第4章 鐵水預(yù)處理

1、1第四章第四章 鐵水預(yù)處理鐵水預(yù)處理武漢科技大學(xué)冶金工程系武漢科技大學(xué)冶金工程系周進東24 .1 鐵水預(yù)處理簡介鐵水預(yù)處理簡介& 鐵水預(yù)處理鐵水預(yù)處理是指鐵水兌入煉鋼爐之前對其進行脫除雜質(zhì)是指鐵水兌入煉鋼爐之前對其進行脫除雜質(zhì)元素或從鐵水中回收有價值元素的一種鐵水處理工藝。元素或從鐵水中回收有價值元素的一種鐵水處理工藝。 分為分為普通鐵水預(yù)處理普通鐵水預(yù)處理和和特殊鐵水預(yù)處理特殊鐵水預(yù)處理兩大類。兩大類。n 普通鐵水預(yù)處理普通鐵水預(yù)處理包括：包括：鐵水脫硫、鐵水脫硅和鐵水脫磷鐵水脫硫、鐵水脫硅和鐵水脫磷。（即（即“三脫三脫”）。）。n 特殊鐵水預(yù)處理特殊鐵水預(yù)處理一般是針對鐵水中含有特殊元素進

2、行提純一般是針對鐵水中含有特殊元素進行提純精煉或資源綜合利用而進行的處理過程，如鐵水提釩、提精煉或資源綜合利用而進行的處理過程，如鐵水提釩、提鈮、提鎢、提鉻等預(yù)處理過程。鈮、提鎢、提鉻等預(yù)處理過程。 實際生產(chǎn)過程中，實際生產(chǎn)過程中，鐵水預(yù)處理分為鐵水預(yù)處理分為深脫深脫和和淺脫淺脫。3 為了提高鋼的質(zhì)量，改善高爐和轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)條件，鐵水為了提高鋼的質(zhì)量，改善高爐和轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)條件，鐵水爐外預(yù)處理技術(shù)已在世界各國廣泛應(yīng)用。爐外預(yù)處理技術(shù)已在世界各國廣泛應(yīng)用。& 鐵水預(yù)處理優(yōu)點：鐵水預(yù)處理優(yōu)點： 1 1）鐵水爐外脫硫能給高爐減輕負荷，可降低焦比，減少）鐵水爐外脫硫能給高爐減輕負荷，可降低焦比，減少渣量和

3、提高生產(chǎn)率；渣量和提高生產(chǎn)率； 2 2）鐵水爐外脫磷、脫硫，可使轉(zhuǎn)爐煉鋼渣量減少，做到）鐵水爐外脫磷、脫硫，可使轉(zhuǎn)爐煉鋼渣量減少，做到無渣或少渣煉鋼，并可縮短冶煉時間，提高生產(chǎn)能力；無渣或少渣煉鋼，并可縮短冶煉時間，提高生產(chǎn)能力； 3 3）同時，磷硫的去除對于提高轉(zhuǎn)爐鋼的質(zhì)量是極為有利）同時，磷硫的去除對于提高轉(zhuǎn)爐鋼的質(zhì)量是極為有利的。的。4 .1 鐵水預(yù)處理簡介鐵水預(yù)處理簡介44 .1 鐵水預(yù)處理簡介鐵水預(yù)處理簡介 鐵水預(yù)處理原理鐵水預(yù)處理原理 鐵水預(yù)處理是在原則上不外加熱源的情況下，利用處理劑中活性物質(zhì)與鐵水中待脫除元素進行快速反應(yīng)，形成穩(wěn)定的渣相而和鐵水分離的過程。 脫硫：脫硫：S+M=

4、(MS) 或 S+MO=(MS)+O 或 S+MC=(MS)+C 脫硅、脫磷：脫硅、脫磷：Si+2O=(SiO2)4/5P+2O=2/5(P2O5)54.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫&硫是由生鐵及燃料帶入鋼中的雜質(zhì)。在固態(tài)下，硫在鐵中硫是由生鐵及燃料帶入鋼中的雜質(zhì)。在固態(tài)下，硫在鐵中的溶解度極小，以的溶解度極小，以FeS的形態(tài)存在于鋼中。由于的形態(tài)存在于鋼中。由于FeS的塑性的塑性差，使含硫較多的鋼脆性較大。更嚴(yán)重的是，差，使含硫較多的鋼脆性較大。更嚴(yán)重的是，F(xiàn)eS與與Fe可可形成低熔點（形成低熔點（985）的共晶體，分布在奧氏體的晶界上。）的共晶體，分布在奧氏體的晶界上。當(dāng)鋼加熱到約當(dāng)鋼

5、加熱到約1200進行熱壓力加工時，晶界上的共晶體進行熱壓力加工時，晶界上的共晶體已溶化，晶粒間結(jié)合被破壞，使鋼材在加工過程中沿晶界已溶化，晶粒間結(jié)合被破壞，使鋼材在加工過程中沿晶界開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。64.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫4.2.1 鐵水預(yù)處理脫硫的意義鐵水預(yù)處理脫硫的意義 鐵水爐外脫硫工藝之所以在經(jīng)濟上和技術(shù)上是合理可鐵水爐外脫硫工藝之所以在經(jīng)濟上和技術(shù)上是合理可行的，主要基于以下原因：行的，主要基于以下原因： 1 1）鐵水中含有大量的硅、碳和錳等還原性好的元素，因）鐵水中含有大量的硅、碳和錳等還原性好的元素，因此在使用不同類型的脫硫劑，特別是

6、強脫硫劑如鈣、鎂、此在使用不同類型的脫硫劑，特別是強脫硫劑如鈣、鎂、稀土等金屬及其合金時，不會發(fā)生大量的燒損，以致影響稀土等金屬及其合金時，不會發(fā)生大量的燒損，以致影響脫硫反應(yīng)的進行；脫硫反應(yīng)的進行； 2 2）鐵水中碳和硅等能夠大大提高硫在鐵水中的活度系數(shù)，）鐵水中碳和硅等能夠大大提高硫在鐵水中的活度系數(shù)，使硫很容易就能脫到很低水平；使硫很容易就能脫到很低水平； 3 3）鐵水中氧含量較低，硫的分配系數(shù)相應(yīng)有所提高，有）鐵水中氧含量較低，硫的分配系數(shù)相應(yīng)有所提高，有利于脫硫；利于脫硫；74.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫 4 4）鐵水爐外脫硫可以在魚雷車、鐵水罐中進行，也可以）鐵水爐外脫硫可以

7、在魚雷車、鐵水罐中進行，也可以在出鐵槽中進行，這樣可以減少處理投資；在出鐵槽中進行，這樣可以減少處理投資； 5 5）鐵水處理溫度較低，對處理裝置的壽命有益；）鐵水處理溫度較低，對處理裝置的壽命有益； 6 6）在鐵水爐外脫硫的過程中鐵水成分的變化比煉鋼或鋼）在鐵水爐外脫硫的過程中鐵水成分的變化比煉鋼或鋼水處理過程中鋼水成分的變化對最終鋼種的影響小。水處理過程中鋼水成分的變化對最終鋼種的影響小。項目項目最小值最小值最大值最大值條件條件高爐脫硫高爐脫硫2530低硫焦低硫焦(S:0.45%)增加焦比進行低增加焦比進行低S鐵水操作鐵水操作鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫613從從0.04%脫至脫至0.005

8、%S，從，從0.02%脫至脫至0.005%轉(zhuǎn)爐脫硫轉(zhuǎn)爐脫硫433110.047%S鐵水和鐵水和0.074%S廢鋼，廢鋼，0.005%S鐵水和鐵水和0.015%S廢鋼廢鋼脫硫費用（脫硫費用（$/kg）84.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫 鐵水脫硫劑的種類很多，在實際生產(chǎn)中，用作鐵水脫硫劑的主要是Ca、Mg、Na等元素的單質(zhì)或化合物。 常用的脫硫劑主要有常用的脫硫劑主要有：v Ca系脫硫劑：包括電石粉 (CaC2)、石灰 (CaO)、石灰 石 (CaCO3)等；v Mg系脫硫劑：包括金屬Mg粉、鎂焦、鎂合金等；v Na系脫硫劑：主要是蘇打粉(Na2CO3)。4.2.2 鐵水預(yù)處理脫硫的原理鐵水預(yù)

9、處理脫硫的原理91）碳化鈣（）碳化鈣（CaC2） CaC2脫硫的反應(yīng)式如下：(CaC2)(s) S =(CaS)(s) 2C CaC2的脫硫率可達90%，反應(yīng)速度快；但是碳化鈣容易潮解、劣化，并形成易爆性氣氛，因此貯運過程需密封保護，且碳化鈣價格貴。4.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫Ca系脫硫劑系脫硫劑102）石灰脫硫劑）石灰脫硫劑p 鐵水硅含量高硅含量高（0.05%）時，反應(yīng)式為：2(CaO)(s)+Sl/2Si = (CaS) (s)1/2(Ca2SiO4)(s)p 硅含量低時硅含量低時，反應(yīng)式為：(CaO)(s)SC = (CaS)(s)CO(g) 用石灰作脫硫劑成本低，對環(huán)境污染較小

10、，但是脫硫效率低，成渣量較大，并且容易受潮。4.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫11 蘇打粉脫硫時通常先發(fā)生分解反應(yīng)：(NaCO3)(l)=(Na2O)(l)+CO2 生成的Na2O再與硫反應(yīng)，當(dāng)鐵水含硅高時當(dāng)鐵水含硅高時，脫硫反應(yīng)為：3/2(Na2O)(l)+S+1/2Si=(Na2S)+1/2(Na2SiO3)(l) 當(dāng)鐵水含硅較低時當(dāng)鐵水含硅較低時，脫硫反應(yīng)式為：(Na2O)(l)+S+C=(Na2S)+CO 蘇打是最古老的爐外脫硫劑，具有很強的脫硫能力，但是價格較貴，而且處理時大量的氧化鈉揮發(fā)，污染環(huán)境，對人體有害。此外，渣中Na2O侵蝕鐵水包襯；同時，因渣的流動性好，機械扒渣困難。4

11、.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫Na系脫硫劑系脫硫劑12 鎂通過噴槍噴入鐵水后，在高溫下發(fā)生液化、氣化并溶于鐵水：Mg(S) Mg(l) Mg Mg 在高溫下，鎂和硫有很強的親和力，溶入鐵水中的Mg和Mg都能與鐵水中的S迅速反應(yīng)生成固態(tài)的MgS，上浮進入渣中。鎂與硫的相互反應(yīng)存在兩種情況： 第一種情況： Mg + S = MgS(s) 第二種情況： Mg MgMg + S =MgS(S)4.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫Mg系脫硫劑系脫硫劑134.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫 鎂的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，僅次于鉀、鈉、鈣，極易與氧氣、水蒸汽產(chǎn)生氫氣而發(fā)生起火爆炸，所以用于鐵水脫硫的金屬鎂粒必

12、須進行鈍化處理。 鎂基脫硫劑鎂基脫硫劑有： 鎂焦（Mg-Coke） 鎂合金（Mg-Fe-Si） 鎂基復(fù)合脫硫劑： CaO-Mg 或CaC2-Mg 或CaO-CaC2-Mg144.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫1）萊茵法）萊茵法 這種方法也稱為RS法（Rhein Stahl），是德國萊茵河鋼鐵廠的克雷默（F.Kraemer）等人于1969年研制成功的，后來在曼內(nèi)斯曼（Mannesmann）公司引進了200t的RS裝置。歐洲各國也采用此法，是一種用于鐵水預(yù)脫硫的方法。 4.2.3 鐵水脫硫的方法鐵水脫硫的方法15 萊茵法的攪拌器是采用鐵芯加強的耐火材料制成的倒萊茵法的攪拌器是采用鐵芯加強的耐火材

13、料制成的倒T型型攪拌器，處理時轉(zhuǎn)速為攪拌器，處理時轉(zhuǎn)速為6070轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分。分。 其特點是：萊茵攪拌器只是部分插入鐵水內(nèi)部，通過攪拌其特點是：萊茵攪拌器只是部分插入鐵水內(nèi)部，通過攪拌使罐上部的鐵水和熔劑形成渦流攪動，混合接觸，并通過使罐上部的鐵水和熔劑形成渦流攪動，混合接觸，并通過循環(huán)流動使整個包內(nèi)鐵水都達到上層脫硫區(qū)來實現(xiàn)預(yù)處理循環(huán)流動使整個包內(nèi)鐵水都達到上層脫硫區(qū)來實現(xiàn)預(yù)處理的目的。的目的。 采用采用RS法脫硫時，用熔劑法脫硫時，用熔劑CaC2：58 kg/t，處理時間：，處理時間：10min，脫硫率：，脫硫率：7080。4.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫164.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處

14、理脫硫2）KR攪拌法攪拌法 KR法（法（Kambara Reactor）是日本新日鐵鋼鐵廠于）是日本新日鐵鋼鐵廠于1963年開始研制，年開始研制，1965年投入工業(yè)生產(chǎn)。以后被日本鋼管和年投入工業(yè)生產(chǎn)。以后被日本鋼管和住友金屬公司等廠家采用，鐵水罐容量可達住友金屬公司等廠家采用，鐵水罐容量可達200t以上，以上，該法主要用于脫硫。該法主要用于脫硫。 我國最早的我國最早的KR系統(tǒng)是武鋼二煉鋼系統(tǒng)是武鋼二煉鋼1979年由新日鐵引進的年由新日鐵引進的KR專利和設(shè)備。專利和設(shè)備。 KR法的主體設(shè)備包括：升降裝置、機械攪拌裝置、攪拌法的主體設(shè)備包括：升降裝置、機械攪拌裝置、攪拌槳更換車、熔劑輸送裝置、扒

15、渣系統(tǒng)等。槳更換車、熔劑輸送裝置、扒渣系統(tǒng)等。174.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫184.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫KR工藝流程圖和各工序作業(yè)時間工藝流程圖和各工序作業(yè)時間19 KR攪拌法就是將耐火材料制成的攪拌法就是將耐火材料制成的并經(jīng)過烘烤的十字形攪并經(jīng)過烘烤的十字形攪拌頭拌頭插入鐵水罐液面下一定深處插入鐵水罐液面下一定深處, 并使之旋轉(zhuǎn)。并使之旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)攪拌器旋轉(zhuǎn)時當(dāng)攪拌器旋轉(zhuǎn)時, 鐵水液面形成鐵水液面形成 “V” 形旋渦形旋渦 ( 中心低中心低, 四四周高周高 ), 此時加入脫硫劑此時加入脫硫劑、脫磷劑、脫磷劑后后, 熔熔劑微粒在漿葉端部劑微粒在漿葉端部區(qū)域內(nèi)由于區(qū)域內(nèi)由于湍

16、湍動而分散動而分散, 并沿著半徑方向并沿著半徑方向“吐出吐出”, 然后懸然后懸浮浮, 繞軸心旋轉(zhuǎn)和上浮于鐵水中繞軸心旋轉(zhuǎn)和上浮于鐵水中, 也就是說也就是說, 借這種機械攪借這種機械攪拌作用使拌作用使熔熔劑卷入鐵水中并與接觸劑卷入鐵水中并與接觸, 混合、攪動混合、攪動, 從而進行從而進行脫硫脫硫脫磷脫磷反應(yīng)。反應(yīng)。 當(dāng)攪拌器開動時當(dāng)攪拌器開動時, 在液面上看不到在液面上看不到熔熔劑劑, 停止攪拌后停止攪拌后, 所生所生成的干稠狀渣浮到鐵水面上成的干稠狀渣浮到鐵水面上, 扒渣后即達到脫硫扒渣后即達到脫硫、脫磷、脫磷的的目的。目的。 4.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫204.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水

17、預(yù)處理脫硫?qū)τ趯τ贙R攪拌法，攪拌法，由于由于熔熔劑在葉片劑在葉片上端打散上端打散，使這個部容易受到磨損使這個部容易受到磨損，所以選擇四個葉片的攪拌頭最為合所以選擇四個葉片的攪拌頭最為合適。適。攪拌頭使用攪拌頭使用4個葉片，可以使個葉片，可以使其其旋轉(zhuǎn)時鐵水面不易產(chǎn)生波浪旋轉(zhuǎn)時鐵水面不易產(chǎn)生波浪, 鐵鐵水飛濺較少水飛濺較少, 葉片的磨損情況也小葉片的磨損情況也小, 可以減少攪拌的更換次數(shù)可以減少攪拌的更換次數(shù), 提高使提高使用壽命用壽命, 降低耐火材料消耗等降低耐火材料消耗等，處，處理效果明顯好于兩個葉片。理效果明顯好于兩個葉片。十字型攪拌頭的形狀如圖所示，攪十字型攪拌頭的形狀如圖所示，攪動頭

18、為高鋁質(zhì)耐火材料，壽命為動頭為高鋁質(zhì)耐火材料，壽命為90100次，每使用次，每使用34次后需要次后需要用耐火材料進行修補。用耐火材料進行修補。bXha圖圖 KRKR法攪拌器形狀示意圖法攪拌器形狀示意圖214.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫 與萊茵法相比，與萊茵法相比，兩種方法的最大區(qū)別是兩種方法的最大區(qū)別是：攪拌器插入鐵水?dāng)嚢杵鞑迦腓F水深度不同深度不同，KR 法是將攪拌器沉浸到鐵水內(nèi)部法是將攪拌器沉浸到鐵水內(nèi)部, 而不是在而不是在鐵水和鐵水和熔熔劑之間的界面上劑之間的界面上。通過攪拌形成鐵水運動旋渦使通過攪拌形成鐵水運動旋渦使熔熔劑撒開并混入鐵水內(nèi)部劑撒開并混入鐵水內(nèi)部, 加速加速預(yù)處理預(yù)處

19、理過程過程，其鐵水流動其鐵水流動情況如圖所示情況如圖所示 。224.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫2）噴吹法）噴吹法 噴吹法是將脫硫劑用載氣經(jīng)噴槍吹入鐵水深部，使粉噴吹法是將脫硫劑用載氣經(jīng)噴槍吹入鐵水深部，使粉劑與鐵水充分接觸，在上浮過程中將硫去除。劑與鐵水充分接觸，在上浮過程中將硫去除。噴吹法的要求：噴吹法的要求： 從噴粉罐送出的氣粉流均勻穩(wěn)定、噴槍出口不發(fā)生堵塞、脫硫劑粉粒有足夠的速度進入鐵水、在反應(yīng)過程中不發(fā)生噴濺。234.2 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫魚雷罐車噴粉脫硫示意圖魚雷罐車噴粉脫硫示意圖鐵水包噴粉脫硫示意圖鐵水包噴粉脫硫示意圖244.3 鐵水預(yù)處理脫硅鐵水預(yù)處理脫硅 由于硅

20、與氧的結(jié)合能力遠遠大于磷與氧的結(jié)合能由于硅與氧的結(jié)合能力遠遠大于磷與氧的結(jié)合能力，所以力，所以硅比磷優(yōu)先氧化硅比磷優(yōu)先氧化，而且生成的，而且生成的SiO2會大會大大大降低渣的堿度降低渣的堿度。為了。為了減少脫磷劑用量、提高脫減少脫磷劑用量、提高脫磷效率磷效率，必須在高爐鐵水進行脫磷預(yù)處理之前先，必須在高爐鐵水進行脫磷預(yù)處理之前先進行預(yù)脫硅處理。進行預(yù)脫硅處理。254.3 鐵水預(yù)處理脫硅鐵水預(yù)處理脫硅4.3.1 鐵水預(yù)處理脫硅的意義鐵水預(yù)處理脫硅的意義 （1） 節(jié)約了渣料。節(jié)約了渣料。脫硅與脫硫、磷分開所用的石灰量比脫硅與脫硫、磷分開所用的石灰量比同時去除時要少；此外，預(yù)脫硅后的渣中因含磷很低，

21、可同時去除時要少；此外，預(yù)脫硅后的渣中因含磷很低，可返回作燒結(jié)添加劑回收其中的鐵、錳等有用元素和大量游返回作燒結(jié)添加劑回收其中的鐵、錳等有用元素和大量游離石灰，不會引起磷的富集；離石灰，不會引起磷的富集； （2） 能大大地縮短冶煉時間。能大大地縮短冶煉時間。結(jié)合預(yù)脫硫、磷后的脫硅結(jié)合預(yù)脫硫、磷后的脫硅鐵水進入鐵水進入LD轉(zhuǎn)爐，只需脫碳，這樣就可最大限度地發(fā)揮轉(zhuǎn)爐，只需脫碳，這樣就可最大限度地發(fā)揮設(shè)備的能力，且易于控制吹煉終點。設(shè)備的能力，且易于控制吹煉終點。264.3 鐵水預(yù)處理脫硅鐵水預(yù)處理脫硅1）脫硅反應(yīng)熱力學(xué)脫硅反應(yīng)熱力學(xué) （1） 使用氣體氧（O2）的脫硅反應(yīng)： （2） 使用Fe2O3的

22、脫硅反應(yīng)：4.3.2 鐵水預(yù)脫硅處理原理鐵水預(yù)脫硅處理原理274.3 鐵水預(yù)處理脫硅鐵水預(yù)處理脫硅 （3） 使用使用Fe3O4的脫硅反應(yīng)：的脫硅反應(yīng)： （4） 脫硅劑的有效成分是脫硅劑的有效成分是FeO，其反應(yīng)式為：，其反應(yīng)式為： 盡管脫硅反應(yīng)均為盡管脫硅反應(yīng)均為放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)，但在生產(chǎn)實踐中，用氣，但在生產(chǎn)實踐中，用氣體脫硅劑時，由于反應(yīng)是放熱過程，能使鐵水溫度升高；體脫硅劑時，由于反應(yīng)是放熱過程，能使鐵水溫度升高；而用固體脫硅劑時，盡管反應(yīng)也是放熱反應(yīng)，但由于固體而用固體脫硅劑時，盡管反應(yīng)也是放熱反應(yīng)，但由于固體脫硅劑升溫融化而吸熱，二者綜合的結(jié)果是導(dǎo)致鐵水溫度脫硅劑升溫融化而吸熱，二者

23、綜合的結(jié)果是導(dǎo)致鐵水溫度下降。下降。284.3 鐵水預(yù)處理脫硅鐵水預(yù)處理脫硅1）出鐵場脫硅）出鐵場脫硅 有的脫硅劑以皮帶機或溜槽自然落下加入鐵水溝，隨鐵水流入鐵水罐進行反應(yīng)。4.3.3 鐵水預(yù)脫硅處理方法鐵水預(yù)脫硅處理方法294.3 鐵水預(yù)處理脫硅鐵水預(yù)處理脫硅 有的鐵水溝有落差，脫硅劑高點加入，過落差點后一有的鐵水溝有落差，脫硅劑高點加入，過落差點后一段反應(yīng)距離設(shè)置撇渣器，將脫硅渣分離。段反應(yīng)距離設(shè)置撇渣器，將脫硅渣分離。304.3 鐵水預(yù)處理脫硅鐵水預(yù)處理脫硅314.3 鐵水預(yù)處理脫硅鐵水預(yù)處理脫硅2）鐵水罐脫硅）鐵水罐脫硅特點特點：工作條件：工作條件好，處理能力大，好，處理能力大，脫硅效

24、率高且穩(wěn)脫硅效率高且穩(wěn)定。定。缺點缺點：占用時間：占用時間廠，溫降較大。廠，溫降較大。324.3 鐵水預(yù)處理脫硅鐵水預(yù)處理脫硅正確選擇脫硅方法，應(yīng)該考慮以下因素：正確選擇脫硅方法，應(yīng)該考慮以下因素： （1） 鐵水含硅量。鐵水含硅量。當(dāng)鐵水含硅量0.45%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）時，以爐前鐵水溝脫硅為宜；含硅量0.45%時，以鐵水罐噴吹脫硅為好。噴吹脫硅過程中，需頂吹部分O2作為氣體氧化劑，以防止鐵水降溫太大； （2） 出鐵速度。出鐵速度。隨著高爐出鐵速度增大，脫硅劑噴吹強度提高，但為了避免噴濺和脫碳，噴吹強度一般不允許很高； （3） 扒渣能力。扒渣能力。若煉鋼廠扒渣能力不足，應(yīng)采用兩段脫硅法，利用擋渣器

25、分離渣鐵。研究表明，脫硅后的渣子若不排掉，會對脫磷和脫硫產(chǎn)生不利影響。334.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷鐵礦石鐵礦石（脈石、礦物（脈石、礦物 ）磷灰石（磷灰石（Ca5(F,Cl)(PO4)3） 2(3CaOP2O5 ) +3SiO2=3(2CaOSiO2)+2P2O5-917468kJ2P2O5+10C=4P+10CO-1921293kJ2(3CaOP2O5) +3SiO2+10C = 4P+3(2CaOSiO2)+10CO-283876kJ鐵水鐵水100%磷 除了易切削鋼和炮彈鋼等少數(shù)鋼種外，磷對絕大多數(shù)鋼種除了易切削鋼和炮彈鋼等少數(shù)鋼種外，磷對絕大多數(shù)鋼種來說是有害元素。來說是有害元

26、素。344.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷 磷有很強的磷有很強的固溶強化作用固溶強化作用，使鋼在室溫時的強度、硬度顯，使鋼在室溫時的強度、硬度顯著提高。其強化作用僅次于碳，使鋼材屈服強度（著提高。其強化作用僅次于碳，使鋼材屈服強度（s）和）和屈強比（屈強比（s/b）都顯著升高，但使鋼的塑性和韌性變差，）都顯著升高，但使鋼的塑性和韌性變差，特別是在低溫條件下，韌性的變差尤為顯著，即導(dǎo)致鋼的特別是在低溫條件下，韌性的變差尤為顯著，即導(dǎo)致鋼的“冷脆冷脆” 。 磷在鋼中會產(chǎn)生較嚴(yán)重的偏析，會促進合金結(jié)構(gòu)鋼的冷脆磷在鋼中會產(chǎn)生較嚴(yán)重的偏析，會促進合金結(jié)構(gòu)鋼的冷脆性和回火性，并且局部的磷偏析還能引起局部

27、的沿晶斷裂性和回火性，并且局部的磷偏析還能引起局部的沿晶斷裂現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 因此隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對鋼中的磷含量要因此隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對鋼中的磷含量要求日益嚴(yán)格。如低溫用鋼、天然氣管道、海洋用鋼、航空求日益嚴(yán)格。如低溫用鋼、天然氣管道、海洋用鋼、航空用鋼等高級優(yōu)質(zhì)鋼要求鋼材中除了要求極低硫外，也要求用鋼等高級優(yōu)質(zhì)鋼要求鋼材中除了要求極低硫外，也要求含磷量小于含磷量小于0.01%，甚至，甚至0.005%。 354.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷 1）能保證煉鋼吃精料，降低轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)成本；提高生產(chǎn)效率，節(jié)約煉鋼能耗；可有效地提高鐵、鋼、材系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟效益。因此，鐵水

28、預(yù)脫磷工藝較轉(zhuǎn)爐脫磷更為經(jīng)濟。 2）可以冶煉低磷鋼種，提高鋼種規(guī)格，提高鋼的質(zhì)量； 3）可以使高爐原料放寬，特別是可以使用磷含量高的鐵礦石。這對于當(dāng)前優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源越來越緊張、價格越來越高的形勢下，更具有實際且重要的意義。 4.4.1 鐵水預(yù)處理脫磷的意義鐵水預(yù)處理脫磷的意義364.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷4.4.2 鐵水脫磷的冶金原理鐵水脫磷的冶金原理1）蘇打（）蘇打（Na2CO3）系脫磷劑）系脫磷劑 蘇打系脫磷劑以Na2CO3為主，氧化鐵水中的磷使之生成磷酸鈉進入爐渣將磷脫除。在不另加氧化劑時，蘇打可直接供氧和造渣。5Na2CO3 +4P=5(Na2O)+2(P2O5)+5C3(N

29、a2O)+(P2O5)=(3Na2OP2O5) 374.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷優(yōu)優(yōu) 點點 鐵水中的錳很少被氧化 幾乎不脫碳 鐵的損失量較少 Na2CO3+2C+S=(Na2S)+3CONa2CO3+Si+S=(Na2S)+(SiO2)+3CO問問 題題 成本高 溫降較大 耐火材料侵蝕嚴(yán)重 渣中Na回收成本高 Na2CO3+2C =2Na(g)+3CO (Na2O)+C =2Na(g)+CO同時脫磷脫硫產(chǎn)生大量的鈉蒸氣大量鈉損失污染環(huán)境腐蝕設(shè)備384.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷2）石灰（）石灰（CaO）系脫磷劑）系脫磷劑 石灰系脫磷劑以CaO為主，配加氧化劑和助熔劑。& 它是利用

30、氧化劑使鐵液中P氧化成P2O5，再與加入的能降低其活度系數(shù)的固定劑，結(jié)合成穩(wěn)定的復(fù)合化合物，一般以磷酸鹽的形式存在于熔渣中。 鐵水在氧化性渣下的脫磷反應(yīng)式表示如下：2P 5(FeO) 4(CaO) (4CaOP2O5) + 5Fe394.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷v 氧化劑氧化劑 w(P)(103%) = 46.44+86.4(氧化鐵含氧, m3/t) +3.82(底吹O2, m3/t) +0.58(頂吹O2 ,m3/t) 太鋼：軋鋼鐵皮 固體氧化劑 以Fe2O3為主要成分的各種物料一般采用軋鋼鐵皮、燒結(jié)礦、鐵礦石或轉(zhuǎn)爐渣 寶鋼：Fe2O3含量大于75%的燒結(jié)礦 例如： 日本川崎公司千葉

31、鋼廠： 鐵礦石通常氣體氧的加入一般是為了減少鐵水預(yù)處理過程中的溫降 氣體氧化劑 工業(yè)用氧和壓縮空氣中的氧 一般選擇氣氧比在20%60% 寶鋼：氣氧比控制在30%左右 例如：404.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷v 助熔劑助熔劑CaF2助熔助熔 可以降低渣中P2O5的活度系數(shù)提高FeO的活度系數(shù) 最主要的作用是改善爐渣的流動性和溶解更多的石灰 水渡（Suito）熔點（1418） 污染大氣環(huán)境爐渣不能作磷肥 造成高氟水和高氟土壤 缺點CaCl2助熔 熔點（775） 在CaCl2和CaF2使用量相同的條件下CaCl2比CaF2可使鐵水脫磷率提高10% 100%的CaCl2熔渣具有一定的脫磷能力還有

32、一定程度的脫硅 缺點CaCl2極易受潮、粘性強 污染設(shè)備 釋放出有毒的氯氣 在實際生產(chǎn)中受到了限制 環(huán)境保護越來越受到社會的重視 B2O3助熔 熔點（450） 用B2O3替換CaF2后，預(yù)處理脫磷渣氧化性增加，鐵水的脫磷率大于80%，渣的磷容量略有降低 用B2O3完全替代CaF2作助熔劑處理后P控制在0.1%以下同時指出w(B2O3)/w(CaO) 0.16劉麗霞 P0.1%楊 福P=0.35%414.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)基本條件：脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)基本條件： （1）鐵水中氧含量要高。）鐵水中氧含量要高。鐵水脫磷需要提供氧，實際生鐵水脫磷需要提供氧，實際生產(chǎn)中經(jīng)常采用

33、加入鐵氧化物或輔助吹氧的方式來提供氧。產(chǎn)中經(jīng)常采用加入鐵氧化物或輔助吹氧的方式來提供氧。鐵氧化物是脫磷劑的主要組成，主要有鐵礦、燒結(jié)礦、氧鐵氧化物是脫磷劑的主要組成，主要有鐵礦、燒結(jié)礦、氧化鐵皮，轉(zhuǎn)爐煙塵以及轉(zhuǎn)爐爐渣，一般化鐵皮，轉(zhuǎn)爐煙塵以及轉(zhuǎn)爐爐渣，一般 (FeO) 20。 （2）渣中起固定脫磷產(chǎn)物的堿性氧化物含量要高。）渣中起固定脫磷產(chǎn)物的堿性氧化物含量要高。（堿（堿度度R23），脫磷的初級產(chǎn)物），脫磷的初級產(chǎn)物(3FeOP2O5)不穩(wěn)定，通過不穩(wěn)定，通過加入堿性氧化物，讓磷在高堿度爐渣中形成穩(wěn)定的加入堿性氧化物，讓磷在高堿度爐渣中形成穩(wěn)定的4CaOP2O5或或3Na2OP2O5。424.

34、4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷 （3）鐵水溫度要低。）鐵水溫度要低。鐵水氧化脫磷反應(yīng)為放熱反應(yīng)，鐵鐵水氧化脫磷反應(yīng)為放熱反應(yīng)，鐵水溫度低，水溫度低，Kp、Lp值就大，因此溫度低有利于鐵水脫磷。值就大，因此溫度低有利于鐵水脫磷。溫度為溫度為12501400對脫磷有利。對脫磷有利。 （4）鐵水初始硅含量要低。）鐵水初始硅含量要低。在高爐鐵水條件下，鐵水中在高爐鐵水條件下，鐵水中還含有還含有0.40.6左右的左右的Si，Si與氧的親和力遠大于與氧的親和力遠大于P。硅酸鈉與硅酸鈣的穩(wěn)定性比磷酸鈉和磷酸鈣好，因。硅酸鈉與硅酸鈣的穩(wěn)定性比磷酸鈉和磷酸鈣好，因此必須對鐵水預(yù)脫硅，才能用石灰或蘇打渣系進行有

35、效脫此必須對鐵水預(yù)脫硅，才能用石灰或蘇打渣系進行有效脫磷。因此，為保證有效的脫磷必須先將磷。因此，為保證有效的脫磷必須先將Si降低到降低到0.10.15。434.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷1）鐵水包噴吹法）鐵水包噴吹法4.4.2 鐵水脫磷的方法鐵水脫磷的方法444.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷2 2）魚雷罐噴粉脫磷工藝）魚雷罐噴粉脫磷工藝 典型的魚雷罐噴粉脫磷工藝有：住友鹿島廠新精煉典型的魚雷罐噴粉脫磷工藝有：住友鹿島廠新精煉(NRP)工藝流程、君津廠最佳精煉工藝流程、君津廠最佳精煉(ORP)工藝流程。其工工藝流程。其工藝流程如圖藝流程如圖:鹿島廠新精煉鹿島廠新精煉(NRP)45君津

36、廠最佳精煉君津廠最佳精煉(ORP)工藝流程工藝流程4.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷464.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷 1983年川崎千葉廠進行了年川崎千葉廠進行了底吹轉(zhuǎn)爐底吹轉(zhuǎn)爐Q-BOP脫磷脫磷的工業(yè)的工業(yè)試驗。以后，住友開發(fā)了預(yù)煉爐工藝，稱為試驗。以后，住友開發(fā)了預(yù)煉爐工藝，稱為兩級轉(zhuǎn)爐串聯(lián)兩級轉(zhuǎn)爐串聯(lián)操作操作SRP工藝工藝，如圖所示。，如圖所示。3）專用爐處理）專用爐處理474.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷484.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷494.4 鐵水預(yù)處理脫磷鐵水預(yù)處理脫磷4）雙渣法與）雙渣法與MURC脫磷工藝脫磷工藝 MURC工藝流程示意圖工藝流程示意圖其特點

37、如下：其特點如下：1）可以利用現(xiàn)有的一個轉(zhuǎn)爐進行MURC過程，所以投資少；2）渣量比現(xiàn)有的預(yù)處理方法低30%50%；3）因為在脫磷之前能夠加廢鋼，所以廢鋼比提高10%左右；4）脫磷渣的堿度低，渣的利用價值高。504.5 鐵水預(yù)處理順序的選擇鐵水預(yù)處理順序的選擇1）脫硅）脫硅-脫硫脫硫-脫磷順序脫磷順序4.5.1 CaO作作“三脫三脫”劑劑T1773K1723K1673K1623K%Si0.280.150.060.03鐵水溝脫硅平衡時的鐵水溝脫硅平衡時的%Si 鐵水脫硅是放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)，鐵水溫度越低，脫硅的效果越好。考慮到鐵水的脫硫溫降和運輸、等待溫降，若將脫硅置于脫硫之后，脫硅時的鐵水溫度將

38、較鐵水溝脫硅更低，鐵水預(yù)脫硅工序應(yīng)盡量置于脫硫之后置于脫硫之后，而不是在脫硫之前。鐵水溝處鐵麟脫硅鐵水溝處鐵麟脫硅514.5 鐵水預(yù)處理順序的選擇鐵水預(yù)處理順序的選擇脫硫脫硫T1723K1673K1623K1573K%S3.8910-43.4510-43.1010-42.9510-4%Si0.2710.1410.0510.020脫硅脫硅-脫硫脫硫-脫磷順序脫硫反應(yīng)平衡時硅、硫含量脫磷順序脫硫反應(yīng)平衡時硅、硫含量 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使脫硅也處于較好的熱力學(xué)條件下。 524.5 鐵水預(yù)處理順序的選擇鐵水預(yù)處理順序的選擇轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫硅、脫

39、磷轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫硅、脫磷 T1673K1623K1573K%Si3.110-48.710-52.210-5%P1.3510-44.3310-46.1610-5轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫硅、脫磷反應(yīng)平衡時硅、磷含量轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫硅、脫磷反應(yīng)平衡時硅、磷含量鐵水中%Si大于0.15時為脫硅期，%Si小于0.15時脫磷反應(yīng)才會開始，脫磷反應(yīng)是放熱反應(yīng)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)和脫磷一同進行。534.5 鐵水預(yù)處理順序的選擇鐵水預(yù)處理順序的選擇2） 脫硫脫硅、磷順序脫硫脫硅、磷順序T1723K1673K1623K1573K%S7.6410-56

40、.7810-56.0010-55.3110-5脫硫脫硫-脫硅、磷順序脫硫反應(yīng)平衡時的脫硅、磷順序脫硫反應(yīng)平衡時的%S 脫硫反應(yīng)平衡時量%S下降了一個數(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。 544.5 鐵水預(yù)處理順序的選擇鐵水預(yù)處理順序的選擇3） 脫硅、脫磷脫硅、脫磷脫硫順序脫硫順序T1673K1623K1573K%S2.7410-33.5210-34.4510-3脫硅、磷脫硅、磷-脫硫順序脫硫反應(yīng)平衡時的脫硫順序脫硫反應(yīng)平衡時的%S 在“脫硅、脫磷脫硫”順序的情況下，脫硫反應(yīng)平衡時 %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“

41、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粉劑脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)條件更好。 554.5 鐵水預(yù)處理順序的選擇鐵水預(yù)處理順序的選擇 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10-610-7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10-510-6數(shù)量級。但由右圖可知，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，硅、磷含量在0.01%以上，不能滿足要求，此時硫含量為20ppm，滿足要求，因此綜合考慮，鎂粉作脫硫劑，CaO作脫硅、脫磷劑最佳順序為：脫硫脫硅、脫硫脫硅、脫磷脫磷 。 4

42、.5.2 鎂粉作脫硫劑，鎂粉作脫硫劑，CaO作脫硅、脫磷劑作脫硅、脫磷劑 564.5 鐵水預(yù)處理順序的選擇鐵水預(yù)處理順序的選擇T 1723K 1673K 1623K %S 2.1810-6 1.0210-6 4.5710-7 T 1673K 1623K 1573K %S 1.2910-6 5.8910-7 2.5310-7 4.5.3 CaC2作脫硫劑，作脫硫劑，CaO作脫硅、脫磷劑作脫硅、脫磷劑 表表1 脫硫脫硅、磷順序反應(yīng)平衡時脫硫脫硅、磷順序反應(yīng)平衡時%ST 1673K 1623K 1573K %P 1.3510-4 4.3310-4 6.1610-5 表表2 脫硅、磷脫硫順序反應(yīng)平衡時

43、脫硅、磷脫硫順序反應(yīng)平衡時%S 表表3 專用轉(zhuǎn)爐脫硅脫磷平衡時專用轉(zhuǎn)爐脫硅脫磷平衡時%P 比較表1、2可以看出，CaC2作脫硫劑時，不同預(yù)處理順序?qū)γ摿蛐Ч绊懖淮?，但由?可知，低溫利于脫硅、磷，因此“脫硫脫硅、脫硫脫硅、脫磷脫磷”順序能改善脫硅、脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)條件。 574.5 鐵水預(yù)處理順序的選擇鐵水預(yù)處理順序的選擇T 1773K 1723K 1673K 1623 K %S 4.8910-4 1.0710-3 2.4010-3 5.710-3 4.5.3 蘇打作脫硫劑，蘇打作脫硫劑，CaO作脫硅、脫磷劑作脫硅、脫磷劑 T 1673K 1623K 1573K %S 3.0810-3 7.9010-3 1.8610-2 表表4 脫硫脫硅脫磷順序反應(yīng)平衡時脫硫脫硅脫磷順序反應(yīng)平衡時%S 表表5 脫硅、脫磷脫硫順序反應(yīng)平衡時脫硅、脫磷脫硫順序反應(yīng)平衡時%S 使用Na2CO3做脫硫劑時，“脫硫脫硅、脫磷”順序下Na2CO3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。 584.6 鐵水預(yù)處理鐵水預(yù)處理容器及方法選擇容器及方法選擇 4.6.1 鐵水預(yù)處理脫硫鐵水預(yù)處理脫硫 噴頭在中心點時的速度圖噴頭在中心點時的速度圖 魚雷罐內(nèi)流場極不均勻，漩渦橫向發(fā)展，造