铁水预处理培训教材

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1、1 前 言硫的原子序数为 16，原子量为 32，属于非金属元素。铁水中硫主要来源 于煤。硫是绝大多数钢种（除易切削钢外）的有害元素，硫在钢中以FeS 的 形式存在， FeS的熔点较低，若钢中硫含量较高，易使钢产生热脆。近几十年 来，由于石油管线用钢、汽车工业的发展和大型工程对钢材质量要求越来越 高、越来越苛刻，要求钢材具有高强度、低温韧性、良好的冷成型性能和焊 接性能，昔日钢材的质量已不能满足现代市场发展的需要。另外，随着钢铁 行业连铸技术的飞速发展，这也要求进一步降低钢中的硫、磷含量，减少钢 中杂质存在。因此，提高钢材质量、生产高附加值产品成为世界钢铁工业范 围内铁水炉外脱硫技术发展的动力。

2、2 铁水预处理 所谓铁水预处理是指高炉铁水在入炼钢转炉以前，为提高入炉铁水质量 而进行的脱硫、脱磷、脱硅及提取铁水中有价元素（如提钒）等一系列冶金 处理，称为铁水预处理。 铁水预处理能显著改善炼钢炉脱硫、脱磷的条件，降低非金属夹杂，提 高钢的纯净度和钢材质量。由于高炉和转炉的脱硫能力有一定限度，因而在 现代钢铁企业中，炉外脱硫是决定钢水中最终硫含量的主要工艺环节，它可 有效减轻高炉和炼钢炉的冶金负荷，实现生产过程的自动化和连续性，因而 在钢铁工业得到广泛应用，现已成为现代钢铁企业优化工艺流程，提高产品 质量必不可少的环节，是实现转炉少渣冶炼，提高钢材洁净度的必要条件。 其中，铁水炉外脱硫的基本

3、原理是使用与硫的亲合力比铁与硫的亲合力 大的元素或化合物，将硫化铁转化为更稳定的、极少溶解或完全不溶于铁液 的硫化物，同时创造良好的动力学条件，以加速铁水中硫向反应区的扩散和 扩大脱硫剂与铁水之间的反应面积，从而达到脱硫目的。 由于我国目前生铁质量离现代工业发展的要求还很远，生铁一级品（标 准S 0.03%）的质量比例低。为了保证生铁脱硫的要求，高炉不得不采用 保守的操作方法，即采用高炉温、高碱度、大渣量操作，导致焦比高、产量 低，高炉高产低耗的目标难以实现。即使铁水硫含量达到一级品的标准，对 炼钢来说还是偏高，炼钢过程中还需进行脱硫处理，致使炼钢时渣量大、冶 炼周期长、炼钢工序产量低、消耗高

4、。如果采用高炉铁水炉外脱硫处理技术， 既可以减轻高炉的脱硫负担，又可以使炼钢工艺甩掉脱硫处理环节，实现高 产低耗的目标。例如，加拿大多米尼翁钢铁公司的对比实验表明，高炉渣碱 度从 1.2 降低到 1.06，能使焦比下降 36kg/t.铁，生产率提高 13% ，成本大大 下降；但是铁水平均硫含量从0.02%上升到 0.043%，需要进行炉外处理。此 外，降低高炉渣碱度还有利于排除碱金属氧化物，有利于高炉的顺行和减少 故障，另外，采用低硫铁水炼钢能减少石灰加入量和渣量约25kgt. 铁，能 使铁的收得率提高约0.6 个百分点。 由以上分析可知，采用铁水预脱疏工艺有以下优点： a. 铁水含硫量可以降

5、低到超低含量，有利于转炉冶炼优质钢和特殊钢， 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。 b. 能保证炼钢吃精料，降低转炉炼钢的生产成本，提高生产力，节约炼 钢能耗。 c. 提高高炉的生产能力，高炉工序几乎可不考虑产品硫含量，使高炉的 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，降低焦比和节约能耗。 d. 可有效地提高铁、钢、材系统的综合经济效益。 国内外铁水预处理脱硫技术的发展状况 国外发展状况 硫作为有害元素必须在精炼过程中加以去除。在炼铁过程中去除硫要比3 在炼钢过程中容易得多。因此，早期较为一致的看法是把去硫的任务尽量交

6、给炼铁。但在高炉中去硫要花较大的代价，意味着必须提高渣碱度，增加渣 量，从而导致渣量增加。而炼钢过程是个氧化过程，即便是脱除并不算多的 硫，也要花费大力气，使指标受到影响。 基于以上这些原因，早在十八世纪末转炉底吹空气时代，就有人提出进 行铁水炉外脱硫的设想。不久便出现了转鼓脱硫法（ Kalling ） 。转鼓脱硫是 通过绕水平轴线旋转的直筒炉体，使熔剂与铁水良好混合接触，可以在 15min 内脱除大约 90% 的硫。然而，这种方法由于容积比太大(v t=0.5m3/t) ，温降过大以及由于衬壁寿命等问题没有得到广泛采用。 六十年代中期又出现了以水平偏心摇动包体，实现铁水与脱硫剂混合来达 到脱

7、硫目的的 摇包法脱硫 (Shaking) 。此方法是靠水平偏心摇动，借助达到某 一临界速度时所产生的海岸击浪现象，使脱硫剂与铁水达到良好接触而起到 脱硫作用。摇包法脱硫较之转鼓法有了一定的进展，其特点是变容器转动为 容器摇动，且容积比也明显减少，降为0.25m3/t ，因而温度损失变小，罐壁寿命也有所提高。七十年代曾经在工业中得到应用。处理包容一般在30t 以 下，最大的一个是日本洞岗的50t 摇包。 转鼓和摇包都是属于容器运动法，这种方法动力消耗大，并且容量也受到 一定的限制。 继摇包法脱硫出现不久， 在联邦德国莱茵钢厂和日本广佃厂相继开发成功 搅拌法脱硫 装置。这种方法的特点是无须容器运动

8、，靠插入铁水内部的搅拌 器，使铁水转动与脱硫剂混合接触，来实现脱硫的目的。由容器运动法演变 发展成搅拌法是铁水脱硫技术的一个很大进步。 搅拌法分为两种形式，即 莱茵法和KR法。两种方法的最大区别点是搅拌 器的插入深度不同。莱茵法搅拌器只是部分地插入铁水内部，通过搅拌使罐 上部的铁水和脱硫剂形成涡流搅动，互相混合接触同时通过循环流动使整个 包内铁水都能达到最佳脱硫区段以实现脱硫。KR法是将搅拌器沉浸入到铁水 内部而不是在铁水和脱硫剂之间的界面上，通过搅拌形成铁水运动旋涡使脱 硫剂散开并混入铁水内部，加速脱硫过程。 由于搅拌法是利用机械搅拌作用使铁水与脱硫剂均匀混合达到脱硫的目 的。因此，脱硫剂利

9、用率高，消耗较低。据日本广佃厂经验，达到90% 脱硫率 的碳化钙消耗为3kg/t左右。搅拌器的寿命可达到80100 炉，耐火材料消 耗约 0.3kg t. 铁水。其缺点是设备复杂，处理前必须扒除铁水浮渣，所以存 在脱硫后的二次扒渣，铁水温度损失大，一般要降低50左右，铁水罐寿命 低。基于这些缺点，搅拌法的推广在国内外都受到限制, 我国除武钢引进了日 本技术外，其余厂家都没有采用此法。 进入七十年代，由于喷射冶金的发展，喷吹法预处理铁水技术随之出现。 喷吹法 主要有原西德的THYSSEN 的 ATH法(斜插枪法 )、 新日铁的 TDS(顶吹法 ) 和炉前铁水沟连续脱硫法；由于喷吹法具有设备简单、

10、投资少、操作灵活方 便，冶金效果好，处理铁水量大和费用低等特点，很快得到钢铁生产厂家的4 认同和推广，成为目前铁水预处理的主要方法，不仅用于铁水预处理脱硫， 而且还用于铁水脱硅和同时脱除硫、磷。 喷吹法最早是由西德奥古斯蒂森冶金公司(AUGUST THYSSENHUETTE AG) 于 1969 年试验成功的，称为ATH法。它是在 265t 混铁车内斜插一根内径为 2.54cm 的喷枪，表面涂上耐火材料，每分钟吹入108kg 炭化钙复合脱硫剂， 处理时间为 8min；输送气体压力为0.6MPa，喷枪倾角为60。，粉剂浓度约为 40-60kg/Nm3。 不久， 日本新日铁公司于1971年试验成功

11、混铁车顶喷粉脱硫法， 简称 TDS法。它是在 250t 或 300t 的混铁车垂直插入一支内径为2.5cm 的双 孔喷枪，插入深度为1.0-1.5m ，喷枪外面裹着耐火材料，处理时间为10min， 供粉速度为 4070kg/min ，用 N2输送，气体流量为 5-10Nm3/min ，粉剂浓度约为 8-10kg/Nm3。喷吹法又可分为 混合喷吹 和复合喷吹 两大类。混合喷吹法是将两种或几 种脱硫粉剂事先按一定比例混合好，然后用同一个喷粉罐经喷枪喷入铁水罐 中进行脱硫。这种方法简单、控制方便、投资少。缺点是脱硫剂用量配比不 易准确控制，不灵活，脱硫效果不理想，命中率低，粉剂消耗大，粉剂利用 率低

12、，约是复合喷吹粉剂消耗的1.5 2.1 倍，从而带来了渣量大、喷溅大、 铁损高、温降大等系列问题，使得成本增加，因此，近年来该方法正在逐步 被淘汰。 复合喷吹 是将两种或几种脱硫粉剂用各自专用的喷粉罐，经称量后 再输送到同一根喷枪中进行喷吹的脱硫工艺。其特点是脱硫粉剂的配比可根 据现场的需求灵活调整，粉剂消耗低、控制稳定、调节灵活、设备高效、喷 溅少、渣量少、铁损少、脱硫效果好。同时喷粉罐向喷枪供料均采用粉料流 态化沸腾床和可调喉口技术，以保证粉剂流量波动小，喷吹管道畅通，保证 了稳定的粉料定量供应。 国内发展状况 我国从 50 年代末开始采用苏打粉铁水沟脱硫技术。但由于我国从平炉改 造到转炉

13、比较晚，因此铁水炉外脱硫至二十世纪七十年代才逐渐发展起来。 1976 年武钢从新日铁引进KR法脱硫技术， 1985年宝钢采用 TDS法脱硫技术， 1988 年太钢引进三脱 （脱硫、脱磷、脱硅）技术，1998年本钢引进加拿大 (CaO 十 Mg粉)复合喷吹脱硫技术， 同年宝钢引进美国 (CaO-Mg粉) 复合喷吹脱硫技 术，1999年鞍钢引进美国 (CaO-Mg粉)复合喷吹脱硫技术。 至今，武钢、鞍钢、 攀钢、宝钢、太钢、包钢、齐钢、天钢、上钢一厂、冷水江铁焦总厂、承钢、 酒钢、宜钢、重钢、涟钢、鄂钢等厂均建立了高炉铁水炉外喷吹脱硫站，还 有不少厂进行了工业实验研究。它们多以石灰系脱硫剂脱硫为主

14、，电石系和 金属镁脱硫剂则相对较少。 随着连铸技术的飞速发展和市场对钢质量要求的日益严格，铁水脱硫也 在不断发展和日趋完善。提高钢材质量、生产高附加值产品的需求成为全世 界范围内铁水脱硫技术的发展动力。现在要求炼钢铁水的硫含量一般不能超 过 0.010%，甚至达到0.005%0.001% 。如石油管线用钢，硫限量在0.002% 0.005%之间。当今，采用铁水脱硫技术已成为钢铁企业质量水平的一个标5 志。 炉外脱硫方法及特点 铁水沟铺撒冲法 是在高炉出铁过程中连续地往出铁沟或盛铁罐内撒入脱 硫剂。该方法操作简单，但脱硫效率较低，且不够稳定。 机械搅拌法 是在高炉出铁槽上装设搅拌器，出铁时加入脱

15、硫剂进行搅拌。 搅拌器的旋转方向与铁水流动方向相反。日本钢管(NKK)技术研究采用一种多 级机械搅拌方式进行铁水脱硫，谓之NKK脱硫法，因反应器内形如蚕状又称 为蚕式法 。脱硫剂随同铁水自一端流入，经旋转搅拌，混合反应后，从另一 端流出。铁水在反应器内的平均停留时间为24min，处理铁水的温度为 1450，用 CaC2作脱硫剂，用量3kg/t. 铁，可以达到70% 的脱硫率，该方法 具有设备费用较低、处理能力较强的优点。 铁水沟喷粉脱硫法 的喷吹点设在高炉出铁沟附近，两支喷枪顺流布置。 脱硫粉气流垂直喷向铁水流，喷吹的脱硫剂对铁水产生冲击和搅拌作用，在 铁水沟中进行脱硫反应。 涡流反应器法 的

16、涡流器安装在铁水罐上方，使铁水从切线方向流入形成 涡流运动，将渣料卷入铁流中。在铁水流量为1.5 2.0t min，脱硫剂用量 为铁水量 1.6%的试验中，脱硫效果达42% 43% 。 吹气搅拌法 主要有 顶吹法、底吹法 (PDS 或 CLDS) 和气升泵法 三种。顶吹 法和底吹法预先将脱硫剂加到铁水表面，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。它们设备费用低，操作简便，但脱硫效果不及搅拌 法好。 气升泵法 向气升泵吹入气流将铁水不断升入泵筒体。当筒体内铁水超过 罐内液面高度时，通过筒体上部的许多孔眼喷撒的脱硫剂与铁水发生脱硫反 应。 镁脱硫法 的镁以镁焦、镁锭、镁粉、镁合金及白云石的团块等形式加入 铁水中进行脱硫。用镁脱硫的最重要问题是要控制镁的气化速度，以免发生 爆炸。镁脱硫时采用的主要方法有插罩法、插杆法、三明治法、压力室法、 可倾罐法、 T-Nock 流槽法和喷吹法等。镁脱硫法速度快、渣量少、温度损失 少，但费用高、操作控制困难。 喷吹法 在 1970年由原西德蒂森公司研究成功并投入应用了ATH法，它将 一支外衬耐火材料的喷