《冶金生产知识》PPT课件.ppt

《《冶金生产知识》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《冶金生产知识》PPT课件.ppt（227页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、冶金生产知识,建龙钢铁控股公司二零零五年五月,目 录,一 炼钢基础知识 二 铁水预处理 三 转炉炼钢 四 炉外精炼 五 连续铸钢,炼钢基础知识,第一节 钢中常见元素一钢中的常见元素C、Si、Mn、P、S1.Mn锰（Mn）是有益元素，碳钢一般Mn0.80%，锰合金钢一般Mn=1.0-1.6%.锰大部分溶于铁素体中形成置换固溶体,并强化铁素体;一部分溶于Fe3C中,形成合金渗碳体;锰还能增加并细化珠光体,这都提高钢的强度.另外锰与硫形成化合物MnS,减轻硫的有害作用.当锰含量不多时对钢的影响性能不大.Mn能提高钢的耐磨性能3.硅硅(Si)是有益元素.碳钢中Si0。35%。硅能溶于铁素体，形成置换固

2、溶体，并强化铁素体；一部分形成硅酸盐夹杂。硅能提高钢的强度、硬度、弹性，降低塑性、韧性。硅含量少时对性能影响不大。4.硫硫（S）是有害元素。硫不溶于铁，以FeS形式存在。FeS与Fe形成共晶，分布于奥氏体晶界上。而FeS-Fe共晶熔点低，为989，在1000-1200时使晶界无强度，钢变脆，称“热脆”。一般要求S 0.040，而MnS熔点高1620，呈粒状分布在晶粒中，所以Mn可以减轻热脆。S可以提高钢的切削性能。5磷P是有害元素，磷全部溶于铁素体，虽可提高铁素体的强度和硬度，但在室温下使钢的塑性、韧性急剧降低，钢变脆，称为冷脆。磷还降低钢的焊接性能。一般要求P0.040%.P可以提高钢的耐腐

3、蚀性能。,第二节 炼钢的基本任务和流程一钢的定义一般的钢和铁都是以铁元素为基本成份的铁碳合金。（在铁碳二元系中，把含碳小于2.11%（重量）的合金称为钢；而把含碳大于2.11%的合金称为铸铁，纯铁的密度是7.87g/cm3。）二.炼钢的定义生铁除含有较高的碳外，还含有一定量的其它杂质。所谓炼钢，就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。三.炼钢的基本任务1 脱碳并将其含量调整到一定的范围。2 去除杂质，主要包括：脱磷、脱硫；脱氧；去除气体和非金属夹杂物；3 升温度。四.炼钢常见生产流程1.高炉倒罐站/混铁炉转

4、炉吹氩站连铸2高炉倒罐站/混铁炉（铁水预处理）转炉吹氩站/精炼连铸3高炉电炉+废钢精炼模铸或连铸4废钢电炉精炼模铸或连铸,第三节 钢的分类 一.按化学成分分类钢根据其化学成分不同，分为非合金钢、低合金钢和合金钢三类1.非合金钢非合金钢按照质量等级又可分为普通质量非合金钢、优质非合金钢和特殊质量非合金钢。普通质量非合金钢优质非合金钢特殊质量非合金钢低合金钢 低合金钢按照质量等级可分为普通质量低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合金钢。普通质量低合金钢优质低合金钢特殊质量低合金钢合金钢合金钢按照质量等级可分为优质合金钢和特殊质量合金钢。,二按特性及用途分类 在按照钢的化学成分分为非合金钢、低合金钢和

5、合金钢三大类的基础上，根据钢本身的特性及其用途，一般还可进一步细分。1.非合金钢 包括：（l）一般碳素结构钢；（2）优质碳素结构钢；（3）碳素工具钢；（4）碳素弹簧钢；（5）电工纯铁；（6）其它非合金钢。2.低合金钢 包括：（l）低合金结构钢；（2）低合金钢筋钢；（3）低合金铁道用钢；4）低合金耐大气腐蚀钢；（5）其它低合金钢。3.合金钢（含特殊合金）包括：（1）合金结构钢；（2）合金工具钢；（3）高速工具钢；（4）轴承钢；（5）合金弹簧钢；（6）不锈钢、耐蚀钢；（7）耐热钢；（8）电工用硅钢；（9）高温合金；（10）精密合金；（11）电热合金；（12）耐蚀合金；（13）其它合金钢。,三按冶炼

6、方法分类1.转炉钢它是利用向炉内吹入的空气或氧气与铁水中的碳、硅、锰、磷反应放出的热量进行冶炼而得到的钢。根据空气或氧气的吹入方式不同，又分为顶吹、底吹、复合吹炼三种。2.电弧炉钢它是利用电能在电极与金属之间所产生电弧的热能炼成的钢。3.平炉钢它是用煤气、天然气及其它喷吹物（焦粉、重油等）作燃料，在平炉中炼成的钢。4.感应炉钢它是利用电能通过电磁感应产生的热能炼成的钢。5.重熔钢 它是在电渣炉、真空自耗炉、电子轰击炉等冶金炉中，利用经初次冶炼并浇注出的锭、坯再次重熔提纯得到的钢。这种重熔钢一般不改变原钢种的化学成分，或只进行微调整。,三、按脱氧方法分类1.镇静钢 镇静钢为全脱氧钢，是指在浇注前

7、采用沉淀脱氧和扩散脱氧等方法，将脱氧剂（如铝、硅）加入钢水中进行充分脱氧，使钢中的氧含量低到在凝固过程中不会与钢中的碳发生反应生成一氧化碳气泡的钢。这种钢在浇注时钢液镇静，不呈现沸腾现象，所以叫镇静钢。这类钢成分偏析少，质量均匀，但钢的收得率低，成本比较高。优质钢和合金钢一般都是镇静钢。2.沸腾钢 沸腾钢为不脱氧钢，是指在冶炼后期不加脱氧剂，浇注前没有经过充分脱氧的钢。这种不脱氧的钢，钢水中还剩有相当量的氧，碳和氧起化学反应，放出一氧化碳气体，因此钢水在锭模内呈现沸腾现象，所以叫沸腾钢。钢锭凝固后，蜂窝气泡分布钢锭中，加热轧制后，气泡焊合。这种钢含硅量低、收得率高、加工性能好、成本低，但成分偏

8、析大、杂质多、质量不均匀、机械强度较差。这类钢主要用于普通质量低碳钢。3.半镇静钢 半镇静钢为半脱氧钢，是指在脱氧程度上介于镇静钢和沸腾钢两者之间的钢。这种钢浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱。钢锭结构、成本和收得率也介于沸腾钢和镇静钢之间。只是这类钢在冶炼操作上难于掌握。半镇静钢主要用于中碳钢和普通质量结构钢。,第四节 炼钢技术经济指标 1.转炉炼钢金属料(钢铁料)消耗是指生产1吨钢水所消耗的金属量（钢铁料）的量。转炉炼钢金属料（钢铁料）消耗量（干克吨.钢）=入炉金属料量（千克）合格钢水生产量（吨）2.转炉合金料消耗是指每冶炼一吨转炉钢所消耗的合金料量。包括脱氧剂、发热剂及作为钢中成分加入的各种

9、合金等。其公式为：转炉合金消耗量（kg/吨.钢）=合金加入量（kg）合格钢水量（吨.钢）3.转炉日历利用系数 转炉日历利用系数是指转炉在日历工作时间内每公称吨容积每日生产的合格钢产量。其计算公式为：合格钢生产量(吨)转炉日历利用系数（吨公称吨日）=转炉公称吨日历日数4.转炉日历作业率。转炉日历作业率是指转炉炼钢作业时间占日历作业时间的百分比。它反映转炉设备利用的状况。其计算公式为；转炉日历作业率（）=炼钢作业时间（时）100。炉座数日历时间（时）,5.转炉冶炼周期 转炉冶炼周期是指转炉平均每炼一炉钢所需要的全部时间。即正常冶炼时，从开吹到下次开吹的时间。6.转炉平均出钢量 转炉平均出钢量是指报

10、告期转炉平均每炼一炉钢的产量。其计算公式为：转炉平均出钢量（吨）=合格钢生产量（吨）出钢炉数7.转炉炉衬寿命（炉龄）转炉炉衬寿命（炉龄）是指自转炉炉村投入使用起到更换新炉衬止一 个炉役期间炼钢的炉数。其计算公式为：转炉炉衬寿命（炉）=出钢炉数(炉)/更换炉衬次数 8.转炉氧气喷枪头寿命转炉氧气喷枪头寿命是指吹氧转炉炼钢每更换一次喷枪头所能炼钢的炉数。其计算公式为：转炉氧气喷枪头寿命（炉）=出钢炉数（炉）/更换喷枪头次数9.钢种比例转炉钢种比例是指转炉各类钢种(合金钢、高合金钢、低合金钢、镇静钢等)的产量各占钢总产量的百分比。其计算公式为：某钢种比例（%）=某钢种合格产量（吨）100%/合格钢生

11、产量（吨）。,10.转炉吹损率 转炉吹损率是指转炉在炼钢过程中喷溅掉和烧熔损掉的金属量占入炉金属料量的百分比。它也反映了炼钢工人技术操作水平。其计算公式为：转炉吹损率（%）=入炉金属料量（吨）出炉钢水量（吨）100%/入炉金属料量（吨）11.铁水预处理比 铁水预处理比是指经过预处理的铁水量占人转炉（或其它炼钢容器）铁水量的比例。其计算公式为：铁水预处理比=预处理铁水理/入转炉铁水量100%12.计划钢种命中率：钢种命中率是指钢种合格冶炼炉数与实际冶炼的计划钢种总炉数比例。该指标反映了转炉钢种冶炼的操作水平，其计算公式：计划钢种命中率=钢种合格炉数*100%/实际冶炼的计划钢种总炉数13转炉出钢

12、C、T双命中率 转炉双命中率是指转炉出钢C、T符合计划要求的炉数与生产总炉数的比例，反映转炉终点控制水平的指标。其计算公式：转炉出钢C、T双命中率=出钢C、T符合工艺要求的炉数*100%/冶炼总炉数14 6.炉外精炼比 炉外精炼比是指经过炉外精炼（二次冶金）工艺生产的合格钢产量占合格钢总产量的比例。其计算公式为：炉外精炼比=精炼钢合格量 100 合格钢生产量,二、连铸技术经济指标1.连铸坯合格率 连铸坯合格率是指合格连铸坯量占连铸坯总检验量的百分比。其计算公式为：连铸坯合格率（）=连铸坯合格量（吨）100%连铸坯总检验量（吨）2.合格坯收得率 合格坯收得率是指合格连铸坯占浇注连铸坯钢水量的百分

13、比。它反映浇连铸坯钢水量的收得情况。其计算公式为：合格坯收得率（）=连铸合格坯生产量（吨）100%浇注连铸坯钢水量（吨）3.连铸比 连铸比是指连铸合格坯产量占钢总产量的百分比。其计算公式为：连铸比（）=连铸合格坯生产量（吨）100 合格钢生产量（吨）4.连铸机台时产量 连铸机台时产量是指连铸机在每小时作业时间内产出的连铸坯数量。其计算公式为：连铸机台时产量（吨时）=连铸坯生产量（吨）连铸机实际作业时间（时）5.连铸机日历作业率 连铸机日历作业率是指连铸机实际作业时间占日历时间的百分比。它反映连铸机的开动情况。其计算公式为：连铸机日历作业率（）=连铸机实际作业时间（时）100%台数日历时间（时）

14、,6.溢漏率 溢漏率指连铸过程中发生溢钢或拉漏的次数占浇铸总炉数的比率。其计算公式为：溢漏率（）=溢漏总次数（次）100 浇钢炉数7.连铸机多炉连浇时间 连铸机多炉连浇时间是连铸机采用多炉连浇工艺操作的平均持续时间，它反映连铸机的作业水平。其计算公式为：连浇时间（小时次）=连浇总时间（小时）连浇总次数（次）8.连铸机多炉连浇平均炉数多炉连浇炉数是指连铸机装一次引锭杆所连续浇铸钢水的炉数。此处统计的指标是连铸机采用多炉连浇工艺操作平均每次的连浇炉数，是反映连铸机作业水平的重要指标。提高连浇炉数可以减少准备时间和铸机停歇时间，从而提高产量，降低消耗，增加经济效益。其计算公式为：连浇炉数（炉/次）=

15、连浇总炉数（炉）连浇总次数（次）中包平均寿命中包平均寿命是指单中包的平均连浇炉树，是反映中包耐材成本的指标。,三、炼钢通用技术经济指标 1.炼钢工序单位能耗 炼钢工序能耗包括从铁水（原料）进厂到钢锭（坯）出厂全部工艺过程所消耗的一次和二次能源。其计算公式为：（炼钢燃料消耗量十动力消耗量炼钢工序单位能耗折标煤量（千克吨）=转炉煤气等余热回收外供量）（千克）合格钢产量（吨）2.炼钢金属收得率 炼钢金属收得率（）=合格钢产量（吨）100 入炉金属料量（吨）,第二章 铁水预处理,第一节概述 铁水预处理是指高炉铁水在进入炼钢炉之前预先脱除某些杂质的预备处理过程。它包括预脱硫、预脱硅、预脱磷。其中铁水预脱

16、硫是最先发展成熟的工艺，而铁水预脱磷则是在喷吹法铁水预脱硫基础上发展起来的。由于脱磷必先脱硅，因而近年来大力发展研究了高炉冶炼低硅生铁技术以及铁水预脱硅技术。一、铁水预处理技术发展历程六十年代，氧气顶吹炉炼钢迅速崛起，随着技术进步，派生出许多转炉炼钢法，冶炼钢种也愈来愈多，对铁水质量要求愈来愈高。另外，由于铁水炉外脱硫具有优越的热力学与动力学条件，技术上合理，经济上优越，因而得到迅速的发展。60年代中期出现了水平摇动包体，实现铁水与脱硫剂混合来达到脱硫目的的所谓摇包法(Shakingpit)，如右图，此种方法是靠水平偏心摇动，借助达到某一临界值时所产生的海浪击岸现象，使脱硫剂与铁水达到良好接触

17、而起到脱硫作用，70年代在日本得到工业应用，此法动力消耗大，同时容量也受到一定限制。,摇包法出现不久，在联邦德国莱茵钢厂和日本广烟钢厂相继开发成功，搅拌法脱硫装置，此种方法无需容器运动，靠插入铁水内部的搅拌器，使铁水转动与脱硫剂混合接触，来实现脱硫的目的。莱茵厂 烟钢厂莱茵法与KR法区别是搅拌器插入深度不同。由于搅拌法只能用机械搅拌，使脱硫剂与铁水混合，达到脱硫目的，故利用率高、消耗低，日本广烟厂经验达到90%脱硫率，CaC2消耗3kg/t,搅拌器寿命80100炉，耐材消耗0.34kg/t,武钢1976年曾引进此法。主要缺点是设备较复杂，需两次扒渣，铁水温度损失大（50），铁水罐寿命偏低。因此

18、其发展受到限制。进入70年代以来，喷射冶金技术有了飞速发展，1975年广泛应用于铁水脱硫、脱硅、脱磷。喷吹法如下图：,由于喷射法处理铁水是靠向液体深部喷吹注入脱硫粉剂的办法达到搅动熔池，使粉剂与铁水混合而脱硫，因而设备简单，并且可以取得与容器运动和搅拌法几乎相同的效果。并且建造容易、投产小、处理量大，因而成为铁水预处理的主要方法。喷吹法脱硫率达80以上，脱硫剂消耗少、温降小、成本低、投产少。二、铁水预处理的意义铁水预处理对于优化钢的冶金工艺，提高钢材质量，发展优质钢种，提高钢铁冶金企业的综合效益起着重要作用，已经发展成为现代冶金中不可缺少的工序。铁水炉外处理，创造了最佳的冶金反应环境，既具有良

19、好的热力学条件，又具有良好的动力学条件，即以较小的费用，获得较高效率，并将钢的冶炼工艺优化为：高炉还原分解铁矿石；铁水预处理预脱硅、磷、硫；转炉脱碳、升温；炉外精炼去夹杂、合金化；也就是使脱硅、磷、硫主要在炉外完成，这样既减轻了高炉的负担，有利于高炉稳定、顺行、降低成本；又解放了转炉，使其生产率进一步提高，为其生产优质钢和合金钢提供了条件。,三、铁水预处理技术发展及现状近年来世界各国都在致力于降低钢的含硫量，特别是发达国家，采取以提高钢材质量和附加值的以质取胜的策略。八十年代初期，欧洲钢材市场大批量产品含硫量度S0.02，少量产品S0.01；极少的优质钢S0.005，到九十年代中期约70产品S

20、0.015，约50的产品S00l；约28的产品S0.005，约10的产品S0.002，欧洲各钢铁厂普遍对铁水进行预处理，扩大使用铁水预处理铁水，并不断改进完善设备和工艺，达到工艺技术设备成熟完善。例如：日本水岛制铁所1985年建立了铁水预处理工艺，在1988年完成了全量铁水预处理，采用的是鱼雷罐内喷粉(CaC2)脱硫。1990年英国钢铁公司的蒂塞德厂更换鱼雷罐铁水脱硫设备为铁水罐脱硫设备，并于1992年4月投产，不久便实现满负荷作业，实现计算机控制与数据管理，环境污染控制合格，脱硫剂为CaC2+Mg。国内差距较大，仍然以正S0.03定为生铁一级品标准，高炉脱硫负担重，而且造成焦比高、产量低。7

21、6年武钢引进日本KR法，79年投产，加入电石机械搅拌进行脱硫，主要用于冶炼无取向硅钢。后改为石灰粉脱硫，迄今一直在使用。处理前、后都必经扒渣(扒两次渣)，搅拌器转数为90120rmin，搅动时间13min，搅头为高铝质耐火材料，寿命为90110次，脱硫率一般均可达到90左右。太钢二炼钢1988年引进日本三脱设备，采用喷吹法脱硅、脱硫、脱磷，所采用的脱硫剂为：95%CaO+5%CaF2，脱硅剂为：铁磷粉90%+石灰粉10%，脱磷剂为：铁磷粉35%+石灰粉55%+萤石10%，脱硫率为78%，处理后S=0.007%，温降20。宝山钢铁总厂炼钢厂320吨鱼雷车顶喷脱硫，装入量290吨，CaC2+CaO

22、脱硫剂，脱硫率73%，处理后S可达0.0010.002%，温降20。总之铁水预处理，具有下列发展趋势：1.三脱同时进行；2.KR法不再重建，以喷吹法为主；3.脱硫剂CaO系、CaC2系、Mg系并存；4.处理愈来愈普遍，目标100%,特别是对优质钢和特殊钢，这是最经济的手段。,第二节 铁水预处理基本方法及原理,一、铁水脱硅铁水作为转炉冶炼的主要原料，其硅、硫、磷含量的降低，将为转炉创造更好的原料条件。特别是高炉铁水的低硅化及铁水硅处理，既减少了转炉炉渣量，又为炉外铁水脱磷创造了有利条件。一般情况下，高炉铁水中Si大约为0.30.8%，在转炉冶炼中硅氧化生成二氧化硅，且放出大量热量，因此它既是发热

23、剂，又是化渣剂。日本研究表明，为了化渣和保证出钢温度有0.3%Si就足够了。铁水中硅高在钢铁冶炼中会产生如下不良后果：1.渣量增大和造渣材料消耗增多，进而引起喷溅增多和炉渣带走的金属损失增加；2.影响P、S的脱除，并延长了冶炼时间，尤其影响磷的脱除；3.加剧对炉衬的浸蚀；4.导致高炉焦比提高和生产率下降。可见，普通铁水脱硅的目的是为了减少转炉炼钢时的石灰消耗量、渣量和铁损，这样可以降低炼钢成本，在进行铁水同时脱磷脱硫处理之前，先进行脱硅处理，可以减少脱磷剂的用量和提高脱磷、脱硫效率。日本新日铁室兰厂开发的SMP(Slag Minimum Process)小渣量法就是以低硅铁水为特征的。右图给出

24、了在铁水含0.11%P和0.025%S条件下，转炉炼钢时CaO用量与铁水中%Sii的关系。CaO与铁水中%Si的关系,另外，铁水脱磷脱硫处理时，铁水%Si高，则会消耗掉脱磷的氧化剂，另外产生的SO2会使炉渣碱度下降，从而影响脱磷脱硫的效率，因此铁水脱磷、脱硫前一定要先脱硅处理。根据实验表明，用苏打脱磷时很容易形成低熔点的熔渣，故铁水中%Si最好小于0.10%；但在用石灰系熔剂脱磷时，为促进石灰的熔解和降低熔渣粘度，铁水含硅量最好控制在0.100.15%。（一）脱硅基本原理铁水中硅与氧的亲和能力很强，因此硅很容易氧化。铁水脱硅用氧化剂可以是气体（氧或空气），也可以是固体（铁磷、烧结矿、精矿铁粉或

25、铁矿石）。硅的氧化反应可用下列各式表示：Si+O2(g)=SiO2(s)(21)G=-821780+221.16T(J/mol)Si+2/3Fe2O3(s)=SiO2(s)+4/3Fe(l)(22)G=-287800+60.38T(J/mol)Si+1/2Fe3O4(s)=SiO2(s)+3/2Fe(l)(23)G=-275860+156.49T(J/mol)Si+2(FeO)=SiO2(s)+2Fe(l)(J/mol)(24)G=-275860+156.49T(J/mol)可见硅的氧化反应均是放热反应，实际生产中气体氧化剂脱硅是放热的，可使熔池温度升高。相反，固体氧化剂脱硅是吸热的，能使熔池

26、温度下降。井上等在100吨铁水包中试验了用淹没喷枪吹氧脱硅法和表面加固体氧化剂吹氮气搅拌脱硅法，这两种情况下熔池温度变化t与脱硅量%Si如右图：,如脱硅量为0.4%，采用氧气作氧化剂时，可使熔池温度升高120（即30/0.1%Si）；相反，采用Fe3O4作氧化剂时，可使熔池温度下降150（即-12.5/0.1%Si）。因此，我们可以通过调节气体氧化剂与固体氧化剂的比例，比较灵活地控制脱硅处理后的铁水温度，以满足炼钢工序的要求。选择脱硅剂一要考虑它的活性，二要考虑可用性，三要考虑其运输性，故轧钢铁皮和烧结矿粉被列为主要选择对象。具体成分及粒度举例如下表1-1-1和表1-1-2：表1-1-2如果只

27、喷吹氧化剂脱硅，产生的熔粒，流动性不好，伴随铁水硅的降低将会发生脱碳反应，从而形成泡沫渣。此种泡沫渣不仅会影响铁水罐的铁水装入量，而且会增加铁损。故为改善脱硅渣的流动性，减少泡沫渣，往往配加少量石灰和萤石，使渣的碱度CaO+CaF2/SiO2=0.91.2 另外，碱度SiO关系如图1，只有当碱度为1.52.0时，SiO才能达到8090%，因为此时渣中的FeO活度接近最大值，而且SiO2的活度很低。另外为了减少锰的氧化，也要保证一定的熔渣碱度，因此要配加少量石灰，图2为竹下得到的%Mn与熔渣碱度的关系。,图1 碱度SiO关系 图2%Mn与熔渣碱度（二）铁水脱硅的方法铁水脱硅的方法有高炉出铁沟连续

28、脱硅法和混铁车或铁水包脱硅法。1.高炉出铁沟连续脱硅法此种方法优点是脱硅不占用作业时间，处理能力大，温度下降较少和渣铁分离方便。缺点是氧利用率较低和工作条件较差。这种方法根据脱硅剂加入方法的不同，又可以分为上置加入法与喷吹法两种，其工艺装置示意如图1和2所示：图1 图2,上置法是将脱硅剂料斗设置在蔽渣器后的主沟附近，利用电磁振动给料器，向铁水沟内流动铁水表面给料，利用铁水从主沟和摆动溜槽落入铁水罐时的冲击搅拌作用使铁水与脱硅剂混合，产生脱硅反应，这种方法脱硅效率较低，一般是50%，要使Si0.1%比较困难。喷吹法是在上置法基础上，为改善脱硅效率而发展起来的，脱硅剂靠载气从喷粉罐流出，经喷枪靠气

29、体射流作用将粉剂射入铁水内，强径4065mm，枪距铁水表面300600mm,此种方法经过两次铁流冲击混合，脱硅效果比较好，一般为7080%，脱硅剂利用率也高。2.铁水包中脱硅法 这种方法优点是脱硅反应氧的利用率较高，处理能力较大和工作条件较好，缺点为脱硅占用一定的作业时间和温度降低较多。另外还需增设扒渣设备。这种方法为了保证脱磷铁水含Si要求和使含硅稳定，在炼钢车间设置脱硅工序与场所，以便进一步脱硅，补充调整硅量。铁水之中喷粉脱硅与高炉出铁沟中脱硅相比，反应条件大大改善，很容易使Si0.1%，SiO90%。另外%Mn减少也使%C减少，脱硅反应更接近反应平衡状态，过剩的氧化剂减少。采用固体氧化剂

30、脱硅会使熔池温度降低，影响后续工序，因此常配合气体氧化剂脱硅可提高铁水温度，因此喷枪吹氧脱硅常配合使用，每氧化0.1%Si可以提高铁水温度30。二、铁水脱硫(一)脱硫原理 硫能溶于液态铁中形成无限溶液。但工业生产中，硫在铁和钢中的含量约为0.0010.1%。一般认为硫以元素状态溶解于液态铁中。从铁硫系低硫端的相图可见，硫在固态铁中有一定的溶解度。在9881365之间内，Fe和Fe+L之间存在平衡；说明当铁中S大于一定值时，一定温度下铁中便会出现液相热脆。例如，当S0.02%，而温度又高于1100时，就会出现热脆现象，且硫分布集中在晶界上，晶界就会出现液相。,钢铁冶炼脱硫，就是要形成稳定的硫化物

31、，并能与钢或铁水顺利分离，利用化学反应自由焓G与温度的关系如右图所示。由此可见，从单纯热力学角度分析，其脱硫顺序为Ca、CaC2、Na2O、Mg、Mn、MnO、CaO。而实际生产中常用的脱硫剂为石灰（CaO）、电石（CaC2）、金属镁（Mg）以及由它们组成的各种复合脱硫剂。为了定量比较三种脱硫剂的能力，有下列反应620求出平衡常数Ki进行比较，在1350的计算列于表1。根据lnKi=-G/RT式中：R=8.314J/molk T=1350+273=1623KCaO(s)+S+C=CaS(s)+CO(g)(25)G=86670-68.96T(J/mol)CaC2s)+S=CaS+2C(26)G=

32、-359245+109.45TMg(g)+S=MgS(s)(27)G=-427367+180.67T由G可见，CaO脱硫为吸热反应，高温有利；Mg脱硫为放热反应，低温有利,表1 各脱硫剂相对脱硫能力和平衡S含量（1350）上述为理论计算结果，实际中由于Mg的气化损失和CaC2硫的动力学影响，它们实际脱硫能力只比CaO高几倍到几十倍。除了解脱硫能力外，还应了解它们的脱硫限度，即脱硫反应达到平衡时金属中的平衡%S,这样可根据不同的脱硫程度要求，经济合理地选用各种脱硫剂，为此假设铁水成分为4.0%C、0.6%S、0.5%Mn、0.20%P和0.04%S。以CaO脱硫为例，并假定S0.05%，则根据反

33、应式：CaO(s)+S+C=CaS(s)+CO(g)(25)K=Pco/fs%Sfc%C式中：fs铁水中硫的活度系数，查取为2.72；fc铁水中硫的活度系数3.78;R气体常数，为R=8.314J/molK假定Pco=1atm,1350时：lnKi=G/RT=(86679-68.961623)/(8.3141623)=1.87K=6.49并将此列于表1-1-4，由此可根据平衡常数算出：%S=Pco/fsfc%CK=1/2.723.784X6.489=3.710-3,同样也列于表1，由此可见CaC2、Mg脱硫反应平衡硫含量非常小，很容易将%S脱到0.005%，可以用于深脱硫。而用石灰脱硫，尽管理

34、论值也能达到0.005%S以下，但由于石灰粒表面很容易形成很薄很致密的2CaOSiO2,阻碍了脱硫反应的继续进行，故通常很难脱到0.005%以下水平，因此常用于一般处理，而且常常要磨得很细（100目），另外在石灰中配加少量CaC2和Al粉有利于改善其脱硫效果。从（25）、（26）、（27）三个脱硫反应方程式及有关脱硫反应热力学研究，充分说明了铁水炉外脱硫具有很好的热力学条件，原因是铁水具有较强的还原气氛，有利于脱硫反应进行。（1）铁水中会有大量的S、C、Mn等还原性好的元素，因此，脱硫剂，特别是金属脱硫剂Mg，不会发生大量烧损，利用率高；（2）铁水中的CSi等大大地提高了S在铁水中的活度系数f

35、s，石硫能脱到较低水平；（3）铁水中C为饱和状态，C直接参加脱硫反应，有的甚至配入少量碳粉（约10%），可以稳定脱硫反应，提高脱硫剂利用率，减少波动，提高命中率。由于铁水脱硫的动力学问题比较复杂，因此将在后面分别加以讨论。（二）铁水炉外喷粉脱硫1.钙系脱硫剂 正如前述，CaC2具有非常强的脱硫能力，在1350时，铁水中的平衡%S=4.910-7。但是目前用CaC2脱硫实际上能达到的最低硫量约为0.001%左右。这比理论之高很多，看来离平衡状态较远，可能是动力学因素在起作用，需要进一步研究提高其脱硫效果。大井浩等实验研究了CaC2脱硫过程的动力学问题，因CaC2的脱硫反应是固液系反应，可有下列步

36、骤组成：（1）铁水中的硫通过铁水侧的边界层向CaC2颗粒表面扩散；（2）在CaC2颗粒表面上进行化学反应生成CaS；（3）硫从CaC2颗粒表面向内部扩散。,在高温下，化学反应速度是很快的，故（2）不是脱硫限制性环节。同时，实验表明CaC2表面反应生成CaS是多孔疏松状的，因此，S很容易穿过反应层扩散到CaS颗粒内部继续反应，故步骤（3）也不是限制性环节，相反硫在铁水侧的边界层中的扩散是很缓慢的，它是脱硫反应的限制性环节，故脱硫速度可以由S在铁水边界层的扩散速度表示：dSdt=一(AV)(Ds)S一KS(28)式中：A和V一反应界面积和铁水体积；Ds和一硫在铁水中的扩散系数和边界层厚度；K一表面

37、速度常数 由上式可以分析，提高脱硫速率的条件有：(1)增加单位体积铁水反应界面积AV：即CaC2颗粒的表面积，故CaC2很细，一般(100目)。(2)增大S在铁水中的扩散系数Ds：即加强搅拌，提高温度，喷吹法脱硫以载气为动力搅拌。从而使脱硫速率大大提高，为脱硫创造了良好的动力学条件。(3)提高温度：尽管CaC2脱硫为放热反应，但温度升高促进S扩散，因此，总体讲提高温度有利于CaC2脱硫，温度高CaC2消耗小。喷吹CaC2用量，随原始含硫量Si与终点含硫量S不同而不同。CaC2的的消耗量又由CaC2的利用率所决定，图给出了终点硫Sf=0.010条件下，CaC2的利用率与铁水原始含硫量的关系。原始

38、含硫量越低，CaC2的利用率就越低，一般原始含硫量0.04S，脱到终点0.005S时，要消耗约3Kgt的电石。,为了提高CaC2的利用率，可加入约10的CaC03或MgC03等反应剂，因为CaCO3在Pco2和884时发生分解反应：CaCO3(s)=CaO(s)+C02(g)(29)G168527-144.0T(Jmo1)这时产生大量的CO2气体，能使运载气体的气泡破裂，将裹在气泡中的脱硫剂释放出来，同时还能强烈地搅拌熔池，促进硫的扩散，因而提高了CaC2的利用率(见图1-1-18)。加入CaC03后可使CaC2的利用率提高约一倍，其用量可减少一半，这就可以有效地降低脱硫费用。此外CaCO3分

39、解形成的细小而多孔的活性CaO，也有很强的脱硫能力。总之，CaC2是很强的脱硫剂，它的脱硫能力非常强，脱硫效率为8090，而且效果稳定，最低含硫量降到0.00l以下，脱硫速度也较大，此外对容器耐火材料的侵蚀也很少。但是，CaC2价格较贵(为石灰粉的10倍)。而且运输和贮存时容易吸收空气中的水分，生成乙炔气而发生爆炸，CaC2(s)+2H20=C2H2(g)+Ca(OH)2；故需要特别注意密封。此外，其脱硫渣对环境污染严重，因此，进入80年代以来，逐渐减少使用。2、灰系脱硫剂由于碳化钙系脱硫剂存在上述的缺点，80年代以来发展研究的石灰粉脱硫，目前是应用最广泛的一种。其主要优点是石灰资源丰富，价格

40、低，减少运输和贮存的危险性以及环境污染等。但缺点是脱硫效率低，速度慢，效果不稳定，难以达到低硫(S0.005)铁水，另外石灰的吸水性很强，也存在防止水化问题。,根据前面的理论计算，CaO具有相当大的脱硫能力，在1350时铁水中的平衡含硫量可达3.710-3。因此只要创造较好的热力学和动力学条件，还是能够满足一般脱硫要求的。前面讲到当铁水中Si0.08 1300)时石灰粒在铁水中反应生成的反应层(CaS、2CaOSiO2)较厚，因此S通过它的扩散速度很慢，是脱硫反应的限制性环节。从上面的分析可知，为了提高CaO的脱硫效率和脱硫速度，可以采取增加反应界面，加强搅拌，加入反应促进剂和炭粉等措施外，还

41、应该采取破坏或防止形成2CaOSiO2反应层的措施。CaF2可使2CaOSiO2反应层熔点降低，破坏该反应层，使S能继续扩散到石灰粒内部去，从而使脱硫反应速度提高。例如，宣钢采用95石灰+5萤石粉复合脱硫剂，以空气作载气对铁水进行喷粉脱硫，脱硫率达70以上。酒钢采用的是：90石灰+5萤石+5焦粉，以N2作载气喷吹，也取得了较好的效果。另外石灰粉粒微细化，借以提高粒子反应表面积，也可以提高其利用率和反应速率。对石灰来讲，粒度大小及分布对脱硫效果的影响比较大。如图1为石灰粉粒度与脱硫率关系。表1给出天津二钢石灰粉粒度分布，其粒度组成中200目的占90以上，因此目前多趋向于采用比较细的石灰粉剂。,但

42、细化石灰粉粒，除造成磨粉成本提高，还会恶化其流动性，影响喷吹的顺利进行，因此要有一定的设备条件保证。图1 表13、镁系脱硫剂镁与硫的亲如能力很强，它是一种很有效的脱硫剂，根据计算，在1350时，用镁脱硫的平衡含硫量为1.610-6。镁系脱硫剂的优点是脱硫能力强，反应速度快，适用于大量处理铁水，能达到S0.005，而且渣量少，渣中带走的铁损和热量损失少，对环境污染亦小，可以不进行预先除渣；采用包盐镁粒在贮藏和运输期间都比较安全。镁系脱硫剂的缺点是价格较贵，而且镁的熔点(615)和沸点(1070)都比较低，在钢铁冶金温度下是蒸气，镁的蒸气压与温度的关系式为：Igp一6820T+4.993(atm)

43、(2一11)在1350时，镁的蒸气压可达6.34atm，如果镁大量地加入铁水中会发生爆炸性反应，造成喷溅事故和降低镁的利用率，因此必须控制合适的蒸发速度。,由于镁具有易挥发特性，历史上曾出现镁一焦、镁一铝、镁一白云石等块状加入法，用气体将粉状石灰一镁喷吹法，镁锭、盐镁粒分批加入并用空气搅拌等方法；镁的利用率最高，镁消耗最低每脱去1公斤硫消耗镁1.1kg。镁与脱硫反应存在两种机理：(1)：Mg(g)+SMgS(s)(212)(2)：Mg+SMgS(s)(213)按照第二种机理，保证了镁与硫的反应不仅仅局限在镁剂导入区域或喷枪区域内进行，而旦是在整包铁水范围内进行，这是非常有利的。镁在铁水中的溶解

44、度Mg直接关系到反应的进行程度。而Mg与投放深度和铁水温度有关，投放深度愈深，铁水温度愈低则Mg愈大。见图1，Mg在铁水中饱和Mg与铁水温度t的关系曲线。在铁水预处理条件下，Mg实际可达0.5%以上（0.81.0%）。由反应动力学条件分析，要实现高脱硫能力，必须保证在钢包底部尽可能深处完成镁的受热、熔化和汽化等过程，通过模型设计及计算得到在实际颗粒尺寸及铁水中投放深度均有变化的情况下确定了镁的受热熔化和汽化过程的持续时间（）以及颗粒（汽泡）在铁水中上浮的时间（B），如图2为与B之值与试剂在熔体中的投放浓度和颗粒的粒径的关系。图1Mg在铁水中饱和Mg 图2 与B之值与试剂在熔体中与投放浓度 铁水

45、温度t的关系 曲线和颗粒的粒径的关系 图1 图2,因此镁的粒径应小于1.41.6mm，否则上浮速度快而逸出，使增大。可见，使镁在进入熔体前预先受热和汽化，有助于提高Mg的利用率。为此采用出口处设有汽化装置的喷枪，把镁有控制地喷吹到汽化室中，镁的汽化是中靠铁水的热量保证了受热和汽化，从而使镁蒸汽在尽可能大的程度上溶解于铁水中，以提高镁的利用率。表1为各种不同工艺的镁消耗量比较：镁的化学活性大，它可以与气相中的一些组成分发氧化反应：Mg+1202MgO(s)(2一14)Mg+13N213Mg3N2(s)(215)Mg+12C02MgO(s)+12C(s)(2一16)Me+HzOMgO+H2(s)(

46、2一17)上述情况均造成镁的损失，因此喷吹气体中不应有O2、N2、CO2、H2O。因此含氧气、氮气的气体不能作为载体。喷吹气体采用天然气最为合理，它对镁呈中性，在铁水中受热分解时，可使局部温降150200，这有利于提高镁的吸收率。另外，喷吹镁时大的用气量(即使是中性气体)会冲淡熔体中镁蒸气的浓度，使其分压下降，从而使镁的利用率下降，因此喷吹镁用气体流量小于3060m3h。另外不掺加任何添加剂(石灰、白云石等)，Mg为9295，其余为涂层盐壳(NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2等)，盐壳的物化性能保证了其爆炸安全性自然点在7001000之间。纯镁粒的采用，也提高了镁的利用率，如图1为铁水脱

47、硫率与镁剂消耗关系。这是因为镁与填充料中某些组分发生反应，导致镁氧化损失，反应如下：,Mg+1/2Na2C03MgO+12CaO+12C(2一18)Mg+Ca(OH)2MgO+CaO+H2(219)图1铁水脱硫率与镁剂消耗关系 另外，必要时调整包渣和熔体上方气氛，如添加石灰，降低氧化气氛，均有利于镁的利用率的提高，综合以上要点如下：(1)采用试剂含纯镁90以上，不再加石灰、碳化钙或苏打等填充料；(2)所用试剂为颗粒状镁，粒径不大于1.6mm；(3)镁试剂在直接进入熔体之前在汽化室中汽化，采用带汽化装置喷枪；(4)铁水供热与吹入镁强度相协调(615kgmin)，籍以达到保证镁汽化的目的，保证可控

48、计量给料和喷吹制度；(5)喷吹气体对镁是中性，气体流量小于3060m3h。,第二章 颗粒镁深脱硫工艺与设备操作,第一节 镁的安全使用知识 一、金属镁的一般特性 金属镁是活泼的轻金属元素，在元素周期表中原子序号12，原子量24.305。固体密度174gcm3(20温度下)，熔点65l，汽化点(沸点)1105，金属镁锭燃点在600左右，粉料燃点在400以下，粒度越小，燃点越低。一般讲切削颗粒镁在倒搬时产生的粉尘燃点在320左右。由于金属镁化学活性大，因而是十分优良的还原剂，在铁水预处理脱硫工艺领域正逐步取代钙系脱硫剂而成为铁水脱硫剂的主要材料。也正由于金原镁活泼氧化，燃点低，所以在生产、运输、贮存

49、使用中存在很多安全隐患。正因为这一点，虽然在5060年代就认识到金属镁可作为铁水预处理脱硫剂，但直到70年代在解决了镁脱硫剂的安全生产、运输、使用和安全送入铁水等问题后，才在工业上开始使用。二.与镁脱硫剂有关的安全 从安全角度考虑，对镁脱硫剂要有以下几点要求：1镁剂粒度不可过细，防止在装入输送罐或计量给料罐时扬尘形成气溶胶和在管道中积累。2镁剂颗粒表面必须有牢固的充分的钝化保护层，而且不易在输送中脱落，使镁裸露在空气中。3钝化剂中不能含有水份(包括结晶水)。4镁剂存放必须远离热源和电焊、气焊等明火作业，必须与一切水源(包括潮气)隔绝。5在倒搬或输送过程中保护层磨擦时产生静电。,三、用镁进行铁水

50、脱硫的历史1镁焦法脱硫工艺 在20世纪50年代欧美各国就有用金属镁进行铁水脱硫的报导，当时采用的是镁焦法。如图所示。镁一焦是由含重量比43以上的镁，渗透浸入焦炭而制成的，一般用粘土一石墨做成钟形容器，把镁一焦放在其中。操作时，把镁一焦放在钟形容器内，浸于铁水中，由于镁在高温下沸腾，离开焦碳而与铁水接触，镁与硫作用成MgS，上浮到铁水面而成为熔渣。镁一焦用量按铁水重量及铁水含硫量而定。如处理100吨铁水，镁焦用量为125kg，处理8分钟后，铁水硫含量由0.024%降低到0.004%。我国90年代中期某冶金工厂从国外引进了混合喷吹法，即石灰粉中掺入1025镁剂，当工厂有喷吹石灰粉设备，此工艺方法简