铁水预处理技术课件.ppt

1、Northeastern University1第二讲第二讲 铁水炉外处理技术铁水炉外处理技术战东平战东平Northeastern University2铁水预处理：铁水预处理：是指铁水兑入炼钢炉之前对其进行脱是指铁水兑入炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一种铁水除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一种铁水处理工艺。处理工艺。铁水预处理：铁水预处理： 普通铁水预处理普通铁水预处理 特殊铁水预处理特殊铁水预处理普通铁水预处理：普通铁水预处理：铁水脱硫、脱硅和脱磷、铁水同铁水脱硫、脱硅和脱磷、铁水同时脱硅、脱磷、脱硫（即时脱硅、脱磷、脱硫（即“三脱三脱”）。）。特殊铁水预处理

2、：特殊铁水预处理：针对铁水中的特殊元素进行提纯针对铁水中的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用而进行的处理过程，如铁水提精炼或资源综合利用而进行的处理过程，如铁水提钒、提铌、提钨等。钒、提铌、提钨等。 2.1 铁水预处理简介铁水预处理简介Northeastern University3 国外铁水三脱技术的发展国外铁水三脱技术的发展l40年代：北美一些钢厂曾用氧化铁皮在高炉出铁口进行年代：北美一些钢厂曾用氧化铁皮在高炉出铁口进行铁水脱硅铁水脱硅l70年代：以日本为代表的钢铁企业进行铁水三脱研究并年代：以日本为代表的钢铁企业进行铁水三脱研究并开始应用于工业生产开始应用于工业生产l1982年年5月：日

3、本住友公司鹿岛厂月：日本住友公司鹿岛厂 开发的开发的“住友碱精炼住友碱精炼法法”SARP法投产（苏打精炼法）法投产（苏打精炼法）l1982年年9月：新日铁君津厂开发的最佳精炼法月：新日铁君津厂开发的最佳精炼法ORPD法法投产，以石灰系溶剂进行脱磷脱硫投产，以石灰系溶剂进行脱磷脱硫l80年代：以意大利年代：以意大利TARANTO 钢厂为代表的欧洲钢铁企钢厂为代表的欧洲钢铁企业也进行了铁水三脱试验，但没有推广业也进行了铁水三脱试验，但没有推广l80年代：日本住友金属公司和神户钢铁公司分别开发了年代：日本住友金属公司和神户钢铁公司分别开发了采用专用转炉脱磷的采用专用转炉脱磷的SRP法和法和H炉法炉法

4、Northeastern University4各国铁水预处理技术的情况各国铁水预处理技术的情况 先进国家铁水预处理已成为钢铁生产的必备工先进国家铁水预处理已成为钢铁生产的必备工序，有的厂铁水实现了序，有的厂铁水实现了100%100%的预处理。平均约的预处理。平均约80%80%的的铁水经过脱硫；日本铁水经过脱硫；日本50%50%左右的铁水经过脱硅，左右的铁水经过脱硅，40%40%以上的铁水经过脱磷处理。以上的铁水经过脱磷处理。Northeastern University5我国铁水预处理技术发展过程我国铁水预处理技术发展过程l50年代初：年代初：开始用苏打铺撒法处理高炉铁水开始用苏打铺撒法处理

5、高炉铁水l70年代：年代：开始自行开发铁水预处理技术开始自行开发铁水预处理技术l70年代：年代：武钢二炼钢厂从新日铁引进武钢二炼钢厂从新日铁引进KR法法l1985年：年：宝钢一炼钢从新日铁引进宝钢一炼钢从新日铁引进TDS法投产法投产l1988年：年：太钢从国外引进部分关键设备，国内配套建成太钢从国外引进部分关键设备，国内配套建成了首座铁水三脱预处理站了首座铁水三脱预处理站l1998年：年：本钢从北美引进铁水包喷吹本钢从北美引进铁水包喷吹CaO+Mg粒铁水预粒铁水预脱硫技术脱硫技术l1998年：年：宝钢从北美引进铁水包喷吹宝钢从北美引进铁水包喷吹CaC2+Mg粒铁水预粒铁水预脱硫技术脱硫技术l近

6、几年：近几年：全国有许多钢厂已经或正在建设铁水预处理设备，全国有许多钢厂已经或正在建设铁水预处理设备，但大多以引进为主但大多以引进为主Northeastern University6 铁水预脱硅技术是基于铁水预脱磷技术而发展铁水预脱硅技术是基于铁水预脱磷技术而发展起来的。起来的。 由于铁水中硅的氧势比磷的氧势低得多，当脱由于铁水中硅的氧势比磷的氧势低得多，当脱磷过程加入氧化剂后，硅与氧的结合能力远远大于磷过程加入氧化剂后，硅与氧的结合能力远远大于磷与氧的结合能力，所以硅比磷优先氧化。这样形磷与氧的结合能力，所以硅比磷优先氧化。这样形成的成的SiO2势必会大大降低渣的碱度。势必会大大降低渣的碱度

7、。 根据以往的研究结果表明，脱磷前必须优先将根据以往的研究结果表明，脱磷前必须优先将铁水硅氧化到远远低于高炉铁水硅含量的铁水硅氧化到远远低于高炉铁水硅含量的0.15%以下，以下，磷才能被迅速氧化去除。磷才能被迅速氧化去除。 所以，为了减少脱磷剂用量、提高脱磷效率，所以，为了减少脱磷剂用量、提高脱磷效率，开发了铁水预脱硅技术。开发了铁水预脱硅技术。 2.2 铁水炉外脱硅铁水炉外脱硅 Northeastern University7初始硅含量与脱磷剂消耗量的关系 Northeastern University8 铁水中的硅与氧有很强的亲和力，因此硅很容铁水中的硅与氧有很强的亲和力，因此硅很容易与氧

8、反应而被氧化去除。易与氧反应而被氧化去除。 常用的铁水脱硅剂均为氧化剂，主要有两种：常用的铁水脱硅剂均为氧化剂，主要有两种： 一是一是固体氧化剂固体氧化剂，如高碱度烧结矿、氧化铁皮、，如高碱度烧结矿、氧化铁皮、铁矿石、铁锰矿、烧结粉尘；铁矿石、铁锰矿、烧结粉尘； 二是二是气体氧化剂气体氧化剂，如氧气或空气。，如氧气或空气。 铁水预脱硅基本原理铁水预脱硅基本原理 Northeastern University9Si + 2(FeO) = SiO2(s) + 2Fe （1） G1=-356020+130.47T Jmol-1Si + Fe2O3(s) = SiO2(s) + Fe(l) （2） G

9、2=-287800+60.38T Jmol-1Si + Fe3O4(s) = SiO2(s) + Fe(l) （3） G3=-275860+156.49T Jmol-1 固体脱硅固体脱硅剂脱硅剂脱硅 吹氧脱硅吹氧脱硅 Si + O2(g) = SiO2 (s) （4） G4=-821780+221.16T Jmol-1 由由G与温度的关系可知，在通常的高炉铁水温度与温度的关系可知，在通常的高炉铁水温度（13001400）范围内，）范围内，G4G2G1G30，硅的，硅的氧化反应均为放热反应，且气体脱硅剂比固体脱硅剂的氧化反应均为放热反应，且气体脱硅剂比固体脱硅剂的反应更容易进行。反应更容易进行。

10、Northeastern University10 0 0.2 0.4 0.6 150 100 50 0 -50 -100 温度变化 / 脱硅量 /% 1 2 3 40 120 50 不同脱硅方法对铁水温度的影响不同脱硅方法对铁水温度的影响 1氧化铁随氧气一起喷入氧化铁随氧气一起喷入TPC2氧化铁随氧气一起由顶部加入氧化铁随氧气一起由顶部加入3顶部加入氧化铁顶部加入氧化铁固体脱硅剂加入熔池后会固体脱硅剂加入熔池后会产生熔解热和熔化热，使产生熔解热和熔化热，使脱硅过程变成吸热过程，脱硅过程变成吸热过程，固体脱硅剂加入熔池后使固体脱硅剂加入熔池后使熔池温度下降。熔池温度下降。 Northeaste

11、rn University11铁水预脱硅主要有三种方法：铁水预脱硅主要有三种方法： 1 1）在高炉出铁沟脱硅）在高炉出铁沟脱硅 2 2）鱼雷罐车或铁水罐中喷射脱硅剂脱硅）鱼雷罐车或铁水罐中喷射脱硅剂脱硅 3 3）“两段式两段式”脱硅，即为前两种方法的结合，脱硅，即为前两种方法的结合，先在铁水沟内加脱氧剂脱硅，然后在鱼雷罐车中喷先在铁水沟内加脱氧剂脱硅，然后在鱼雷罐车中喷吹脱硅吹脱硅铁水预脱硅方法及其选择铁水预脱硅方法及其选择 Northeastern University12 该方法是直接将脱氧剂加入高炉铁水沟中该方法是直接将脱氧剂加入高炉铁水沟中脱硅，脱氧剂一般是铁鳞。脱硅，脱氧剂一般是铁鳞

12、。优点：优点：脱硅不占用时间，能大量处理，温降小，脱硅不占用时间，能大量处理，温降小，时间短，渣铁分离方便。时间短，渣铁分离方便。缺点：缺点：是用于脱硅反应的氧的利用率低和工作是用于脱硅反应的氧的利用率低和工作条件较差。条件较差。 （1 1）高炉出铁沟脱硅）高炉出铁沟脱硅Northeastern University13 高炉铁沟中脱硅剂的高炉铁沟中脱硅剂的加入方式加入方式有：有： 1 1）投撒给料法）投撒给料法 向铁水流表面投入熔剂，并利用铁向铁水流表面投入熔剂，并利用铁沟内铁水落差进行搅拌。沟内铁水落差进行搅拌。2 2）气体搅拌法）气体搅拌法 在投撒给料法的基础上，向铁水表在投撒给料法的基

13、础上，向铁水表面吹压缩空气加强搅拌促进脱硅反应进行。该法较面吹压缩空气加强搅拌促进脱硅反应进行。该法较投撒给料法熔剂利用率高。投撒给料法熔剂利用率高。3 3）液面喷吹法）液面喷吹法 依靠载气将熔剂喷向铁水表面。依靠载气将熔剂喷向铁水表面。4 4）铁液内喷吹法）铁液内喷吹法 通过耐火材料喷枪利用载气向铁通过耐火材料喷枪利用载气向铁水内喷吹熔剂。水内喷吹熔剂。 Northeastern University14不同脱硅法的比较不同脱硅法的比较 Northeastern University15特点：特点：工作条件好，处理能力大，脱硅效率高且稳定。工作条件好，处理能力大，脱硅效率高且稳定。缺点：缺点

14、：占用时间长，温降较大。喷吹分吹氧和喷粉，占用时间长，温降较大。喷吹分吹氧和喷粉，粉剂主要使用的是烧结矿粉或集尘粉。粉剂主要使用的是烧结矿粉或集尘粉。(2) 鱼雷罐车或铁水罐中喷射脱硅剂脱硅鱼雷罐车或铁水罐中喷射脱硅剂脱硅 Northeastern University16 先在铁水沟内加脱氧剂脱硅，然后在鱼雷罐车或铁水先在铁水沟内加脱氧剂脱硅，然后在鱼雷罐车或铁水包中喷吹脱硅，即前两种方法的混合。包中喷吹脱硅，即前两种方法的混合。 当铁水含硅量低于当铁水含硅量低于0.4% %时，可采用简单的铁水沟脱硅法。时，可采用简单的铁水沟脱硅法。 当硅含量大于当硅含量大于0.4%0.4%时，脱硅剂用量增

15、大，泡沫渣严重，时，脱硅剂用量增大，泡沫渣严重，适宜采用脱硅效率高的喷吹法或两段法。若炼钢厂扒渣能适宜采用脱硅效率高的喷吹法或两段法。若炼钢厂扒渣能力不足，应采用两段脱硅法，利用挡渣器分离渣铁。力不足，应采用两段脱硅法，利用挡渣器分离渣铁。 台湾中钢的实践表明使用两步脱硅操作使硅含量下降到台湾中钢的实践表明使用两步脱硅操作使硅含量下降到0 0.15%15%以下，同时脱磷、脱硫的程度也明显提高。以下，同时脱磷、脱硫的程度也明显提高。 日本新日铁的在高炉出铁沟和日本新日铁的在高炉出铁沟和300t300t鱼雷罐车上采用两段鱼雷罐车上采用两段法进行脱硅处理，处理后硅含量可以达到法进行脱硅处理，处理后硅

16、含量可以达到0 0.12%12%。 （3）“两段式两段式”脱硅法脱硅法 Northeastern University171）铁水预脱硫的意义）铁水预脱硫的意义 铁水炉外脱硫工艺之所以在经济上和技术上是合理铁水炉外脱硫工艺之所以在经济上和技术上是合理的和可行的，主要基于以下原因：的和可行的，主要基于以下原因：（1）铁水中含有大量的硅、碳和锰等还原性好的元素，）铁水中含有大量的硅、碳和锰等还原性好的元素，因此在使用不同类型的脱硫剂，特别是强脱硫剂如钙、因此在使用不同类型的脱硫剂，特别是强脱硫剂如钙、镁、稀土等金属及其合金时，不会发生大量的烧损，以镁、稀土等金属及其合金时，不会发生大量的烧损，以致

17、影响脱硫反应的进行；致影响脱硫反应的进行；（2）铁水中的碳和硅等能够大大提高硫在铁水中的活）铁水中的碳和硅等能够大大提高硫在铁水中的活度系数，使硫很容易就能脱到很低水平；度系数，使硫很容易就能脱到很低水平；（3）铁水中氧含量较低，硫的分配系数相应有所提高，）铁水中氧含量较低，硫的分配系数相应有所提高，有利于脱硫；有利于脱硫； 2.3 铁水炉外脱硫铁水炉外脱硫 Northeastern University18（4）铁水炉外脱硫可以在鱼雷车、铁水罐中进行，也可以在）铁水炉外脱硫可以在鱼雷车、铁水罐中进行，也可以在出铁槽中进行，这样可以减少处理投资；出铁槽中进行，这样可以减少处理投资；（5）铁水处

18、理温度较低，对处理装置的寿命有益；）铁水处理温度较低，对处理装置的寿命有益；（6）在铁水炉外脱硫的过程中铁水成分的变化比炼钢或钢水）在铁水炉外脱硫的过程中铁水成分的变化比炼钢或钢水处理过程中钢水成分的变化对最终钢种的影响小。处理过程中钢水成分的变化对最终钢种的影响小。 高炉：能给高炉减轻负担，降低焦比，减少渣量和提高生高炉：能给高炉减轻负担，降低焦比，减少渣量和提高生产率。产率。 炼钢：能减轻负担、简化操作和提高炼钢生产率。可减少炼钢：能减轻负担、简化操作和提高炼钢生产率。可减少渣量和提高金属收得率，并为转炉冶炼品种钢创造条件。铁渣量和提高金属收得率，并为转炉冶炼品种钢创造条件。铁水炉外脱硫炼

19、铁炼钢相结合，可以对铁水实现深度脱硫，从水炉外脱硫炼铁炼钢相结合，可以对铁水实现深度脱硫，从而为转炉冶炼超低硫钢创造条件。而为转炉冶炼超低硫钢创造条件。 Northeastern University19 铁水炉外脱硫在理论上和技术上都是可行铁水炉外脱硫在理论上和技术上都是可行的，因为铁水脱硫的条件比钢水脱硫更为有利。的，因为铁水脱硫的条件比钢水脱硫更为有利。 铁水炉外脱硫的经济性也是可观的，如某铁水炉外脱硫的经济性也是可观的，如某铁厂采用铁水炉外脱硫后，高炉碱度从铁厂采用铁水炉外脱硫后，高炉碱度从1.25降低降低到到1.06，焦比降低，焦比降低36kg/t，生产率提高，生产率提高36。 No

20、rtheastern University20一级分类一级分类二级分类二级分类三级分类三级分类 分分批批处处理理法法铺撒法铺撒法倒包法倒包法 机械搅拌法机械搅拌法转筒法转筒法摇包法摇包法DO法法RS法法KR法法吹气搅拌法吹气搅拌法顶吹法顶吹法底吹法底吹法气升泵法气升泵法喷射法喷射法ATH法法TDS法法IRSID法法ISID法法镁脱硫法镁脱硫法插罩法插罩法插杆法插杆法蒸发器法蒸发器法喷镁法喷镁法连连 出铁沟搅拌法出铁沟搅拌法续续 出铁沟电磁搅拌法出铁沟电磁搅拌法处处 出铁沟涡流搅拌法出铁沟涡流搅拌法理理 出铁沟倾斜圆筒法出铁沟倾斜圆筒法法法 杜布伦切夫法杜布伦切夫法Northeastern Un

21、iversity21铁水预脱硫的几个问题铁水预脱硫的几个问题各种脱硫剂的脱硫能力比较各种脱硫剂的脱硫能力比较 铁水包喷吹镁基脱硫剂的脱硫理论铁水包喷吹镁基脱硫剂的脱硫理论脱硫剂的生产技术脱硫剂的生产技术铁水包喷吹铁水包喷吹Mg+CaO粉剂的工艺粉剂的工艺Northeastern University221)CaC2：CaC2是常用的脱硫剂，其脱硫反应可用下式是常用的脱硫剂，其脱硫反应可用下式表示：表示： CaC2(S)+SCaS(S)十十2C G-359245十十109.45T J/mol (2-1) 一般铁水预处理时的温度为一般铁水预处理时的温度为1350左右，而左右，而CaC2和和CaS的

22、熔点分别为的熔点分别为2300和和2450，在铁水炉外处理，在铁水炉外处理温度条件下呈固态，其活度为温度条件下呈固态，其活度为1。而。而C处于饱和状态处于饱和状态下的活度下的活度aC也为也为1，故，故(2-1)式的平衡常数可表示如下：式的平衡常数可表示如下： 2.3.1 常用脱硫剂的脱硫能力常用脱硫剂的脱硫能力 -CaC2、CaO、Na2CO3、MgNortheastern University23 2)CaO:为了节约能耗和降低脱硫成本，近年来正大为了节约能耗和降低脱硫成本，近年来正大力研究以力研究以CaO或以或以CaO为主要成分的复合脱硫剂来代为主要成分的复合脱硫剂来代替替CaC2作为铁水

23、炉外脱硫剂。作为铁水炉外脱硫剂。 由于由于CaO脱硫反应速度较慢，难以获得低硫铁水，脱硫反应速度较慢，难以获得低硫铁水，人们采用了喷吹石灰粉的技术来促进脱硫反应。但石人们采用了喷吹石灰粉的技术来促进脱硫反应。但石灰粉吸水性强，容易堵塞喷枪，故近年来开发了钝化灰粉吸水性强，容易堵塞喷枪，故近年来开发了钝化石灰。石灰。 CaO的脱硫反应如下：的脱硫反应如下： CaO(S)十十SCaS(s)+O G109070-29.27T J/mol Northeastern University24 上面的反应与氧活度上面的反应与氧活度aO有关，而铁水中含有较强有关，而铁水中含有较强的脱氧元素的脱氧元素C和和S

24、i。因此当铁水中含。因此当铁水中含Si量在量在0.05以上以上时，脱硫反应用下式表示：时，脱硫反应用下式表示： 当铁水含当铁水含Si量小于量小于0.05时，石灰脱硫可用下式时，石灰脱硫可用下式表示：表示： CaO(S)+S+CCaS(S)+CO G=86670-68.96T J/mol Northeastern University25 为了有效地提高石灰的脱硫能力，避免生成为了有效地提高石灰的脱硫能力，避免生成2CaOSiO2外壳，外壳，可在铁水中溶入一定的铝量，使其在石灰表面上生成钙铝酸盐可在铁水中溶入一定的铝量，使其在石灰表面上生成钙铝酸盐(3CaOAl2O3和和12CaO7Al2O3)

25、，钙铝酸盐具有较大的容硫能力，钙铝酸盐具有较大的容硫能力，可以显著提高石灰脱硫速度和脱硫效率。加铝后可以显著提高石灰脱硫速度和脱硫效率。加铝后CaO的脱硫反应的脱硫反应可用下式表示可用下式表示: Northeastern University263)Na2CO3：苏打粉苏打粉Na2CO3是很有效的脱硫剂，固体苏是很有效的脱硫剂，固体苏打粉在打粉在852熔化，然后发生分解，其反应为熔化，然后发生分解，其反应为: Na2CO3(l)Na2O+CO2 G310073-127T J/mol苏打粉中分解出来的苏打粉中分解出来的Na2O与铁水中的硫发生反应：与铁水中的硫发生反应： Na2O+S=Na2S(

26、l)+O G-12435-28.85T J/mol 然而由于铁水中含有然而由于铁水中含有Si、C等脱氧元素，故苏打粉脱等脱氧元素，故苏打粉脱硫的总反应可为硫的总反应可为: Na2CO3(l)+S十十SiNa2S(l)+SiO2(S)+CO G-123794-21.39T J/mol Na2CO3(l)+S+2CNa2S(l)+3CO G=368064-289.65T J/molNortheastern University27各种脱硫剂的脱硫反应各种脱硫剂的脱硫反应MgO(s)+S=MgS(s)+OCaO(s)+S=CaS(s)+OBaO(s)+S=BaS(s)+ONa2O(l)+S=Na2S

27、(l)+OMg(g)+S= MgS(s)Ca(l)+S=CaS(s)CaC2(s)+S=CaS(s)+2CNortheastern University281350 下典型脱硫剂的平衡常数和平衡下典型脱硫剂的平衡常数和平衡%S脱硫剂脱硫剂 CaO MgO BaO Na2O CaC2 Mg Ca Ki 6.489 0.017 147.45 5.0105 6.4910104 4 2.0610104 4 1.510109 9 相对大小相对大小 1.0 0.002 22.7 7700 1.010105 5 3170 2.310108 8 平衡平衡%S 3.71010- -3 3 1.16 1.3101

28、0- -4 4 4.81010- -7 7 4.91010- -7 7 1.61010- -5 5 2.21010- -8 8 Northeastern University29 将苏打粉或苏打粉与石灰粉、萤石粉的混合物将苏打粉或苏打粉与石灰粉、萤石粉的混合物撒入流铁沟、铁水流或铁水罐底部，利用铁水流动撒入流铁沟、铁水流或铁水罐底部，利用铁水流动时的冲击和湍流运动使铁水与脱硫剂搅拌混合，促时的冲击和湍流运动使铁水与脱硫剂搅拌混合，促进脱硫反应。这种方法简便易行，但由于铁水与脱进脱硫反应。这种方法简便易行，但由于铁水与脱硫剂混合不够充分，脱硫效率不高。硫剂混合不够充分，脱硫效率不高。 1) 铺撒

29、法铺撒法2.3.2 铁水炉外脱硫的方法及效果铁水炉外脱硫的方法及效果Northeastern University30 这种方法是将脱硫剂加入铁水罐这种方法是将脱硫剂加入铁水罐中，然后用耐火材料制成的搅拌器插中，然后用耐火材料制成的搅拌器插入铁水搅拌，促使铁水与脱硫剂充分入铁水搅拌，促使铁水与脱硫剂充分混合，进行脱硫反应。混合，进行脱硫反应。 机械搅拌法有多种方式，其中具机械搅拌法有多种方式，其中具有代表性的是有代表性的是KR法，其脱硫效果与法，其脱硫效果与搅拌器的转速、脱硫剂种类有关。搅拌器的转速、脱硫剂种类有关。 2)机械搅拌法机械搅拌法Northeastern University31。

30、搅拌器图图1 KR搅拌器搅拌示意图搅拌器搅拌示意图（图中圆点和箭头分别代表脱硫剂和铁水运动方向）Northeastern University32Northeastern University33Northeastern University34 这种方法是把含镁这种方法是把含镁40以上的镁焦、以上的镁焦、镁钢屑等放入石墨镁钢屑等放入石墨粘土制成的钟罩粘土制成的钟罩内。然后插入铁水罐中，利用在高温下内。然后插入铁水罐中，利用在高温下沸腾而逸出的镁蒸汽与铁水接触，使铁沸腾而逸出的镁蒸汽与铁水接触，使铁水产生运动和进行脱硫反应。水产生运动和进行脱硫反应。3)钟罩插入法钟罩插入法Northeaste

31、rn University351234567图图2 镁焦脱硫装置镁焦脱硫装置(西德赫德博厂西德赫德博厂 )1固定螺栓 2钢板 3联接杆 4圆筒 5料筒 6钢钎 7镁焦 Northeastern University36指指 标标钝化镁锭钝化镁锭非活性镁非活性镁镁白云石镁白云石镁石灰镁石灰镁焦镁焦处处 理理 铁铁 水水 量量65551895785494575338铁铁 水水 硫硫处理前（处理前（%）0.0680.0560.0660.067处理后（处理后（%）0.0370.0300.0420.030镁镁 气气 化化 速速 度度 (g/s)285125132156镁镁 耗耗 量量Kg/t.Fe0.4

32、40.280.280.455Kg/t.s1.421.081.171.23镁镁 利利 用用 率（率（%）53.570.265.261.6包包 内内 铁铁 水水 量（量（t）83.711.0103.294.4铁铁 水水 损损 耗（耗（%）0.550.100.140.20脱硫剂及其效果对比脱硫剂及其效果对比 Northeastern University37Northeastern University38 喷射法是利用喷射法是利用喷枪把气体与脱硫喷枪把气体与脱硫剂混合后喷射到铁剂混合后喷射到铁水中，使铁水与脱水中，使铁水与脱硫剂充分混合，促硫剂充分混合，促进脱硫反应。进脱硫反应。4)喷射法喷射法N

33、ortheastern University39图图 2 ATH法脱硫装置示意图法脱硫装置示意图1 喷枪 2喷粉罐 3操作平台 4鱼雷罐车 Northeastern University402 1 铁水包喷粉反应区示意图铁水包喷粉反应区示意图1持久反应区持久反应区 2瞬时反应区瞬时反应区 Northeastern University41 在工业生产中还采用过摇包法、吹气在工业生产中还采用过摇包法、吹气搅拌法等多种方法进行炉外脱硫。搅拌法等多种方法进行炉外脱硫。 在使用过程中，各厂应根据实际脱在使用过程中，各厂应根据实际脱硫剂情况，考虑到要求达到的脱硫程度，硫剂情况，考虑到要求达到的脱硫程度，

34、铁水的热损和铁损，脱硫设备费用，环境铁水的热损和铁损，脱硫设备费用，环境污染等问题，选用最适合的脱硫剂和炉外污染等问题，选用最适合的脱硫剂和炉外脱硫方法。脱硫方法。5)其它方法其它方法Northeastern University42 铁矿石中的磷在高炉的还原气氛下将全部进入铁铁矿石中的磷在高炉的还原气氛下将全部进入铁水中，而磷对炼钢来说则是有害元素。水中，而磷对炼钢来说则是有害元素。 转炉炼钢脱磷效率高，但要加入较多的渣料和熔转炉炼钢脱磷效率高，但要加入较多的渣料和熔剂，并且延长冶炼时间，降低生产率。剂，并且延长冶炼时间，降低生产率。 为使铁水中的磷有效地去除，首先要供给氧化剂将为使铁水中的

35、磷有效地去除，首先要供给氧化剂将铁水中的磷氧化，然后供给强有力的固定剂，使磷的铁水中的磷氧化，然后供给强有力的固定剂，使磷的氧化物能稳定地结合在炉渣中。氧化物能稳定地结合在炉渣中。 此外，对一些高熔点的固定剂还需要加入熔剂使此外，对一些高熔点的固定剂还需要加入熔剂使其熔化成渣，达到固定磷氧化物的目的。其熔化成渣，达到固定磷氧化物的目的。 2.4 铁水炉外脱磷铁水炉外脱磷Northeastern University43 脱磷剂通常由脱磷剂通常由氧化剂、固定剂和熔剂氧化剂、固定剂和熔剂组成，根据组成，根据各地资源情况分别选：各地资源情况分别选：1)氧化剂：氧化剂：通常氧化剂有氧气、氧化铁以及别的

36、氧化通常氧化剂有氧气、氧化铁以及别的氧化物质。大谷正康等人经过试验，对一些氧化性物质的物质。大谷正康等人经过试验，对一些氧化性物质的电化学当量和脱磷反应表现速度常数测定如下：电化学当量和脱磷反应表现速度常数测定如下：(1)脱磷剂脱磷剂 由以上数据可见，由以上数据可见，Fe2(SO4)3、CaSO4、MnO2都是都是比比FeO强的氧化剂，而强的氧化剂，而CaCO3的氧化能力不及的氧化能力不及FeO。Northeastern University442)固定剂：固定剂： 磷的氧化产物磷的氧化产物P2O5在高温炉渣中是不稳定的，在高温炉渣中是不稳定的，因而需要加入固定剂把因而需要加入固定剂把P2O5

37、固定在炉渣中。固定在炉渣中。 常用的固定剂有常用的固定剂有CaO、Na2CO3，其反应为：，其反应为： Northeastern University453)助熔剂：助熔剂： CaF2和和CaCl2都可作为助熔剂，它们都能都可作为助熔剂，它们都能和和CaO生成低熔点共晶体，但生成低熔点共晶体，但CaCl2的熔点的熔点775比比CaF2的熔点的熔点1418低，因而低，因而CaCl2是更是更有效的助熔剂。有效的助熔剂。 有研究者在试验中用有研究者在试验中用CaCl2取代取代CaF2做熔做熔剂，脱磷率提高剂，脱磷率提高10。 但是，排放的炉气中含有氯气对人体及环但是，排放的炉气中含有氯气对人体及环境

38、是有害的，应进行处理。此外，其它的卤化境是有害的，应进行处理。此外，其它的卤化物也可作为助熔剂用。物也可作为助熔剂用。 Northeastern University46 根据工业生产实践，已采用的炉外脱磷方根据工业生产实践，已采用的炉外脱磷方法及效果如下。法及效果如下。 1)机械搅拌法：机械搅拌法：这种方法是把配制好的脱磷这种方法是把配制好的脱磷剂加入到铁水包中，然后利用装有叶片的机械剂加入到铁水包中，然后利用装有叶片的机械搅拌器使铁水搅拌混匀，也可在铁水中同时吹搅拌器使铁水搅拌混匀，也可在铁水中同时吹入氧气。入氧气。 日本某厂曾用机械搅拌法在日本某厂曾用机械搅拌法在50t铁水包中进铁水包中

39、进行炉外脱磷，其叶轮转速为行炉外脱磷，其叶轮转速为5070n/min，吹氧，吹氧量量818m3/t，处理时间，处理时间3060min，脱磷率，脱磷率60 85。 (3)铁水炉外脱磷的方法及效果铁水炉外脱磷的方法及效果Northeastern University47 2)喷吹法：喷吹法：喷吹法是目前应用最多的方喷吹法是目前应用最多的方法，它是把脱磷剂用载气喷吹到铁水包法，它是把脱磷剂用载气喷吹到铁水包中，使脱磷剂与铁水混合、反应，达到中，使脱磷剂与铁水混合、反应，达到高效率脱磷。高效率脱磷。 喷吹法在日本新日铁公司喷吹法在日本新日铁公司100t铁水铁水包中应用，以氩气作载气，吹入脱磷剂包中应用

40、，以氩气作载气，吹入脱磷剂45kg/t，喷吹处理时间，喷吹处理时间20min，脱磷率达，脱磷率达90左右。左右。 Northeastern University48 工业技术的发展促使人们寻求更加经济的铁水炉外处工业技术的发展促使人们寻求更加经济的铁水炉外处理方法，若能在铁水预处理中同时实现脱磷与脱硫，则对降理方法，若能在铁水预处理中同时实现脱磷与脱硫，则对降低生产成本，提高生产率都有利。低生产成本，提高生产率都有利。 众所周知，铁水脱硫和脱磷所要求的热力学条件是相互众所周知，铁水脱硫和脱磷所要求的热力学条件是相互矛盾的，要同时实现脱硫与脱磷，必须创造一定的条件才能矛盾的，要同时实现脱硫与脱磷

41、，必须创造一定的条件才能进行。进行。 根据现代冶金炉渣结构理论，冶金炉渣是离子性熔体，根据现代冶金炉渣结构理论，冶金炉渣是离子性熔体，炉渣炉渣金属间的反应实质是电化学反应。在强的还原条件下金属间的反应实质是电化学反应。在强的还原条件下(pO210-17MPa)，如在，如在CaCaF2渣系下，金属中硫和磷都渣系下，金属中硫和磷都以阴离子形式同时进行转移，即阴极反应：以阴离子形式同时进行转移，即阴极反应： S+2eS2- P+3eP3- 而此时的阳极反应为：而此时的阳极反应为：Ca-2eCa2+2.5 铁水同时脱硫与脱磷铁水同时脱硫与脱磷Northeastern University49因此，总的

42、脱硫和脱磷反应式为：因此，总的脱硫和脱磷反应式为：在氧化条件下，脱硫和脱磷的分配比可用下式表示：在氧化条件下，脱硫和脱磷的分配比可用下式表示： 其中，磷容量其中，磷容量CP和硫容量和硫容量CS由下面定义：由下面定义： Northeastern University50 由此可知，在温度和金属成分一定的时候，选由此可知，在温度和金属成分一定的时候，选择磷容量择磷容量CP和疏容量和疏容量CS较大的渣系，就能得到较较大的渣系，就能得到较大的大的LP和和LS值，实现铁水同时脱磷与脱硫。值，实现铁水同时脱磷与脱硫。 同时，当渣系一定时，可以通过控制炉渣同时，当渣系一定时，可以通过控制炉渣金属界面的氧位金

43、属界面的氧位pO2来调节来调节LP和和LS的大小，即增大的大小，即增大pO2能提高能提高LP，减小，减小LS；减小；减小pO2能降低能降低LP，增大，增大LS。 因此，就可以根据对铁水脱磷和脱硫的程度因此，就可以根据对铁水脱磷和脱硫的程度要求，控制合适的氧位，有效地实现铁水同时脱要求，控制合适的氧位，有效地实现铁水同时脱磷和脱硫。磷和脱硫。 Northeastern University51 110t铁水包中喷粉处理时各部位氧位的变化实测值铁水包中喷粉处理时各部位氧位的变化实测值见图见图18。 在采用喷吹冶金技术时，在采用喷吹冶金技术时，经试验测定，在喷枪出口处经试验测定，在喷枪出口处氧位高，

44、有利于脱磷；当粉氧位高，有利于脱磷；当粉液流股上升时，其氧位逐渐液流股上升时，其氧位逐渐降低，到包壁回流处氧位低，降低，到包壁回流处氧位低，有利于实现脱硫。有利于实现脱硫。 因此，在同一反应器内，因此，在同一反应器内，脱磷反应发生在高氧位区，脱磷反应发生在高氧位区，脱硫反应发生在低氧位区，脱硫反应发生在低氧位区，使铁水磷与硫得以同时去除。使铁水磷与硫得以同时去除。Northeastern University52 理论上的突破，促进了工艺技术的发展，理论上的突破，促进了工艺技术的发展，目前铁水同时脱磷脱硫工艺已在工业上应用。目前铁水同时脱磷脱硫工艺已在工业上应用。 如日本的如日本的SARP法法

45、(Sumitomo Alkali Refining Process 住友碱性精炼工艺住友碱性精炼工艺)，它是将高，它是将高炉铁水首先脱炉铁水首先脱Si，当，当Si0.1以后，扒出高炉以后，扒出高炉渣，然后喷吹苏打粉渣，然后喷吹苏打粉19kg/t，其结果使铁水脱硫，其结果使铁水脱硫96，脱磷，脱磷95。 喷吹苏打粉工艺的特点是喷吹苏打粉工艺的特点是：苏打粉熔点低，：苏打粉熔点低，流动性好；界面张力小易与渣铁分离，使渣中流动性好；界面张力小易与渣铁分离，使渣中铁损小；实现同时去除硫磷；但对耐火材料侵铁损小；实现同时去除硫磷；但对耐火材料侵蚀严重；有气体污染。蚀严重；有气体污染。Northeaste

46、rn University53 另一类是以另一类是以喷吹石灰粉为主的粉料喷吹石灰粉为主的粉料也可实也可实现同时脱磷与脱硫。现同时脱磷与脱硫。 如日本新日铁公司的如日本新日铁公司的ORP法法(Optimising the Refining Process，最佳精炼工艺，最佳精炼工艺)，它是把铁水，它是把铁水脱硅，当脱硅，当Si0.15后，扒出炉渣，然后喷吹后，扒出炉渣，然后喷吹石灰基粉料石灰基粉料52kg/t，其结果铁水脱硫率为，其结果铁水脱硫率为80，脱磷率为脱磷率为88。喷吹石灰基粉料的工艺特点：喷吹石灰基粉料的工艺特点：渣量大，渣中铁渣量大，渣中铁损多损多(TFe达达2030)；石灰熔点高

47、，需加助熔；石灰熔点高，需加助熔剂；铁水中氧位低，需供氧；成本低。剂；铁水中氧位低，需供氧；成本低。Northeastern University54 我国西南、华北、华东地区的矿石中含有钒，由此矿冶炼我国西南、华北、华东地区的矿石中含有钒，由此矿冶炼的铁水中存在一定的含钒量，应用铁水预处理技术从含钒铁水的铁水中存在一定的含钒量，应用铁水预处理技术从含钒铁水中提取贵重金属钒，对国民经济的发展有重要意义。中提取贵重金属钒，对国民经济的发展有重要意义。(1)铁水提钒。铁水提钒。当铁水中含有钒元素时，目前采用当铁水中含有钒元素时，目前采用氧化提钒工艺氧化提钒工艺，即对即对含钒铁水吹氧气含钒铁水吹氧气

48、，使铁水中钒氧化进入炉渣，然后把含，使铁水中钒氧化进入炉渣，然后把含V2O5的的炉渣富集分离炉渣富集分离，进一步，进一步提炼出钒铁合金提炼出钒铁合金。钒的氧化反应。钒的氧化反应如下：如下： 2.5 铁水预处理提钒铁水预处理提钒 目前我国主要采用目前我国主要采用雾化提钒雾化提钒，顶吹转炉提钒和侧吹转炉提钒，顶吹转炉提钒和侧吹转炉提钒，这些提钒工艺都是通过向铁水中吹入氧气或富氧空气，使铁水中这些提钒工艺都是通过向铁水中吹入氧气或富氧空气，使铁水中钒氧化。通常，铁水中钒的氧化率达钒氧化。通常，铁水中钒的氧化率达6080。Northeastern University55 我国包头铁水中含有铌我国包头铁水中含有铌 ，采用铁水预处理技，采用铁水预处理技术从含铌铁水中提取金属铌也具有重要的意义。术从含铌铁水中提取金属铌也具有重要的意义。经过我国冶金工作者的多年研究，取得了一定经过我国冶金工作者的多年研究，取得了一定成果。成果。 (1)铁水提铌。铁水提铌。通过氧化性吹炼，使铁水中的通过氧化性吹炼，使铁水中的铌氧化进入炉渣，然后回收渣中的铌氧化进入炉渣，然后回收渣中的Nb2O5，铌，铌的氧化反应如下的氧化反应如下: ：2.7 铁水预处理提铌铁水预处理提铌Northeastern University56