第七章 鐵水預(yù)處理

第八章鐵水預(yù)處理鋼鐵生產(chǎn)的典型工藝（長流程）8.1、鐵水預(yù)處理的作用和效果8.2、鐵水預(yù)脫硫工藝8.3、鐵水預(yù)脫硅工藝8.4、鐵水預(yù)脫磷工藝8.5、鐵水“三脫”工藝主要內(nèi)容8.1鐵水預(yù)處理的作用和效果鐵水預(yù)處理——鐵水在兌入煉鋼爐之前，為除去某種有害成分(如S、P、Si等)或提取/回收某種有益成分(如V、Nb等)的處理過程。分類普通鐵水預(yù)處理特殊鐵水預(yù)處理——單一脫S脫Si，同時脫P、S脫Cr、提V/Nb/W作用和效果有效提高鐵水質(zhì)量減輕煉鋼負擔(dān)為優(yōu)化煉鋼工藝，提高鋼材質(zhì)量創(chuàng)造良好條件對特殊鐵水預(yù)處理而言，可有效回收利用有益元素，實現(xiàn)綜合利用。8.2鐵水預(yù)脫硫工藝1、基本原理

爐外脫硫的基本原理與爐內(nèi)脫硫相同。使用與硫的親合力比鐵與硫的親合力大的元素或化合物，將硫化鐵轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的、極少溶解或完全不溶于鐵液的硫化物；同時，創(chuàng)造良好的動力學(xué)條件，加速鐵水中硫向反應(yīng)地區(qū)的擴散和擴大脫硫劑與鐵水之間的反應(yīng)面積。符合上述條件的典型脫硫劑有：蘇打(Na2CO3)、石灰(CaO)、食鹽(NaCl)、氰氨化鈣(CaCN2)、鎂(Mg)、碳化鈣(CaC2)等。它們可以單獨使用，也可以混合使用。目前普遍使用的脫硫劑是碳化鈣、石灰和鎂。其反應(yīng)為：

CaC2+[S]=CaS+2C石墨

（1）8.2鐵水預(yù)脫硫工藝

按照實際條件，取aCaC2=aCaO=PMg=aCaS=aC=PCO=1,在鐵水溫度分別為1150、1250和1550℃時，按式(1）、(2)和(3)算出鐵水中硫的平衡含量見下表。

脫硫劑鐵水溫度/℃115012501550CaC2CaOMg2.3×10-83.3×10-31.2×10-71.6×10-71.7×10-31.2×10-61.2×10-53.5×10-42.5×10-4

不同溫度下鐵水中硫的平均含量/%CaC2是強的脫硫劑。其脫硫能力隨溫度升高而減弱，但在高溫下也具有強的脫硫能力。石灰的脫硫能力較差，但隨溫度升高而增強。因此，用石灰脫硫時，應(yīng)盡可能使鐵水具有較高的溫度。鎂的脫硫能力強，但價格昂貴。鎂脫硫時，反應(yīng)激烈。一般將鎂粉滲入焦炭孔隙中制成鎂焦，或與石灰制成混合物使用。2、鐵水預(yù)脫硫方法

鐵水爐外脫硫的效果，不僅決定于脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)條件，反應(yīng)的動力學(xué)條件也非常重要。為了改善反應(yīng)的動力學(xué)條件，除要求適當(dāng)高的鐵水溫度以加速擴散，適當(dāng)細小的脫硫劑粒度以擴大反應(yīng)面積，利用脫硫劑(如Na2CO3、CaCO3)本身放出氣體加強攪拌，和采用催化劑(如鋁粉、螢石粉等)外，更重要的是采用強制攪拌的方法。根據(jù)攪拌方式不同大體可分為三類：

1.鐵流攪拌法；

2.機械攪拌法；

3.噴吹氣體攪拌法8.2鐵水預(yù)脫硫工藝鐵流攪拌法

靠鐵水流的沖擊使鐵水與脫硫劑攪拌混合。此法的脫硫劑多用蘇打粉或蘇打粉與石灰粉和螢石粉的混合物。把脫硫劑加入高爐出鐵槽中，或加入高爐、混鐵爐或混鐵車的鐵水包中。優(yōu)點是設(shè)備和操作都很簡單；缺點是鐵流攪拌的作用不足以使鐵水與脫硫劑充分混合，因而脫硫效率低，而且不穩(wěn)定?，F(xiàn)代化的鋼鐵企業(yè)都不采用此法。但在設(shè)備簡陋、鐵水含硫又高的小鋼鐵廠，還經(jīng)常被采用。

機械攪拌法

靠旋轉(zhuǎn)沉入鐵水中的攪拌器或轉(zhuǎn)動盛鐵水的容器使鐵水與脫硫劑攪拌混合。采用攪拌器和采用轉(zhuǎn)動容器機械攪拌法，均可控制鐵水與脫硫劑的攪拌時間和攪拌強度，用CaC2作脫硫劑能得到>90%的脫硫效率(單向搖包法攪拌混合較差，脫硫率比雙向搖包法約低10％)，可以把鐵水中的硫穩(wěn)定地降低到<0.010％。武鋼旋轉(zhuǎn)實心攪拌器的KR機械攪拌法，鐵水的含硫量可從0.06%降低到0.005％。實踐證明，此類脫硫設(shè)備可以用價廉的石灰進行有效的脫硫。設(shè)備最簡單，脫硫效率高。轉(zhuǎn)動容器的回轉(zhuǎn)爐法和搖包法，由于設(shè)備復(fù)雜，維修費用高和難于大型化，發(fā)展前途不大。攪拌器法旋轉(zhuǎn)實心攪拌器的攪拌法（KR法）旋轉(zhuǎn)空心攪拌器的攪拌法（DORA法）轉(zhuǎn)動容器的機械攪拌法單向搖包法

雙向搖包法噴吹氣體攪拌法把氮氣、氬氣、天然氣或壓縮空氣吹入鐵水，使鐵水與脫硫劑攪拌混合，圖示。氣體可以從鐵水的上部或底部吹入；脫硫劑可以直接加到鐵水面上，也可以隨氣體噴入鐵水。此法兼有操作靈活，易于控制，脫硫效率高和設(shè)備簡單，幾乎不受容量限制的優(yōu)點，是很有前途的方法。各種脫硫方法的工藝特點雖各不相同，但在任何爐外脫硫方法中都必須盡可能不讓高爐渣進入鐵水包，和在脫硫后不讓含硫爐渣進入轉(zhuǎn)爐。為實現(xiàn)這項要求，應(yīng)該使扒渣機械化。噴吹氣體攪拌法鐵水爐外脫硫用氣體攜帶脫硫劑向混鐵車的鐵水中噴吹噴吹氣體攪拌法鐵水爐外脫硫

由鐵水包的上部加脫硫劑，下部通入氣體攪拌。鎂脫硫方法目前國內(nèi)普遍應(yīng)用的方式有：單噴顆粒鎂、CaO-Mg復(fù)合噴吹、CaC2-Mg復(fù)合噴吹，這幾種方法均具有生產(chǎn)[S]≤0.005%鐵水的深脫硫能力。3、鐵水預(yù)脫硫的優(yōu)點鐵水中[C]、[Si]較高，fs↑，硫反應(yīng)能力提高；鐵水中[O]較低，Ls↑，脫硫效率高；攪拌充分，脫硫劑利用率高，脫硫速度快；鐵水脫硫費用低；鐵水脫硫可提高煉鐵煉鋼的生產(chǎn)能力、節(jié)約工序能源、降低成本。

實際脫硫過程扒渣過程8.2鐵水預(yù)脫硫工藝4、提高鐵水脫硫效果的措施熱力學(xué)條件fs↑（[C]↑、[Si]↑）；降低氧位，即[O]↓、（O2－）↓（加入鋁）脫硫劑用量↑（同時生產(chǎn)費用↑）；控制好溫度動力學(xué)條件

根據(jù)鐵水條件及鋼種要求，選擇適當(dāng)主脫硫劑。即要滿足脫硫要求，又要盡量降低脫硫成本且操作方便。脫硫要求一般時（輕脫硫），脫硫劑組成以石灰粉為主；生產(chǎn)低硫生鐵時，以電石粉為主（深脫硫）。8.2鐵水預(yù)脫硫工藝各種脫硫方法比較比較項目

鐵水預(yù)脫硫

高爐

（頂吹）轉(zhuǎn)爐

電爐(還原期)

爐外精煉氣氛

還原氧化還原[C]、[Si]

較高

較高fs3～4（生鐵）

≈1（鋼）

[O]較低

較低溫度較高

動力學(xué)條件（攪拌）

較好

+++

較差

+

一般

++

一般

++

最好

++++Ls400～50030～405～850～80

～1000費用比較12616.96.1鐵水噴鎂脫硫預(yù)處理應(yīng)用：中國普遍采用；日、韓不采用；歐洲少量采用。優(yōu)點：脫硫效率高；脫硫劑耗量低；溫降小。缺點：扒渣難；轉(zhuǎn)爐回硫量大。一些新建鋼廠采用KR鐵水脫硫采用CaO-CaF2-CaC2系脫硫劑；脫硫劑作用時間長；大約12min脫硫反應(yīng)可基本達到平衡；脫硫處理時間較噴粉工藝縮短5min；脫硫效率提高20－35％左右。T.Ueki,etal.,The10thJapan-ChinaSymposiumonScienceandTechnologyofIronandSteel,2004,p116KR脫硫與噴粉脫硫的比較巖田勝吉，轉(zhuǎn)爐煉鋼節(jié)能技術(shù)研討會，中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會，2005年6月，萊蕪KR脫硫與噴粉脫硫的比較T.Ueki,etal.,The10thJapan-ChinaSymposiumonScienceandTechnologyofIronandSteel,2004,p1168.3鐵水預(yù)脫硅工藝鐵水預(yù)脫硅技術(shù)是基于鐵水預(yù)脫磷技術(shù)而發(fā)展起來的。鐵水中硅的氧勢比磷的氧勢低得多，當(dāng)脫磷過程加入氧化劑后，硅與氧的結(jié)合能力遠遠大于磷與氧的結(jié)合能力，所以硅比磷優(yōu)先氧化。1、鐵水預(yù)脫硅基本原理鐵水中的硅與氧有很強的親和力，因此硅很容易與氧反應(yīng)而被氧化去除。常用的鐵水脫硅劑均為氧化劑，主要有：◆固體氧化劑，如高堿度燒結(jié)礦、氧化鐵皮、鐵礦石、鐵錳礦、燒結(jié)粉塵；◆氣體氧化劑，如氧氣或空氣。

脫磷前必須優(yōu)先將鐵水硅氧化到遠遠低于高爐鐵水硅含量的0.15%以下，磷才能被迅速氧化去除。硅含量與脫磷速率常數(shù)的關(guān)系圖

為了減少脫磷劑用量、提高脫磷效率，開發(fā)了鐵水預(yù)脫硅技術(shù)。1、鐵水預(yù)脫硅基本原理8.3鐵水預(yù)脫硅工藝鐵水預(yù)脫硅主要有三種方法；◆高爐出鐵溝脫硅

；◆魚雷罐車或鐵水罐中噴射脫硅劑脫硅；◆“兩段式”脫硅，即為前兩種方法的結(jié)合，先在鐵水溝內(nèi)加脫硅劑脫硅，然后在魚雷罐車或鐵水罐中噴吹脫硅。2、鐵水預(yù)脫硅方法及其選擇8.3鐵水預(yù)脫硅工藝高爐出鐵溝脫硅

優(yōu)點：脫硅不占用時間，能大量處理，溫降小，時間短，渣鐵分離方便。缺點：用于脫硅反應(yīng)的氧的利用率低和工作條件較差。鐵水罐中噴射脫硅劑脫硅

特點：工作條件好，處理能力大，脫硅效率高且穩(wěn)定。缺點：占用時間長，溫降較大?！皟啥问健泵摴璺?/p>

當(dāng)鐵水含硅量低于0.4%時，可采用鐵水溝脫硅法。當(dāng)硅含量大于0.4%時，脫硅劑用量增大，泡沫渣嚴重，適宜采用脫硅效率高的噴吹法或兩段法。若煉鋼廠扒渣能力不足，應(yīng)采用兩段脫硅法，利用擋渣器分離渣鐵。日本新日鐵某廠在高爐出鐵溝和300t魚雷罐車上采用兩段法進行脫硅處理，處理后硅含量可以達到0.12%。8.4鐵水預(yù)脫磷工藝高強度、高韌性、高抗應(yīng)力腐蝕性能鋼種需求量的不斷增加；為了降低氧氣轉(zhuǎn)爐鋼的生產(chǎn)成本和實行少渣煉鋼，也要求鐵水磷含量小于0.015%。1、鐵水預(yù)脫磷的基本原理鐵水中的磷首先氧化成P2O5，然后與強堿性氧化物結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鹽而去除。在鐵水預(yù)脫磷過程中，首先要有適當(dāng)?shù)难趸瘎⑷芙庥阼F水中的磷氧化，然后采用強有力的固定劑，使被氧化的磷牢固地結(jié)合在爐渣中?！粼诟郀t出鐵溝或出鐵槽內(nèi)進行脫磷◆在鐵水包或魚雷罐車中進行預(yù)脫磷◆在專用轉(zhuǎn)爐內(nèi)進行鐵水預(yù)脫磷

與魚雷罐車內(nèi)或鐵水包內(nèi)進行的鐵水預(yù)處理脫磷相比，在轉(zhuǎn)爐內(nèi)進行鐵水脫磷預(yù)處理的優(yōu)點是轉(zhuǎn)爐的容積大、反應(yīng)速度快、效率高、可節(jié)省造渣劑的用量，吹氧量較大時也不易發(fā)生嚴重的溢渣現(xiàn)象，有利于生產(chǎn)超低磷鋼，尤其是中高碳的超低磷鋼。2、鐵水預(yù)脫磷方法8.4鐵水預(yù)脫磷工藝在氧化性條件下，渣鐵間的磷硫分配比可表示為：3、鐵水同時脫硫脫磷

在溫度和鐵水成分一定時，選擇磷容量CP和硫容量CS較大的渣系，就能得到較大的LP和LS值，實現(xiàn)同時脫磷脫硫。在一定渣系條件下，可以通過控制熔渣—鐵水界面的氧位來調(diào)節(jié)LP和LS值的大小，即增大氧位能增大LP和減小LS，反之亦然。這樣，可以根據(jù)鐵水脫磷和脫硫的程度要求，控制合適的氧位，有效地實現(xiàn)鐵水的同時脫磷脫硫。8.4鐵水預(yù)脫磷工藝8.5鐵水“三脫”工藝鐵水三脫工藝特點優(yōu)點：可實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐少渣冶煉（渣量＜30kg／t）。鐵水脫硫有利于冶煉高碳鋼、高錳鋼、低磷鋼、特殊鋼（如軸承鋼、不銹鋼）等。可提高脫碳速度，有利于轉(zhuǎn)爐高速冶煉。轉(zhuǎn)爐吹煉終點時鋼水錳含量高，可用錳礦直接完成鋼水合金化。缺點：鐵水中發(fā)熱元素減少，轉(zhuǎn)爐的廢鋼加入量減少