冶金概论-3_铁水预处理转炉炼钢幻灯片

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1、铁水预处理工艺,铁水预处理是指铁水进入炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一种工艺。 铁水预处理可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理，前者有脱硫、脱硅、脱磷或同时脱磷脱硫；后者有铁水提钒、提铌等。,2019/6/3/18:17:16,1,2019/6/3/18:17:16,2,炼 钢,铁水预处理,4.1,铁水在进入转炉前，为除去某些有害元素的处理过程。,预脱硫：电石、石灰、金属镁等炉外脱硫剂 预脱硅：铁水沟、盛铁水容器中喷吹氧化剂 预脱磷：盛铁水容器中喷吹氧化剂,铁水预处理按需要可在铁水沟、盛铁水容器(铁水包、鱼雷罐)或转炉中时行。 简化炼钢过程，提高钢的质量,易引起热脆，

2、铁水脱硫条件比钢水脱硫优越,减少转炉石灰消耗量，减少渣量和铁损；预脱磷的需要,使钢产生冷脆性,Hot Metal Pretreatment,铁水预处理的化学冶金学意义 化学冶金学意义： 创造最佳的冶金反应环境! 钢铁冶金工艺优化： 高炉分离脉石、还原铁矿石 铁水预处理脱硅、脱磷、脱硫 转炉脱碳、升温 钢水炉外精炼去夹杂、合金化,2019/6/3/18:17:16,3,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：S、P0.005 %管线钢、Z向钢、IF钢：S 0.0020.004 % (2) 减轻高炉脱硫负担，放宽对硫的限制，提高产量

3、，降低焦比； (3) 炼钢采用低硫铁水冶炼，可获得巨大的经济效益。,2019/6/3/18:17:16,4,铁水预脱硫方法,依据采用脱硫剂的种类及其搅拌方法，目前生产中采用的炉外脱硫方法可分为四类：铁流搅拌法、机械搅拌法、气体搅拌法和插入法。用得较多的为机械搅拌法(KR法)和气体搅拌法(顶部喷吹法) 。 KR法:用实心旋转器搅拌铁水，脱硫剂为CaC2和石灰粉加Na2CO3。 顶部喷吹法:以载气（N2）将脱硫剂经顶部喷嘴喷入鱼雷型混铁车和铁水包的铁水中，脱硫剂为CaC2、Na2CO3。,2019/6/3/18:17:16,5,铁水预脱硫方法,KR法 1脱硫剂；2搅拌器； 3至除尘,2019/6/

4、3/18:17:16,6,顶部喷吹法 1喷枪；2脱硫剂；3料仓；4称量料仓；5载气（N2）,铁水预脱硫工艺,2019/6/3/18:17:16,7,铁水预脱硫扒渣工艺,2019/6/3/18:17:16,8,2019/6/3/18:17:16,9,2019/6/3/18:17:16,10,2019/6/3/18:17:16,11,2019/6/3/18:17:16,12,2019/6/3/18:17:16,13,2019/6/3/18:17:16,14,Si+2(FeO)=(SiO2)+2Fe 原理 脱硅剂主剂主要成分是氧化剂，有氧气、铁矿石、烧结矿、轧钢皮等。 还加少量的副剂，主要有石灰、萤

5、石等。用于调节炉渣的碱度、改善炉渣流动性等。,2019/6/3/18:17:16,15,2019/6/3/18:17:16,16,固定剂,2019/6/3/18:17:16,17,炼钢（steelmaking）,主要内容,3.1 炼钢的基本任务 3.2 炼钢炉渣(slag) 3.3 炼钢过程的基本原理 3.4 炼钢用原材料(raw materials) 3.5 转炉炼钢,2019/6/3/18:17:16,19,3.1 炼钢的基本任务,四脱：C、S、P、O； 二去：气体、夹杂； 二调整：温度、成分。,2019/6/3/18:17:16,20,3.2 炼钢炉渣,3.2.1 炼钢炉渣的作用 3.2

6、.2 炼钢炉渣的来源及其组成 3.2.3 炼钢炉渣的主要性质,2019/6/3/18:17:16,21,3.2.1 炼钢炉渣的作用,作用： 通过对炉渣成分、性能及数量的调整，可以控制金属中各元素的氧化和还原过程； 向钢中输送氧以氧化各种杂质； 吸收钢液中的非金属夹杂物，并防止钢液吸气（H、N）。 副作用：侵蚀炉衬；降低金属收得率。,2019/6/3/18:17:16,22,3.2.2 炼钢炉渣的来源及其组成,炼钢炉渣的来源： 加入的各种造渣材料及被侵蚀炉衬； 炼钢中化学反应的产物：氧化物和硫化物； 废钢带入得泥沙和铁锈；氧化物或冷却剂带入的脉石。 炉渣的组成以各种金属氧化物为主，并含有少量硫化

7、物和氟化物。 炼钢炉渣的基本体系是CaO-SiO2-FeO。,2019/6/3/18:17:16,23,3.2.3 炼钢炉渣的主要性质,碱度(basicity)： R1.31.5，低碱度渣； R1.82.0，中碱度渣； R2.5， 高碱度渣； 氧化性炉渣向金属熔池传氧的能力，一般以渣中氧化铁（ FeO）含量来表示。 炉渣的氧化能力是个综合的概念，其传氧能力还受炉渣粘度、熔池搅拌强度、供氧速度等因素的影响。,2019/6/3/18:17:16,24,3.3 炼钢过程的基本原理,3.3.1 炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式 3.3.2 炼钢熔池中元素的氧化次序 3.3.3 脱碳反应(dec

8、abonization) 3.3.4 硅的氧化 3.3.5 锰的氧化与还原 3.3.6 脱磷反应(dephosphorization) 3.3.7 脱硫反应(desulphurization) 3.3.8 钢的脱氧(de-oxidation) 3.3.9 脱气(degassing) 3.3.10 去除钢中夹杂物,2019/6/3/18:17:16,25,3.3.1 炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式,氧的来源： 直接向熔池中吹入工业纯氧（98）； 向熔池中加入富铁矿； 炉气中的氧传入熔池。 铁液中元素的氧化方式有两种：直接氧化(direct oxidation)和间接氧化(indirec

9、t oxidation)。,2019/6/3/18:17:16,26,直接氧化方式,直接氧化是指氧气直接与铁液中的元素产生氧化反应。 当向铁液中吹入氧气时，如果在铁液与气相界面有被溶解的元素如SiMnC,虽有大量的铁原子存在，但根据元素的氧化次序SiMnC将优先于铁而被氧化。 反应可写为：C+12O=CO Si+O2=（SiO2） Mn+12O2（MnO） 在氧气转炉炼钢时氧气流股冲击铁液形成一个冲击坑，氧气与铁液直接接触，易产生元素的直接氧化。,2019/6/3/18:17:16,27,间接氧化方式,吹入的氧气由于动力学的原因首先与铁液中的Fe原子反应形成FeO进入炉渣同时使铁液中溶解氧O。

10、炉渣中的（FeO）和溶解在铁液中的O再与元素发生间接氧化。 其反应为：O2+Fe=(FeO) (FeO)=Fe+O 如： 2O+Si=(SiO2) 或 2(FeO)+Si=2Fe+(SiO2) 在渣-金界面上往往产生元素的间接氧化反应。,2019/6/3/18:17:16,28,3.3.2 炼钢熔池中元素的氧化次序,溶解在铁液中的元素的氧化次序可以通过与1molO2的氧化反应的标准吉布斯自由能变化来判断。 在标准状态下，反应的Go负值越多，该元素被氧化的趋势就越大，则该元素就优先被大量氧化。 铁液中常规元素与氧反应的标准吉布斯自由能变化与温度的关系绘制成图。,2019/6/3/18:17:16

11、,29,2019/6/3/18:17:16,30,1. CuNiMoW等元素氧化的Go线都在Fe氧化Go线之上。从热力学角度来说，在炼钢吹氧过程中这些元素将受到Fe的保护而不氧化。 2. CrMnVNb等元素的氧化程度随冶炼温度而定。 3. AlTiSiB等元素氧化的Go线在图中位于较低的位置，它们最易氧化。在实际生产中，这些元素作为强脱氧剂使用。 注意：虽然在炼钢温度下，Fe氧化的Go线高于其它元素氧化的Go线，但由于铁液中大多数为Fe原子，氧与Fe原子接触机会多，故在实际上Fe还是会氧化。,3.3.3 脱碳反应,炼钢的一个重要任务是利用氧化方法将铁液中过多的碳去除，称为脱碳。脱碳反应是贯穿

12、于冶炼过程。 在高温下C主要氧化成为CO。 C与氧的反应有： 在渣-金界面上： C+（FeO）=CO+Fe C+O=CO 在气-金界面上： C+12O2=CO,2019/6/3/18:17:16,31,脱碳反应的作用,脱碳反应除了调整钢液碳含量的作用外，其反应产物CO气体的上浮排除使得脱碳反应给炼钢带来独特的作用。 促进熔池成分温度均匀； 提高化学反应速度； 降低钢液中的气体含量和夹杂物数量： 造成喷溅和溢出：,2019/6/3/18:17:16,32,3.3.4 硅的氧化,硅的直接氧化和间接氧化反应式 在气-金界面上 Si+O2=（SiO2） 在渣-金界面上 Si+2O=（SiO2） Si+

13、2（FeO）=（SiO2）+2Fe,2019/6/3/18:17:16,33,3.3.5 锰的氧化与还原,铁液中的锰反应,形成在高温下是稳定的MnO。 Mn的氧化反应式为： 在气-金界面上 Mn+1/2O2=（MnO） 在渣-金界面上 Mn+O=（MnO） Mn+（FeO）=（MnO）+Fe,2019/6/3/18:17:16,34,3.3.6 脱磷反应,氧化脱磷： 在炼钢温度下，气化脱磷反应是不能进行的。由于Fe优先于P氧化，通过直接氧化反应的气化脱磷也是难以进行的。 通过加入石灰造碱性渣可以将铁液中的磷脱出到炉渣中。这是由于P2O5时是酸性氧化物，遇到碱性氧化物如CaO能生成稳定的化合物而

14、进入炉渣。,2019/6/3/18:17:16,35,脱磷反应式,用碱性炉渣进行脱磷的反应为： 在渣-金界面 3(CaO)+2P+5O=(3CaOP2O5) 3(CaO)+2P+5(FeO)=(3CaOP2O5)+5Fe 在渣-金-气界面 3(CaO)+2P+5/2O2=(3CaOP2O5),2019/6/3/18:17:16,36,炉渣脱硫的基本反应式 FeS= (FeS) +) (CaO)+(FeS)=(CaS)+(FeO) (CaO)+FeS=(CaS)+(FeO) (吸热) 从反应式中可以看出，脱硫的基本条件是：高碱度、高温、低氧化性。,2019/6/3/18:17:16,37,影响脱

15、硫反应的基本条件分析 (1)炉渣碱度研究结果表明：炉渣碱度在3035之间最好，过高会使黏度增加，不利硫在钢渣之间的扩散，过低则不符合脱硫要求。 (2)氧化性炉渣氧化性对脱硫的影响较为复杂，从脱硫反应式中可以看出，渣中的还原性越强，即(FeO)越低越有利于脱硫反应。但实际生产中氧气转炉的氧化渣中也能去除一部分硫，其主要原因是：(FeO)的存在改善了渣的流动性，能促进石灰的熔化，有利于高碱度渣的形成，从而部分改善了脱硫条件。 尽管氧化渣中也能脱硫，但在其他条件如搅拌、温度、碱度等完全相同的条件下，氧化渣的去硫效果还是远远低于还原渣的。 (3)温度 高温有利于吸热反应的进行，即有利于去硫反应的顺利进行。 (4)钢渣搅拌情况 去硫是钢渣界面反应，加强钢渣搅拌扩大反应界面积有利于去硫。例如电炉(还原期)出钢时，采用钢渣混出的方法，使钢液和炉渣强烈混合，钢渣界面大大增加，充分发挥了电炉还原渣的脱硫能力，使脱硫反应能够迅速进行。 (5)渣量 增加渣量可以减少(CaS)的相对浓度，可促进去硫反应。,2019/6/3/18:17:16,38,炉渣脱硫原理,2019/6/3/18:17:16,39,气化脱硫,气化脱硫主