1冶金新铁水预处理

冶金新技术第二篇：炼钢新技术主要内容1、铁水预处理2、转炉溅渣护炉技术3、无缺陷连铸坯4、炉外精炼，LF/VD第一章铁水预处理本章主要内容1、铁水预处理意义2、铁水预处理脱硅（重点）3、铁水预处理脱磷（重点）4、同时脱磷脱硫（难点）1、铁水预处理意义和发展概况1.1、降低成品钢中磷、硫含量（1）使进入转炉的铁水初始P、S含量比较低，为最终钢坯获得低P、低S创造条件；（2）国外冶金技术先进的国家成品钢中P、S含量控制比我国低；1.2、优化工艺过程（1）根据各个反应的特点设计反应器；（2）高炉可以适应各种原料，因铁水成分基本要求放宽；（3）转炉负担减轻，冶炼周期缩短；（4）成本方面：增加部分：增设预处理站，处理成本，（包括粉剂）减少部分：转炉造渣用料减少，金属损失减少，渣量减少，锰铁用量减少综合：见图所示。项目未经三脱转炉冶炼三脱后转炉冶炼热收入10040石灰消耗,kg/t4829.5渣中铁损,kg/t104.2渣量kg/t9525[Mn]残留率,%3578锰铁单耗,kg/t3.71.6少渣炼钢,优化转炉冶炼指标,降低吨钢成本1.3、提高优质钢的比例1.4、日本、美国发展迅速（1）100%进行铁水预处理脱硫（2）40%~80%进行铁水预处理脱磷（3）脱磷、脱硫技术比较成熟1.5、国内基本状况1.5.1、宝钢※一炼钢：①铁水预处理脱硫②扒渣③LD④炉外精炼⑤CC※二炼钢：①脱硅②扒渣③脱磷④扒渣⑤脱硫⑥扒渣⑦LD⑧炉外精炼⑨CC（1）设备特点1)流态化装置性能可靠---粉剂在喷粉罐上部呈悬浮状,粉剂和气流均匀混合，不会产生“喉喘”；2)喷粉速度在线控制和调节---喷粉速度控制较精确，实现在线调节使喷粉速度符合熔池反应规律节约时间节省物料；3)喷粉罐内压力恒定---通过对喷粉罐顶的压力予以控制，实现罐内压力恒定，从而使流速稳定；4)喷枪设计新颖---倒“T”型，符合鱼雷罐内型熔池反应动力学需要，内管用不锈钢材质，用以喷吹N2和O2，外管喷吹N2和粉剂，喷枪外用高铝浇注料；5)自动化程度高---USOP：操作站，实现动态跟踪与控制；---UFCH：控制装置；---UFMM：监视装置；实现喷吹全过程的“信息操作”，达到最优化1-2-3混铁车脱硫间布置图1-2-5混铁车脱硫间的设备流程图处理方式脱硅脱硫脱磷同时脱硫脱磷处理量，t230-250230-250230-250230-250喷吹压力，Mpa0.90.3-0.40.9-1.0脱硫：3.0，脱磷：9.0内管氮流量，m3/h300300300300流态化气流量，m3/h100-12040100-120脱硫：40，脱磷：100喷吹速度，kg/min300-350150-200400-500脱硫：150，脱磷：400枪插入深度，mm500-9001000-1350700-10001000-1200气氧比，%16-2819-3025-30内管氧流量，m3/h600-10001000-12001000-1200（3）宝钢三脱粉剂组成粉剂种类脱硅剂脱磷剂脱硫剂氧化铁皮，%7546CaO,%254285CaF2,%1215粒度，mm≤0.35≤0.35≤0.35水份，%≤0.5≤0.5≤0.5堆密度，t/m31.611.230.84（4）二炼钢铁水预处理工艺宝钢铁水预处理脱磷从1998年开始进行，在摆动溜槽内设挡板撇脱硅渣；然后在铁水处理站先脱磷，不扒渣，接着用100%苏打脱硫。其脱磷率85~90%，脱硫率82~86%。（5）不扒脱磷渣，苏打的特殊性。（6）一炼钢石灰、电石两种粉剂。1.5.2、太钢（1）工艺流程：1）脱硫2）脱硅、脱磷、脱硫3）铁水沟脱硅、铁水站脱硅、同时脱磷、脱硫（2）处理能力，设备性能1）设备占地1700m3，设备总重148t，年处理脱硫铁水２0万t，脱磷铁水7.8万t.2)储粉喷吹系统：下出粉型，计算机控制设备名称主要性能参数储粉仓脱硫仓，14m3脱硅仓，８m3脱磷仓，18m3喷吹罐容积，4m3最高使用压力0.7Mpa扒渣机扒渣力1t扒杆上下倾角，±15о电机功率17KW铁水罐车承重能力65t行走速度30.6m/min倾翻电机18.5kw4)采用固定台式悬臂液压扒渣机5）喷粉枪日本原装喷粉枪太钢试制3种枪：高铝石墨组装喷粉枪高铝碳化硅整体捣铸喷粉枪普通高铝质整体捣铸喷粉枪使用结果表明：高铝石墨组装喷粉枪达到日本原装喷粉枪的寿命。说明我们国家完全可以达到国际先进水平不一定依赖进口。（3）三脱粉剂wt%粉剂种类SiO2CaOCaF2FeOFe2O3脱硫剂2.2680.073.82脱硅剂4.8010.6949.3526.17脱磷剂3.2836.005.9431.40（4）处理过程中Ｓ、Ｐ、CI的变化炉次1234平均脱硫处理前0.0220.0360.0400.0290.034处理后0.0010.0020.0330.0140.012脱除率，％90.990.4417.5051.7072.70脱磷处理前0.0660.0730.0690.0650.067处理后0.0090.0220.0100.0140.013脱除率，％86.3669.8985.5178.4680.96脱硅处理前0.570.390.560.610.49处理后0.260.040.040.040.065脱除率，％54.3989.7492.8593.4487.621.5、与国外冶金技术先进的国家之间的差距（1）处理比高，入转炉磷、硫含量低（2）处理比高：我国：铁水预处理脱硫：25%；脱磷：10%先进国家：脱硫：80%~100%；脱磷：40%~80%如日本：新日铁，八幡厂：100%新日铁，君津厂：100%新日铁，大分厂：100%（3）工艺比较先进。l较多采用铁水沟脱硅日本各大钢厂普遍采用铁水沟脱硅的方式，认为有许多优点，如八幡、君津、大分、歌山、鹿岛等厂家都采用了这种预处理方式。脱硅率一般在40％左右，虽然脱硅率不高，但为其后的进一步脱硅和脱磷创造了良好的条件。日中岛由尾并做了中间性质的实验研究。日本采用铁水沟脱硅其后仍然设立铁水脱硅站，两者是结合起来的。铁水沟脱硅后，不仅铁水站的脱硅任务大大减轻，而且可以减少喷溅，同时硅也可以脱得更低。项目国内国外先进国家磷含量，%0.025~0.0350.020~0.025硫含量，%0.025~0.035≤0.005氧含量，ppm20~4010氮含量，ppm10~15≤10氢含量，ppm103~5成分控制范围，%10~128~10铁水脱硫，%10~2080~100铁水脱磷，%3~840~802、铁水预处理脱硅2.1、脱硅的目的（1）（传统）转炉冶炼最合适的硅含量：0.25%~0.35%从转炉冶炼的角度来看，基本上不需要脱硅。（2）Si的氧化趋势比P强，Si高无法脱磷；所以脱硅主要为脱磷创造条件。2.2、铁水预处理脱硅的工艺实施（1）铁水沟脱硅和预处理站脱硅两种方法简介（2）铁水沟脱硅1）温降小，能大量进行处理；2）不需要增加预处理时间，不占用铁水罐；3）可以用喷吹法，也可以用投入法，4）用撇渣器撇渣，不用增设扒渣设备；5）脱硅率不高，50%~75%。6）操作环境问题；因高炉出铁场本身比较狭窄，本身环境污染严重，增加脱硅项目后，更造成操作环境恶化。（3）铁水站脱硅1）铁水站脱硅在铁水罐或鱼雷罐车中进行。2）操作条件好，对操作环境污染小；3）脱硅效率高、稳定。4）缺点是占用一定时间（处理时间，又导致温降）（4）选哪一种需要考虑的因素：①铁水含硅量；②高炉场地；2.3、脱硅剂主要有：氧气；铁矿石；氧化铁皮加少量石灰（1）氧气反应式：[Si]+{O2}=（SiO2）2[C]+{O2}=2{CO}；2[Mn]+{O2}=2（MnO）（2）铁矿石[Si]+2（FeO）=SiO2+2[Fe]（3）氧化铁皮加少量石灰[Si]+2（FeO）+2（CaO）=（2CaO·SiO2）+2[Fe]加入石灰的目的降低SiO2的活度。2.4、铁水预处理脱磷前合适的硅含量讨论脱硅深度的问题。（1）[Si]0：铁水预处理脱硅是为脱磷作准备的。一些研究者指出，铁水预处理脱磷的条件是[Si]0.15％，但也有的学者认为[Si]0.20％即可进行脱磷，有的学者认为Si0.10％才能有效的脱磷。日本中岛等对铁水的同时脱硅、脱磷进行了中间实验研究，在硅含量为0.4％时即用高碱度渣吹氧进行同时脱硅、脱磷，[Si]最终与[P]同时下降。一般磷达到0.006％时磷达到0.004％。（2）硅含量以小于0.08％-0.12％为宜；这一含量大部分冶金工作者认识趋于一致。（3）脱磷过程中Si继续下降即使在硅小于0.10％的情况下，随着脱磷的进行，硅会继续下降；同时锰、碳也有一定的损耗。因此铁水预处理脱磷对炼钢有一定影响。2.5、脱硅过程引起的泡沫渣（1）脱硅过程中碳参与反应：产生具有搅拌作用的气体（2）泡沫渣现象1）转炉、电弧炉、LF炉需要泡沫渣转炉是自然形成，三相乳化促进反应；电弧炉适当造渣，在脱碳反应形成泡沫渣；LF炉电弧加热完全靠人力造泡沫渣，2）泡沫渣形成的条件：①内因：渣的性质：表面张力（σ）、粘度（η）合适；②外因：有搅拌的气体；产生（通常是CO气）（3）铁水预处理脱硅泡沫渣的危害1）造成喷溅：铁水损失；2）铁水罐装入量减少；3）增加清理工作量；（4）采取措施1）加入消泡剂：以MgO为主的粉剂，增加渣的粘度。2）及时清理现场。2.6、脱硅过程C、Mn的损耗原始含量脱硅后脱磷后※碳[C%]：4.213.953.86※锰[Mn%]损失30%~40%损失10%~20%碳总损失：8%，脱硅过程损失6%，脱磷过程损失2%。2.7、脱硅渣的扒除（1）铁水沟脱硅：利用撇渣器宝钢摆动溜槽，开溢出槽不需要另外人工用机械设备扒除。（2）预处理站脱硅：必须通过机械手（装置）扒渣。物质组成方式粒度mmηSiFe203FeOCaOSiO2Al2O3MnO矿物74510620.3铁水沟，投入574锰铁矿33/15544铁水罐喷吹，空气175-80烧结矿69110720.3鱼雷罐车喷吹，空气140-50烧结矿74510620.3喷吹1903、铁水预处理脱磷3.1、热力学分析（1）铁水脱磷反应式：C参与反应分子反应式：2[P]+5（FeO）+3（CaO）=（Ca3P2O8）离子反应式：2[P]+5（Fe2＋）+8（O2－）=2（PO43－）+5[Fe]（FeO）+[C]=[Fe]+{CO}特点：①粉剂中必须含有氧化性物质（氧化铁）、碱性物质（氧化钙）、溶剂（氟化钙）；②碳、硅、锰参与反应消耗氧，溶剂中FeO含量应比较高；③碳提高磷活度系数；④产生CO有搅拌作用。34PO3.2、铁水预处理工艺实施（1）铁水罐喷吹作业①喷粉系统：贮粉罐；喷粉罐；给料器；管道；喷枪②一般在炼铁厂与炼钢厂之间，有两条作业线，（2）喷吹作业①空气作载气，可以提高氧气比例②粉剂小于0.5mm，经过表面处理，或钝化处理，利于喷吹作业，不堵枪和管道。（3）用“T”字型碰枪，在鱼雷罐车上垂直插入铁水中；用直通管，倾斜插入。（见图）（4）喷吹时间：30~50min。1-2-16混铁车内搅拌状态流动实验1-2-17喷嘴形状简图1-2-57斜插顶喷法示意图3.3、脱磷粉剂与脱磷率（1）CaO~Fe2O3~CaF2系各组元含量：CaO42%~Fe2O346%~CaF212%1）这是最基本的脱磷粉剂组成；2）Fe2O3及喷吹的空气中的氧气担当氧化剂；3）CaO：碱性物质，降低脱磷产物的活度；4）CaF2：助熔剂，促进反应进行。5）钙氧比与碱度相比，在铁水预处理情况下不能用碱度。32OFeCaO渣钢间脱磷反应（转炉内），用碱度表示渣脱磷的能力。在熔渣中SiO2的含量影响CaO的活度，影响脱磷率。在粉剂脱磷时，由于基本上没有SiO2，此时CaO、Fe2O3之间的相对含量影响脱磷率。5）钙氧比在0.95~1.10之间。2SiOCaO32OFeCaO6）钙氧比与铁水成分的关系①Si含量②C含量[Si]、[C]含量高，Fe2O3含量适当高，钙氧比值小；[Si]、[C]含量低，Fe2O3含量适当