第七章铁水预处理

1、 第八章第八章 铁水预处理铁水预处理钢铁生产的典型工艺（长流程）钢铁生产的典型工艺（长流程）8.18.1、铁水预处理的作用和效果铁水预处理的作用和效果8.28.2、铁水预脱硫工艺铁水预脱硫工艺8.38.3、铁水预脱硅工艺铁水预脱硅工艺8.48.4 、铁水预脱磷工艺铁水预脱磷工艺8.58.5 、铁水铁水“三脱三脱”工艺工艺主要内容主要内容8.1 8.1 铁水预处理的作用和效果铁水预处理的作用和效果u铁水预处理铁水预处理铁水在兑入炼钢炉之前，为除去某种有害铁水在兑入炼钢炉之前，为除去某种有害成分成分( 如如S、P、Si 等等)或提取或提取/回收某种有益成分回收某种有益成分(如如V、Nb 等等)的处

2、理过程。的处理过程。n分类分类 普通铁水预处理普通铁水预处理特殊铁水预处理特殊铁水预处理单一脱单一脱S脱脱Si，同时脱，同时脱P、S脱脱Cr、提、提V/Nb/Wp作用和效果作用和效果有效提高铁水质量有效提高铁水质量减轻炼钢负担减轻炼钢负担为优化炼钢工艺，提高钢材质量创造良好条件为优化炼钢工艺，提高钢材质量创造良好条件对特殊铁水预处理而言，可有效回收利用有益元素，实现综合利用。对特殊铁水预处理而言，可有效回收利用有益元素，实现综合利用。8.2 8.2 铁水预脱硫工艺铁水预脱硫工艺1、基本原理基本原理 炉外脱硫的基本原理与炉内脱硫相同。使用与硫的炉外脱硫的基本原理与炉内脱硫相同。使用与硫的亲合力亲

3、合力比铁与硫的亲合力大的元素或化合物，将硫化铁转变为更比铁与硫的亲合力大的元素或化合物，将硫化铁转变为更稳定的、极少溶解或完全不溶于铁液的硫化物；同时，创稳定的、极少溶解或完全不溶于铁液的硫化物；同时，创造良好的造良好的动力学条件动力学条件，加速铁水中硫向反应地区的扩散和，加速铁水中硫向反应地区的扩散和扩大脱硫剂与铁水之间的反应面积。扩大脱硫剂与铁水之间的反应面积。u 符合上述条件的典型脱硫剂有：苏打符合上述条件的典型脱硫剂有：苏打(Na2CO3)、 石灰石灰(CaO)、食盐、食盐(NaCl)、氰氨化钙、氰氨化钙(CaCN2)、镁、镁(Mg)、碳化、碳化钙钙(CaC2)等。它们可以单独使用，也

4、可以混合使用。等。它们可以单独使用，也可以混合使用。u 目前普遍使用的脱硫剂是碳化钙、石灰和镁。其反应为：目前普遍使用的脱硫剂是碳化钙、石灰和镁。其反应为： CaC2+S=CaS+2C石墨石墨 （1）8.2 8.2 铁水预脱硫工艺铁水预脱硫工艺63.922750%loglog3 75.55540%loglog2 28.619000%loglog)3()2(2)1(2TfSPaKMgSSMgTfSaaPaKCOCaSCSCaOTfSaaaKsMgMgSsCCaOCOCaSsCaCCCaS）（）（固气气固石墨固 按照实际条件，取按照实际条件，取aCaC2=aCaO=PMg=aCaS=aC=PCO=

5、1,在铁水温度在铁水温度分别为分别为1150、1250和和1550时，按式时，按式(1）、）、(2)和和(3)算出铁水算出铁水中硫的平衡含量见下表。中硫的平衡含量见下表。 脱硫剂脱硫剂铁水温度铁水温度/115012501550CaC2CaOMg2.310-83.310-31.210-71.610-71.710-31.210-61.210-53.510-42.510-4 不同温度下铁水中硫的平均含量不同温度下铁水中硫的平均含量/%uCaCCaC2 2是强的脱硫剂。其脱硫能力随温度是强的脱硫剂。其脱硫能力随温度升高而减弱升高而减弱，但在高，但在高温下也具有强的脱硫能力。温下也具有强的脱硫能力。u石

6、灰的脱硫能力较差，但随温度石灰的脱硫能力较差，但随温度升高而增强升高而增强。因此，用石灰。因此，用石灰脱硫时，应尽可能使铁水具有较高的温度。脱硫时，应尽可能使铁水具有较高的温度。u镁的脱硫能力强，但价格昂贵。镁脱硫时，反应激烈。一般镁的脱硫能力强，但价格昂贵。镁脱硫时，反应激烈。一般将镁粉渗入焦炭孔隙中制成镁焦，或与石灰制成混合物使用。将镁粉渗入焦炭孔隙中制成镁焦，或与石灰制成混合物使用。 2、铁水预脱硫方法 铁水炉外脱硫的效果，不仅决定于脱硫反应的热力学条件铁水炉外脱硫的效果，不仅决定于脱硫反应的热力学条件，反应的动力学条件也非常重要。为了改善反应的动力学，反应的动力学条件也非常重要。为了改

7、善反应的动力学条件，除要求适当高的铁水温度以加速扩散，适当细小的条件，除要求适当高的铁水温度以加速扩散，适当细小的脱硫剂粒度以扩大反应面积，利用脱硫剂脱硫剂粒度以扩大反应面积，利用脱硫剂(如如Na2CO3、CaCO3)本身放出气体加强搅拌，和采用催化剂本身放出气体加强搅拌，和采用催化剂(如铝粉、如铝粉、萤石粉等萤石粉等)外，更重要的是采用强制搅拌的方法。根据搅拌外，更重要的是采用强制搅拌的方法。根据搅拌方式不同大体可分为三类：方式不同大体可分为三类： 1.铁流搅拌法；铁流搅拌法； 2.机械搅拌法；机械搅拌法； 3.喷吹气体搅拌法喷吹气体搅拌法8.2 8.2 铁水预脱硫工艺铁水预脱硫工艺铁流搅拌

8、法铁流搅拌法 靠铁水流的冲击使铁水与脱硫剂搅拌混合。此法的脱靠铁水流的冲击使铁水与脱硫剂搅拌混合。此法的脱硫剂多用硫剂多用苏打粉或苏打粉与石灰粉和萤石粉的混合物苏打粉或苏打粉与石灰粉和萤石粉的混合物。把脱硫剂加入高炉出铁槽中，或加入高炉、混铁炉或混把脱硫剂加入高炉出铁槽中，或加入高炉、混铁炉或混铁车的铁水包中。铁车的铁水包中。u 优点是设备和操作都很简单；优点是设备和操作都很简单；u 缺点是铁流搅拌的作用不足以使铁水与脱硫剂充分混合缺点是铁流搅拌的作用不足以使铁水与脱硫剂充分混合，因而脱硫效率低，而且不稳定。，因而脱硫效率低，而且不稳定。 现代化的钢铁企业都不采用此法。但在设备简陋、铁现代化的

9、钢铁企业都不采用此法。但在设备简陋、铁水含硫又高的小钢铁厂，还经常被采用水含硫又高的小钢铁厂，还经常被采用。 机械搅拌法 靠旋转沉入铁水中的搅拌器或转动盛铁水的容器使铁水靠旋转沉入铁水中的搅拌器或转动盛铁水的容器使铁水与脱硫剂搅拌混合。与脱硫剂搅拌混合。 采用搅拌器和采用转动容器机械搅拌法，均可控制铁水采用搅拌器和采用转动容器机械搅拌法，均可控制铁水与脱硫剂的搅拌时间和搅拌强度，用与脱硫剂的搅拌时间和搅拌强度，用CaC2作脱硫剂能得到作脱硫剂能得到90%的脱硫效率的脱硫效率(单向摇包法搅拌混合较差，脱硫率比双向单向摇包法搅拌混合较差，脱硫率比双向摇包法约低摇包法约低10)，可以把铁水中的硫稳定

10、地降低到，可以把铁水中的硫稳定地降低到0.010。 武钢旋转实心搅拌器的武钢旋转实心搅拌器的KR机械搅拌法，铁水的含硫量机械搅拌法，铁水的含硫量可从可从0.06%降低到降低到0.005。实践证明，此类脱硫设备可以用。实践证明，此类脱硫设备可以用价廉的石灰进行有效的脱硫。设备最简单，脱硫效率高。价廉的石灰进行有效的脱硫。设备最简单，脱硫效率高。 转动容器的回转炉法和摇包法，由于设备复杂，维修费用高转动容器的回转炉法和摇包法，由于设备复杂，维修费用高和难于大型化，发展前途不大。和难于大型化，发展前途不大。搅拌器法转动容器的机械搅拌法 单向摇包法单向摇包法 双向摇包法双向摇包法喷吹气体搅拌法喷吹气体

11、搅拌法u 把氮气、氩气、天然气或压缩空气吹入铁水，使把氮气、氩气、天然气或压缩空气吹入铁水，使铁水与脱硫剂搅拌混合，图示。铁水与脱硫剂搅拌混合，图示。u 气体可以从铁水的上部或底部吹入；脱硫剂可以气体可以从铁水的上部或底部吹入；脱硫剂可以直接加到铁水面上，也可以随气体喷入铁水。此直接加到铁水面上，也可以随气体喷入铁水。此法兼有操作灵活，易于控制，脱硫效率高和设备法兼有操作灵活，易于控制，脱硫效率高和设备简单，几乎不受容量限制的优点，是很有前途的简单，几乎不受容量限制的优点，是很有前途的方法。方法。n 各种脱硫方法的工艺特点虽各不相同，但在任何各种脱硫方法的工艺特点虽各不相同，但在任何炉外脱硫方

12、法中都必须尽可能不让高炉渣进入铁炉外脱硫方法中都必须尽可能不让高炉渣进入铁水包，和在脱硫后不让含硫炉渣进入转炉。为实水包，和在脱硫后不让含硫炉渣进入转炉。为实现这项要求，应该使扒渣机械化。现这项要求，应该使扒渣机械化。喷吹气体搅拌法铁水炉外脱硫喷吹气体搅拌法铁水炉外脱硫用气体携带脱硫剂向混铁车的铁水中喷吹用气体携带脱硫剂向混铁车的铁水中喷吹喷吹气体搅拌法铁水炉外脱硫喷吹气体搅拌法铁水炉外脱硫 由铁水包的上部由铁水包的上部加脱硫剂，下部通加脱硫剂，下部通入气体搅拌。入气体搅拌。镁脱硫方法目前国内普镁脱硫方法目前国内普遍应用的方式有：单喷遍应用的方式有：单喷颗粒镁、颗粒镁、CaO-Mg复合复合喷吹

13、、喷吹、CaC2-Mg复合喷复合喷吹，这几种方法均具有吹，这几种方法均具有生产生产S0.005%铁水的铁水的深脱硫能力。深脱硫能力。3、铁水预脱硫的优点、铁水预脱硫的优点铁水中铁水中C、Si较高，较高，fs，硫反应能力提高；，硫反应能力提高；铁水中铁水中O较低，较低，Ls，脱硫效率高；，脱硫效率高；搅拌充分，脱硫剂利用率高，脱硫速度快；搅拌充分，脱硫剂利用率高，脱硫速度快； 铁水脱硫费用低；铁水脱硫费用低；铁水脱硫可提高炼铁炼钢的生产能力、节约工序铁水脱硫可提高炼铁炼钢的生产能力、节约工序能源、降低成本。能源、降低成本。 实际脱硫过程实际脱硫过程扒渣过程扒渣过程8.2 8.2 铁水预脱硫工艺铁

14、水预脱硫工艺 4、提高铁水脱硫效果的措施提高铁水脱硫效果的措施u热力学条件热力学条件lfs（C、Si）；）；l降低氧位，即降低氧位，即O、（、（O2）（加入铝）（加入铝）l脱硫剂用量脱硫剂用量（同时生产费用（同时生产费用）；）；l控制好温度控制好温度u动力学条件动力学条件 l根据铁水条件及钢种要求，选择适当主脱硫剂。根据铁水条件及钢种要求，选择适当主脱硫剂。l即要满足脱硫要求，又要尽量降低脱硫成本且操作方便。即要满足脱硫要求，又要尽量降低脱硫成本且操作方便。l脱硫要求一般时（轻脱硫），脱硫剂组成以石灰粉为主；脱硫要求一般时（轻脱硫），脱硫剂组成以石灰粉为主；l生产低硫生铁时，以电石粉为主（深脱

15、硫）。生产低硫生铁时，以电石粉为主（深脱硫）。8.2 8.2 铁水预脱硫工艺铁水预脱硫工艺各种脱硫方法比较各种脱硫方法比较比较项目比较项目 铁水预脱硫铁水预脱硫 高炉高炉 （顶吹）（顶吹） 转炉转炉 电炉电炉( (还原期还原期) ) 炉外精炼炉外精炼气氛气氛 还原还原氧化氧化还原还原C、Si 较高较高 较高较高fs 34（生铁）（生铁） 1（钢）（钢） O较低较低 较低较低温度温度较高较高 动力学条件动力学条件（搅拌）（搅拌） 较好较好 + 较差较差 + 一般一般 + 一般一般 + 最好最好 + Ls 400500 3040 58 5080 1000 费用比较费用比较12616.96.1铁水喷

16、镁脱硫预处理铁水喷镁脱硫预处理o 应用：应用：n 中国普遍采用；中国普遍采用；n 日、韩不采用；日、韩不采用；n 欧洲少量采用。欧洲少量采用。o 优点：优点：n 脱硫效率高；脱硫效率高；n 脱硫剂耗量低；脱硫剂耗量低；n 温降小。温降小。o 缺点：缺点：n 扒渣难；扒渣难；n 转炉回硫量大。转炉回硫量大。一些新建钢厂采用一些新建钢厂采用KRKR铁水脱硫铁水脱硫o 采用采用CaO-CaF2-CaC2系脱硫剂；系脱硫剂；o 脱硫剂作用时间长；脱硫剂作用时间长；o 大约大约12min脱硫反脱硫反应可基本达到平衡；应可基本达到平衡；o 脱硫处理时间较喷粉脱硫处理时间较喷粉工艺缩短工艺缩短5min；o

17、脱硫效率提高脱硫效率提高2035左右。左右。T. Ueki, et al., The 10th Japan-China Symposium on Science and Technology of Iron and Steel, 2004, p116KRKR脱硫与喷粉脱硫的比较脱硫与喷粉脱硫的比较岩田勝吉，转炉炼钢节能技术研讨会，中国钢铁工业协会，岩田勝吉，转炉炼钢节能技术研讨会，中国钢铁工业协会，2005年年6月，莱芜月，莱芜KRKR脱硫与喷粉脱硫的比较脱硫与喷粉脱硫的比较T. Ueki, et al., The 10th Japan-China Symposium on Science a

18、nd Technology of Iron and Steel, 2004, p1168.3 8.3 铁水预脱硅工艺铁水预脱硅工艺u 铁水预脱硅技术是基于铁水预脱磷技术而发展起来的。铁水预脱硅技术是基于铁水预脱磷技术而发展起来的。u 铁水中硅的氧势比磷的氧势低得多，当脱磷过程加入氧化铁水中硅的氧势比磷的氧势低得多，当脱磷过程加入氧化剂后，硅与氧的结合能力远远大于磷与氧的结合能力，所剂后，硅与氧的结合能力远远大于磷与氧的结合能力，所以硅比磷优先氧化。以硅比磷优先氧化。1 1、铁水预脱硅基本原理、铁水预脱硅基本原理l 铁水中的硅与氧有很强的亲和力，因此硅很容易与氧反应铁水中的硅与氧有很强的亲和力，

19、因此硅很容易与氧反应而被氧化去除。而被氧化去除。l 常用的铁水脱硅剂均为氧化剂常用的铁水脱硅剂均为氧化剂，主要有：，主要有：固体氧化剂固体氧化剂，如高碱度烧结矿、氧化铁皮、铁矿石、铁锰，如高碱度烧结矿、氧化铁皮、铁矿石、铁锰矿、烧结粉尘；矿、烧结粉尘；气体氧化剂气体氧化剂，如氧气或空气。，如氧气或空气。0.000.050.100.150.200.250.300.000.050.100.150.200.25 脱磷速率常数/min脱磷速率常数/min-1-1Si/%Si/% 脱磷前必须脱磷前必须优先将铁水硅氧优先将铁水硅氧化到远远低于高化到远远低于高炉铁水硅含量的炉铁水硅含量的0.15%0.15%

20、以下，磷以下，磷才能被迅速氧化才能被迅速氧化去除。去除。 硅含量与脱磷速率常数的关系图硅含量与脱磷速率常数的关系图 为了减少脱磷剂用量、提高脱磷效率，开发了铁水预脱硅为了减少脱磷剂用量、提高脱磷效率，开发了铁水预脱硅技术。技术。1 1、铁水预脱硅基本原理、铁水预脱硅基本原理8 .3 8 .3 铁水预脱硅工艺铁水预脱硅工艺铁水预脱硅主要有铁水预脱硅主要有三种方法；三种方法； 高炉出铁沟脱硅高炉出铁沟脱硅 ； 鱼雷罐车或铁水罐中喷射脱硅剂脱硅鱼雷罐车或铁水罐中喷射脱硅剂脱硅； “两段式两段式”脱硅，即为前两种方法的结合，脱硅，即为前两种方法的结合，先在铁水沟内加脱硅剂脱硅，然后在鱼雷罐车或铁先在铁

21、水沟内加脱硅剂脱硅，然后在鱼雷罐车或铁水罐中喷吹脱硅。水罐中喷吹脱硅。 2 2、铁水预脱硅方法及其选、铁水预脱硅方法及其选择择8 .3 8 .3 铁水预脱硅工艺铁水预脱硅工艺高炉出铁沟脱硅高炉出铁沟脱硅 优点优点：脱硅不占用：脱硅不占用时间，能大量处理，时间，能大量处理，温降小，时间短，温降小，时间短，渣铁分离方便。渣铁分离方便。缺点缺点：用于脱硅反：用于脱硅反应的氧的利用率低应的氧的利用率低和工作条件较差。和工作条件较差。铁水罐中喷射脱硅剂脱硅铁水罐中喷射脱硅剂脱硅 特点特点：工作：工作条件好，处理能条件好，处理能力大，脱硅效率力大，脱硅效率高且稳定。高且稳定。 缺点缺点：占用时：占用时间长

22、，温降较大。间长，温降较大。“两段式两段式”脱硅法脱硅法 当铁水含硅量低于当铁水含硅量低于0.4%0.4%时，可采用铁水沟脱硅时，可采用铁水沟脱硅法。当硅含量大于法。当硅含量大于0.4%0.4%时，脱硅剂用量增大，泡时，脱硅剂用量增大，泡沫渣严重，适宜采用脱硅效率高的喷吹法或两段沫渣严重，适宜采用脱硅效率高的喷吹法或两段法。法。若炼钢厂扒渣能力不足，应采用两段脱硅法，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。利用挡渣器分离渣铁。日本新日铁某厂在高炉出铁沟和日本新日铁某厂在高炉出铁沟和300t300t鱼雷罐车鱼雷罐车上采用两段法进行脱硅处理，处理后硅含量可以上采用两段法进行脱硅

23、处理，处理后硅含量可以达到达到0.12%0.12%。8 .4 8 .4 铁水预脱磷工艺铁水预脱磷工艺o 高强度、高韧性、高抗应力腐蚀性高强度、高韧性、高抗应力腐蚀性能钢种需求量的不断能钢种需求量的不断增加；增加；o 为了降低氧气转炉钢的生产成本和实行少渣炼钢，也要为了降低氧气转炉钢的生产成本和实行少渣炼钢，也要求铁水磷含量小于求铁水磷含量小于0.015%0.015%。1 1、铁水预脱磷的基本原理铁水预脱磷的基本原理l 铁水中的磷首先氧化成铁水中的磷首先氧化成P P2 2O O5 5，然后与强碱性氧化物结合，然后与强碱性氧化物结合成稳定的磷酸盐而去除。成稳定的磷酸盐而去除。l 在铁水预脱磷过程中

24、，首先要有适当的氧化剂将溶解于在铁水预脱磷过程中，首先要有适当的氧化剂将溶解于铁水中的磷氧化，然后采用强有力的固定剂，使被氧化铁水中的磷氧化，然后采用强有力的固定剂，使被氧化的磷牢固地结合在炉渣中。的磷牢固地结合在炉渣中。 在高炉出铁沟或出铁槽内进行脱磷在高炉出铁沟或出铁槽内进行脱磷 在铁水包或鱼雷罐车中进行预脱磷在铁水包或鱼雷罐车中进行预脱磷 在专用转炉内进行铁水预脱磷在专用转炉内进行铁水预脱磷 与鱼雷罐车内或铁水包内进行的铁水预处理脱磷与鱼雷罐车内或铁水包内进行的铁水预处理脱磷相比，在转炉内进行铁水脱磷预处理的优点是转炉的相比，在转炉内进行铁水脱磷预处理的优点是转炉的容积大、反应速度快、效

25、率高、可节省造渣剂的用量容积大、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溢渣现象，有利于，吹氧量较大时也不易发生严重的溢渣现象，有利于生产超低磷钢，尤其是中高碳的超低磷钢。生产超低磷钢，尤其是中高碳的超低磷钢。2 2、铁水预脱磷方法、铁水预脱磷方法8 .4 8 .4 铁水预脱磷工艺铁水预脱磷工艺在氧化性条件下，渣铁间的磷硫分配比可表示为在氧化性条件下，渣铁间的磷硫分配比可表示为：3、铁水同时脱硫脱磷、铁水同时脱硫脱磷OPPPalg25flgClgP%)P(%lgLlgOSSSalgflgClgS%)S(%lgLlg 在温度和铁水成分一定时，选择磷容量在温度和铁水成分一定时，选择磷容量C CP P和硫容量和硫容量C CS S较大较大的渣系，就能得到较大的的渣系，就能得到较大的L LP P和和L LS S值，实现同时脱磷脱硫。值，实现同时脱磷脱硫。 在一定渣系条件下，可以通过控制熔渣在一定渣系条件下，可以通过控制熔渣铁水界面的氧位铁水界面的氧位来调节来调节L LP P和和L LS S值的大小，即增大氧位能增大值的