铁水预处理发展概述 毕业论文.doc

铁水预处理发展概述 摘要: 铁水预处理是现代化炼钢厂的重要工序之一，其主要目的是降低铁水中的有害元素( 硫、硅和磷) 含量，为炼钢炉提供合格的铁水。介绍了铁水预处理的原理、工艺及国外铁水预处理工艺技术的发展历程。分析了国内外铁水预脱硫、预脱硅和预脱磷等先进工艺技术，并对机械搅拌法脱硫和喷吹法脱硫进行了比较，机械搅拌法动力学条件好，可以采用低成本脱硫剂( cao) 实现深脱硫。关键词: 铁水预处理; 脱硫前言 随着产品市场竞争的不断加剧，钢铁企业生产成本的压力日益增大，特别是近年来钢铁产能迅速扩大，为了在高产量下保持高效率、高品质、低成本，铁水预处理技术得到了迅速发展。铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的一些处理，可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两种。普通铁水预处理有单一脱硫、脱硅、脱磷和同时脱硫、脱硅、脱磷等; 特殊铁水预处理有脱铬、提钒、提铌和提钨等。本文主要讨论铁水脱硫预处理。1 国内外发展概况 在国外，铁水预处理的发展可分为三个时期，见表12，3。在我国，1976 年武钢引进日本新日铁的kr法4， 1985 年宝钢引进日本新日铁的tds 法。同期鞍钢、天钢、宣钢、攀钢、酒钢和冷水江等钢厂先后建成我国自行设计的铁水脱硫站。1988 年，太钢引进铁水三脱技术，建成铁水预处理站。1998年，宝钢一炼钢又从美国引进cao 加mg 粉复合喷吹脱硫技术，宝钢二炼钢厂从日本川崎制铁引进铁水三脱技术，进行混铁车喷吹铁水预处理。 同年，本钢引进加拿大霍戈文厂工艺和美国罗斯波格喷粉设备，建成石灰加镁粉复合喷吹脱硫站。1999 年，鞍钢二炼钢也从美国引进石灰加镁粉复合喷粉设备。随后，包钢从美国引进了石灰加镁粉复合喷吹技术，并建成铁水脱硫站。 目前，中国的铁水预处理水平各厂不均衡，宝钢和武钢已接近国际先进水平5。宝钢已实现了全量铁水脱硫和部分铁水三脱预处理。武钢二炼钢引进的kr 法脱硫工艺改进后，粉剂消耗、搅拌头寿命、处理过程温降和处理成本等指标均已优于国外同类工艺钢厂6。2 铁水预脱硫 通过铁水预脱硫，可以放宽对高炉铁水硫含量的限制，减轻高炉脱硫负担，降低焦比，提高产量。采用低硫铁水炼钢，可减少渣量和提高金属收得率。铁水预处理脱硫与炼钢炉和二次精炼脱硫相结合，可以实现深脱硫，为冶炼超低硫钢创造条件，满足用户对钢材品质不断提高的要求，有效提高钢铁生产流程的综合经济效益。2.1处理容器 目前，脱硫预处理容器多用混铁车和铁水包7。混铁车预脱硫处理具有动力学缺陷，受工艺制约，物流匹配难度大，在铁水运输、存放、兑铁过程，回硫在0 001% 0 003%。为保证混铁车的脱硫效果，必须对混铁车脱硫前后进行扒渣，不仅影响了混铁车的周转和调配，而且降低了金属收得率。混铁车顶喷法罐内流场极不均匀，漩涡横向发展，造成的死角多，尤其是鱼雷罐两头和底部的铁水流动性较差，很大程度上恶化了脱硫的动力学条件; 由于喷吹搅拌对上述区域的铁水影响较小，粉剂不易到达，加之粉剂很快上浮。所以，混铁车铁水脱硫的效果较差。铁水包脱硫处理时间短、粉剂消耗低、可以深脱硫、综合处理成本最低。铁水包脱硫有喷吹法和搅拌法( kr 法) 两种。铁水包喷吹法脱硫如图1所示，铁水包kr 法脱硫如图2 所示。喷吹法脱硫的基本原理是靠一定压力和流量的载气，把脱硫剂喷入到铁水中。脱硫剂在上浮的过程中与铁水中的硫发生化学反应，同时载气和脱硫剂的冲击与上浮能够搅拌铁水，但其上浮造成的铁水对流运动很弱，只有部分脱硫剂与硫反应，脱硫剂耗量比kr 法大，脱硫效率较低。搅拌脱硫法( kr 法) 将一个外衬耐火材料的搅拌器插入铁水罐内，搅拌器旋转搅动铁水，产生漩涡，经过称量的脱硫剂由给料器加入到铁水表面，并被漩涡卷入铁水中，与高温铁水混合、反应，达到脱硫的目的。该脱硫方法大大改善了脱硫的动力学条件，具有脱硫效率高、脱硫剂消耗少、作业时间短、金属收得率高、耐火材料消耗低等特点。kr 法脱硫剂一般以石灰为主，成本低，脱硫效果好。武钢的kr 法生产实践表明，搅拌5 min 就可使脱硫剂得到充分的利用，脱硫速度快、效果好，铁水原始的硫质量分数为0 03%时，处理终点硫的质量分数可达0 001% 以下。综合比较，铁水包kr 法脱硫的动力学条件优越。2.2 处理方法 铁水预脱硫的方法很多，主要有投掷法( 将脱硫剂投入铁水中) 、喷吹法( 将脱硫剂喷入铁水中)和搅拌法( kr 法) ，投掷法、喷吹法和kr 法三种铁水预脱硫方法指标比较见表28。由表2 可见，因投掷法脱硫率低、铁耗高、温降大、处理效果和可控性差、污染环境较严重等问题而被逐渐淘汰。机械搅拌法( kr 法) 和喷吹法是工业应用较稳定且有发展前景的两种方法。表3列出了国内典型铁水脱硫预处理工艺方法及冶金效果9 142.3 脱硫剂的选择 为了比较各种脱硫剂的脱硫能力和脱硫限度，根据gi与温度t 的关系及其他相关计算得到常用脱硫剂在1 350下反应平衡常数ki及平衡硫含量，见表4 从表4 中可以看出，ca、cac2、na2o 和mg 的脱硫能力很强。因此，cac2广泛用于铁水脱硫，ca和钙合金广泛用于钢水脱硫。但生产中发现，脱硫剂实际脱硫能力均达不到理论计算值，这是由于ca、mg 和na2o 在高温下易挥发，cac2脱硫的动力学条件较差。在生产条件下，多采用mg 和cac2脱硫，并可得到ws 0 005% 的超低硫铁水。尽管na2o( 或na2co3) 的脱硫能力很强，但由于其大量挥发和发生回硫现象，在工业中单独使用的越来越少。单独用石灰脱硫，ws很难达到0 005% 以下，需要在石灰粉中配加少量cac2和铝粉。虽然cao 价格低，易加工，但脱硫能力最差。镁是最佳的铁水脱硫剂，但在高温下易挥发。为了提高镁的利用率，克服镁脱硫渣扒渣难和处理成本高的问题，国内外开发出mg 粉加cao 粉或cac2粉的复合喷吹工艺。复合喷吹工艺基本原理是两套喷粉系统通过计算机控制，按一定比例分别喷吹钙质粉剂( cao 粉或cac2粉) 和镁粉，达到最佳的脱硫效果。复合喷吹的特点是在喷粉过程中可以随时调整金属镁和钙质粉剂的配比，根据铁水的原始硫含量和最终的脱硫要求，在铁水硫含量较低或要求处理后铁水硫含量不太低时喷入成本低的石灰，只配入少量的金属镁粉，当铁水硫含量较高或要求处理后硫含量较低时，在喷粉过程中逐步增加金属镁粉，从而达到对铁水进行深度脱硫的效果。经过实验室试验和工业应用，鞍钢选择20%mg 和80% cao 的复合脱硫剂进行脱硫预处理8。复合喷吹镁粉利用率高，渣量小，铁水温降少，回硫少，操作烟尘少，有利于扒渣，实现深脱硫。3结语( 1) 铁水预处理已成为现代先进转炉低成本冶炼洁净钢的重要工序。对不同处理容器、处理方法的动力学条件比较得出最佳铁水预处理容器应为铁水包kr 法脱硫，专用转炉脱硅脱磷。( 2) 通过对不同“三脱”剂、不同处理顺序的热力学计算比较得出最佳铁水预处理顺序为: 预处理脱硫预处理脱硅脱磷。( 3) 铁水包kr 法脱硫动力学条件好，可以采用廉价的石灰作脱硫剂，易实现深脱硫和超深脱硫，脱硫效果稳定，适应于大批量生产超低硫钢。( 4) 借鉴jfe 的混铁车铁水预处理新方法，将浸入式氧枪的浸入深度和吹入铁水中的气体流量调整到最佳状态，控制炉渣成分，进而控制喷溅，提高铁水预处理用氧气和固体脱氧剂的利用效率。( 5) 目前，日本的先进钢铁厂在喷吹法脱硫设备大修时，逐步都改造成机械搅拌法( kr 法) 。建议采用喷吹法铁水脱硫的钢厂大修时，先尝试将一座喷吹法脱硫设备改造成kr 法，进行对比研究，以最低成本、最高效率生产洁净钢参考文献1 roger j pomfret chemistry of hot metal pretreatmentj steeltimes international，1990，14( 3) : 14 172 donahue f m a study of hot metal desulphurization bymagnesium line powder injectioncsteelmaking conferenceproceedings， 1992: 249 2543 程煌，任彤 铁水深脱硫发展趋势 j 钢铁，2001，36( 4) :17 194 王雪冬，李凤喜，陈清泉，等 kr 脱硫技术的应用与进步j 炼钢， 2004， 20( 4) : 24 255 肖忠敏，陈复汉 kr 脱硫技术的应用 j 炼钢，1990，6( 6) : 9 156 李凤喜，愈承欢 对kr 法与喷吹法两种铁水脱硫工艺的探讨j 炼钢，2000，16( 1) : 47 507 杨世山 铁水预处理工艺、设备及操作j 炼钢，2000，16( 5) : 13 168 刘宇，王金辉，王鲁毅，等 鞍钢铁水脱硫技术的分析j 鞍钢技术， 2008( 5) : 12 159 马春生 镁基脱硫剂在铁水预处理中的应用j 钢铁，2001，36( 3) : 15 1710 阎凤义，宋满堂，张贵玉，等 镁基粉剂脱硫工艺优化和实践j 钢铁，2003， 38( 2) : 1 411 孙本良，陈新贵，张崇民，等 钙基、镁基脱硫剂的脱硫极限j 钢铁研究学报， 2003， 15( 1) : 51 5312 王世俊，王泉，王