铁水预处理全解.ppt

报告人 笪亚玲 铁水预处理工艺 主要内容 目录1 铁水预处理简介2 铁水预处理技术的发展3 铁水预脱硅工艺4 铁水预脱硫工艺5 铁水预脱磷工艺6 铁水脱磷和脱硫工艺7 发展趋势 铁水预处理简介 铁水预处理铁水在进入炼钢炉进行冶炼前 为除去某种有害成分或回收某种有益成分的处理过程 铁水预处理普通铁水预处理特殊铁水预处理普通铁水预处理铁水脱硫 脱硅和脱磷 铁水同时脱硅 脱磷 脱硫 即 三脱 特殊铁水预处理针对铁水中的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用而进行的处理过程 如铁水提钒 提铌 提钨等 铁水预处理技术的发展 在国外 铁水预处理的发展可分为三个时期试验期 19世纪末至20世纪年60代 发展期 20世纪70年代至80年代 成熟期 20世纪90年代至今 铁水预处理技术的发展 试验期1877年 英国伊顿等用苏打在高炉铁水沟脱硫 1927年 美国拜尔斯公司在化铁炉铁水罐中加苏打脱硫 1947年 瑞典人卡林用石灰粉在卧式回转炉中脱硫 1959年 瑞典人Eketop和Kaling在3t摇包上用CaC2脱硫 1962年 日本神户制钢试验了40t双向摇包 1963年 日本新日铁开始研究KR法搅拌脱硫 1965年 在日本机械搅拌法 KR法 脱硫用于工业生产 1968年 德国蒂森公司用吹气搅拌法 DO法 脱硫 95t炉 除KR法外 其他多数试验因效率低 温降大 炉衬寿命短等原因被淘汰 铁水预处理技术的发展 发展期20世纪70年代以来 氧气转炉迅速取代平炉 同时喷射冶金技术迅速发展 新日铁混铁车顶喷法 TDS 投入使用 1974年日本神户加古川厂开始用200大气泡泵法 CMR法 脱硫 该时期 美国各大钢厂盛行镁焦法 将含镁焦炭压节余地 后来都改为喷入铁水进行脱硫 20世纪80年代 世界先进钢铁企业都采用了三脱工艺 铁水处理量在20 100 不等 平均约80 的铁水要经过炉外脱硫处理 50 左右经过脱硅处理 40 以上的铁水经过脱磷处理 因镁焦法加入量无调节余地 后来都改为喷吹法 铁水预处理技术的发展 成熟期由于炼钢工艺技术的发展 要求铁水带入的化学热减少 铁水含硅量降低到0 3 以下 实现少渣炼钢 新钢种的开发和洁净钢的需求增加 进一步开发了深脱硫工艺 也开展了脱硅 同时进行脱磷脱硫技术研究 日本各大钢厂相继开发了转炉铁水脱硅和脱磷预处理的新工艺 如新日铁的LD ORP和MURC 川崎的LD NRP 住友的SRP专用复吹转炉 神户的 H 炉等 获得了可观的经济效益 预脱磷前还需预脱硅 将铁水含硅量脱至0 10 0 15 因此预脱硅是预脱磷工艺的一部分 铁水预处理技术的发展 我国铁水预处理技术发展过程50年代初 开始用苏打铺撒法处理高炉铁水70年代 开始自行开发铁水预处理技术70年代 武钢二炼钢厂从新日铁引进KR法1985年 宝钢一炼钢从新日铁引进TDS法投产1988年 太钢从国外引进部分关键设备 国内配套建成了首座铁水三脱预处理站1998年 本钢从北美引进铁水包喷吹CaO Mg粒铁水预脱硫技术1998年 宝钢从北美引进铁水包喷吹CaC2 Mg粒铁水预脱硫技术近几年 全国有许多钢厂已经或正在建设铁水预处理设备 但大多以引进为主 铁水预脱硅工艺 铁水预脱硅工艺铁水预脱硅技术是基于铁水预脱磷技术而发展起来的 由于铁水中硅的氧势比磷的氧势低得多 当脱磷过程加入氧化剂后 硅与氧的结合能力远远大于磷与氧的结合能力 所以硅比磷优先氧化 这样形成的SiO2势必会大大降低渣的碱度 根据以往的研究结果表明 脱磷前必须优先将铁水硅氧化到远远低于高炉铁水硅含量的0 15 以下 磷才能被迅速氧化去除 所以 为了减少脱磷剂用量 提高脱磷效率 开发了铁水预脱硅技术 铁水预脱硅工艺 铁水预脱硅的基本原理铁水中的硅与氧有很强的亲和力 因此硅很容易与氧反应而被氧化去除 常用的铁水脱硅剂均为氧化剂 主要有两种 一是固体氧化剂 如高碱度烧结矿 氧化铁皮 铁矿石 铁锰矿 烧结粉尘 二是气体氧化剂 如氧气或空气 铁水预脱硅工艺 硅含量与脱磷速率常数的关系图 铁水预脱硅工艺 铁水预脱硅工艺 铁水预脱硅主要有三种方法 1 在高炉出铁沟脱硅 2 鱼雷罐车或铁水罐中喷射脱硅剂脱硅 3 两段式 脱硅 即为前两种方法的结合 先在铁水沟内加脱氧剂脱硅 然后在鱼雷罐车中喷吹脱硅 铁水预脱硅工艺 高炉出铁沟脱硅该方法是直接将脱氧剂加入高炉铁水沟中脱硅 脱氧剂一般是铁鳞 优点 脱硅不占用时间 能大量处理 温降小 时间短 渣铁分离方便 缺点 是用于脱硅反应的氧的利用率低和工作条件较差 高炉出铁沟脱硅 铁水预脱硅工艺 高炉铁沟中脱硅剂的加入方式有 1 投撒给料法向铁水流表面投入熔剂 并利用铁沟内铁水落差进行搅拌 2 气体搅拌法在投撒给料法的基础上 向铁水表面吹压缩空气加强搅拌促进脱硅反应进行 3 液面喷吹法依靠载气将熔剂喷向铁水表面 4 铁液内喷吹法通过耐火材料喷枪利用载气向铁水内喷吹熔剂 铁水预脱硅工艺 不同脱硅法的比较 铁水预脱硅工艺 鱼雷罐车或铁水罐中喷射脱硅剂脱硅优点 工作条件好 处理能力大 脱硅效率高且稳定 缺点 占用时间长 温降较大 喷吹分吹氧和喷粉 粉剂主要使用的是烧结矿粉或集尘粉 铁水罐中喷射脱硅剂脱硅 铁水预脱硅工艺 两段式 脱硅法先在铁水沟内加脱氧剂脱硅 然后在鱼雷罐车或铁水包中喷吹脱硅 即前两种方法的混合 当铁水含硅量低于0 4 时 可采用简单的铁水沟脱硅法 当硅含量大于0 4 时 脱硅剂用量增大 泡沫渣严重 适宜采用脱硅效率高的喷吹法或两段法 若炼钢厂扒渣能力不足 应采用两段脱硅法 利用挡渣器分离渣铁 台湾中钢的实践表明使用两步脱硅操作使硅含量下降到0 15 以下 同时脱磷 脱硫的程度也明显提高 日本新日铁的在高炉出铁沟和300t鱼雷罐车上采用两段法进行脱硅处理 处理后硅含量可以达到0 12 铁水预脱硫工艺 铁水预脱硫的必要性 1 铁水在进入转炉冶炼前进行脱硫具备最佳的反应条件 1 铁水中含有大量Si C Mn等还原性好的元素 其还原性有利于脱硫反应 强脱硫剂Ca Mg等烧损少 2 铁水中C Si能大大提高S在铁水中的活度系数 致使硫较易脱到低的水平 3 铁水中氧含量低 硫的分配系数相应有所提高 有利于脱硫 4 在铁水预处理脱硫过程中 铁水成分的变化比炼钢或钢水处理过程中钢水成分的变化对最终钢种影响要小 5 铁水处理温度较低 对处理装置的寿命有利 2 铁水炉外脱硫可以减轻高炉的负荷 降低焦比 减少渣量和提高生产率 3 铁水炉外脱硫减少了渣量 4 工业技术的发展 对钢质要求越来越高 铁水预脱硫工艺 常用脱硫剂苏打 Na2CO3 石灰 CaO 食盐 NaCl 氰氨化钙 CaCN2 镁 Mg 碳化钙 CaC2 等 它们可以单独使用 也可以混合使用 目前普遍使用的脱硫剂是碳化钙 石灰和镁 铁水预脱硫工艺 各种脱硫剂的脱硫反应 铁水预脱硫工艺 1350 下典型脱硫剂的平衡常数和平衡 S 铁水预脱硫工艺 铁水预脱硫的方法铺撒法机械搅拌法钟罩插入法喷射法其他方法如吹气搅拌法 摇包法等 铁水预脱硫工艺 铺撒法将苏打粉或苏打粉与石灰粉 萤石粉的混合物撒入流铁沟 铁水流或铁水罐底部 利用铁水流动时的冲击和湍流运动使铁水与脱硫剂搅拌混合 促进脱硫反应 这种方法简便易行 但由于铁水与脱硫剂混合不够充分 脱硫效率不高 铁水预脱硫工艺 铁水预脱硫工艺 机械搅拌法这种方法是将脱硫剂加入铁水罐中 靠旋转沉入铁水中的搅拌器或转动盛铁水的容器使铁水与脱硫剂搅拌混合 机械搅拌法有多种方式 其中具有代表性的是KR法 其脱硫效果与搅拌器的转速 脱硫剂种类有关 铁水预脱硫工艺 KR铁水脱硫 采用CaO CaF2系脱硫剂 脱硫剂作用时间长 大约12min脱硫反应可基本达到平衡 脱硫处理时间较喷粉工艺缩短5min 脱硫效率提高20 35 左右 铁水预脱硫工艺 钟罩插入法这种方法是把含镁40 以上的镁焦 镁钢屑等放入石墨 粘土制成的钟罩内 然后插入铁水罐中 利用在高温下沸腾而逸出的镁蒸汽与铁水接触 使铁水产生运动和进行脱硫反应 铁水预脱硫工艺 镁焦脱硫装置 西德赫德博厂 1 固定螺栓2 钢板3 联接杆4 圆筒5 料筒6 钢钎7 镁焦 铁水预脱硫工艺 喷射法喷射法是利用喷枪把气体与脱硫剂混合后喷射到铁水中 使铁水与脱硫剂充分混合 促进脱硫反应 铁水预脱硫工艺 ATH法脱硫装置示意图1 喷枪2 喷粉罐3 操作平台4 鱼雷罐车 铁水预脱硫工艺 铁水包喷粉反应区示意图1 持久反应区2 瞬时反应区 铁水预脱硫工艺 单向摇包法 双向摇包法 其他方法 铁水预脱硫工艺 铁水预脱硫的优点铁水中 C Si 较高 fs 硫反应能力提高 铁水中 O 较低 Ls 脱硫效率高 搅拌充分 脱硫剂利用率高 脱硫速度快 铁水脱硫费用低 铁水脱硫可提高炼铁炼钢的生产能力 节约工序能源 降低成本 铁水预脱硫工艺 各种脱硫方式比较 铁水预脱硫工艺 铁水预脱磷 铁水预脱磷铁矿石中的磷在高炉的还原气氛下将全部进入铁水中 而磷对炼钢来说则是有害元素 转炉炼钢脱磷效率高 但要加入较多的渣料和熔剂 并且延长冶炼时间 降低生产率 为使铁水中的磷有效地去除 首先要供给氧化剂将铁水中的磷氧化 然后供给强有力的固定剂 使磷的氧化物能稳定地结合在炉渣中 此外 对一些高熔点的固定剂还需要加入熔剂使其熔化成渣 达到固定磷氧化物的目的 铁水预脱磷工艺 铁水预脱磷的方式在高炉出铁沟或出铁槽内进行脱磷在铁水包或鱼雷罐车中进行预脱磷在专用转炉内进行铁水预脱磷与鱼雷罐车内或铁水包内进行的铁水预处理脱磷相比 在转炉内进行铁水脱磷预处理的优点是转炉的容积大 反应速度快 效率高 可节省造渣剂的用量 吹氧量较大时也不易发生严重的溢渣现象 有利于生产超低磷钢 尤其是中高碳的超低磷钢 铁水预脱磷工艺 铁水预脱磷的方法1 机械搅拌法 这种方法是把配制好的脱磷剂加入到铁水包中 然后利用装有叶片的机械搅拌器使铁水搅拌混匀 也可在铁水中同时吹入氧气 日本某厂曾用机械搅拌法在50t铁水包中进行炉外脱磷 其叶轮转速为50 70n min 吹氧量8 18m3 t 处理时间30 60min 脱磷率60 85 铁水预脱磷工艺 2 喷吹法 喷吹法是目前应用最多的方法 它是把脱磷剂用载气喷吹到铁水包中 使脱磷剂与铁水混合 反应 达到高效率脱磷 喷吹法在日本新日铁公司100t铁水包中应用 以氩气作载气 吹入脱磷剂45kg t 喷吹处理时间20min 脱磷率达90 左右 铁水预脱磷工艺 新日铁君津厂脱磷工序流程示意图 铁水同时脱硫与脱磷 铁水同时脱硫与脱磷工业技术的发展促使人们寻求更加经济的铁水炉外处理方法 若能在铁水预处理中同时实现脱磷与脱硫 则对降低生产成本 提高生产率都有利 根据现代冶金炉渣结构理论 冶金炉渣是离子性熔体 炉渣 金属间的反应实质是电化学反应 在强的还原条件下 pO2 10 17MPa 如在Ca CaF2渣系下 金属中硫和磷都以阴离子形式同时进行转移 即阴极反应 S 2e S2 P 3e P3 而此时的阳极反应为 Ca 2e Ca2 铁水同时脱硫与脱磷 目前铁水同时脱磷脱硫工艺已在工业上应用 一类是喷吹苏打粉为主料 如日本的SARP法 SumitomoAlkaliRefiningProcess住友碱性精炼工艺 它是将高炉铁水首先脱Si 当 Si 0 1 以后 扒出高炉渣 然后喷吹苏打粉19kg t 其结果使铁水脱硫96 脱磷95 喷吹苏打粉工艺的特点是 苏打粉熔点低 流动性好 界面张力小易与渣铁分离 使渣中铁损小 实现同时去除硫磷 但对耐火材料侵蚀严重 有气体污染 铁水同时脱硫与脱磷 另一类是以喷吹石灰粉为主的粉料也可实现同时脱磷与脱硫 如日本新日铁公司的ORP法 OptimisingtheRefiningProcess 最佳精炼工艺 它是把铁水脱硅 当 Si 0 15 后 扒出炉渣