轉爐煉鋼工藝與操作-鐵水預處理

煉鋼工藝與操作轉爐煉鋼工藝與操作-鐵水預處理2.鐵水預處理

鐵水預處理是指鐵水在兌入煉鋼爐之前，為去除或提取某種成分而進行的處理過程。例如對鐵水的爐外脫S、脫P和脫Si，即三脫技術就屬于鐵水預處理的一種。鐵水進行三脫可以改善煉鋼主原料的狀況，實現(xiàn)少渣或無渣操作，簡化煉鋼操作工藝，以經(jīng)濟有效地生產(chǎn)低P、S優(yōu)質鋼。

鐵水的爐外脫硫原理與煉鋼爐內(nèi)脫硫的原理基本一樣。但鐵水脫硫條件比鋼水脫硫條件優(yōu)越，脫硫效率也比鋼水脫硫效率高4～6倍。主要原因如下：（1）鐵水中含有較高的C、Si、P等元素，提高了鐵水中硫的活度系數(shù)；（2）鐵水中氧含量低，利于脫硫。

2.1鐵水爐外脫硫2.鐵水預處理A脫硫劑的選擇

選擇脫硫劑主要從脫硫能力、成本、資源、環(huán)境保護、對耐火材料的侵蝕程度、形成硫化物的性狀、對操作影響以及安全等因素綜合考慮而確定。目前使用的脫硫劑有以下幾種：（1）電石粉其主要成分是CaC2，是一種重要的脫硫劑，其粒度在0.1～1mm。電石粉加入鐵水后與硫發(fā)生反應如下：CaC2（固）+[FeS]=CaS(固)+[Fe]+2[C]2.鐵水預處理電石粉有如下的特點：①在高硫鐵水中，CaC2分解出的Ca離子與S的結合能力強，因此有很強的脫硫能力，脫硫反應又是放熱反應，可減少脫硫過程中鐵水的溫降。②脫硫產(chǎn)物CaS的熔點很高，為2450℃，在鐵水液面形成疏松固體渣，不易回硫，易于扒渣，同時對混鐵車或鐵水包內(nèi)襯侵蝕較輕。③脫硫過程有石墨析出，同時還有少量的CO和C2H2氣體逸出，并帶出電石粉，因而污染環(huán)境，必須安裝除塵裝置。④電石粉是工業(yè)產(chǎn)品，價格較貴。⑤CaC2吸收水分后會產(chǎn)生下列反應CaC2(固)+2H2O=Ca(OH)2+C2H2

CaC2(固)+H2O=CaO(固)+C2H2生成的C2H2是可燃氣體，易產(chǎn)生爆炸。所以要特別注意電石粉在運輸好貯存過程的安全。2.鐵水預處理（2）石灰粉

其主要成分是CaO。石灰粉加入鐵水后產(chǎn)生如下反應：4CaO(固)+2[Fes]+[Si]=2(CaS)+2[Fe]+(2CaO.SiO2)2CaO(固)+2[FeS]+[Si]=2[CaS]+2[Fe]+(SiO2)石灰粉有如下特點：①在脫硫的同時，鐵水中的Si被氧化2CaO.SiO2和SiO2，相應的消耗了有效的CaO，同時在石灰粉顆粒表面容易能形成2CaO.SiO2的致密層，阻礙了硫向是會顆粒內(nèi)部擴散，影響了石灰粉脫硫速度和效率，所以石灰粉的脫硫效率只是電石粉的1／4～1／3。為此，可在石灰粉中配加適量CaF2、Al或Na2CO3等成分，破壞石灰粉顆粒表面的2CaO.SiO2層，改善石灰粉的脫硫狀況。②脫硫產(chǎn)物為固態(tài)，便于扒渣，對鐵水包內(nèi)襯耐火材料侵蝕較輕，但渣量較大。③石灰粉在噴粉罐體內(nèi)的流動性較差容易堵料，同時石灰極易吸水潮解。④石灰粉價格便宜。2.鐵水預處理

(3)石灰石粉其主要成分是CaCO3，屬于石灰脫硫范疇。石灰石受熱分解反應如下：CaCO3(固)=CaO(固)+CO2石灰石粉有如下特點：①石灰石分解排出的CO2強烈地攪動了鐵水，利于脫硫反應；同時CaCO3在鐵水深處分解時能生成極細的石灰粉粒，具有很高的活度，可提高脫硫效率。②石灰石分解出的CO2與鐵水中的Si反應會放出熱量，其熱量與CaCO3分解吸收熱量大體相抵。因而，使用石灰石脫硫，鐵水不會過分降溫，與使用石粉脫硫大致相同。③資源豐富，價格便宜。2.鐵水預處理

（4）金屬鎂和鎂基材料鐵水溶解鎂的能力比脫硫處理需要鎂的數(shù)量要高得多。現(xiàn)在市場上的鎂基材料有鎂焦、鎂硅合金和純化合金鎂等。鎂的脫硫反應如下：Mg（固）—Mg（液）—Mg（氣）—[Mg]Mg+[FeS]=MgS(固)+[Fe]金屬鎂和鎂基材料有如下特點：①鎂的脫硫能力很強，脫硫效率高。②產(chǎn)物為固態(tài)硫化鎂，易于扒除，對耐火材料侵蝕較輕。③消耗量少，處理時間短。④可實現(xiàn)自動控制。⑤金屬鎂價格較貴。2.鐵水預處理

（5）蘇打粉其主要成分是Na2CO3，其受熱分解，然后與鐵水中的硫反應。Na2CO3（固）=NaO（固）+CO23/2NaO2(固)+[FeS]+1/2[Si]=(NaS2)+1/2(Na2O·SiO2)+[Fe]NaO(固)+[C]+[FeS]=(Na2S)+[Fe]+CO以上這些脫硫劑可以單獨使用，也可以幾種配合使用，但其脫硫效率有較大的差別。2.鐵水預處理

B脫硫方法

目前使用最廣泛的有攪拌法和噴吹法。（1）機械攪拌法該法是將攪拌器（也叫攪拌槳）沉入鐵水內(nèi)部旋轉，在鐵水中央部位形成錐形漩渦，使脫硫劑與鐵水充分混合、作用。KR法、DORA法、RS法和NP法等都是攪拌法。由攪拌器和脫硫劑輸送裝置等部分組成。攪拌器頭部是一個“十”字形葉輪，內(nèi)骨架為鋼結構，外包砌耐火泥料。攪拌器以70～120r/min速度旋轉攪動鐵水，1～1.5min以后，使鐵水形成漩渦，加入脫硫劑，通過攪動，鐵水與脫硫劑密切接觸，充分混合作用。若用電石粉為脫硫劑，當鐵水中ωS=0.030%時，耗量為每噸鐵2kg/t，處理后鐵水中ωS可降至0.001%的水平，其脫硫效率在96%～97%。鐵水處理前后必須扒渣。2.鐵水預處理

圖2-1攪拌法脫硫a--KR法b--噴吹法2.鐵水預處理（2）噴吹法（1）機械攪拌法以干燥的空氣或惰性氣體為載流，將脫硫劑與氣體混合吹入鐵水中，同時也攪動了鐵水，可以在混鐵車或鐵水保內(nèi)處理。圖2-1為噴吹設備示意圖。噴吹槍有倒“T”形和倒“Y”形兩種，倒“T”形噴槍的效果較好，其結構示意圖如2-1b所示。2.鐵水預處理

降低鐵水硅含量可以減少轉爐煉鋼的爐渣量，實現(xiàn)少渣或無渣工藝，并為爐外脫磷創(chuàng)造了條件。降低鐵水硅含量可以通過發(fā)展高爐冶煉低硅鐵水，或采用爐外鐵水脫硅技術。爐外脫硅技術是將氧化劑加到流動的鐵水中，硅的氧化產(chǎn)物形成熔渣。處理后鐵水中的ωSi可達0.10%～0.15%以下。A脫硅劑

脫硅劑均為氧化劑。選擇脫硅劑時，首先要考慮材料的氧化活性；其次是運輸方便，價格經(jīng)濟。目前使用的材料是以氧化鐵皮和燒結礦粉為主的脫硅劑。單純使用氧化劑脫硅會發(fā)生如下現(xiàn)象：⑴生成的熔渣粘，流動性不好。⑵鐵水中硅降低的同時產(chǎn)生脫碳反應，從而形成泡沫渣。2.2鐵水爐外脫硅2.鐵水預處理

B脫硅劑加入法（1）投入法將脫硅劑料斗設置在撇渣器后的主溝附近，利用電磁振動給料器向鐵水溝內(nèi)流動鐵水表面給料，利用鐵水從主溝和擺動流槽落入鐵水罐時的沖擊攪拌作用，使脫硅劑與鐵水充分混合進行脫硅反應。這是最早的一種脫硅方法，脫硅效率較低，一般在50%左右。（2）頂噴法用工作氣壓為0.2～0.3MPa的空氣或氮氣做載流，在鐵水液面以上一定高度通過噴槍噴送脫硅劑。目前工業(yè)上采用的方法有三種。2.2鐵水爐外脫硅2.鐵水預處理

鐵水預脫磷與爐內(nèi)脫磷的原因相同。即在低溫、高氧化性、高堿度熔渣條件下脫磷。與鋼水相比，鐵水預脫磷具有低溫、經(jīng)濟合理的優(yōu)勢。今后有可能達到100%鐵水經(jīng)過預處理，而轉爐100%使用預處理的鐵水煉鋼。這樣可以明顯的減輕轉爐精煉的負擔，提高冶煉速度，100%達到成分控制的命中率，擴大鋼的品種，大幅度提高鋼質量。A脫磷劑目前廣泛使用的脫磷材料蘇打系和石灰系脫磷劑。（1）蘇打系脫磷劑。蘇打粉的主要成分Na2CO3，是最早用于脫磷的材料，其脫磷反應式為：Na2CO3(固)+4/5[P]=2/5(P2O5)+[C]+(Na2O)2.3鐵水爐外脫磷2.鐵水預處理

蘇打粉脫磷的特點如下：①蘇打粉脫磷的同時還可以脫硫；②鐵水中錳幾乎沒有損失：③金屬損失少；④可以回收鐵水中V、Ti等貴重金屬元素；⑤處理過程中蘇打粉揮發(fā)，鈉的損失嚴重，污染環(huán)境，產(chǎn)物對耐火材料有侵蝕；⑥處理過程鐵水溫度損失較大；⑦蘇打粉價格較貴。2.鐵水預處理（2）石灰劑脫磷劑石灰系脫磷材料主要成分是CaO，配入一定比例的氧化鐵皮或燒結礦粉和適量的螢石。研究表明，這些材料的粒度較細，吹入鐵水后，由于鐵水內(nèi)各部氧位的差別，能夠同時脫磷和脫硫。使用石灰系脫磷劑既能達到脫磷效果，價格又便宜，成本低。

B脫磷方法（1）機械攪拌法：這種方法是把配制好的脫磷劑加入到鐵水包中，然后利用裝有葉片的機械攪拌器使鐵水攪拌混勻，也可在鐵水中同時吹入氧氣。日本某廠曾用機械攪拌法在50t鐵水包中進