同時結(jié)合國內(nèi)特點不斷改進、優(yōu)化和自主開發(fā)新工藝，國內(nèi)不少鋼廠已經(jīng)達到了國際先進水平。如武鋼二煉鋼引入KR法脫硫工藝，經(jīng)過多年實踐，在粉劑消耗、攪拌頭壽命、處理溫降和處理成本等方面均已領(lǐng)先于國外同類鋼廠。322.3國內(nèi)外鐵水預(yù)脫磷發(fā)展概況鐵水中磷的去除是隨著煉鋼工藝和設(shè)備的發(fā)展變化而變化的。早在1847年，英國人賽爾(Thiel)等用一座平爐進行預(yù)處理鐵水，脫硅、脫磷后在另一座平爐中煉鋼，比兩座平爐同時煉鋼效率成倍提高。20世紀70年代，日本冶金工作者在用蘇打(Na2CO3)脫硫的同時，發(fā)現(xiàn)蘇打配以適量的氧化劑(固氧和氣體02)，不僅具有很強的脫硫能力，而且具有很強的脫磷能力，從而掀起了鐵水同時脫磷脫硫研究的高潮，以致有人預(yù)言“蘇打冶金”(或“鈉冶金”)將會盛行。但是，由于蘇打灰成本高、氣化損失嚴重以及對耐材的侵蝕和環(huán)境污染等方面的問題。3320世紀80年代以來，為了降低氧氣轉(zhuǎn)爐鋼的生產(chǎn)成本和實行少渣煉鋼,要求鐵水磷含量<0.015%。許多冶金工作者致力于研究鐵水的預(yù)處理脫磷問題,開發(fā)了各種處理方法。根據(jù)所用容器的不同，可分為兩類：（1）是在盛鐵水的鐵水包或魚雷車中進行脫磷；（2）是在轉(zhuǎn)爐內(nèi)進行鐵水脫磷預(yù)處理。這兩種方法在工業(yè)上均得到了實際應(yīng)用。341982年3月，住友金屬鹿島廠實現(xiàn)了堿精煉工藝（SARP），同年9月,日本新日鐵君津廠開發(fā)和使用了石灰系熔劑精煉的包含預(yù)脫硅、預(yù)脫磷、預(yù)脫硫的ORP工藝。其他廠家如日本川崎千葉廠和水島廠、日本鋼管京濱廠(在鐵水包內(nèi))等也采用了與之類似的方法處理鐵水。采用這種方法由于脫磷過程中的溫降較大,通常需要吹氧來補償溫降。由于在魚雷車和鐵水包中脫磷存在一些問題,許多廠家紛紛研究在轉(zhuǎn)爐內(nèi)進行脫磷的預(yù)處理方法。1983年日本神戶制鋼神戶廠采用H爐鐵水預(yù)處理法,隨后新日鐵、住友、日本鋼管也紛紛采用了這一技術(shù)。351987年4月住友金屬鹿島廠采用了雙爐串聯(lián)簡易精煉工藝（SRP）來進行鐵水預(yù)處理。在這種工藝中,兩臺復吹轉(zhuǎn)爐中的一臺作為脫磷爐,另一臺作為脫碳爐。脫碳爐產(chǎn)生的爐渣可作為脫磷爐的脫磷劑,從而減少石灰消耗,達到穩(wěn)定而快速的精煉效果。但缺點是在處理過程中產(chǎn)生大量煙霧,鈉的損失大且會污染環(huán)境,沒有得到大規(guī)模推廣使用。1995年3月日本NKK福山廠將轉(zhuǎn)爐改為脫碳、脫磷兼用爐在高爐經(jīng)過脫硅的鐵水被送入轉(zhuǎn)爐型的脫磷爐后,加入塊狀的渣料,在復吹的條件下進行脫磷操作。361993年4月，韓國蒲項公司建成脫磷站，1998年，日本鋼管福山廠也采用雙爐串聯(lián)工藝處理100％鐵水。歐洲只見意大利塔蘭托廠和荷蘭霍戈文廠有脫磷試驗的報道。我國太鋼二煉鋼廠于1988年建成鐵水三脫預(yù)處理站，但脫硅脫磷處理較少。寶鋼1990年末在一煉鋼預(yù)脫硫站部分改為三脫預(yù)處理，由于工藝不完善沒有正常運行，二煉鋼在1998年3月三脫預(yù)處理站投入運行。1994年5月，中國臺灣中鋼鐵水三脫預(yù)處理站投產(chǎn)。這種發(fā)展變化是適應(yīng)提高鋼的質(zhì)量、降低冶煉工藝成本和減少廢棄物的環(huán)保需要的。372.4鐵水預(yù)脫硅發(fā)展概況鐵水預(yù)脫硅開始較早，1897年Thiel等人用平爐進行了脫硅脫磷的預(yù)備精煉工業(yè)試驗，20世紀初進行了混鐵爐脫硅試驗，到20世紀40年代試驗了高爐出鐵時的脫硅。我國曾在20世紀50年代在鞍鋼實行過預(yù)備精煉爐脫硅和高爐鐵水溝脫硅，這些都對改善當時的平爐煉鋼的冶煉技術(shù)經(jīng)濟指標和提高生產(chǎn)率起了良好作用。進入20世紀90年代，鐵水預(yù)脫硅雖被高爐冶煉低硅鐵水所取代，但預(yù)脫磷前還需預(yù)脫硅(將鐵水[Si]脫至0.10%～0.15%)，提出了鐵水預(yù)脫磷時最佳鐵水初始硅含量的概念。38因此預(yù)脫硅是預(yù)脫磷工藝的一部分。鐵水預(yù)脫硅已成為冶煉優(yōu)質(zhì)鋼種、改善預(yù)處理脫磷脫硫和轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)的重要工序。鐵水脫硅使煉鋼爐渣量銳減，而且精煉爐轉(zhuǎn)爐渣可作為脫磷劑返回使用。使轉(zhuǎn)爐渣量(使用普通鐵水)由120kg/t降到30kg/t左右，減少廢渣生成量，有利于環(huán)境保護。393鐵水預(yù)處理的冶金原理3.1鐵水預(yù)脫硫的冶金原理3.1.1鐵水脫硫劑的種類鐵水脫硫劑的種類很多，在實際生產(chǎn)中，用作鐵水脫硫劑的主要是Ca、Mg、Na等元素的單質(zhì)或化合物。常用的脫硫劑主要有：

Ca系脫硫劑，包括電石粉(CaC2)、石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)等；

Mg系脫硫劑，包括金屬Mg粉、鎂焦、鎂合金等；Na系脫硫劑，主要是蘇打粉(Na2CO3)。這些脫硫劑既可以單獨使用，也可以混合使用，并添加其它組元（如螢石、碳質(zhì)材料）構(gòu)成復合脫硫劑。40CaC2脫硫的反應(yīng)式如下：

CaC2(s)＋[S]=CaS(s)＋

2[C]石灰脫硫反應(yīng)式：（1）鐵水硅含量高（>0.05%）時，反應(yīng)式為：2CaO(s)+[S]＋l/2[Si]=CaS）(s)＋1/2（Ca2Si04）(s)（2）硅含量低時，反應(yīng)式為：CaO（s）＋[S]＋[C]=（CaS）(s)＋CO（g）41鐵水中加入蘇打灰后，與鐵水中的硫發(fā)生以下3個化學反應(yīng)：Na2CO3(l)＋[S]+2[C]=Na2S(l)+3{CO}Na2CO3(l)＋[S]+[Si]=Na2S(l)+SiO2(s)+3{CO}Na2O+[S]=Na2S(l)+[O]42鎂通過噴槍噴入鐵水后，在高溫下發(fā)生液化、氣化并溶于鐵水：Mg(S)→Mg(l)→{Mg}→[Mg]在高溫下，鎂和硫有很強的親和力，溶入鐵水中的[Mg]和{Mg}都能與鐵水中的[S]迅速反應(yīng)生成固態(tài)的MgS，上浮進入渣中。鎂與硫的相互反應(yīng)存在兩種情況：第一種情況：{Mg}+[S]=MgS(s)第二種情況：{{Mg}→[Mg][Mg]+[S]=MgS(S)433.1.2不同種類鐵水脫硫劑的比較不同脫硫劑的脫硫能力并不相同，一定條件下，各種脫硫劑都有各自的脫硫極限，即各種脫硫劑脫硫反應(yīng)達平衡時鐵水中的平衡硫含量。從脫硫熱力學可知,在1350℃時的脫硫反應(yīng)平衡常數(shù)從大到小依次為：CaC2→Na2O→Mg→CaO知道了脫硫劑的脫硫極限，就為我們選擇脫硫劑指出方向，可以針對鐵水脫硫程度的大小選擇合適的脫硫劑，當然選擇脫硫劑除考慮脫硫能力的大小外,還要考慮其它問題。如鈰（Ce）。44脫硫成本也是選擇脫硫劑的一個重要考慮的因素，據(jù)有關(guān)資料介紹，脫硫劑的費用約為脫硫成本的80％以上，因此，選擇合適脫硫劑的種類是降低成本的關(guān)鍵。另外，鐵水預(yù)脫硫處理選擇脫硫劑過程中，還需考慮資源、環(huán)境保護、對鐵水罐耐火材料的侵蝕、脫硫產(chǎn)物形態(tài)和安全等因素。453.1.3不同脫硫劑的脫硫經(jīng)濟效益鐵水預(yù)脫硫處理對改善冶煉指標，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，改善鋼鐵質(zhì)量都非常有利，因此世界各國都很重視爐外處理技術(shù)。在鋼鐵的冶煉過程中，鐵水預(yù)處理工藝脫硫最便宜。根據(jù)國外資料介紹，高爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、爐外精煉等工序，每脫除1kg硫的平均成本，分別為222元、86元、1475元、527元。另外據(jù)資料統(tǒng)計，在保證煉鋼的同等鐵水條件下，與采取調(diào)整爐內(nèi)爐渣堿度相比，實行爐外脫硫的辦法，可使高爐增產(chǎn)7.1％，節(jié)約焦炭3.6kg/t鐵水，溶劑削減少18kg/t鐵。46采用鐵水脫硫預(yù)處理可以取得顯著的經(jīng)濟效益，但是不同脫硫劑的脫硫能力和成本并不相同，要取得良好的爐外脫硫效果,采用高效率的脫硫劑是關(guān)鍵之一。K.Lovold對不同鐵水脫硫劑的使用進行對比計算，得到不同鐵水脫硫劑耗量對比值，如表2.2所示：脫硫劑MgCaO＋金屬鎂CaC2Na2OCaO脫硫劑相對耗量10.779.514.82247德國富樂斯多公司在高爐鐵水硫0.04%(質(zhì)量分數(shù))、脫硫后硫含量為0.005%(質(zhì)量分數(shù))、鐵水溫度1300℃的條件下，在200t鐵水罐中使用不同脫硫劑進行脫硫，得到不同脫硫劑的技術(shù)經(jīng)濟指標，如表2.3所示。48從表2.3可以看出，CaC2+Mg消耗量最小，但是考慮到脫硫劑的價格，并且CaC2系統(tǒng)要設(shè)C2H2檢測儀，料倉區(qū)都得采取防爆措施，投資大等不足。綜合比較推薦選用CaO+Mg復合脫硫劑。Mg系脫硫劑在脫硫效率、耗量、渣量、處理時間溫降、鐵損等方面均優(yōu)于其它種類的脫硫劑，尤其是對鐵水溫度要求不嚴格，這是其它脫硫劑無可比擬的，正受到國內(nèi)外冶金界的廣泛關(guān)注。493.2鐵水預(yù)脫磷的冶金原理3.2.1脫磷劑的組成氧化劑、固定劑和助熔劑是鐵水脫磷的三大要素。實踐證明Fe2(SO4)3、MnO2、CaSO4、Fe2O3、FeO、MnO等都是很好的脫磷氧化劑，CaCO3次之。固定劑：CaO等。助熔劑：CaCl2、CaF2等。503.2.2不同脫磷劑的脫磷反應(yīng)（1）石灰系脫磷劑石灰系脫磷劑常用的組成范圍為(％)，固定劑:氧化劑:助熔劑＝30～70：20～45：0～40。（2）蘇打系脫磷劑固體Na2CO3在852℃熔化為液體，在鐵水處理溫度下是流動性很好的液體，可按下式分解為：Na2CO3(L)=Na2O(L)+CO2

故脫磷反應(yīng)為：513.3脫硅反應(yīng)的冶金原理脫硅劑是以提供氧源的材料為主劑，氧化劑有固體氧化劑和氣體氧化劑。固體氧化劑主要有：鐵礦石、球團礦、燒結(jié)礦、軋鋼鐵皮、鐵礦砂、錳礦粉等，其主要成分是氧化鐵、氧化錳。氣體氧化劑主要是氧氣。除主劑外還加入少量副劑。常用的副劑主要是石灰、螢石、CaCl2、NaCl、CaO十CaF2、CaO十CaF2十Na2CO3以及轉(zhuǎn)爐鋼渣等。一般將爐渣堿度((CaO十CaF2)/SiO2)調(diào)整為0.9～1.2。524鐵水預(yù)處理的方法及設(shè)備隨著鐵水預(yù)處理技術(shù)的發(fā)展，鐵水預(yù)處理方法很多。用于鐵水預(yù)脫硫的方法有：鋪撒法、搖包法、機械攪拌法、噴粉法、喂線法、氣泡攪拌法、氣泡泵法、鐘罩加入法等。用于鐵水預(yù)脫磷的方法，按照處理設(shè)備可分為爐外法、爐內(nèi)法；按照加料方式可分為噴吹法、攪拌法；按照工藝特點可分為：專用爐法、SARP法、ORP法、NPP法。53用于鐵水預(yù)脫硅的方法，按處理場所不同，可分為在高爐出鐵過程中向爐前鐵水溝加固體氧化劑連續(xù)脫硅法，向鐵水罐或混鐵車內(nèi)噴射脫硅劑脫硅和吹氧法脫硅。按加入脫硅劑方法不同，有自然投入法、噴槍在鐵水面上的液面噴吹法和噴槍插入鐵水內(nèi)的噴吹法等。按攪拌方法不同，有吹氣攪拌、鐵水落下流攪拌、噴吹的氣粉流攪拌和葉輪攪拌方法等。544.1鋪撒法(投入法)4.1鋪撒法(投入法)鋪撒法是一種簡易的鐵水預(yù)處理法，處理過程中只需將處理劑鋪撒在鐵水溝適當位置，預(yù)處理劑隨鐵流而下，或?qū)⑻幚韯┤鲈阼F水罐底部，靠鐵流的沖擊使預(yù)處理劑和鐵水發(fā)生反應(yīng)而脫除有關(guān)雜質(zhì)元素或提取有用元素。該工藝對生產(chǎn)條件有較強的適應(yīng)性，無明顯工藝缺陷。進行脫硫預(yù)處理時，鐵水溫降7～8℃。且脫硫渣沒有回硫傾向。無鐵損及噴槍燒損。但鋪撒法在操作過程中，操作人員要靠近鐵水溝，經(jīng)受高溫烘烤及煙氣熏嗆，因此難以在出鐵全過程十分均勻地投放蘇打灰等處理劑，該方法受人為因素影響極大。故脫硫脫硅效果不穩(wěn)定，產(chǎn)生的煙氣污染環(huán)境。554.2搖動法4.2搖動法搖動法，也稱為鐵水容器攪拌處理法?？梢苑譃椋海?）回轉(zhuǎn)爐法。即在回轉(zhuǎn)爐的鐵水面上加入熔劑，并進行攪拌；（2）搖包法。在偏心回轉(zhuǎn)包的鐵水中加入熔劑。包的轉(zhuǎn)速為40～50轉(zhuǎn)/分；（3）DM搖包法，搖包能正逆向進行，鐵水和熔劑混合良好，轉(zhuǎn)速為43轉(zhuǎn)/分，正逆換向周期14秒，中間停止三秒。該法容器轉(zhuǎn)動笨重，動力消耗高，包襯壽命低，使用較少。564.3機械攪拌法4.3機械攪拌法機械攪拌法是鐵水預(yù)處理技術(shù)的重要進展,它放棄了轉(zhuǎn)動的容器運動方式,通過機械攪動來使液體金屬與熔劑混合接觸達到脫硫、脫硅、脫磷的目的。機械攪拌法可以分為以下幾種：DO法、萊茵法（RS法）、KR攪拌法、赫歇法、NP法。幾種方法中，KR法應(yīng)用比較廣泛。574.3.1DO法4.3.1DO法DO（Demag－Ostberg）法是德國德馬克公司的奧斯特伯格（J.E.Ostberg）于1966年研制成功的，并于1968年在德國的奧古斯特蒂森冶金公司（AugustThyseen-HütteA.G.）建成95t的DO裝置，是用于鐵水預(yù)脫硫的一種方法，如圖所示。58其特點是采用耐火材料制成的T型中空管狀攪拌器攪拌鐵水，攪拌同時在鐵水表面撒上處理熔劑。T型管轉(zhuǎn)速約為30轉(zhuǎn)/分，攪拌過程中，側(cè)管附近的鐵水在離心力的作用下向外拋出，與此同時，鐵水包下部的鐵水向上流動，從而使鐵水循環(huán)流動到鐵水表面，與處理熔劑相混合，進行反應(yīng)，達到預(yù)處理的目的。在采用此法進行鐵水預(yù)脫硫時，用CaC2：4～6kg/t，或生石灰：蘇打＝8：1，用量10kg/t，處理10min可使[S]從0.067％降到0.05％。594.3.2萊茵法4.3.2萊茵法這種方法也稱為RS法（RheinStahl），是德國萊茵河鋼鐵廠的克雷默（F.Kraemer）等人于1969年研制成功的，后來在曼內(nèi)斯曼（Mannesmann）公司引進了200t的RS裝置。歐洲各國也采用此法，是一種用于鐵水預(yù)脫硫的方法。60萊茵法的攪拌器是采用鐵芯加強的耐火材料制成的倒T型攪拌器，處理時轉(zhuǎn)速為60～70轉(zhuǎn)/分。其特點是：萊茵攪拌器只是部分插入鐵水內(nèi)部，通過攪拌使罐上部的鐵水和熔劑形成渦流攪動，混合接觸，并通過循環(huán)流動使整個包內(nèi)鐵水都達到上層脫硫區(qū)來實現(xiàn)預(yù)處理的目的，攪拌過程中容器內(nèi)鐵水流動情況如圖4.3所示。采用RS法脫硫時，用熔劑CaC25～8kg/t，處理時間10min，脫硫率70～80％。614.3.3KR攪拌法4.3.3KR攪拌法KR法（KambaraReactor）是日本新日鐵鋼鐵廠広畑鋼鐵廠于1963年開始研制，1965年投入工業(yè)生產(chǎn)。以后被日本鋼管和住友金屬公司等廠家采用，鐵水罐容量可達200t以上，該法主要用于脫硫。4.3.3.1KR攪拌法的設(shè)備KR法的主體設(shè)備包括：升降裝置、機械攪拌裝置、攪拌槳更換車、熔劑輸送裝置、扒渣系統(tǒng)等。其構(gòu)造如圖4.4所示。62我國最早的KR系統(tǒng)是武鋼二煉鋼1979年由新日鐵引進的KR專利和設(shè)備。該設(shè)備機械攪拌頭的旋轉(zhuǎn)是由變量泵配定量油馬達組成的恒扭距調(diào)速系統(tǒng)，它能使攪拌頭在轉(zhuǎn)速由“0”－低速-高速，或者從高速-低速-“0”的調(diào)速過程中，扭距始終保持恒定。采用這種方式需要大量的液壓組件，投資價格高。日本川崎重工及川崎制鐵兩家公司的機械攪拌裝置選擇了電機配減速機傳動，并且電機采用變頻調(diào)速技術(shù)來實現(xiàn)攪拌頭的恒扭矩調(diào)速。作為已成熟的變頻調(diào)速技術(shù)，投資價格遠比液壓調(diào)速技術(shù)低廉。63對于KR攪拌法，由于熔劑在葉片上端打散，使這個部容易受到磨損，所以選擇四個葉片的攪拌頭最為合適。攪拌頭使用4個葉片，可以使其旋轉(zhuǎn)時鐵水面不易產(chǎn)生波浪,鐵水飛濺較少,葉片的磨損情況也小,可以減少攪拌的更換次數(shù),提高使用壽命,降低耐火材料消耗等，處理效果明顯好于兩個葉片。十字型攪拌頭的形狀如圖4.5所示，攪動頭為高鋁質(zhì)耐火材料，壽命為90～100次，每使用3～4次后需要用耐火材料進行修補。abxh644.3.3.2KR攪拌法的特點KR攪拌法就是將耐火材料制成的并經(jīng)過烘烤的十字形攪拌頭插入鐵水罐液面下一定深處,并使之旋轉(zhuǎn)。當攪拌器旋轉(zhuǎn)時,鐵水液面形成“V”形旋渦(中心低,四周高),此時加入脫硫劑、脫磷劑后,熔劑微粒在漿葉端部區(qū)域內(nèi)由于湍動而分散,并沿著半徑方向“吐出”,然后懸浮,繞軸心旋轉(zhuǎn)和上浮于鐵水中,也就是說,借這種機械攪拌作用使熔劑卷入鐵水中并與接觸,混合、攪動,從而進行脫硫脫磷反應(yīng)。當攪拌器開動時,在液面上看不到熔劑,停止攪拌后,所生成的干稠狀渣浮到鐵水面上,扒渣后即達到脫硫、脫磷的目的。654.3.4赫歇法4.3.4赫歇法此種方法用于脫硫，在攪拌漿于鐵水中旋轉(zhuǎn)的同時，由轉(zhuǎn)軸中心孔向鐵水中噴入丙烷氣體，促進石灰粉的脫硫。4.3.5NP法日本千葉廠的NP法是用耐火材料制成的門型攪拌器來攪拌鐵水，攪拌器浸入深度為400mm，轉(zhuǎn)速77轉(zhuǎn)/分，在攪拌的同時，從攪拌的雙叉端部噴出氮氣，強化混合赫使鐵水面上保持惰性氣氛，以提高脫硫劑的使用率和防止回硫。664.4吹氣攪拌法吹氣攪拌法主要有頂吹法、底吹法(PDS或CLDS)和氣泡泵法三種。頂吹法和底吹法預(yù)先將熔劑加到鐵水表面，然后通過頂槍或罐底的透氣磚往鐵水中噴吹氣體進行攪拌。這兩種方法設(shè)備費用低，操作簡便，但處理效果不如機械攪拌法好。CLDS法是改進了的PDS法，一般能連續(xù)處理4罐鐵水，這樣可以提高處理效率，省去了除渣何減少鐵損失，但是需要倒包處理。氣泡泵法也稱氣泡泵環(huán)流攪拌法，簡稱GMR法。它是應(yīng)用氣泡泵的揚水原理研制成功的，如圖4.7所示。67它的中心部分是氣體提升混合反應(yīng)器，由兩層管組成，氮氣從兩層管縫吹入。當處理鐵水時，把反應(yīng)器插入鐵水中，吹入氮氣后，鐵水從反應(yīng)器中心管上升，并從上部噴孔高速噴出，落到鐵水液面與熔劑作用，并且熔劑被卷到鐵水內(nèi)部與鐵水充分混合。在新型裝置上氣泡泵本身旋轉(zhuǎn)，可以進一步提高處理效率，縮短處理時間。684.5噴射法噴射法也稱噴粉法或噴吹法，主要有ATH法、TDS法、鐵水罐噴射法。ATH法是1970年原西德蒂森公司研究成功并投入應(yīng)用的一種方法，它將一支外襯耐火材料的噴槍與水平方向成一定角度（如600或700）斜插入魚雷罐內(nèi)，用載氣向熔池內(nèi)噴射固體粉末熔劑進行脫硫、脫磷處理。TDS法是日本新日鐵公司開發(fā)的，它將噴槍從上部垂直插入魚雷罐內(nèi)，熔劑從噴槍的兩側(cè)孔噴入鐵水中。鐵水罐噴射法是將噴搶垂直或傾斜地插入鐵水罐深部，用載流氣體送入脫硫劑并進行攪拌。69由于噴射法是在噴吹氣體、熔劑和鐵水三者之間充分攪拌混合的情況下進行脫硫、脫磷的，因此脫硫效率高、處理時間短、操作費用較低，并且處理鐵水量大、操作方便靈活。從而受到人們的極大重視，成了目前應(yīng)用最廣泛的鐵水處理方法。上述三種噴射法按照熔劑加入特點可分混合噴吹、復合噴吹兩大類。復合噴吹又有：順序噴吹、雙通道噴吹和雙槍噴吹。704.5.1混合噴吹混合噴吹是最簡單的模式，它僅需要一個噴吹罐。對于鐵水預(yù)脫硫，這種模式要求來廠的脫硫劑事先完全混合好，若混合劑中含有鎂粒，需要采取特殊措施以避免物料偏析。通常混合脫硫劑中CaC2占5％～15％，其余為金屬鎂粉或含金屬鎂20％～25％的石灰粉。單一噴吹系統(tǒng)具有易于操作和維護、設(shè)備投資低等特點，而且噴粉速度的控制系統(tǒng)比較簡單。714.5.2復合噴吹復合噴吹是采用兩套相互獨立控制的噴粉系統(tǒng)，兩種脫硫劑：鎂粉和石灰或鎂粉和電石粉分別經(jīng)由兩條輸送管并在噴粉槍內(nèi)匯合，通過一套噴粉槍向鐵水內(nèi)噴吹。這種系統(tǒng)可使操作者更好的控制噴吹過程，進而更好的利用脫硫劑，在提高噴粉速度的同時不會造成噴槍堵塞。724.5.3順序噴吹順序噴吹是采用各自獨立控制的噴粉罐通過一條輸送管道向鐵水中噴入3種或更多種類的脫硫劑，這將方便用戶在更大的范圍內(nèi)選擇脫硫工藝。設(shè)備配置與復合噴吹系統(tǒng)相同，但控制更復雜一些。這種模式在鐵水初始硫含量和溫度都很高時采用就會顯示出其經(jīng)濟效益。例如，一方面，當處理周期的要求并不嚴格時，可采用鎂－石灰脫硫粉劑低速噴粉工藝；另一方面，如果對處理周期有較嚴格的規(guī)定，則可采用“預(yù)噴+二次噴粉”的方法噴吹比較便宜的石灰粉，以提高噴粉的速度。這一工藝方法特別適宜要求全量鐵水脫硫處理而且對處理后硫含量要求嚴格的煉鋼廠采用。734.5.4雙槍噴吹雙槍噴吹是采用兩枝獨立工作的噴槍，可以提高工廠的脫硫能力，與單噴粉槍工藝相比，該工藝多增加了一套噴粉系統(tǒng)。只要合理地設(shè)計兩枝噴槍的間距，在提高噴粉強度的條件下不會造成金屬噴濺的增大。和多孔噴槍相比，兩枝槍的間距大，氣泡在鐵水中上浮的角度明顯減小，可以形成兩個基本分離的混合反應(yīng)區(qū)。此外，工廠生產(chǎn)組織也具有靈活性，一枝槍損壞更換時，另一枝槍可繼續(xù)工作。744.5.5帶汽化室噴射法采用帶有汽化室的噴吹金屬鎂粉噴槍與普通噴鎂粉的浸沒式噴槍十分相似，但它卻采用一個專門用于噴吹金屬鎂粉的特殊噴槍，如圖4.8所示。這種脫硫工藝在俄羅斯已經(jīng)成功地應(yīng)用了好多年，但由于汽化噴槍耐火材料造型復雜，致使成本相對較高。754.5.6噴射法的特點噴射法是以壓縮空氣(或N2、Ar、天然氣)為載氣,把各類粉劑通過噴槍射到鐵水深處,利用氣體的攪拌作用增加粉劑與鐵水或鋼水的接觸面,提高傳質(zhì)系數(shù),從而加快反應(yīng)速度，噴粉技術(shù)用于冶金方面又叫噴射冶金，噴射法具有如下優(yōu)點：（1）加快反應(yīng)速度。

由于噴吹粉劑,顯著地擴大粉劑與鐵水的接觸面積,由于氣體的攪拌作用,加速了傳質(zhì)過程,從而極大地改變了鐵水的反應(yīng)動力學條件,加快了反應(yīng)速度。

76（2）連續(xù),可控供料、提高冶金反應(yīng)效率。噴吹可以使粉料均勻連續(xù)噴入鋼水,且可根據(jù)要求調(diào)整噴入總量和噴入粉劑的速度,從而提高粉劑的反應(yīng)效率。（3）解決了易氧化元素的粉劑加入問題。對于易氧化、蒸氣壓高、比重輕的元素,如Ca、Mg等在鋼水溫度下呈氣態(tài),用常規(guī)加料有困難,采用噴吹可將它們直接噴入到鐵水和鋼水深部,從而能充分發(fā)揮Ca、Mg等材料的脫硫作用。77（4）噴粉設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,效率高,投資少,操作費用也低,因此工序成本低。因此噴射冶金發(fā)展非常迅速,應(yīng)用范圍日益擴大,近來技人使用的鐵水脫硫設(shè)備,幾乎都是采用噴射冶金的工藝。鐵水罐在噴吹時，鐵水攪拌流動比混鐵車均勻得多，死區(qū)大大降低，以及鐵水罐易于扒除高爐酸性渣，因此熔劑利用率高，脫硫、脫磷速度快和效果好，不足的是鐵水熱損失較大。噴射冶金主要是采用氣－粉混合使之流態(tài)化,由專用噴粉罐和噴槍,將呈流態(tài)化的氣－粉混合物用氣動輸送,使之經(jīng)過插入鐵水的噴槍而噴人鐵水中,因此噴射冶金其關(guān)鍵技術(shù)是流態(tài)化、氣動輸送和噴粉罐等。784.5.7噴射法的設(shè)備噴射法的主要設(shè)備有：處理容器、貯料倉、噴粉罐、噴槍支架及噴槍、測溫取樣裝置、鐵水罐傾動系統(tǒng)、扒渣機，噴槍存放裝置、渣罐及渣罐車,及配套的電氣控制、電子稱、液壓裝置、N2氣等介質(zhì)系統(tǒng)等。（1）處理容器。可以直接采用混鐵車或鐵水罐，鐵水罐可采用轉(zhuǎn)爐兌鐵罐。（2）貯料倉。是一個上部為園柱下部園錐體的容器，頂部裝有反吹式布袋除塵器，當貯備卸料時用于除塵，頂部還裝有過壓保護裝置，當料倉微正壓過大時自動放散,料倉內(nèi)設(shè)有高低位料倉指示以保證貯料的料位,下部設(shè)有流態(tài)化裝置,保證噴粉罐供料時使粉料流態(tài)化。79（3）噴粉罐。是一個高壓容器，頂部設(shè)有進料管及閥門,頂壓放散管及頂壓供氣管，噴粉罐也是上部園柱下部園錐的罐體，在園錐體內(nèi)裝有流態(tài)化床，通入氣體可使粉劑流態(tài)化，下部出口設(shè)有機械喉口及出料控制閥，出料閥下接助吹氣管和粉料輸送管與噴槍相連。噴粉罐頂壓控制在0.17～0.5MPa,流態(tài)化氣體流量7～12Nm3/h，助吹氣體流量100～180Nm3/h，其下料速度可達17～60kg/min。80（4）噴槍支架及噴槍。噴槍支架用于支撐噴槍，噴槍在支撐臂的支撐下可以作回轉(zhuǎn)和上升、下降,噴槍是中心鋼管外襯高Al質(zhì)耐火材料組成，噴槍孔為直孔型，噴槍上部與噴粉備的噴吹管相連，下部在噴粉時插入鋼水約2m,噴吹可以采用自動，也可以采用手動操作，完成噴粉。（5）測溫取樣裝置。由支架和測溫取樣槍組成,測溫取樣槍可以上升下降完成測溫取樣工作。探頭插入鐵水深度500mm。81（6）鐵水罐傾動系統(tǒng)。是液壓缸帶動罐鉤,鉤住鐵水使之傾動翻到一定的角度使鐵水罐上部的渣液面呈水平狀態(tài)以便于渣子扒出,其最大傾翻角達450

。（7）扒渣機。由扒渣小車和固定在小車的扒渣臂組成，是以壓縮空氣為動力，完成小車前后行走，帶扒渣板的扒渣臂上下擺動和小角度旋轉(zhuǎn)而實現(xiàn)扒渣動作。824.6鐘罩加入法將鎂焦或鎂屑團塊，鎂白云石團塊放在石墨制品的鐘罩內(nèi)，以插棒的形式把它們浸入鐵水鐘，由于鎂蒸氣從鐘罩孔鐘逸出，使鐵水中產(chǎn)生攪拌運動和脫硫反應(yīng)。834.7喂絲法喂絲法主要用于鐵水預(yù)脫硫，俄羅斯和日本均采用過這種處理方法。在脫硫過程中，采用Mg絲進行鐵水脫硫Mg喂絲法是用鐵皮包裹，固定含有規(guī)定比例Mg的脫硫劑，并且連續(xù)往鐵水中投放，所以能夠穩(wěn)定供給，具有以下優(yōu)點：（1）設(shè)備簡便，能大幅度削減設(shè)備費用，節(jié)省空間。（2）通過控制喂絲速度就能控制鐵水中的反應(yīng)速度。（3）通過控制Mg絲中的Mg的配合率，噸絲投入速度，就可在大范圍內(nèi)控制Mg的供給速度。（4）不必擔心噴射法中，鐵水中生成的Mg可能被噴射用載體沖淡。844.8其它方法專用爐法也稱之為H爐法，是一種容易寬松易于控制的鐵水預(yù)處理專用設(shè)備，亦有將備用轉(zhuǎn)爐用煉鋼轉(zhuǎn)爐作專用爐的。采用H爐法主要是在煉鋼過程中由于強化脫磷功能使鋼材質(zhì)量高級化，以減輕轉(zhuǎn)護負荷、降低精煉成本為目的的鐵水脫磷處理技術(shù)。如日本的神戶鋼鐵廠，1983年11月實現(xiàn)了高爐出鐵場脫硅－鐵水預(yù)處理專用爐(以下簡稱H爐)脫磷脫硫－轉(zhuǎn)爐脫碳提溫的處理工藝，作業(yè)效率得到大幅度提高。854.9KR和噴粉技術(shù)的比較4.9.1技術(shù)與設(shè)備比較在噴吹法中，單吹顆粒鎂鐵水脫硫工藝因其設(shè)備用量少、基建投入低、脫硫高效經(jīng)濟等諸多優(yōu)勢而處于脫硫技術(shù)的主要發(fā)展趨勢之一，可在相當長的時間我國都是引進國外的技術(shù)和設(shè)備。到2002年10月國內(nèi)才首次開發(fā)出鐵水罐頂噴單一鈍化顆粒金屬鎂脫硫成套技術(shù)設(shè)備，整套裝置中，除重要電器元器件采用進口或合資的外，其余機電產(chǎn)品100%實現(xiàn)了國產(chǎn)化，包括若干最關(guān)鍵的技術(shù)設(shè)備。噴吹技術(shù)和設(shè)備的國產(chǎn)化直接降低了建設(shè)投資和運行操作的成本，從前期的一次性投資來看，要比KR法略有優(yōu)勢。86雖然攪拌法的技術(shù)專利也是國外擁有，可從其設(shè)備和技術(shù)本身而言并沒有難點，機械構(gòu)成是常規(guī)的機械傳動和機械廠提升；加料也采用的是常規(guī)大氣壓下的氣體粉料輸送系統(tǒng)，可以說在系統(tǒng)的機、電、儀、液等方面的技術(shù)應(yīng)用都是十分成熟。盡管如此，KR法設(shè)備仍然是重量大且較復雜，可它的優(yōu)勢是運營操作費用低廉，由此所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益完全可彌補前期的一次性高額投資。根據(jù)有關(guān)推算，一般3～5年即可收回所增加的投資。2000年武漢鋼鐵設(shè)計研究院針對武鋼二煉鋼廠的情況，對KR法和噴吹法兩種方案的投資進行了估算，KR法的投資估算比噴吹法投資估算多200萬元。874.8.2脫硫效果比較實際生產(chǎn)過程中的鐵水脫硫效果，不僅與設(shè)備有關(guān)，而且受脫硫劑、操作工藝水平、時間及溫度等諸多因素影響。對于純鎂噴吹法和CaO基KR法。一般對鐵水預(yù)處理的終點硫含量要求是不高于50ppm，工廠生產(chǎn)和實驗研究結(jié)果表明，噴吹法因其脫硫劑Mg的較強脫硫能力，KR法由于其表現(xiàn)出色的動力學條件，在可以接受的時間內(nèi)（一般≤15min），它們都能達到預(yù)處理要求的目標值。在噴吹法中，復合脫硫劑使用CaO比例越高，脫硫效果越差，使用純鎂時脫硫率最高；KR法使用CaO脫硫劑，脫硫率只是略低于噴吹純鎂。88國內(nèi)各大鋼廠不同預(yù)脫硫工藝的比較

工藝方法處理容器脫硫劑

脫硫劑消耗/kg·t-1脫硫率ηS/%最低硫/ppm純處理時間/min處理溫降/℃鐵損/kg·t-1鋼廠機械攪拌法-KR法100t鐵水罐CaO4.6992.50≤20528－武鋼二煉CaO基噴吹法280t混鐵車CaO基4.30756018.425.5－寶鋼一煉CaC2+CaO噴吹法140t鐵水罐50%CaO+50%CaC27.8581.7940－31－攀枝花Mg+CaO混合噴吹100t鐵水罐20%Mg+80%CaO1.6887.73－719.0713.27武鋼一煉Mg+CaO復合噴吹300t鐵水罐Mg+CaO(1:3)Mg0.31CaO1.0579.2221.3<10－－寶鋼Mg+CaO復合噴吹160t鐵水罐Mg+CaO(1:2～3)Mg0.45CaO1.4890≤507.558～14－本鋼純Mg噴吹100t鐵水罐Mg0.33≥95≤105～88.127.1武鋼一煉894.8.3溫降比較鐵水溫降的消極影響是降低了鐵水帶入轉(zhuǎn)爐的物理熱，主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐吃廢鋼的能力下降，導致轉(zhuǎn)爐冶煉的能耗和物料消耗升高，直接影響了冶煉的經(jīng)濟成本。KR法因動力學條件好，鐵水攪拌強烈，而且CaO的加入量較大，導致溫降也大，目前國內(nèi)KR法工藝應(yīng)用較成熟的武鋼可以使溫降控制在28℃左右。相比之下，鎂基的脫硫溫降都比較?。ㄒ娚媳恚饕蛴幸韵氯c：噴吹法動力學條件差，鐵水整體攪拌強度不大，熱量散失少；金屬鎂的脫硫反應(yīng)過程是個放熱反應(yīng)；鎂的利用率高，脫硫粉劑加入量少。904.8.4鐵損比較鐵水預(yù)處理脫硫過程的鐵損主要來自于兩部分：脫硫渣中含的鐵和扒渣過程中帶出的鐵水。由于兩種工藝模式的不同，實際渣中含鐵和扒渣帶出鐵量都有較大的差別。一方面，較少的脫硫劑產(chǎn)生的脫硫渣少，則渣中含鐵量也低，由此顆粒鎂噴吹脫硫的鐵損要少一些；另外，顆粒鎂噴吹脫硫的渣量少，扒凈率相對低。而KR法的脫硫渣扒凈率相對高。就扒渣的鐵損而言，由于還取決于高爐渣殘留量及扒渣過程，綜合考慮看KR法與噴吹法區(qū)別不大。91鐵損與各鋼廠的實際操作有很大的關(guān)系，噴吹法時，采用脫硫劑的CaO含量越高，則扒渣鐵損越大；而KR法使用CaO作為主要脫硫劑成分，其鐵損只是略高于噴吹鎂脫硫鐵損。4.8.5脫硫劑比較基于動力學條件和脫硫效率，目前噴吹法主要采用的是鎂基脫硫劑，KR法采用的是石灰脫硫劑。根據(jù)理論計算，在1350℃，鎂脫硫反應(yīng)的平衡常數(shù)可達3.17×103，平衡時的鐵水含硫量可達1.6×10-5%，大大高于CaO的脫硫能力。92然而，把兩種脫硫劑在各自工藝中的脫硫效果進行了對比，表明，結(jié)合實際生產(chǎn)工藝后它們都能達到用戶對脫硫的最高要求。在脫硫方式選擇時還要考慮脫硫劑的一個因素，就是脫硫劑的來源問題。一般而言，大部分鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)都要使用石灰石，要么有自己的石灰廠，要么有穩(wěn)定的協(xié)作供貨渠道，來源穩(wěn)定，成本穩(wěn)定，而且供貨及時，不用考慮倉儲問題。雖然我國的金屬鎂資源豐富，可是相對鋼鐵企業(yè)來說，獲得攪拌法所需的CaO基脫硫劑更為容易，鈍化顆粒鎂就不具備這些有利因素。934.8.6運行成本估算、比較近年來，國內(nèi)也有少部分學者對單條鐵水預(yù)處理脫硫工藝的生產(chǎn)成本做過計算，考慮的主要是粉劑消耗。實際上，生產(chǎn)過程的工藝成本還應(yīng)包括：鐵損、噴槍或攪拌頭、溫降對廢鋼比的影響等。比較發(fā)現(xiàn)，在噴吹法中，鈍化顆粒鎂的脫硫成本最低；KR法脫硫（CaO作脫硫劑）的脫硫成本比噴吹鈍化顆粒鎂還要低，KR法脫硫在后期運行成本的優(yōu)勢很明顯的體現(xiàn)出來。944.8.7對流程的影響國內(nèi)對噴吹法和攪拌法的比較，主要偏重于技術(shù)和成本等方面，很少提到采用不同脫硫工藝時對后續(xù)工藝流程或者整個煉鋼流程的影響。鋼鐵制造流程是一類有不同功能但又相互聯(lián)系、相互關(guān)聯(lián)、相互支撐、相互制約的多種工序和多種裝置及相關(guān)設(shè)施構(gòu)成的、工序串聯(lián)并集成運行的復雜過程系統(tǒng)。理論上來說，采用不同的脫硫工藝必然對整個流程也有影響。采用噴吹法脫硫，由于鎂是最強的脫硫劑之一，一般用于深脫硫處理，正是在此過程中存在一些問題，可能影響到流程的緊湊連續(xù)性。95鈍化顆粒鎂在噴入鐵水后，由于金屬鎂密度小，沸點低，在鐵水中一部分很快氣化，一部分溶入鐵水中，而未溶解的部分浮向鐵水表面的渣中便失去了脫硫能力。實際生產(chǎn)中，大部分鈍化顆粒鎂無法充分反應(yīng)而滯留到渣中，要深脫硫就得增大脫硫劑的量，一方面造成了脫硫成本的增加，另一方面使得脫硫渣量增多。鎂脫硫渣稀且硫含量高，扒渣難度大，如果扒除不盡就會直接造成轉(zhuǎn)爐中嚴重回硫，不僅影響轉(zhuǎn)爐工況，還會給后面的精煉工序帶來壓力。96實際生產(chǎn)，鐵水包里的鎂脫硫渣像一層膜分布在液面，不加增稠劑情況下基本無法扒盡。同時，由于噴吹角度的限制及脫硫劑不能下沉等原因，使得脫硫劑始終到不了一部分區(qū)域，稱之為死區(qū)，當鐵水脫硫操作完成后，死區(qū)內(nèi)鐵水的硫就會漸漸擴散到整罐鐵水中，使得鐵水硫量回升，造成返硫現(xiàn)象。所以國內(nèi)一般使用噴吹鈍化顆粒鎂只進行限量脫硫。97采用機械攪拌法時，一般使用CaO基脫硫劑，盡管高爐渣堿度對CaO基脫硫劑的脫硫效果影響較大，脫硫前鐵水必須徹底除去高爐渣，否則脫硫效果差，并且脫硫劑的利用率仍需繼續(xù)研究加以提高，但其脫硫效果穩(wěn)定，脫硫渣狀態(tài)也有利于扒渣作業(yè)。一方面，借助攪拌法的動力學優(yōu)勢，采用廉價的CaO基脫硫仍能達到穩(wěn)定的深脫硫效果，從而可減少處理成本投入。另一方面，雖然該工藝產(chǎn)生的脫硫渣量較大，但扒渣凈率相對高，避免扒渣不盡而造成的回硫，順暢了轉(zhuǎn)爐和精煉工序。98對于大型鋼廠大量鐵水處理而言，機械攪拌法基本不存在死區(qū)，脫硫高效穩(wěn)定，比噴吹法更具有流程優(yōu)勢。國內(nèi)外對KR法脫硫的認可度越來越高，尤其是近幾年在大中型鋼鐵企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展迅猛，噴吹法的技術(shù)進展趨于平緩。通過對兩種脫硫工藝的技術(shù)設(shè)備、脫硫效果、溫降、鐵損、成本及對流程的影響等多方面的綜合比較，可見KR法在深脫硫、總成本和流程影響方面優(yōu)勢突出。對于大中鋼鐵企業(yè)，從長遠考慮并結(jié)合生產(chǎn)實際，KR法鐵水預(yù)脫硫應(yīng)該是更具有深遠價值的選擇。995典型的鐵水預(yù)脫硫工藝5.1鐵水預(yù)脫硫工藝5.1.1鐵水包單吹顆粒鎂脫硫的工藝為保證把鎂劑(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(yīng)合理選擇噴槍和輸鎂管路的結(jié)構(gòu)和噴吹系統(tǒng)參數(shù)。應(yīng)使供氮壓力穩(wěn)定,噴槍端面距包底約0.2m，噴槍結(jié)構(gòu)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。100其工藝流程為：

101單吹顆粒鎂脫硫工藝參數(shù)如下：（1）脫硫劑顆粒鎂，粒度為0.5～1.6mm，純度大于或等于92％；（2）氮氣壓力1.0Mpa；（3）初始鐵水硫含量ω[S]＝0.035%；（4）目標鐵水硫含量ω[S]=0.005%；（5）噴吹時間≤10min；（6）脫硫劑（Mg）流量8～15kg/min；（7）脫硫劑（Mg）消耗0.46kg/t；（8）溫降10℃1025.1.2鐵水包鎂基復合噴吹脫硫的工藝流程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(yīng)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(nèi),用載氣輸送,在管道內(nèi)混合。通過調(diào)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。103鎂基復合噴吹脫硫工藝流程如下圖所示：104鎂基復合脫硫工藝參數(shù)為：（1）脫硫劑Mg+CaO（2）氮氣壓力1.1Mpa（3）初始鐵水ω[S]0.035%（4）目標鐵水ω[S]0.005%（5）噴吹時間10min（6）脫硫劑流量Mg粉12kg/min；石灰粉4