鐵水預(yù)處理工藝

1、 鐵 水 預(yù) 處 理 工 藝 朱 榮鐵水預(yù)處理技術(shù)鐵水預(yù)處理技術(shù) 鐵水預(yù)處理是指鐵水兌入煉鋼爐之前進(jìn)行的各鐵水預(yù)處理是指鐵水兌入煉鋼爐之前進(jìn)行的各種處理。種處理。 分為普通鐵水預(yù)處理和特殊鐵水預(yù)處理兩大類。分為普通鐵水預(yù)處理和特殊鐵水預(yù)處理兩大類。 普通鐵水預(yù)處理包括：普通鐵水預(yù)處理包括：鐵水脫硫、鐵水脫硅和鐵鐵水脫硫、鐵水脫硅和鐵水脫水脫P(yáng) P。 特殊鐵水預(yù)處理一般是針對鐵水中含有的特特殊鐵水預(yù)處理一般是針對鐵水中含有的特殊元素進(jìn)行提純精煉或資源綜合利用，如鐵水提殊元素進(jìn)行提純精煉或資源綜合利用，如鐵水提釩、提鈮、脫鉻等預(yù)處理工藝。釩、提鈮、脫鉻等預(yù)處理工藝。鐵水預(yù)處理容器的選擇鐵水預(yù)處理容

2、器的選擇根據(jù)鐵水預(yù)處理容器的選擇，脫硫工藝可分為：根據(jù)鐵水預(yù)處理容器的選擇，脫硫工藝可分為： 混鐵車噴吹法混鐵車噴吹法 鐵水罐法鐵水罐法 鐵水包法鐵水包法 發(fā)展趨勢：發(fā)展趨勢： 采用鐵水包作為鐵水脫硫預(yù)處理的容器采用鐵水包作為鐵水脫硫預(yù)處理的容器1.2 鐵水預(yù)處理的化學(xué)冶金學(xué)意義n化學(xué)冶金學(xué)意義化學(xué)冶金學(xué)意義： 創(chuàng)造最佳的冶金反應(yīng)環(huán)境創(chuàng)造最佳的冶金反應(yīng)環(huán)境 ! !n鋼鐵冶金工藝優(yōu)化鋼鐵冶金工藝優(yōu)化： 高爐高爐 分離脈石、還原鐵礦石分離脈石、還原鐵礦石 鐵水預(yù)處理鐵水預(yù)處理 脫硅、脫磷、脫硫脫硅、脫磷、脫硫 轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐 脫碳、升溫脫碳、升溫 鋼水爐外精煉鋼水爐外精煉 去夾雜、合金化去夾雜、合金化

3、1. 3 鐵水預(yù)處理(脫硫)的優(yōu)越性n(1) 滿足用戶對超低硫、磷鋼的需求，發(fā)展?jié)M足用戶對超低硫、磷鋼的需求，發(fā)展高附加值鋼種：如：高附加值鋼種：如： 船板鋼、油井管鋼：船板鋼、油井管鋼：S、P 0.005 % 管線鋼、管線鋼、Z向鋼、向鋼、IF鋼：鋼：S 0.0020.004 %n(2) 減輕高爐脫硫負(fù)擔(dān)，放寬對硫的限制，減輕高爐脫硫負(fù)擔(dān)，放寬對硫的限制，提高產(chǎn)量，降低焦比；提高產(chǎn)量，降低焦比；n(3) 煉鋼采用低硫鐵水冶煉，可獲得巨大的煉鋼采用低硫鐵水冶煉，可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益。鐵水脫硫工藝方法鐵水脫硫工藝方法 投擲法，將脫硫劑投入鐵水中脫硫投擲法，將脫硫劑投入鐵水中脫硫 噴吹法

4、，將脫硫劑噴入鐵水中脫硫噴吹法，將脫硫劑噴入鐵水中脫硫 攪拌法（攪拌法（KRKR法），通過中空機(jī)械攪拌器法），通過中空機(jī)械攪拌器 向鐵水內(nèi)加入脫硫劑，攪拌脫硫向鐵水內(nèi)加入脫硫劑，攪拌脫硫脫硫工藝方法 投擲法 噴吹法 KR法 脫硫率(%) 60-70 80-90 90-95 脫硫劑種類 蘇打粉 Mg系脫硫劑 石灰 脫硫劑消耗(kg/t) 8-10 0.5-2 10-12 最低鐵水S(%) 0.015 0.003 0.002 鐵耗(kg/t) 30 10 15-20 溫降(/次) 30-40 10 20-30 處理成本(元/t) 15 20 投資成本() 低 一般 較高 脫硫工藝的技術(shù)比較脫硫工藝

5、的技術(shù)比較 2 鐵水預(yù)處理發(fā)展的技術(shù)經(jīng)濟(jì)背景與現(xiàn)狀鐵水預(yù)處理發(fā)展的技術(shù)經(jīng)濟(jì)背景與現(xiàn)狀2.1國外鐵水預(yù)脫硫技術(shù)的發(fā)展背景與現(xiàn)狀國外鐵水預(yù)脫硫技術(shù)的發(fā)展背景與現(xiàn)狀n歷史背景：歷史背景：60年代，氧槍轉(zhuǎn)爐煉鋼的崛起工業(yè)的年代，氧槍轉(zhuǎn)爐煉鋼的崛起工業(yè)的發(fā)展給鋼鐵材料質(zhì)量提出了更高要求。發(fā)展給鋼鐵材料質(zhì)量提出了更高要求。n 鋼材質(zhì)量：鋼材質(zhì)量： 強(qiáng)度高、低溫韌性好；冷成型和焊強(qiáng)度高、低溫韌性好；冷成型和焊接性能好；抗腐蝕和高溫性能好。接性能好；抗腐蝕和高溫性能好。n 用戶需求：降低鋼中雜質(zhì)：硫、磷含量越低越好。用戶需求：降低鋼中雜質(zhì)：硫、磷含量越低越好。國外脫硫現(xiàn)狀國外脫硫現(xiàn)狀n世界各國都致力于降低鋼中

6、硫含量世界各國都致力于降低鋼中硫含量n80年代初期歐洲鋼材市場：年代初期歐洲鋼材市場： 大批量產(chǎn)品含硫量大批量產(chǎn)品含硫量S 0.02%；小量產(chǎn)品；小量產(chǎn)品S 0.01%；極少的優(yōu)質(zhì)鋼；極少的優(yōu)質(zhì)鋼S 0.005%。n90年代中期：年代中期： 約約70%的產(chǎn)品的產(chǎn)品S 0.015%；約約50%的產(chǎn)品的產(chǎn)品S 0.01% 。n約約28%的產(chǎn)品的產(chǎn)品S 0.005%；約；約10%的產(chǎn)品的產(chǎn)品S 0.002%。我國脫硫現(xiàn)狀我國脫硫現(xiàn)狀n整體差距太大：生鐵一類的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：整體差距太大：生鐵一類的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：S S 0.03% 0.03%n寶鋼、本鋼等企業(yè)水平與國外一致寶鋼、本鋼等企業(yè)水平與國外一致n結(jié)果：

7、高爐脫硫，操作保守結(jié)果：高爐脫硫，操作保守 焦比高、產(chǎn)焦比高、產(chǎn)量低量低 n國外預(yù)脫硫工藝發(fā)展趨勢國外預(yù)脫硫工藝發(fā)展趨勢 鐵水罐、混鐵車鐵水罐、混鐵車噴吹法噴吹法(CaO(CaO、CaCCaC2 2系系) )、鎂系噴吹脫硫法、鎂系噴吹脫硫法2.2 鐵水預(yù)處理的發(fā)展趨勢n預(yù)脫硫預(yù)脫硫 預(yù)脫硅預(yù)脫硅 預(yù)脫磷預(yù)脫磷(同時(shí)脫磷脫硫同時(shí)脫磷脫硫)n未來以噴吹法為主未來以噴吹法為主n脫硫劑受原料經(jīng)濟(jì)和鋼材產(chǎn)品要求而波動脫硫劑受原料經(jīng)濟(jì)和鋼材產(chǎn)品要求而波動n發(fā)展方向：發(fā)展方向：高效、廉價(jià)、易得的復(fù)合脫硫劑；高效、廉價(jià)、易得的復(fù)合脫硫劑；CaO系、系、CaC2系、系、Mg系系“并駕齊驅(qū)并駕齊驅(qū)”n鐵水預(yù)脫硫處

8、理愈來愈普遍，各種級別鋼種都可處鐵水預(yù)脫硫處理愈來愈普遍，各種級別鋼種都可處理，特別是優(yōu)質(zhì)鋼或特殊鋼種。理，特別是優(yōu)質(zhì)鋼或特殊鋼種。 鐵水預(yù)處理鐵水預(yù)處理(脫硫脫硫)是提高鋼材質(zhì)量的最經(jīng)濟(jì)手段是提高鋼材質(zhì)量的最經(jīng)濟(jì)手段 !3 鐵水預(yù)脫硫 3.1 四大系列以及復(fù)合脫硫劑四大系列以及復(fù)合脫硫劑n蘇打蘇打(Na2CO3)系：系： 爐前鐵水溝鋪撒法，宣鋼、包鋼做爐前鐵水溝鋪撒法，宣鋼、包鋼做過噴吹工藝試驗(yàn)。過噴吹工藝試驗(yàn)。n電石電石(CaC2)系：系： 主要是噴吹法，攀鋼、寶鋼、武鋼用主要是噴吹法，攀鋼、寶鋼、武鋼用過。過。n石灰石灰(CaO)系：系：噴吹法，鞍鋼、寶鋼、武鋼、酒鋼、噴吹法，鞍鋼、寶鋼

9、、武鋼、酒鋼、宣鋼、重鋼、太鋼等。宣鋼、重鋼、太鋼等。n金屬金屬M(fèi)g系復(fù)合脫硫劑：系復(fù)合脫硫劑： 90年代起步，噴吹法。如鞍鋼、年代起步，噴吹法。如鞍鋼、寶鋼、本鋼等。寶鋼、本鋼等。 3.23.2 四種主要脫硫劑及其脫硫原理四種主要脫硫劑及其脫硫原理蘇打蘇打 (Na(Na2 2COCO3 3) )系：系：(+ (+ 氧化劑，同時(shí)脫磷脫硫氧化劑，同時(shí)脫磷脫硫) ) Na Na2 2COCO3(l)3(l) = Na = Na2 2O O(l)(l) + CO + CO2 2 Na Na2 2O O(l)(l) + S + C = (Na + S + C = (Na2 2S) + COS) + C

10、O 價(jià)格貴，揮發(fā)損失嚴(yán)重，環(huán)境污染大，價(jià)格貴，揮發(fā)損失嚴(yán)重，環(huán)境污染大，侵蝕包襯侵蝕包襯 目前只作號外鐵補(bǔ)救脫硫之用！目前只作號外鐵補(bǔ)救脫硫之用！石灰石灰 (CaO)系系n (+CaCO3+CaF2+C，+CaC2，+ Al)n CaO(S) + S + C = (CaS) + CO當(dāng)當(dāng) Si 0.05% 時(shí)，時(shí)， CaO(S) + S + 1/2Si = (CaS) + 1/2(SiO2)價(jià)廉易得，高溫、細(xì)磨、活性高脫硫效果較好。價(jià)廉易得，高溫、細(xì)磨、活性高脫硫效果較好。 石灰易吸水，脫硫渣夾帶鐵，不能進(jìn)行深度石灰易吸水，脫硫渣夾帶鐵，不能進(jìn)行深度脫硫脫硫。碳化鈣碳化鈣 (CaC2，電石，電

11、石)系系nCaC2(+CaO+CaCO3+CaF2)、(CaC2+CaCO3)n CaC2(S) + S = (CaS) + 2Cn相對較便宜，高溫、細(xì)磨、深噴，脫硫效率較相對較便宜，高溫、細(xì)磨、深噴，脫硫效率較高高 脫硫效率受溫度和粒度影響較大，安全性不高！脫硫效率受溫度和粒度影響較大，安全性不高！鎂鎂 (Mg)系系種類：種類： 鎂焦鎂焦(Mag coke)； 鎂合金鎂合金(Mg Fe Si)； 覆膜鎂粒覆膜鎂粒： 覆膜混合鎂粒覆膜混合鎂粒：含含Mg3080%Mg3080%，余為，余為CaOCaO。nMg + S = MgSMg + S = MgS( (固固) ) Mg Mg( (氣氣) )

12、 + S = MgS + S = MgS( (固固) )n鎂脫硫的熱力學(xué)：受鐵水溫度和鎂的蒸氣壓影響鎂脫硫的熱力學(xué)：受鐵水溫度和鎂的蒸氣壓影響nLog MgLog Mgsatsat = 7000 = 7000 T + Log P T + Log PMgMg 5.1( 5.1(低溫和低溫和高壓有利！高壓有利！) )鎂脫硫的動力學(xué)鎂脫硫的動力學(xué) 主要受鎂蒸汽的溶解速度影響。主要受鎂蒸汽的溶解速度影響。措施措施： 鐵水溫度低些有利鐵水溫度低些有利 加入惰性物質(zhì)減緩鎂的氣化速度加入惰性物質(zhì)減緩鎂的氣化速度 噴槍插入鐵水液面以下噴槍插入鐵水液面以下23m處處 鎂的脫硫效率和消耗量：鎂的脫硫效率和消耗量：

13、 S為為0.06%脫到脫到0.01%，脫硫效率達(dá)，脫硫效率達(dá)63%，當(dāng)，當(dāng)S降至降至0.005%時(shí)，每噸鐵水耗鎂時(shí)，每噸鐵水耗鎂300500g。鎂脫硫劑的優(yōu)缺點(diǎn)鎂脫硫劑的優(yōu)缺點(diǎn)n 鎂和硫的親和力極高，對低溫鐵水，鎂脫硫最好鎂和硫的親和力極高，對低溫鐵水，鎂脫硫最好,用量少，對高爐渣不敏感；鐵損少，無環(huán)境問題。用量少，對高爐渣不敏感；鐵損少，無環(huán)境問題。n脫硫處理用的設(shè)備投資低。脫硫處理用的設(shè)備投資低。 但鎂價(jià)格高但鎂價(jià)格高。n關(guān)鍵要保證插槍深度，精心控制，提高鎂的收得關(guān)鍵要保證插槍深度，精心控制，提高鎂的收得率。率。n我國有我國有便宜鎂資源。便宜鎂資源。鐵水脫硫劑的選擇鐵水脫硫劑的選擇 元素的

14、脫硫能力，由高到低依次為：元素的脫硫能力，由高到低依次為： CaCCaC2 2、NaONaO2 2、MgMg、BaOBaO、CaOCaO、MnOMnO、MgOMgO 工業(yè)中常用的脫硫劑有：工業(yè)中常用的脫硫劑有： CaOCaO系、系、CaO+CaCCaO+CaC2 2系、系、CaCCaC2 2、CaO+MgCaO+Mg系、系、MgMg等。等。鐵水脫硫劑性能比較鐵水脫硫劑性能比較CaC2石灰粉（CaO）鎂粉反應(yīng)平衡常數(shù)（1350）6.91056.4893.17103脫硫能力很強(qiáng)較強(qiáng)較強(qiáng)Smin4.910-53.710-31.610-3特點(diǎn)1極易吸潮劣化2運(yùn)輸和保存時(shí)要采用氮?dú)饷芊?要單獨(dú)儲存4析出

15、的石墨態(tài)碳對環(huán)境產(chǎn)生污染5生產(chǎn)其能耗高，價(jià)格昂貴1耗量較大，渣量較大，鐵損較大2資源廣，價(jià)格低，易加工，使用安全3在料罐中下料易“架橋”堵料，且石灰粉易吸潮4需要惰性氣體或還原性氣氛1加入后，變成鎂蒸氣泡，反應(yīng)區(qū)攪拌良好2經(jīng)鎂飽和后能防止回硫3價(jià)格貴，處理成本高4 4 鐵水脫鐵水脫SiSi工藝技術(shù)工藝技術(shù) 鐵水脫鐵水脫SiSi的重要意義的重要意義 是鐵水脫磷的必要條件是鐵水脫磷的必要條件 利于減少石灰加入量和渣量利于減少石灰加入量和渣量 可在低堿度下實(shí)現(xiàn)脫可在低堿度下實(shí)現(xiàn)脫SiSi，成本低，成本低 鐵水脫鐵水脫SiSi的工藝方法的工藝方法 鐵水溝連續(xù)脫硅，分為一段法和鐵水溝連續(xù)脫硅，分為一段法

16、和 兩段法兩段法 鐵水罐脫硅鐵水罐脫硅鐵水脫硅站示意圖鐵水脫硅站示意圖鐵水脫硅方法的比較鐵水脫硅方法的比較技術(shù)指標(biāo)工藝方法脫Si劑氣/固氧比CaO效率O2效率反應(yīng)速率常數(shù)(min-1)處理后Si%鐵水溝連續(xù)脫Si高堿度燒結(jié)礦顆粒020-400.25一段法0.13二段法0.10鐵水罐脫SiO2+燒結(jié)礦50%40-800.060.10%5 5 鐵水預(yù)處理脫磷及同時(shí)脫磷脫硫鐵水預(yù)處理脫磷及同時(shí)脫磷脫硫n5.1 脫磷同時(shí)脫硫的化學(xué)原理電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)：陽極：陽極： P + 4(O2 ) = (PO43 ) + 5e 陰極：陰極： S + 2e = (S2 ) 噴吹法同時(shí)脫磷脫硫反應(yīng)的實(shí)質(zhì)：噴吹法同

17、時(shí)脫磷脫硫反應(yīng)的實(shí)質(zhì)： 在噴槍附近，氧位較高在噴槍附近，氧位較高(Po2=10 1210 11kPa)，進(jìn)行，進(jìn)行著氧化脫磷反應(yīng)；在鐵水罐壁和頂渣與鐵水界面處，氧位著氧化脫磷反應(yīng)；在鐵水罐壁和頂渣與鐵水界面處，氧位較低較低(Po2 10 13kPa)，進(jìn)行著還原脫硫反應(yīng)。因此，噴，進(jìn)行著還原脫硫反應(yīng)。因此，噴吹預(yù)處理工藝是在實(shí)行了熔池的氧位再分布后，才達(dá)到同吹預(yù)處理工藝是在實(shí)行了熔池的氧位再分布后，才達(dá)到同時(shí)脫除磷、硫的，即是時(shí)脫除磷、硫的，即是“同時(shí)不同位同時(shí)不同位”。5.25.2 脫磷前的鐵水預(yù)脫硅脫磷前的鐵水預(yù)脫硅n脫磷過程中硅比磷優(yōu)先氧化。這樣形成的脫磷過程中硅比磷優(yōu)先氧化。這樣形成的

18、SiO2勢必會大勢必會大大降低脫磷渣的堿度。因此，為了減少脫磷劑用量、提大降低脫磷渣的堿度。因此，為了減少脫磷劑用量、提高脫磷效率，脫磷前必須優(yōu)先將鐵水高脫磷效率，脫磷前必須優(yōu)先將鐵水Si氧化脫除至氧化脫除至0.10%0.15%。n預(yù)脫硅方法：主要有高爐爐前鐵水溝上置或頂噴固體氧預(yù)脫硅方法：主要有高爐爐前鐵水溝上置或頂噴固體氧化劑脫硅法和鐵水罐、混鐵車內(nèi)噴吹脫硅法化劑脫硅法和鐵水罐、混鐵車內(nèi)噴吹脫硅法(頂吹頂吹O2)兩兩種。種。n高爐要冶煉低硅生鐵。高爐要冶煉低硅生鐵。 鐵水脫磷預(yù)處理的工藝優(yōu)點(diǎn)鐵水脫磷預(yù)處理的工藝優(yōu)點(diǎn) 鐵水預(yù)處理脫磷，反應(yīng)溫度低，熱力學(xué)條件好，鐵水預(yù)處理脫磷，反應(yīng)溫度低，熱力

19、學(xué)條件好，易于脫磷。易于脫磷。 鐵水中鐵水中C C、SiSi含量高提高了鐵水中磷的活度，有含量高提高了鐵水中磷的活度，有利于脫磷。利于脫磷。 由于鐵水預(yù)處理脫磷具備良好的化學(xué)熱力學(xué)條件，由于鐵水預(yù)處理脫磷具備良好的化學(xué)熱力學(xué)條件，渣鋼間磷的分配系數(shù)是煉鋼脫磷的渣鋼間磷的分配系數(shù)是煉鋼脫磷的5 51010倍，因倍，因而渣量小，可以控制較低的渣中而渣量小，可以控制較低的渣中FeOFeO含量，脫磷含量，脫磷成本低。成本低。 和煉鋼相比，不會因脫磷造成鋼水過氧化，影響和煉鋼相比，不會因脫磷造成鋼水過氧化，影響鋼質(zhì)量。鋼質(zhì)量。5.3 兩類脫磷劑n蘇打系蘇打系： NaNa2 2COCO3 3 (+ (+

20、氧化劑氧化劑) ) 2P+3(Na 2P+3(Na2 2O)+5(FeO) =(3NaO)+5(FeO) =(3Na2 2O O P P2 2O O5 5)+5Fe)+5Fen石灰系石灰系： CaO + CaO + 氧化劑氧化劑 + + 助熔劑助熔劑(CaF(CaF2 2) ) 2P+5(FeO)+3(CaO) = (3CaO 2P+5(FeO)+3(CaO) = (3CaO P P2 2O O5 5)+5Fe)+5Fen 氧化劑：氣體氧化劑：氣體O O2 2和和/ /或固體氧化劑或固體氧化劑n固氧劑：軋鋼鐵皮、鐵精礦粉、燒結(jié)返礦粉固氧劑：軋鋼鐵皮、鐵精礦粉、燒結(jié)返礦粉n助熔劑：螢石助熔劑：螢

21、石(CaF(CaF2 2) )、 CaClCaCl2 2等等 6 6 鐵水深度預(yù)處理與純凈鋼冶煉鐵水深度預(yù)處理與純凈鋼冶煉n6.1 鐵水預(yù)處理對純凈鋼生產(chǎn)的意義n鐵水含磷、硫可降到低或超低含量水平。鐵水含磷、硫可降到低或超低含量水平。n提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率、降低成本、節(jié)約能耗。提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率、降低成本、節(jié)約能耗。n增加極低碳鋼的清潔度。鋼中增加極低碳鋼的清潔度。鋼中TO、N、H含量含量降低。降低。n有利于復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼時(shí)的有利于復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉高碳鋼時(shí)的“提碳出鋼技術(shù)提碳出鋼技術(shù)”。n有效地提高鐵、鋼、材系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。有效地提高鐵、鋼、材系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。6.2基于鐵水預(yù)處理的純凈鋼冶煉工藝

22、n基于鐵水深度預(yù)脫硫的純凈鋼冶煉工藝：基于鐵水深度預(yù)脫硫的純凈鋼冶煉工藝：(北美、歐洲、寶鋼、武鋼 )n鐵水深脫硫鐵水深脫硫 轉(zhuǎn)爐強(qiáng)化脫磷轉(zhuǎn)爐強(qiáng)化脫磷 鋼水噴粉脫磷、脫硫、鋼水噴粉脫磷、脫硫、升溫、真空精煉升溫、真空精煉n基于鐵水三脫預(yù)處理的純凈鋼冶煉工藝：基于鐵水三脫預(yù)處理的純凈鋼冶煉工藝：日本(NSC、Sumitomo、Kobe、Kawasaki、NKK )n鐵水三脫鐵水三脫(Si、P、S)處理處理 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐少渣吹煉復(fù)吹轉(zhuǎn)爐少渣吹煉 鋼水噴粉脫硫、升溫、真空精煉鋼水噴粉脫硫、升溫、真空精煉6.3 鐵水預(yù)處理與純凈鋼生產(chǎn)實(shí)踐n高爐鐵水高爐鐵水常規(guī)常規(guī)(輕輕)脫硫脫硫(S 0.02%)復(fù)吹轉(zhuǎn)爐復(fù)吹轉(zhuǎn)爐(脫脫磷、脫碳、升溫磷、脫碳、升溫)鋼水精煉鋼水精煉(脫氧、去氣體、去夾雜脫氧、