铁水预处理理论与工艺1

2(CaO)+[S]+1/2[Si]=(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。
搅拌浆由上宽下窄4个叶 片组成，采用高铝质耐 火材料。上方有集尘装 置，由固定烟罩和活动 烟罩组成，除尘器采用 布袋式。 武钢二炼搅拌头寿命500次以上，处理温降≤28℃，脱硫用 石灰粉剂消耗4.69kg/t，成本仅20元/t，国内外领先水平。
4.3.4铁水预处理发展方向

全量铁水 脱硫容器趋向于铁水包 喷粉为主 Mg脱硫为主



投入法： 费用低，脱硫率20—40%。 机械搅拌（KR）： 费用高，脱硫率80—90%。 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）
铁水罐容量，适用于中等容量，设置加 料跨内（就近但干扰）。 90%（武钢二炼KR），相同脱硫率条件 下，脱硫剂耗量小 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 搅拌前后均需扒渣，作业和控制较复杂 维修量大（搅拌浆制作、养护、烘烤局 部修补）
4.3.2TDP法脱硅、磷、硫工艺

粉剂参数
脱硅剂 25
0.35 0.5
粉剂种类 CaO% CaF2% 粒度mm 水分%
脱磷剂 46 42 12
0.35 0.5
脱硫剂 85 15
0.35 0.5
氧化铁皮% 75
堆密度t/m3 1.61
1.23
0.84
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%。



3/2 （Na2O）液+[S]+1/2[ Si]=(Na2S)液+1/2(Na2SiO3)液 （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；

4）金属镁

反应机理：
（1） Mg(气)=[Mg]， [Mg]+[S]=MgS(固) （2） 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。 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。 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。
3）碳化钙

(CaC2)+(S)=(CaS)+2[C] 喷粉时，可加入适量的碳酸钙和碳粉。 70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。
非镁基脱硫剂存在的问题
脱硫剂单耗大（每吨铁水约4kg） 铁损高10—12kg/t 铁水温降大过程温降8—14℃ 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10min Mg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。
喷吹单一颗粒镁脱硫剂工艺参数




颗粒镁粒度：0.5—1.0mm； 载气应对金属镁呈中性气体，以天然气 为好； 喷吹装置供气量30—60m3/h； 喷枪带汽化室，喷头端面距铁水包底 0.2m； 供粉强度6—15kg/min范围内且可调； 可脱硫至0.001—0.002%；
4.3铁水预处理工艺
喷吹法
混铁车容量，处理周期30— 40min ,作业率高（700—800次 /月），处理能力大。 脱硫率略低于KR 基建费用低，耐材（喷枪）消 耗低0.12kg/铁水，处理成本低 （量大） 搅拌前不需扒渣，喷枪的插入 作业较简单 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。
Mg(气)+[S]=MgS(固)



金属镁脱硫剂的特点




ห้องสมุดไป่ตู้
镁脱硫是气—液间反应，动力学条件好，反应速度快。 镁脱硫过程可防止回硫。 脱硫过程无大量烟尘产生。 脱硫产生的渣量少。 脱硫效率高（>95%），可实现深度脱硫。 铁损少(7.1kg/t)、温降低(8 ℃ ）、综合成本低（<15 元)。 处理时间短5—8min
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Al2O3—SiO2系浇注料， Al2O3 含量70—80%，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。
4.3.3铁水罐内机械搅拌铁水预处理（KR）
处理规模 脱硫效率 处理成本 操作条件 设备维修
铁水温降
浸入搅拌浆和铁水罐散热铁水温降30— 50℃
混铁车保温性能较好温降10— 20℃
4.3.1混铁车顶喷脱硫（TDS）

宝钢炼钢厂在320t混铁车中采用顶部插入喷枪脱硫 （TDS） 。
主要工艺参数
处理量：290t； 载气（N2）流量：420—480m3/h； 喷粉罐压力：2.8—3.2105pa； 喷吹压力： 2.0—2.3105pa； 喷吹速度：CaO50—60kg/min，CaC240—45 kg/min； 喷枪插入深度：1.2—1.4m； 喷吹时间：5—30min； 脱硫剂单耗：5kg/t（ CaC2控制在2.0kg/t以下） 粉气比：石灰粉9.17—10.94kg/kg（送粉速度55—70kg/min) 电石粉6.4—7.2 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。
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——铁水 预处理——复吹转炉——炉外精炼——连 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。
主要工艺参数



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℃。 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 ℃。 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℃。
工艺流程（武钢二炼、太钢）


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 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
铁水脱硫迅速发展的原因



铁水中C、Si含量高，提高硫的反应能力。 铁水中氧含量低，提高渣铁间硫分配比。 动力学条件好，脱硫剂利用率高，脱硫 速度快。 费用低 提高炼铁、炼钢的生产能力，节约工序 能耗。
4.2常用脱硫剂
1）苏打（Na2CO3） 反应原理： 分解（Na2CO3）液=（Na2O）液+{CO2}
5）金属镁与非金属镁质混合脱硫剂

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

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。