铁水预处理工艺（2004年本科）.ppt

铁水预处理工艺,朱荣,Pre-TreatmentProcessofHotMetal,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。,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,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]、[P]0.005管线钢、Z向钢、IF钢[S]0.0020.0042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。,国外脱硫现状,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[S]0.02；小量产品[S]0.01；极少的优质钢[S]0.005。90年代中期约70的产品[S]0.015；约50的产品[S]0.01。约28的产品[S]0.005；约10的产品[S]0.002。,我国脱硫现状,整体差距太大生铁一类的质量标准[S]0.03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,3.1四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。,3.2四种主要脱硫剂及其脱硫原理,苏打Na2CO3系氧化剂，同时脱磷脱硫Na2CO3lNa2OlCO2Na2Ol[S][C]Na2SCO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,CaCO3CaF2C，CaC2，AlCaOS[S][C]CaSCO当[Si]0.05时，CaOS[S]1/2[Si]CaS1/2SiO2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,CaC2CaOCaCO3CaF2、CaC2CaCO3CaC2S[S]CaS2[C]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①镁焦Magcoke；②镁合金MgFeSi；③覆膜镁粒④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Log[Mg]sat7000TLogPMg5.1低温和高压有利,镁脱硫的动力学,主要受镁蒸汽的溶解速度影响。措施①铁水温度低些有利②加入惰性物质减缓镁的气化速度③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。我国有便宜镁资源。,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、CaOCaC2系、CaC2、CaOMg系、Mg等。,铁水脱硫剂性能比较,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]4O2PO435e阴极[S]2eS2喷吹法同时脱磷脱硫反应的实质在喷枪附近，氧位较高Po210121011kPa，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Po21013kPa，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0.100.15。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5～10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2[P]3Na2O5FeO3Na2OP2O55Fe石灰系CaO氧化剂助熔剂CaF22[P]5FeO3CaO3CaOP2O55Fe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,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。极低碳钢的清洁度。钢中T[O]、[N]、[H]含量降低。有利于复吹转炉冶炼高碳钢时的“保碳出钢技术”。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,高炉铁水常规轻脱硫[S]0.02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[S]0.005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[S]0.005，此即纯净钢流程。其中生产超低硫钢[S]0.002，铁水则要深脱硫至[S]0.0020.003。,7结语,铁水预处理脱硫适度脱硫补救措施，将硫脱至0.030.05，在炉前铁水沟中用简单设施进行处理。常规脱硫一般铁水炼钢之用，将硫脱至0.02，在铁水罐喷入石灰系或碳化钙系脱硫剂进行处理。深度脱硫转炉炼优质或合金钢种纯净钢，将硫脱至“双零”水平。在铁水罐中用喷枪喷入镁基脱硫剂进行处理。,铁水深度预处理纯净钢生产,铁水镁系脱硫剂深脱硫处理转炉脱磷、脱碳钢水炉外喷粉脱磷、脱硫。铁水三脱处理复吹转炉少渣吹炼钢水炉外喷粉脱硫。铁水深度三脱处理铁水罐或专用转炉分期脱磷石灰系脱磷剂、脱硫镁系或电石系脱硫剂。,