（钢铁冶金专业论文）铁水预脱硅硫的试验研究.pdf

摘要 摘要 利用正交试验设计方法研究了石灰基复合脱硫剂中石灰、焦粉、萤石、电石和 工业碱的最佳配比及脱硫率和各成分之问的关系，以及脱硅剂中的铁矿石含量、碱 度、脱硅剂单耗和铁水初始温度对脱硅率的影响。通过试验研究了预脱硫和预脱硅 的先后顺序问题及烧结矿和萤石配比对脱硅率的影响。 研究结果表明： 1 在脱硫剂单耗为1 8 k g t ，铁水初始温度为1 4 0 0 。c 的条件下，成分是石扶 ( 5 0 ) ，焦粉( 3 ) ，工业碱( 1 5 ) ，电石( 2 5 ) ，萤石( 2 0 ) 的石灰基复合脱硫剂的脱 硫率最大( _ 8 3 7 5 ) 。 2 在以萤石、电石、工业碱和脱硫剂单耗为因素的j 卜交设计中，对脱硫率影响 的主次因素是：脱硫剂单耗，萤石 q - 业碱，电石。 3 在脱硫剂单耗和脱硫剂成分一定的条件下，铁水初始温度升高，脱硫率增 大。 4 试验证明在脱硫剂单耗和铁水初始温度一定的条件下，铁水中硅含量越高， 铁水脱硫率越大。当硅含量增加0 4 2 1 时，脱硫率增加1 3 8 9 。 5 在脱硅剂单耗为3 0k g t ，铁水初始温度为1 5 0 0 。c 的条件下，碱度是0 , 9 ，铁 矿石含量是7 0 h 寸，脱硅率最大，为8 2 7 2 。 6 在以铁矿石含量、碱度、脱硅剂单耗和铁水初始温度为因素的t f 变设计中， 对脱硅率影日向的主次因素是：脱硅剂单耗 碱度 铁矿石含量 铁水初始温度。 7 单独用烧结矿做脱硅剂的脱硅率小于用烧结矿和萤石混合物做脱硅剂的脱硅 率，并且当萤石含量较小时，随着萤石含量的增加，脱硅率增大，当萤白含量为 1 5 h , j ，脱硅率最大，为7 9 7 8 ，之后随着萤石含量的增加，脱硅率减小。 通过对铁水预脱硅硫的试验研究，开发出适合中小钢铁企、的脱硫剂和脱硅 剂，这对于实际牛产具有很好的指导作用，尤其是高硅生铁脱硫和低硅生铁脱硫试 验对比的结论，对于我囤预处理脱硫和脱硅工艺的改进具有一定的参考价值。 图1 2 表2 6 参7 2 关键词：铁水预处理；预脱硫；预脱硅 分类号：t f l l1 1 4 t j r , 理i ：人学硕十学何论文 a b s t r a c t u s i n go r t h o g o n a le x p e r i m e n t a ld e s i g n ，t h i sp a p e ri st os t u d yt h eo p t i m a l l ym i x t u r e r a t i oo fl i m e ，f l u o r i t e ，o d i u mc a r b o n a t e ，c a r b i d ea n dc o k ei nt h em u l t i p l i c i t yd e s u l f u r a t e ro n t h eb a s eo fl i m e ，t h er e l a t i o n s h i po fd e s u l f u r a t i o nr a t ea n de v e r yc o n s t i t u e n ta n dt h e i n f l u e n c eo nd e s i l i c a t i o nr a t eo fi r o no f cc o n t e n t ，a l k a l i n i t y ，i n i t i a lt e m p e r t u r eo fh o tm e t a l a n du n i tc o n s u m p t i o no fs l a g i cs t u d i e st h es u b s e q u e n c eo fd e s u l f u r a t i o na n dd e s i l i c a t i o n ， a n dt h ei n f l u e n c eo fm i x t u r er a t i oo fa g g l o m e r a t ea n df l u o r i t e t h er e s u l t so ft h i ss t u d ys h o w e dt h a t ： 1 o nt h ec o n d i t i o no fu n i tc o n s u m p t i o no fs l a gi s 1 8 k g t ，i n i t i a lt e m p e r t u r eo fh o t m e t a li s 1 4 0 0 ，d e s u l f u r a t i o n r a t eo ft h em u l t i p l i c i t yd e s u l f u r a t e ro fl i m e ( 5 0 ) f l u o r i t e ( 2 0 ) ，o d i u mc a r b o n a t e ( 1 5 ) ，c a r b i d e ( 2 5 ) a n dc o k e ( 3 ) i s a tt h e m o s t ( = 8 3 2 5 ) 2 i no r t b o g o n a le x p e r i m e n t a ld e s i g nu s i n gf l u o r i t e ，c a r b i d e ，o d i u mc a r b o n a t ea n du n i t c o n s u m p t i o no fs l a ga sf a c t o r ，p r i n c i p a ld e g r e eo nd e s u l f u r a t i o nr a t ei su n i tc o n s u m p t i o no f s l a g f l u o r i t e o d i u mc a r b o n a t e c a r b i d e 3 o nt h ec o n d i t i o no fi d e n t i c a lu n i t c o n s u m p t i o na n dc o n t e n t ，w i t ht h ei n i t i a l t e m p e r t u r eo fh o tm e t a lh e i g h t e n ，d e s u l f u r a t i o nr a t ee n l a r g e 4 p a t e r n i t yt e s ta p p r o v eo nt h ec o n d i t i o no fi d e n t i c a lu n i tc o n s u m p t i o na n d i n i t i a l t e m p e r t u r eo fh o tm e t a l ，t h eh i g h e rc o n t e n to fs i l i c a t i o ni s ，t h eb i g e rd e s u l f u r a t i o nr a t ei s w h e nt h ec o n t e n to fs i l i c a t i o ng r o w0 4 2 1 ，t h ed e s u l f u r a t i o nr a t es t e pu p1 3 8 9 5 o nt h ec o n d i t i o no fu n i tc o n s u m p t i o no fs l a gi s3 0 k g 。t ，i n i t i a lt e m p e r t u r eo fh o t m e t a li s1 5 0 0 。c ，w h e na l k a l i n i t yi s 0 9 ，c o n t e n to fi r o no r ei s7 0 ，d e s i l i c a t i o nr a t ei s b i g g e s t ( 8 2 7 2 、 6 i no r t h o g o n a le x p e r i m e n t a l d e s i g nu s i n gc o n t e n to fi r o no r e ，a l k a l i n i t y ，i n i t i a l t e m p e r t u r eo fh o tm e t a la n du n i tc o n s u m p t i o no fs l a ga sf a c t o r ，p r i n c i p a ld e g r e eo n d e s i l i c a t i o nr a t ei su n i tc o n s u m p t i o no fs l a g a l k a l i n i t y c o n t e n to fi r o no r e i n i t i a l t e m p e r t u r eo fh o tm e t a l 7 d e s i l i c a t i o nr a t eu s i n ga l o n ea g g l o m e r a t ea ss l a gi sb i g g e rt h a nu s i n gm i x t u r eo f a g g l o m e r a t ea n df l u o r i t e w h e nc o n t e n to ff l u o r i t ei sl o w ，w i t hi n c r e a s i n go fi t ，d e s i l i c a t i o n 摘要 r a t ee n l a r g e w h e nt h ec o n t e n ti s1 5 ，d e s i l i c a t i o nr a t ei sb i g g e s t ( 7 9 7 8 ) i ns u b s e q u e n t ， w i t hi n c r e a s i n go fc o n t e n t ，d e s i l i c a t i o nr a t er e d u c e t h r o u g hs t u d y i n gd e s i l i c a t i o na n dd e s u l f u r a t i o ni nh o tm e t a l ，w ec a nf i n do u tt h es l a g o fd e s i l i c a t i o na n dd e s u l f u r a t i o nf o rm e d i u ma n ds m a l l s i z e dm e t a l l u r g ye n t e r p r i s e s i tw i l l b ep r o v i d e dw i t hw e l ls u p e r v i s i o nf o rp r a c t i c ep r o d u c t i o n e s p e c i a l l yt h ec o n c l u s i o no f d e s u l f u r a t i o ni nh i g h - s i l i c a t i o nh o tm e t a la n di nl o w s i l i c a t i o nh o tm e t a lh a v er e f e r e n c et o i n p r o v et e c h n o l o g yo ft h ed e s i l i c a t i o na n dd e s u l f u r a t i o n f i g u r e1 2 t a b l e2 6 r e f e r e n c e7 2 k e y w o r d s ：h o tm e t a lp r e t r e a t m e n t ；d e s i l i c a t i o n ；d e s u l f u r a t i o n c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：t f l11 1 4 1 1 1 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导一卜r 进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：孟圣捶。近 日期：望坚年羔月尘日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：瑙整。竣导师签名：缢薹盘日期：竺! 年主月旦日 引言 引言 在以提高钢质量、扩大转炉冶炼钢种、保证连铸坯质量和连铸1 3 r 肼j 进行为目的 的转炉炼钢生产过程中，铁水预处理成为必不可少的一道工序i lj 。铁水预处理剂的 研究显得尤为重要。在一些大型钢铁企业罩，铁水预处理站已经建立，但是大部分 企业采用的是喷吹镁基脱硫剂或是纯镁粉，其设备投资和生产消耗是相当惊人的。 这些资会的投入对于一些小钢厂而言是渴望而不可及的。本课题就是针对这些中小 钢厂而进行的铁水预处理剂的研究。 对高炉炼铁而吉，增加铁水预脱旒处理工艺，可减轻高炉脱硫的负担，降低高 炉渣的碱度和焦比，并可提高生产效率，降低高炉生铁的成本。对转炉炼钢而k - ， 可实现少渣量( 2 5 k g t d l 炼钢，提高铁的回收率( 0 6 ) 吼为冶炼出低硫或超低 硫钢提供条件和可能。故铁水预处理脱硫对高炉炼铁和转炉炼钢都有重要意义【3 i 。 铁水中的磷也是一种有害元素。研究1 4 】表明，进行预处理脱磷必须先脱硅，同时降 低铁水中的硅含量也可以实现转炉少渣冶炼。少渣炼钢可以多回收锰，降低铁损， 主要的造渣料大幅度降低。因此，以降低物耗为目的，也需要丌发铁水预处理工 艺。 大量的研究【5 i 表明，铁水预处理工艺正从鱼雷车或铁水包向转炉方向发展，即 从无物理热向有物理热方向发展。本试验就是利用中频感应炉进行加热、熔化生 铁，进而达到脱硫和脱硅的目的。 铁水预处理在日本、美国、西欧一些钢铁工业比较发达的国家和地区发展非常 快，铁水预处理量基本上在7 0 8 0 以上，有的企、l k 已达1 0 0 1 6 1 。是否进行铁水 预处理已成为钢铁生产现代化程度、钢铁强国、钢铁企业水平的重要标志之一。另 外从经济效益方面考虑，采用铁水预处理厉产品质量明显提高，增加了产品竞争 力，扩大了市场占有率，提高了企业生存和发展能力，其作用和意义更具根本性。 高附加值产品的丌发，适应能力的增强，为企业发展注入了新的活力。因此，开展 铁水预处理i ：作具有重要意义。目前生产中都是采用先脱硅后脱硫的工序，但是从 理论上分析，先预脱硫优于先预脱硅。本课题通过试验研究了高硅生铁脱硫与低硅 生铁脱硫的脱硫率，目的是寻找合理的工艺流程，从而优化铁水预脱硅硫工艺。 1 文献综述 1 1 铁水预处理基础理论 1 1 1 铁水预处理的必要性 1 文献综述 ( 1 ) 提高钢材性能和扩大转炉冶炼钢种 汽车用钢、海上采油平台用钢、石油管线钢、硅钢等要求更高的性能，原工艺 不能满足要求，采用铁水预处理可以提高钢的纯净度和性能。采用铁水预处理对于 新品种开发也起着重要作用。抗氢致裂纹钢、i f 钏，转炉冶炼高碳钢、合金钢、不 锈钢、耐腐蚀钢等用铁水预处理后丌发了许许多多的新钢种，大大扩大了转炉冶炼 钢种的范围。通过铁水预处理保证了钢性能的稳定性、均匀性。 ( 2 ) 保证连铸和连铸坯质量【7 j 许多非金属央杂物影响连铸顺利进行，有时会造成漏钢。同时引起铸坯内裂 纹，严重影响铸坯表面质量，降低连铸坯收得率、轧材合格率。因此国内外大型企 业炼钢用铁水基本卜- 全部经预脱硫处理。 ( 3 ) 铁水预处理已成为转炉炼钢生产必不可少的工序i 8 】 从欧洲1 9 9 5 年对钢中硫含量的规定和同本、美目等发达罔家的产品质量规定看 出，普通钢硫含量都在0 0 1 5 ( 或0 0 2 ) 以下，结构钢在o 0 1 1 以下，相当数量 ( 5 0 左右) 的硫含量在0 0 1 以下，硫含量不大于0 0 0 5 的比例也接近3 0 。这 表明即便是冶炼普通钢时铁水也需脱硫预处理，不难看出发达国家铁水预处理应用 的广泛程度。 国内许多企业都把铁水预处理作为工艺结构、产品结构调整的重点，宝钢、鞍 钢、首钢、唐钢等大型钢铁部先后建立了铁水预处理站。可以预见，近几年国内 将会有更大的发展，我国铁水预处理必将成为工艺结构调整的重点，使我国由钢铁 大国变为钢铁强国。 1 1 2 铁水预处理对炼钢生产的意义 从化学冶金学上讲，铁水的炉外脱硫、脱磷和脱硅要比炉内优越，从而大大改 善高炉炼铁、转炉炼钢的技术经济指标，节省能耗，降低成本。根据国内外经验， 铁水预处理对炼钢生产的意义在于【q 1 2 】： 河j t 理i 。人学硕k 学位论文 ( 1 ) 铁水含硫、磷、硅量可以降到低或超低含量，有利于转炉冶炼优质钢和合 金钢，有利于钢铁产品结构升级换代，生产具有高附加值的优质钢材。 ( 2 ) 能保证炼钢吃精料，提高转炉生产率、降低炼钢成本、节约能耗。转炉脱 硫、脱磷和脱硅任务减轻，渣量大大降低，渣中t f e 降低，铁损减少，锰回收率急 剧增加，锰铁消耗降低，转炉吹炼时阳j 缩短，炉龄延长。 ( 3 ) 增加极低碳钢的清洁度。这对冷轧的深冲钢是很重要的，它减少了钢中央 杂物。原因在于转炉吹炼渣量减少、吹炼终点渣中t f e 降低，减少了进入钢包的渣 量。此外，由于吹炼时间缩短、造渣料急剧减少，钢中【n 】、【h 】含量也相应降低。 h ) 有利于复吹转炉冶炼高碳钢时的“提碳出钢技术”。未经预处理的铁水是 很难实现这技术的。采用三脱预处理后，出于铁水中磷、硫、和硅含量已降至成 品钢水平，脱磷已不是转炉冶炼的主要任务，仅需脱碳控温。渣量减少，脱磷负荷 轻无需控制渣中高的t f e 含量，有利于高拉碳出钢，无需后期增碳。 ( 5 ) 可有效地提高铁、钢、材系统的综合经济效益。硫是决定连铸坯质量的关 键因素，铁水预脱硫是目前实现全连铸、近终型连铸连轧和热装热送新工艺的最经 济、最可靠的技术保障。 1 1 ，3 铁水预处理反应的热力学和动力学 1 1 3 1 脱硫反应的热力学和动力学 热力学中，根据气相与渣相间硫的反应平衡，可确定炉渣的硫容量c s 【”1 。 三s 2 + ( 0 2 - ) = + 丢o ： - ( c s 一斜2 根据渣钢间硫的平衡反应( 3 ) 及气相与钢水问硫和氧的平衡【1 4 】，可计算渣钢间硫 的分配比ls 【s 】+ ( 0 。) = ( s 。) + 【0 】( 3 ) l g ls = l g ( s ) 【s 】 = l g cs + l g fs l g a o 4 6 5 t 一9 6 4 。( 4 ) 提高炉渣碱度，降低渣中f e o 含量有利于提高炉渣的脱硫能力。脱硫反应速度 决定于铁水侧和炉渣侧硫的传质速度，可用( 5 ) 式表示： 4 1 文献综述 一掣一万f m 【s 】_ ；每硝( s ) _ ( 驴 ( 5 ) 化简式( 5 ) 得到： 一幽：争k 。卜字h ( 6 ) d t k 。 s 一 式中 【s 】铁水中硫的浓度，； t 反应时间，s ： f 反应面积，m 2 ： k 铁水重量，k g ； r 。铁水侧硫的传质速度，m 0 1 m s - i ： p 。铁水的密度，k g m ： 【s 】+ 渣铁界面上铁侧硫浓度，； f 。炉渣侧硫的传质速度，m 0 1 m s ： ( s ) 熔渣中硫的浓度，； ( s ) t 渣铁界面上渣侧硫浓度，； 铁水的体积，m 3 ； k 一硫在渣删恻分酉己眦小器) ； ks 总括传质系数( k s =兰i 旦! 圭! 兰型生! 、 k m ks p s p m k s 随着炉渣碱度提高，铁水侧硫的传质速度提高，而炉渣侧硫的传质速度降低。 提高搅拌强度有利于提高脱硫速度【1 7 】。 综上所述，脱硫的最佳热力学、动力学条件是【1 8 】： ( 1 ) 提高炉渣碱度，降低渣中t - f e 含量； ( 2 ) 降低钢中的氧活度a o ，提高硫的活度系数，s ； ( 3 ) 提高处理温度； ( 4 ) 提高熔池搅拌强度。 1 1 3 2 脱硅反应的热力学和动力学 脱硅的反应式为【1 4 , 1 9 】 【s i 】+ 2 ( f e o ) = ( s i 0 2 ) + 2 f e 】( 7 ) 5 河j 理j ：人学硕+ 学位论文 l g k s i = 1 8 t 3 6 0 1 0 6 8 鹕 由公式( 8 ) 和公式( 9 ) 可以推导出硅的分配比是： 1 9 l 。i _ l g 篱_ 2 l _ l g 矿半- 1 0 _ 6 8 ( 1 0 ) 式中 k 。，温度为t 时脱硅反应的平衡常数： 口s m s i 0 2 的活度； a & f e 的活度； 口。i s i 的活度； af c o f e o 的活度； y s m s i 0 2 的活度系数； ，s ；s i 的活度系数； 三。；s i 的分配比： ( s i 0 2 ) 渣铁界面上s i 0 2 的浓度，； 【s i 】渣铁界面上s i 的浓度，。 由公式( 】o ) 可知，提高熔渣氧化性、碱度，降低温度有利于脱硅反应的进行。 动力学中脱硅的速度式足： rsi：一螋；粤懒i卜(sio：)l。；(11)dt k m k s + l s i “ 1“、 式中t 。铁水的传质速率常数，t o o m 一s ； k 女硅的传质速率常数，m 0 1 m s 一； p 。铁液的密度，k g m ； p 。熔渣的密度，k g m 。； a 渣铁接触碰积，m 2 ： 熔渣的体积，m 3 。 由公式( 1 1 ) 可知，加强搅拌，增大金属和渣的传质系数有利于脱硅。 由热力学和动力学分析可知，脱硅的最佳热力学、动力学条件是【2 0 , 2 1 1 ： ( 1 1 提高熔渣碱度； ( 2 ) 增大熔渣氧化性； 6 弦 吼一p 竺髑 堕允警 墨 1 文献综述 ( 3 ) 降低反应温度； ( 4 ) 提高熔池搅拌强度。 1 1 4 铁水预处理剂的选择 1 1 4 1 脱硫剂的选择 目前大量生产实践表明，复合脱硫剂的效果远远高于单一脱硫剂的效果1 2 2 , 2 3 j ， 因此本试验以复合脱硫剂为主。 脱硫剂主要有石灰( c a o ) 基脱硫剂、工业碱( n a 2 c 0 3 ) 基脱硫剂、i ：乜石( c a c 2 ) 基脱 硫剂和镁( m g ) 基脱硫剂等。从其脱硫热力学研究 2 4 ，2 5 l 得，在1 3 5 0 。c 时的脱硫反应 平衡常数从大到小依次为：电石) 工业碱 镁 石扶。 ( 1 ) 电石( c a c 2 ) 基脱硫剂的特点和应用 电石脱硫能力很强，但极易吸收水分生成乙炔( c 2 h 2 ) 而引起爆炸1 2 6 1 。其运输 储存需保护性气氛，使用中必须采取安全措施。动力学研究【2 7 1 表明，电石脱硫反应 速度的限制性环节是电石颗粒和铁水界面的铁水一侧界面层硫的扩散速度，因而要 加入促进剂碳酸钙和碳酸镁，促进剂在铁水中分解，生成大量的二氧化碳气泡，一 方面搅动铁水，加快硫的扩散，另一方面二氧化碳气泡冲破载气( n ：) 气泡，释放出 携带的大量电石粉末，从而提高电石的利用率。试验1 2 8 】表明，加入碳酸钙可提高电 石利用率一倍。 但是加入碳酸钙后，l 成的二氧化碳具有氧化性，对脱硫不利，为此加入碳， 使二氧化碳还原成一氧化碳。试验【2 9 】表明，加入1 0 碳，可提高电石的利片j 率达 6 7 ，使脱硫命中率达9 5 左右。 ( 2 ) 石灰( c a o ) 基脱硫剂的特点与应用 在1 3 5 0 时，石灰脱硫反应的平衡常数为6 4 8 9 ，脱硫能力比电石、工业碱和 镁弱。但由于资源丰富、价格便宜、安全、无污染和对耐火材料侵蚀较轻，仍受到 一定的关注【3 0 。除在电石和镁基脱硫剂中常有一定的加入量外，也可单独使用。 石灰熔点较高，在铁水温度l - 为固态，影响脱硫速度，所以常需要加入萤石。 加入萤石后使脱硫剂降低熔点变为液态，另f 一对石灰表面致密脱硫层有破坏作用， 促进了脱硫反应。 石灰脱硫率低、脱硫速度慢，发达国家单独使用石灰作为脱硫剂已逐渐减少。 我国对石灰( c a o ) 基脱硫剂研究较多，一方面侧重：】二添加剂，另一方面侧重于石灰活 性。东北大学与鞍钢第三炼钢厂对石灰活性度的研究表明，活性石灰的脱硫率不小 7 河北理i 。人学硕十学位论文 于9 0 ，而普通石灰脱硫率小于7 0 ，而且活性石灰用量增加脱硫率增加，用量从 6 k g t 。1 增至1 0 5 k g t ，脱硫率从8 0 增至9 3 9 6 。东北大学与宝钢对粗晶粒石扶 石加食盐锻烧制得的石灰对脱硫的影响进行了实验，较之一般石狄活性度高，脱硫 率平均提高2 3 9 2 。研究认为：活性石扶中c a 吼。、结构数量增加，加食盐锻烧后 石狄颗粒有较大的缺陷多，比表面积大。 钢铁研究总院对添加物进行了研究【3 2 j ，除萤石外，对添加氯化钙、碳酸钙、天 然碱进行了对比，在脱硫剂用量1 的情况卜，吹炼8 m i n ，结果是加天然碱的脱硫 率最高为( 7 3 ) ，加氯化钙的次之为6 3 ，加碳酸钙最低，只有4 4 。脱硫剂用量 为1 5 时，加天然碱的脱硫率为8 7 。天然碱的主要成分为碳酸钠8 2 ，硫酸钠 5 和二氧化硅3 2 。由于碳酸钠脱硫能力高于氧化钙、氯化钙和碳酸钙，所以加 入天然碱后脱硫率较高。 ( 3 ) 工业碱( n a 2 c 0 3 ) 基脱硫剂的特点与应用 工业碱有很强的脱硫能力，1 3 5 0 时脱硫反应平衡常数与电石相当。但在1 2 5 0 以上易挥发形成白色浓雾，脱硫产物硫化钠会被空气氧化成二氧化硫和氧化钠， 氧化钠被还原生成钠蒸气在空气中燃烧又形成大量烟雾，造成污染、堵塞管道，加 剧对各种耐火材料的侵蚀，降低了处理容器的使用寿命。工业碱分解吸热量大，生 成的氧化钠进入渣中使渣变稀，不易扒渣，所以工业碱己不单独作为脱硫剂使用。 ( 4 ) 含有金属镁( m g ) 的脱硫剂的特点与应用1 3 3 - 3 6 j 镁的熔点是6 5 1 ，沸点是1 1 0 7 。c 。在铁水温度条件下，镁变成蒸气，使镁和 硫的反应面积增加，反应较充分【3 7 j 。 镁脱硫是气液例反应：m g ( g ) + s 】= m g s ( s ) ：金属镁脱硫的动力学条件 好，脱硫反应速度快；镁脱硫过程可防止回硫；脱硫过程中无大量的烟尘产生；脱 硫产生的渣量少；脱硫率高，可实现深度脱硫( 【s k o o 叭) ；铁损少；温降低。但 是使用镁作为脱硫剂需要喷吹设备，喷吹设备体积大，结构复杂，并且投资高。同 时铁水中会有残留镁，造成部分镁损失：在高温下由于镁的蒸气压太高，难以控 制，有时使镁的脱硫率降低；用镁进行脱硫预处理时，须用深的铁水包，以利于保 证插枪深度。另外，相对于铁水预处理温度而言，镁的沸点低，镁易气化，在脱硫 时易发生爆炸和铁水喷溅，给操作带来危险。 除了上述四种主要脱硫剂之外，在脱硫剂中加入适当的a d 粉( 也叫铝灰，制 铝的废料，基本成分为a h3 0 ，a 1 2 0 3 ：3 0 4 0 ，其余为s i 0 2 、c a o 、m g o 等 物质) 、b a o 或c a c l 2 能够不同程度的提高脱硫率i 3 ”。 8 1 文献综述 1 1 4 2 脱硅剂的选择 铁水预脱硅是实现铁水三脱预处理( 预脱硅、预脱硫、预脱磷) 的重要一环。它 对开发新钢种、冶炼优质钢、提高转炉生产能力、降低成本具有重要意义【3 9 叫”。铁 水脱硅是氧化反应。脱硅剂以提供氧源的材料为主，阻调整炉渣碱度和改善流动性 的熔剂为辅。 可用的脱硅剂有：铁矿石、球团矿、烧结矿、轧钢铁皮、锰矿石和转炉与电炉 的除尘扶。在高炉出铁沟内脱硅，各种氧化铁之间的脱硅氧效率没有很大差别； 混有石灰的锰矿比氧化铁的脱硅氧效率要高些，锰的还原率可达7 0 9 0 ；用氧气 顶吹时，脱硅氧效率没有多大增加，但可以一边升温一边脱硅；喷射氧气法，同时 脱硅和升温，脱硅氧效率也高1 4 3 , 4 4 1 。 脱硅熔剂主要有c a o 、c a o + c a f 2 、c a o + c a f 2 + n a 2 c 0 3 ，以及转炉钢渣【4 5 】，其 作用是调整渣的碱度，提高渣的流动陡，降低铁和锰的损耗m j 。 1 2 脱硅与脱硫顺序的理论分析 在现有的铁水预处理工艺中，人们为了简化操作程序，使铁水预处理脱硅和高 炉m 铁同时完成，往往把脱硅【：序放在脱硫工序之前1 4 7 l ，这样虽然铁水温降少，对 高炉操作无影响，并且不需要专门的容器，但是从理论角度考虑，先进行铁水预脱 硫处理优越于先进行铁水预脱硅处理1 1 4 , 1 6 。 铁液中各种溶解元素不仅与溶剂铁发生作用，而且元素之间也相互作用。因此 每个组分的活度或活度系数会因其他组分的存在而改变。根据公式( 1 2 ) 可得到硫的 活度系数公式f 1 3 1 。 坝= e p 2 + p 罗【3 】+ + p ? 【j 】 一 l 酿= e ? 1 1 1w i ”【s 】+ e p 【s i 】+ e g c l + e r 。【m n 】 由表1 可以查出相互作用系数，带入公式( 1 3 ) 即可求出硫的活度系数。 表1 铁液内元素的相互作用系数p ? ( 1 6 0 0 。c ) t a b l e li n t e r a c t i o nc o e f f i c i e n to fe l e m e n ti nh o tm e t a l ( 1 2 ) ( 1 3 ) 由表1 可以看出s i 和c 对s 的相互作用系数为正数，即s i 和c 能够增大硫的 活度系数，s ，促进脱硫的进行。在铁水预处理前期，铁水中【s i $ 1 1 【c 】高，有 9 河北理t ：人学硕十学位论文 利于提高硫的活度系数厂s ，从而提高脱硫率。同时，脱硅前铁水温度高，而高温能 促进石灰的溶解和提高熔渣的流动性，获得高碱度和流动性好的熔渣，这样也能提 高脱硫率。 对于脱硅而言，反应为： 2 ( f e o ) = 2 0 】+ 2 f e 】( 1 4 ) 【s i j + 2 1 0 j = ( s i 0 2 ) ( 1 5 ) 【s i 】+ 2 ( f e o ) = ( s i 0 2 ) + 2 f e 】( 1 6 ) l g k ( h s ) 2 l g 两a 丽s i o , 画2 3 1 0 3 卵- 1 2 _ 0 ( 1 7 ) 。 1 9 k 1 1 1 6 ) 21 8 赢a s i 0 1 2 1 8 3 6 0 t 邶凰( 1 8 ) 当熔渣为s i 0 2 饱和的酸性渣时，s i 0 2 的活度达最大值口。= 1 。在碱性渣中， s i 0 2 和c a o 结合成稳定的硅酸钙，因而a s n 很小，a s n 萤石 工业碱，电石。 ( 3 ) 在脱硫剂单耗和脱硫剂成分一定的条件下，铁水初始温度升高，脱硫率增 大。 ( 4 ) 试验证明在脱硫剂单耗和铁水初始温度一定的条件下，铁水中硅含量越 高，铁水脱硫率越大。当硅含量增加0 4 2 1 时，脱硫率增加1 3 8 9 。 ( 5 ) 在脱硅剂单耗为3 0k g t 一，铁水初始温度为1 5 0 0 。c 的条件下，碱度是0 9 ， 铁矿石含量是7 0 时，脱硅率最大，为8 2 7 2 。 ( 6 ) 在以铁矿石含量、碱度、脱硅剂单耗和铁水初始温度为因素的诈交设计 中，它们对脱硅率影响的主次因素是：脱硅剂单耗，碱度，铁矿石含量 铁水初始温 度。 f 7 ) 单独用烧结矿做脱硅剂的脱硅率小于用烧结矿和萤石混合物做脱硅剂的脱 硅率，并且当萤石含量较小时，随着萤石含量的增加，脱硅率增大，当萤石含量为 1 5 h , j - ，脱硅率最大，为7 9 7 8 ，之后随着萤石含量的增加，脱硅率减小。 目前在生产过程中要想得到低硅生铁一般有三种方法。 ( 1 ) 为生产低硅铁水，有些厂尝试过向高炉内喷吹粉剂或改变高炉操作等方 法。但前者效果较差，后者对原料条件、高炉装备水平、管理水平等均有较高要 求，在生产中应用较少。 ( 2 ) 在高炉一转炉问的铁水预处理车间进行铁水脱硅。 ( 3 ) 在高炉出铁场进行炉前铁水脱硅。 对于( 2 ) 、( 3 ) 种方法，许多厂家