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铁水预处理技术
来源: 作者: 发布时间:2008-01-09

 

1 什么是铁水预处理?
  铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前,为脱硫或脱硅、脱磷而进行的处理过程。
除上述普通铁水预处理外还有特殊铁水预处理,如针对铁水含有特殊元素提纯精炼或资源综合利用而进行的提钒、提铌、提钨等预处理技术。
 
2 在炼钢生产中采用铁水预脱硫技术的必要性是什么?
  (1)用户对钢的品种和质量要求提高,连铸技术的发展也要求钢中硫含量低(硫含量高容易使连铸坯产生裂纹)。铁水脱硫可满足冶炼低硫钢和超低硫钢种的要求。
  (2)转炉炼钢整个过程是氧化气氛,脱硫效率仅为30%~40%;而铁水中的碳、硅等元素含量高,氧含量低,提高了铁水中硫的活度系数,故铁水脱硫效率高;铁水脱硫费用低于高炉、转炉和炉外精炼的脱硫费用。
  (3)减轻高炉脱硫负担后,能实现低碱度、小渣量操作,有利于冶炼低硅生铁,使高炉稳定、顺行,可保证向炼钢供应精料。
  (4)有效地提高钢铁企业铁、钢、材的综合经济效益。
 
3 铁水脱硫常用的脱硫剂有几类,各有何特点?
  生产中,常用的脱硫剂有苏打灰(Na2C03)、石灰粉(CaO)、电石粉(CaC2)和金属镁等。以上脱硫剂可以单独使用,也可以几种配合使用。
  (1)苏打灰。其主要成分为Na2C03,铁水中加入苏打灰后,与硫作用发生以下3个化学反应:
  Na2C03(1)+[S]+2[C]=Na2S(1)+3{CO}
  Na2C03(1)+[S]十[Si]=Na2S(1)+SiO2(S)+{CO}
  Na20(1)+[S]=Na2S(1)+[O]
  用苏打灰脱硫,工艺和设备简单,其缺点是脱硫过程中产生的渣会腐蚀处理罐的内衬,产生的烟尘污染环境,对人有害。目前很少使用。
  (2)石灰粉。其主要成分为CaO,用石灰粉脱硫的反应式如下:
  2CaO(S)+[S]+(1/2)[Si]=(CaS)(S)+(1/2)(Ca2Si04)
  石灰价格便宜、使用安全,但在石灰粉颗粒表面易形成2CaO•Si02致密层,限制了脱硫反应进行,因此,石灰耗用量大,致使生成的渣量大和铁损大,铁水温降也较多。另外,石灰还有易吸潮变质的缺点。
  (3)电石粉。其主要成分为CaC2,电石粉脱硫的反应式如下:
  CaC2+[S]=(CaS)(S)+2[C]
  用电石粉脱硫,铁水温度高时脱硫效率高,铁水温度低于1300℃时脱硫效率很低。另外,处理后的渣量大,且渣中含有未反应尽的电石颗粒,遇水易产生乙炔(C2H2)气体,故对脱硫渣的处理要求严格。在脱硫过程中也容易析出石墨碳污染环境。电石粉易吸潮生成乙炔(乙炔是可燃气体且易发生爆炸),故电石粉需要以惰性气体密封保存和运输。
  (4)金属镁。镁喷入铁水后发生如下反应:
  Mg+[S]=MgS(S)
  镁在铁水的温度下与硫有极强的亲和力,特别是在低温下镁脱硫效率极高,脱硫过程可预测,硫含量可控制在0.001%的精度。这是其他脱硫剂所不能比拟的。
  金属镁活性很高,极易氧化,是易燃易爆品,镁粒必须经表面钝化处理后才能安全地运输、储存和使用。钝化处理后,使其镁粒表面形成一层非活性的保护膜。
  用镁脱硫,铁水的温降小,渣量及铁损均少且不损坏处理罐的内衬,也不影响环境。因而铁水包喷镁脱硫工艺获得了迅猛的发展。
  镁的价格较高,保存时须防止吸潮。

4 铁水脱硫的主要方法有哪些,铁水脱硫技术的发展趋势是怎样的?
  迄今为止,人们已开发出多种铁水脱硫的方法,其中主要方法有:投入脱硫法、铁水容器转动搅拌脱硫法、搅拌器转动搅拌脱硫法和喷吹脱硫法等。
  (1)投入法。该法不需要特殊设备,操作简单,但脱硫效果不稳定,产生的烟气污染环境。
  (2)铁水容器搅拌脱硫法。该法主要包括转鼓法和摇包法,均有好的脱硫效果,该法容器转动笨重,动力消耗高,包衬寿命低,使用较少。
  (3)采用搅拌器的机械搅拌法。如KR法(见图3-1)即属于此类。
 
  KR搅拌法由于搅拌能力强和脱硫前后能充分的扒渣,可将硫含量脱至很低,其缺点是设备复杂,铁水温降大。
  (4)喷吹法。此法是用喷枪以惰性气体为载体,将脱硫剂与气体混合吹入铁水深部,以搅动铁水与脱硫剂充分混合的脱硫方法。该法可以在鱼雷罐车(混铁车)或铁水包内处理铁水。铁水包喷吹法目前已被广泛应用。图3-2为鱼雷罐车喷吹法脱硫装置示意图。
 
  喷吹脱硫法具有脱硫反应速度快、效率高、操作灵活方便,处理铁水量大,设备投资少等优点。因而,它已成为铁水脱硫的主要方法。
  铁水脱硫技术的发展趋势如下:
  (1)采用全量铁水脱硫工艺;
  (2)趋向在铁水包内预脱硫;
  (3)脱硫方法以喷吹法为主;
  (4)用金属镁做脱硫剂的趋势不断扩大。
 
5 用金属镁进行铁水脱硫的机理是什么?
  镁为碱土金属,相对原子质量为24.305,密度为1.738g/cm3;熔点为651℃;沸点为1107℃。当金属镁与硫结合生成MgS后,其熔点为2000℃,密度为2.8g/cm3,如与氧结合生成MgO后,其熔点为2800℃,密度为3.07~3.20g/cm3,二者均为高熔点、低密度稳定化合物。
  镁通过喷枪喷入铁水中,镁在高温下发生液化、气化并溶于铁水:
  Mg(S)→Mg(1)→{Mg}→[Mg]
  Mg与S的相互反应存在两种情况:
  第一种情况:{Mg}+[S]=MgS(S)    (3-1)
  第二种情况:{Mg}→[Mg]    (3-2)
  [Mg]+[S]=MgS(S)    (3-3)
  在高温下,镁和硫有很强的亲和力,溶于铁水中的[Mg]和{Mg}都能与铁水中的[S]迅速反应生成固态的MgS,上浮进入渣中。
  在第一种情况下,在金属-镁蒸气泡界面,镁蒸气与铁水中的硫反应生成固态MgS,这只能去除铁水中3%~8%的硫。
  在第二种情况下,溶解于铁水中的镁与硫反应生成固态MgS,这是主要的脱硫反应,最为合理。在这种情况下,保证了镁与硫的反应不仅仅局限在镁剂导入区域或喷吹区域内进行,而是在铁水包整个范围内进行,这对铁水脱硫是十分有利的。
  镁在铁水中的溶解度取决于铁水温度和镁的蒸气压。镁的溶解度随着压力的增加而增大,随铁水温度的上升而大幅度降低。为了获得高脱硫效率,必须保证镁蒸气泡在铁水中完全溶解,避免未溶解完的镁蒸气逸人大气造成损失。促进镁蒸气大量溶解于铁水中的措施是:铁水温度低;加大喷枪插入铁水液面以下的深度,提高镁蒸气压力,延长镁蒸气泡与铁水接触时间。
 
6 采用金属镁脱硫为什么要对镁粒进行表面钝化处理,对颗粒镁有什么要求?

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