鐵水預(yù)處理工藝模式的選擇

1、僅供個(gè)人參考鐵水預(yù)處理工藝模式的選擇1 CaO 作“三脫 ”劑（ 1） 脫硅脫硫脫磷順序 鐵水溝處鐵鱗脫硅鐵水脫硅是放熱反應(yīng)，鐵水溫度越低，脫硅的效果越好?？紤]到鐵水的脫硫溫降和運(yùn)輸、等待溫降，若將脫硅置于脫硫之后，脫硅時(shí)的鐵水溫度將較鐵水溝脫硅更低，鐵水預(yù)脫硅工序應(yīng)盡量置于脫硫之后，而不是在脫硫之前。 脫硫反應(yīng)平衡時(shí) %S 達(dá) 10-4 數(shù)量級，可滿足所有鋼種的要求；溫度的變化對鐵水脫硫效果的影響很小，因此脫硫可考慮提至脫硅之前，在確保脫硫效果的同時(shí)使脫硅也處于較好的熱力學(xué)條件下。 轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫硅、脫磷有資料表明：鐵水中 %Si 大于 0.15 時(shí)為脫硅期， %Si 小于 0.15 時(shí)脫磷反應(yīng)才

2、會(huì)開始，脫磷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，較低溫度的脫磷爐內(nèi)脫硅的熱力學(xué)條件應(yīng)是最佳的。因此應(yīng)取消鐵水溝處的高溫脫硅，將其移至脫硫之后的脫磷轉(zhuǎn)爐內(nèi)和脫磷一同進(jìn)行。（2） 脫硫脫硅、磷順序“脫硫 脫硅、脫磷 ”順序的情況下，脫硫反應(yīng)平衡時(shí)量 %S 下降了一個(gè)數(shù)量級。將脫硅任務(wù)放在脫硫之后完成，能明顯改善 CaO 粉劑脫硫的熱力學(xué)條件。（3） 脫硅、脫磷脫硫順序在“脫硅、脫磷 脫硫 ”順序的情況下，脫硫反應(yīng)平衡時(shí)%S 為 10-3 數(shù)量級，而在 “脫硅 脫硫脫磷 ”順序下， %S 為 10-4 數(shù)量級，在 “脫硫 脫硅、脫磷 ”順序下， %S 為 10-5 數(shù)量級。顯然 “脫硫脫硅、脫磷 ”順序下 CaO 粉劑

3、脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)條件更好。（4） 同時(shí) “三脫 ”機(jī)理研究表明：用氮氧復(fù)合氣體作載氣噴吹 CaO 粉同時(shí)進(jìn)行鐵水預(yù)處理 “三脫 ”反應(yīng)時(shí)，脫硅、脫磷主要是在噴槍附近的高氧勢區(qū)進(jìn)行的瞬時(shí)接觸反應(yīng)；脫硫則是還原性渣和鐵水之間的持久接觸反應(yīng)。對鐵水預(yù)處理脫硅來說，脫磷轉(zhuǎn)爐頂吹氧加CaO 粉劑脫硅的熱力學(xué)條件是最優(yōu)的。CaO 的脫磷能力受鐵水溫度的影響很大，在其它操作條件允許的情況下，應(yīng)該盡量在低溫下脫磷。 “脫硫脫硅、脫磷 ”順序下，專用脫磷轉(zhuǎn)爐脫磷時(shí)鐵水的溫度較同時(shí) “三脫 ”時(shí)低。綜合比較認(rèn)為： CaO 作三脫劑時(shí)，脫磷應(yīng)在脫硫之后，并在專用轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行最佳。不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考噴吹 Ca

4、O 粉劑同時(shí)進(jìn)行鐵水“三脫 ”的脫硫能力相對最弱。從熱力學(xué)角度分析原因：同時(shí) “三脫 ”在同一個(gè)容器中既要實(shí)現(xiàn)氧化脫磷、脫硅，又要完成還原脫硫，兩者都要兼顧，在熱力學(xué)上存在著矛盾，工藝上也不好實(shí)現(xiàn)。而將脫硅、脫磷和脫硫分階段處理，分別創(chuàng)造氧化和還原的氣氛，顯然比同時(shí) “三脫 ”的熱力學(xué)條件更優(yōu)化。由以上計(jì)算與分析可知，CaO 作三脫劑時(shí)的最佳預(yù)處理順序?yàn)椋好摿蛎摴?、脫磷? 鎂粉作脫硫劑， CaO 作脫硅、脫磷劑從熱力學(xué)角度看，理論上“脫硅、脫磷脫硫 ”順序下鎂粉能將鐵水中的%S 降至 10-6 10-7數(shù)量級，而 “脫硫脫硅、脫磷 ”順序下鎂粉只能將鐵水中的%S 降至 10-5 10-6 數(shù)

5、量級。但由圖1可知，溫度對脫硫的影響較小，但對硅磷卻有著很大的影響，高溫不利于脫硅磷，1500 時(shí)，硅、磷含量在0.01% 以上，不能滿足要求，此時(shí)硫含量為20ppm ，滿足要求，因此綜合考慮，鎂粉作脫硫劑， CaO 作脫硅、脫磷劑最佳順序?yàn)椋好摿蛎摴?、脫磷。圖 1 鎂粉為脫硫劑時(shí)溫度對“三脫 ”效果的影響3 CaC2 作脫硫劑， CaO 作脫硅、磷劑CaC2 脫硫的反應(yīng)式為： CaC2+S CaS(S)+ 2C ，計(jì)算結(jié)果見表1、 2。表 1 脫硫脫硅、磷順序反應(yīng)平衡時(shí)%ST1723K1673K1623K不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考2.18 ×10-1.02 ×10-4.

6、57 ×10-%S667表 2 脫硅、磷脫硫順序反應(yīng)平衡時(shí)%ST1673K1623K1573K1.29 ×10-5.89 ×10-2.53 ×10-%S677表 3 專用轉(zhuǎn)爐脫硅脫磷平衡時(shí)%PT1673K1623K1573K不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考%1.35 ×10-4.33 ×10-6.16 ×10P44-5比較表 1、2 可以看出， CaC2 作脫硫劑時(shí)，不同預(yù)處理順序?qū)γ摿蛐Ч绊懖淮螅杀?3 知，低溫利于脫硅、磷，因此“脫硫脫硅、脫磷 ”順序能改善脫硅、脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)條件。4 蘇打灰作脫硫劑，CaO 作脫硅

7、、磷劑蘇打灰的主要成分為 Na2CO3 ，用蘇打灰脫硫，工藝和設(shè)備簡單，主要缺點(diǎn)是：鐵水中加入蘇打時(shí)產(chǎn)生大量的氧化鈉揮發(fā)物，操作環(huán)境惡劣。此外，渣中氧化鈉侵蝕鐵水包襯，并且因渣的流動(dòng)性過好，造成機(jī)械扒渣困難 。Na2CO3 與鐵水中 S 的作用，一般認(rèn)為按下式進(jìn)行 ：Na2CO3(l)+S+2CNa2S(l)+3CO(g) 。經(jīng)過熱力學(xué)計(jì)算，不同預(yù)處理順序下的結(jié)果如表4、5 所示。表 4 脫硫脫硅脫磷順序反應(yīng)平衡時(shí)%ST1773K1723K1673K1623 K%4.89 ×101.07 ×102.40 ×10-5.7 ×10-S-4-333不得用于商業(yè)

8、用途僅供個(gè)人參考表 5 脫硅、脫磷脫硫順序反應(yīng)平衡時(shí)%ST1673K1623K1573K%S3.08 ×10-37.90 ×10-1.86 ×10-23比較表 4、5 可知， “脫硫脫硅、脫磷 ”順序更具優(yōu)勢，分析其的有利條件包括： 1) 在相對較高的溫度下脫硫， Na2CO3 脫硫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，高溫更有利于 Na2CO3 脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)要求；2)脫硫時(shí)鐵水中含有較高的 Si、 C、 P，這三種溶質(zhì)提高了鐵水中硫的活度系數(shù)，從而提高鐵水中硫的活度，促進(jìn)了 Na2CO3 脫硫反應(yīng)的進(jìn)行。因此，使用 Na2CO3 做脫硫劑時(shí)， “脫硫脫硅、脫磷 ”順序下 Na2C

9、O3 脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)條件更好，能明顯改善脫硅、脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)條件。預(yù)處理容器及方法選擇1 預(yù)處理脫硫有研究用 FLUENT 軟件計(jì)算出 260t 魚雷罐的速度分布圖，如圖2 所示。不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考圖 2 噴頭在中心點(diǎn)時(shí)的速度圖圖 3 鐵水包 KR 法脫硫的流場示意圖由圖 2 知：魚雷罐內(nèi)流場極不均勻，漩渦橫向發(fā)展，造成的死角多，尤其是魚雷罐兩頭、底部、以及中間部分區(qū)域的鐵水流動(dòng)性較差，在很大程度上惡化了脫硫的動(dòng)力學(xué)條件；由于噴吹的攪拌對上述區(qū)域的鐵水影響較小，粉劑不易到達(dá)，加之粉劑很快上浮，所以脫硫終了時(shí)這部分鐵水的含硫量仍相對較高，影響到整罐鐵水的脫硫效果。鐵水包 KR 法流

10、場如圖 3 所示， KR 攪拌形成了鐵水的循環(huán)流動(dòng)，大大改善了脫硫的動(dòng)力學(xué)條件，減少了脫硫劑的消耗。武鋼生產(chǎn)實(shí)踐表明：攪拌時(shí)間只需要5 分鐘就可使脫硫劑得到充分的利用，脫硫速度快、效果好，鐵水原始硫含量為 300ppm 時(shí)，處理終點(diǎn)硫含量可達(dá) 10 個(gè) ppm 以下。有文獻(xiàn)認(rèn)為：較之噴吹法，攪拌法的出現(xiàn)使得脫硫過程中的動(dòng)力學(xué)條件得到了根本性的改善。鐵水包噴吹法脫硫流場如圖4 所示：不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考圖 4 鐵水包噴吹法脫硫的流場示意圖由圖 4 可知，鐵水罐底部及與噴吹口成 90°夾角的區(qū)域是噴吹的死區(qū)，由于噴吹角度的限制及脫硫劑上浮的原因脫硫劑始終到不了這一區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)鐵

11、水流動(dòng)不足，動(dòng)力學(xué)條件較差，使得該這部分鐵水的脫硫效果基本上等于零。脫硫完畢，死區(qū)內(nèi)鐵水的硫就會(huì)漸漸擴(kuò)散到整罐鐵水中，使得鐵水硫量回升。鐵水包噴吹法脫硫的基本原理是靠一定壓力和流量的載氣，把脫硫劑噴入到鐵水中脫硫。脫硫劑在上浮的過程中與鐵水的硫進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) ，同時(shí)載氣和脫硫劑的沖擊與上浮能夠帶動(dòng)鐵水流動(dòng)起到攪拌作用，但它們上浮造成的鐵水對流運(yùn)動(dòng)是很弱的 (動(dòng)量平衡原理 )，脫硫劑只有部分與硫反應(yīng)，導(dǎo)致脫硫劑耗量比 KR 法大，脫硫效率較低。綜合比較，在三種預(yù)處理脫硫工藝中，鐵水包KR 法脫硫的動(dòng)力學(xué)條件是最優(yōu)的。在實(shí)際生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)也表明，KR 法的脫硫效率更高，粉劑消耗更少。2 預(yù)處理脫硅為了

12、提高脫硅反應(yīng)速度、充分利用脫硅劑，動(dòng)力學(xué)要求必須加強(qiáng)攪拌，以降低擴(kuò)散層厚度和增加反應(yīng)界面面積 。魚雷罐和鐵水包的容積小 ，容易產(chǎn)生噴濺 ，限制了噴吹的強(qiáng)度 。特別是魚雷罐車，其形狀是兩頭小中間大，反應(yīng)空間決定了它的動(dòng)力學(xué)條件較差。而轉(zhuǎn)爐的熔池大，渣層較薄、渣鐵接觸面積大于魚雷罐和鐵水包；爐容比大，幾乎不存在噴濺問題，可以允許更高的噴吹強(qiáng)度，若加上底吹，可進(jìn)一步改善了其動(dòng)力學(xué)條件，縮短了處理時(shí)間。3 預(yù)處理脫磷圖 5、圖 6 是兩種脫磷方法的曲線圖。圖 5 魚雷罐脫磷曲線不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考圖 6 轉(zhuǎn)爐脫磷曲線比較兩圖可知，專用轉(zhuǎn)爐噴 CaO 粉脫磷只需要 10 分鐘就能將磷脫至 50

13、個(gè) ppm 以下，而魚雷罐則需要 40 分鐘左右，說明轉(zhuǎn)爐脫磷的動(dòng)力學(xué)條件優(yōu)于魚雷罐，效率更高。結(jié)論（ 1）通過對不同 “三脫 ”劑、不同處理順序的熱力學(xué)計(jì)算比較得出最佳鐵水預(yù)處理順序?yàn)椋侯A(yù)處理脫硫預(yù)處理脫硅、脫磷。（ 2）對不同處理容器、不同處理方法的動(dòng)力學(xué)條件比較得出預(yù)處理容器應(yīng)選定為：鐵水包KR 脫硫，專用轉(zhuǎn)爐脫硅、脫磷。（3）鐵水預(yù)處理模式確定為：高爐鐵水鐵水包KR 法脫硫?qū)Ｓ棉D(zhuǎn)爐脫硅、脫磷。不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f ü r den pers?nl