炼钢第二讲(1)铁水预处理

KR脱硫与喷粉脱硫的比较
岩田勝吉，转炉炼钢节能技术研讨会，中国钢铁工业协会，2005年6月，莱芜
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喷镁脱硫
应用： 中国普遍采用； 日、韩不采用； 欧洲少量采用。 优点： 脱硫效率高； 脱硫剂耗量低； 温降小。 缺点： 扒渣难； 转炉回硫量大。


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脱硫喷煤过程示意图 喷镁脱硫
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KR法
含硫量可从0.06% 搅拌法（KR法） 降低到0.005％
旋转实心搅拌器的
旋转空心搅拌器的搅
拌法（DORA法 ） 37
KR（knotted reactor） 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，在铁水液面中央 部分产生一个涡流下陷坑，同时加入脱硫剂使其在下陷坑中
双向摇包法
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喷吹气体搅拌法 把氮气、氩气、天然气或压缩空气吹
入铁水，使铁水与脱硫剂搅拌混合。
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喷吹气体搅拌法
垂直插入
用气体携带脱硫剂向混铁车的铁水中喷吹
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喷吹气体搅拌法
由铁水包的上部加脱硫剂 ，下部通入气体搅拌。
镁脱硫方法目前国内普遍应 斜插
用的方式有：单喷颗粒镁、
CaO-Mg复合喷吹、CaC2-Mg 复合喷吹，这几种方法均具 有生产[S]≤0.005%铁水的深 脱硫能力。 43
被铁水内部进行脱硫反应，从而达到脱硫的目的。
优点：脱硫效率高、脱硫剂耗量少、金属损耗低等。
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非卷入型机械搅拌法
特点：在钢包内只设一个简单
的倒T字形耐火材料搅拌棒， 旋转搅拌棒使脱硫剂与铁水混合
进行脱硫。但脱硫时间长，
不能采用镁脱硫剂。
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机械搅拌法
转动容器的 机械搅拌法
单向摇包法 设备复杂，维修费用高和难于大型化
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电石粉（CaC2）
特点：脱硫效率高，温度低时《1300℃脱硫低；
CaC2+[S]=CaS+2[C]
脱硫效率受温度和粒度影响较大，安全性不高。
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（3）金属镁 优势：深脱硫，速度快，时间短，可满足连铸 的快节奏，脱剂量少，铁水温降少，广 泛使用。
铁流搅拌法
喷 吹 气 体 搅 拌 法
30
搅 拌 脱 硫 法
20
日本住友金属鹿岛厂开发了“住友碱精炼法” 碳酸钠精炼法 缺点： 钠的损失大且会污染环境
工艺过程为: 铁水流入鱼雷车后, 先喷吹烧结矿粉进行脱硅处 理,用吸渣法排除渣后, 喷入苏打粉脱磷脱硫,处理后铁水[ P ] 21 ≤0.101 % , [ S ] ≤0.1003 %。
专用转炉进行脱磷预处理 90年代中后期日本企业开发成功；
炼钢第二讲（1） 铁水预处理
1
炼钢原材料
炉外精炼
铁水预处理
转炉炼钢工艺
2
铁水预处理
定义
铁水兑入炼钢炉之前，为脱硫、 脱硅和脱磷而进行的处理过程。
3
铁水预处理
硅的危害： 增大转炉冶炼时的渣量； 与脱磷相干涉。
磷的危害： 冷脆；
硫的危害： 热脆；
降低焊接性、冷弯性能和塑性。 降低焊接性、抗腐蚀性和耐磨性。
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
脱磷速率常数/min-1
0.00 0.00
[Si]/%
硅含量与脱磷速率常数的关系图
7
预脱硅技术 1、铁水预脱硅基本原理
铁水中的硅与氧有很强的亲和力，因此硅很容易
与氧反应而被氧化去除。
[Si]+O2=SiO2 [Si]+FenOm=SiO2+Fe 8
铁水“三脱”工艺
铁水三脱预处理（ ORP法 ）工艺流程
50
49
46
喷镁脱硫
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一些新建钢厂采用KR铁水脱硫
采用CaO-CaF2-CaC2系脱硫剂； 脱硫剂作用时间长；
大约12min脱硫反应可基本达到平衡；
脱硫处理时间较喷粉工艺缩短5min； 脱硫效率提高20－35％左右。
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百度文库
铁水“三脱”工艺
SARP生产工艺流程图
将高炉铁水首先脱Si，当[Si]＜0.1％后，扒出高炉渣，然 后喷吹苏打粉19kg/t，使铁水脱硫96％，脱磷95％。 49
预脱硅技术 2、种类
固体氧化剂：高碱度烧结矿、氧化铁皮、铁矿石、 铁锰矿、烧结粉尘。 气体氧化剂：氧气或空气。
9
预脱硅技术
3、三种方法
1）、高炉出铁沟脱硅 ； 2）、鱼雷罐车或铁水罐中喷射脱硅剂脱硅； 3）、“两段式”脱硅，即为前两种方法的结 合，先在铁水沟内加脱硅剂脱硅，然后在鱼雷罐 车或铁水罐中喷吹脱硅。
Ca系 Na系
Mg系
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（1）苏打灰（Na2CO3）
优点：能力强，同时脱硫、磷效率高；Mn，C、Fe损失小； 稀有元素可回收； 缺点：Na汽化损失，污染环境，腐蚀设备，影响耐材寿命； 铁水温降大； 价格贵，成本高；
Na2CO3＋[S]+2[C]=Na2S+3[CO]
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（2）石灰粉(CaO) 优点：使用安全、操作简单，价格低； 缺点：需在高温下操作，铁损大
4
铁水预处理
目的
提高钢水的纯净度，大批量生产低磷、低硫成为可能；
1 3
2 3
4
降低全工序成本，如合金和耐火材料的消耗；
可使转炉操作简化和标准化，产量提高； 工序更易调度。
5
1
预脱硅技术
铁水预 处理
3
2
预脱磷技术
预脱硫技术
6
预脱硅技术
为什么先脱硅？
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
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。
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脱磷剂
氧化剂――――氧气、氧化铁、轧钢铁皮、连铸铁皮等 将铁水中的磷氧化 固定剂――――CaO，Na2CO3； 5NaCO3+4[P]=5(Na2O)+2(P2O5)+5C
3(Na2O)+(P2O5)=(3NaO· P2O5)
使磷稳定地结合在炉渣中 助熔剂――――CaF2，CaCl2。 生产低熔点的化合物，溶于渣中。 18
10
预脱硅技术
出铁沟脱硅
自然落入法
11
预脱硅技术
出铁沟脱硅
气体搅拌法
12
预脱硅技术
出铁沟脱硅
液面喷吹法 铁水内喷吹法
优点：工艺、设备简单；
脱硅不占用时间，能大 量处理，温降小，时间 短，渣铁分离方便。 缺点：用于脱硅反应工
作条件较差、氧的利用
率低和有起泡现象。
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预脱硅技术
铁水罐脱硅
特点
•工作条件好， •处理能力大， •脱硅效率高且 稳定。
铁水预 脱硫方法
铁流搅拌法
定义 优点
缺点
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铁流搅拌法—铺撒法
定义
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铁流搅拌法
优点
设备和操作都很简单
缺点
脱硫效率低，而且不稳定
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搅拌脱硫法
机械搅拌法
喷吹气体搅拌法 34
机械搅拌法示意图
35 脱硫效率高且稳定，能得到低硫或超低硫的铁水
种类
KR法
DORA法
非卷入型机械搅拌法
转动容器的机械搅拌法
缺点
•占用时间长， •温降较大。
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预脱硅技术
“两段式”脱硅
当硅含量大于0.4%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
若炼钢厂扒渣能力不足，应采用两段脱硅法。
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预脱硅技术
“两段式”脱硅效果
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预脱磷技术
1、铁水预脱磷的基本原理
铁水中的磷首先氧化成P2O5，然后与强碱性氧化物结合 成稳定的磷酸盐而去除。 2、脱磷剂由氧化剂、固定剂和熔剂组成。
两种方式。
不同预处理工艺脱磷比较
脱磷工艺 常规“三脱” 转炉 De-P 炉渣碱度 4～8 1～2 (T.Fe) 2～5％ 7～18％ 脱硅处理 加入莹石 炉渣泡沫化 炉渣再利用 必需 不需要 需要 不需要 轻 重 难 易
脱磷工艺 常规“三脱” 转炉 De-P
容器自 由空间 小 大
炉气 处理 简单 OG
日本钢铁企业大规模采用；
宝钢已采用；
处理过程分两步进行: 首先在高炉
出铁沟用喷吹法对铁水进行脱硅处
理, 产生的脱硅渣用撇渣器去除; 随后, 脱硅的铁水被装入H炉内进行
脱磷、脱硫处理。脱磷时要喷吹石
灰系渣料、同时顶吹氧气, 脱磷后再 用喷入苏打灰系渣料的办法进行脱硫
处理。经预处理的铁水再装入转炉内
进行脱碳。
搅拌能 低 高
供氧 速率 低 高
氧气 比率 低 高
废钢比 低 高
建设投资 低 高
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脱硫
脱硫原理
钢铁冶炼脱硫，就是要形成稳定的硫化物，并
能与钢或铁水顺利分离。
脱硫基本反应方程式如下：
Mg(g)+[S]=MgS(s) ΔGΘ=- 427367+180.67 T
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脱硫剂
苏打灰（Na2CO3） 石灰粉(CaO) 电石粉（CaS） 金属镁
总用量大约为吨铁水35公斤。配比：CaO42％-Fe2O346%-CaF212%。
预脱磷方法
在高炉出铁沟或出铁槽内进行脱磷； 在铁水包或鱼雷罐车中进行预脱磷； 在专用转炉内进行铁水预脱磷。
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铁水包喷吹法 优点： 铁水罐混合容易， 浸入 反应动力学条件好 缺点：
吹炼时间长，温降大 渣多
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专用转炉脱磷特点： 1、与混铁车内或铁水包中进行的铁水预处理相比, 在专用转 炉内进行脱磷预处理的优点是转炉的容积大、反应速度快 、效率高、可节省造渣剂的用量, 吹氧量较大时也不易发
生严重的喷溅现象, 利于生产超低磷钢, 尤其是中高碳的
超低磷钢。 2、在转炉内进行铁水预处理时脱磷剂有喷粉加入和直接加入