铁水预处理工艺（2002年本科）.ppt

铁水预处理工艺,朱荣,铁水预处理技术,铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各种处理。分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱P。特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺。,三脱(脱硅、脱磷、脱硫)预处理,铁水预处理容器的选择,根据铁水预处理容器的选择，脱硫工艺可分为：混铁车喷吹法铁水罐法铁水包法发展趋势：采用铁水包作为铁水脱硫预处理的容器,“三脱”工艺：铁水罐铁水预处理,铁水罐铁水预处理,铁水脱硫喷吹工艺,1.2铁水预处理的化学冶金学意义,化学冶金学意义：创造最佳的冶金反应环境!钢铁冶金工艺优化：高炉分离脉石、还原铁矿石铁水预处理脱硅、脱磷、脱硫转炉脱碳、升温钢水炉外精炼去夹杂、合金化,1.3铁水预处理(脱硫)的优越性,(1)满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展高附加值钢种：如：船板钢、油井管钢：S、P0.005%管线钢、Z向钢、IF钢：S0.0020.004%(2)减轻高炉脱硫负担，放宽对硫的限制，提高产量，降低焦比；(3)炼钢采用低硫铁水冶炼，可获得巨大的经济效益；,铁水脱硫工艺方法,投掷法，将脱硫剂投入铁水中脱硫喷吹法，将脱硫剂喷入铁水中脱硫搅拌法（KR法），通过中空机械搅拌器向铁水内加入脱硫剂，搅拌脱硫,脱硫工艺的技术比较,2铁水预处理发展的技术经济背景与现状,2.1国外铁水预脱硫技术的发展背景与现状历史背景：60年代，氧枪转炉炼钢的崛起工业的发展给钢铁材料质量提出了更高要求。钢材质量：强度高、低温韧性好；冷成型和焊接性能好；抗腐蚀和高温性能好用户需求：降低钢中杂质：硫、磷含量越低越好！发展现状30年代开始，60年代蓬勃发展,历史上，主要有六类十六种脱硫方法：,(1)摇动法：瑞典的单向偏心摇动铁水罐法，日本神户尼崎铁厂可逆旋转式DM摇包法(2)机械搅拌法：原西德DO(DamageOstberg)法、RS(Rheinstahl)法和赫歇法日本新日铁KR(KambaraReactor)法、千叶NP法(3)吹气搅拌法：新日铁PDS(底喷)法和CLDS(顶喷)法(4)钟罩压入法：美国JanesLaughlin公司的镁焦法(5)喷吹法：西德Thyssen的ATH(斜插喷枪)法；新日铁的TDS(顶喷)法；(6)炉前铁水沟连续脱硫法,脱硫现状,世界各国都致力于降低钢中硫含量80年代初期欧洲钢材市场：大批量产品含硫量S0.02%；小量产品S0.01%；极少的优质钢S0.005%。90年代中期：约70%的产品S0.015%；约50%的产品S0.01%；约28%的产品S0.005%；约10%的产品S0.002%。,我国脱硫现状,整体差距太大：生铁一类的质量标准：S0.03%宝钢、本钢等企业水平与国外一致结果：高炉脱硫，操作保守焦比高、产量低；国外预脱硫工艺发展趋势铁水罐、混铁车喷吹法(CaO、CaC2系)、镁系喷吹脱硫法,2.2国内铁水预脱硫发展的现状分析,历史发展79年，武钢引进日本KR法80年代研究、试验和生产，目前投产50余台套武钢、宣钢、攀钢、天铁、鞍钢、宝钢、酒钢、重钢、太钢、本钢、莱钢、济钢等90年代，基本发展缓慢20世纪末，开始行业结构调整，大力开发高附加值产品，目前到了发展的黄金时期。,脱硫剂,四大系列以及复合脱硫剂苏打(Na2CO3)系：炉前铁水沟铺撒法，宣钢、包钢做过喷吹工艺试验。电石(CaC2)系：主要是喷吹法，攀钢、宝钢、武钢用过。石灰(CaO)系：喷吹法，鞍钢、宝钢、武钢、酒钢、宣钢、重钢、太钢等。金属Mg系复合脱硫剂：90年代起步，喷吹法。如鞍钢、宝钢、本钢等。,2.3铁水预处理的发展趋势,预脱硫预脱硅预脱磷(同时脱磷脱硫)未来以喷吹法为主脱硫剂受原料经济和钢材产品要求而波动发展方向：高效、廉价、易得的复合脱硫剂；CaO系、CaC2系、Mg系“并驾齐驱”铁水预脱硫处理愈来愈普遍，各种级别钢种都可处理，特别是优质钢或特殊钢种。铁水预处理(脱硫)是提高钢材质量的最经济手段!,3铁水预脱硫工艺,3.1四种主要脱硫剂及其脱硫原理、反应苏打(Na2CO3)系：(+氧化剂，同时脱磷脱硫)Na2CO3(l)=Na2O(l)+CO2Na2O(l)+S+C=(Na2S)+CO价格贵，挥发损失严重，环境污染大，侵蚀包衬目前只作号外铁补救脱硫之用！,石灰(CaO)系,(+CaCO3+CaF2+C，+CaC2，+Al)CaO(S)+S+C=(CaS)+CO当Si0.05%时，CaO(S)+S+1/2Si=(CaS)+1/2(SiO2)价廉易得，高温、细磨、活性高脱硫效果较好。石灰易吸水，脱硫渣夹带铁，不能进行深度脱硫,碳化钙(CaC2，电石)系,CaC2(+CaO+CaCO3+CaF2)、(CaC2+CaCO3)CaC2(S)+S=(CaS)+2C相对较便宜，高温、细磨、深喷，脱硫效率较高脱硫效率受温度和粒度影响较大，安全性不高！,镁(Mg)系,种类：镁焦(Magcoke)；镁合金(MgFeSi)；覆膜镁粒：覆膜混合镁粒：含Mg3080%，余为CaO。Mg+S=MgS(固)Mg(气)+S=MgS(固)镁脱硫的热力学：受铁水温度和镁的蒸气压影响LogMgsat=7000T+LogPMg5.1(低温和高压有利！)工业条件下测定的镁脱硫反应浓度积K(=%Mg%S)温度，1250130013301400K，10-51.96.08.01013,镁脱硫的动力学,四步，受镁蒸汽的溶解速度影响措施：铁水温度低些有利加入惰性物质减缓镁的气化速度喷枪插入铁水液面以下23m处镁的脱硫效率和消耗量：S为0.06%脱到0.01%，脱硫效率达63%，当S降至0.005%时，每吨铁水耗镁300500g。,镁脱硫剂的优缺点,镁和硫的亲和力极高，对低温铁水，镁脱硫最好,用量少，对高炉渣不敏感；铁损少，无环境问题.脱硫处理用的设备投资低。但镁价格高。关键要保证插枪深度，精心控制，提高镁的收得率我国采用镁基脱硫剂的机遇：用中国国产的便宜镁制造镁脱硫剂进行铁水炉外深度脱硫，来生产我国至今还需大量进口的优质钢材，是历史的机遇。,铁水脱硫剂的选择,元素的脱硫能力，由高到低依次为：CaC2、NaO2、Mg、BaO、CaO、MnO、MgO工业中常用的脱硫剂有：CaO系、CaO+CaC2系、CaC2、CaO+Mg系、Mg等。,4铁水脱Si工艺技术,铁水脱Si的重要意义是铁水脱磷的必要条件利于减少石灰加入量和渣量可在低碱度下实现脱Si，成本低铁水脱Si的工艺方法铁水沟连续脱硅，分为一段法和两段法铁水罐脱硅,铁水脱硅站示意图,铁水脱硅方法的比较,5铁水预处理脱磷及同时脱磷脱硫,5.1脱磷同时脱硫的化学原理电化学反应：阳极：P+4(O2)=(PO43)+5e阴极：S+2e=(S2)喷吹法同时脱磷脱硫反应的实质：在喷枪附近，氧位较高(Po2=10121011kPa)，进行着氧化脱磷反应；在铁水罐壁和顶渣与铁水界面处，氧位较低(Po21013kPa)，进行着还原脱硫反应。因此，喷吹预处理工艺是在实行了熔池的氧位再分布后，才达到同时脱除磷、硫的，即是“同时不同位”。,5.2脱磷前的铁水预脱硅,脱磷过程中硅比磷优先氧化。这样形成的SiO2势必会大大降低脱磷渣的碱度。因此，为了减少脱磷剂用量、提高脱磷效率，脱磷前必须优先将铁水Si氧化脱除至0.10%0.15%。预脱硅方法：主要有高炉炉前铁水沟上置或顶喷固体氧化剂脱硅法和铁水罐、混铁车内喷吹脱硅法(顶吹O2)两种。高炉要冶炼低硅生铁。,铁水脱磷工艺技术,铁水脱磷预处理的工艺优点铁水预处理脱磷，反应温度低，热力学条件好，易于脱磷铁水中C、Si含量高提高了铁水中磷的活度，有利于脱磷由于铁水预处理脱磷具备良好的化学热力学条件，渣钢间磷的分配系数是炼钢脱磷的510倍，因而渣量小，可以控制较低的渣中FeO含量，脱磷成本低和炼钢相比，不会因脱磷造成钢水过氧化，影响钢质量,5.3两类脱磷剂,苏打系：Na2CO3(+氧化剂)2P+3(Na2O)+5(FeO)=(3Na2OP2O5)+5Fe石灰系：CaO+氧化剂+助熔剂(CaF2)2P+5(FeO)+3(CaO)=(3CaOP2O5)+5Fe氧化剂：气体O2和/或固体氧化剂固氧剂：轧钢铁皮、铁精矿粉、烧结返矿粉助熔剂：萤石(CaF2)、CaCl2等,5铁水预处理设备及操作,5.1铁水预处理(脱硫)设备预处理剂压送设备：运粉槽车、石灰粉、电石粉贮粉仓袋式过滤器(布袋除尘器)贮粉仓卸料阀：电磁阀or气动阀喷粉罐喷粉罐给料阀：电磁阀or气动阀、变径阀喷枪及升降装置：喷枪升降、卷扬、横移台车喷枪制作间设备：混料器、台车、模子、烘烤炉防溅盖及升降装置,除尘设备及管道测温、取样装置扒渣机及吹渣机：液压、气动电子称或料位计管道、阀门、仪表等计算机或自动控制设备,5.2铁水预处理工艺操作,宝钢320吨鱼雷车顶喷脱硫操作脱硫车间位于高炉和转炉车间之间，共有两条脱硫线，可同时脱硫，互不干扰。其中一条线已改为三脱处理。日处理能力为1.2万吨。鱼雷车装铁水量为290吨左右。氮气流量430480M3/h，其中配入CaC2比例越大流量越小。加压压力2.83.2105Pa、喷吹压力2.02.3105Pa。喷吹速度CaO为5060kg/min、CaC24045kg/min。喷枪插入深度1.21.4m。喷吹时间因处理后的含硫量要求不同和喷粉量不同而不同，时间变化在530min，平均21.63min。脱硫剂单耗5kg/t(其中CaC2控制在2.0kg/t以下)。平均S为73.1%，处理后硫含量可达0.0010.002%。喷吹温降20左右。,6铁水深度预处理与纯净钢冶炼,6.1铁水预处理对纯净钢生产的意义铁水含磷、硫可降到低或超低含量水平。提高转炉生产率、降低成本、节约能耗。增加极低碳钢的清洁度。钢中TO、N、H含量降低。有利于复吹转炉冶炼高碳钢时的“提碳出钢技术”。有效地提高铁、钢、材系统的综合经济效益。,6.2基于铁水预处理的纯净钢冶炼工艺,基于铁水深度预脱硫的纯净钢冶炼工艺：(北美、欧洲、宝钢、武钢)铁水深脱硫转炉强化脱磷钢水喷粉脱磷、脱硫、升温、真空精炼基于铁水三脱预处理的纯净钢冶炼工艺：日本(NSC、Sumitomo、Kobe、Kawasaki、NKK)铁水三脱(Si、P、S)处理复吹转炉少渣吹炼钢水喷粉脱硫、升温、真空精炼,6.3铁水预处理与纯净钢生产实践,欧美“单脱硫预处理+纯净钢”生产流程：高炉铁水常规(轻)脱硫(S0.02%)复吹转炉(脱磷、脱碳、升温)钢水精炼(脱氧、去气体、去夹杂)普通钢水，此即常规流程(生产普通钢种)。高炉铁水深度脱硫(S0.005%)复吹转炉(脱磷、脱碳、升温)钢水精炼(脱硫、去气体、去夹杂)低硫钢水(S0.005%)，此即纯净钢流程。其中生产超低硫钢(S0.002%)，铁水则要深脱硫至S0.002%0.003%。,日本“三脱预处理+纯净钢或超纯净钢”生产流程,纯净钢生产流程：铁水三脱预处理复吹转炉真空除渣钢水炉外精炼连铸主要特点：依据成品钢不同P含量决定铁水脱磷深度复吹转炉采用少渣吹炼、加锰矿熔融还原并尽可能低温出钢促进炉内脱磷炉外钢水升温、调合金成分、喷粉脱硫、RH真空脱气,7结语,铁水预处理脱硫：适度脱硫：补救措施，将硫