铁水预处理技术2

铁水预处理技术2020/3/8铁水预处理技术28.1铁水预处理概述铁水预处理概念铁水预处理(脱硫)的优越性发展铁水预处理(脱硫)的必要性与紧迫性2020/3/8铁水预处理技术31)铁水预处理概念铁水预处理是指高炉铁水在进入炼钢炉之前预先脱除某些杂质的预备处理过程。包括预脱硫、预脱硅和预脱磷，简称铁水“三脱”。铁水预脱硫则是指铁水在进入炼钢炉前的脱硫处理过程，又称为炉外脱硫。它是铁水预处理中最先发展成熟的工艺。2020/3/8铁水预处理技术4铁水预处理对于优化钢铁冶金工艺、提高钢的质量、发展优质钢种、提高钢铁冶金企业的综合效益起着重要作用。已发展成为钢铁冶炼中不可缺少的工序。铁水预脱硫是目前工艺技术结构调整、增铁节焦、扩大纯净钢冶炼品种、改善钢材质量、提高钢铁产品竞争力和附加值的最有效途径。2020/3/8铁水预处理技术52)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：轴承钢：[S]≈0.002%船板钢、油井管钢：[S]、[P]＜0.005%管线钢、Z向钢、IF钢：[S]≤0.002%～0.004%2020/3/8铁水预处理技术6(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；(4)炉外脱硫可保持象高炉内良好的热力学条件，但还可采用搅拌措施，大大改善动力学条件，以较少的费用获得很高的脱硫效率；(5)高炉在某些特殊炉况下要造酸性渣，如排碱或炉况不顺，铁水含S高，要补充脱硫。2020/3/8铁水预处理技术7炉外脱硫的好处体现在：高炉：减轻脱硫负担，稳定、顺行、降低焦比转炉：解放生产率，冶炼优质钢和合金钢(高附加值钢种、低硫或极低硫钢)预脱硫是目前实现全连铸、近终形连铸连轧和热装热送新工艺的最经济、最可靠的技术保障。企业：提高铁、钢、材系统的综合经济效益，提高市场竞争能力。2020/3/8铁水预处理技术83)发展铁水预处理(脱硫)的必要性与紧迫性是脱硫反应化学冶金学合理性的必要高炉：动力学条件差，脱硫要付出代价高炉脱硫：高炉温、焦比高、产量低转炉：热力学条件不好，几乎无脱硫能力炉外：可创造良好的热力学和动力学条件是钢材市场竞争力紧迫性的必要是企业工艺结构调整、产品发展需求的必要实现全连铸、近终形连铸、热装热送、连铸连轧2020/3/8铁水预处理技术98.2铁水预处理脱硫1)四种主要脱硫剂及其脱硫原理、反应2)脱硫剂工艺要求及优缺点对比3)铁水预脱硫处理方法2020/3/8铁水预处理技术101)四种主要脱硫剂及其脱硫原理、反应(1)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！2020/3/8铁水预处理技术11(2)石灰(CaO)系：(+CaCO3+CaF2+C，+CaC2，+Al)CaO(S)+[S]+[C]====(CaS)+CO当[Si]＞0.05%时，CaO(S)+[S]+1/2[Si]====(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！2020/3/8铁水预处理技术12(3)碳化钙(CaC2，电石)系：CaC2(+CaO+CaCO3+CaF2)、CaD(CaC2+CaCO3)CaC2(S)+[S]====(CaS)+2[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！2020/3/8铁水预处理技术13(4)镁(Mg)系：种类：①镁焦(Magcoke)；②镁合金(MgFeSi)；③覆膜镁粒：其惰性保护膜占重量的3%～10%；④覆膜混合镁粒：含Mg30%～80%，余为惰性物质。镁的脱硫机理：镁和[S]有很强亲合力，[Mg]+[S]====MgS(固)Mg(气)+[S]====MgS(固)2020/3/8铁水预处理技术14镁脱硫的热力学：受铁水温度和镁的蒸气压影响Log[Mg]sat=7000T+LogPMg5.1低温和高压相对有利！工业条件下测定的镁脱硫反应浓度积K(=[%Mg][%S])温度，℃1250130013301400K，10-51.96.08.010～132020/3/8铁水预处理技术15镁脱硫的动力学：四步，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2～3m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300～500g。2020/3/8铁水预处理技术16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我国采用镁系脱硫剂的机遇：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。2020/3/8铁水预处理技术172)脱硫剂工艺要求及优缺点对比石灰(CaO)系脱硫剂要求：活性高，粒度细，较高的铁水温度，便宜，能达到较高的脱硫效率。电石(CaC2)系脱硫剂要求：粒度细，深喷，较高的铁水温度。但安全要有保障，价格比石灰贵些。镁(Mg)系脱硫剂要求：深喷，控制精度高，相对低的铁水温度。但安全性和运输要求高，价格昂贵。2020/3/8铁水预处理技术183)铁水预脱硫处理方法搅拌法：机械搅拌法：新日铁KR(KambaraReactor)法、千叶NP法德国DO(DemagOstberg)法、RS(Rheinstahl)法吹气搅拌法：新日铁PDS法(底喷)、CLDS法(顶喷)喷吹法：德国ThyssenATH法(斜插喷枪)新日铁NSCTDS法(顶喷)镁系脱硫法：喷吹法和钟罩压入法(美Janes&Laughlin)铁水沟连续脱硫法：利用自然动力或加强搅拌!2020/3/8铁水预处理技术19武钢二炼钢KR搅拌脱硫装置2020/3/8铁水预处理技术20KR铁水脱硫采用CaO-CaF2系脱硫剂；脱硫剂作用时间长；大约12min脱硫反应可基本达到平衡；脱硫处理时间较喷粉工艺缩短5min；脱硫效率提高20%～35%左右。T.Ueki,etal.,The10thJapan-ChinaSymposiumonScienceandTechnologyofIronandSteel,2004,p1162020/3/8铁水预处理技术21KR与喷粉脱硫的比较T.Ueki,etal.,The10thJapan-ChinaSymposiumonScienceandTechnologyofIronandSteel,2004,p1162020/3/8铁水预处理技术228.3铁水预处理脱硅1)铁水预脱硅发展背景及现状2)脱硅剂及其脱硅原理、脱硅反应3)铁水预脱硅处理方法2020/3/8铁水预处理技术231)铁水预脱硅发展背景及现状铁水预脱硅就是指在铁水进入炼钢炉以前，将铁水中硅氧化脱除到所需含硅量处理过程。它是冶金工艺优化分步精炼发展的结果。铁水预脱硅发展的背景：转炉“少渣”(或“无渣”)炼钢的需要：减少转炉炼钢熔剂用量，降低转炉渣量、铁损、热损，节约能耗，提高炉龄，降低炼钢成本铁水预脱磷的需要：减少预处理脱磷剂用量，提高脱磷脱硫效率资源综合利用的需要：提取特殊合金元素，提高合金元素的富集效果2020/3/8铁水预处理技术24三种铁水预脱硅流程：普通铁水预脱硅：转炉“少渣”(或“无渣”)炼钢工艺流程：高炉炼铁铁水预脱硅转炉炼钢目前，已被高炉冶炼低硅铁水所取代，高炉生产高温低硅低硫铁水(硅已不再作为炼钢炉主要热源)。铁水预脱磷处理中预脱硅：工艺流程：高炉炼铁铁水预脱硅铁水预脱磷或同时脱磷脱硫转炉炼钢特种铁水预脱硅：工艺流程：高炉特种铁水预脱硅提取有用合金元素(以氧化物形式入渣)半钢炼钢如：含钒铁水提钒(攀钢、马钢、承钢等)，提高钒渣中V2O5含量；含铌铁水提铌(包钢)，提高铌渣中Nb2O5含量。2020/3/8铁水预处理技术25预脱硅过程中的最佳含硅量(一)基于“少渣”炼钢要求：高出钢温度1700℃时：铁水最佳含硅量：[Si]≈0.40%低出钢温度1610℃时：铁水最佳含硅量：[Si]≈0.20%2020/3/8铁水预处理技术26预脱硅过程中的最佳含硅量(二)基于铁水预脱磷要求：苏打(Na2CO3)系脱磷剂：铁水最佳含硅量：[Si]≤0.10%石灰(CaO)系脱磷剂：铁水最佳含硅量：[Si]=0.10%～0.15%2020/3/8铁水预处理技术272)脱硅剂及其脱硅原理、脱硅反应铁水预脱硅的基本要求是尽可能避免[C]和[Mn]氧化的情况下，使铁水中[Si]优先氧化脱除到所需程度。脱硅剂组成为：氧化剂+熔剂氧化剂：提供脱硅用的氧源，有固体和气体两种固体氧化剂：主要成分为含铁氧化物如：铁矿粉、烧结(返)矿粉、轧钢铁皮、锰矿石气体氧化剂：主要为氧气O2熔剂：改善脱硅渣的性能，控制脱硅过程。如：改善脱硅渣流动性，降低渣粘度，增大脱硅渣表面张力，抑制脱硅渣起泡目前铁水预脱硅所使用的熔剂有：石灰(CaO)、萤石(CaF2)、石灰石粉(CaCO3)、苏打灰(Na2CO3)、转炉渣等之一种或两种。2020/3/8铁水预处理技术28脱硅反应[Si]+2/3Fe2O3(S)====(SiO2)+4/3Fe[Si]+2(FeO)====(SiO2)+2Fe[Si]+O2====(SiO2)总反应可写为：[Si]+2[O]====(SiO2)放热反应：高氧势、大渣量，对脱硅有利！铁水[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]高，fSi大，脱硅容易，一般fSi=7～8。脱硅效率受传质和扩散即渣性能影响较大！2020/3/8铁水预处理技术29脱硅过程的伴随(副)反应脱硅过程中，除硅的氧化外，亦伴随着少量C、Mn的氧化[Mn]+(FeO)====(MnO)+Fe或写为：[Mn]+[O]====(MnO)[C]+(FeO)====CO+Fe或写为：[C]+[O]====CO脱硅过程中要尽量脱Si保C、脱Si保Mn！2020/3/8铁水预处理技术303)铁水预脱硅处理方法脱硅处理方法：高炉炉前铁水沟连续脱硅法：上置法、顶喷法鱼雷罐或铁水罐喷吹脱硅法2020/3/8铁水预处理技术31预脱硅处理工艺特点：炉前铁水沟连续脱硅：上置法、顶喷法铁水初始含[Si]＞0.45%工艺、设备简单，不单独占用处理时间脱硅过程基本不降温或温降很小受动力学搅拌条件所限，脱硅量≤0.3%～0.4%脱硅渣有起泡现象，影响铁水罐装铁容量，因而要研究起泡抑制剂、研究最佳渣性能鱼雷罐或铁水罐喷吹脱硅：铁水初始含[Si]≤0.45%与脱磷共用一套设备，处理过程单独占用时间喷吹脱硅过程降温视气O2用量大小有所不同动力学搅拌条件较好，脱硅量可达0.3%～0.35%脱硅过程仍有起泡现象，要控制喷溅2020/3/8铁水预处理技术328.4铁水预处理脱磷及同时脱磷脱硫1)脱磷同时脱硫的电化学原理2)铁水预脱磷工艺2020/3/8铁水预处理技术331)脱磷同时脱硫的电化学原理电化学反应：阳极：[P]+4(O2)====(PO43)+5e阴极：[S]+2e====(S2)2020/3/8铁水预处理技术34铁水罐喷吹脱磷处理氧势分布2020/3/8铁水预处理技术35喷吹法同时脱磷脱硫反应的实质：在喷枪附近，氧位较高(Po2=1012～1011(0.1MPa)，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13(0.1MPa)，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