第4章 铁水预处理

1、1 第四章第四章 铁水预处理铁水预处理 武汉科技大学冶金工程系武汉科技大学冶金工程系 周进东 2 4 .1 铁水预处理简介铁水预处理简介 & 铁水预处理铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前对其进行脱除杂质是指铁水兑入炼钢炉之前对其进行脱除杂质 元素或从铁水中回收有价值元素的一种铁水处理工艺。元素或从铁水中回收有价值元素的一种铁水处理工艺。 分为分为普通铁水预处理普通铁水预处理和和特殊铁水预处理特殊铁水预处理两大类。两大类。 n 普通铁水预处理普通铁水预处理包括：包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱磷铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱磷。 （即（即“三脱三脱”）。）。 n 特殊铁水预处理特殊铁水预处理一般是针对

2、铁水中含有特殊元素进行提纯一般是针对铁水中含有特殊元素进行提纯 精炼或资源综合利用而进行的处理过程，如铁水提钒、提精炼或资源综合利用而进行的处理过程，如铁水提钒、提 铌、提钨、提铬等预处理过程。铌、提钨、提铬等预处理过程。 实际生产过程中，实际生产过程中，铁水预处理分为铁水预处理分为深脱深脱和和浅脱浅脱。 3 为了提高钢的质量，改善高炉和转炉的生产条件，铁水为了提高钢的质量，改善高炉和转炉的生产条件，铁水 炉外预处理技术已在世界各国广泛应用。炉外预处理技术已在世界各国广泛应用。 & 铁水预处理优点：铁水预处理优点： 1 1）铁水炉外脱硫能给高炉减轻负荷，可降低焦比，减少）铁水炉外脱硫能给高炉减

3、轻负荷，可降低焦比，减少 渣量和提高生产率；渣量和提高生产率； 2 2）铁水炉外脱磷、脱硫，可使转炉炼钢渣量减少，做到）铁水炉外脱磷、脱硫，可使转炉炼钢渣量减少，做到 无渣或少渣炼钢，并可缩短冶炼时间，提高生产能力；无渣或少渣炼钢，并可缩短冶炼时间，提高生产能力； 3 3）同时，磷硫的去除对于提高转炉钢的质量是极为有利）同时，磷硫的去除对于提高转炉钢的质量是极为有利 的。的。 4 .1 铁水预处理简介铁水预处理简介 4 4 .1 铁水预处理简介铁水预处理简介 铁水预处理原理铁水预处理原理 铁水预处理是在原则上不外加热源的情况下，利用处理 剂中活性物质与铁水中待脱除元素进行快速反应，形成稳定 的

4、渣相而和铁水分离的过程。 脱硫：脱硫： S+M=(MS) 或 S+MO=(MS)+O 或 S+MC=(MS)+C 脱硅、脱磷：脱硅、脱磷： Si+2O=(SiO2) 4/5P+2O=2/5(P2O5) 5 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 &硫是由生铁及燃料带入钢中的杂质。在固态下，硫在铁中硫是由生铁及燃料带入钢中的杂质。在固态下，硫在铁中 的溶解度极小，以的溶解度极小，以FeS的形态存在于钢中。由于的形态存在于钢中。由于FeS的塑性的塑性 差，使含硫较多的钢脆性较大。更严重的是，差，使含硫较多的钢脆性较大。更严重的是，FeS与与Fe可可 形成低熔点（形成低熔点（985）的共晶体，分布在奥

5、氏体的晶界上。）的共晶体，分布在奥氏体的晶界上。 当钢加热到约当钢加热到约1200进行热压力加工时，晶界上的共晶体进行热压力加工时，晶界上的共晶体 已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界 开裂，这种现象称为热脆性。开裂，这种现象称为热脆性。 6 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 4.2.1 铁水预处理脱硫的意义铁水预处理脱硫的意义 铁水炉外脱硫工艺之所以在经济上和技术上是合理可铁水炉外脱硫工艺之所以在经济上和技术上是合理可 行的，主要基于以下原因：行的，主要基于以下原因： 1 1）铁水中含有大量的硅、碳和锰等还原性好的元素，因）

6、铁水中含有大量的硅、碳和锰等还原性好的元素，因 此在使用不同类型的脱硫剂，特别是强脱硫剂如钙、镁、此在使用不同类型的脱硫剂，特别是强脱硫剂如钙、镁、 稀土等金属及其合金时，不会发生大量的烧损，以致影响稀土等金属及其合金时，不会发生大量的烧损，以致影响 脱硫反应的进行；脱硫反应的进行； 2 2）铁水中碳和硅等能够大大提高硫在铁水中的活度系数，）铁水中碳和硅等能够大大提高硫在铁水中的活度系数， 使硫很容易就能脱到很低水平；使硫很容易就能脱到很低水平； 3 3）铁水中氧含量较低，硫的分配系数相应有所提高，有）铁水中氧含量较低，硫的分配系数相应有所提高，有 利于脱硫；利于脱硫； 7 4.2 铁水预处理

7、脱硫铁水预处理脱硫 4 4）铁水炉外脱硫可以在鱼雷车、铁水罐中进行，也可以）铁水炉外脱硫可以在鱼雷车、铁水罐中进行，也可以 在出铁槽中进行，这样可以减少处理投资；在出铁槽中进行，这样可以减少处理投资； 5 5）铁水处理温度较低，对处理装置的寿命有益；）铁水处理温度较低，对处理装置的寿命有益； 6 6）在铁水炉外脱硫的过程中铁水成分的变化比炼钢或钢）在铁水炉外脱硫的过程中铁水成分的变化比炼钢或钢 水处理过程中钢水成分的变化对最终钢种的影响小。水处理过程中钢水成分的变化对最终钢种的影响小。 项目项目最小值最小值最大值最大值条件条件 高炉脱硫高炉脱硫2530低硫焦低硫焦(S:0.45%)增加焦比进行

8、低增加焦比进行低S铁水操作铁水操作 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫613从从0.04%脱至脱至0.005%S，从，从0.02%脱至脱至0.005% 转炉脱硫转炉脱硫43311 0.047%S铁水和铁水和0.074%S废钢，废钢，0.005%S铁水和铁水和 0.015%S废钢废钢 脱硫费用（脱硫费用（$/kg） 8 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 铁水脱硫剂的种类很多，在实际生产中，用作铁水脱硫剂 的主要是Ca、Mg、Na等元素的单质或化合物。 常用的脱硫剂主要有常用的脱硫剂主要有： v Ca系脱硫剂：包括电石粉 (CaC2)、石灰 (CaO)、石灰 石 (CaCO3)等； v Mg系脱硫剂

9、：包括金属Mg粉、镁焦、镁合金等； v Na系脱硫剂：主要是苏打粉(Na2CO3)。 4.2.2 铁水预处理脱硫的原理铁水预处理脱硫的原理 9 1）碳化钙（）碳化钙（CaC2） CaC2脱硫的反应式如下： (CaC2)(s) S =(CaS)(s) 2C CaC2的脱硫率可达90%，反应速度快；但是碳化钙容 易潮解、劣化，并形成易爆性气氛，因此贮运过程需密封 保护，且碳化钙价格贵。 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 Ca系脱硫剂系脱硫剂 10 2）石灰脱硫剂）石灰脱硫剂 p 铁水硅含量高硅含量高（0.05%）时，反应式为： 2(CaO)(s)+Sl/2Si = (CaS) (s)1/2(C

10、a2SiO4)(s) p 硅含量低时硅含量低时，反应式为： (CaO)(s)SC = (CaS)(s)CO(g) 用石灰作脱硫剂成本低，对环境污染较小，但是脱硫 效率低，成渣量较大，并且容易受潮。 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 11 苏打粉脱硫时通常先发生分解反应： (NaCO3)(l)=(Na2O)(l)+CO2 生成的Na2O再与硫反应，当铁水含硅高时当铁水含硅高时，脱硫反应 为： 3/2(Na2O)(l)+S+1/2Si=(Na2S)+1/2(Na2SiO3)(l) 当铁水含硅较低时当铁水含硅较低时，脱硫反应式为： (Na2O)(l)+S+C=(Na2S)+CO 苏打是最古老的炉

11、外脱硫剂，具有很强的脱硫能力， 但是价格较贵，而且处理时大量的氧化钠挥发，污染环境， 对人体有害。此外，渣中Na2O侵蚀铁水包衬；同时，因渣 的流动性好，机械扒渣困难。 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 Na系脱硫剂系脱硫剂 12 镁通过喷枪喷入铁水后，在高温下发生液化、气化并溶于 铁水： Mg(S) Mg(l) Mg Mg 在高温下，镁和硫有很强的亲和力，溶入铁水中的Mg 和Mg都能与铁水中的S迅速反应生成固态的MgS，上 浮进入渣中。镁与硫的相互反应存在两种情况： 第一种情况： Mg + S = MgS(s) 第二种情况： Mg Mg Mg + S =MgS(S) 4.2 铁水预处理脱

12、硫铁水预处理脱硫 Mg系脱硫剂系脱硫剂 13 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 镁的化学性质非常活泼，仅次于钾、钠、钙，极易与氧气、 水蒸汽产生氢气而发生起火爆炸，所以用于铁水脱硫的金 属镁粒必须进行钝化处理。 镁基脱硫剂镁基脱硫剂有： 镁焦（Mg-Coke） 镁合金（Mg-Fe-Si） 镁基复合脱硫剂： CaO-Mg 或CaC2-Mg 或CaO-CaC2-Mg 14 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 1）莱茵法）莱茵法 这种方法也称为RS法（Rhein Stahl），是德国莱茵 河钢铁厂的克雷默（F.Kraemer）等人于1969年研制成功的， 后来在曼内斯曼（Mannesmann）

13、公司引进了200t的RS装 置。欧洲各国也采用此法，是一种用于铁水预脱硫的方法。 4.2.3 铁水脱硫的方法铁水脱硫的方法 15 莱茵法的搅拌器是采用铁芯加强的耐火材料制成的倒莱茵法的搅拌器是采用铁芯加强的耐火材料制成的倒T型型 搅拌器，处理时转速为搅拌器，处理时转速为6070转转/分。分。 其特点是：莱茵搅拌器只是部分插入铁水内部，通过搅拌其特点是：莱茵搅拌器只是部分插入铁水内部，通过搅拌 使罐上部的铁水和熔剂形成涡流搅动，混合接触，并通过使罐上部的铁水和熔剂形成涡流搅动，混合接触，并通过 循环流动使整个包内铁水都达到上层脱硫区来实现预处理循环流动使整个包内铁水都达到上层脱硫区来实现预处理

14、的目的。的目的。 采用采用RS法脱硫时，用熔剂法脱硫时，用熔剂CaC2：58 kg/t，处理时间：，处理时间： 10min，脱硫率：，脱硫率：7080。 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 16 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 2）KR搅拌法搅拌法 KR法（法（Kambara Reactor）是日本新日铁钢铁厂于）是日本新日铁钢铁厂于1963 年开始研制，年开始研制，1965年投入工业生产。以后被日本钢管和年投入工业生产。以后被日本钢管和 住友金属公司等厂家采用，铁水罐容量可达住友金属公司等厂家采用，铁水罐容量可达200t以上，以上， 该法主要用于脱硫。该法主要用于脱硫。 我国最早的我

15、国最早的KR系统是武钢二炼钢系统是武钢二炼钢1979年由新日铁引进的年由新日铁引进的 KR专利和设备。专利和设备。 KR法的主体设备包括：升降装置、机械搅拌装置、搅拌法的主体设备包括：升降装置、机械搅拌装置、搅拌 桨更换车、熔剂输送装置、扒渣系统等。桨更换车、熔剂输送装置、扒渣系统等。 17 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 18 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 KR工艺流程图和各工序作业时间工艺流程图和各工序作业时间 19 KR搅拌法就是将耐火材料制成的搅拌法就是将耐火材料制成的并经过烘烤的十字形搅并经过烘烤的十字形搅 拌头拌头插入铁水罐液面下一定深处插入铁水罐液面下一定深处, 并

16、使之旋转。并使之旋转。 当搅拌器旋转时当搅拌器旋转时, 铁水液面形成铁水液面形成 “V” 形旋涡形旋涡 ( 中心低中心低, 四四 周高周高 ), 此时加入脱硫剂此时加入脱硫剂、脱磷剂、脱磷剂后后, 熔熔剂微粒在浆叶端部剂微粒在浆叶端部 区域内由于区域内由于湍湍动而分散动而分散, 并沿着半径方向并沿着半径方向“吐出吐出”, 然后悬然后悬 浮浮, 绕轴心旋转和上浮于铁水中绕轴心旋转和上浮于铁水中, 也就是说也就是说, 借这种机械搅借这种机械搅 拌作用使拌作用使熔熔剂卷入铁水中并与接触剂卷入铁水中并与接触, 混合、搅动混合、搅动, 从而进行从而进行 脱硫脱硫脱磷脱磷反应。反应。 当搅拌器开动时当搅拌

17、器开动时, 在液面上看不到在液面上看不到熔熔剂剂, 停止搅拌后停止搅拌后, 所生所生 成的干稠状渣浮到铁水面上成的干稠状渣浮到铁水面上, 扒渣后即达到脱硫扒渣后即达到脱硫、脱磷、脱磷的的 目的。目的。 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 20 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 对于对于KR搅拌法，搅拌法，由于由于熔熔剂在叶片剂在叶片 上端打散上端打散，使这个部容易受到磨损使这个部容易受到磨损， 所以选择四个叶片的搅拌头最为合所以选择四个叶片的搅拌头最为合 适。适。搅拌头使用搅拌头使用4个叶片，可以使个叶片，可以使 其其旋转时铁水面不易产生波浪旋转时铁水面不易产生波浪, 铁铁 水飞溅较少水

18、飞溅较少, 叶片的磨损情况也小叶片的磨损情况也小, 可以减少搅拌的更换次数可以减少搅拌的更换次数, 提高使提高使 用寿命用寿命, 降低耐火材料消耗等降低耐火材料消耗等，处，处 理效果明显好于两个叶片。理效果明显好于两个叶片。 十字型搅拌头的形状如图所示，搅十字型搅拌头的形状如图所示，搅 动头为高铝质耐火材料，寿命为动头为高铝质耐火材料，寿命为 90100次，每使用次，每使用34次后需要次后需要 用耐火材料进行修补。用耐火材料进行修补。 b X h a 图图 KRKR法搅拌器形状示意图法搅拌器形状示意图 21 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 与莱茵法相比，与莱茵法相比，两种方法的最大区别是

19、两种方法的最大区别是：搅拌器插入铁水搅拌器插入铁水 深度不同深度不同，KR 法是将搅拌器沉浸到铁水内部法是将搅拌器沉浸到铁水内部, 而不是在而不是在 铁水和铁水和熔熔剂之间的界面上剂之间的界面上。通过搅拌形成铁水运动旋涡使通过搅拌形成铁水运动旋涡使 熔熔剂撒开并混入铁水内部剂撒开并混入铁水内部, 加速加速预处理预处理过程过程，其铁水流动其铁水流动 情况如图所示情况如图所示 。 22 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 2）喷吹法）喷吹法 喷吹法是将脱硫剂用载气经喷枪吹入铁水深部，使粉喷吹法是将脱硫剂用载气经喷枪吹入铁水深部，使粉 剂与铁水充分接触，在上浮过程中将硫去除。剂与铁水充分接触，在上

20、浮过程中将硫去除。 喷吹法的要求：喷吹法的要求： 从喷粉罐送出的 气粉流均匀稳定、喷 枪出口不发生堵塞、 脱硫剂粉粒有足够的 速度进入铁水、在反 应过程中不发生喷溅。 23 4.2 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 鱼雷罐车喷粉脱硫示意图鱼雷罐车喷粉脱硫示意图 铁水包喷粉脱硫示意图铁水包喷粉脱硫示意图 24 4.3 铁水预处理脱硅铁水预处理脱硅 由于硅与氧的结合能力远远大于磷与氧的结合能由于硅与氧的结合能力远远大于磷与氧的结合能 力，所以力，所以硅比磷优先氧化硅比磷优先氧化，而且生成的，而且生成的SiO2会大会大 大大降低渣的碱度降低渣的碱度。为了。为了减少脱磷剂用量、提高脱减少脱磷剂用量、提高脱

21、 磷效率磷效率，必须在高炉铁水进行脱磷预处理之前先，必须在高炉铁水进行脱磷预处理之前先 进行预脱硅处理。进行预脱硅处理。 25 4.3 铁水预处理脱硅铁水预处理脱硅 4.3.1 铁水预处理脱硅的意义铁水预处理脱硅的意义 （1） 节约了渣料。节约了渣料。脱硅与脱硫、磷分开所用的石灰量比脱硅与脱硫、磷分开所用的石灰量比 同时去除时要少；此外，预脱硅后的渣中因含磷很低，可同时去除时要少；此外，预脱硅后的渣中因含磷很低，可 返回作烧结添加剂回收其中的铁、锰等有用元素和大量游返回作烧结添加剂回收其中的铁、锰等有用元素和大量游 离石灰，不会引起磷的富集；离石灰，不会引起磷的富集； （2） 能大大地缩短冶炼

22、时间。能大大地缩短冶炼时间。结合预脱硫、磷后的脱硅结合预脱硫、磷后的脱硅 铁水进入铁水进入LD转炉，只需脱碳，这样就可最大限度地发挥转炉，只需脱碳，这样就可最大限度地发挥 设备的能力，且易于控制吹炼终点。设备的能力，且易于控制吹炼终点。 26 4.3 铁水预处理脱硅铁水预处理脱硅 1）脱硅反应热力学脱硅反应热力学 （1） 使用气体氧（O2）的脱硅反应： （2） 使用Fe2O3的脱硅反应： 4.3.2 铁水预脱硅处理原理铁水预脱硅处理原理 27 4.3 铁水预处理脱硅铁水预处理脱硅 （3） 使用使用Fe3O4的脱硅反应：的脱硅反应： （4） 脱硅剂的有效成分是脱硅剂的有效成分是FeO，其反应式为

23、：，其反应式为： 尽管脱硅反应均为尽管脱硅反应均为放热反应放热反应，但在生产实践中，用气，但在生产实践中，用气 体脱硅剂时，由于反应是放热过程，能使铁水温度升高；体脱硅剂时，由于反应是放热过程，能使铁水温度升高； 而用固体脱硅剂时，尽管反应也是放热反应，但由于固体而用固体脱硅剂时，尽管反应也是放热反应，但由于固体 脱硅剂升温融化而吸热，二者综合的结果是导致铁水温度脱硅剂升温融化而吸热，二者综合的结果是导致铁水温度 下降。下降。 28 4.3 铁水预处理脱硅铁水预处理脱硅 1）出铁场脱硅）出铁场脱硅 有的脱硅剂以皮带机或溜槽自然落下加入铁水沟，随 铁水流入铁水罐进行反应。 4.3.3 铁水预脱硅

24、处理方法铁水预脱硅处理方法 29 4.3 铁水预处理脱硅铁水预处理脱硅 有的铁水沟有落差，脱硅剂高点加入，过落差点后一有的铁水沟有落差，脱硅剂高点加入，过落差点后一 段反应距离设置撇渣器，将脱硅渣分离。段反应距离设置撇渣器，将脱硅渣分离。 30 4.3 铁水预处理脱硅铁水预处理脱硅 31 4.3 铁水预处理脱硅铁水预处理脱硅 2）铁水罐脱硅）铁水罐脱硅 特点特点：工作条件：工作条件 好，处理能力大，好，处理能力大， 脱硅效率高且稳脱硅效率高且稳 定。定。 缺点缺点：占用时间：占用时间 厂，温降较大。厂，温降较大。 32 4.3 铁水预处理脱硅铁水预处理脱硅 正确选择脱硅方法，应该考虑以下因素：

25、正确选择脱硅方法，应该考虑以下因素： （1） 铁水含硅量。铁水含硅量。当铁水含硅量0.45%（质量百分数） 时，以炉前铁水沟脱硅为宜；含硅量0.45%时，以铁水 罐喷吹脱硅为好。喷吹脱硅过程中，需顶吹部分O2作为气 体氧化剂，以防止铁水降温太大； （2） 出铁速度。出铁速度。随着高炉出铁速度增大，脱硅剂喷吹强 度提高，但为了避免喷溅和脱碳，喷吹强度一般不允许很 高； （3） 扒渣能力。扒渣能力。若炼钢厂扒渣能力不足，应采用两段脱 硅法，利用挡渣器分离渣铁。研究表明，脱硅后的渣子若 不排掉，会对脱磷和脱硫产生不利影响。 33 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 铁矿石铁矿石 （脉石、矿物（脉石

26、、矿物 ） 磷灰石（磷灰石（Ca5(F,Cl)(PO4)3） 2(3CaOP2O5 ) +3SiO2=3(2CaOSiO2)+2P2O5-917468kJ 2P2O5+10C=4P+10CO-1921293kJ 2(3CaOP2O5) +3SiO2+10C = 4P+3(2CaOSiO2)+10CO-283876kJ 铁水铁水 100%磷 除了易切削钢和炮弹钢等少数钢种外，磷对绝大多数钢种除了易切削钢和炮弹钢等少数钢种外，磷对绝大多数钢种 来说是有害元素。来说是有害元素。 34 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 磷有很强的磷有很强的固溶强化作用固溶强化作用，使钢在室温时的强度、硬度显，使钢

27、在室温时的强度、硬度显 著提高。其强化作用仅次于碳，使钢材屈服强度（著提高。其强化作用仅次于碳，使钢材屈服强度（s）和）和 屈强比（屈强比（s/b）都显著升高，但使钢的塑性和韧性变差，）都显著升高，但使钢的塑性和韧性变差， 特别是在低温条件下，韧性的变差尤为显著，即导致钢的特别是在低温条件下，韧性的变差尤为显著，即导致钢的 “冷脆冷脆” 。 磷在钢中会产生较严重的偏析，会促进合金结构钢的冷脆磷在钢中会产生较严重的偏析，会促进合金结构钢的冷脆 性和回火性，并且局部的磷偏析还能引起局部的沿晶断裂性和回火性，并且局部的磷偏析还能引起局部的沿晶断裂 现象。现象。 因此随着工业和科学技术的迅速发展，对钢

28、中的磷含量要因此随着工业和科学技术的迅速发展，对钢中的磷含量要 求日益严格。如低温用钢、天然气管道、海洋用钢、航空求日益严格。如低温用钢、天然气管道、海洋用钢、航空 用钢等高级优质钢要求钢材中除了要求极低硫外，也要求用钢等高级优质钢要求钢材中除了要求极低硫外，也要求 含磷量小于含磷量小于0.01%，甚至，甚至0.005%。 35 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 1）能保证炼钢吃精料，降低转炉炼钢的生产成本；提高 生产效率，节约炼钢能耗；可有效地提高铁、钢、材系统 的综合经济效益。因此，铁水预脱磷工艺较转炉脱磷更为 经济。 2）可以冶炼低磷钢种，提高钢种规格，提高钢的质量； 3）可以使高炉

29、原料放宽，特别是可以使用磷含量高的铁 矿石。这对于当前优质铁矿石资源越来越紧张、价格越来 越高的形势下，更具有实际且重要的意义。 4.4.1 铁水预处理脱磷的意义铁水预处理脱磷的意义 36 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 4.4.2 铁水脱磷的冶金原理铁水脱磷的冶金原理 1）苏打（）苏打（Na2CO3）系脱磷剂）系脱磷剂 苏打系脱磷剂以Na2CO3为主，氧化铁水中的磷使之生 成磷酸钠进入炉渣将磷脱除。在不另加氧化剂时，苏打可直 接供氧和造渣。 5Na2CO3 +4P=5(Na2O)+2(P2O5)+5C 3(Na2O)+(P2O5)=(3Na2OP2O5) 37 4.4 铁水预处理脱磷铁

30、水预处理脱磷 优优 点点 铁水中的锰很少被氧化 几乎不脱碳 铁的损失量较少 Na2CO3+2C+S=(Na2S)+3CO Na2CO3+Si+S=(Na2S)+(SiO2)+3CO 问问 题题 成本高 温降较大 耐火材料侵蚀严重 渣中Na回收成本高 Na2CO3+2C =2Na(g)+3CO (Na2O)+C =2Na(g)+CO 同时脱磷脱硫 产生大量的钠蒸气 大量钠损失 污染环境 腐蚀设备 38 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 2）石灰（）石灰（CaO）系脱磷剂）系脱磷剂 石灰系脱磷剂以CaO为主，配加氧化剂和助熔剂。 & 它是利用氧化剂使铁液中P氧化成P2O5，再与加入的能 降低其

31、活度系数的固定剂，结合成稳定的复合化合物，一 般以磷酸盐的形式存在于熔渣中。 铁水在氧化性渣下的脱磷反应式表示如下： 2P 5(FeO) 4(CaO) (4CaOP2O5) + 5Fe 39 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 v 氧化剂氧化剂 w(P)(103%) = 46.44+86.4(氧化铁含氧, m3/t) +3.82(底吹O2, m3/t) +0.58(顶吹O2 ,m3/t) 太钢：轧钢铁皮 固体氧化剂 以Fe2O3为主要成分的各种物料 一般采用轧钢铁皮、烧结矿、铁矿石或转炉渣 宝钢：Fe2O3含量大于75%的烧结矿 例如： 日本川崎公司千叶钢厂： 铁矿石 通常气体氧的加入一般是

32、为了 减少铁水预处理过程中的温降 气体氧化剂 工业用氧和压缩空气中的氧 一般选择气氧比在20%60% 宝钢：气氧比控制在30%左右 例如： 40 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 v 助熔剂助熔剂 CaF2助熔助熔 可以降低渣中P2O5的活度系数 提高FeO的活度系数 最主要的作用是改善炉渣的流动性 和溶解更多的石灰 水渡（Suito） 熔点（1418） 污染大气环境 炉渣不能作磷肥 造成高氟水和高氟土壤 缺点 CaCl2助熔 熔点（775） 在CaCl2和CaF2使用量相同的条件下 CaCl2比CaF2可使铁水脱磷率提高10% 100%的CaCl2熔渣 具有一定的脱磷能力 还有一定程度的

33、脱硅 缺点 CaCl2极易受潮、粘性强 污染设备 释放出有毒的氯气 在实际生产中受到了限制 环境保护越来越受到社会的重视 B2O3助熔 熔点（450） 用B2O3替换CaF2后，预处理 脱磷渣氧化性增加，铁水的 脱磷率大于80%，渣的磷容 量略有降低 用B2O3完全替代CaF2作助熔剂 处理后P控制在0.1%以下 同时指出 w(B2O3)/w(CaO) 0.16 刘丽霞 P0.1% 杨 福 P=0.35% 41 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 脱磷反应的热力学基本条件：脱磷反应的热力学基本条件： （1）铁水中氧含量要高。）铁水中氧含量要高。铁水脱磷需要提供氧，实际生铁水脱磷需要提供氧，实

34、际生 产中经常采用加入铁氧化物或辅助吹氧的方式来提供氧。产中经常采用加入铁氧化物或辅助吹氧的方式来提供氧。 铁氧化物是脱磷剂的主要组成，主要有铁矿、烧结矿、氧铁氧化物是脱磷剂的主要组成，主要有铁矿、烧结矿、氧 化铁皮，转炉烟尘以及转炉炉渣，一般化铁皮，转炉烟尘以及转炉炉渣，一般 (FeO) 20。 （2）渣中起固定脱磷产物的碱性氧化物含量要高。）渣中起固定脱磷产物的碱性氧化物含量要高。（碱（碱 度度R23），脱磷的初级产物），脱磷的初级产物(3FeOP2O5)不稳定，通过不稳定，通过 加入碱性氧化物，让磷在高碱度炉渣中形成稳定的加入碱性氧化物，让磷在高碱度炉渣中形成稳定的 4CaOP2O5或或

35、3Na2OP2O5。 42 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 （3）铁水温度要低。）铁水温度要低。铁水氧化脱磷反应为放热反应，铁铁水氧化脱磷反应为放热反应，铁 水温度低，水温度低，Kp、Lp值就大，因此温度低有利于铁水脱磷。值就大，因此温度低有利于铁水脱磷。 温度为温度为12501400对脱磷有利。对脱磷有利。 （4）铁水初始硅含量要低。）铁水初始硅含量要低。在高炉铁水条件下，铁水中在高炉铁水条件下，铁水中 还含有还含有0.40.6左右的左右的Si，Si与氧的亲和力远大于与氧的亲和力远大于 P。硅酸钠与硅酸钙的稳定性比磷酸钠和磷酸钙好，因。硅酸钠与硅酸钙的稳定性比磷酸钠和磷酸钙好，因 此必

36、须对铁水预脱硅，才能用石灰或苏打渣系进行有效脱此必须对铁水预脱硅，才能用石灰或苏打渣系进行有效脱 磷。因此，为保证有效的脱磷必须先将磷。因此，为保证有效的脱磷必须先将Si降低到降低到0.1 0.15。 43 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 1）铁水包喷吹法）铁水包喷吹法 4.4.2 铁水脱磷的方法铁水脱磷的方法 44 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 2 2）鱼雷罐喷粉脱磷工艺）鱼雷罐喷粉脱磷工艺 典型的鱼雷罐喷粉脱磷工艺有：住友鹿岛厂新精炼典型的鱼雷罐喷粉脱磷工艺有：住友鹿岛厂新精炼 (NRP)工艺流程、君津厂最佳精炼工艺流程、君津厂最佳精炼(ORP)工艺流程。其工工艺流程。其工

37、艺流程如图艺流程如图: 鹿岛厂新精炼鹿岛厂新精炼(NRP) 45 君津厂最佳精炼君津厂最佳精炼(ORP)工艺流程工艺流程 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 46 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 1983年川崎千叶厂进行了年川崎千叶厂进行了底吹转炉底吹转炉Q-BOP脱磷脱磷的工业的工业 试验。以后，住友开发了预炼炉工艺，称为试验。以后，住友开发了预炼炉工艺，称为两级转炉串联两级转炉串联 操作操作SRP工艺工艺，如图所示。，如图所示。 3）专用炉处理）专用炉处理 47 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 48 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷 49 4.4 铁水预处理脱磷铁水预处理

38、脱磷 4）双渣法与）双渣法与MURC脱磷工艺脱磷工艺 MURC工艺流程示意图工艺流程示意图 其特点如下：其特点如下： 1）可以利用现有的一个转炉进行MURC过程，所以投资少； 2）渣量比现有的预处理方法低30%50%； 3）因为在脱磷之前能够加废钢，所以废钢比提高10%左右； 4）脱磷渣的碱度低，渣的利用价值高。 50 4.5 铁水预处理顺序的选择铁水预处理顺序的选择 1）脱硅）脱硅-脱硫脱硫-脱磷顺序脱磷顺序 4.5.1 CaO作作“三脱三脱”剂剂 T1773K1723K1673K1623K %Si0.280.150.060.03 铁水沟脱硅平衡时的铁水沟脱硅平衡时的%Si 铁水脱硅是放热反

39、应放热反应，铁水温度越低，脱硅的效果越好。 考虑到铁水的脱硫温降和运输、等待温降，若将脱硅置于脱 硫之后，脱硅时的铁水温度将较铁水沟脱硅更低，铁水预脱 硅工序应尽量置于脱硫之后置于脱硫之后，而不是在脱硫之前。 铁水沟处铁麟脱硅铁水沟处铁麟脱硅 51 4.5 铁水预处理顺序的选择铁水预处理顺序的选择 脱硫脱硫 T1723K1673K1623K1573K %S3.8910-43.4510-43.1010-42.9510-4 %Si0.2710.1410.0510.020 脱硅脱硅-脱硫脱硫-脱磷顺序脱硫反应平衡时硅、硫含量脱磷顺序脱硫反应平衡时硅、硫含量 温度的变化对铁水脱硫效果的影响很小，因此脱

40、硫可 考虑提至脱硅之前，在确保脱硫效果的同时使脱硅也处于 较好的热力学条件下。 52 4.5 铁水预处理顺序的选择铁水预处理顺序的选择 转炉内脱硅、脱磷转炉内脱硅、脱磷 T1673K1623K1573K %Si3.110-48.710-52.210-5 %P1.3510-44.3310-46.1610-5 转炉内脱硅、脱磷反应平衡时硅、磷含量转炉内脱硅、脱磷反应平衡时硅、磷含量 铁水中%Si大于0.15时为脱硅期，%Si小于0.15时脱磷反应 才会开始，脱磷反应是放热反应放热反应，较低温度的脱磷炉内脱硅 的热力学条件应是最佳的。因此应取消铁水沟处的高温脱硅， 将其移至脱硫之后的脱磷转炉内和脱磷

41、一同进行。 53 4.5 铁水预处理顺序的选择铁水预处理顺序的选择 2） 脱硫脱硅、磷顺序脱硫脱硅、磷顺序 T1723K1673K1623K1573K %S7.6410-56.7810-56.0010-55.3110-5 脱硫脱硫-脱硅、磷顺序脱硫反应平衡时的脱硅、磷顺序脱硫反应平衡时的%S 脱硫反应平衡时量%S下降了一个数量级。将脱硅任务放 在脱硫之后完成，能明显改善CaO粉剂脱硫的热力学条件。 54 4.5 铁水预处理顺序的选择铁水预处理顺序的选择 3） 脱硅、脱磷脱硅、脱磷脱硫顺序脱硫顺序 T1673K1623K1573K %S2.7410-33.5210-34.4510-3 脱硅、磷脱

42、硅、磷-脱硫顺序脱硫反应平衡时的脱硫顺序脱硫反应平衡时的%S 在“脱硅、脱磷脱硫”顺序的情况下，脱硫反应平衡 时 %S为10-3数量级，而在“脱硅脱硫脱磷”顺序下， %S为10-4数量级，在“脱硫脱硅、脱磷”顺序下，%S 为10-5数量级。显然“脱硫脱硅、脱磷”顺序下CaO粉剂脱 硫反应的热力学条件更好。 55 4.5 铁水预处理顺序的选择铁水预处理顺序的选择 从热力学角度看，理论上 “脱硅、脱磷脱硫”顺序下 镁粉能将铁水中的%S降至 10-610-7数量级，而“脱硫 脱硅、脱磷”顺序下镁粉只能 将铁水中的%S降至10-510- 6数量级。但由右图可知，温 度对脱硫的影响较小，但对硅 磷却有着

43、很大的影响，高温不 利于脱硅磷，1500时，硅、 磷含量在0.01%以上，不能满 足要求，此时硫含量为20ppm， 满足要求，因此综合考虑，镁 粉作脱硫剂，CaO作脱硅、脱 磷剂最佳顺序为：脱硫脱硅、脱硫脱硅、 脱磷脱磷 。 4.5.2 镁粉作脱硫剂，镁粉作脱硫剂，CaO作脱硅、脱磷剂作脱硅、脱磷剂 56 4.5 铁水预处理顺序的选择铁水预处理顺序的选择 T 1723K 1673K 1623K % S 2.1810-6 1.0210-6 4.5710-7 T 1673K 1623K 1573K %S 1.2910-6 5.8910-7 2.5310-7 4.5.3 CaC2作脱硫剂，作脱硫剂，

44、CaO作脱硅、脱磷剂作脱硅、脱磷剂 表表1 脱硫脱硅、磷顺序反应平衡时脱硫脱硅、磷顺序反应平衡时%S T 1673K 1623K 1573K %P 1.3510-4 4.3310-4 6.1610-5 表表2 脱硅、磷脱硫顺序反应平衡时脱硅、磷脱硫顺序反应平衡时%S 表表3 专用转炉脱硅脱磷平衡时专用转炉脱硅脱磷平衡时%P 比较表1、2可以看 出，CaC2作脱硫剂时， 不同预处理顺序对脱硫 效果影响不大，但由表 3可知，低温利于脱硅、 磷，因此“脱硫脱硅、脱硫脱硅、 脱磷脱磷”顺序能改善脱硅、 脱磷反应的热力学条件。 57 4.5 铁水预处理顺序的选择铁水预处理顺序的选择 T 1773K 17

45、23K 1673K 1623 K %S 4.8910-4 1.0710-3 2.4010-3 5.710-3 4.5.3 苏打作脱硫剂，苏打作脱硫剂，CaO作脱硅、脱磷剂作脱硅、脱磷剂 T 1673K 1623K 1573K %S 3.0810-3 7.9010-3 1.8610-2 表表4 脱硫脱硅脱磷顺序反应平衡时脱硫脱硅脱磷顺序反应平衡时%S 表表5 脱硅、脱磷脱硫顺序反应平衡时脱硅、脱磷脱硫顺序反应平衡时%S 使用Na2CO3做脱硫剂时，“脱硫脱硅、脱磷”顺序 下Na2CO3脱硫反应的热力学条件更好，能明显改善脱硅、 脱磷反应的热力学条件。 58 4.6 铁水预处理铁水预处理容器及方法选择容器及方法选择 4.6.1 铁水预处理脱硫铁水预处理脱硫 喷头在中心点时的速度图喷头在中心点时的速度图 鱼雷罐内流场极不均匀