铁水预处理工艺
铁水预处理工艺
铁水预处理工艺铁水预处理工艺是指在将铸铁液倒入铸型之前，通过一系列的处理工艺将铁水中的杂质和气体去除，从而保证铸铁件质量的稳定性和一致性。
铁水预处理工艺在铸造工艺中扮演着至关重要的角色，在提高铸件的质量、降低生产成本、改善生产环境等方面都有着积极的作用。
铁水预处理工艺一般包括以下几个环节：一、加热铁水在预处理之前，需要将铁水加热至一定温度，使得其中的金属元素完全熔解，方便去除杂质和气体。
一般来说，加热温度为1450℃左右。
二、除杂铁水中常存在铁沙、金属渣、氧化物等杂质，这些杂质对铸铁件的质量和性能有着很大的影响。
除杂工艺一般采用沉淀法、过滤法和离心法等方法去除杂质。
其中，沉淀法是较为常见的方法，通过加入草酸、硫酸等化学药剂使得杂质形成沉淀，然后将沉淀剔除掉即可。
三、脱硫铁水中含有一定量的硫，会影响铁水的流动性、凝固分析等性能。
脱硫工艺主要采用氧气吹炼法，将氧气引入铁水中，使得硫气氧化成SO2并排出，从而达到脱硫的目的。
四、脱碳铸铁中碳含量的多少与铁水中碳含量有着密切的关系，因此脱碳工艺对于决定铸铁件的硬度和韧性有着重要的作用。
脱碳工艺一般采用灌碳剂或者双氧水等方法，将其中的碳元素去除掉。
五、脱气铁水中通常还含有大量的气体，如氢、氧、氮等，这些气体都会在铸造过程中释放出来，导致铸件内部产生气孔、夹杂等缺陷。
因此，脱气工艺也是铁水预处理中不可或缺的一个环节。
脱气一般采用真空除气、加压除气等方法，将其中的气体去除掉。
铁水预处理工艺在现代铸造工业中已经得到广泛应用，能够显著提高铸铁件的质量和性能，减少铸件的废品率和生产成本，对于推动铸造行业的发展和升级有着重要的意义。
常用铁水预处理技术
常用铁水预处理技术常用铁水预处理技术铁水预处理基础知识1、什么是铁水预处理？★铁水预处理指铁水兑人炼钢炉之前，为除去某些有害成份或回收某些有益成分的处理过程。
针对炼钢而言，主要是使铁水中硅、磷、硫含量降低到所要求的范围，以简化炼钢过程，提高钢的质量。
铁水预处理具体分为铁水炉外脱硅、脱磷和脱硫，有时脱磷和脱硫同时进行。
对于铁水含有特殊元素提纯精炼或资源综合利用而进行的提钒、提铌、提钨等预处理技术则称为特殊预处理。
2、什么是铁水“三脱”技术？★指铁水兑人炼钢炉之前，进行脱硫、脱硅、脱磷的预处理工艺过程。
3、铁水脱硫的目的是什么？★提高钢质、扩大品种和改善炼钢操作，提高钢的机械、工艺性能。
4、铁水脱硅的目的是什么？⑴减少转炉炼钢渣量、改善操作和提高炼钢经济指标。
硅是氧气转炉炼钢发热的元素，所以为了提高炼钢熔池温度和早化渣，往往希望铁水含硅高一些，但实践证明铁水含硅高时，为了保证转炉渣有较高的碱度，势必增加石灰消耗量，使渣量增多，冶炼时间延长，耗氧量增加，喷溅加剧，铁损增加，并给操作带来困难，从而降低炼钢生产率和增加生产成本。
铁水含硅量一般应控制在0.4％以下的水平。
(2)铁水预脱磷的需要脱硅是铁水预脱磷的先决条件。
铁水预脱磷要求脱磷反应区的氧位高，当加入氧化剂提高氧位时，硅首先就与氧作用而降低铁水中的氧位。
为此，脱磷首先要脱硅，脱磷前控制硅含量一般要求在0.15％以下。
5．铁水脱磷的目的是什么?(1)生产低磷钢、超低磷钢和不锈钢等工艺需要。
磷在钢中对性能的影响，除少数钢种为提高强度或耐大气腐蚀性，要求有一定含磷外，对大多数钢种是有害的，它降低钢的冲击韧性，尤其是低温冲击韧性；磷的枝晶偏析使板材产生带状组织，造成钢板各向异性。
随着新技术材料的发展，对某些品种钢要求磷含量≤0.01％(低磷钢) 或≤0．005％(超低磷钢) 。
用转炉工艺脱磷，虽然有较好的脱磷效果，但达到这种低磷的水平是难以完成的，如采取多次造渣操作，有可能达到，但都存在渣料消耗大，冶炼时间长，热损失大，金属收得率低等问题。
铁水预处理技术操作规程√
铁水预处理技术操作规程1、原料要求1.1 铁水条件铁水温度：T≥1250℃铁水硫含量：[S]≤0.140%处理铁水量：与转炉铁水装入量相符1.2 脱硫剂采用CaO系脱硫剂1.3 脱硫剂加入量范围处理前铁水s含量目标S 脱硫剂加入量（Kg/t铁）≤40 ≤20 4～4.5 ≤10 6.5-7.041～50 ≤40 3.0-3.5 ≤20 4.0～5.0 ≤10 6.0～6.551～60 ≤40 3.5-4.0 ≤20 6.0～6.5 ≤10 6.0～8.561～70 ≤40 3.5-4.5 ≤20 6.0～8.0 ≤10 7.5～9.071～80 ≤40 4.5-7.5≤20 7.5～9.0 ≤10 9.0～10.581～90 ≤40 5.5-7.0≤20 9.0～10.5 ≤10 10.0～12.591～100 ≤40 6.5-8.0≤20 10.5～11.5 ≤10 12.0～13.5101～110 ≤40 8.0-9.5≤20 11.5～12.5 ≤10 12.5～14.5＞110 ≤40 ≥9.5≤20 13.0～14.5 ≤10 14.5～16.5注：（1）视脱硫剂理化指标上升、下降，可将前[S]减少或提高0.020%。
（2）前[S]≤0.045%时，可将前[S]提高0.005～0.010%。
（3）根据搅拌头状况、铁水带渣量的多少，脱硫剂加入量可适当调整。
（4）特殊情况（如：设备故障、生产节奏紧、前硫未及时分析出来等）脱硫剂加入量可按照上限硫含量进行处理。
2、扒渣作业2.1 启动液压电机，将罐倾翻至扒渣角度（以铁水不能溢出为准）。
2.2 接通扒渣扒电源选择手动或自动操作方法，确认各信号是否正常及各分功能紧停开关位置。
2.3 确认压缩空气入口压力≥0.4Mpa，小车前进端极限在零位，后退端极限在十位上。
2.4 调整大臂高度，试扒后再调整适宜高度。
2.5 当罐内渣块≥600kg（目测）时，原则上不能强行扒渣，应将铁水返回混铁炉。
铁水预处理
铁水预处理技术方案●铁水预处理的热力学及动力学原理●铁水脱硫工艺及装置●铁水三脱（脱硅、脱磷、脱硫）工艺及装置北京科大三泰科技发展有限公司2004-2-13铁水预处理技术方案1．概述铁水预处理技术从上个世纪六、七十年代发展起来到现在已经广泛地应用于各国，用于提高铁水质量，其技术也已经得到迅速的发展，目前可以用于铁水预处理的技术不下二、三十种。
铁水预处理工艺方法主要有：（1）机械搅拌法，有代表性的是日本开发的KR法；（2）吹气搅拌法，包括顶吹喷粉法和底吹法，目前顶吹喷粉法得到最广泛的应用，如ATH、TDS、IRSID、ISIDD等法；（3）喂丝法近年来开始得到应用。
铁水预处理的主要工艺目标是：（1）脱硫；（2）脱磷；（3）脱硅、磷、硫（俗称三脱）；（4）其它。
从处理熔剂的选择来看有：主要是石灰系、碳化钙系、镁系三类脱硫剂，可以单独使用，可以复合应用，往往可以取得更好的冶金效果。
顶吹喷粉法近年发展了更多的工艺形成：产生了混合喷吹法和复合喷吹法以及分步喷吹法等。
从控制模型方面看：近年来更加重视建立较高精度的预处理粉剂喷吹量的控制模型。
还有一些不同的分类方法，但是无论怎样分类，每个企业选择的原则都是一样的，那就是从自己企业近期和长远规划来考虑，结合企业能力、产品目标、市场、经济效益等具体情况选择最适合自己的，最有利的方案。
本技术方案——从三个方面介绍科大三泰公司向用户推荐并可提供的技术装备：（1）（1）铁水罐顶喷纯化镁脱硫；（2）（2）铁水罐采用镁加钙系脱硫剂分步或复合喷吹脱硫（即所谓混喷）；（3）（3）铁水罐采用镁加钙系或者单纯钙系脱硫剂分步或者复合喷吹三脱（脱硫、脱磷、脱硅）；是较高精度顶吹喷粉法；脱硫剂选用钝化镁粒或镁系的；喷吹工艺形式采用单系统喷吹或分步复合喷吹；为了提高镁的利用率，降低喷粉生产成本，同时达到目标硫数值，达到喷粉目的，采用具有较高精度的脱硫剂喷吹量的控制模型（可选择的和可即时调控的）；采用高技术喷射器系统；带气化室的喷枪；采用PLC 全程程控和计算机操作等。
铁水预处理工艺
投资成本(—)
低
一般
较高
铁水预脱硫条件优于钢水脱硫条件，原因：
1.铁水中含有较高的C、Si、P等元素，提高了铁水中 硫的活度系数； 2.铁水中氧含量低，提高渣铁之间硫分配比，脱硫效 率高； 3.铁水含氧量低，因而可以使用强脱硫剂强化脱硫而 不会造成强烈氧化； 4.铁水脱硫费用低于高炉、转炉和炉外精炼的脱硫费 用。
4.3.3 铁水预脱硫的意义 4.3.4 铁水预脱硫的基本原理
A 金属、氧化物及碳化物脱硫 B 碱性渣脱硫 4.3.5 铁水预脱硫的方法 投掷法：将脱硫剂投入铁水中脱硫 喷吹法：用载气将脱硫剂喷入铁水中脱硫 搅拌法（KR法）：通过中空机械搅拌器向铁水
内加入脱硫剂，搅拌脱硫
脱硫工艺的技术比较
脱硫工艺方法
2.Mg／CaC2复合脱硫剂 喷吹Mg／CaC2复合脱硫剂的体系，由于CaC2与［O］
反应生成CaO，MgS(固)不能稳定存在于该体系中，由于 Mg／CaC2复合脱硫剂体系与Mg／CaO复合脱硫体系的脱 氧、脱硫平衡反应是相同的，因此对脱氧、脱硫能力 而言，喷吹这两种复合脱硫剂效果是一样的。
但是，由于CaC2比CaO 昂贵且不安全，因此从脱 硫成本及储运、使用的安全性方面考虑，使用Mg／ CaO复合脱硫剂更安全、成本更低。
高碱度烧结矿
颗粒
0
20-40
O2+烧结矿 50%
40-80
反应速率常数 (min-1) 0.25
0.06
处理后 [Si]%
0.13 0.10 ≤0.10%
4.3 铁水预脱硫工艺 4.3.1 国外铁水预脱硫技术的发展背景与现状
历史背景：60年代，氧枪转炉炼钢的崛起工业的发展 给钢铁材料质量提出了更高要求。
铁水预处理技术2
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三种铁水预脱硅流程：
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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。
铁水预处理技术
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(4) 镁 (Mg)系：
种类：
① 镁焦(Magcoke)； ② 镁合金(MgFeSi)； 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)
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3)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
8.3 铁水预处理脱硅
1 )铁水预脱硅发展背景及现状
转炉炼钢操作-铁水预处理
相关知识
四、常见脱硫剂及特点 1.苏打灰
其主要成分为Na2CO3，铁水中加入苏打灰后，与硫作用发生以下3个化学 反应:
用苏打灰脱硫，工艺和设备简单，其缺点是脱硫过程中产生的渣会腐蚀 处理罐的内衬，产生的烟尘污染环境，对人有害。目前很少使用。
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四、常见脱硫剂及特点 2.石灰粉
其主要成分为CaO，用石灰粉脱方法 2. KR搅拌法
KR法铁水预处理脱硫具体操作要求如下: （1）在处理之前，必须将铁水包内的渣子充分扒除，否则会严重影响 脱硫效果。 （2）处理过程中设置搅拌器的转数一般为90～120r/min，在搅动1～ 1.5min后开始加入脱硫剂，搅动时间约13min左右。 （3）处理完毕后，还需仔细地扒除脱硫渣。 ① KR搅拌法的优点:脱硫效率高、脱硫剂消耗少、金属损耗低。 ② KR搅拌法的缺点:温降大，处理10～15min过程温降约50 ℃，搅拌 过程为了铁水液面波动，液面至包口距离应不小于629mm。
石灰价格便宜、使用安全，但在石灰粉颗粒表面易形成2CaO·SiO2致密层， 限制了脱硫反应进行，因此，石灰耗用量大，致使生成的渣量大和铁损大， 铁水温降也较多。另外，石灰还有易吸潮变质的缺点。
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四、常见脱硫剂及特点 3.电石粉
用电石粉脱硫，铁水温度高时脱硫效率高，铁水温度低于1300℃时脱硫 效率很低。另外，处理后的渣量大，且渣中含有未反应尽的电石颗粒，遇水 易产生乙炔（C2H2）气体，故对脱硫渣的处理要求严格。在脱硫过程中也容 易析出石墨碳污染环境。电石粉易吸潮生成乙炔（乙炔是可燃气体且易发生 爆炸），故电石粉需要以惰性气体密封保存和运输。
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三、铁水预脱硫的方法 2. KR搅拌法
这种脱硫方法是以一种外衬耐火材料的搅拌器浸入铁水罐内，利用搅拌 器在铁水中旋转搅动铁水，使铁水产生漩涡，在铁液面中央部分产生一个漩 涡下流坑，同时加入脱硫剂使其在下陷坑中被卷入铁水内部进行脱硫反应 （如图所示），从而得到脱硫的目的。
3 铁水预处理技术
3.2 铁水炉外脱硅
铁水预脱硅技术是基于铁水预脱磷技术而发展 起来的。
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 磷与氧的结合能力，所以硅比磷优先氧化。这样形 成的SiO2势必会大大降低渣的碱度。 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0.15%以下， 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， 开发了铁水预脱硅技术。
铁水脱硫的情况
国家（地区） 铁水初始硫 （%） 西欧 0.03-0.05 全量脱硫 ≤0.015 ≤0.003 (部分) 50/50 加拿大 0.04-006 全量脱硫 ≤0.015 ≤0.003 (部分) 75/25↑ 美国 0.04-0.06 <0. 003(20%) <0. 005（20%） <0.015(60%) 0/100 Mg+CaO+ CaC2↑ 日本 0.02-0.04 全量脱硫 ≤0.015 ≤0.003 (部分) 75/25↑ CaO+↑(Mg +CaC2) 宝钢 0.025-0.03 <0. 007 (目前) <0. 003 (目标 20%) 100/0↑ CaO+CaC2 +Mg↑
(2) 鱼雷罐车或铁水罐中喷射脱硅剂脱硅
特点：是工作条件好，处理能力大，脱硅效率高且 稳定。
缺点：是占用时间长，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。 宝钢二炼钢的脱硅就是在铁水“三脱”预处理 站中进行的。宝钢1号高炉采用的是将脱硅剂喷入摆 动流嘴内铁水中的工艺，脱硅剂是烧结机的除尘灰， 脱硅效率高且稳定，鱼雷罐内泡沫渣量比较少，与 不脱硅时相比，鱼雷罐铁水装载量下降不多，在脱 硅剂成分和铁水温度符合要求时，铁水硅含量可由 0.42%脱至0.2%。
铁水预处理(脱硫)
【本章学习要点】本章学习铁水预处理脱硫的优点，常用脱硫剂种类及其反应特点，脱硫生产指标，KR法脱硫的生产工艺流程和脱硫的基本操作，混铁车喷吹脱硫的工艺特点和工艺操作。
第一节铁水预脱硫的概念和优点铁水预处理，炼钢生产中主要是指铁水在进入转炉之前的脱硫处理。
广义的铁水预处理是指包括对铁水脱硫、脱硅、脱磷的三脱处理，另外还有特殊铁水的预处理，如含V铁水的提V等。
铁水脱硫是二十世纪70年代发展起来的铁水处理工艺技术，它已成为现代钢铁企业优化工艺流程的重要组成部分。
铁水脱硫的主要优点如下：1.铁水中含有大量的硅、碳和锰等还原性的元素，在使用各种脱硫剂时，脱硫剂的烧损少，利用率高，有利于脱硫。
2.铁水中的碳、硅能大大提高铁水中硫的活度系数，改善脱硫的热力学条件，使硫较易脱致较低的水平。
3.铁水中含氧量较低，提高渣铁中硫的分配系数，有利于脱硫。
4.铁水处理温度低，使耐火材料及处理装置的寿命比较高。
5.铁水脱硫的费用低，如在高炉、转炉、炉外精炼装置中脱除一公斤硫，其费用分别是铁水脱硫的2.6、16.9和6.1倍。
6.铁水炉外脱硫的过程中铁水成份的变化，比炼钢或钢水炉外处理过程中钢水成份的变化对最终的钢种成份影响小。
采用铁水脱硫，不仅可以减轻高炉负担，降低焦比，减少渣量和提高生产率，也使转炉也不必为脱硫而采取大渣量高碱度操作，因为在转炉高氧化性炉渣条件下脱硫是相当困难的。
因此铁水脱硫已成为现代钢铁工业优化工艺流程的重要手段，是提高钢质量、扩大品种的主要措施。
早期的铁水脱硫方法有很多种：如将脱硫剂直接加在铁水罐罐底，靠出铁铁流的冲击形成混合而脱硫的铺撒法。
也有将脱硫剂加入装有铁水的铁水罐中，然后将铁水罐偏心旋转或正向反向交换旋转的摇包法。
之后逐步发展至今天采用的KR搅拌法及喷枪插入铁水中的喷吹法。
第二节常用脱硫剂及脱硫指标一、常用脱硫剂经过长期的生产实践，目前选用作为铁水脱硫剂的主要是Ca、Mg、Na等元素的单质或化合物，常用的脱硫剂主要有：Ca系：电石粉（CaC2）、石灰（CaO）、石灰石（CaCO3）等Mg系：金属Mg粉Na系：苏打（Na2CO3）二、常用脱硫剂反应特点1.电石粉碳化钙脱硫反应为用CaC2脱硫有如下特点：1)在高碳系铁水中，CaC2分解出的Ca离子与铁水中的硫有极强的亲和力。
铁水预处理
一、铁水预处理概述
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。
分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。
普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱P。 特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特殊元素进行 提纯精炼或资源综合利用，如铁水提钒、提铌、脱铬等 预处理工艺。
意大利 Taranto
0.01%占% 80.4 87.0 87.5
0.006%占% 36.4 240 4.7 48.8 240 4.9 62.5 240 5.3
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喷Mg颗粒脱硫处理实绩
铁水罐容量（t） 铁水罐净空高度(mm) 喷吹罐容积(m3) 喷吹压力(Mpa) 喷吹流量(Nm3/min) 喷吹速度(kg/min) 处理前[S] Mg 单耗（kg/t) 温度降低(℃) 喷吹时间(min) [S]≤0.01％ [S]≤0.005％ [S]≤0.01％ [S]≤0.005％ [S]≤0.01％ [S]≤0.005％ 100 800 0.5×2 0.3～0.5 30～60 6～15 0.04% 0.2±0.05 0.46±0.03 10±1 12±1 5±1 7±1
搅拌能 低 高
氧气 比率 低 高
废钢比 低 高
建设投资 低 高
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转炉脱磷主要目的：生产低磷、超低磷钢？
新日铁Matsumiya博士回答：
▪
[P]含量控制：
▪ ▪ 转炉脱磷处理后： 0.018~0.020%; 脱碳转炉出钢： 0.015~0.018％.
▪
采用转炉脱磷－脱碳工艺的主要目的：
1. 提高生产和工艺控制的稳定性；
T. Ueki, et al., The 10th Japan-China Symposium on Science and Technology of Iron and Steel, 2004, p116
铁水预处理工艺
铁水预处理工艺一、引言铁水预处理工艺是钢铁生产中的重要环节，主要用于消除铁水中的杂质和不良元素，提高铁水质量，保证最终产品的质量。
二、铁水预处理工艺的重要性1.提高产品质量–铁水预处理可以去除铁水中的硫、磷等杂质，减少不良元素对最终产品的影响，提高产品的强度和韧性。
–预处理还可以减少氧气含量和气泡形成，改善产品表面质量，降低缺陷率。
2.增加生产效率–预处理可去除铁水中的夹杂物，在后续工艺中减少杂质对设备的磨损和故障，提高生产效率。
–预处理还可以优化浇注工艺，减少浇注时间和成本，提高产能。
3.降低能耗–去除铁水中的杂质和不良元素，可以减少后续工艺中的能耗消耗，提高能源利用率。
–预处理还可以优化燃烧过程，减少燃料的使用量，降低能源消耗。
三、铁水预处理工艺流程铁水预处理工艺一般包括以下几个步骤：1. 铁水净化1.定量加入除杂剂：根据铁水中杂质的含量和种类，控制合适的除杂剂加入量。
2.搅拌混合：通过机械搅拌设备，将除杂剂充分混合均匀，提高除杂效果。
3.沉淀分离：放置经过混合的铁水，使杂质沉淀到底部，然后将上清液排除。
2. 脱硫处理1.加入脱硫剂：根据铁水中硫含量，控制合适的脱硫剂加入量。
2.搅拌混合：将脱硫剂充分混合均匀，增加脱硫效果。
3.沉淀分离：放置经过混合的铁水，使含硫物质沉淀到底部，然后将上清液排除。
3. 脱磷处理1.选择合适的脱磷方法：常用的脱磷方法有碱脱磷、氧化铁脱磷等，根据情况选择合适的方法。
2.加入脱磷剂：根据铁水中磷含量，控制合适的脱磷剂加入量。
3.搅拌混合：将脱磷剂充分混合均匀，增加脱磷效果。
4.沉淀分离：放置经过混合的铁水，使含磷物质沉淀到底部，然后将上清液排除。
四、铁水预处理工艺参数控制1.加入剂控制：根据铁水中杂质的含量和种类，选择合适的除杂剂、脱硫剂和脱磷剂，并控制加入量。
2.搅拌时间：搅拌时间过长可能导致杂质再次悬浮，搅拌时间过短则不能充分混合，控制搅拌时间使铁水充分混合，杂质沉淀到底部。
铁水预处理工艺方法及原理
铁水预处理工艺方法及原理铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉前对其进行脱除杂质元素的一种处理工艺。
常用的工艺方法有：铁沟散料法、铁水罐内喷吹法、铁水罐内机械搅拌法等。
（1）铁沟散料法：高炉出铁时，在铁沟内的铁水上散入工业纯碱（Na z CQ）或复合脱硫剂（由Na z CQ、CaO、CaCQ、CaF?、C粉等配合而成），利用铁水流动时的冲击湍流运动使铁水与脱硫剂搅拌混合，促进脱硫反应，达到脱硫目的—该法简便易行，但脱硫效率波动大（约为20 60% ）、环境污染大、恢硫多。
已基本不用。
（2）铁水罐内喷吹法：如右图所示：在送去转炉的铁路线上设立喷吹脱硫站，喷枪的铁管外复合有耐火材料浇注料，可插入铁水内一定深度，以空气为载体，喷入粉状脱硫剂，进行脱硫，而后耙除脱硫渣，防止恢硫（脱硫渣如果不去掉，在后续过程中，脱硫渣中的硫又会返回铁水中，造成恢硫）。
由于该法使脱硫剂与铁水接触良好，脱硫效率较高，还可脱除部分硅和碳。
常用的脱硫剂：a、钝化石灰粉（不含钝化剂的石灰，存放时间稍长，吸水到一定程度，就会堵塞喷吹系统）。
优点：成本较低、脱硫效率较高。
缺点：环保较差、铁水温降较大。
b、复合脱硫剂（由Na2CO3 、CaO 、CaCO 3 、CaF2 、C 粉等配合而成）。
优点：成本较低、脱硫效率较高、比钝化石灰粉较易耙渣。
缺点：环保较差、铁水温降较大。
c、钝化镁粒（金属镁粒需钝化，否则存放时易氧化，同时载体需改为氮气）。
金属镁粒喷入铁水后，会迅速气化，与铁水接触条件更好，脱硫率很高。
优点：脱硫率很高、喷吹设备和操作很简单、环保较好、铁水温降很小、脱硫渣量很小。
缺点：成本高。
d、钝化镁粒与钝化石灰混喷（结合了金属镁粒脱硫率很高和钝化石灰成本低的优点，还可根据铁水含硫量和所炼钢种，来调节钝化镁粒（0—100%）与钝化石灰的配比，从而达到最佳成本与脱硫率的配合。
优点：脱硫率很高且可调、环保较好、铁水温降较小、脱硫渣量较小、成本较低且可调。
第4章铁水预处理介绍
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4.2 铁水预处理脱硫
4.2.1 铁水预处理脱硫的意义
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，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，以致影响 脱硫反应的进行； 2）铁水中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； 3）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；
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4.2 铁水预处理脱硫
4）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； 5）铁水处理温度较低，对处理装臵的寿命有益； 6）在铁水炉外脱硫的过程中铁水成分的变化比炼钢或钢 水处理过程中钢水成分的变化对最终钢种的影响小。
脱硫费用（$/kg）
项目 高炉脱硫 铁水预处理脱硫 转炉脱硫 最小值 25 6 43 最大值 30 13 311 条件 低硫焦(S:0.45%)增加焦比进行低S铁水操作 从0.04%脱至0.005%S，从0.02%脱至0.005% 0.047%S铁水和0.074%S废钢，0.005%S铁水和 0.015%S废钢
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4.2 铁水预处理脱硫
莱茵法的搅拌器是采用铁芯加强的耐火材料制成的倒 T型 搅拌器，处理时转速为60～70转/分。 其特点是：莱茵搅拌器只是部分插入铁水内部，通过搅拌 使罐上部的铁水和熔剂形成涡流搅动，混合接触，并通过 循环流动使整个包内铁水都达到上层脱硫区来实现预处理 的目的。 采用 RS法脱硫时，用熔剂CaC2： 5～ 8 kg/t，处理时间： 10min，脱硫率：70～80％。
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4.2 铁水预处理脱硫
铁水预处理工艺
高效铁水预处理工艺开发新日铁公司君津制铁所采用将运送铁水的鱼雷罐车(TPC)作为精炼容器的ORP铁水预处理工艺，为大量生产高纯净钢奠定了基础。
然而，因从高炉出铁至转炉出钢的时间长，铁水处理中产生大量泡沫等问题限制了操作。
为此，该所一炼车间于1999投产了由KR（机械搅拌式脱S设备）和转炉型铁水P处理工艺（LD-ORP）组成的新工艺。
与原TPC型ORP工艺按在高炉出铁场脱Si、排除脱Si渣、喷粉脱P脱S的多段式分开处理不同，新工艺是在高炉出铁后到铁水包里采用KR工艺脱S，再用转炉的LD-O RP工艺脱Si脱P的2段式处理工艺，从而集中了处理场所并改善了炼钢物流。
而且，从热力学的观点重新配置了各种预处理反应，还分别采用了各种专用精炼容器的强搅拌（机械和全体搅拌）处理从而提高了精炼速度和效率。
整个工艺流程的产能为220t/炉次。
其中，KR的搅拌叶转速为100~120r?p?m（转/分），处理时间为9~11分钟；LD-ORP的顶吹氧最大为150Nm3;/小时?t，底吹CO2流量8 Nm3;/小时?t，处理时间8分钟。
较之原工艺，新流程缩短了各精炼工序时间，从而将从出铁~出钢的全程时间从原300~450分钟减少到240~350分钟，缩短了25%；还大幅度降低了铁水在运送中的温度，提高了设备周转率，降低了生产费用。
采用转炉渣对铁水脱P神户制钢?加古川制铁所从1999年开始，在铁水全量脱P处理中大量配用转炉炼钢熔渣，从而提高了脱P效率，缩短了脱P时间。
该厂的铁水预处理工艺流程为首先在高炉出铁场脱Si并除渣后，将铁水送往预处理站进行用转炉渣+生石灰（CaO）+铁矿石（FeO）的脱P处理，再用生石灰和碳化钙（CaC2）脱S。
转炉渣配合率与脱P处理后渣中游离CaO（即freeCaO简称f-CaO）密切相关，既提高转炉渣配合率将大大减少渣中f-CaO，当转炉渣配合率由0%提高到50%时，f-CaO由25%减少到5%左右。
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4 铁水脱Si工艺技术
铁水脱Si的重要意义
是铁水脱磷的必要条件 利于减少石灰加入量和渣量 可在低碱度下实现脱Si，成本低
铁水脱Si的工艺方法
铁水沟连续脱硅，分为一段法和 两段法 铁水罐脱硅
铁水脱硅站示意图
铁水脱硅方法的比较
工艺方法 铁水沟连续脱Si 一段法 二段法 铁水罐脱Si
技术指标 脱Si 剂 高碱度烧结矿颗粒 气/固氧比 0 CaO 效率 O2 效率 20-40 反应速率常数(min-1) 0.25 0.13 0.10 O2+烧结矿 50% 40-80 0.06 ≤0.10% 处理后[Si]%
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。 我国有便宜镁资源。
铁水脱硫剂的选择
元素的脱硫能力，由高到低依次为： CaC2、NaO2、Mg、BaO、CaO、MnO、MgO 工业中常用的脱硫剂有： CaO系、CaO+CaC2系、CaC2、CaO+Mg系、 Mg等。
5.2 脱磷前的铁水预脱硅
脱磷过程中硅比磷优先氧化。这样形成的SiO2势必会大 大降低脱磷渣的碱度。因此，为了减少脱磷剂用量、提 高脱磷效率，脱磷前必须优先将铁水[Si]氧化脱除至 0.10%~0.15%。 预脱硅方法：主要有高炉炉前铁水沟上置或顶喷固体氧 化剂脱硅法和铁水罐、混铁车内喷吹脱硅法(顶吹O2)两 种。 高炉要冶炼低硅生铁。
铁水预处理工艺
Pre-Treatment Process of Hot Metal
铁水预处理技术
铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各 种处理。 分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。 普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁 水脱P。 特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特 殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水提 钒、提铌、脱铬等预处理工艺。
三脱(脱硅、脱磷、脱硫)预处理
desilication, dephosphorization, desulphuration
铁水预处理容器பைடு நூலகம்选择
根据铁水预处理容器的选择，脱硫工艺可分为： 混铁车喷吹法 铁水罐法 铁水包法 发展趋势： 采用铁水包作为铁水脱硫预处理的容器
“三脱”工艺 ：铁水罐铁水预处理
铁水脱硫剂性能比较
CaC2 反应平衡常数 （1350℃） 脱硫能力 ［S］min 6.9×105 很强 4.9×10-5％ 1．极易吸潮劣化 特 2．运输和保存时要采用氮气 密封 3．要单独储存 点 4．析出的石墨态碳对环境产 生污染 5．生产其能耗高，价格昂贵 较大 2．资源广，价格低，易加工， 使用安全 3．在料罐中下料易“架桥”堵 料，且石灰粉易吸潮 4．需要惰性气体或还原性气氛 石灰粉（CaO） 6.489 较强 3.7×10-3％ 1．耗量较大，渣量较大，铁损 镁粉 3.17×103 较强 1.6×10-3％ 1．加入后，变成 镁蒸气泡，反应 区搅拌良好 2．经镁饱和后能 防止回硫 3．价格贵，处理 成本高
3.2 四种主要脱硫剂及其脱硫原理
苏打 (Na2CO3)系：(+ 氧化剂，同时脱磷脱硫) Na2CO3(l) ==== Na2O(l) + CO2 Na2O(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！
(1) 满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展 高附加值钢种：如： 船板钢、油井管钢： [S]、[P]<0.005 % 管线钢、Z向钢、IF钢：[S] ≤ 0.002~0.004 % (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。
我国脱硫现状
整体差距太大：生铁一类的质量标准：[S] ≤ 0.03% 宝钢、本钢等企业水平与国外一致 结果：高炉脱硫，操作保守 焦比高、产 量低 国外预脱硫工艺发展趋势铁水罐、混铁车喷 吹法(CaO、CaC2系)、镁系喷吹脱硫法
2.2 铁水预处理的发展趋势
预脱硫 预脱硅 预脱磷(同时脱磷脱硫) 未来以喷吹法为主 脱硫剂受原料经济和钢材产品要求而波动 发展方向： 高效、廉价、易得的复合脱硫剂； CaO系、CaC2系、Mg系“并驾齐驱” 铁水预脱硫处理愈来愈普遍，各种级别钢种都可处 理，特别是优质钢或特殊钢种。 铁水预处理(脱硫) 是提高钢材质量的最经济手段 !
铁水脱硫工艺方法
投掷法，将脱硫剂投入铁水中脱硫 喷吹法，将脱硫剂喷入铁水中脱硫 搅拌法（KR法），通过中空机械搅拌器 向铁水内加入脱硫剂，搅拌脱硫
脱硫工艺的技术比较
脱硫工艺方法 脱硫率(%) 脱硫剂种类 脱硫剂消耗(kg/t) 最低铁水[S](%) 铁耗(kg/t) 温降(℃/次) 处理成本(元/t) 投资成本(—)
6 铁水深度预处理与纯净钢冶炼
6.1 铁水预处理对纯净钢生产的意义 铁水含磷、硫可降到低或超低含量水平。 提高转炉生产率、降低成本、节约能耗。 极低碳钢的清洁度。钢中T[O]、[N]、[H]含量降 低。 有利于复吹转炉冶炼高碳钢时的“保碳出钢技术”。 有效地提高铁、钢、材系统的综合经济效益。
6.2 基于铁水预处理的纯净钢冶炼工艺
5.3 两类脱磷剂
苏打系： Na2CO3 (+ 氧化剂) 2[P]+3(Na2O)+5(FeO) ==(3Na2O P2O5)+5Fe 石灰系： CaO + 氧化剂 + 助熔剂(CaF2) 2[P]+5(FeO)+3(CaO) == (3CaO P2O5)+5Fe 氧化剂：气体O2和/或固体氧化剂 固氧剂：轧钢铁皮、铁精矿粉、烧结返矿粉 助熔剂：萤石(CaF2)、 CaCl2等
碳化钙 (CaC2，电石)系
CaC2(+CaO+CaCO3+CaF2)、 (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！
镁 (Mg)系
种类：① 镁焦(Magcoke)；② 镁合金 (MgFeSi)；③ 覆膜镁粒： ④ 覆膜混合镁 粒：含Mg30~80%，余为CaO。 [Mg ]+ [S] == MgS(固) Mg(气) + [S] == MgS(固) 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 + Log PMg 5.1(低温和 高压有利！)
6.3 铁水预处理与纯净钢生产实践
高炉铁水→常规(轻)脱硫([S]< 0.02%)→复吹转炉(脱 磷、脱碳、升温)→钢水精炼(脱氧、去气体、去夹杂)→ 普通钢水，此即常规流程(生产普通钢种)。 高炉铁水→深度脱硫([S]≤0.005%)→复吹转炉(脱 磷、脱碳、升温)→钢水精炼(脱硫、去气体、去夹杂)→ 低硫钢水([S]≤0.005%)，此即纯净钢流程。其中生产 超 低 硫 钢 ([S]≤0.002%) ， 铁 水 则 要 深 脱 硫 至 [S]≤0.002%~0.003%。
投掷法 60-70 苏打粉 8-10 0.015 30 30-40 — 低
喷吹法 80-90 Mg 系脱硫剂 0.5-2 0.003 <10 <10 15 一般
KR 法 90-95 石灰 10-12 0.002 15-20 20-30 20 较高
2 铁水预处理发展的技术经济背景与现状
2.1 国外铁水预脱硫技术的发展背景与现状
铁水脱磷预处理的工艺优点
铁水预处理脱磷，反应温度低，热力学条件 好，易于脱磷。 铁水中C、Si含量高提高了铁水中磷的活度，有 利于脱磷。 由于铁水预处理脱磷具备良好的化学热力学条 件，渣钢间磷的分配系数是炼钢脱磷的5～10 倍，因而渣量小，可以控制较低的渣中FeO含 量，脱磷成本低。 和炼钢相比，不会因脱磷造成钢水过氧化，影响 钢质量。
基于铁水深度预脱硫的纯净钢冶炼工艺： (北美、欧洲、宝钢、武钢 ) 铁水深脱硫 转炉强化脱磷 钢水喷粉脱磷、脱 硫、升温、真空精炼 基于铁水三脱预处理的纯净钢冶炼工艺： (NSC、Sumitomo、Kobe、Kawasaki、NKK ) 铁水三脱(Si、P、S)处理 复吹转炉少渣吹炼 钢水喷粉脱硫、升温、真空精炼 日本
5 铁水预处理脱磷及同时脱磷脱硫
5.1 脱磷同时脱硫的化学原理 电化学反应：阳极： [P] + 4(O2) ==== (PO43) + 5e
阴极： [S] + 2e ==== (S2) 喷吹法同时脱磷脱硫反应的实质： 在喷枪附近，氧位较高(Po2=1012~1011kPa)，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≤1013kPa)，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 时脱除磷、硫的，即是“同时不同位”。
历史背景：60年代，氧枪转炉炼钢的崛起工业的发 展给钢铁材料质量提出了更高要求。 钢材质量： 强度高、低温韧性好；冷成型和焊接 性能好；抗腐蚀和高温性能好。 用户需求：降低钢中杂质：硫、磷含量越低越好。
国外脱硫现状
世界各国都致力于降低钢中硫含量 80年代初期欧洲钢材市场： 大批量产品含硫量[S] ≤ 0.02%；小量产品 [S] ≤ 0.01%；极少的优质钢[S] ≤ 0.005%。 90年代中期： 约70%的产品[S] ≤ 0.015%； 约50%的产品[S] ≤ 0.01% 。 约28%的产品[S] ≤ 0.005%；约10%的产品 [S] ≈ 0.002%。
镁脱硫的动力学
主要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。