转炉炼钢工艺与操作-铁水预处理

炼钢工艺与操作转炉炼钢工艺与操作-铁水预处理2.铁水预处理

铁水预处理是指铁水在兑入炼钢炉之前，为去除或提取某种成分而进行的处理过程。例如对铁水的炉外脱S、脱P和脱Si，即三脱技术就属于铁水预处理的一种。铁水进行三脱可以改善炼钢主原料的状况，实现少渣或无渣操作，简化炼钢操作工艺，以经济有效地生产低P、S优质钢。

铁水的炉外脱硫原理与炼钢炉内脱硫的原理基本一样。但铁水脱硫条件比钢水脱硫条件优越，脱硫效率也比钢水脱硫效率高4～6倍。主要原因如下：（1）铁水中含有较高的C、Si、P等元素，提高了铁水中硫的活度系数；（2）铁水中氧含量低，利于脱硫。

2.1铁水炉外脱硫2.铁水预处理A脱硫剂的选择

选择脱硫剂主要从脱硫能力、成本、资源、环境保护、对耐火材料的侵蚀程度、形成硫化物的性状、对操作影响以及安全等因素综合考虑而确定。目前使用的脱硫剂有以下几种：（1）电石粉其主要成分是CaC2，是一种重要的脱硫剂，其粒度在0.1～1mm。电石粉加入铁水后与硫发生反应如下：CaC2（固）+[FeS]=CaS(固)+[Fe]+2[C]2.铁水预处理电石粉有如下的特点：①在高硫铁水中，CaC2分解出的Ca离子与S的结合能力强，因此有很强的脱硫能力，脱硫反应又是放热反应，可减少脱硫过程中铁水的温降。②脱硫产物CaS的熔点很高，为2450℃，在铁水液面形成疏松固体渣，不易回硫，易于扒渣，同时对混铁车或铁水包内衬侵蚀较轻。③脱硫过程有石墨析出，同时还有少量的CO和C2H2气体逸出，并带出电石粉，因而污染环境，必须安装除尘装置。④电石粉是工业产品，价格较贵。⑤CaC2吸收水分后会产生下列反应CaC2(固)+2H2O=Ca(OH)2+C2H2

CaC2(固)+H2O=CaO(固)+C2H2生成的C2H2是可燃气体，易产生爆炸。所以要特别注意电石粉在运输好贮存过程的安全。2.铁水预处理（2）石灰粉

其主要成分是CaO。石灰粉加入铁水后产生如下反应：4CaO(固)+2[Fes]+[Si]=2(CaS)+2[Fe]+(2CaO.SiO2)2CaO(固)+2[FeS]+[Si]=2[CaS]+2[Fe]+(SiO2)石灰粉有如下特点：①在脱硫的同时，铁水中的Si被氧化2CaO.SiO2和SiO2，相应的消耗了有效的CaO，同时在石灰粉颗粒表面容易能形成2CaO.SiO2的致密层，阻碍了硫向是会颗粒内部扩散，影响了石灰粉脱硫速度和效率，所以石灰粉的脱硫效率只是电石粉的1／4～1／3。为此，可在石灰粉中配加适量CaF2、Al或Na2CO3等成分，破坏石灰粉颗粒表面的2CaO.SiO2层，改善石灰粉的脱硫状况。②脱硫产物为固态，便于扒渣，对铁水包内衬耐火材料侵蚀较轻，但渣量较大。③石灰粉在喷粉罐体内的流动性较差容易堵料，同时石灰极易吸水潮解。④石灰粉价格便宜。2.铁水预处理

(3)石灰石粉其主要成分是CaCO3，属于石灰脱硫范畴。石灰石受热分解反应如下：CaCO3(固)=CaO(固)+CO2石灰石粉有如下特点：①石灰石分解排出的CO2强烈地搅动了铁水，利于脱硫反应；同时CaCO3在铁水深处分解时能生成极细的石灰粉粒，具有很高的活度，可提高脱硫效率。②石灰石分解出的CO2与铁水中的Si反应会放出热量，其热量与CaCO3分解吸收热量大体相抵。因而，使用石灰石脱硫，铁水不会过分降温，与使用石粉脱硫大致相同。③资源丰富，价格便宜。2.铁水预处理

（4）金属镁和镁基材料铁水溶解镁的能力比脱硫处理需要镁的数量要高得多。现在市场上的镁基材料有镁焦、镁硅合金和纯化合金镁等。镁的脱硫反应如下：Mg（固）—Mg（液）—Mg（气）—[Mg]Mg+[FeS]=MgS(固)+[Fe]金属镁和镁基材料有如下特点：①镁的脱硫能力很强，脱硫效率高。②产物为固态硫化镁，易于扒除，对耐火材料侵蚀较轻。③消耗量少，处理时间短。④可实现自动控制。⑤金属镁价格较贵。2.铁水预处理

（5）苏打粉其主要成分是Na2CO3，其受热分解，然后与铁水中的硫反应。Na2CO3（固）=NaO（固）+CO23/2NaO2(固)+[FeS]+1/2[Si]=(NaS2)+1/2(Na2O·SiO2)+[Fe]NaO(固)+[C]+[FeS]=(Na2S)+[Fe]+CO以上这些脱硫剂可以单独使用，也可以几种配合使用，但其脱硫效率有较大的差别。2.铁水预处理

B脱硫方法

目前使用最广泛的有搅拌法和喷吹法。（1）机械搅拌法该法是将搅拌器（也叫搅拌桨）沉入铁水内部旋转，在铁水中央部位形成锥形漩涡，使脱硫剂与铁水充分混合、作用。KR法、DORA法、RS法和NP法等都是搅拌法。由搅拌器和脱硫剂输送装置等部分组成。搅拌器头部是一个“十”字形叶轮，内骨架为钢结构，外包砌耐火泥料。搅拌器以70～120r/min速度旋转搅动铁水，1～1.5min以后，使铁水形成漩涡，加入脱硫剂，通过搅动，铁水与脱硫剂密切接触，充分混合作用。若用电石粉为脱硫剂，当铁水中ωS=0.030%时，耗量为每吨铁2kg/t，处理后铁水中ωS可降至0.001%的水平，其脱硫效率在96%～97%。铁水处理前后必须扒渣。2.铁水预处理

图2-1搅拌法脱硫a--KR法b--喷吹法2.铁水预处理（2）喷吹法（1）机械搅拌法以干燥的空气或惰性气体为载流，将脱硫剂与气体混合吹入铁水中，同时也搅动了铁水，可以在混铁车或铁水保内处理。图2-1为喷吹设备示意图。喷吹枪有倒“T”形和倒“Y”形两种，倒“T”形喷枪的效果较好，其结构示意图如2-1b所示。2.铁水预处理

降低铁水硅含量可以减少转炉炼钢的炉渣量，实现少渣或无渣工艺，并为炉外脱磷创造了条件。降低铁水硅含量可以通过发展高炉冶炼低硅铁水，或采用炉外铁水脱硅技术。炉外脱硅技术是将氧化剂加到流动的铁水中，硅的氧化产物形成熔渣。处理后铁水中的ωSi可达0.10%～0.15%以下。A脱硅剂

脱硅剂均为氧化剂。选择脱硅剂时，首先要考虑材料的氧化活性；其次是运输方便，价格经济。目前使用的材料是以氧化铁皮和烧结矿粉为主的脱硅剂。单纯使用氧化剂脱硅会发生如下现象：⑴生成的熔渣粘，流动性不好。⑵铁水中硅降低的同时产生脱碳反应，从而形成泡沫渣。2.2铁水炉外脱硅2.铁水预处理

B脱硅剂加入法（1）投入法将脱硅剂料斗设置在撇渣器后的主沟附近，利用电磁振动给料器向铁水沟内流动铁水表面给料，利用铁水从主沟和摆动流槽落入铁水罐时的冲击搅拌作用，使脱硅剂与铁水充分混合进行脱硅反应。这是最早的一种脱硅方法，脱硅效率较低，一般在50%左右。（2）顶喷法用工作气压为0.2～0.3MPa的空气或氮气做载流，在铁水液面以上一定高度通过喷枪喷送脱硅剂。目前工业上采用的方法有三种。2.2铁水炉外脱硅2.铁水预处理

铁水预脱磷与炉内脱磷的原因相同。即在低温、高氧化性、高碱度熔渣条件下脱磷。与钢水相比，铁水预脱磷具有低温、经济合理的优势。今后有可能达到100%铁水经过预处理，而转炉100%使用预处理的铁水炼钢。这样可以明显的减轻转炉精炼的负担，提高冶炼速度，100%达到成分控制的命中率，扩大钢的品种，大幅度提高钢质量。A脱磷剂目前广泛使用的脱磷材料苏打系和石灰系脱磷剂。（1）苏打系脱磷剂。苏打粉的主要成分Na2CO3，是最早用于脱磷的材料，其脱磷反应式为：Na2CO3(固)+4/5[P]=2/5(P2O5)+[C]+(Na2O)2.3铁水炉外脱磷2.铁水预处理

苏打粉脱磷的特点如下：①苏打粉脱磷的同时还可以脱硫；②铁水中锰几乎没有损失：③金属损失少；④可以回收铁水中V、Ti等贵重金属元素；⑤处理过程中苏打粉挥发，钠的损失严重，污染环境，产物对耐火材料有侵蚀；⑥处理过程铁水温度损失较大；⑦苏打粉价格较贵。2.铁水预处理（2）石灰剂脱磷剂石灰系脱磷材料主要成分是CaO，配入一定比例的氧化铁皮或烧结矿粉和适量的萤石。研究表明，这些材料的粒度较细，吹入铁水后，由于铁水内各部氧位的差别，能够同时脱磷和脱硫。使用石灰系脱磷剂既能达到脱磷效果，价格又便宜，成本低。

B脱磷方法（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