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1

999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CO

2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-C

aO由25%减少到5%左右。这样就改善了炉渣的熔融特性，从而可提高脱磷效率，当

转炉渣配合率由0%提高到50%以上时脱磷效率可由0.06～0.07提高到0.13～0.14既

提高一倍。

由于增加了喷吹设备，根据处理前铁水Si、目标P来调整脱磷剂组成，进行二

次搅拌；且将脱磷剂的喷吹速度从原来的500公斤/分提高到800公斤/分。另外，在

提高转炉渣配合率促进成渣性的基础上，减少了稀渣用氟化钙加入量（将其浓度控

制在3%以下），从而抑制了喷吹过程中渣的喷溅。

在上述一系列改进措施的基础上，铁水脱磷的处理时间从原来的42.3分/炉缩

短到23.5分/炉,大大提高了效率。(.E021W03011.)

2.2 铁水预处理方案

750m3高炉铁水脱硫、脱磷工艺布置见图1。

图1 750m3高炉铁水预处理工艺布置

莱钢炼钢厂铁水脱硫站有两个扒渣工位、两个喷吹工位，处理能力不能满足4座750m3高炉铁水的全量处理，需在炼钢现脱硫站再增加1个喷吹工位、4个扒渣工位，并对上料系统、喷粉系统、除尘系统、成分分析及传输系统进行适应性改造。

3 主要工艺技术参数选定

3.1 脱硅

3.1.1 脱硅剂的配制与物化指标脱硅剂自行研制，采用除尘灰为主要原料。除尘灰物化性能：堆比重1.8t/m3，粒度0.05～0.1mm，TFe 含量大于56%，水分小于1%。脱硅过程中极易产生泡沫渣，因此脱硅剂中要考虑消除气泡从而抑制炉渣的形成，粉剂中可适当配以部分锰矿、铝粉等。

3.1.2 脱硅剂用量与脱硅效率脱硅载气为氮气，不考虑气体脱硅部分，因此，脱硅反应主要为脱硅剂中氧与硅的反应，即：

2/3Fe2O3+[Si]=4/3Fe+SiO2 ΔG1=-187620 （1）

2FeO+[Si]=SiO2+2Fe ΔG2=-138510 （2）

2Fe2O3+[Si]=4FeO+SiO2 ΔG3=-285840 （3）

该反应温度、碱度（0.35）下渣中FeO含量在20%左右。经计算脱硅剂中的Fe2O380%生成Fe，20%生成FeO时，渣中FeO含量为19.26%。处理100kg铁水，铁水[Si]由0.45%脱至0.20%，脱硅剂消耗量为1.78kg，生成金属铁0.616kg，终渣碱度0.31。

3.1.3 出粉速度选定按吨铁消耗脱硅剂17.8kg计，每次出铁160～180t，则每次出铁消耗脱硅剂2.848～3.204t，出粉速度为56.96～6

4.08kg/min。

3.1.4 喷粉罐容积选定选择原则为每班加一次脱硅剂，脱硅剂上料时间以电子称显示为准。喷粉罐两个，容积为5m3。

3.1.5 高位料仓容积选定高位料仓主要作用是粉剂加入喷粉罐前的中间过渡，由电子称显示罐内粉剂重量。高位料仓的最小容积为运料车料罐的容积，尽量减少装料次数及投资。容积选定为8m3。

3.1.6 氮气储气罐为稳定氮气压力，设氮气储气罐。粉气比为20kg/m3，计算气体流量

2.42m3/min，最大工作压力2.0MPa，储气罐容积50m3。

3.2 脱硫、脱磷

3.2.1 脱硫、脱磷剂的选择与物化指标脱硫剂采用钙镁系脱硫剂，考虑到同时脱除部分磷，配加少量CaF2、Na2CO3。

3.2.2 脱硫剂用量脱硫剂脱硫机理为：

MgO（S）+[S]=MgS(S)+[O] ΔG1=-187075-27.76T （1）

CaO(S)+[S]=CaS(S)+[O] ΔG2=-109070-29.27T （2）

CaO(S)+[S]+[C]=CaS(S)+CO(g)ΔG3=-86670-68.36T （3）

处理1000kg铁水，[S]由0.08%脱至0.02%，脱硫剂消耗量～2kg，实际喷吹过程中由于喷吹参数及包内渣的影响，吨铁脱硫剂的消耗为4～6kg。

3.2.3 出粉速度选定每罐铁～60t，每罐铁水消耗脱硫剂量240～360kg，每罐铁水喷吹6～10min，出粉速度为35～45kg/min。

3.2.4 喷粉罐容积选定每班加一次脱硫剂，脱硫剂上料时间以电子称显示为准。喷粉罐容积为3m3。

3.2.5 气体脱硫系统采用氮气作为载体，氮气压力0.4～0.6MPa。

3.2.6 喷枪结构中心喷吹管为无缝钢管，外部涂敷高寿命耐火材料。

3.3 预处理过程耗时

3.3.1 脱硅过程耗时由于脱硅过程在铁水出铁过程中完成，因此，可以认为预脱硅过程耗时为零。

3.3.2 脱硫站范围内扒渣、脱硫耗时铁水在脱硫站范围内的耗时情况为：铁水罐到位2min；扒渣～4min；喷吹脱硫6～10min；二次扒渣～4min；铁罐运行～5min。每罐铁水在脱硫站范围内需耗时23min，脱硫站共三个工位，可同时处理三罐铁水，即750m3高炉的一次出铁量。4座750m3高炉平均27min出一次铁，可与处理站处理时间匹配。

3.4 预处理过程温降

在铁水脱硅过程，虽然是放热反应，但是由于加入了一定量的脱硅粉剂，仍会使铁水处理后温度有所下降；而就脱硫而言，过程降温更是在所难免。在铁水预处理过程中其温降构成为脱硅过程温降，脱硫、脱磷过程温降，和铁水扒渣过程温降三部分。

根据莱钢生产实际，脱硅过程的铁水温降应为40℃左右。脱硫、脱磷过程温降主要取决于粉剂加入量和处理时间，过程温降低于40℃。据经验，扒渣过程平均温降为1.2℃/min。由此计算，莱钢扒渣环节的温降为10℃左右。

由此可以认为，在莱钢现有条件下，铁水预处理的过程温降约为90℃。

3.5 预处理过程的铁水平衡

预处理过程前后的铁水成分变化见表4。预处理过程碳的脱除率为2%，锰的损失率为10%。

表4 预处理前后铁水成分的变化%

铁水成分

C

Si

Mn

P

S

预处理前

4.20

0.40

0.250

0.050