铁水预处理工艺

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1、铁 水 预 处 理 工 艺Pre-Treatment Process of Hot Metal铁水预处理技术铁水预处理技术铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各 种处理。铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各 种处理。分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。普通铁水预处理包括：普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁 水脱P铁水脱硫、铁水脱硅和铁 水脱P。特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特 殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水提 钒、提铌、脱铬等预处理工艺。特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特 殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水

2、提 钒、提铌、脱铬等预处理工艺。三脱(脱硅、脱磷、脱硫)预处理三脱(脱硅、脱磷、脱硫)预处理desilication, dephosphorization, desulphuration铁水预处理容器的选择铁水预处理容器的选择根据铁水预处理容器的选择，脱硫工艺可分为：根据铁水预处理容器的选择，脱硫工艺可分为： 混铁车喷吹法 混铁车喷吹法 铁水罐法 铁水罐法 铁水包法 铁水包法发展趋势：发展趋势： 采用铁水包作为铁水脱硫预处理的容器采用铁水包作为铁水脱硫预处理的容器“三脱三脱”工艺 ：铁水罐铁水预处理工艺 ：铁水罐铁水预处理铁水罐铁水预处理铁水罐铁水预处理铁水脱硫喷吹工艺铁水脱硫喷吹工艺铁水脱硫

3、喷吹工艺铁水脱硫喷吹工艺1.2 铁水预处理的化学冶金学意义?化学冶金学意义化学冶金学意义： 创造最佳的冶金反应环境 !创造最佳的冶金反应环境 !?钢铁冶金工艺优化钢铁冶金工艺优化： 高炉 分离脉石、还原铁矿石高炉 分离脉石、还原铁矿石 铁水预处理 脱硅、脱磷、脱硫铁水预处理 脱硅、脱磷、脱硫 转炉 脱碳、升温转炉 脱碳、升温 钢水炉外精炼 去夹杂、合金化钢水炉外精炼 去夹杂、合金化1. 3 铁水预处理(脱硫)的优越性?(1) 满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展 高附加值钢种：如： 船板钢、油井管钢：满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展 高附加值钢种：如： 船板钢、油井管钢： S、P 0.05%

4、时，时， CaO(S)+ S + 1/2Si = (CaS) + 1/2(SiO2) 价廉易得，高温、细磨、活性高脱硫效果较好。价廉易得，高温、细磨、活性高脱硫效果较好。 石灰易吸水，脱硫渣夹带铁，不能进行深度 脱硫。 石灰易吸水，脱硫渣夹带铁，不能进行深度 脱硫。碳化钙碳化钙 (CaC2，电石，电石)系系?CaC2(+CaO+CaCO3+CaF2)、 (CaC2+CaCO3)?CaC2(S)+ S = (CaS) + 2C?相对较便宜，高温、细磨、深喷，脱硫效率较 高相对较便宜，高温、细磨、深喷，脱硫效率较 高 脱硫效率受温度和粒度影响较大，安全性不 高！ 脱硫效率受温度和粒度影响较大，安全

5、性不 高！镁镁 (Mg)系系种类： 镁焦种类： 镁焦(Mag coke)； 镁合金； 镁合金 (Mg Fe Si)； 覆膜镁粒； 覆膜镁粒： 覆膜混合镁： 覆膜混合镁 粒粒：含Mg3080%，余为CaO。：含Mg3080%，余为CaO。?Mg + S = MgSMg + S = MgS(固)(固)MgMg(气)(气)+ S = MgS+ S = MgS(固)(固)?镁脱硫的热力学：受铁水温度和镁的蒸气压影响镁脱硫的热力学：受铁水温度和镁的蒸气压影响?Log MgLog Mgsatsat= 7000 T + Log P= 7000 T + Log PMgMg 5.1(低温和 高压有利！) 5.1

6、(低温和 高压有利！)镁脱硫的动力学镁脱硫的动力学主要受镁蒸汽的溶解速度影响。主要受镁蒸汽的溶解速度影响。措施措施： 铁水温度低些有利： 铁水温度低些有利 加入惰性物质减缓镁的气化速度 加入惰性物质减缓镁的气化速度 喷枪插入铁水液面以下 喷枪插入铁水液面以下23m处处镁的脱硫效率和消耗量：镁的脱硫效率和消耗量：S为为0.06%脱到脱到0.01%，脱硫效率达，脱硫效率达63%，当，当 S降至降至0.005%时，每吨铁水耗镁时，每吨铁水耗镁 300500g。镁脱硫剂的优缺点镁脱硫剂的优缺点?镁和硫的亲和力极高，对低温铁水，镁脱硫最好镁和硫的亲和力极高，对低温铁水，镁脱硫最好,用量少，对高炉渣不敏感

7、；铁损少，无环境问题。用量少，对高炉渣不敏感；铁损少，无环境问题。?脱硫处理用的设备投资低。 但镁价格高。脱硫处理用的设备投资低。 但镁价格高。?关键要保证插枪深度，精心控制，提高镁的收得率。关键要保证插枪深度，精心控制，提高镁的收得率。?我国有便宜镁资源。我国有便宜镁资源。铁水脱硫剂的选择铁水脱硫剂的选择 元素的脱硫能力，由高到低依次为： 元素的脱硫能力，由高到低依次为：CaCCaC2 2、NaO、NaO2 2、Mg、BaO、CaO、MnO、MgO、Mg、BaO、CaO、MnO、MgO 工业中常用的脱硫剂有： 工业中常用的脱硫剂有：CaO系、CaO+CaCCaO系、CaO+CaC2 2系、C

8、aC系、CaC2 2、CaO+Mg系、Mg等。、CaO+Mg系、Mg等。铁水脱硫剂性能比较铁水脱硫剂性能比较CaC2石灰粉（CaO）镁粉反应平衡常数（1350）6.91056.4893.17103脱硫能力很强较强较强Smin4.910-53.710-31.610-3特点1极易吸潮劣化2运输和保存时要采用氮气密封3要单独储存4析出的石墨态碳对环境产生污染5生产其能耗高，价格昂贵1耗量较大，渣量较大，铁损较大2资源广，价格低，易加工，使用安全3在料罐中下料易“架桥”堵料，且石灰粉易吸潮4需要惰性气体或还原性气氛1加入后，变成镁蒸气泡，反应区搅拌良好2经镁饱和后能防止回硫3价格贵，处理成本高4 铁水

9、脱Si工艺技术4 铁水脱Si工艺技术铁水脱Si的重要意义铁水脱Si的重要意义 是铁水脱磷的必要条件 是铁水脱磷的必要条件 利于减少石灰加入量和渣量 利于减少石灰加入量和渣量 可在低碱度下实现脱Si，成本低 可在低碱度下实现脱Si，成本低 铁水脱Si的工艺方法铁水脱Si的工艺方法 铁水沟连续脱硅，分为一段法和 铁水沟连续脱硅，分为一段法和 两段法 两段法 铁水罐脱硅 铁水罐脱硅铁水脱硅站示意图铁水脱硅站示意图铁水脱硅方法的比较铁水脱硅方法的比较技术指标 工艺方法 脱Si剂气/固氧比CaO效率O2效率反应速率常数(min-1)处理后Si%铁水沟连续脱Si高碱度烧结矿颗粒020-400.25一段法0

10、.13二段法0.10铁水罐脱SiO2+烧结矿50%40-800.060.10%5 铁水预处理脱磷及同时脱磷脱硫5 铁水预处理脱磷及同时脱磷脱硫?5.1 脱磷同时脱硫的化学原理 电化学反应电化学反应：阳极：阳极： P + 4(O2 ) = (PO43 ) + 5e 阴极：阴极：S + 2e = (S2 )喷吹法同时脱磷脱硫反应的实质：喷吹法同时脱磷脱硫反应的实质： 在喷枪附近，氧位较高在喷枪附近，氧位较高(Po2=10 1210 11kPa)，进行 着氧化脱磷反应；在铁水罐壁和顶渣与铁水界面处，氧位 较低，进行 着氧化脱磷反应；在铁水罐壁和顶渣与铁水界面处，氧位 较低(Po2 10 13kPa)

11、，进行着还原脱硫反应。因此，喷 吹预处理工艺是在实行了熔池的氧位再分布后，才达到同 时脱除磷、硫的，即是，进行着还原脱硫反应。因此，喷 吹预处理工艺是在实行了熔池的氧位再分布后，才达到同 时脱除磷、硫的，即是“同时不同位同时不同位”。5.2 脱磷前的铁水预脱硅5.2 脱磷前的铁水预脱硅?脱磷过程中硅比磷优先氧化。这样形成的脱磷过程中硅比磷优先氧化。这样形成的SiO2势必会大大降低脱磷渣的碱度。因此，为了减少脱磷剂用量、提高脱磷效率，脱磷前必须优先将铁水势必会大大降低脱磷渣的碱度。因此，为了减少脱磷剂用量、提高脱磷效率，脱磷前必须优先将铁水Si氧化脱除至氧化脱除至0.10%0.15%。?预脱硅方

12、法：主要有高炉炉前铁水沟上置或顶喷固体氧化剂脱硅法和铁水罐、混铁车内喷吹脱硅法预脱硅方法：主要有高炉炉前铁水沟上置或顶喷固体氧化剂脱硅法和铁水罐、混铁车内喷吹脱硅法(顶吹顶吹O2)两种。两种。?高炉要冶炼低硅生铁。高炉要冶炼低硅生铁。铁水脱磷预处理的工艺优点铁水脱磷预处理的工艺优点铁水预处理脱磷，反应温度低，热力学条件 好，易于脱磷。铁水预处理脱磷，反应温度低，热力学条件 好，易于脱磷。 铁水中C、Si含量高提高了铁水中磷的活度，有 利于脱磷。 铁水中C、Si含量高提高了铁水中磷的活度，有 利于脱磷。 由于铁水预处理脱磷具备良好的化学热力学条 件，渣钢间磷的分配系数是炼钢脱磷的510 倍，因而

13、渣量小，可以控制较低的渣中FeO含 量，脱磷成本低。 由于铁水预处理脱磷具备良好的化学热力学条 件，渣钢间磷的分配系数是炼钢脱磷的510 倍，因而渣量小，可以控制较低的渣中FeO含 量，脱磷成本低。 和炼钢相比，不会因脱磷造成钢水过氧化，影响 钢质量。 和炼钢相比，不会因脱磷造成钢水过氧化，影响 钢质量。5.3 两类脱磷剂?苏打系苏打系：Na：Na2 2COCO3 3(+ 氧化剂)(+ 氧化剂) 2P+3(Na2P+3(Na2 2O)+5(FeO) =(3NaO)+5(FeO) =(3Na2 2O?PO?P2 2O O5 5)+5Fe)+5Fe?石灰系石灰系：CaO + 氧化剂 + 助熔剂(C

14、aF：CaO + 氧化剂 + 助熔剂(CaF2 2) )2P+5(FeO)+3(CaO) = (3CaO?P2P+5(FeO)+3(CaO) = (3CaO?P2 2O O5 5)+5Fe)+5Fe?氧化剂：气体O氧化剂：气体O2 2和/或固体氧化剂和/或固体氧化剂?固氧剂：轧钢铁皮、铁精矿粉、烧结返矿粉固氧剂：轧钢铁皮、铁精矿粉、烧结返矿粉?助熔剂：萤石(CaF助熔剂：萤石(CaF2 2)、 CaCl)、 CaCl2 2等等6 铁水深度预处理与纯净钢冶炼6 铁水深度预处理与纯净钢冶炼?6.1 铁水预处理对纯净钢生产的意义?铁水含磷、硫可降到低或超低含量水平。铁水含磷、硫可降到低或超低含量水平

15、。?提高转炉生产率、降低成本、节约能耗。提高转炉生产率、降低成本、节约能耗。?极低碳钢的清洁度。钢中极低碳钢的清洁度。钢中TO、N、H含量降 低。含量降 低。?有利于复吹转炉冶炼高碳钢时的有利于复吹转炉冶炼高碳钢时的“保碳出钢技术保碳出钢技术”。?有效地提高铁、钢、材系统的综合经济效益。有效地提高铁、钢、材系统的综合经济效益。6.2基于铁水预处理的纯净钢冶炼工艺?基于铁水深度预脱硫的纯净钢冶炼工艺：基于铁水深度预脱硫的纯净钢冶炼工艺：(北美、欧洲、宝钢、武钢 )?铁水深脱硫 转炉强化脱磷 钢水喷粉脱磷、脱硫、升温、真空精炼铁水深脱硫 转炉强化脱磷 钢水喷粉脱磷、脱硫、升温、真空精炼?基于铁水三脱预处理的纯净钢冶炼工艺：基于铁水三脱预处理的纯净钢冶炼工艺：日本(NSC、Sumitomo、Kobe、Kawasaki、NKK )?铁水三脱铁水三脱(Si、P、S)处理 复吹转炉少渣吹炼 钢水喷粉脱硫、升温、真空精炼处理 复吹转炉少渣吹炼 钢水喷粉脱硫、升温、真空精炼6.3 铁水预处理与纯净钢生产实践?高炉铁水常规高炉铁水常规(轻轻)脱硫脱硫(S 0.02%)复吹转炉复吹转炉(脱磷、脱碳、升温脱磷、脱碳、升温)钢水精炼钢水精炼(脱氧、去气体、去夹杂脱氧、去气体、去夹杂)普通