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。

2．铁水预处理的热力学与动力学

2．1 铁水脱硅

1）脱硅反应

[][]()22S i O S i O +=

根据热力学原理不难看出，为了脱硅的同时碳不被氧化，脱硅应在低温下进行，最好不超过1500℃。

2）硅在渣、钢间的分配

由上述脱硅反应可以看出：

[][][][][][]()[][][][]2222222222%32%%%%SiO SiO SiO SiO i Si Si O Si O Si O SiO a X n K a a f Si f O f Si f O γγ=

==∑

()[][][][]2222%(32)%%Si O Si i Si SiO f f SiO L n K O Si γ==∑ 或者

()[][][][][][][]222222(32)%%%%i Si

Si Si Si O Si O SiO n K SiO L f f O c f f O Si γ===∑

以上公式中，

∙

--铁水中硅的活度系数。可以由下述经验公式计算： [][][][][][][]{}38034.51873lg 0.023%0.089%0.011%0.056%0.002%0.23%Si f c Si P S Mn O T T T ⎛⎫⎛⎫=-+++++- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ Si c --铁水的硅容量

由于氧在铁水中活度较底，约451010--,一般用氧的浓度代替活度.

2.2 铁水脱磷

目前的铁水脱磷主要是采用氧化脱磷，其基本反应是：

[][]()

255

2P O P O +=

7560061.87G T ∅∆=-+ 实际过程中，铁水脱磷是在有CaO 的情况下完成的，所以脱磷反应应该是：

()[][]()253513222CaO P O CaO P O ++=

热力学证明，此时的脱磷反应更容易进行。

2．3 铁水脱硫

铁水预处理脱硫是铁水预处理过程的最重要的环节，其优点在于：

1）有利于稳定高炉造渣制度，节约能耗；

2）保证炼钢吃精料，有利于钢铁产品的结构改革，提高质量。

3）有利于钢铁冶金的整个流程实现最优化。

铁水脱硫一般采用如下两种方法：

1）用石灰，铁水脱硫的化学反应为

()[]()[]

s s CaO S CaS O +=+

25290 6.66G T ∅∆=- 热力学计算表明，单纯用CaO 是不能脱硫的，但在[]C 存在的条件下，脱硫反应是很容易进行的，

()[]s CaO S C CaS CO

++=+

2532026.33G T ∅∆=- 2）用钝化金属镁脱硫，这是近几年刚兴起的钢铁冶金新技术，新工艺。其化学反应为

[][]()Mg S MgS +=

或由于镁的沸点是1170℃，当喷入铁水后，来不及溶入铁水即气化，反应为

()[]()g Mg S MgS +=

长期以来，北京科技大学对金属镁粒铁水预处理过程脱硫进行了系统的研究，得到镁在铁水中的物理化学行为及镁脱硫的热力学结果。固态金属镁粒进入铁水后少部分在铁水中溶解，并很快达饱和溶解；大部分镁粒升华后在铁水中形成镁蒸气气泡，气泡直径与固体镁粒直径s D 及温度T 的关系为131.368g S D T D =；单位Kg 的镁粒产生的气泡与铁液界面积，和固体镁粒直径s D 及温度T 的关系为230.015

s T A D =；与

51.0132510pa ⨯的气态镁平衡的镁在铁液中的饱和溶解关系式为：[]6131lg % 1.64Mg T =-+；与铁水中饱和的镁平衡的硫与温度

的关系式为： []22427lg %8.92S T =-

+；吨铁水脱除同样的硫，高温下镁粒的消耗远高于低温。例如，吨铁水脱除300ppm 的硫，铁水温度1600℃时镁粒的理论消耗是1300℃时的1.64倍。

3．铁水罐顶喷吹纯镁脱硫技术

3．1工艺流程及特点

3．1.1工艺流程简介

上述前三种技术方案都属于喷吹法，工艺流程中一般都包括：供粉系统，供气系统，喷吹系统，喷枪运动及夹枪系统，测温取样系统，除尘系统，扒渣系统，枪库，电气控制系统，仪表检测系统，喷枪维修系统，控制操作室，以及相应的铁水罐倾翻车系统，渣罐车系统，轻型吊车等设备。工艺流程的确定要从企业的需要和可能出发，综合