铁水预处理工艺

1、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-0 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100120r?p?m （ 转/分），处理时间为911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

2、程时间 从原300450分钟减少到240350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So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0.060.07提高到0.130.14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，

3、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0.050.1mm, 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,

4、即：2/3Fe2O3+Si=4/3Fe+SiO2 G1=-187620 ( 1)2FeO+Si=SiO2+2Fe G2=-138510 (2)2Fe2O3+Si=4FeO+SiO2 G3=-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160180t，则每次出铁消耗 脱硅剂2.8483.204t,出粉速度为56.9664.08kg/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

5、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 G1=-187075-27.76T (1)CaO(S)+S=CaS(S)+O G2=-109070-29.27T (2)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46kg。3.2.3出粉速度选定 每罐铁60t，每罐铁水消耗脱硫剂量240360kg,每罐铁水喷吹6 10min,出粉速度为3545kg/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0.40.6MPa。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

6、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610min；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40r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40C。据经验，扒渣过程平均温降为1.2C/min。 由此计算，莱钢扒渣环节的温降为10C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90C。3.5 预处理过程的铁水平

7、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CSiMnPS预处理前4.200.400.2500.0500.080预处理后4.000.200.2250.0280.020改变量-0.20-0.20-0.025-0.022-0.060两次扒渣过程铁水损失一般为0.2%，因此每吨铁水损失为2kg。预处理过程中每吨铁 水损失量（包括喷溅造成的铁损）为 7.07kg。一般情况下，处理用脱硅剂量为22.5kg/t，脱硅剂含铁量为59%。预脱硅剂的带铁量为 9.293kg/t。预处理过程的铁水损失与喷入粉剂的带铁量差值为2.223 kg/t,即预处理过程铁水增加 2.223kg/t。4 效益分析脱硅过程吨铁增加成本11.64元；脱硫、脱磷系统吨铁成本费用 10.36元。因此铁水预 处理过程吨铁增加成本22.02元。铁水预处理工艺吨铁可增加效益31.38元，年度处理量为 20万t,因此，铁水预处理工艺年效益可达600万元以上。因此，对铁水进行预处理的工艺技术可行，经济效益显著。同时，铁水预处理可提高高 炉产能、缩

8、短转炉冶炼周期，提高生产效率。此外，三脱粉剂可以利用莱钢烧结、球团等筛 下返矿为原料，可最大限度的利用资源，具有显著的社会效益。国家十一五规划优化发展冶金工业的要求中明确指出：淘汰落后、鼓励企业跨地区集团化 重组、建设钢铁基地等。因此，一些钢铁企业面临重组、改造，沿海地区还有新的大型钢厂 要建。殷瑞钰院士指出：钢厂应该朝着紧凑、连续、高效和可持续发展的方向演进。铁水预处理工艺对现代钢厂尤为重要，已经从最初为满足冶炼低硫或极低硫钢种的需 求，发展成为炼铁炼钢凝固过程优化不可分割的重要环节，特别是随着专用转炉脱硅、 脱磷工艺技术的开发与进展，正在形成一种全量铁水进行“三脱”预处理的先进工艺。新一 代钢厂应大胆采用全量铁水三脱预处理工艺，以建立起高效低成本的洁净钢生产工艺平台， 增强产品竞争力，加快大型转炉节奏，提高生产效率，以实现紧凑、高效、节能的循环型经 济发展模式。铁水预处理的选择需要考虑效果、成本、效率等因素。铁水预处理顺序的选择1 CaO 作“三脱”剂（1）脱硅脱硫脱磷顺序铁水沟处铁鳞脱硅铁水脱硅是放热反应，铁水温度越低，脱硅的效果越好。考虑到铁水的脱硫温降和运输、 等待温降，若将

9、脱硅置于脱硫之后，脱硅时的铁水温度将较铁水沟脱硅更低，铁水预脱硅工 序应尽量置于脱硫之后，而不是在脱硫之前。脱硫反应平衡时%S达10-4数量级，可满足所有钢种的要求；温度的变化对铁水脱硫效果 的影响很小，因此脱硫可考虑提至脱硅之前，在确保脱硫效果的同时使脱硅也处于较好的热 力学条件下。转炉内脱硅、脱磷有资料表明：铁水中%Si大于0.15时为脱硅期，%Si小于0.15时脱磷反应才会开始, 脱磷反应是放热反应，较低温度的脱磷炉内脱硅的热力学条件应是最佳的。因此应取消铁水 沟处的高温脱硅，将其移至脱硫之后的脱磷转炉内和脱磷一同进行。（2）脱硫脱硅、磷顺序“脱硫一脱硅、脱磷”顺序的情况下，脱硫反应平衡时量%S下降了一个数量级。将 脱硅任务放在脱硫之后完成，能明显改善CaO粉剂脱硫的热力学条件。（3）脱硅、脱磷脱硫顺序在“脱硅、脱磷一脱硫”顺序的情况下，脱硫反应平衡时%S为10-3数量级，而在“脱 硅一脱硫一脱磷”顺序下，%S为10-4数量级，在“脱硫一脱硅、脱磷”顺序下，%S为 10-5数量级。显然“脱硫一脱硅、脱磷”顺序下CaO粉剂脱硫反应的热力学条件更好。（4）同时“三脱”机理研究表明：用氮氧复合气体作载气喷吹CaO粉同时进行铁水预处理“三脱”反应 时，脱硅、脱磷主要是在喷枪附近的高氧势区进行的瞬时接触反应；脱硫则是还原性渣和铁 水之间的持久接触反应。对铁水预处理脱硅来说，脱磷转炉顶吹氧加CaO粉剂脱硅的热力学条件是最优的。CaO 的脱磷能力受铁水温度的影响很大，在其它操作条件允许的情况下，应该尽量在 低温下脱磷。 “脱硫脱硅、脱磷”顺序下，专用脱磷转炉脱磷时铁水的温度较同时“三 脱”时低。综合比较认为：CaO作三脱剂时，

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