冶 金 工 程 概 論第四章 非高爐煉鐵,第五章 鐵水預(yù)處理

1、 第四章 非高爐煉鐵非高爐煉鐵：指除高爐煉鐵以外的其它還原鐵礦石的方法。非高爐煉鐵分類：直接還原法；熔融還原法。 直接還原法1）定義：在鐵礦石熔化溫度下把鐵礦石還原成海綿鐵的煉鐵生產(chǎn)過程，產(chǎn)品叫直接還原鐵或海綿鐵（DRI）。2）特點：由于低溫還原，得到的直接還原鐵未能充分滲碳，因而含碳較低(2%)，礦石中的脈石成分既不能熔化造渣脫除，也不能被還原，因而直接還原鐵中幾乎保留了鐵礦石中的全部脈石雜質(zhì)，實際生產(chǎn)中仍需要用電爐精煉成鋼。煉鐵新技術(shù)煉鐵新技術(shù) 熔融還原法一切不用高爐冶煉液態(tài)生鐵的方法。它是不用焦炭在一個容器中完成高爐煉鐵過程的，基本上不改變目前傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)的基本原理。l 近年來，非高爐煉

2、鐵法發(fā)展比較快，其原因： 不用焦炭煉鐵； 非高爐生產(chǎn)的海綿鐵可代替日益緊張的廢鋼； 省去了煉焦設(shè)備，總的基建費用比高爐煉鐵法少。l 非高爐所得還原鐵的用途可分為以下三類： 煉鋼原料 高爐原料 鐵粉可用于粉末冶金或用作電焊條的原料等。海綿鐵運輸與儲藏中易氧化，需鈍化處理海綿鐵運輸與儲藏中易氧化，需鈍化處理4.1 直接還原法l分類：固體還原劑法和氣體還原劑法 使用固體還原劑法1）設(shè)備：回轉(zhuǎn)窯2）產(chǎn)品：海綿鐵（主要）、粒鐵及液態(tài)生鐵。3）工作原理：固體還原劑(煤) 、鐵礦石、溶劑混勻，由窯尾加入，窯體有14%的傾斜度并以一定速度旋轉(zhuǎn)，爐料由窯尾向搖頭運動。窯頭裝有燒嘴，噴入燃料(煤粉、煤氣或重油)燃

3、燒，廢氣由窯尾排除，爐料與爐氣逆向運動，逐漸把固體爐料加熱，達到800時，開始固體碳還原，放出的CO在氧化區(qū)被氧化，提供還原需要的熱量。 回轉(zhuǎn)窯煉鐵過程示意1氧化區(qū)；2中性區(qū)；3還原區(qū)；4窯頭；5熔化帶；6粒鐵帶；7還原帶；8預(yù)熱帶；9窯尾；10海綿鐵法；11粒鐵法；12液鐵法l 爐料配加的煤炭量必須超過還原反應(yīng)需要熱量，以保持料層中的還原氣氛。l 按照爐料出爐溫度，回轉(zhuǎn)窯除生產(chǎn)海綿鐵外，還可生產(chǎn)粒鐵和液態(tài)鐵。l優(yōu)點：可以直接使用儲量豐富的煤作燃料l缺點：是爐內(nèi)溫度要求嚴(yán)格控制，否則會引起局部過熱。使礦石軟融并粘結(jié)在爐墻上，破壞正常生產(chǎn)。回轉(zhuǎn)窯的典型代表：SL/KR法 用氣體還原劑直接還原法l

4、還原劑：冶金還原煤氣（H2，CO含量高，CH43符合要求的煤氣不存在，需利用各種天然能源加工制取米德列還原工藝米德列還原工藝4.2 熔融還原法l 概念：概念：鐵礦石在高溫熔融狀態(tài)下，用還原劑（碳）把鐵氧化物還原成金屬鐵的非高爐煉鐵方法。l特點：1）它僅是把高爐過程在另外一個不用焦炭的反應(yīng)器中完成，是一種全新的煉鐵工藝2）熔融還原的能源，是用價格便宜、儲量豐富的非煉焦煤，并可直接用粉礦或塊礦進行還原。3）生產(chǎn)出高爐品級的鐵水，并適合于各種煉鋼用途。4）由于高溫反應(yīng)，還原出來的鐵能滲C而熔化，并可能有一定量的Si，Mn等元素還原溶入生鐵，因此鐵水可用轉(zhuǎn)爐精煉。l存在的問題：1）尚未形成一個定型的生

5、產(chǎn)工藝流程2）產(chǎn)品質(zhì)量差，S和Si不能有效控制3）能耗高、設(shè)備壽命短l還原工藝分類： 一步法：整個熔煉過程都集中在一個反應(yīng)器中完成。 二步法：還原過程分為固體狀態(tài)下的預(yù)熱預(yù)還原和熔化終還原兩個階段，而且分別在兩個反應(yīng)器中完成，預(yù)還原裝置多為流化床或豎爐，終還原爐有轉(zhuǎn)爐型(熔池爐型)、豎爐型和電爐型等。l典型熔融還原工藝：COREX、Hesmelt第五章第五章 鐵水預(yù)處理鐵水預(yù)處理5.1 鐵水預(yù)處理技術(shù)概述l 定義定義：鐵水在進入轉(zhuǎn)爐前，為除去某些有害元素的處理過程。l 主要任務(wù)：主要任務(wù)：脫P、脫S、脫Si。（三脫）使其中S、P、Si含量降低到所要求范圍，以簡化煉鋼過程，提高鋼的質(zhì)量。l 鐵水

6、預(yù)處理場所：按需要可以分別在煉鐵工序、煉鋼工序進行，如鐵水溝、盛鐵水容器(鐵水包、魚雷罐)或轉(zhuǎn)爐中進行。l 硫：硫：鋼中硫易引起熱脆，降低鋼的強度、橫向力學(xué)性能和深沖壓性能。轉(zhuǎn)爐煉鋼脫硫效果不好(一般脫硫率為3040)。處理工藝：處理工藝：分批處理法(包括：鋪撤法、機械攪拌法、吹氣攪拌法、噴射法、鎂脫硫法)和連續(xù)處理法。l 目前常用的方法有噴吹法和KR攪拌法。l l 鐵水脫硫條件比鋼水脫硫優(yōu)越，其主要原因： 鐵水中C、Si含量高，提高硫的反應(yīng)能力； 鐵水中O含量低，提高渣鐵之間的硫分配比。l 脫硫劑：電石(CaC2)、石灰(CaO)、金屬鎂（Mg）以及以它們?yōu)榛A(chǔ)的復(fù)合脫硫劑。l鐵水預(yù)脫硅、鐵

7、水預(yù)脫磷均采用氧化方法。前者常在鐵水溝、盛鐵水容器中噴吹氧化劑進行，后者則常在盛鐵水容器中噴吹氧化劑進行。5.2 鐵水預(yù)脫硫 5.2.1 脫硫劑 石灰(CaO) CaO脫硫反應(yīng)式：l 特點： 在高碳有一定硅含量的鐵水中， CaO有較強的脫硫能力，在1350 時，反應(yīng)達平衡時，鐵水中的含硫量可達3.910-3%。 脫硫渣為固體渣，對鐵水容器內(nèi)襯耐火材料侵蝕輕微，扒渣方便，但其脫硫能力較CaC2 差，故耗量較大，渣量較多，且固體渣包裹著大量鐵珠，鐵損較大(約715kg/t鐵)。 石灰粉流動性差，在料罐中易“架橋”堵料，且極易吸潮，使其流動性大大惡化，潮解生成的Ca(OH)2，影響脫硫效果、且污染環(huán)

8、境。石灰粉在干燥氮氣下密封貯存在單獨料倉內(nèi)。 脫硫是暴露在大氣下進行的，鐵水中的Si會被氧化生成(SiO2)，(SiO2)與CaO作用生成(2CaO SiO2)，相應(yīng)地消耗了有效CaO量，降低了脫硫效果。用CaO脫硫，最好在惰性氣體或還原性氣氛下進行。 石灰粉資源廣，價格低，易加工，使用安全。 電石電石(CaC(CaC2 2) )CaCCaC2 2脫硫反應(yīng)：脫硫反應(yīng)：l 特點： CaC2分解出的Ca離子與鐵水中的硫有極強的親和力，脫硫能力很強。反應(yīng)達平衡時，鐵水中含硫量達4.910-7%。 脫硫反應(yīng)是放熱反應(yīng)，有利于減少鐵水的溫降。 脫硫產(chǎn)物CaS，其熔點為2450 ，故脫硫后，在鐵水面上形成

9、硫松的固體渣，有利于防止回硫，且對混鐵車容器內(nèi)襯侵蝕較輕，扒值方便。 脫硫能力強，耗量少，渣量也較少。 電石粉極易吸潮劣化，與水分接接時，迅速產(chǎn)生如下反應(yīng)： 此反應(yīng)降低了電石粉的純度和反應(yīng)強度，且產(chǎn)生的C2H2(乙塊)易爆炸。在運輸和保存電石粉時采用氮氣密封，電石粉單獨貯存在料倉內(nèi)，在開始噴吹前再與其他脫硫劑混合。 價格昂貴，運輸及保存困難，故噴吹成本高。 鎂粉(Mg)金屬鎂的熔點為651，沸點為1201 ，鐵水預(yù)脫硫的溫度一般為12501450范圍內(nèi)，金屬鎂在此溫度范圍內(nèi)會發(fā)生汽化現(xiàn)象。l 鎂氣泡脫硫反應(yīng)主要發(fā)生在粗脫硫階段，鐵水的深脫硫主要依靠Mg的反應(yīng)。鐵水硫含量降低到0.0020.00

10、5的范圍。l 特點： 鎂能對鐵水進行深度脫硫，可將鐵水硫脫至0.005以下。 形成的MgS很穩(wěn)定，熔化溫度為2000 ，且密度低，容易上浮進入渣中。 鎂在鐵水中有一定的溶解度，鐵水經(jīng)鎂飽和后能防止回硫。 鎂用量少，脫硫過程對鐵水化學(xué)成分基本無影響。 渣量少，有助于減少鐵損，且有利于環(huán)境保護。 由于鎂猛烈地蒸發(fā)為過熱蒸氣，容易造成鐵水噴濺和鎂蒸氣在鐵水罐外燃燒或爆炸，因此必須控制合適的鎂的蒸發(fā)速度。 高鎂蒸氣壓力使反應(yīng)區(qū)攪拌良好，動力學(xué)條件好，有利于加快脫硫反應(yīng)的速度。5.2.25.2.2鐵水脫硫方法鐵水脫硫方法 KRKR法脫硫法脫硫l 概念：將澆鑄耐火材料并經(jīng)過烘烤的十字形攪拌頭，插入有定量鐵

11、水的鐵水罐中旋轉(zhuǎn)，使鐵水產(chǎn)生游渦。經(jīng)過稱量的脫硫劑由給料器加入到鐵水表面，并被漩渦卷入鐵水中，脫硫劑在不斷地攪拌過程中與鐵水中的硫發(fā)生反應(yīng)，達到脫硫的目的。l 設(shè)備：扒渣機、攪拌器和脫硫劑輔選系統(tǒng)。l 特點： 脫硫效率高； 脫硫劑耗量少； 鐵水溫降??； 作業(yè)時間短： 金屬損耗低； 耐火材料消耗低。 噴吹法脫硫l 概念：用噴槍以惰性氣體為載體，將脫硫劑與氣體混合吹入鐵水底部，以攪動鐵水與脫硫劑充分混合的脫硫方法。l 設(shè)備：魚雷罐車或鐵水包內(nèi)進行，l 方法：混合噴吹法、復(fù)合噴吹法。l 特點：特點：速度快、效率高、操作靈活方便，處理鐵水量大，設(shè)備投資少等優(yōu)點。它是鐵水脫硫的主要方法。5.3 5.3

12、鐵水預(yù)脫硅鐵水預(yù)脫硅l目的： 減少轉(zhuǎn)爐煉鋼石灰消耗量，減少渣量和鐵損； 鐵水預(yù)脫磷的需要。一般來說脫磷的鐵水含硅量應(yīng)小于0.15%。l 脫硅劑：氧化劑(高堿度燒結(jié)礦粉、燒結(jié)粉塵、鐵礦石粉、鐵錳礦、軋鋼皮和氧氣等)。l 脫硅是氧化放熱反應(yīng)，且在低溫下容易進行。l方法：高爐鐵水溝投入法、頂噴法、鐵水罐(或魚雷罐)噴吹法。 高爐鐵水溝投入法：在高爐出鐵溝擋渣器位置或鐵水流入鐵水罐處，投入脫硅劑。此法脫硅效率較低，約50。 頂噴法；脫硅劑(如鐵皮、石灰粉和少量螢石粉)靠載氣(N2)從噴粉罐中流出，經(jīng)噴槍噴入到鐵水中，效率約70。 鐵水罐(或魚雷罐)噴吹法：噴吹法+氧槍吹氧，脫硅效率約為80。5.4 鐵

13、水預(yù)脫磷l 目的：(1) 生產(chǎn)低磷鋼和超低磷鋼的需要；(2) 優(yōu)化工藝實現(xiàn)少渣煉鋼。l 基本原理：通過氧化反應(yīng)和渣化反應(yīng)而生成穩(wěn)定的硅酸鹽和磷酸鹽，以達到從鐵水中去除的目的。l 脫磷劑：氧化劑、造渣劑和助熔劑組成。l 脫磷也是氧化放熱反應(yīng)，且在低溫下容易進行。磷氧化后生成的P2O5不穩(wěn)定(容易回磷)，必須與鈣、鈉之類的元素結(jié)合生成磷酸鹽類產(chǎn)物，才能穩(wěn)定地存在于渣中，即：l 脫磷的熱力學(xué)、動力學(xué)條件是： (1) 降低反應(yīng)溫度，1300 低溫有利于脫磷；(2) 提高鋼水、爐渣的氧化性，有利于脫磷； (3) 提高鋼中磷的活度和增加渣量，有利于脫磷；(4) 適當(dāng)?shù)膲A度。一般來講，脫磷渣的堿度應(yīng)在2.0

14、以上。當(dāng)R=2.03.0之間時，隨著渣堿度的增加，磷在渣中的分配系數(shù)急劇上升；渣的堿度大于3.0后，磷在渣中的分配系數(shù)提高緩慢，渣的堿度過高，也會影響渣的流動性。(5) 對熔池進行強力攪拌。l 方法：機械攪拌法、噴吹法和轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法。(1) 機械攪拌法：在鐵水罐中加入脫磷劑，然后通過裝有葉片的機械攪拌器使鐵水?dāng)嚢杈鶆颍部赏瑫r吹入氧氣。處理時間為3060min，脫磷率為6085。(2) 噴吹法：將脫磷劑用載氣經(jīng)噴槍吹入鐵水深部，使粉劑與鐵水充分接觸，在上浮過程中將磷去除。該法常向罐內(nèi)噴人蘇打灰配合添加燒結(jié)礦脫磷。 鐵水罐噴吹法：將脫磷劑用噴槍噴入鐵水罐內(nèi)的鐵水中進行脫磷。 魚雷罐噴吹法：將脫磷劑用噴槍噴入魚雷罐內(nèi)的鐵水中進行脫磷