铁水预处理讲义1

1、2-1 什么是铁水预处理 ? 铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前，为脱硫或脱硅、脱磷而进行的处理过程。除上述普通铁水预处理外还有特殊铁水预处理，如针对铁水含有特殊元素提纯精炼或资源综合利用而进行 的提钒、提铌、提钨等预处理技术。普通铁水预处理包括铁水脱硅、脱硫和脱磷(即 “三脱 ”)。特殊铁水预处理是针对铁水中的特殊元素 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、提铌、提钨等。铁水预处理工艺兴起于 20 世纪 70 年代。目前，铁水预处理和钢水炉外精炼已成为近五十年来钢铁工 业迅速发展起来的两项重要工艺技术。 铁水预处理在日本、 美国等国发展非常快， 处理量基本上在 70%-80%

2、 以上，有的企业己达 100%。日本 “三脱 ”技术发展最快，应用最广泛。我国铁水预处理起步较晚，但近年来发展很快，宝钢、太钢等分别建成了 “三脱 ”预处理设备，鞍钢、 武钢等多家企业都建成了铁水预脱硫、预脱磷设备。2-2 在炼钢生产中采用铁水预脱硫技术的必要性是什么 ?(1) 用户对钢的品种和质量要求提高，连铸技术的发展也要求钢中硫含量低(硫含量高容易使连铸坯产生裂纹 )。铁水脱硫可满足冶炼低硫钢和超低硫钢种的要求。(2) 转炉炼钢整个过程是氧化气氛，脱硫效率仅为30%40% ;而铁水中的碳、硅等元素含量高，氧含量低，提高了铁水中硫的活度系数，故铁水脱硫效率高；铁水脱硫费用低于高炉、转炉和炉

3、外精炼的脱 硫费用。(3) 减轻高炉脱硫负担后，能实现低碱度、小渣量操作，有利于冶炼低硅生铁，使高炉稳定、顺行，可 保证向炼钢供应精料。(4) 有效地提高钢铁企业铁、钢、材的综合经济效益。2-3 铁水脱硫常用的脱硫剂有几类，各有何特点 ?生产中，常用的脱硫剂有苏打灰(Na2C03)、石灰粉(CaO)、电石粉(CaC2)和金属镁等。以上脱硫剂可以单独使用，也可以几种配合使用。(1) 苏打灰。其主要成分为Na2C03，铁水中加入苏打灰后，与硫作用发生以下3个化学反应：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 用苏打灰脱硫，工艺和设备简单，其缺点是脱硫过程中产生的渣会腐蚀处理罐的内衬，产生的烟尘污 染环境，对人有害。目前很少使用。(2) 石灰粉。其主要成分为CaO，用石灰粉脱硫的反应式如下：2CaO(S)+S+(i/2)Si=(CaS)(S)+(i/2)(Ca 2Si04)石灰价格便宜、使用安全，但在石灰粉颗粒表面易形成2CaOSi02致密层，限制了脱硫反应进行，因此，石灰耗用量大，致使生成的渣量大和铁损大，铁水温降也较多。另外，石灰还有易吸潮变质的缺点。(3) 电石粉。其主要成分为CaC2，电石粉脱硫的反应式如下：CaC2+S=(CaS) (S)+2C用电石粉脱硫，

5、铁水温度高时脱硫效率高，铁水温度低于1300 C时脱硫效率很低。另外，处理后的渣量大，且渣中含有未反应尽的电石颗粒，遇水易产生乙炔(C2H2)气体，故对脱硫渣的处理要求严格。在脱硫过程中也容易析出石墨碳污染环境。电石粉易吸潮生成乙炔(乙炔是可燃气体且易发生爆炸 )，故电石粉需要以惰性气体密封保存和运输。(4) 金属镁。镁喷入铁水后发生如下反应：Mg+S=MgS (S) 镁在铁水的温度下与硫有极强的亲和力，特别是在低温下镁脱硫效率极高，脱硫过程可预测，硫含量 可控制在 0.001%的精度。这是其他脱硫剂所不能比拟的。金属镁活性很高，极易氧化，是易燃易爆品，镁粒必须经表面钝化处理后才能安全地运输、

6、储存和使 用。钝化处理后，使其镁粒表面形成一层非活性的保护膜。用镁脱硫，铁水的温降小，渣量及铁损均少且不损坏处理罐的内衬，也不影响环境。因而铁水包喷镁 脱硫工艺获得了迅猛的发展。镁的价格较高，保存时须防止吸潮。2-4铁水脱硫的主要方法有哪些，铁水脱硫技术的发展趋势是怎样的？迄今为止，人们已开发出多种铁水脱硫的方法，其中主要方法有：投入脱硫法、铁水容器转动搅拌脱 硫法、搅拌器转动搅拌脱硫法和喷吹脱硫法等。(1) 投入法。该法不需要特殊设备，操作简单，但脱硫效果不稳定，产生的烟气污染环境。(2) 铁水容器搅拌脱硫法。该法主要包括转鼓法和摇包法，均有好的脱硫效果，该法容器转动笨重，动 力消耗高，包衬

7、寿命低，使用较少。(3) 采用搅拌器的机械搅拌法。如KR法(见图3-1)即属于此类。KR搅拌法由于搅拌能力强和脱硫前后能充分的扒渣，可将硫含量脱至很低，其缺点是设备复杂，铁 水温降大。(4) 喷吹法。此法是用喷枪以惰性气体为载体，将脱硫剂与气体混合吹入铁水深部，以搅动铁水与脱硫 剂充分混合的脱硫方法。该法可以在鱼雷罐车(混铁车)或铁水包内处理铁水。铁水包喷吹法目前已被广泛应用。图3-2为鱼雷罐车喷吹法脱硫装置示意图。喷吹脱硫法具有脱硫反应速度快、效率高、操作灵活方便，处理铁水量大，设备投资少等优点。因而，它已成为铁水脱硫的主要方法。铁水脱硫技术的发展趋势如下：(1) 采用全量铁水脱硫工艺；(2

8、) 趋向在铁水包内预脱硫；(3) 脱硫方法以喷吹法为主；(4) 用金属镁做脱硫剂的趋势不断扩大。2-5用金属镁进行铁水脱硫的机理是什么？镁为碱土金属，相对原子质量为 24.305，密度为1.738g/cm3;熔点为651 C ;沸点为1107C。当金属 镁与硫结合生成 MgS后，其熔点为2000C,密度为2.8g/cm3,如与氧结合生成 MgO后，其熔点为2800C, 密度为3.073.20g/cm3, 二者均为高熔点、低密度稳定化合物。镁通过喷枪喷入铁水中，镁在高温下发生液化、气化并溶于铁水：Mg(s)t Mg (1)t Mg f MgMg与S的相互反应存在两种情况：第一种情况：Mg+S=M

9、gS(S)(3-1)第二种情况：Mg Mg(3-2)Mg+S=MgS(S)(3-3)在高温下，镁和硫有很强的亲和力，溶于铁水中的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。在第一种情况下，在金属 -镁蒸气泡界面，镁蒸气与铁水中的硫反应生成固态MgS，这只能去除铁水中3 %8%的硫。在第二种情况下，溶解于铁水中的镁与硫反应生成固态MgS,这是主要的脱硫反应，最为合理。在这种情况下，保证了镁与硫的反应不仅仅局限在镁剂导入区域或喷吹区域内进行，而是在铁水包整个范围内 进行，这对铁水脱硫是十分有利的。镁在铁水中的溶解度取决于铁水温度和镁的蒸气压。镁的溶解度随着压力的增加而增大，随

10、铁水温度 的上升而大幅度降低。为了获得高脱硫效率，必须保证镁蒸气泡在铁水中完全溶解，避免未溶解完的镁蒸 气逸人大气造成损失。促进镁蒸气大量溶解于铁水中的措施是：铁水温度低；加大喷枪插入铁水液面以下 的深度，提高镁蒸气压力，延长镁蒸气泡与铁水接触时间。2-6采用金属镁脱硫为什么要对镁粒进行表面钝化处理，对颗粒镁有什么要求？金属镁活性很高，极易氧化，是易燃易爆品。镁粒只有经表面钝化处理后才能安全地运输、储存和使 用。经钝化处理后，镁粒表面形成一层非活性的保护膜，如盐钝化的涂层颗粒镁，制备时采用熔融液态镁 离心重复分散技术，利用空气动力逆向冷却原理将盐液包敷在镁颗粒外层，形成银灰色均匀的球状颗粒。单

11、吹镁脱硫用的涂层颗粒镁要求：WMg> 9%;粒度为0.51.6mm，其中粒度大于 3mm以上的针状不规则颗粒少于8%。2-7铁水脱硫容器为什么趋向采用铁水包？在鱼雷罐内进行脱硫，动力学条件较差，脱硫剂喷入后，由于鱼雷罐形状影响搅拌的均匀性，反应重 现性差，脱硫剂消耗量大。采用铁水包喷吹脱硫，由于铁水包的几何形状，使脱硫反应具有更好的动力学 条件和反应空间，可根据冶炼具体要求更准确地控制铁水的硫含量。一般容量大于80t的铁水包铁液深度都比鱼雷罐深，喷入铁水的脱硫剂与铁水进行反应更加充分，因此在铁水包内喷吹脱硫可以有效利用脱硫 剂。同时铁水包内的铁水温度比鱼雷罐内低一些，更促进镁脱硫获得理想

12、的脱硫效果，降低了铁水处理成 本。由于铁水包内喷吹脱硫有较高的效率，与在鱼雷罐脱硫相比，如果将硫含量从0.045 %降到0.010 %,可节省脱硫剂15% ;如果将硫含量从 0.045%降到0.005%，可节省脱硫剂 24%。显然，硫含量的目标值 越低，在铁水包喷吹脱硫剂的优势越大。20世纪80年代已开始发展到在铁水包内处理铁水。目前新建铁水脱硫装置大多采用铁水包单独喷吹镁或复合喷吹镁的技术和设备。2-8铁水包单吹颗粒镁脱硫的工艺流程及基本工艺参数是怎样的？铁水包单吹颗粒镁脱硫工艺系统装备如图3-3所示。RI 3 1償本包巾吹林种H他瓷12帝降廉乔示敢产单吹颗粒镁脱硫工艺流程如图3-4所示。*

13、骑世HIT 3 51直H0騎仃股纨匸艺沌和脱硫剂采用单一的颗粒金属镁，流动性好，喷吹罐配备了专门的计量给料装置。为保证把镁剂(不掺添加料)可靠地喷入铁水中并使镁的吸收率在95%以上，且不堵枪，应合理选择喷枪和输镁管路的结构和喷吹系统参数。应使供氮压力稳定，喷枪端面距包底约 0.2m，喷枪结构要保证为镁溶解于铁水并继而被吸收 创造良好的条件。喷枪浸入深度不足2.4m的铁水包，喷枪端部要装备锥形气化室。整个脱硫过程可采用计算机自动控制，每次处理前只需输入初始硫含量、目标硫含量、铁水温度、铁水重量等参数，脱硫处理 过程便可自动进行。单吹颗粒镁脱硫工艺参数如下：脱硫剂颗粒镁，粒度为0.51.6mm ,

14、 WMg > 9%(2) 氮气压力1.0MPa(3) 初始铁水wsl=0.035%(4) 目标铁水ws=0.005%(5) 喷吹时间< 10mi n(6) 脱硫剂(Mg)流量815kg/min(7) 脱硫剂(Mg)消耗0.46kg/t(8) 温降10C2-9铁水包镁基复合喷吹脱硫的工艺流程及基本工艺参数是怎样的？镁基脱硫剂是由镁粉加上石灰粉或电石粉及其他添加剂组成，喷入铁水后脱硫反应主要由镁粉完成。 复合喷吹的镁粉和石灰粉(或电石粉)分别存贮在两个喷吹罐内，用载气输送，在管道内混合。通过调节分 配器的粉料输送速度来确定两种粉料的比例，对镁粉流动性无要求。 整个脱硫过程可采用计算机自动控制，每次处理前只需输人初始硫含量、目标硫含量、铁水温度、铁水重量等参数、脱硫处理过程便可自动进行。(1) 脱硫剂(2) 氮气压力(3) 初始铁水ws 目标铁水ws(5) 喷吹时间(6) 脱硫剂流量(7) 脱硫剂消耗附*$像辛立合嘖獣艇統I艺施样Mg+CaO1.1MPa0.