第4章鐵水預(yù)處理

1第四章鐵水預(yù)處理武漢科技大學(xué)冶金工程系周進(jìn)東24.1鐵水預(yù)處理簡(jiǎn)介

鐵水預(yù)處理是指鐵水兌入煉鋼爐之前對(duì)其進(jìn)行脫除雜質(zhì)元素或從鐵水中回收有價(jià)值元素的一種鐵水處理工藝。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：鐵水脫硫、鐵水脫硅和鐵水脫磷。（即“三脫”）。特殊鐵水預(yù)處理一般是針對(duì)鐵水中含有特殊元素進(jìn)行提純精煉或資源綜合利用而進(jìn)行的處理過(guò)程，如鐵水提釩、提鈮、提鎢、提鉻等預(yù)處理過(guò)程。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，鐵水預(yù)處理分為深脫和淺脫。3

為了提高鋼的質(zhì)量，改善高爐和轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)條件，鐵水爐外預(yù)處理技術(shù)已在世界各國(guó)廣泛應(yīng)用。鐵水預(yù)處理優(yōu)點(diǎn)：1）鐵水爐外脫硫能給高爐減輕負(fù)荷，可降低焦比，減少渣量和提高生產(chǎn)率；2）鐵水爐外脫磷、脫硫，可使轉(zhuǎn)爐煉鋼渣量減少，做到無(wú)渣或少渣煉鋼，并可縮短冶煉時(shí)間，提高生產(chǎn)能力；3）同時(shí)，磷硫的去除對(duì)于提高轉(zhuǎn)爐鋼的質(zhì)量是極為有利的。4.1鐵水預(yù)處理簡(jiǎn)介44.1鐵水預(yù)處理簡(jiǎn)介

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(jìn)行快速反應(yīng)，形成穩(wěn)定的渣相而和鐵水分離的過(guò)程。

脫硫：[S]+M=(MS)或[S]+MO=(MS)+[O]或[S]+MC=(MS)+[C]

脫硅、脫磷：[Si]+2[O]=(SiO2)4/5[P]+2[O]=2/5(P2O5)54.2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，硫在鐵中的溶解度極小，以FeS的形態(tài)存在于鋼中。由于FeS的塑性差，使含硫較多的鋼脆性較大。更嚴(yán)重的是，F(xiàn)eS與Fe可形成低熔點(diǎn)（985℃）的共晶體，分布在奧氏體的晶界上。當(dāng)鋼加熱到約1200℃進(jìn)行熱壓力加工時(shí)，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(guò)程中沿晶界開(kāi)裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。64.2鐵水預(yù)處理脫硫4.2.1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(jì)上和技術(shù)上是合理可行的，主要基于以下原因：1）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，特別是強(qiáng)脫硫劑如鈣、鎂、稀土等金屬及其合金時(shí)，不會(huì)發(fā)生大量的燒損，以致影響脫硫反應(yīng)的進(jìn)行；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)，使硫很容易就能脫到很低水平；3）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；74.2鐵水預(yù)處理脫硫4）鐵水爐外脫硫可以在魚(yú)雷車、鐵水罐中進(jìn)行，也可以在出鐵槽中進(jìn)行，這樣可以減少處理投資；5）鐵水處理溫度較低，對(duì)處理裝置的壽命有益；6）在鐵水爐外脫硫的過(guò)程中鐵水成分的變化比煉鋼或鋼水處理過(guò)程中鋼水成分的變化對(duì)最終鋼種的影響小。項(xiàng)目最小值最大值條件高爐脫硫2530低硫焦(S:0.45%)增加焦比進(jìn)行低S鐵水操作鐵水預(yù)處理脫硫613從0.04%脫至0.005%S，從0.02%脫至0.005%轉(zhuǎn)爐脫硫433110.047%S鐵水和0.074%S廢鋼，0.005%S鐵水和0.015%S廢鋼脫硫費(fèi)用（$/kg）84.2鐵水預(yù)處理脫硫鐵水脫硫劑的種類很多，在實(shí)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：Ca系脫硫劑：包括電石粉(CaC2)、石灰(CaO)、石灰

石(CaCO3)等；Mg系脫硫劑：包括金屬M(fèi)g粉、鎂焦、鎂合金等；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91）碳化鈣（CaC2）CaC2脫硫的反應(yīng)式如下：(CaC2)(s)

＋[S]

=(CaS)(s)

＋

2[C]CaC2的脫硫率可達(dá)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(yùn)過(guò)程需密封保護(hù)，且碳化鈣價(jià)格貴。4.2鐵水預(yù)處理脫硫Ca系脫硫劑102）石灰脫硫劑

鐵水硅含量高（>0.05%）時(shí)，反應(yīng)式為：2(CaO)(s)+[S]＋l/2[Si]

=(CaS)(s)＋1/2(Ca2SiO4)(s)

硅含量低時(shí)，反應(yīng)式為：(CaO)(s)＋[S]＋[C]=(CaS)(s)＋CO(g)

用石灰作脫硫劑成本低，對(duì)環(huán)境污染較小，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11

蘇打粉脫硫時(shí)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(shí)，脫硫反應(yīng)為：3/2(Na2O)(l)+[S]+1/2[Si]=(Na2S)+1/2(Na2SiO3)(l)

當(dāng)鐵水含硅較低時(shí)，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(qiáng)的脫硫能力，但是價(jià)格較貴，而且處理時(shí)大量的氧化鈉揮發(fā)，污染環(huán)境，對(duì)人體有害。此外，渣中Na2O侵蝕鐵水包襯；同時(shí)，因渣的流動(dòng)性好，機(jī)械扒渣困難。4.2鐵水預(yù)處理脫硫Na系脫硫劑12鎂通過(guò)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(qiáng)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(jìn)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}→[Mg][Mg]+[S]=MgS(S)4.2鐵水預(yù)處理脫硫Mg系脫硫劑134.2鐵水預(yù)處理脫硫鎂的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，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須進(jìn)行鈍化處理。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1）萊茵法這種方法也稱為RS法（RheinStahl），是德國(guó)萊茵河鋼鐵廠的克雷默（F.Kraemer）等人于1969年研制成功的，后來(lái)在曼內(nèi)斯曼（Mannesmann）公司引進(jìn)了200t的RS裝置。歐洲各國(guó)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15萊茵法的攪拌器是采用鐵芯加強(qiáng)的耐火材料制成的倒T型攪拌器，處理時(shí)轉(zhuǎn)速為60～70轉(zhuǎn)/分。其特點(diǎn)是：萊茵攪拌器只是部分插入鐵水內(nèi)部，通過(guò)攪拌使罐上部的鐵水和熔劑形成渦流攪動(dòng)，混合接觸，并通過(guò)循環(huán)流動(dòng)使整個(gè)包內(nèi)鐵水都達(dá)到上層脫硫區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)處理的目的。采用RS法脫硫時(shí)，用熔劑CaC2：5～8kg/t，處理時(shí)間：10min，脫硫率：70～80％。4.2鐵水預(yù)處理脫硫164.2鐵水預(yù)處理脫硫2）KR攪拌法KR法（KambaraReactor）是日本新日鐵鋼鐵廠于1963年開(kāi)始研制，1965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(dá)200t以上，該法主要用于脫硫。我國(guó)最早的KR系統(tǒng)是武鋼二煉鋼1979年由新日鐵引進(jìn)的KR專利和設(shè)備。KR法的主體設(shè)備包括：升降裝置、機(jī)械攪拌裝置、攪拌槳更換車、熔劑輸送裝置、扒渣系統(tǒng)等。174.2鐵水預(yù)處理脫硫184.2鐵水預(yù)處理脫硫KR工藝流程圖和各工序作業(yè)時(shí)間19KR攪拌法就是將耐火材料制成的并經(jīng)過(guò)烘烤的十字形攪拌頭插入鐵水罐液面下一定深處,并使之旋轉(zhuǎn)。當(dāng)攪拌器旋轉(zhuǎn)時(shí),鐵水液面形成“V”形旋渦

(中心低,四周高

),此時(shí)加入脫硫劑、脫磷劑后,熔劑微粒在漿葉端部區(qū)域內(nèi)由于湍動(dòng)而分散,并沿著半徑方向“吐出”,然后懸浮,繞軸心旋轉(zhuǎn)和上浮于鐵水中,也就是說(shuō),借這種機(jī)械攪拌作用使熔劑卷入鐵水中并與接觸,混合、攪動(dòng),從而進(jìn)行脫硫脫磷反應(yīng)。當(dāng)攪拌器開(kāi)動(dòng)時(shí),在液面上看不到熔劑,停止攪拌后,所生成的干稠狀渣浮到鐵水面上,扒渣后即達(dá)到脫硫、脫磷的目的。

4.2鐵水預(yù)處理脫硫204.2鐵水預(yù)處理脫硫?qū)τ贙R攪拌法，由于熔劑在葉片上端打散，使這個(gè)部容易受到磨損，所以選擇四個(gè)葉片的攪拌頭最為合適。攪拌頭使用4個(gè)葉片，可以使其旋轉(zhuǎn)時(shí)鐵水面不易產(chǎn)生波浪,鐵水飛濺較少,葉片的磨損情況也小,可以減少攪拌的更換次數(shù),提高使用壽命,降低耐火材料消耗等，處理效果明顯好于兩個(gè)葉片。十字型攪拌頭的形狀如圖所示，攪動(dòng)頭為高鋁質(zhì)耐火材料，壽命為90～100次，每使用3～4次后需要用耐火材料進(jìn)行修補(bǔ)。bXha圖KR法攪拌器形狀示意圖214.2鐵水預(yù)處理脫硫與萊茵法相比，兩種方法的最大區(qū)別是：攪拌器插入鐵水深度不同，KR法是將攪拌器沉浸到鐵水內(nèi)部,而不是在鐵水和熔劑之間的界面上。通過(guò)攪拌形成鐵水運(yùn)動(dòng)旋渦使熔劑撒開(kāi)并混入鐵水內(nèi)部,加速預(yù)處理過(guò)程，其鐵水流動(dòng)情況如圖所示。224.2鐵水預(yù)處理脫硫2）噴吹法

噴吹法是將脫硫劑用載氣經(jīng)噴槍吹入鐵水深部，使粉劑與鐵水充分接觸，在上浮過(guò)程中將硫去除。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(jìn)入鐵水、在反應(yīng)過(guò)程中不發(fā)生噴濺。234.2鐵水預(yù)處理脫硫魚(yú)雷罐車噴粉脫硫示意圖鐵水包噴粉脫硫示意圖244.3鐵水預(yù)處理脫硅由于硅與氧的結(jié)合能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于磷與氧的結(jié)合能力，所以硅比磷優(yōu)先氧化，而且生成的SiO2會(huì)大大降低渣的堿度。為了減少脫磷劑用量、提高脫磷效率，必須在高爐鐵水進(jìn)行脫磷預(yù)處理之前先進(jìn)行預(yù)脫硅處理。254.3鐵水預(yù)處理脫硅4.3.1鐵水預(yù)處理脫硅的意義（1）節(jié)約了渣料。脫硅與脫硫、磷分開(kāi)所用的石灰量比同時(shí)去除時(shí)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離石灰，不會(huì)引起磷的富集；（2）能大大地縮短冶煉時(shí)間。結(jié)合預(yù)脫硫、磷后的脫硅鐵水進(jìn)入LD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(diǎn)。264.3鐵水預(yù)處理脫硅1）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的脫硅反應(yīng)：4.3.2鐵水預(yù)脫硅處理原理274.3鐵水預(yù)處理脫硅（3）使用Fe3O4的脫硅反應(yīng)：（4）脫硅劑的有效成分是FeO，其反應(yīng)式為：

盡管脫硅反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，但在生產(chǎn)實(shí)踐中，用氣體脫硅劑時(shí)，由于反應(yīng)是放熱過(guò)程，能使鐵水溫度升高；而用固體脫硅劑時(shí)，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)致鐵水溫度下降。284.3鐵水預(yù)處理脫硅1）出鐵場(chǎng)脫硅

有的脫硅劑以皮帶機(jī)或溜槽自然落下加入鐵水溝，隨鐵水流入鐵水罐進(jìn)行反應(yīng)。4.3.3鐵水預(yù)脫硅處理方法294.3鐵水預(yù)處理脫硅

有的鐵水溝有落差，脫硅劑高點(diǎn)加入，過(guò)落差點(diǎn)后一段反應(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314.3鐵水預(yù)處理脫硅2）鐵水罐脫硅特點(diǎn)：工作條件好，處理能力大，脫硅效率高且穩(wěn)定。缺點(diǎn)：占用時(shí)間廠，溫降較大。324.3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：（1）鐵水含硅量。當(dāng)鐵水含硅量＞0.45%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）時(shí)，以爐前鐵水溝脫硅為宜；含硅量＜0.45%時(shí)，以鐵水罐噴吹脫硅為好。噴吹脫硅過(guò)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。隨著高爐出鐵速度增大，脫硅劑噴吹強(qiáng)度提高，但為了避免噴濺和脫碳，噴吹強(qiáng)度一般不允許很高；（3）扒渣能力。若煉鋼廠扒渣能力不足，應(yīng)采用兩段脫硅法，利用擋渣器分離渣鐵。研究表明，脫硅后的渣子若不排掉，會(huì)對(duì)脫磷和脫硫產(chǎn)生不利影響。334.4鐵水預(yù)處理脫磷鐵礦石（脈石、礦物）磷灰石（Ca5[(F,Cl)(PO4)3]）2(3CaO·P2O5)+3SiO2=3(2CaO·SiO2)+2P2O5-917468kJ2P2O5+10C=4P+10CO-1921293kJ2(3CaO·P2O5)+3SiO2+10C=4P+3(2CaO·SiO2)+10CO-283876kJ鐵水100%磷

除了易切削鋼和炮彈鋼等少數(shù)鋼種外，磷對(duì)絕大多數(shù)鋼種來(lái)說(shuō)是有害元素。344.4鐵水預(yù)處理脫磷磷有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，使鋼在室溫時(shí)的強(qiáng)度、硬度顯著提高。其強(qiáng)化作用僅次于碳，使鋼材屈服強(qiáng)度（σs）和屈強(qiáng)比（σs/σb）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“冷脆”。磷在鋼中會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的偏析，會(huì)促進(jìn)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的沿晶斷裂現(xiàn)象。因此隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)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、航空用鋼等高級(jí)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0.01%，甚至0.005%。

354.4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(jì)效益。因此，鐵水預(yù)脫磷工藝較轉(zhuǎn)爐脫磷更為經(jīng)濟(jì)。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(duì)于當(dāng)前優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源越來(lái)越緊張、價(jià)格越來(lái)越高的形勢(shì)下，更具有實(shí)際且重要的意義。4.4.1鐵水預(yù)處理脫磷的意義364.4鐵水預(yù)處理脫磷4.4.2鐵水脫磷的冶金原理1）蘇打（Na2CO3）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(jìn)入爐渣將磷脫除。在不另加氧化劑時(shí)，蘇打可直接供氧和造渣。5Na2CO3+4[P]=5(Na2O)+2(P2O5)+5C3(Na2O)+(P2O5)=(3Na2O·P2O5)

374.4鐵水預(yù)處理脫磷優(yōu)點(diǎn)

鐵水中的錳很少被氧化

幾乎不脫碳鐵的損失量較少Na2CO3+2[C]+[S]=(Na2S)+3CONa2CO3+[Si]+[S]=(Na2S)+(SiO2)+3CO問(wèn)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+2[C]=2Na(g)+3CO(Na2O)+[C]=2Na(g)+CO同時(shí)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2）石灰（CaO）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：2[P]＋5(FeO)＋4(CaO)＝(4CaO·P2O5)+5Fe394.4鐵水預(yù)處理脫磷

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(guò)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

助熔劑CaF2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(dòng)性和溶解更多的石灰水渡（Suito）熔點(diǎn)（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(diǎn)CaCl2助熔熔點(diǎn)（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一定程度的脫硅缺點(diǎn)CaCl2極易受潮、粘性強(qiáng)污染設(shè)備釋放出有毒的氯氣在實(shí)際生產(chǎn)中受到了限制

環(huán)境保護(hù)越來(lái)越受到社會(huì)的重視

B2O3助熔熔點(diǎn)（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(shí)指出w(B2O3)/w(CaO)≈0.16劉麗霞[P]＜0.1%楊福[P]=0.35%414.4鐵水預(yù)處理脫磷脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)基本條件：（1）鐵水中氧含量要高。鐵水脫磷需要提供氧，實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常采用加入鐵氧化物或輔助吹氧的方式來(lái)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。（堿度R＝2～3），脫磷的初級(jí)產(chǎn)物(3FeO·P2O5)不穩(wěn)定，通過(guò)加入堿性氧化物，讓磷在高堿度爐渣中形成穩(wěn)定的4CaO·P2O5或3Na2O·P2O5。424.4鐵水預(yù)處理脫磷（3）鐵水溫度要低。鐵水氧化脫磷反應(yīng)為放熱反應(yīng)，鐵水溫度低，Kp、Lp值就大，因此溫度低有利于鐵水脫磷。溫度為1250℃～1400℃對(duì)脫磷有利。（4）鐵水初始硅含量要低。在高爐鐵水條件下，鐵水中還含有0.4％～0.6％左右的[Si]，[Si]與氧的親和力遠(yuǎn)大于[P]。硅酸鈉與硅酸鈣的穩(wěn)定性比磷酸鈉和磷酸鈣好，因此必須對(duì)鐵水預(yù)脫硅，才能用石灰或蘇打渣系進(jìn)行有效脫磷。因此，為保證有效的脫磷必須先將[Si]降低到＜0.1％～0.15％。434.4鐵水預(yù)處理脫磷1）鐵水包噴吹法4.4.2鐵水脫磷的方法444.4鐵水預(yù)處理脫磷2）魚(yú)雷罐噴粉脫磷工藝

典型的魚(yú)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(ORP)工藝流程。其工藝流程如圖:鹿島廠新精煉(NRP)45君津廠最佳精煉(ORP)工藝流程4.4鐵水預(yù)處理脫磷464.4鐵水預(yù)處理脫磷

1983年川崎千葉廠進(jìn)行了底吹轉(zhuǎn)爐Q-BOP脫磷的工業(yè)試驗(yàn)。以后，住友開(kāi)發(fā)了預(yù)煉爐工藝，稱為兩級(jí)轉(zhuǎn)爐串聯(lián)操作SRP工藝，如圖所示。3）專用爐處理474.4鐵水預(yù)處理脫磷484.4鐵水預(yù)處理脫磷494.4鐵水預(yù)處理脫磷4）雙渣法與MURC脫磷工藝MURC工藝流程示意圖其特點(diǎn)如下：1）可以利用現(xiàn)有的一個(gè)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行MURC過(guò)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?yàn)樵诿摿字澳軌蚣訌U鋼，所以廢鋼比提高10%左右；4）脫磷渣的堿度低，渣的利用價(jià)值高。504.5鐵水預(yù)處理順序的選擇1）脫硅-脫硫-脫磷順序4.5.1CaO作“三脫”劑T1773K1723K1673K1623K[%Si]0.280.150.060.03鐵水溝脫硅平衡時(shí)的[%Si]

鐵水脫硅是放熱反應(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(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。鐵水溝處鐵麟脫硅514.5鐵水預(yù)處理順序的選擇脫硫T1723K1673K1623K1573K[%S]3.89×10-43.45×10-43.10×10-42.95×10-4[%Si]0.2710.1410.0510.020脫硅-脫硫-脫磷順序脫硫反應(yīng)平衡時(shí)硅、硫含量

溫度的變化對(duì)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。

524.5鐵水預(yù)處理順序的選擇轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫硅、脫磷T1673K1623K1573K[%Si]3.1×10-48.7×10-52.2×10-5[%P]1.35×10-44.33×10-46.16×10-5轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫硅、脫磷反應(yīng)平衡時(shí)硅、磷含量鐵水中[%Si]大于0.15時(shí)為脫硅期，[%Si]小于0.15時(shí)脫磷反應(yīng)才會(huì)開(kāi)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。534.5鐵水預(yù)處理順序的選擇2）脫硫－脫硅、磷順序T1723K1673K1623K1573K[%S]7.64×10-56.78×10-56.00×10-55.31×10-5脫硫-脫硅、磷順序脫硫反應(yīng)平衡時(shí)的[%S]

脫硫反應(yīng)平衡時(shí)量[%S]下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)。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3）脫硅、脫磷—脫硫順序T1673K1623K1573K[%S]2.74×10-33.52×10-34.45×10-3脫硅、磷-脫硫順序脫硫反應(yīng)平衡時(shí)的[%S]

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(jí)，而在“脫硅—脫硫—脫磷”順序下，[%S]為10-4數(shù)量級(jí)，在“脫硫—脫硅、脫磷”順序下，[%S]為10-5數(shù)量級(jí)。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

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(jí)，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)量級(jí)。但由右圖可知，溫度對(duì)脫硫的影響較小，但對(duì)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)椋好摿颍摴琛⒚摿住?/p>

4.5.2鎂粉作脫硫劑，CaO作脫硅、脫磷劑

564.5鐵水預(yù)處理順序的選擇T

1723K

1673K

1623K

[%S]

2.18×10-6

1.02×10-6

4.57×10-7

T

1673K

1623K

1573K

[%S]

1.29×10-65.89×10-7

2.53×10-7

4.5.3CaC2作脫硫劑，CaO作脫硅、脫磷劑

表1脫硫－脫硅、磷順序反應(yīng)平衡時(shí)[%S]T

1673K

1623K

1573K

[%P]

1.35×10-4

4.33×10-4

6.16×10-5

表2脫硅、磷－脫硫順序反應(yīng)平衡時(shí)[%S]表3專用轉(zhuǎn)爐脫硅脫磷平衡時(shí)[%P]

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?，但由?可知，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。

574.5鐵水預(yù)處理順序的選擇T

1773K1723K1673K1623K

[%S]4.89×10-4

1.07×10-3

2.40×10-3

5.7×10-3

4.5.3蘇打作脫硫劑，CaO作脫硅、脫磷劑

T1673K1623K1573K[%S]3.08×10-37.90×10-31.86×10-2表4脫硫－脫硅脫磷順序反應(yīng)平衡時(shí)[%S]表5脫硅、脫磷－脫硫順序反應(yīng)平衡時(shí)[%S]

使用Na2CO3做脫硫劑時(shí)，“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)處理容器及方法選擇

4.6.1鐵水預(yù)處理脫硫

噴頭