铁水预处理工艺

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1、摘要本设计的的题目：铁水脱硫预处理技术的发展及其应用。内容：讲述铁水脱硫预处理技术的发展状况及趋势。分析几种脱硫剂和喷吹方式的特点，脱硫剂效率 及脱硫剂的反应率和影响铁水脱硫效果效率的 因素等。介绍炼钢铁水脱硫工艺及助理效果，并提出铁水 脱硫预处理生产中存在的问题和改进意见。 关键词；铁水预处理；脱硫；喷吹；效率；反应率。目录第 一 章 绪 论 1.1 铁水 预处理概念 1.2 铁水 预处 理的 发展 基 础 1.3 铁水脱硫预处理的发展概况 .1.4 铁水脱硫预处理的经济指标 1.4.1 脱 硫 效 率 .1.4.2 脱 硫 剂 效 率 1.4.3 脱硫剂的反 应率 .1.4.4 脱硫分配比

2、 .第 二 章 铁 水脱 硫 的 热 力 学 .2.1 脱硫 剂的种类 .2.2 脱硫剂的反应特点 .2.3 如 何 选 择 脱 硫 剂 2.5 影响铁水脱硫效果 的因素 第三章 脱硫的喷吹方式 3.1 脱 硫 预 处 理 喷 吹 方 式 的选 择 3.2 脱 硫 预 处 理 方 法 第四章 铁水脱硫预处理工艺在炼钢的应用 .4.1 工艺 流程 .4.2 主要 设备及工艺参 数 .4.2.1脱 硫 前 铁 水 条 件 .4.2.2脱硫剂配比4.2.3脱硫剂的喷吹速度4.2.4氮 气 的 工 作 压 力 4.2.5铁水脱硫作业周期时间4.3 脱 硫 处 理 能 力 及 脱 硫 处 理 比 第 一

3、 章 绪 论1.1 铁 水 预 处 理 概 念铁水预处理，炼钢生产中主要是指铁水在进入转炉之前的脱硫处理 。广 义 的 铁 水 预 处 理 是 指 包 括 对 铁 水 脱 硫 、脱 硅 、脱 磷 的 三 脱 处 理 ， 另 外 还 有 特 殊 铁 水 的 预 处 理 ， 如 含 V 铁 水 的 提 V 等 。1.2 铁 水 预 处 理 的 发 展 基 础近年来由于考虑到高炉的原料情况和提高生产效率，并且 为适应转炉提高质量的要求，在装料前，普遍对铁水进行预处 理 。铁 水 预 处 理 包 括 对 铁 水 中 的 硅 、锰 、磷 、硫 、氮 进 行 处 理 。 其中，为冶炼低硫钢种而进行的铁水预

4、脱硫处理以被广泛采 用。实际操作中采用与硫亲和力大的物质作为脱硫剂，如钙、 镁 、稀 土 金 属 以 及 Na 2CO 3、CaC 2、镁 焦 、氮 化 石 灰 及 生 石 灰 等。为了提高这些脱硫剂的效率，以及提高炉渣碱度和流动性， 增加反应界面，发展了用搅拌进行有效脱硫的方法。铁水同时 脱磷、脱硫在日本发展很快，并导致炼钢工艺发生根本性的变 化1,2。汽车用钢、海上采油平台用钢、石油管线钥、硅钢等要求 更高的性能，原工艺不能满足要求，铁水预处理可以提高钢的 纯洁度和性能，同时对新品种开发也起到推动作用，如厚船板 钢 、 抗氢 致 裂纹 钢 IF 钢， 转 炉冶 炼高 碳钢 ，高 锰钢 、

5、高铬 钢 、 焊条钢、合金钢、不锈钢、航空用钢、无缝钢管用钢、防腐钢 及钢轨钢等用铁水预处理后开发了许多新钢种，大大扩大了转 炉冶炼钢种的范围。为防止普通钢板坯内裂纹和提高表面质 量,规定S应小于0.02% ;为防止钢的各向异性,要求S不 大 于 0.011% 。采用铁水预处理工艺， 是现代化炼钢厂的重要标志。国外 先进钢铁厂一般均采用全量铁水脱硫预处理：日 本绝大多数钢 厂采用全量铁水“三脱（脱Si、P、S）预处理。随着冶金技术的发展，铁水炉外脱硫技术的研究与实践正 风糜世界。 在一般情况下， 硫是钢中的有害元素。 高炉要获得 低硫铁水就必须提高渣的碱度和炉温，而这将使高炉技术经济 指标下降

6、。 转炉由于炉内冶炼过程热力学条件的制约， 脱硫率 仅 40%左右。因此，为 保证钢的质量，就必须在炉外对铁水进 行脱硫预处理。铁水炉外脱硫技术从本世纪 30 年代开始应用 60 年代蓬勃发展至今，在国外已趋成熟，在实际生产中大量应 用， 处理工艺方法种类繁多， 约六类 16 种。先后发明的工艺有摇动法， 包括瑞典的单向偏心摇动铁 水罐法和日本神户川崎铁厂的可逆旋转式 DM 摇包法；机械搅 拌 法 有 原 西 德 DO（Demag-Ostberg） 法 、 RS（Rheinstahl） 法 和 赫 歇 法 ， 日 本 新 日 铁 的 KR（Kambara Reactor） 法 和 千 叶 的

7、NP 法；吹 气搅 拌法 有新 日 铁的 PDS（ 底 喷 ）法和 CLDS（ 顶喷 ）法；钟 罩 压 入 法 ， 主 要 有 美 国 Janes Laughlin 公 司 的 镁 焦 法 和 其 它 镁系脱硫法；喷吹法有原西德 Thyssen 的 ATH（ 斜插喷枪）法和 新 日 铁的 TDS（ 顶 喷 ）法 ；炉 前 铁水 沟 连续 脱 硫法。我国在 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，因此铁水炉外脱硫 到 70 年 代 才 逐渐 发 展 起来。至今 ，攀 钢 、武 钢 、鞍 钢 、宝 钢 太钢、包 钢、齐 钢、天钢、上

8、 钢一厂、冷 水江铁焦总厂、承 钢 酒钢、宣钢、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试验研究。国外工业上应用 的铁水炉外脱硫剂主要有：苏打（Na2CO3）、电石（CaC2）、石灰 （CaO） 、 金属镁以及以它们为基础的复合脱硫剂。研究表明，复合脱硫剂具有比单一脱硫剂脱硫效率高、 成 本低、 环境污染小的优点，因而工业生产多使用复合脱硫剂， 如电石系（西欧、日本、北美）、苏打系（日本、西欧）、石灰系（日 本、 前 苏联 、 法 国、 美国 ）、 金属镁 系 （北美、 前 苏联 、 西 欧、 日本）等。我国工业上采用的铁水脱硫剂则主要以石灰系为主。 目前国内

9、外大中型钢铁厂广泛采用的是铁水罐、混 铁车内喷吹 石灰系，电石系和镁系脱硫法。1.3 铁水脱硫 预处理的发展概况西欧、日本早在20世纪6070年代就在铁水脱硫预处理理论研究 的基础上在工业上进行了应用。国内武钢二炼钢 1979 年引进了日 本新日 铁的机械搅拌法（KR）铁水脱硫装置，北台，天钢，宣钢，冷水江，攀 钢 ，酒钢 等企业先后由国内自主开发了喷吹石灰、萤石的 脱硫方法。1985 年宝钢 一炼钢 引进日 本鱼雷罐车内喷吹石灰、 萤石的 脱硫装置。武钢 一 炼钢开发的镁基混合喷吹工艺，1998年宝钢，鞍钢，包钢引进美国ES M II公司镁基复合喷吹技术，本钢引进了霍戈文镁基复合喷吹法脱硫技

10、 术。近几年我国 铁水预处理有了 强劲发展， 随着钢 产量从 1996 年 1 亿t发展到2011年的8. 1亿t ,近5年来全国共计建设了约80多套铁 水脱硫预处理装置，处理能力近7000万t。新建设的铁水脱硫预处理生 产线使用的脱硫工艺主要有KR法和喷吹法，处理容器基本上为转炉铁 水罐。 近几年来铁水脱硫预处理的 发展还有以下特点：铁水脱硫每罐铁水容量从 50t （石钢 等） 到 300t （宝钢） 不等。脱硫 剂主 要 为 石灰和 金属镁 ， 既有 以单独一种粉剂作脱 硫剂的 （如武钢 一炼钢 ， 邯钢 三炼钢 等） ， 也有以一种粉剂为基础的 复合粉剂作 脱硫剂的 （如包钢 ， 梅钢

11、等） 。以金属镁作脱硫剂得到 了 大力 发展，使用 镁及镁基脱硫剂的 生产 线占到 了 80%以上） 。大部分为引 进国 外先进的脱硫预处理工 艺 。如日 本 的 K R 法，北 美、西欧的镁基复合喷吹技术，乌克兰的单吹颗粒镁喷吹技术。在工艺相似的 情况下，引进技术来自不同的技术供应商。如复合 喷吹法既有美国ESMII、加拿大DANIELICORUS（原霍戈 文）、还有日本D I A M 0 N D公司等。我国 在早 期 引 进国 外先 进技 术的 基 础上 改进 的自 主 知 识 产权开 发技术也在发挥着作用。如国 内开发的纯镁喷 吹 技术也得到广泛应用（如 马钢等）。有 很多生产线是对落后

12、处理工艺的改造和替代。 如武钢一炼钢 2001 年以纯镁喷 吹 替代原 有 镁、 石灰混合喷 吹 工艺；太钢改造原 三脱设 施。还 有 在原 生产线基础上的增建。 如宝钢，鞍钢 2003 年再次引进E S M II镁基复合喷吹技术；本钢2004年引进Daniel iCoru s镁基复合喷吹技术；武钢二炼钢增建1套KR法脱硫装置。除在上世纪引进后改良的KR法、镁基复合喷吹法占有很大市场 外，乌克兰（De s m a g）颗粒镁喷吹技术自武钢一炼钢项目进入我国 后 短短几年 内也发展十分迅速（如首钢 、 青钢 、 邯钢 三炼 钢 、 唐钢 等 ） 。 德国Po 1 y s i u s公司镁基复合喷

13、吹技术在2003年也进入到中国， 如鞍钢大脱硫，新区260 t转炉车间脱硫均采用这一技术。虽然近几年铁水脱 硫 预处理得到 发展，但对我 国 钢 产量来说，其 比例与先进国 家水平相比还 相差甚远。1.4 铁水脱硫 预处理的经济指标xlOO%1.4.1脱硫效率（）式中：1忘前处理前铁水原始含硫量，处理后铁水成品含硫量，此值反映脱硫工艺对铁水脱硫的直接影响，是工艺操作中很重要 的工艺参数，供值较大，说明此工艺的脱硫效果越好，当然和值的大 小与原始含硫量有关，如脱硫前原始硫很高，即使 值较大，也不能 说明成品硫就很低。此外由于公式中无脱硫剂的使用量，因此该公式 并未反映出脱硫剂的脱硫效果。1.4.

14、2脱硫剂效率（Ks ）dls式中：w一脱硫剂的消耗量，kg/t铁假设在脱硫反应过程中，脱硫剂的效率不变，则：阳脱硫剂效率Ks的意义是单位脱硫剂的脱硫量，此值虽不能准确地 描述脱硫剂的脱硫能力，但在生产操作中有实际意义。当掌握了一定 工艺条件下的经验脱硫数据后，就可以根据要求的脱硫量控制加入脱 硫剂的数量。1.4.3 脱硫剂的反应率nM脱硫剂加入铁水后，并非全部脱硫剂都参与了脱硫反应而起到了脱硫作用，为比较脱硫工艺中脱硫剂参与脱硫反应的程度，可用脱硫剂的理论消耗量和实际消耗量的比值来表示脱硫剂的反应率rim - x 1 00 % Q#式中：心一一脱硫剂的理论消耗量，kg/t铁脱硫剂的实际消耗量，

15、kg/t铁例如：用电石粉的脱硫剂的反应率1000刈引前-罔M4也Q沁X 7式中：64 一6的分子量32 S的分子量电石粉的单耗，kg/t铁J 电石粉中的含量，一般来说脱硫剂的反应率都不高，电石粉的反应率为2040 % , 而石灰粉的反应率仅510 %。1.4.4 脱硫分配比脱硫的产物必须进入渣中，从而使钢中的硫减少，其反应式简化为：呼炉渣的脱硫能力，通常用硫在渣一铁中的分配比k的大小来表示,Ls= ( S )/ S 式中：Ls硫在渣一铁中分配比(S)渣中硫的含量，%S铁中硫的含量，k值越大，说明炉渣的脱硫能力越强，一般而言，象高炉渣由于FeO低，山可达100，电炉还原期能可达3050，而转炉渣仅为510。第 二 章 铁水 脱 硫的 热力 学2.1 脱 硫剂 的 种类实际 生产 中 ，