铁水预处理脱磷技术

1、铁水预处理脱磷技术一铁水预处理脱磷的意义、背景、基本情况1.1磷是绝大多数钢种中的有害元素，容易在晶界偏析，引起钢的低温脆性和回 火脆性。近年来，随着科学技术的迅速发展，用户对钢质量的要求不断提高。例 如，对于低温用钢、海洋用钢、抗氢致裂纹钢和部分厚板用钢，除了要求极低的硫含量以外，也要求钢中的磷含量< 0.101 %或0.1005 % o此外，为了降低氧气转炉钢的生产成本和实行少渣炼钢，也要求铁水磷含量 <0.1015 %因此，80年代以来许多冶金工作者致力于研究铁水的预处理脱磷问 题，开发了各种处理方法。铁水预脱磷处理可以分为氧化脱磷和还原脱磷，目前，各钢厂普遍采用氧化脱磷 工

2、艺。脱磷方法根据脱磷剂不同分为 SARFfe、铁水罐法、OR咄、转炉法和NRP 法等。常用的两类：一种是在盛铁水的铁水包或鱼$车中进行脱磷；另一种是在 转炉内进行铁水脱磷预处理。这两种方法在工业上均得到了实际应用。1.2在铁水预处理脱磷发展初期，是有许多专家学者持反对意见的。其原因如前 所述，转炉具有较好的脱磷条件，铁水脱磷多一个工艺环节没有必要。 但是后来 实行的结果证明，实行铁水预处理脱磷具有一系列优点。(1) 降低铁水中的磷含量，减轻转炉负担，缩短转炉冶炼周期，提高转炉产量。同时可以减少转炉渣量，节省转炉造渣成本。(2) 可以冶炼低磷钢种，提高钢种规格，提高钢的质量。(3) 可以使高炉原

3、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。1.3铁水预处理脱磷的粉剂为：CaO4%-Fe2O346%-CaF212%这一配比使最 基本的配比，一股情况下还加入 AI2O3,以减少CaF2的用量，此时的配比为： CaO4庆-Fe2O344%-AI2O31%-CaF26% 用量大约为吨铁水 35公斤。铁水预处理脱磷在鱼雷罐车或铁水包内进行，用浸入式喷枪喷吹粉剂，载气是空气或富氧空气，脱磷过程中伴随着一定的温降，加上脱硫时的温降使铁水降温的 幅度较大，如铁水的温度低于某一温度时，影响转炉的吹炼。这是铁水预处理过 程中需

4、要重视的问题。解决的办法之一是缩短吹炼时间、 增加氧气的用量，在采 用*屯化石灰后，使喷吹比较顺利，可以缩短处理时间。铁水预处理脱磷过程中会形成大量的渣，这些渣进入转炉会影响转炉的造渣和冶 炼，所以必须设立扒渣站。铁水预处理脱硅、脱磷是氧化的过程，脱硅脱磷后铁液中G Si、Mn含量大幅度降低，特别是铁水中的硅已氧化完。这给转炉冶炼带来一定的困难，因为 转炉造渣需要一定量的酸性物质 SiO2,才能使加进去的渣料主要是CaO快速溶 解。现在经过铁水预处理之后，转炉的功能由原来主要是脱磷脱碳变为主要是脱 碳，转炉的功能简化了，吹炼时间缩短了，渣量减少了。这可以提高生产效率， 对环保也有利。二铁水预处

5、理脱磷过程2.1脱磷反应热力学分析(1) 铁水脱磷反应式：C参与反应分子反应式：2P+5 (FeO +3 (CaQ = (Ca3P2O8离子反应式：2P+5 (Fe2+) +8 (O2) =2 (PO4J) +5Fe（Fe。+C=Fe+CO特点：粉剂中必须含有氧化性物质（氧化铁）、碱性物质（氧化钙）、溶剂（氟 化钙）; 碳、硅、铤参与反应消耗氧，溶剂中 FeO含量应比较高； 碳提高磷活度系数； 产生CO有搅拌作用。2.2 在鱼$车或铁水包中进行铁水脱磷预处理1982年9月，日本新日铁启津厂开发和使用了石灰系熔剂精炼的最佳精炼工 艺（ORP）,其工艺过程简述如下:在高炉出铁沟加入铁鳞进行脱硅处理

6、后，铁 水流入鱼雷车内并与其中的脱磷渣混合，在渣与铁分离后进行扒渣，然后向鱼 雷车中喷入石灰系熔剂进行脱磷脱硫处理，最后铁水加入转炉后进行脱碳升温。 采用这种工艺，处理前铁水温度为1350 C，处理时间为25min。其他厂家如日本川崎千叶厂和水岛厂、日本钢管京滨厂 （在铁水包内）等也采用 了与之类似的方法处理铁水。应该指出，采用这种方法由于脱磷过程中的温降较 大，通常需要吹氧来补偿温降，川崎水岛厂经研究，采用了用氧气喷吹脱磷剂的 工艺。国内某厂引进了在鱼$车中进行脱硅、 脱磷、脱硫处理的工艺，试生产中发现的 问题比较多，主要有温降较大、吹氧补偿温降时喷溅乂特别严重、 鱼$车的铁水 装入量少、处

7、理时间长而影响生产顺行等，应用情况不理想。日本住友金届鹿岛厂开发了 “住友碱精炼法”(SARP),其工艺过程为：铁水流入鱼雷车后，先喷吹烧结矿粉进行脱硅处理，用吸渣法排除渣后，喷入苏打粉脱 磷脱硫，处理后铁水P < 0.101 % , S < 0.1003 %。这种方法的效率高，生产低磷钢时精炼成本较低，但缺点是在处理过程中产生大量烟雾，钠的损失 大且会污染环境，没有得到大规模推广使用。2.3 国内外用转炉进行铁水脱磷预处理的工艺2.3.1由于在鱼雷车和铁水包中脱磷存在一些问题，许多厂家纷纷研究在转炉 内进行脱磷的预处理方法，最早的是日本神户制钢神户厂采用的 H炉，随后新 日铁、住

8、友、日本钢管也纷纷采用了这一技术。神户制钢的H炉铁水预处理，早在1983年，该厂的H炉铁水脱磷、脱硫预 处理就已投入使用。因为该厂的产品中，中、高碳钢的比例较大，转炉的脱磷负 荷大，采用H炉进行铁水脱磷、脱硫预处理可减少转炉的负担。如图1所示，处理过程分两步进行：首先在高炉出铁沟用喷吹法对铁水进行脱 硅处理，产生的脱硅渣用撇渣器去除；随后，脱硅的铁水被装入H炉内进行脱 磷、脱硫处理。脱磷时要喷吹石灰系渣料、同时顶吹氧气，脱磷后再用喷入苏打 灰系渣料的办法进行脱硫处理。经预处理的铁水再装入转炉内进行脱碳。用H炉进行铁水脱磷、脱硫处理具有如下特征：(1) 进行铁水预处理时H炉的形状比混铁车好，其反

9、应的效率高、反应速度快， 可在较短的时间内连续完成脱磷、脱硫处理；(2) 可以用块状生石灰和转炉渣代替部分脱磷渣；(3) 脱磷过程中添加部分铤矿，可提高脱磷效率，而且铁水中的铤含量也提高 了。2.3.2 住友金届的 SRP ( Simple RefiningProcess) 工艺为了满足用户对低磷钢日益增大的需求，降低一般钢冶炼时的成本，住友金届 鹿岛厂于1987年4月开始采用SRP简易精炼工艺来进行铁水预处理。在这种工艺中，两台复吹转炉中的一台作为脱磷炉，另一台作为脱碳炉。脱碳炉 产生的炉渣可作为脱磷炉的脱磷剂，从而减少石灰消耗，达到稳定而快速的精 炼效果。脱碳炉和脱磷炉的操作条件如表1所示

10、。SRP工艺具有如下特点 (1)复吹的脱磷炉可用廉价的脱磷剂进行快速处理，在10min的处理时间内， 可得到磷含量 0.102 %的低磷铁水； (2 )在底吹气体的流量为0.110.114Nm3/ t - min的条件下可溶化7 %的废 钢。最近，该厂在160t的脱磷炉上，将底吹气体的流量从0.114Nm3/ min - t 增加到0.135Nm3/ min - t。结果随底吹气体流量的增加，磷的分配比、石灰的 溶解度、铁的收得率提高，渣中(FeO)含量降低，从而可进一步提高脱磷速度、 减少渣量。(3) 脱碳炉采用脱磷铁水吹炼时，由于送氧速度和脱碳速度达到平衡，少渣吹 炼的条件下提高了铤的收得

11、率。即使不用添加焦炭的保温措施，终点时铤含量也 能达到0.17 %0.18 %;(4) 与常规工艺相比，用此工艺冶炼一般钢种时，石灰的用量可减少一半。据报道，住友金届新建的和歌山厂将于1999年7月投产，也采用SRP工艺。 该厂转炉为210t，年产钢340万t。在铁水包内用KR装置对铁水进行脱硫， 随后铁水装入脱磷炉内脱磷，此时铁水的温度低于脱碳炉的温度。脱磷后的铁水 再装入脱碳炉中进行脱碳。新的炼钢车间投产后，可生产磷含量仅0.1002 %的钢水，最低硫含量可达到 (510) X 10 - 4 % (钢水需经RH2PB喷粉脱硫处理)。国内包钢和北京钢铁研究总院合作，也在1992年进行过用转炉

12、进行中磷铁水 脱磷的工业性试验，结果化渣情况不太理想，目前仍在试验研究中。2.3.3 新日铁的LD2ORPT艺新日铁名古屋厂于1989年12月开始在转炉 内进行铁水的脱硅、脱磷、脱硫处理，处理铁水的比例达98咖上。该厂的处理 条件见表2 o处理分两步进行：脱磷脱硅剂使用Ca2CO3从转炉底部喷入铁水中，以增强搅 拌能力，促进脱磷。脱磷处理的时间约10min ;脱硫剂则用NaCO3复合CaO，时 间约7min，总体处理时间都在27min内。耐材方面，由于喷粉对耐材的破坏较 大，虽然也使用镁碳砖炉衬，但侵蚀严重。因此采用了添加尖晶石及SiC的镁碳砖，结果侵蚀速度从原先的0.124mm/炉 次降为0

13、.108mm/炉次。据报道，最早开发应用在鱼$车内进行铁水脱磷、脱硫 预处理的日本新日铁启津厂，现在已开始进行改造，将采用在铁水包内脱硫、在 转炉内脱磷，排渣后进行脱碳的工艺。新工艺将于明年 5月正式投产。和原用 的铁水预处理工艺相比，新工艺可提高废钢比、减少渣量和石灰消耗量，大幅度 降低生产成本。2.3.4 N KK福山厂的少渣冶炼技术为了使炼钢工艺合理化、提高生产效率、改善产品品质，该厂第3炼钢厂于1995 年3月将转炉改为脱碳、脱磷兼用炉。在高炉经过脱硅的铁水被送入转炉型的脱磷炉后，加入块状的渣料，在复吹的 条件下进行脱磷操作。加入的铁水经 12min处理,磷可从最初的01106 %降为

14、 01025 %。表3是用转炉进行铁水脱磷处理的操作条件。进一步的研究表明，低硅铁水脱磷时随炉渣碱度的上升化渣情况不稳定 ， 处理后磷的波动较大。采用改进添加石灰的方法促进化渣，可使处理后P <0102 %脱磷处理特有的泡沫渣现象要求出钢及排渣时需要一定的镇静时间。由 于用低硅铁水后渣量少，采取促进化渣的措施后脱磷处理的周期大幅度缩短 ， 可扩大处理的铁水量(达3040万t/月)，减少炼钢产生的渣量。韩国浦项公司的研究情况韩国浦项公司技术研究所也在300t和100t的复吹转炉上进行了铁水脱磷预处 理试验，研究了该过程中铁水成分的变化。根据研究结果，认为在浦项第二炼钢 厂采用TDS脱硫预处

15、理的情况下,适于在转炉内进行铁水脱磷预处理。经脱磷 后的铁水可用来生产P小于01004 %的超低磷钢。三脱磷预处理的特点及发展趋势(1) 与混铁车内或铁水包中进行的铁水预处理相比，在转炉内进行脱磷预处理 的优点是转炉的容积大、反应速度快、效率高、可节省造渣剂的用量，吹氧量较 大时也不易发生严重的喷溅现象，有利于生产超低磷钢，尤其是中高碳的超低 磷钢。(2) 在转炉内进行铁水预处理时脱磷剂有喷粉加入和直接加入两种方式。神户制钢的H炉和新日铁的LD2ORFT是用喷粉法加入，其优点是反应速度快，效率 高，缺点是需增设喷粉设备，原有设备需要作较大的改动。N KK福山厂和住友 的SRP直接将脱磷剂加入炉

16、内，利用较强的底吹搅拌，也能达到较好的脱磷效 果，但为了化渣良好，也采取了不少措施。(3) 面对用户对优质钢要求不断提高和转炉生产能力相对富余的情况，日本一 些企业利用转炉进行预处理脱磷，达到了较好的效果。新建的钢厂和部分老厂也 采用了这一技术，如日本住友金届和歌山厂、日本钢管福山厂、新日铁启津厂等。 目前国内也面临基本类似的情况，故在新建或改建铁水预处理脱磷装置的时候应考虑到这一发展趋势，并对此进行研究，结合自身的情况加以采用。从而达到 经济而高效地大批量生产低磷钢的目的，并减少生产普通钢时造渣料的消耗量。随着科学技术的发展以及用户对钢材质量要求越来越高，成品钢中磷的含量越来越低，如果没有铁水预处理脱磷，那么磷含量比较高的矿石就无法使用， 或者无 法冶炼磷含量较低的高规格的钢种。结合武汉地区附近有磷含量比较高的矿产资 源这一情况，武钢更应该抓紧铁水预处理脱磷技术的研发实施工作。这样做的好 处是可以充分利用现有的资源保存优质资源，减少使用从国外进口的高价矿石 量，这