铁水预处理技术发表评论(0)编辑词条

1、 什么是铁水预处理?

　　铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前，为脱硫或脱硅、脱磷而进行的处理过程。
　　除上述普通铁水预处理外还有特殊铁水预处理，如针对铁水含有特殊元素提纯精炼或资源综合利用而进行的提钒、提铌、提钨等预处理技术。
　
2、 在炼钢生产中采用铁水预脱硫技术的必要性是什么?

　 (1)用户对钢的品种和质量要求提高，连铸技术的发展也要求钢中硫含量低(硫含量高容易使连铸坯产生裂纹)。铁水脱硫可满足冶炼低硫钢和超低硫钢种的要求。
　 (2)转炉炼钢整个过程是氧化气氛，脱硫效率仅为30％～40％；而铁水中的碳、硅等元素含量高，氧含量低，提高了铁水中硫的活度系数，故铁水脱硫效率高；铁水脱硫费用低于高炉、转炉和炉外精炼的脱硫费用。
　 (3)减轻高炉脱硫负担后，能实现低碱度、小渣量操作，有利于冶炼低硅生铁，使高炉稳定、顺行，可保证向炼钢供应精料。
　 (4)有效地提高钢铁企业铁、钢、材的综合经济效益。
　
3、 铁水脱硫常用的脱硫剂有几类，各有何特点?

　 生产中，常用的脱硫剂有苏打灰(Na2C03)、石灰粉(CaO)、电石粉(CaC2)和金属镁等。以上脱硫剂可以单独使用，也可以几种配合使用。

　 (1)苏打灰。其主要成分为Na2C03，铁水中加入苏打灰后，与硫作用发生以下3个化学反应：
　 Na2C03(1)+[S]+2[C]=Na2S(1)+3{CO}
　 Na2C03(1)+[S]十[Si]=Na2S(1)+SiO2(S)+{CO}
　 Na20(1)+[S]=Na2S(1)+[O]
　 用苏打灰脱硫，工艺和设备简单，其缺点是脱硫过程中产生的渣会腐蚀处理罐的内衬，产生的烟尘污染环境，对人有害。目前很少使用。

　 (2)石灰粉。其主要成分为CaO，用石灰粉脱硫的反应式如下：
　 2CaO(S)+[S]+(1/2)[Si]=(CaS)(S)+(1/2)(Ca2Si04)
　 石灰价格便宜、使用安全，但在石灰粉颗粒表面易形成2CaO•Si02致密层，限制了脱硫反应进行，因此，石灰耗用量大，致使生成的渣量大和铁损大，铁水温降也较多。另外，石灰还有易吸潮变质的缺点。

　 (3)电石粉。其主要成分为CaC2，电石粉脱硫的反应式如下：
　 CaC2+[S]=(CaS)(S)+2[C]
　用电石粉脱硫，铁水温度高时脱硫效率高，铁水温度低于1300℃时脱硫效率很低。另外，处理后的渣量大，且渣中含有未反应尽的电石颗粒，遇水易产生乙炔 (C2H2)气体，故对脱硫渣的处理要求严格。在脱硫过程中也容易析出石墨碳污染环境。电石粉易吸潮生成乙炔(乙炔是可燃气体且易发生爆炸)，故电石粉需要以惰性气体密封保存和运输。

　 (4)金属镁。镁喷入铁水后发生如下反应：
　 Mg+[S]=MgS(S)
　 镁在铁水的温度下与硫有极强的亲和力，特别是在低温下镁脱硫效率极高，脱硫过程可预测，硫含量可控制在0.001％的精度。这是其他脱硫剂所不能比拟的。
　 金属镁活性很高，极易氧化，是易燃易爆品，镁粒必须经表面钝化处理后才能安全地运输、储存和使用。钝化处理后，使其镁粒表面形成一层非活性的保护膜。
　 用镁脱硫，铁水的温降小，渣量及铁损均少且不损坏处理罐的内衬，也不影响环境。因而铁水包喷镁脱硫工艺获得了迅猛的发展。
　 镁的价格较高，保存时须防止吸潮。

4、 铁水脱硫的主要方法有哪些，铁水脱硫技术的发展趋势是怎样的?

　 迄今为止，人们已开发出多种铁水脱硫的方法，其中主要方法有：投入脱硫法、铁水容器转动搅拌脱硫法、搅拌器转动搅拌脱硫法和喷吹脱硫法等。
　 (1)投入法。该法不需要特殊设备，操作简单，但脱硫效果不稳定，产生的烟气污染环境。
　 (2)铁水容器搅拌脱硫法。该法主要包括转鼓法和摇包法，均有好的脱硫效果，该法容器转动笨重，动力消耗高，包衬寿命低，使用较少。
　 (3)采用搅拌器的机械搅拌法。如KR法(见图3-1)即属于此类。
 
　 KR搅拌法由于搅拌能力强和脱硫前后能充分的扒渣，可将硫含量脱至很低，其缺点是设备复杂，铁水温降大。
　 (4)喷吹法。此法是用喷枪以惰性气体为载体，将脱硫剂与气体混合吹入铁水深部，以搅动铁水与脱硫剂充分混合的脱硫方法。该法可以在鱼雷罐车(混铁车)或铁水包内处理铁水。铁水包喷吹法目前已被广泛应用。图3-2为鱼雷罐车喷吹法脱硫装置示意图。
　
　 喷吹脱硫法具有脱硫反应速度快、效率高、操作灵活方便，处理铁水量大，设备投资少等优点。因而，它已成为铁水脱硫的主要方法。
　 铁水脱硫技术的发展趋势如下：
　 (1)采用全量铁水脱硫工艺；
　 (2)趋向在铁水包内预脱硫；
　 (3)脱硫方法以喷吹法为主；
　 (4)用金属镁做脱硫剂的趋势不断扩大。
　
5、 用金属镁进行铁水脱硫的机理是什么?

　镁为碱土金属，相对原子质量为24.305，密度为1.738g/cm3；熔点为651℃；沸点为1107℃。当金属镁与硫结合生成MgS后，其熔点为 2000℃，密度为2.8g/cm3，如与氧结合生成MgO后，其熔点为2800℃，密度为3.07～3.20g/cm3，二者均为高熔点、低密度稳定化合物。
　 镁通过喷枪喷入铁水中，镁在高温下发生液化、气化并溶于铁水：
　 Mg(S)→Mg(1)→{Mg}→[Mg]
　 Mg与S的相互反应存在两种情况：
　 第一种情况：{Mg}+[S]=MgS(S)　　　 (3-1)
　 第二种情况：{Mg}→[Mg]　　　 (3-2)
　 [Mg]+[S]=MgS(S)　　　 (3-3)
　 在高温下，镁和硫有很强的亲和力，溶于铁水中的[Mg]和{Mg}都能与铁水中的[S]迅速反应生成固态的MgS，上浮进入渣中。
　 在第一种情况下，在金属-镁蒸气泡界面，镁蒸气与铁水中的硫反应生成固态MgS，这只能去除铁水中3％～8％的硫。
　 在第二种情况下，溶解于铁水中的镁与硫反应生成固态MgS,这是主要的脱硫反应，最为合理。在这种情况下，保证了镁与硫的反应不仅仅局限在镁剂导入区域或喷吹区域内进行，而是在铁水包整个范围内进行，这对铁水脱硫是十分有利的。
　镁在铁水中的溶解度取决于铁水温度和镁的蒸气压。镁的溶解度随着压力的增加而增大，随铁水温度的上升而大幅度降低。为了获得高脱硫效率，必须保证镁蒸气泡在铁水中完全溶解，避免未溶解完的镁蒸气逸人大气造成损失。促进镁蒸气大量溶解于铁水中的措施是：铁水温度低；加大喷枪插入铁水液面以下的深度，提高镁蒸气压力，延长镁蒸气泡与铁水接触时间。
　
6、 采用金属镁脱硫为什么要对镁粒进行表面钝化处理，对颗粒镁有什么要求?

　金属镁活性很高，极易氧化，是易燃易爆品。镁粒只有经表面钝化处理后才能安全地运输、储存和使用。经钝化处理后，镁粒表面形成一层非活性的保护膜，如盐钝化的涂层颗粒镁，制备时采用熔融液态镁离心重复分散技术，利用空气动力逆向冷却原理将盐液包敷在镁颗粒外层，形成银灰色均匀的球状颗粒。
　 单吹镁脱硫用的涂层颗粒镁要求：
　 wMg≥92％；粒度为0.5～1.6mm，其中粒度大于3mm以上的针状不规则颗粒少于8％。
 
7、 铁水脱硫容器为什么趋向采用铁水包?

　在鱼雷罐内进行脱硫，动力学条件较差，脱硫剂喷入后，由于鱼雷罐形状影响搅拌的均匀性，反应重现性差，脱硫剂消耗量大。采用铁水包喷吹脱硫，由于铁水包的几何形状，使脱硫反应具有更好的动力学条件和反应空间，可根据冶炼具体要求更准确地控制铁水的硫含量。一般容量大于80t的铁水包铁液深度都比鱼雷罐深，喷入铁水的脱硫剂与铁水进行反应更加充分，因此在铁水包内喷吹脱硫可以有效利用脱硫剂。同时铁水包内的铁水温度比鱼雷罐内低一些，更促进镁脱硫获得理想的脱硫效果，降低了铁水处理成本。由于铁水包内喷吹脱硫有较高的效率，与在鱼雷罐脱硫相比，如果将硫含量从0.045％降到0.010％，可节省脱硫剂 15％；如果将硫含量从0.045％降到0.005％，可节省脱硫剂24％。显然，硫含量的目标值越低，在铁水包喷吹脱硫剂的优势越大。20世纪80年代已开始发展到在铁水包内处理铁水。目前新建铁水脱硫装置大多采用铁水包单独喷吹镁或复合喷吹镁的技术和设备。
　
8、 铁水包单吹颗粒镁脱硫的工艺流程及基本工艺参数是怎样的?

　 铁水包单吹颗粒镁脱硫工艺系统装备如图3-3所示。
　
　 单吹颗粒镁脱硫工艺流程如图3-4所示。
　
　脱硫剂采用单一的颗粒金属镁，流动性好，喷吹罐配备了专门的计量给料装置。为保证把镁剂(不掺添加料)可靠地喷入铁水中并使镁的吸收率在95％以上，且不堵枪，应合理选择喷枪和输镁管路的结构和喷吹系统参数。应使供氮压力稳定，喷枪端面距包底约0.2m，喷枪结构要保证为镁溶解于铁水并继而被吸收创造良好的条件。喷枪浸入深度不足2.4m的铁水包，喷枪端部要装备锥形气化室。整个脱硫过程可采用计算机自动控制，每次处理前只需输入初始硫含量、目标硫含量、铁水温度、铁水重量等参数，脱硫处理过程便可自动进行。
　 单吹颗粒镁脱硫工艺参数如下：
　 (1)脱硫剂颗粒镁，粒度为0.5～1.6mm，wMg≥92％
　 (2)氮气压力　　　 1.0MPa
　 (3)初始铁水　　　 w[sl=0.035％
　 (4)目标铁水　　　 w[s]=0.005％
　 (5)喷吹时间　　　 ≤10min
　 (6)脱硫剂(Mg)流量　　　 8～15kg/min
　 (7)脱硫剂(Mg)消耗　　　 0.46kg/t
　 (8)温降　　　 10℃
　
9、 铁水包镁基复合喷吹脱硫的工艺流程及基本工艺参数是怎样的?

　镁基脱硫剂是由镁粉加上石灰粉或电石粉及其他添加剂组成，喷入铁水后脱硫反应主要由镁粉完成。复合喷吹的镁粉和石灰粉(或电石粉)分别存贮在两个喷吹罐内，用载气输送，在管道内混合。通过调节分配器的粉料输送速度来确定两种粉料的比例，对镁粉流动性无要求。整个脱硫过程可采用计算机自动控制，每次处理前只需输人初始硫含量、目标硫含量、铁水温度、铁水重量等参数、脱硫处理过程便可自动进行。
　 镁基复合喷吹脱硫工艺流程如图3-5所示。镁基复合脱硫工艺参数如下：
　
　 (1)脱硫剂　　　 Mg+CaO
　 (2)氮气压力　　　 1.1MPa
　 (3)初始铁水w[s]　　　 0.035％
　 (4)目标铁水w[s]　　　 0.005％
　 (5)喷吹时间　　　 10min
　 (6)脱硫剂流量　　　 Mg粉12kg/min
　　　　　　　　　　　　　石灰粉45kg/min
　 (7)脱硫剂消耗　　　 Mg粉0.65kg/t
　　　　　　　　　　　　　石灰粉1.92kg/t
　 (8)温降　　　 20℃
　
1O、 喷镁脱硫要求铁水包净空是多少?

　当铁水包喷镁脱硫时，镁通过喷枪喷入铁水，载气对铁水有搅拌作用，可以促进反应物的传质和产物的排出。由于镁在高温下液化、气化和溶于铁水，气化时产生的镁气体对铁水的搅拌作用强烈，顶吹时常发生喷溅。因此，铁水包应有不小于400mm高度的净空，同时设置防溅包盖是必要的。
　
11、 铁水包喷吹镁脱硫与其他脱硫工艺比较具有哪些优点?

　 铁水包喷镁脱硫工艺与其他脱硫工艺相比，具有以下显著的优点：
　 (1)脱硫效率高。可根据冶炼品种要求，铁水硫含量可脱至任意水平，深脱硫时达到ws=0.005％以下，甚至wS=0.002％以下；
　 (2)脱硫剂单耗低，处理时间短；
　 (3)形成渣量少，扒渣铁损低；
　 (4)对环境污染小；
　 (5)温度损失少；
　 (6)易于进行过程自动控制；
　 (7)综合成本低。
　
12、 铁水包喷吹颗粒镁脱硫，镁的单位消耗主要取决于哪些因素?

　 用镁脱硫的单耗主要取决于铁水初始硫含量、终点硫含量、铁水温度、铁水重量(铁水包内铁水深度)。
　 在理论上lkg金属镁能脱除1.32kg的硫；实际上，由于铁水中还有残余的镁、用于脱氧的镁、少量的镁蒸气逸出及与载气、顶渣反应损失的镁等原因，镁的利用率不可能达到100％。与初始硫含量低时相比，初始硫含量高时镁的利用率高。
　 镁脱硫与CaO、CaC2脱硫不同，镁脱硫反应为放热反应，低温对反应有利，在低温下镁在铁水中的溶解度大，有利于镁参与反应而提高利用率；但温度高时有利于反应产物上浮进入顶渣提高反应速度，但总的来说温度低对镁脱硫更有利。
　 铁水量多，铁水包内铁水深度大，喷枪插入深，镁的利用率高。铁水包内铁水深度浅，喷枪插入浅，镁气泡来不及完全溶解就从铁水液面逸出。因此，喷吹深度大可以减少镁的逸出损失。
 
13、 铁水脱硫后兑入转炉前为什么必须扒渣?

　 经过脱硫处理后的铁水，须将浮于铁水表面上的脱硫渣除去，以免炼钢时造成回硫，因为渣中MgS或CaS会被氧还原，即发生如下反应：
　 (MgS)+[0]=(MgO)+[S]
　 (CaS)+[0]=(CaO)+[S]
　 因此，只有经过扒渣的铁水才能兑入转炉。钢水硫含量要求越低，相应要求扒渣时扒净率越高，尽量减少铁水的带渣量。
　
14、 脱硫后的低硫铁水兑入转炉炼钢，为什么吹炼终点常常出现增硫现象?

　 经脱硫处理后的低硫铁水(w[s]=0.002％～0.009％)，兑入转炉炼钢，有时出现不能进一步脱硫，吹炼终点的钢水还常常有增硫现象，这是因为炼钢过程中铁水渣、铁块、废钢、石灰中的硫进入钢水，而吹炼过程脱硫量低于增硫量所致，吹炼终点增硫量可达0.002％～0.005％，甚至0.005％以上。增硫主要发生在吹炼的前期和中期，一般铁块、废钢和铁水渣带入硫占炉料总硫量的60％以上，所以增硫成为生产超低硫钢种的重大障碍。因此，生产w[s]<0.005％的超低硫钢种时，可采用铁水脱硫处理加上较高的铁水装入比，并尽量减少铁水的带渣量，同时出钢加合成渣、二次精炼脱硫，特别是用LF炉造高碱度还原渣，进一步深脱硫。
　
15、 脱硫后扒渣时的铁损大小与哪些因素有关?

　 脱硫后扒渣时的铁损大小与以下因素相关。
　 (1)渣量越大，扒净率越高，铁损越大。
　 (2)渣偏干，渣铁易分离，易于扒除，铁损低；渣越稀，渣铁分离困难，铁损大。扒渣时，可加入适量稠渣剂。
　 (3)扒渣机工作性能好，扒渣效率高，铁损低。
　 (4)铁水包包嘴形状和倾角应有利于扒渣需要，减少扒渣“死区”。　　　
　 (5)操作人员的技能十分重要，操作熟练、准确和灵敏，同样条件下能明显提高扒渣效率和降低铁水损失。
 
16、 铁水采用三脱(脱硅、脱磷、脱硫)预处理有何优缺点?

　 铁水采用三脱预处理(工艺流程见图3-6)优缺点如下：
　

　
　 (1)可实现转炉少渣冶炼(渣量小于30kg/t)。
　 (2)铁水脱硫有利于冶炼高碳钢、高锰钢、低磷钢、特殊钢(如轴承钢)、不锈钢等。
　 (3)可提高脱碳速度，有利于转炉高速冶炼。
　 (4)转炉吹炼终点时钢水锰含量高，可用锰矿直接完成钢水合金化。
　 (5)铁水采用三脱预处理的缺点是铁水中发热元素减少，转炉的废钢加入量减少。
　
17、 为何铁水脱磷必须先脱硅?

　铁水预脱硅技术是基于铁水预脱磷技术而发展起来的。由于铁水中氧与硅的亲和力比磷大，当加入氧化剂脱磷时，硅比磷优先氧化，形成的SiO2大大降低渣的碱度。为此脱磷前必须将硅含量降至0.15％以下，这个值远远低于高炉铁水的硅含量，也就是说，只有当铁水中的硅大部分氧化后，磷才能被迅速氧化去除。所以脱磷前必须先脱硅。
　
18、 铁水脱硅有哪些方法，采用何种脱硅剂?

　 铁水脱硅方法有下列几种：
　 (1)在高炉出铁沟脱硅。
　 (2)在高炉出铁沟摆槽上方喷射脱硅剂脱硅。
　 (3)在鱼雷罐车中喷射脱硅剂脱硅。
　 (4)在铁水罐中加入脱硅剂和吹氧脱硅。
　 脱硅剂均为氧化剂，常用高碱度烧结矿粒、氧化铁皮、铁矿石、铁锰矿、烧结粉尘、氧气等。
　
19、 铁水脱磷有哪些方法，采用何种脱磷剂?

　 铁水脱磷方法主要包括如下几种：
　 (1)在铁水罐中喷射脱磷剂并吹氧脱磷。
　 (2)在鱼雷罐中喷射脱磷剂并吹氧脱磷。
　 (3)在转炉中进行铁水脱磷。
　 目前最广泛使用的脱磷剂为苏打系脱磷剂或石灰系脱磷剂。石灰系脱磷剂主要成分为CaO并配加一定量的烧结矿粉和萤石粉。若铁水同时脱磷和脱硫，则先用石灰剂脱磷后，再喷吹苏打粉(Na2C03)进一步脱磷和脱硫。
　
20、 铁水三脱预处理，硅、磷、硫含量一般脱到什么水平?

　 一般来说，炼钢用铁水预处理前后的硅、磷、硫含量变化如下：
铁水 w[Si] w[P] w[S]
预处理前 0.30％～1.25％ 0.08％-0.20％ 0.02％-0.07％
预处理后 0.10％～0.15％ <0.01％ <0.005％

21、 采用转炉双联工艺进行铁水预处理的特点是什么?

　 采用转炉进行铁水三脱预处理，有利于实现全量(100％)铁水预处理。此法具有如下特点：
　 (1)与喷吹法相比，放宽对铁水硅含量要求。采用转炉三脱，控制铁水w[Si]≤0.3％，可以达到脱磷要求，而喷吹法脱磷要求铁水w[Si]≤0.15％。因此，采用转炉三脱可以和高炉低硅铁冶炼工艺相结合，省去脱硅预处理工艺。
　 (2)控制中等碱度R=2.5～3.0渣，可得到良好的脱磷、脱硫效果。通常采用的技术有：使用脱碳转炉精炼渣作为脱磷合成渣；增大底吹搅拌强度促进石灰渣化并适当增加萤石量；配加石灰粉和转炉烟尘制成的高碱度低熔点脱磷剂。　　　
　 (3)严格控制处理温度，避免熔池脱碳升温。保证脱磷，抑制脱碳。
　 (4)增强熔池搅拌强度，同时采用弱供氧制度。
　 (5)渣量减少，冶炼时间缩短，生产节奏加快，炉龄提高。