冶金新铁水预处理ppt课件.ppt

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1、,冶金新技术 第二篇：炼钢新技术主要内容 1、铁水预处理 2、转炉溅渣护炉技术 3、无缺陷连铸坯 4、炉外精炼，LF/VD,第一章 铁水预处理本章主要内容 1、铁水预处理意义 2、铁水预处理脱硅（重点） 3、铁水预处理脱磷（重点） 4、同时脱磷脱硫（难点）,1、铁水预处理意义和发展概况1.1、降低成品钢中磷、硫含量 （1）使进入转炉的铁水初始P、S含量比较低，为最终钢坯获 得低P、低S创造条件；（2）国外冶金技术先进的国家成品钢中P、S含量控制比我国 低；1.2、优化工艺过程 （1）根据各个反应的特点设计反应器； （2）高炉可以适应各种原料，因铁水成分基本要求放宽； （3）转炉负担减轻，冶炼周

2、期缩短； （4）成本方面： 增加部分：增设预处理站，处理成本，（包括粉剂 ） 减少部分：转炉造渣用料减少，金属损失减少， 渣量减少，锰铁用量减少 综合：见图所示。,少渣炼钢,优化转炉冶炼指标,降低吨钢成本,1.3、提高优质钢的比例 1.4、日本、美国发展迅速（1）100%进行铁水预处理脱硫（2）40%80% 进行铁水预处理脱磷 （3）脱磷、脱硫技术比较成熟,1.5、国内基本状况1.5.1、宝钢 一炼钢：铁水预处理脱硫 扒渣 LD 炉外精炼 CC 二炼钢：脱硅扒渣 脱磷扒渣脱硫扒渣 LD 炉外精炼CC （1） 设备特点 1) 流态化装置性能可靠 -粉剂在喷粉罐上部呈悬浮状,粉剂和气流均匀混合，不

3、会产生“喉 喘”； 2) 喷粉速度在线控制和调节 -喷粉速度控制较精确，实现在线调节使喷粉速度符合熔池反应规 律节约时间节省物料；,3) 喷粉罐内压力恒定 -通过对喷粉罐顶的压力予以控制，实现罐内压力恒定，从而使流 速稳定； 4)喷枪设计新颖 -倒“T”型，符合鱼雷罐内型熔池反应动力学需要，内管用不锈钢 材质，用以喷吹N2和O2， 外管喷吹N2和粉剂 ，喷枪外用高铝浇 注料； 5) 自动化程度高 -USOP：操作站，实现动态跟踪与控制； -UFCH：控制装置； -UFMM：监视装置； 实现喷吹全过程的“信息操作”，达 到最优化,1-2-3 混铁车脱硫间布置图,1-2-5 混铁车脱硫间的设备流程

4、图,（3）宝钢三脱粉剂组成,（4）二炼钢铁水预处理工艺 宝钢铁水预处理脱磷从1998年开始进行，在摆动溜槽内设挡板撇脱硅渣；然后在铁水处理站先脱磷，不扒渣，接着用100%苏打脱硫。其脱磷率8590%，脱硫率8286%。 （5）不扒脱磷渣，苏打的特殊性。 （6）一炼钢石灰、电石两种粉剂。,1.5.2、太钢（1）工艺流程 ： 1） 脱硫 2） 脱硅、脱磷、脱硫 3） 铁水沟脱硅、铁水站脱硅、同 时脱磷、脱硫 （2）处理能力，设备性能 1）设备占地1700m3，设备总重148t，年处理脱硫铁水0万t，脱磷 铁水 7.8万t. 2) 储粉喷吹系统：下出粉型，计算机控制,4)采用固定台式悬臂液压扒渣机

5、5）喷粉枪 日本原装喷粉枪 太钢试制3种枪：高铝石墨组装喷粉枪 高铝碳化硅整体捣铸喷粉枪 普通高铝质整体捣铸喷粉枪 使用结果表明：高铝石墨组装喷粉枪达到日本原装喷粉枪 的寿命。 说明我们国家完全可以达到国际先进水平不一定依赖进口。,（3） 三脱粉剂wt%,（4） 处理过程中、CI的变化,1.5、与国外冶金技术先进的国家之间的差距（1） 处理比高，入转炉磷、硫含量低 （2）处理比高：我 国：铁水预处理脱硫：25%；脱磷：10% 先进国家：脱硫：80%100%； 脱磷： 40%80% 如日本：新日铁，八幡厂：100% 新日铁，君津厂：100% 新日铁，大分厂：100% （3）工艺比较先进。,l 较

6、多采用铁水沟脱硅日本各大钢厂普遍采用铁水沟脱硅的方式，认为有许多优点，如八幡、君津、大分、歌山、鹿岛等厂家都采用了这种预处理方式。脱硅率一般在40左右，虽然脱硅率不高，但为其后的进一步脱硅和脱磷创造了良好的条件。日中岛由尾并做了中间性质的实验研究。 日本采用铁水沟脱硅其后仍然设立铁水脱硅站，两者是结合起来的。铁水沟脱硅后，不仅铁水站的脱硅任务大大减轻，而且可以减少喷溅，同时硅也可以脱得更低。,2、铁水预处理脱硅2.1、脱硅的目的（1）（传统）转炉冶炼最合适的硅含量：0.25%0.35% 从转炉冶炼的角度来看，基本上不需要脱硅。（2）Si的氧化趋势比P强，Si高无法脱磷；所以脱硅 主要为脱磷创造

7、条件。2.2、铁水预处理脱硅的工艺实施（1）铁水沟脱硅和预处理站脱硅 两种方法简介,（2）铁水沟脱硅 1）温降小，能大量进行处理； 2）不需要增加预处理时间，不占用铁水罐； 3）可以用喷吹法，也可以用投入法， 4）用撇渣器撇渣，不用增设扒渣设备； 5）脱硅率不高，50%75%。 6）操作环境问题；因高炉出铁场本身比较狭窄， 本身环境污染严重，增加脱硅项目后，更造成操作环境恶 化。,（3）铁水站脱硅 1）铁水站脱硅在铁水罐或鱼雷罐车中进行。 2）操作条件好，对操作环境污染小； 3）脱硅效率高、稳定。 4）缺点是占用一定时间（处理时间，又导致温降） （4）选哪一种需要考虑的因素： 铁水含硅量； 高

8、炉场地 ；,2.3、脱硅剂 主要有：氧气；铁矿石；氧化铁皮加少量石灰（1）氧气 反应式：Si+O2=（SiO2） 2C+ O2=2CO； 2Mn+ O2=2（MnO）（2）铁矿石 Si+2（FeO）=SiO2+2Fe（3）氧化铁皮加少量石灰Si+2（FeO）+2（CaO）=（2CaOSiO2）+2Fe 加入石灰的目的降低SiO2的活度。,2.4、铁水预处理脱磷前合适的硅含量 讨论脱硅深度的问题。（1）Si0：铁水预处理脱硅是为脱磷作准备的。一些研究者指出，铁水预处理脱磷的条件是Si0.15，但也有的学者认为Si0.20 即可进行脱磷，有的学者认为Si0.10 才能有效的脱磷。日本中岛等对铁水的

9、同时脱硅、脱磷进行了中间实验研究，在硅含量为0.4 时即用高碱度渣吹氧进行同时脱硅、脱磷，Si最终与P同时下降。一般磷达到0.006 时磷达到0.004。,（2）硅含量以小于0.08-0.12 为宜； 这一含量大部分冶金工作者认识趋于一致。 （3）脱磷过程中Si继续下降 即使在硅小于0.10 的情况下，随着脱磷的进行，硅会 继续下降；同时锰、碳也有一定的损耗。因此铁水预处 理脱磷对炼钢有一定影响。,2.5、脱硅过程引起的泡沫渣（1）脱硅过程中碳参与反应： 产生具有搅拌作用的气体（2）泡沫渣现象 1）转炉、电弧炉、LF炉需要泡沫渣 转炉是自然形成，三相乳化促进反应； 电弧炉适当造渣，在脱碳反应形

10、成泡沫渣； LF炉电弧加热完全靠人力造泡沫渣， 2）泡沫渣形成的条件： 内因：渣的性质：表面张力（）、粘度（）合适； 外因：有搅拌的气体；产生（通常是CO气）,（3）铁水预处理脱硅泡沫渣的危害 1）造成喷溅：铁水损失； 2）铁水罐装入量减少； 3）增加清理工作量；（4）采取措施 1）加入消泡剂：以MgO为主的粉剂，增加渣的粘度。 2）及时清理现场。,2.6、脱硅过程C、Mn的损耗 原始含量 脱硅后 脱磷后碳C%： 4.21 3.95 3.86 锰Mn% 损失30%40% 损失10%20%碳总损失：8%，脱硅过程损失6%，脱磷过程损失2%。2.7 、脱硅渣的扒除（1）铁水沟脱硅：利用撇渣器 宝钢

11、摆动溜槽，开溢出槽 不需要另外人工用机械设备扒除。（2）预处理站脱硅：必须通过机械手（装置）扒渣。,3、铁水预处理脱磷3.1、热力学分析（1）铁水脱磷反应式：C参与反应 分子反应式： 2P+5（FeO）+3（CaO）=（Ca3P2O8） 离子反应式：2P+5（Fe2）+8（O2）=2（PO43）+5Fe （FeO）+C=Fe+CO 特点：粉剂中必须含有氧化性物质（氧化铁）、碱性物质 （氧化钙）、溶剂（氟化钙）； 碳、硅、锰参与反应消耗氧，溶剂中FeO含量应比较 高； 碳提高磷活度系数； 产生CO有搅拌作用。,3.2、铁水预处理工艺实施（1）铁水罐喷吹作业 喷粉系统：贮粉罐；喷粉罐；给料器；管道

12、；喷枪 一般在炼铁厂与炼钢厂之间，有两条作业线，（2）喷吹作业 空气作载气，可以提高氧气比例 粉剂小于0.5mm，经过表面处理，或钝化处理，利于 喷吹作业，不堵枪和管道。（3）用“T”字型碰枪，在鱼雷罐车上垂直插入铁水中； 用直通管，倾斜插入。（见图） （4）喷吹时间：3050min。,1-2-16 混铁车内搅拌状态流动实验,1-2-17 喷嘴形状简图,1-2-57 斜插顶喷法示意图,3.3、脱磷粉剂与脱磷率（1）CaOFe2O3CaF2系 各组元含量：CaO42%Fe2O346%CaF212% 1）这是最基本的脱磷粉剂组成； 2）Fe2O3及喷吹的空气中的氧气担当氧化剂； 3）CaO：碱性物

13、质，降低脱磷产物的活度； 4）CaF2：助熔剂，促进反应进行。 5）钙氧比 与碱度相比，在铁水预处理情况下不能用碱度。,渣钢间脱磷反应（转炉内），用碱度 表示渣脱磷的 能力。在熔渣中SiO2的含量影响CaO的活度，影响脱磷率。 在粉剂脱磷时，由于基本上没有 SiO2，此时CaO、Fe2O3 之间的相对含量影响脱磷率。 5）钙氧比 在0.951.10之间。,6）钙氧比与铁水成分的关系 Si含量 C含量 Si、C含量高，Fe2O3含量适当高，钙氧比值小； Si、C含量低，Fe2O3含量适当低，钙氧比值大； 是由脱磷反应式决定的。,7）钙氧比与脱磷率的关系（条件：CaF2含量恒定）,图. CaO/F

14、e2O3对脱磷率的影响,8）CaF2含量对脱磷率的影响（钙氧比恒定）,图 CaF2含量对脱磷率的影响,（2）CaOFe2O3CaF2Al2O3系 各组元含量：CaO38%Fe2O344%CaF26% Al2O3 12%。 加入Al2O3的目的是减少CaF2的用量； 同时Al2O3也可以起到CaF2的作用； 目前钢铁冶金中尽可能少用CaF2，目的：减少环境污染， 减少对设备的腐蚀。,Al2O3的影响（ CaF2=4%，钙氧比是定值。）,图 Al2O3的含量对脱磷率的影响,（3） CaOBaOFe2O3CaF2Al2O3系 各组元含量： CaO30%BaO10%Fe2O346%CaF24% Al2

15、O3 10%。 这一溶剂是用BaO 部分代替CaO。,碱性物质：Mg、Ca、Sr、Ba现在应用情况：金属Mg用于铁水预处理脱硫 CaO、BaO用于粉剂配比。,BaO 部分代替CaO对脱磷率的影响（CaO%+BaO%=40%）,图 BaO含量对脱磷率的影响,3.4、脱磷工艺参数3.4 .1、脱磷前硅含量对脱磷率的影响（1）Si氧化趋势比P强； Fe2O3消耗与硅的氧化；（2）生成SiO2降低CaO的活度,图 初始硅含量对脱磷率的影响,3.4.2、气氧比（图） 用空气作为载气喷吹脱磷粉剂，有气体的氧，有固体粉剂中 的氧。 喷吹带入的氧气占总提供的氧（气体的氧和固体粉剂中 的氧之和）的比例。 气氧比

16、高，温降小，反之温降大。 可以用空气加纯氧提高气氧比。3.4.3、粉剂单耗（kg/t）（图） 宝钢在 3035kg/t 范围。 单耗低，脱磷率也低；单耗高，脱磷率也高，但是当单耗超 过一定值时，脱磷率增加较少。因此有一个较好的单耗值。 影响单耗的主要因素是：原始硅含量，锰含量。,讨论： 脱硫粉剂单耗（kg/t）912 （kg/t）； 脱磷粉剂单耗：3035 （kg/t） 原因：脱硫 ：CaO与S反应，直接完成；（CaO不与C、 Si、Mn，粉剂仅消耗于与脱硫的反应。 脱磷：Fe2O3 与P、Si、C、Mn反应， CaO再与P2O5反应，所以粉剂消耗量大。3.4 .4、脱硅、脱磷后转炉的造渣 此

17、时铁水中Si含量在：0.00410.007% 范围，需要加入SiO2 以使石灰迅速溶解。 形成一项新技术：铁酸钙预熔渣技术,1.3、少渣炼钢,优化转炉冶炼指标,降低吨钢成本,第二章铁水预处理现状2、1宝钢 一炼钢：铁水预处理脱硫 LD 炉外精炼 CC 二炼钢：脱硅扒渣 脱磷 脱硫，扒渣 LD 炉外精炼、 l 设备特点(1) 流态化装置性能可靠 -粉剂在喷粉罐上部呈悬浮状,粉剂和气流均匀混合，不会产生“喉喘”；(2) 喷粉速度在线控制和调节 -喷粉速度控制较精确，实现在线调节使喷粉速度符合熔池反应规律，节约时间节省物料；,(3) 喷粉罐内压力恒定 -通过对喷粉罐顶的压力予以控制，实现罐内压力恒定

18、，从而使流速稳定；(4) 喷枪设计新颖 -倒“T”型，符合鱼雷罐内型熔池反应动力学需要，内管用不锈钢材质，用以喷吹N2和O2， 外 管喷吹N2和粉剂 ，喷枪外用高铝浇注料；(5) 计算机动态控制，自动化程度高-USOP：操作站，实现动态跟踪与控制；-UFCH：控制装置；-UFMM：监视装置； 实现喷吹全过程的“信息操作”，达到最优化,工艺参数,l 三脱粉剂组成,2、2太钢铁水预处理现状（1）工艺流程 ： 1） 脱硫 2） 脱硅、脱磷、脱硫 3） 铁水沟脱硅、铁水站脱硅、同时脱磷、脱硫（2）处理能力，设备性能 设备占地1700m3，设备总重148t，年处理脱硫铁水0万t，脱磷铁水7.8万t.(3

19、) 储粉喷吹系统：下出粉型，计算机控制,(4) 采用固定台式悬臂液压扒渣机 喷粉枪日本原装喷粉枪高铝石墨组装喷粉枪高铝碳化硅整体捣铸喷粉枪 普通高铝质整体捣铸喷粉枪 使用结果表明：高铝石墨组装喷粉枪达到日本原装喷粉枪的寿命。, 三脱粉剂wt%,第三章脱硅3.1、脱硅的热力学条件（1）脱硅反应式 Si+2O=SiO2 Si+O2=SiO2 Si+2（FeO）=SiO2+2Fe（2）条件 1）氧化性气氛； 2）低温； 3.2、脱硅与脱磷条件相比 2P+5（FeO）+3（CaO）=3CaOP2O5+5Fe （1）脱磷的条件 1）高的氧位；2）高碱度；3）适当低的温度,最大的区别：脱硅基本不需要造渣；

20、而脱磷必须造渣必须加入 碱性物质如CaO3.3、铁水沟脱硅和预处理站脱硅(1)出铁沟脱硅 高炉出铁沟脱硅优点：温降小，能大量进行处理；不需要增加预处理时间，不占用铁水罐；脱硅剂的添加方法最早采用投入法，即在倾斜流槽处，向下流的铁水连续投加脱硅剂。,用撇渣器撇渣，不用增设扒渣设备；可以用喷吹法，也可以用投入法，脱硅率不高，60%80%。操作环境问题；因高炉本身环境不最好，现在再布置三脱项目，更造成环境恶化。,(2)铁水站脱硅铁水站脱硅在铁水罐或鱼雷罐车中进行。工作条件好，环境污染小；脱硅效率高、稳定。缺点是占用一定时间：考虑这种方案的几个因素：1）铁水含硅量高；2）高炉场地窄小 ；,3.4、脱磷

21、前的脱硅铁水预处理脱硅是为脱磷作准备的。一些研究者指出，铁水预处理脱磷的条件是Si0.15，但也有的学者认为Si0.20 即可进行脱磷，有的学者认为Si0.10 才能有效的脱磷。日本中岛等对铁水的同时脱硅、脱磷进行了中间实验研究，在硅含量为0.4 时即用高碱度渣吹氧进行同时脱硅、脱磷，Si最终与P同时下降。一般磷达到0.006 时磷达到0.004。因此可以这样认为： (1)脱磷前对硅含量作出一定的要求，主要从脱磷能够顺利进行的角度出发； (2)为了使脱磷顺利进行，硅含量以小于0.10-0.20 为宜； (3) 即使在硅小于0.10 的情况下，随着脱磷的进行，硅会继续下降；同时锰、碳也有一定的损

22、耗。因此铁水预处理脱磷对炼钢有一定影响。,3.5、脱硅喷溅的问题喷溅主要发生在脱硅阶段，形成的泡沫渣，（产生CO气泡），溢出产生喷溅脱硅时喷入的大量氧化铁皮及氧气使Si大量氧化，从而在铁水表面上形成低碱度渣（碱度为1.2-1.4）；又因脱硅时部分碳被氧化产生大量CO气体，脱磷时由于熔渣中CaO含量高（碱度为4.5-5.5），且非常粘稠，不会形成泡沫渣，解决方法：1）渣的粘度；添加消泡剂；2）配备清理设备。,3.6、 脱硅、脱磷过程中C、Mn的损耗 原始含量 脱硅后 脱磷后碳C%： 4.21 3.95 3.86 锰Mn% 损失30%40% 损失10%20%碳总损失：8%,第四章 铁水预处理脱磷4.1、铁水脱磷粉剂 一般采用喷粉。在铁水罐或鱼雷罐车内进行。 粉剂配比：有二种：（1） CaO：42%；Fe2O3：46%；CaF2：12%；（2） CaO：38%；Fe2O3：42%；CaF2：8%；Al2O3：12%,