铁水预处理技术的现状及发展程常桂(武钢金属回收公司)

铁水预处理技术的现状及发展武汉科技大学冶金工程系程常桂12内容提要概述铁水预处理的发展概况铁水预处理的冶金原理铁水预处理的方法及设备典型铁水预处理工艺31概述1.1基本定义铁水预处理是指铁水进入炼钢炉之前，为脱硫、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，如脱铬、脱锰以及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、提铬等预处理过程。铁水预处理技术其基本目标就是必须将进入转炉的铁水[S]、[P]含量脱至成品钢种水平，达到转炉冶炼后获得低磷、低硫钢水，然后通过炉外精炼获得超纯净度的钢液，也只有这样才能发挥出铁水预处理技术的作用和经济效益。4实际生产过程中，铁水预处理分为深脱和浅脱。一般来说，炼钢用的铁水在预处理前，[S]：0.02％～0.07%;[P]：0.08%～0.20％;[Si]:0.30％～1.25%。对脱硫而言：浅脱硫后为：[S]≤0.010％。深脱后的硫含量为：[S]≤0.005％，最好时可达[S]≤0.002％。5对脱磷而言，深脱后的磷含量为：[P]≤0.01％;浅脱后的磷含量一般为[P]≤0.05％。脱硅主要是满足脱磷的要求。铁水预处理之后，硅的含量为：0.10～0.15％。一般钢种采用浅脱，优质钢则采用深脱的处理方式。6铁水预处理对改进转炉操作指标及提高钢的质量有着十分重要的作用。经过近几十年的发展，铁水预处理工艺已成为完善和优化整个钢铁生产、工艺流程、确保节能降耗、达到优质高效目标的不可缺少的工艺环节；是大批量生产高纯度钢、降低普碳钢生产成本，实现转炉少渣吹炼的关键性技术。已成为生产低磷、低硫优质钢、纯净钢必不可少的经济工序。7随着对钢材的超纯度、高强度、长寿命、良好的低温韧性、冷成型性和焊接性能的更高要求，钢材的纯度、均匀度和晶粒细化度进一步提高，铁水预处理已向深度脱硫、深度脱磷方向发展。目前，国外钢厂一般均采用100%铁水脱硫预处理，先进的产钢国家，如日本，铁水“三脱”(脱Si、P、S)预处理比已超过90%。2002年我国铁水预处理比为26.3%。为进一步提高钢材质量，我国十一五规划要求铁水脱硫比≥60％。81.2铁水预脱硫的意义及技术优势1.2.1脱硫的意义除易切削钢外，硫作为有害元素必须在冶炼过程中去除。为了避免连铸板坯产生内部裂纹和得到良好的表面质量，要求普通钢中的含硫量小于0.02％；为了使结构钢具有均匀的机械性能（即减少各向异性），要求钢中的硫含量小于0.01%；为了使石油和天然气输送管道、石油精炼设备用钢、海上采油平台用钢、低温用钢、厚船板钢和航空用钢等具有抗氧致裂纹性能、更均匀的机械性能和更高的冲击韧性，硅钢具有良好的导磁性，薄板钢具有优良的深冲击性能等，要求钢中的硫含量小于0.005％（甚至小于0.002%～0.001％）。9靠传统的高炉、转炉脱硫己难以满足用户对钢的含硫量日趋严格的要求。转炉炼钢过程是个氧化过程，转炉由于炉内冶炼过程热力学条件的制约，脱硫率低，一般仅为30％左右。要求以低硫含量钢水为条件的连铸技术的迅速发展，使得目前大多数钢种都要求平均含硫量在0.015％以下，对某些超纯净钢硫的含量要求降到0.001％。传统的高炉－转炉工艺难以满足连铸工艺发展的需要。高炉脱硫比转炉脱硫容易，但高炉脱硫必须提高渣碱度，从而增加焦比，同时因低硫原料的日益匮乏及价格的不利变化，使得高炉脱硫在经济上的优势己荡然无存。10为适当放宽高炉生产的铁水含硫量和转炉的少渣吹炼，能给高炉减轻负担，降低焦比，较少渣量，提高生产能力、降低钢铁生产的综合成本。由于已有的低硫原料和燃料的来源会逐渐减少，铁水中的硫含量可能要相应的提高，为此，铁水预脱硫处理就显得格外重要，这也使炉外脱硫工艺得到迅速发展。111.2.2铁水预脱硫的技术优势为保证钢的质量，必须在炉外对铁水进行脱硫预处理。铁水炉外脱硫工艺在经济上和技术上是合理的和可行的，主要原因在于以下几方面：（1）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，稀土等金属及其合金时，不会发生大量的烧损，以致影响脱硫反应进行。（2）铁水中的碳和硅等能大大提高硫在铁水中的活度系数，致使硫较容易脱到低水平。铁水中的氧含量较低，硫的分配系数相应有所提高，有利于脱硫。铁水处理温度较低，对处理装置的寿命有益。12（3）铁水炉外脱硫可以在鱼雷车、铁水罐中进行，也可以在铁槽中进行，这样可减少处理投资。（4）在铁水预脱硫的过程中铁水成分的变化，比炼钢和钢水处理中钢水成分的变化对最终钢种影响小。（5）铁水硫含量可以降低到超低含量，有利于转炉冶炼优质钢和合金钢，扩大冶炼品种，生产出具有高附值的优质钢材。（6）能保证炼钢吃精料，降低转炉炼钢生产成本，提高生产率；蒂森公司研究表明，在铁水含硫量为0.06%和钢中含硫量为0.018%的条件下，如果将铁水中的含硫量从0.025%降低到0.017%，可以使转炉炉渣碱度从4降到3，石灰的消耗量减少20kg/t铁，渣量减少25kg/t，铁的收得率提高0.6%。13（7）解放高炉生产能力，高炉脱硫负担减轻，可降低炉渣碱度，减少渣量，减轻碱金属的危害，有利于冶炼低硅铁，使高炉稳定顺行，降低焦比，提高作业率，高炉每降低铁水中0.001%的含硫量，需增加焦比2～3kg/t；而进行炉外脱硫，可以降低焦比30-40kg/t，产量提高5%～8%。（8）可以有效地提高铁、钢、材系统的综合效益。硫、磷是决定连铸坯质量的关键因素，铁水预处理是目前实现全连铸、近终形连铸连轧和热装热送新工艺的最经济的、最可靠的技术保障。141.3铁水预脱磷的意义及优势1.3.1铁水预脱磷的意义磷是绝大多数钢种中的有害元素，容易在晶界偏析，造成钢材“冷脆”，显著降低钢材的冲击韧性，因此，脱磷问题在钢铁冶炼中占有重要的地位。一般钢种都要求尽量降低磷含量。为了降低氧气转炉钢的生产成本、减轻转炉的冶金负荷、解决含磷转炉渣的存放问题，减少渣量，逐渐向少渣、无渣冶炼的方向发展，希望最后能够开发一种使转炉成为单一脱碳炉的工艺流程。对于少渣炼钢工艺，要求铁水磷含量<0.015%。15随着连铸比和炉外精炼比的增加，需要提高出钢温度而使转炉吹炼过程脱磷负荷增大，采用铁水预处理脱磷可以解决这个问题。铁水预脱磷可以解决低磷钢[P]<0.01%和极低磷钢[P]<0.005%的限制。以满足低温用钢、海洋用钢、抗氢致裂纹钢和部分厚板用钢等冶炼工艺的需要，在这些钢种中，除了要求极低的硫含量以外，也要求钢中的磷含量<0.01%或0.005%。对于高级优质钢、不锈钢和高级合金钢需求量也日益增加，铁水预脱磷可以满足这一需要。因为单纯用转炉现流程脱磷要达到超低磷的水平是非常困难的。为了转炉渣的回收利用，从节能和环保的角度考虑，希望将钢渣全部回收利用。在转炉内脱磷，金属中的磷大部进入钢渣，这样的钢渣返回高炉势必造成金属中的磷越来越高，实现铁水预处理脱磷可以解决这个问题。16冶金资源的可持续利用和改善炼钢工艺的需要。我国有相当一部分含磷较高的铁矿，开展铁水炉外喷粉脱磷更具有特殊意义。随着高磷矿的开发利用，生铁中的磷含量有升高的趋势。而在高炉生产条件下，磷酸盐中的磷几乎全部被还原进入金属；炼铁操作对金属中的磷含量不能作任何控制，生铁磷含量完全取决于所用原料的磷含量。这些因素要求充分发展和应用铁水脱磷预处理技术。171.3.2铁水预脱磷的技术优势炼钢脱磷通常采用氧化法工艺；出钢时往往会造成回磷。因此，稳定生产[%P]≤0.015％的低磷钢，对低碳钢冶炼也是很困难的。而生产中、高碳钢，由于钢水氧化性弱，在转炉内很难实现有效脱磷。与传统转炉脱磷工艺相比，采用铁水预脱磷技术具有以下技术优势：（1）低温碳饱和的铁水的脱磷，从热力学上来分析，比之于钢水脱磷，不但低温条件对脱磷有利，而且碳饱和的条件也是有利于的，因为根据理论计算，由于碳、磷在铁水中的相互作用，碳使磷的活度增加，增加了碳饱和铁水的脱磷的可能性。18（2）利用喷粉冶金技术更容易实现连续可控地供料，可以加大渣一金间接触面积，加快传输反应，防止烟尘损失，充分发挥了粉剂脱磷能力，使脱磷更有效。（3）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，铁水炉外喷粉脱磷工艺较转炉脱磷更为经济。（4）锰的氧化损失很小；金属中氮含量不高；含磷的夹杂物很少。19（5）铁水磷含量可以降到超低含量，有利于转炉冶炼优质钢和合金钢，有利于钢铁产品升级换代，生产出具有高附加值的优质钢材。（6）采用该项技术可以连续经济地实现深脱磷、为企业增加新品种和提高产品质量准备了条件；而且可减轻转炉炼钢生产的负荷，有利于连铸生产顺行，这无疑优化了企业的生产工艺结构、增强了自身竞争能力。（7）采用铁水炉外喷粉脱磷降低钢中含磷量，对其成型性能、机械性能、加工性能等都有明显的改善，可以给化工设备、远洋轮船、海上采油平台、输油(气)管等提供大量的高级优质钢材。（8）由于我国原料条件较差，采用铁水炉外喷粉脱磷是优化现有流程和提高经济效益的一项重要措施。201.4铁水预脱硅的意义及优势1.4.1铁水预脱硅的意义铁水预处理脱硅是随着生产高纯钢而发展起来的。在钢铁生产蒸蒸日上时，铁水中的硅是一种很重要的热源，可增加废钢比，这样每吨铁水就可以生产尽可能多的粗钢。但受第二次石油危机及随后长时间市场经济萧条的影响，追求低成本高品质的钢铁产品，不得不为了脱磷而必须先脱硅。因为，所有的铁水预处理脱磷试验都表明，铁水中的硅含量高的时候会使脱磷剂消耗增加，脱磷率下降；降低脱磷前的铁水硅含量，可极大提高脱磷用石灰利用率，有可能把炼钢过程的总渣量降低到极限。为此，应在脱磷处理前有一道预脱硅处理工序。21在普通的LD转炉炼钢工艺中，因铁水中的[Si]很容易被氧气或氧化铁渣除去，脱硅本身几乎不需要消耗任何熔剂，但由于铁水硅含量高，将产生大量的SiO2，与此相应，必须用大量的熔剂来获得足够高的碱度，以满足有效脱磷的需要。于是，开发了铁水脱硅的方法和少渣炼钢工艺，采用的结果是使熔剂(主要是石灰)和渣量大幅度降低，转炉炼钢工艺也进一步稳定。22另一方面，虽然转炉本身已经取得了明显的技术进步，但仅仅靠转炉来满足高质量和低成本的要求，显然是不可能的。这就要求将转炉的功能加以分散，将其某些功能(如脱磷、脱硫)转移到转炉以外。例如，铁水预处理工艺、钢包炉外精炼工艺。这也是当前铁水预处理脱硅工艺得以发展的一条重要原因，使得以铁水脱硅为中心的全面铁水预处理技术迅速发展，这对开发新钢种、冶炼纯净钢、提高转炉生产能力、降低成本具有重要意义。231.4.2铁水预脱硅的技术优势相对于炼钢过程中的脱硅而言，铁水预脱硅处理的主要技术优势体现在以下几点：（1）减少转炉渣量。（2）为铁水炉外脱磷创造有利条件。日本的有关研究表明，为了化渣和保障出钢温度，转炉冶炼过程中有0.3%的Si就足够了。超出的Si含量则是有害的，会导致转炉技术经济指标的恶化。此外，为了提高脱磷效率，一般要求铁水中的Si含量≤0.15％。因此，各国均大力开发铁水预脱硅技术。24（3）研究表明，进行预处理脱磷必然先脱硅，碳也会有一定程度的降低。这样虽然会造成热量减少．但由于可以少渣炼钢，用于化渣的热量也减少，两者几乎可以相抵。少渣炼钢可以多回收锰，降低铁损，主要的造渣料大幅度降低。（4）铁水预脱硅对于有利于钒渣品位的提高。这种影响主要在于:Si对钒氧化的抑制；Si氧化成渣对钒渣的“稀释”；Si氧化放热使提钒所需的低温熔池环境时间缩短；铁水Si偏高(≥0．15％)时，渣态过稀，使出钢过程中钒渣的流失增加。252铁水预处理发展概况2.1国外铁水预脱硫发展概况铁水预处理工艺始于铁水炉外脱硫，作为避免出现号外铁的补救措施而用于生产。1877年英伊顿(A.E.Eaton)和贝克用苏打在高炉铁水沟铺撒脱硫，以处理不合格生铁。20世纪初，人们主要致力于炼钢工艺的开拓和改进，铁水预处理技术发展曾一度迟缓。1927年，美拜尔斯公司在化铁炉铁水罐中加苏打脱硫。1947年，瑞典人卡林用石灰粉在卧式回转炉中脱硫。1959年瑞典人Eketop和Kaling在3t摇包上同CaC2脱硫。这些工艺方法因效率差，温降大、炉衬寿命低等原因多被淘汰，但对脱硫剂的选择和使用积累了初步经验。2620世纪60年代，随着炼钢工艺的不断完善和材料工业对钢铁产品质量的严格要求，铁水预处理得到了迅速发展，1962年，日本钢管公司和住友公司用机械搅拌法（KR法）脱硫。1968年，德国蒂森公司用95t吹气搅拌法（Demag－Ostberg法）脱硫。铁水预处理逐步形成为钢铁冶金的必要环节。与此同时，不断发展了铁水预处理过程提钒、提铌、提钨、提铬等技术，铁水预处理也成为钢铁冶金中综合利用的一个手段。2720世纪70年代以来，氧气代替平炉炼钢，因平炉炉气中硫对钢水的影响被消除，进入转炉的铁水含硫量直接影响着钢的含硫量，同时喷射冶金技术迅速发展，使铁水喷吹法投入使用，主要有原西德Thyssen的ATH(斜插喷枪)法和新日铁的TDS(顶喷)法。这期间世界各大钢铁公司纷纷建成了专用的铁水脱硫站，建站位置多选用在高炉和转炉之间的运输线上，使用原来的铁水罐和鱼雷罐车进行脱硫。美国各厂盛行镁焦法和其它镁系脱硫法，但焦炭压入铁水脱硫法因加入量无调节余地后来改为喷吹法。2820世纪80年代后期，由于炼钢工艺的发展，要求铁水带入的化学热减少，允许铁水含硅量降低至0.3％左右，从而减少炼钢渣量。新钢种的开发和纯净钢的需求增加，使在有脱硫工艺的基础上进一步开发了深脱硫工艺，同时也发展了脱硅和同时脱磷、脱硫。近几年，俄罗斯又开发了喂丝法，喂丝法是将炉外精炼的喂丝法移植到铁水脱硫中来的，主要用于镁基脱硫剂，一方面可避免爆炸式的脱硫反应造成的喷溅，一方面可提高在铁水罐内脱硫效率。其思路之一是改善其动力学条件，缩短扩散路径，改善限制性环节。292.2国内铁水预脱硫发展概况我国的铁水预处理经过了一个缓慢的发展过程，在20世纪50年代初期就开始用苏打铺撒法处理高硫铁水，但由于我国从平炉改造到转炉炼钢比较晚,铁水炉外脱硫到70年代才逐渐发展起来。我国武钢1976年引进KR法脱硫装置开始，我国铁水预处理技术得到一定发展。1985年宝钢引进TDS（鱼雷罐车顶喷粉脱硫法），同期，天钢、宣钢、攀钢、酒钢、鞍钢等厂先后由我国自行设计建成脱硫站。1988年太钢引进铁水脱硅脱磷脱硫三脱技术，建成铁水预处理站。301998年宝钢一炼钢从美国引进CaO＋Mg粉复合喷吹脱硫技术，宝钢二炼钢从日本川崎引进铁水三脱技术。1999年鞍钢二炼钢从美国引进石灰镁粉复合喷吹技术，建成脱硫站。至今为止，大多数大中型钢铁企业均已建立了铁水喷吹预脱硫站，采用的铁水脱硫剂则主要以石灰系、电石系为主，近来开始使用镁系脱硫剂。目前，我国多数大中型钢铁企业基本已具备或正在加速配备铁水预处理设备，少数重点企业(宝钢、武钢、太钢、等)已成功开发出基于铁水预脱硫或三脱的纯净钢生产新工艺。31据统计，2001年，铁水预处理量达到3200万吨，预处理比例达到26.1%；预计到2005年，铁水预处理量将超过6800万吨，预处理比例达到50%。宝钢已基本实现全量铁水脱硫预处理和部分铁水“三脱”预处理，武钢、攀钢、鞍钢和包钢铁水预处理比例也超过了50%。经过多年的实践，通过引进国外先进技术，同时结合国内特点不断改进、优化和自主开发新工艺，国内不少钢厂已经达到了国际先进水平。如武钢二炼钢引入KR法脱硫工艺，经过多年实践，在粉剂消耗、搅拌头寿命、处理温降和处理成本等方面均已领先于国外同类钢厂。322.3国内外铁水预脱磷发展概况铁水中磷的去除是随着炼钢工艺和设备的发展变化而变化的。早在1847年，英国人赛尔(Thiel)等用一座平炉进行预处理铁水，脱硅、脱磷后在另一座平炉中炼钢，比两座平炉同时炼钢效率成倍提高。20世纪70年代，日本冶金工作者在用苏打(Na2CO3)脱硫的同时，发现苏打配以适量的氧化剂(固氧和气体02)，不仅具有很强的脱硫能力，而且具有很强的脱磷能力，从而掀起了铁水同时脱磷脱硫研究的高潮，以致有人预言“苏打冶金”(或“钠冶金”)将会盛行。但是，由于苏打灰成本高、气化损失严重以及对耐材的侵蚀和环境污染等方面的问题。3320世纪80年代以来，为了降低氧气转炉钢的生产成本和实行少渣炼钢,要求铁水磷含量<0.015%。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。根据所用容器的不同，可分为两类：（1）是在盛铁水的铁水包或鱼雷车中进行脱磷；（2）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。341982年3月，住友金属鹿岛厂实现了碱精炼工艺（SARP），同年9月,日本新日铁君津厂开发和使用了石灰系熔剂精炼的包含预脱硅、预脱磷、预脱硫的ORP工艺。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。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。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。1983年日本神户制钢神户厂采用H炉铁水预处理法,随后新日铁、住友、日本钢管也纷纷采用了这一技术。351987年4月住友金属鹿岛厂采用了双炉串联简易精炼工艺（SRP）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。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。1995年3月日本NKK福山厂将转炉改为脱碳、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。361993年4月，韩国蒲项公司建成脱磷站，1998年，日本钢管福山厂也采用双炉串联工艺处理100％铁水。欧洲只见意大利塔兰托厂和荷兰霍戈文厂有脱磷试验的报道。我国太钢二炼钢厂于1988年建成铁水三脱预处理站，但脱硅脱磷处理较少。宝钢1990年末在一炼钢预脱硫站部分改为三脱预处理，由于工艺不完善没有正常运行，二炼钢在1998年3月三脱预处理站投入运行。1994年5月，中国台湾中钢铁水三脱预处理站投产。这种发展变化是适应提高钢的质量、降低冶炼工艺成本和减少废弃物的环保需要的。372.4铁水预脱硅发展概况铁水预脱硅开始较早，1897年Thiel等人用平炉进行了脱硅脱磷的预备精炼工业试验，20世纪初进行了混铁炉脱硅试验，到20世纪40年代试验了高炉出铁时的脱硅。我国曾在20世纪50年代在鞍钢实行过预备精炼炉脱硅和高炉铁水沟脱硅，这些都对改善当时的平炉炼钢的冶炼技术经济指标和提高生产率起了良好作用。进入20世纪90年代，铁水预脱硅虽被高炉冶炼低硅铁水所取代，但预脱磷前还需预脱硅(将铁水[Si]脱至0.10%～0.15%)，提出了铁水预脱磷时最佳铁水初始硅含量的概念。38因此预脱硅是预脱磷工艺的一部分。铁水预脱硅已成为冶炼优质钢种、改善预处理脱磷脱硫和转炉冶炼技术的重要工序。铁水脱硅使炼钢炉渣量锐减，而且精炼炉转炉渣可作为脱磷剂返回使用。使转炉渣量(使用普通铁水)由120kg/t降到30kg/t左右，减少废渣生成量，有利于环境保护。393铁水预处理的冶金原理3.1铁水预脱硫的冶金原理3.1.1铁水脱硫剂的种类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：

Ca系脱硫剂，包括电石粉(CaC2)、石灰(CaO)、石灰石(CaCO3)等；

Mg系脱硫剂，包括金属Mg粉、镁焦、镁合金等；Na系脱硫剂，主要是苏打粉(Na2CO3)。这些脱硫剂既可以单独使用，也可以混合使用，并添加其它组元（如萤石、碳质材料）构成复合脱硫剂。40CaC2脱硫的反应式如下：

CaC2(s)＋[S]=CaS(s)＋

2[C]石灰脱硫反应式：（1）铁水硅含量高（>0.05%）时，反应式为：2CaO(s)+[S]＋l/2[Si]=CaS）(s)＋1/2（Ca2Si04）(s)（2）硅含量低时，反应式为：CaO（s）＋[S]＋[C]=（CaS）(s)＋CO（g）41铁水中加入苏打灰后，与铁水中的硫发生以下3个化学反应：Na2CO3(l)＋[S]+2[C]=Na2S(l)+3{CO}Na2CO3(l)＋[S]+[Si]=Na2S(l)+SiO2(s)+3{CO}Na2O+[S]=Na2S(l)+[O]42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)433.1.2不同种类铁水脱硫剂的比较不同脱硫剂的脱硫能力并不相同，一定条件下，各种脱硫剂都有各自的脱硫极限，即各种脱硫剂脱硫反应达平衡时铁水中的平衡硫含量。从脱硫热力学可知,在1350℃时的脱硫反应平衡常数从大到小依次为：CaC2→Na2O→Mg→CaO知道了脱硫剂的脱硫极限，就为我们选择脱硫剂指出方向，可以针对铁水脱硫程度的大小选择合适的脱硫剂，当然选择脱硫剂除考虑脱硫能力的大小外,还要考虑其它问题。如铈（Ce）。44脱硫成本也是选择脱硫剂的一个重要考虑的因素，据有关资料介绍，脱硫剂的费用约为脱硫成本的80％以上，因此，选择合适脱硫剂的种类是降低成本的关键。另外，铁水预脱硫处理选择脱硫剂过程中，还需考虑资源、环境保护、对铁水罐耐火材料的侵蚀、脱硫产物形态和安全等因素。453.1.3不同脱硫剂的脱硫经济效益铁水预脱硫处理对改善冶炼指标，提高生产率，降低生产成本，改善钢铁质量都非常有利，因此世界各国都很重视炉外处理技术。在钢铁的冶炼过程中，铁水预处理工艺脱硫最便宜。根据国外资料介绍，高炉、铁水预处理、转炉、炉外精炼等工序，每脱除1kg硫的平均成本，分别为222元、86元、1475元、527元。另外据资料统计，在保证炼钢的同等铁水条件下，与采取调整炉内炉渣碱度相比，实行炉外脱硫的办法，可使高炉增产7.1％，节约焦炭3.6kg/t铁水，溶剂削减少18kg/t铁。46采用铁水脱硫预处理可以取得显著的经济效益，但是不同脱硫剂的脱硫能力和成本并不相同，要取得良好的炉外脱硫效果,采用高效率的脱硫剂是关键之一。K.Lovold对不同铁水脱硫剂的使用进行对比计算，得到不同铁水脱硫剂耗量对比值，如表2.2所示：脱硫剂MgCaO＋金属镁CaC2Na2OCaO脱硫剂相对耗量10.779.514.82247德国富乐斯多公司在高炉铁水硫0.04%(质量分数)、脱硫后硫含量为0.005%(质量分数)、铁水温度1300℃的条件下，在200t铁水罐中使用不同脱硫剂进行脱硫，得到不同脱硫剂的技术经济指标，如表2.3所示。48从表2.3可以看出，CaC2+Mg消耗量最小，但是考虑到脱硫剂的价格，并且CaC2系统要设C2H2检测仪，料仓区都得采取防爆措施，投资大等不足。综合比较推荐选用CaO+Mg复合脱硫剂。Mg系脱硫剂在脱硫效率、耗量、渣量、处理时间温降、铁损等方面均优于其它种类的脱硫剂，尤其是对铁水温度要求不严格，这是其它脱硫剂无可比拟的，正受到国内外冶金界的广泛关注。493.2铁水预脱磷的冶金原理3.2.1脱磷剂的组成氧化剂、固定剂和助熔剂是铁水脱磷的三大要素。实践证明Fe2(SO4)3、MnO2、CaSO4、Fe2O3、FeO、MnO等都是很好的脱磷氧化剂，CaCO3次之。固定剂：CaO等。助熔剂：CaCl2、CaF2等。503.2.2不同脱磷剂的脱磷反应（1）石灰系脱磷剂石灰系脱磷剂常用的组成范围为(％)，固定剂:氧化剂:助熔剂＝30～70：20～45：0～40。（2）苏打系脱磷剂固体Na2CO3在852℃熔化为液体，在铁水处理温度下是流动性很好的液体，可按下式分解为：Na2CO3(L)=Na2O(L)+CO2

故脱磷反应为：513.3脱硅反应的冶金原理脱硅剂是以提供氧源的材料为主剂，氧化剂有固体氧化剂和气体氧化剂。固体氧化剂主要有：铁矿石、球团矿、烧结矿、轧钢铁皮、铁矿砂、锰矿粉等，其主要成分是氧化铁、氧化锰。气体氧化剂主要是氧气。除主剂外还加入少量副剂。常用的副剂主要是石灰、萤石、CaCl2、NaCl、CaO十CaF2、CaO十CaF2十Na2CO3以及转炉钢渣等。一般将炉渣碱度((CaO十CaF2)/SiO2)调整为0.9～1.2。524铁水预处理的方法及设备随着铁水预处理技术的发展，铁水预处理方法很多。用于铁水预脱硫的方法有：铺撒法、摇包法、机械搅拌法、喷粉法、喂线法、气泡搅拌法、气泡泵法、钟罩加入法等。用于铁水预脱磷的方法，按照处理设备可分为炉外法、炉内法；按照加料方式可分为喷吹法、搅拌法；按照工艺特点可分为：专用炉法、SARP法、ORP法、NPP法。53用于铁水预脱硅的方法，按处理场所不同，可分为在高炉出铁过程中向炉前铁水沟加固体氧化剂连续脱硅法，向铁水罐或混铁车内喷射脱硅剂脱硅和吹氧法脱硅。按加入脱硅剂方法不同，有自然投入法、喷枪在铁水面上的液面喷吹法和喷枪插入铁水内的喷吹法等。按搅拌方法不同，有吹气搅拌、铁水落下流搅拌、喷吹的气粉流搅拌和叶轮搅拌方法等。544.1铺撒法(投入法)4.1铺撒法(投入法)铺撒法是一种简易的铁水预处理法，处理过程中只需将处理剂铺撒在铁水沟适当位置，预处理剂随铁流而下，或将处理剂撒在铁水罐底部，靠铁流的冲击使预处理剂和铁水发生反应而脱除有关杂质元素或提取有用元素。该工艺对生产条件有较强的适应性，无明显工艺缺陷。进行脱硫预处理时，铁水温降7～8℃。且脱硫渣没有回硫倾向。无铁损及喷枪烧损。但铺撒法在操作过程中，操作人员要靠近铁水沟，经受高温烘烤及烟气熏呛，因此难以在出铁全过程十分均匀地投放苏打灰等处理剂，该方法受人为因素影响极大。故脱硫脱硅效果不稳定，产生的烟气污染环境。554.2摇动法4.2摇动法摇动法，也称为铁水容器搅拌处理法。可以分为：（1）回转炉法。即在回转炉的铁水面上加入熔剂，并进行搅拌；（2）摇包法。在偏心回转包的铁水中加入熔剂。包的转速为40～50转/分；（3）DM摇包法，摇包能正逆向进行，铁水和熔剂混合良好，转速为43转/分，正逆换向周期14秒，中间停止三秒。该法容器转动笨重，动力消耗高，包衬寿命低，使用较少。564.3机械搅拌法4.3机械搅拌法机械搅拌法是铁水预处理技术的重要进展,它放弃了转动的容器运动方式,通过机械搅动来使液体金属与熔剂混合接触达到脱硫、脱硅、脱磷的目的。机械搅拌法可以分为以下几种：DO法、莱茵法（RS法）、KR搅拌法、赫歇法、NP法。几种方法中，KR法应用比较广泛。574.3.1DO法4.3.1DO法DO（Demag－Ostberg）法是德国德马克公司的奥斯特伯格（J.E.Ostberg）于1966年研制成功的，并于1968年在德国的奥古斯特蒂森冶金公司（AugustThyseen-HütteA.G.）建成95t的DO装置，是用于铁水预脱硫的一种方法，如图所示。58其特点是采用耐火材料制成的T型中空管状搅拌器搅拌铁水，搅拌同时在铁水表面撒上处理熔剂。T型管转速约为30转/分，搅拌过程中，侧管附近的铁水在离心力的作用下向外抛出，与此同时，铁水包下部的铁水向上流动，从而使铁水循环流动到铁水表面，与处理熔剂相混合，进行反应，达到预处理的目的。在采用此法进行铁水预脱硫时，用CaC2：4～6kg/t，或生石灰：苏打＝8：1，用量10kg/t，处理10min可使[S]从0.067％降到0.05％。594.3.2莱茵法4.3.2莱茵法这种方法也称为RS法（RheinStahl），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）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。60莱茵法的搅拌器是采用铁芯加强的耐火材料制成的倒T型搅拌器，处理时转速为60～70转/分。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的目的，搅拌过程中容器内铁水流动情况如图4.3所示。采用RS法脱硫时，用熔剂CaC25～8kg/t，处理时间10min，脱硫率70～80％。614.3.3KR搅拌法4.3.3KR搅拌法KR法（KambaraReactor）是日本新日铁钢铁厂広畑钢铁厂于1963年开始研制，1965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200t以上，该法主要用于脱硫。4.3.3.1KR搅拌法的设备KR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。其构造如图4.4所示。62我国最早的KR系统是武钢二炼钢1979年由新日铁引进的KR专利和设备。该设备机械搅拌头的旋转是由变量泵配定量油马达组成的恒扭距调速系统，它能使搅拌头在转速由“0”－低速-高速，或者从高速-低速-“0”的调速过程中，扭距始终保持恒定。采用这种方式需要大量的液压组件，投资价格高。日本川崎重工及川崎制铁两家公司的机械搅拌装置选择了电机配减速机传动，并且电机采用变频调速技术来实现搅拌头的恒扭矩调速。作为已成熟的变频调速技术，投资价格远比液压调速技术低廉。63对于KR搅拌法，由于熔剂在叶片上端打散，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适。搅拌头使用4个叶片，可以使其旋转时铁水面不易产生波浪,铁水飞溅较少,叶片的磨损情况也小,可以减少搅拌的更换次数,提高使用寿命,降低耐火材料消耗等，处理效果明显好于两个叶片。十字型搅拌头的形状如图4.5所示，搅动头为高铝质耐火材料，寿命为90～100次，每使用3～4次后需要用耐火材料进行修补。abxh644.3.3.2KR搅拌法的特点KR搅拌法就是将耐火材料制成的并经过烘烤的十字形搅拌头插入铁水罐液面下一定深处,并使之旋转。当搅拌器旋转时,铁水液面形成“V”形旋涡(中心低,四周高),此时加入脱硫剂、脱磷剂后,熔剂微粒在浆叶端部区域内由于湍动而分散,并沿着半径方向“吐出”,然后悬浮,绕轴心旋转和上浮于铁水中,也就是说,借这种机械搅拌作用使熔剂卷入铁水中并与接触,混合、搅动,从而进行脱硫脱磷反应。当搅拌器开动时,在液面上看不到熔剂,停止搅拌后,所生成的干稠状渣浮到铁水面上,扒渣后即达到脱硫、脱磷的目的。654.3.4赫歇法4.3.4赫歇法此种方法用于脱硫，在搅拌浆于铁水中旋转的同时，由转轴中心孔向铁水中喷入丙烷气体，促进石灰粉的脱硫。4.3.5NP法日本千叶厂的NP法是用耐火材料制成的门型搅拌器来搅拌铁水，搅拌器浸入深度为400mm，转速77转/分，在搅拌的同时，从搅拌的双叉端部喷出氮气，强化混合赫使铁水面上保持惰性气氛，以提高脱硫剂的使用率和防止回硫。664.4吹气搅拌法吹气搅拌法主要有顶吹法、底吹法(PDS或CLDS)和气泡泵法三种。顶吹法和底吹法预先将熔剂加到铁水表面，然后通过顶枪或罐底的透气砖往铁水中喷吹气体进行搅拌。这两种方法设备费用低，操作简便，但处理效果不如机械搅拌法好。CLDS法是改进了的PDS法，一般能连续处理4罐铁水，这样可以提高处理效率，省去了除渣何减少铁损失，但是需要倒包处理。气泡泵法也称气泡泵环流搅拌法，简称GMR法。它是应用气泡泵的扬水原理研制成功的，如图4.7所示。67它的中心部分是气体提升混合反应器，由两层管组成，氮气从两层管缝吹入。当处理铁水时，把反应器插入铁水中，吹入氮气后，铁水从反应器中心管上升，并从上部喷孔高速喷出，落到铁水液面与熔剂作用，并且熔剂被卷到铁水内部与铁水充分混合。在新型装置上气泡泵本身旋转，可以进一步提高处理效率，缩短处理时间。684.5喷射法喷射法也称喷粉法或喷吹法，主要有ATH法、TDS法、铁水罐喷射法。ATH法是1970年原西德蒂森公司研究成功并投入应用的一种方法，它将一支外衬耐火材料的喷枪与水平方向成一定角度（如600或700）斜插入鱼雷罐内，用载气向熔池内喷射固体粉末熔剂进行脱硫、脱磷处理。TDS法是日本新日铁公司开发的，它将喷枪从上部垂直插入鱼雷罐内，熔剂从喷枪的两侧孔喷入铁水中。铁水罐喷射法是将喷抢垂直或倾斜地插入铁水罐深部，用载流气体送入脱硫剂并进行搅拌。69由于喷射法是在喷吹气体、熔剂和铁水三者之间充分搅拌混合的情况下进行脱硫、脱磷的，因此脱硫效率高、处理时间短、操作费用较低，并且处理铁水量大、操作方便灵活。从而受到人们的极大重视，成了目前应用最广泛的铁水处理方法。上述三种喷射法按照熔剂加入特点可分混合喷吹、复合喷吹两大类。复合喷吹又有：顺序喷吹、双通道喷吹和双枪喷吹。704.5.1混合喷吹混合喷吹是最简单的模式，它仅需要一个喷吹罐。对于铁水预脱硫，这种模式要求来厂的脱硫剂事先完全混合好，若混合剂中含有镁粒，需要采取特殊措施以避免物料偏析。通常混合脱硫剂中CaC2占5％～15％，其余为金属镁粉或含金属镁20％～25％的石灰粉。单一喷吹系统具有易于操作和维护、设备投资低等特点，而且喷粉速度的控制系统比较简单。714.5.2复合喷吹复合喷吹是采用两套相互独立控制的喷粉系统，两种脱硫剂：镁粉和石灰或镁粉和电石粉分别经由两条输送管并在喷粉枪内汇合，通过一套喷粉枪向铁水内喷吹。这种系统可使操作者更好的控制喷吹过程，进而更好的利用脱硫剂，在提高喷粉速度的同时不会造成喷枪堵塞。724.5.3顺序喷吹顺序喷吹是采用各自独立控制的喷粉罐通过一条输送管道向铁水中喷入3种或更多种类的脱硫剂，这将方便用户在更大的范围内选择脱硫工艺。设备配置与复合喷吹系统相同，但控制更复杂一些。这种模式在铁水初始硫含量和温度都很高时采用就会显示出其经济效益。例如，一方面，当处理周期的要求并不严格时，可采用镁－石灰脱硫粉剂低速喷粉工艺；另一方面，如果对处理周期有较严格的规定，则可采用“预喷+二次喷粉”的方法喷吹比较便宜的石灰粉，以提高喷粉的速度。这一工艺方法特别适宜要求全量铁水脱硫处理而且对处理后硫含量要求严格的炼钢厂采用。734.5.4双枪喷吹双枪喷吹是采用两枝独立工作的喷枪，可以提高工厂的脱硫能力，与单喷粉枪工艺相比，该工艺多增加了一套喷粉系统。只要合理地设计两枝喷枪的间距，在提高喷粉强度的条件下不会造成金属喷溅的增大。和多孔喷枪相比，两枝枪的间距大，气泡在铁水中上浮的角度明显减小，可以形成两个基本分离的混合反应区。此外，工厂生产组织也具有灵活性，一枝枪损坏更换时，另一枝枪可继续工作。744.5.5带汽化室喷射法采用带有汽化室的喷吹金属镁粉喷枪与普通喷镁粉的浸没式喷枪十分相似，但它却采用一个专门用于喷吹金属镁粉的特殊喷枪，如图4.8所示。这种脱硫工艺在俄罗斯已经成功地应用了好多年，但由于汽化喷枪耐火材料造型复杂，致使成本相对较高。754.5.6喷射法的特点喷射法是以压缩空气(或N2、Ar、天然气)为载气,把各类粉剂通过喷枪射到铁水深处,利用气体的搅拌作用增加粉剂与铁水或钢水的接触面,提高传质系数,从而加快反应速度，喷粉技术用于冶金方面又叫喷射冶金，喷射法具有如下优点：（1）加快反应速度。

由于喷吹粉剂,显著地扩大粉剂与铁水的接触面积,由于气体的搅拌作用,加速了传质过程,从而极大地改变了铁水的反应动力学条件,加快了反应速度。

76（2）连续,可控供料、提高冶金反应效率。喷吹可以使粉料均匀连续喷入钢水,且可根据要求调整喷入总量和喷入粉剂的速度,从而提高粉剂的反应效率。（3）解决了易氧化元素的粉剂加入问题。对于易氧化、蒸气压高、比重轻的元素,如Ca、Mg等在钢水温度下呈气态,用常规加料有困难,采用喷吹可将它们直接喷入到铁水和钢水深部,从而能充分发挥Ca、Mg等材料的脱硫作用。77（4）喷粉设备结构简单,效率高,投资少,操作费用也低,因此工序成本低。因此喷射冶金发展非常迅速,应用范围日益扩大,近来技人使用的铁水脱硫设备,几乎都是采用喷射冶金的工艺。铁水罐在喷吹时，铁水搅拌流动比混铁车均匀得多，死区大大降低，以及铁水罐易于扒除高炉酸性渣，因此熔剂利用率高，脱硫、脱磷速度快和效果好，不足的是铁水热损失较大。喷射冶金主要是采用气－粉混合使之流态化,由专用喷粉罐和喷枪,将呈流态化的气－粉混合物用气动输送,使之经过插入铁水的喷枪而喷人铁水中,因此喷射冶金其关键技术是流态化、气动输送和喷粉罐等。784.5.7喷射法的设备喷射法的主要设备有：处理容器、贮料仓、喷粉罐、喷枪支架及喷枪、测温取样装置、铁水罐倾动系统、扒渣机，喷枪存放装置、渣罐及渣罐车,及配套的电气控制、电子称、液压装置、N2气等介质系统等。（1）处理容器。可以直接采用混铁车或铁水罐，铁水罐可采用转炉兑铁罐。（2）贮料仓。是一个上部为园柱下部园锥体的容器，顶部装有反吹式布袋除尘器，当贮备卸料时用于除尘，顶部还装有过压保护装置，当料仓微正压过大时自动放散,料仓内设有高低位料仓指示以保证贮料的料位,下部设有流态化装置,保证喷粉罐供料时使粉料流态化。79（3）喷粉罐。是一个高压容器，顶部设有进料管及阀门,顶压放散管及顶压供气管，喷粉罐也是上部园柱下部园锥的罐体，在园锥体内装有流态化床，通入气体可使粉剂流态化，下部出口设有机械喉口及出料控制阀，出料阀下接助吹气管和粉料输送管与喷枪相连。喷粉罐顶压控制在0.17～0.5MPa,流态化气体流量7～12Nm3/h，助吹气体流量100～180Nm3/h，其下料速度可达17～60kg/min。80（4）喷枪支架及喷枪。喷枪支架用于支撑喷枪，喷枪在支撑臂的支撑下可以作回转和上升、下降,喷枪是中心钢管外衬高Al质耐火材料组成，喷枪孔为直孔型，喷枪上部与喷粉备的喷吹管相连，下部在喷粉时插入钢水约2m,喷吹可以采用自动，也可以采用手动操作，完成喷粉。（5）测温取样装置。由支架和测温取样枪组成,测温取样枪可以上升下降完成测温取样工作。探头插入铁水深度500mm。81（6）铁水罐倾动系统。是液压缸带动罐钩,钩住铁水使之倾动翻到一定的角度使铁水罐上部的渣液面呈水平状态以便于渣子扒出,其最大倾翻角达450

。（7）扒渣机。由扒渣小车和固定在小车的扒渣臂组成，是以压缩空气为动力，完成小车前后行走，带扒渣板的扒渣臂上下摆动和小角度旋转而实现扒渣动作。824.6钟罩加入法将镁焦或镁屑团块，镁白云石团块放在石墨制品的钟罩内，以插棒的形式把它们浸入铁水钟，由于镁蒸气从钟罩孔钟逸出，使铁水中产生搅拌运动和脱硫反应。834.7喂丝法喂丝法主要用于铁水预脱硫，俄罗斯和日本均采用过这种处理方法。在脱硫过程中，采用Mg丝进行铁水脱硫Mg喂丝法是用铁皮包裹，固定含有规定比例Mg的脱硫剂，并且连续往铁水中投放，所以能够稳定供给，具有以下优点：（1）设备简便，能大幅度削减设备费用，节省空间。（2）通过控制喂丝速度就能控制铁水中的反应速度。（3）通过控制Mg丝中的Mg的配合率，吨丝投入速度，就可在大范围内控制Mg的供给速度。（4）不必担心喷射法中，铁水中生成的Mg可能被喷射用载体冲淡。844.8其它方法专用炉法也称之为H炉法，是一种容易宽松易于控制的铁水预处理专用设备，亦有将备用转炉用炼钢转炉作专用炉的。采用H炉法主要是在炼钢过程中由于强化脱磷功能使钢材质量高级化，以减轻转护负荷、降低精炼成本为目的的铁水脱磷处理技术。如日本的神户钢铁厂，1983年11月实现了高炉出铁场脱硅－铁水预处理专用炉(以下简称H炉)脱磷脱硫－转炉脱碳提温的处理工艺，作业效率得到大幅度提高。854.9KR和喷粉技术的比较4.9.1技术与设备比较在喷吹法中，单吹颗粒镁铁水脱硫工艺因其设备用量少、基建投入低、脱硫高效经济等诸多优势而处于脱硫技术的主要发展趋势之一，可在相当长的时间我国都是引进国外的技术和设备。到2002年10月国内才首次开发出铁水罐顶喷单一钝化颗粒金属镁脱硫成套技术设备，整套装置中，除重要电器元器件采用进口或合资的外，其余机电产品100%实现了国产化，包括若干最关键的技术设备。喷吹技术和设备的国产化直接降低了建设投资和运行操作的成本，从前期的一次性投资来看，要比KR法略有优势。86虽然搅拌法的技术专利也是国外拥有，可从其设备和技术本身而言并没有难点，机械构成是常规的机械传动和机械厂提升；加料也采用的是常规大气压下的气体粉料输送系统，可以说在系统的机、电、仪、液等方面的技术应用都是十分成熟。尽管如此，KR法设备仍然是重量大且较复杂，可它的优势是运营操作费用低廉，由此所产生的经济效益完全可弥补前期的一次性高额投资。根据有关推算，一般3～5年即可收回所增加的投资。2000年武汉钢铁设计研究院针对武钢二炼钢厂的情况，对KR法和喷吹法两种方案的投资进行了估算，KR法的投资估算比喷吹法投资估算多200万元。874.8.2脱硫效果比较实际生产过程中的铁水脱硫效果，不仅与设备有关，而且受脱硫剂、操作工艺水平、时间及温度等诸多因素影响。对于纯镁喷吹法和CaO基KR法。一般对铁水预处理的终点硫含量要求是不高于50ppm，工厂生产和实验研究结果表明，喷吹法因其脱硫剂Mg的较强脱硫能力，KR法由于其表现出色的动力学条件，在可以接受的时间内（一般≤15min），它们都能达到预处理要求的目标值。在喷吹法中，复合脱硫剂使用CaO比例越高，脱硫效果越差，使用纯镁时脱硫率最高；KR法使用CaO脱硫剂，脱硫率只是略低于喷吹纯镁。88国内各大钢厂不同预脱硫工艺的比较

工艺方法处理容器脱硫剂

脱硫剂消耗/kg·t-1脱硫率ηS/%最低硫/ppm纯处理时间/min处理温降/℃铁损/kg·t-1钢厂机械搅拌法-KR法100t铁水罐CaO4.6992.50≤20528－武钢二炼CaO基喷吹法280t混铁车CaO基4.30756018.425.5－宝钢一炼CaC2+CaO喷吹法140t铁水罐50%CaO+50%CaC27.8581.7940－31－攀枝花Mg+CaO混合喷吹100t铁水罐20%Mg+80%CaO1.6887.73－719.0713.27武钢一炼Mg+CaO复合喷吹300t铁水罐Mg+CaO(1:3)Mg0.31CaO1.0579.2221.3<10－－宝钢Mg+CaO复合喷吹160t铁水罐Mg+CaO(1:2～3)Mg0.45CaO1.4890≤507.558～14－本钢纯Mg喷吹100t铁水罐Mg0.33≥95≤105～88.127.1武钢一炼894.8.3温降比较铁水温降的消极影响是降低了铁水带入转炉的物理热，主要体现在转炉吃废钢的能力下降，导致转炉冶炼的能耗和物料消耗升高，直接影响了冶炼的经济成本。KR法因动力学条件好，铁水搅拌强烈，而且CaO的加入量较大，导致温降也大，目前国内KR法工艺应用较成熟的武钢可以使温降控制在28℃左右。相比之下，镁基的脱硫温降都比较小（见上表），主要原因有以下三点：喷吹法动力学条件差，铁水整体搅拌强度不大，热量散失少；金属镁的脱硫反应过程是个放热反应；镁的利用率高，脱硫粉剂加入量少。904.8.4铁损比较铁水预处理脱硫过程的铁损主要来自于两部分：脱硫渣中含的铁和扒渣过程中带出的铁水。由于两种工艺模式的不同，实际渣中含铁和扒渣带出铁量都有较大的差别。一方面，较少的脱硫剂产生的脱硫渣少，则渣中含铁量也低，由此颗粒镁喷吹脱硫的铁损要少一些；另外，颗粒镁喷吹脱硫的渣量少，扒净率相对低。而KR法的脱硫渣扒净率相对高。就扒渣的铁损而言，由于还取决于高炉渣残留量及扒渣过程，综合考虑看KR法与喷吹法区别不大。91铁损与各钢厂的实际操作有很大的关系，喷吹法时，采用脱硫剂的CaO含量越高，则扒渣铁损越大；而KR法使用CaO作为主要脱硫剂成分，其铁损只是略高于喷吹镁脱硫铁损。4.8.5脱硫剂比较基于动力学条件和脱硫效率，目前喷吹法主要采用的是镁基脱硫剂，KR法采用的是石灰脱硫剂。根据理论计算，在1350℃，镁脱硫反应的平衡常数可达3.17×103，平衡时的铁水含硫量可达1.6×10-5%，大大高于CaO的脱硫能力。92然而，把两种脱硫剂在各自工艺中的脱硫效果进行了对比，表明，结合实际生产工艺后它们都能达到用户对脱硫的最高要求。在脱硫方式选择时还要考虑脱硫剂的一个因素，就是脱硫剂的来源问题。一般而言，大部分钢铁生产企业都要使用石灰石，要么有自己的石灰厂，要么有稳定的协作供货渠道，来源稳定，成本稳定，而且供货及时，不用考虑仓储问题。虽然我国的金属镁资源丰富，可是相对钢铁企业来说，获得搅拌法所需的CaO基脱硫剂更为容易，钝化颗粒镁就不具备这些有利因素。934.8.6运行成本估算、比较近年来，国内也有少部分学者对单条铁水预处理脱硫工艺的生产成本做过计算，考虑的主要是粉剂消耗。实际上，生产过程的工艺成本还应包括：铁损、喷枪或搅拌头、温降对废钢比的影响等。比较发现，在喷吹法中，钝化颗粒镁的脱硫成本最低；KR法脱硫（CaO作脱硫剂）的脱硫成本比喷吹钝化颗粒镁还要低，KR法脱硫在后期运行成本的优势很明显的体现出来。944.8.7对流程的影响国内对喷吹法和搅拌法的比较，主要偏重于技术和成本等方面，很少提到采用不同脱硫工艺时对后续工艺流程或者整个炼钢流程的影响。钢铁制造流程是一类有不同功能但又相互联系、相互关联、相互支撑、相互制约的多种工序和多种装置及相关设施构成的、工序串联并集成运行的复杂过程系统。理论上来说，采用不同的脱硫工艺必然对整个流程也有影响。采用喷吹法脱硫，由于镁是最强的脱硫剂之一，一般用于深脱硫处理，正是在此过程中存在一些问题，可能影响到流程的紧凑连续性。95钝化颗粒镁在喷入铁水后，由于金属镁密度小，沸点低，在铁水中一部分很快气化，一部分溶入铁水中，而未溶解的部分浮向铁水表面的渣中便失去了脱硫能力。实际生产中，大部分钝化颗粒镁无法充分反应而滞留到渣中，要深脱硫就得增大脱硫剂的量，一方面造成了脱硫成本的增加，另一方面使得脱硫渣量增多。镁脱硫渣稀且硫含量高，扒渣难度大，如果扒除不尽就会直接造成转炉中严重回硫，不仅影响转炉工况，还会给后面的精炼工序带来压力。96实际生产，铁水包里的镁脱硫渣像一层膜分布在液面，不加增稠剂情况下基本无法扒尽。同时，由于喷吹角度的限制及脱硫剂不能下沉等原因，使得脱硫剂始终到不了一部分区域，称之为死区，当铁水脱硫操作完成后，死区内铁水的硫就会渐渐扩散到整罐铁水中，使得铁水硫量回升，造成返硫现象。所以国内一般使用喷吹钝化颗粒镁只进行限量脱硫。97采用机械搅拌法时，一般使用CaO基脱硫剂，尽管高炉渣碱度对CaO基脱硫剂的脱硫效果影响较大，脱硫前铁水必须彻底除去高炉渣，否则脱硫效果差，并且脱硫剂的利用率仍需继续研究加以提高，但其脱硫效果稳定，脱硫渣状态也有利于扒渣作业。一方面，借助搅拌法的动力学优势，采用廉价的CaO基脱硫仍能达到稳定的深脱硫效果，从而可减少处理成本投入。另一方面，虽然该工艺产生的脱硫渣量较大，但扒渣净率相对高，避免扒渣不尽而造成的回硫，顺畅了转炉和精炼工序。98对于大型钢厂大量铁水处理而言，机械搅拌法基本不存在死区，脱硫高效稳定，比喷吹法更具有流程优势。国内外对KR法脱硫的认可度越来越高，尤其是近几年在大中型钢铁企业得到广泛应用，发展迅猛，喷吹法的技术进展趋于平缓。通过对两种脱硫工艺的技术设备、脱硫效果、温降、铁损、成本及对流程的影响等多方面的综合比较，可见KR法在深脱硫、总成本和流程影响方面优势突出。对于大中钢铁企业，从长远考虑并结合生产实际，KR法铁水预脱硫应该是更具有深远价值的选择。995典型的铁水预脱硫工艺5.1铁水预脱硫工艺5.1.1铁水包单吹颗粒镁脱硫的工艺为保证把镁剂(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。100其工艺流程为：

101单吹颗粒镁脱硫工艺参数如下：（1）脱硫剂颗粒镁，粒度为0.5～1.6mm，纯度大于或等于92％；（2）氮气压力1.0Mpa；（3）初始铁水硫含量ω[S]＝0.035%；（4）目标铁水硫含量ω[S]=0.005%；（5）喷吹时间≤10min；（6）脱硫剂（Mg）流量8～15kg/min；（7）脱硫剂（Mg）消耗0.46kg/t；（8）温降10℃1025.1.2铁水包镁基复合喷吹脱硫的工艺流程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。103镁基复合喷吹脱硫工艺流程如下图所示：104镁基复合脱硫工艺参数为：（1）脱硫剂Mg+CaO（2）氮气压力1.1Mpa（3）初始铁水ω[S]0.035%（4）目标铁水ω[S]0.005%（5）喷吹时间10min（6）脱硫剂流量Mg粉12kg/min；石灰粉4