4.铁水预处理理论与工艺4.1概论现代化钢铁生产主要模式：高炉高炉铁水铁水预处理预处理复吹转炉复吹转炉炉外精炼炉外精炼连连铸铸80年代前铁水预脱硫处理，80年代之后开展了三脱处理。意义：稳定和简化转炉操作，减轻精炼任务，提高生产率。提高产品质量，扩大品种范围。实现少渣炼钢。缩短冶炼时间，减少氧气消耗。降低生产成本。铁水脱硫迅速发展的原因n铁水中C、Si含量高，提高硫的反应能力。n铁水中氧含量低，提高渣铁间硫分配比。n动力学条件好，脱硫剂利用率高，脱硫速度快。n费用低n提高炼铁、炼钢的生产能力，节约工序能耗。4.2常用脱硫剂n1）苏打（Na2CO3）n反应原理：分解（Na2CO3）液=（Na2O）液+CO2v 3/2 （Na2O）液+S+1/2 Si=(Na2S)液+1/2(Na2SiO3)液v （Na2O）液+S+ C=(Na2S)液+CO苏打是使用最早的脱硫剂，具有较强的脱硫能力，但其价格较贵，污染环境，现使用不多。2）石灰铁水含硅0.05%以上时，脱硫反应； 2(CaO)+S+1/2Si=(CaS)+1/2(Ca2SiO4)铁水含硅很低时，脱硫反应： (CaO)+S+C=(CaS)+CO喷吹石灰粉时，可加入10%的碳酸钙或碳酸镁等反应促进剂，在石灰中加入木炭粉和适量的铝粉。特点：成本较低，对环境污染小，脱硫效率低，成渣量较大，造成温降和铁损大，易受潮。3）碳化钙n(CaC2)+(S)=(CaS)+2Cn喷粉时，可加入适量的碳酸钙和碳粉。n70年代曾广泛使用的一种脱硫剂，反应速度较快，脱硫效率较高，但易潮解，形成易爆气体运输过程中需要密封，价格相对较高。脱硫剂单耗大（每吨铁水约4kg）铁损高1012kg/t铁水温降大过程温降814脱硫效率低（80%）效果不稳定脱硫处理环保和安全费用大处理时间10minvMg可溶于铁水中，与硫的亲和力大，化学 活性高，熔点（922K）和汽化点（1363K） 低，比重小。 非镁基脱硫剂存在的问题4）金属镁n反应机理： Mg(气)+S=MgS(固) （1） Mg(气)=Mg， Mg+S=MgS(固) （2）n反应应力求实现第二种机理的反应，保证反应不仅仅局限在镁剂导入区或喷枪区域内进行，而是在整个铁水包范围内进行。n粉剂在喷枪口处为固态，然后上浮、熔化、汽化，若铁水包浅，会造成镁粉剂不及汽化。n脱硫喷枪改为出口处带汽化室，从喉口到端头粉剂汽化，热源为铁水辐射热，可增大脱硫反应区。金属镁脱硫剂的特点n镁脱硫是气液间反应，动力学条件好，反应速度快。n镁脱硫过程可防止回硫。n脱硫过程无大量烟尘产生。n脱硫产生的渣量少。n脱硫效率高（95%），可实现深度脱硫。n铁损少(7.1kg/t)、温降低(8 ）、综合成本低（15元)。n处理时间短58min5）金属镁与非金属镁质混合脱硫剂n针对金属镁易燃易爆和成本高的问题，开发了金属镁与非金属镁质混合脱硫剂。非金属镁质脱硫剂为CaO、CaC2 、Na2CO3等。不同脱硫剂技术指标对比不同脱硫工艺指标比较6）喷吹单一涂层颗粒镁脱硫剂n乌克兰科学院黑色冶金研究所比较了喷吹单一涂层颗粒镁和喷吹金属镁与非金属镁质（CaO）混合脱硫剂，得出喷吹单一涂层颗粒镁脱硫剂具有下列优点：金属镁的吸收率高，利用率高，单耗低（0.5kg/t）。脱硫效果稳定可靠，产生渣量少铁损少。铁水温降低（1/min）。脱硫过程运行费用低，脱硫喷吹设备简便可靠。铁水脱硫产生有害废弃物少。喷吹单一颗粒镁脱硫剂工艺参数n颗粒镁粒度：0.51.0mm；n载气应对金属镁呈中性气体，以天然气为好；n喷吹装置供气量3060m3/h；n喷枪带汽化室，喷头端面距铁水包底0.2m；n供粉强度615kg/min范围内且可调；n可脱硫至0.0010.002%；4.3铁水预处理工艺n投入法： 费用低，脱硫率2040%。n机械搅拌（KR）： 费用高，脱硫率8090%。n喷吹法（TDS，TDP） 费用较高，脱硫率80%处理方法：搅拌法和喷吹法 处理方法比较项目搅拌法（KR）喷吹法处理规模铁水罐容量，适用于中等容量，设置加料跨内（就近但干扰）。混铁车容量，处理周期3040min ,作业率高（700800次/月），处理能力大。脱硫效率90%（武钢二炼KR），相同脱硫率条件下，脱硫剂耗量小脱硫率略低于KR处理成本成本略高：设备基建维修费用高、耐材（搅拌浆）消耗高0.34kg/t铁水基建费用低，耐材（喷枪）消耗低0.12kg/铁水，处理成本低（量大）操作条件搅拌前后均需扒渣，作业和控制较复杂搅拌前不需扒渣，喷枪的插入作业较简单设备维修维修量大（搅拌浆制作、养护、烘烤局部修补）喷枪结构简单，制作维修简便。双喷枪快速横移更换装置便于维修，不影响作业。铁水温降浸入搅拌浆和铁水罐散热铁水温降3050混铁车保温性能较好温降1020混铁车顶喷脱硫（TDS）n宝钢炼钢厂在320t混铁车中采用顶部插入喷枪脱硫（TDS） 。处理量：290t；载气（N2）流量：420480m3/h；喷粉罐压力：2.83.2105pa；喷吹压力： 2.02.3105pa；喷吹速度：CaO5060kg/min，CaC24045 kg/min；喷枪插入深度：1.21.4m；喷吹时间：530min；脱硫剂单耗：5kg/t（ CaC2控制在2.0kg/t以下）粉气比：石灰粉9.1710.94kg/kg（送粉速度5570kg/min) 电石粉6.47.2 kg/kg；处理后硫含量可以达到0.001%0.002%，处理温降20左右。处理能力大，设备利用率高，能够生产低硫铁水。主要工艺参数法脱硅、磷、硫工艺n粉剂参数粉剂种类脱硅剂脱磷剂脱硫剂氧化铁皮% 7546CaO%254285CaF2%1215粒度mm0.350.350.35水分%0.50.50.5堆密度t/m31.611.230.84处理后铁水硅由0.5%降到0.05%；磷由0.09%降到0.01%；硫由0.022%降到0.0047%；处理后铁水中Si、P、S最低值分别为0.014%、0.002%、0.001%。1.脱硅脱磷、硫工艺2.脱硅脱磷脱硫工艺喷枪材料为有钢纤维增强的Al2O3SiO2系浇注料， Al2O3含量7080%，其中添加SiC、C、Cr2O3能有效改善材料性能。宝钢采用双孔套管式喷枪，内管喷吹N2、O2，利用C和氧反应放热减少温度损失，外管喷吹N2和粉剂。铁水罐内机械搅拌铁水预处理（KR）工艺流程（武钢二炼、太钢）n脱硫：高炉铁水罐兑入65t专用包扒渣、测温、取样喷入脱硫剂扒渣、测温、取样兑入转炉n脱磷：高炉铁水炉前脱硅（至0.45%Si）高炉铁水罐兑入65t专用包扒渣、测温、取样喷入脱硅剂（至0.15%Si）扒渣、测温、取样喷入脱磷剂扒渣、测温、取样兑入转炉主要工艺参数n脱硫剂配比：95%石灰+5%萤石，单耗8.65kg/t，平均脱硫率78.75%，处理后硫含量0.007%，过程温降34。n脱硅剂配比：90%轧钢铁皮+10%石灰，平均单耗40.3kg/t(Si从0.69%脱至0.10%），顶吹氧2.84Nm3/t，脱硅过程温降20 。n脱磷剂配比：35%石灰+55%轧钢铁皮+10%石灰，平均单耗41.0kg/t，顶吹氧3.44Nm3/t，平均脱磷率84.15%，同时脱硫率23.57%，处理后磷含量0.013%，脱磷过程温降约54。铁水预处理发展方向n全量铁水n脱硫容器趋向于转炉和铁水包n喷粉为主nMg脱硫为主