生产工艺技术川威炼钢厂铁水预处理工艺实践与优化
铁水预处理低成本生产实践
铁水预处理低成本生产实践魏春新【摘要】为了降低铁水预处理成本，对铁水预处理过程参数进行优化，包括喷粉速率、喷枪插入深度等参数，并且在不影响脱硫效率的前提下，采用低CaO含量的钝化石灰粉替代高CaO含量的钝化石灰粉进行喷吹脱硫尝试。
结果表明，钝化石灰粉消耗减少0.963 kg/t铁，镁粉脱硫效率提高6.9%，低CaO含量的钝化石灰粉不影响脱硫率。
%In order to reduce the cost of hot metal pretreatment, such parameters in hot metal pretreatment process as powder injection rate and depth of inserting the spray lance are optimized. The passivation lime powder with low content of CaO is used for desulphurization instead of the passivation lime powder with high content of CaO on the premise that has no influence on the desulfurization efficiency. The results show that the passivation lime powder consumption is re-duced by 0.963 kg/t iron while the desulphuration efficiency of powdered magnesium is increased by 6.9% and the passivation lime powder with low content of CaO has no influence on the desul-phurization ratio.【期刊名称】《鞍钢技术》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】3页(P40-42)【关键词】铁水预处理;脱硫;钝化石灰粉【作者】魏春新【作者单位】鞍钢集团朝阳钢铁有限公司，辽宁朝阳122000【正文语种】中文【中图分类】TF34鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼钢部（以下简称炼钢部）于2008年9月投产，设计年产钢能力650万t，炼钢部集成了当今世界冶金领域多项先进装备，包括三座铁水预处理设备、三座260 t顶底复吹转炉及三台板坯连铸机。
炼钢第二讲(1)铁水预处理
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脱磷剂
氧化剂――――氧气、氧化铁、轧钢铁皮、连铸铁皮等 将铁水中的磷氧化 固定剂――――CaO，Na2CO3； 5NaCO3+4[P]=5(Na2O)+2(P2O5)+5C
3(Na2O)+(P2O5)=(3NaO· P2O5)
使磷稳定地结合在炉渣中 助熔剂――――CaF2，CaCl2。 生产低熔点的化合物，溶于渣中。 18
搅拌能 低 高
供氧 速率 低 高
氧气 比率 低 高
废钢比 低 高
建设投资 低 高
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脱硫
脱硫原理
钢铁冶炼脱硫，就是要形成稳定的硫化物，并
能与钢或铁水顺利分离。
脱硫基本反应方程式如下：
Mg(g)+[S]=MgS(s) ΔGΘ=- 427367+180.67 T
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脱硫剂
苏打灰（Na2CO3） 石灰粉(CaO) 电石粉（CaS） 金属镁
铁水“三脱”工艺
铁水三脱预处理（ ORP法 ）工艺流程
50
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总用量大约为吨铁水35公斤。配比：CaO42％-Fe2O346%-CaF212%。
预脱磷方法
在高炉出铁沟或出铁槽内进行脱磷； 在铁水包或鱼雷罐车中进行预脱磷； 在专用转炉内进行铁水预脱磷。
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铁水包喷吹法 优点： 铁水罐混合容易， 浸入 反应动力学条件好 缺点：
吹炼时间长，温降大 渣多
被铁水内部进行脱硫反应，从而达到脱硫的目的。
优点：脱硫效率高、脱硫剂耗量少、金属损耗低等。
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非卷入型机械搅拌法
特点：在钢包内只设一个简单
的倒T字形耐火材料搅拌棒， 旋转搅拌棒使脱硫剂与铁水混合
进行脱硫。但脱硫时间长，
铁水预处理工艺
铁水预处理工艺铁水预处理工艺是指在将铸铁液倒入铸型之前，通过一系列的处理工艺将铁水中的杂质和气体去除，从而保证铸铁件质量的稳定性和一致性。
铁水预处理工艺在铸造工艺中扮演着至关重要的角色，在提高铸件的质量、降低生产成本、改善生产环境等方面都有着积极的作用。
铁水预处理工艺一般包括以下几个环节：一、加热铁水在预处理之前，需要将铁水加热至一定温度，使得其中的金属元素完全熔解，方便去除杂质和气体。
一般来说，加热温度为1450℃左右。
二、除杂铁水中常存在铁沙、金属渣、氧化物等杂质，这些杂质对铸铁件的质量和性能有着很大的影响。
除杂工艺一般采用沉淀法、过滤法和离心法等方法去除杂质。
其中，沉淀法是较为常见的方法，通过加入草酸、硫酸等化学药剂使得杂质形成沉淀，然后将沉淀剔除掉即可。
三、脱硫铁水中含有一定量的硫，会影响铁水的流动性、凝固分析等性能。
脱硫工艺主要采用氧气吹炼法，将氧气引入铁水中，使得硫气氧化成SO2并排出，从而达到脱硫的目的。
四、脱碳铸铁中碳含量的多少与铁水中碳含量有着密切的关系，因此脱碳工艺对于决定铸铁件的硬度和韧性有着重要的作用。
脱碳工艺一般采用灌碳剂或者双氧水等方法，将其中的碳元素去除掉。
五、脱气铁水中通常还含有大量的气体，如氢、氧、氮等，这些气体都会在铸造过程中释放出来，导致铸件内部产生气孔、夹杂等缺陷。
因此，脱气工艺也是铁水预处理中不可或缺的一个环节。
脱气一般采用真空除气、加压除气等方法，将其中的气体去除掉。
铁水预处理工艺在现代铸造工业中已经得到广泛应用，能够显著提高铸铁件的质量和性能，减少铸件的废品率和生产成本，对于推动铸造行业的发展和升级有着重要的意义。
铁水预处理的目的以及预处理工艺法
铁水预处理的目的以及预处理工艺法铁水预处理的目的铁水预处理是指铁水在进入转炉炼钢之前，为了去除某些有害成分或回收有益成分的处理过程。
针对炼钢而言，主要是使铁水中的硅、硫、磷含量降低到所要求的范围，以简化炼钢过程，提高钢材的质量。
在铁和钢的生产过程中，硫之所以成为主要脱除或控制的元素之一，是因为它对钢的性能有着多方面的影响。
(1)热脆：硫在铁液中以FeS形式存在，1600℃硫在铁液巾能无限溶解，但其溶解度随温度的降低而减小，在固态铁中的溶解度很小。
在钢液凝固过程中，低熔点(1193℃)的FeS将浓聚于液相中，并将与Fe形成低熔点共晶(988℃)，最后凝固时形成网状组够分布于铁晶粒周界上。
当钢在热加工的加热过程中，温度超过1100℃左右时，富集于晶界的低熔点硫化物将使晶界成脆性或熔融状态，在轧制或锻造时，即出现裂纹，这种现象称为“热脆”。
(2)疲劳断裂：钢材的疲劳断裂是由于使用过程中钢材内部显微裂纹不断扩展的结果。
当硫含量偏高时产生晶界裂纹，这就是由于硫高而导致疲劳断裂的原因。
(3)力学性能：硫化物夹杂对钢材力学性能的影响，主要是由于硫化物夹杂在钢材加工中易变成长条状和片状，因此使钢材横向抗拉强度及塑性大大下降，同时冲击韧性也下降。
(4)抗蚀、焊接和切削性能：钢中硫化物夹杂还会引起坑蚀现象。
在钢的焊接过程中，钢中的硫化锰夹杂能引起热撕裂。
硫对钢还有一种很好的影响，即它能改善钢的切削性能。
铁水预处理工艺方法铁水预处理是对炼钢用铁水进行脱硅、脱磷和脱硫处理(简称为“三脱”)，主要在出铁沟、鱼雷式混铁车、铁水包和混铁炉中进行。
铁水预处理工艺方法有：铁水沟连续处理法(铺撒法)、铁水罐喷吹法、机械搅拌法、专用炉法、摇包法、转鼓法、钟罩法以及喷雾法等。
铁水沟连续处理法：此法是一种最简易的铁水预处理方法，可分为上置法和喷吹法两种。
前者只需将预处理剂铺撒在铁水沟适当的位置，预处理剂即随铁水流下，靠铁流的搅动和冲击使预处理剂和铁水发生反应而脱出有关杂质元素;而后者则需在铁水沟上设置喷吹搅拌枪或喷粉枪，使预处理剂经喷吹搅拌强化与铁水的接触。
铁水预处理工艺
投掷法 60-70 苏打粉 8-10 0.015 30 30-40 — 低
喷吹法 80-90 Mg 系脱硫剂 0.5-2 0.003 <10 <10 15 一般
KR 法 90-95 石灰 10-12 0.002 15-20 20-30 20 较高
2 铁水预处理发展的技术经济背景与现状
2.1 国外铁水预脱硫技术的发展背景与现状
石灰 (CaO)系 系
(CaCO3+CaF2+C，+CaC2，+ Al) ， CaO(S) + [S] + [C] ==== (CaS) + CO
当 [Si] > 0.05% 时，
CaO(S) + [S] + 1/2[Si] === (CaS) + 1/2(SiO2) 价廉易得，高温、细磨、活性高脱硫效果较好。 价廉易得，高温、细磨、活性高脱硫效果较好。 石灰易吸水，脱硫渣夹带铁， ⇒ 石灰易吸水，脱硫渣夹带铁，不能进行深度 脱硫。 脱硫。
5.2 脱磷前的铁水预脱硅
脱磷过程中硅比磷优先氧化。这样形成的 脱磷过程中硅比磷优先氧化。这样形成的SiO2势必会大 大降低脱磷渣的碱度。因此，为了减少脱磷剂用量、 大降低脱磷渣的碱度。因此，为了减少脱磷剂用量、提 高脱磷效率，脱磷前必须优先将铁水[Si]氧化脱除至 高脱磷效率，脱磷前必须优先将铁水 氧化脱除至 0.10%~0.15%。 。 预脱硅方法： 预脱硅方法：主要有高炉炉前铁水沟上置或顶喷固体氧 化剂脱硅法和铁水罐、混铁车内喷吹脱硅法(顶吹 顶吹O 两 化剂脱硅法和铁水罐、混铁车内喷吹脱硅法 顶吹 2)两 种。 高炉要冶炼低硅生铁。 高炉要冶炼低硅生铁。
3.2 四种主要脱硫剂及其脱硫原理
钢厂KR铁水预处理工艺设计
钢⼚KR铁⽔预处理⼯艺设计KR铁⽔预处理⼯艺设计为了适应市场经济发展的要求，提⾼企业竞争⼒，钢铁集团总公司开始实施产品结构调整，优化⼯艺装备结构、品种结构和提⾼产品质量，建设了150t转炉炼钢⼚，即钢⼚第三炼钢⼚。
通过⼴泛的技术论证，在铁⽔预处理⼯艺上，采⽤了机械搅拌脱硫技术（简称KR脱硫）。
1⼯艺装备情况钢⼚第三炼钢⼚现装备1座150t转炉，1套LF/VD精炼装置，1台板坯连铸机，设计年产钢130万t，炼钢⽣产采⽤的⼯艺路线是：1750m3⾼炉→900t混铁炉→KR铁⽔预处理→150t转炉→LF/VD精炼炉→板坯连铸机→中厚板。
转炉平均出钢量130t，最⼤出钢量150t，采⽤了副枪和⾃动炼钢技术、顶底复吹、溅渣护炉、上修炉等技术；LF和VD引进意⼤利达涅利公司的设计和关键设备，采⽤双⼯位布置；连铸机引进奥地利奥钢联设计和关键设备，采⽤结晶器液压振动、动态软压下、质量判断模型等先进技术。
整个⽣产线装备⽔平较⾼，是按照可以⽣产⾼级别管线钢进⾏装备的，铁⽔预处理⼯序是该⽣产线极为关键的⽣产环节。
2KR⼯艺简介2.1KR脱硫管线钢的⽣产中，[S]的控制是⾸要任务。
研究和⽣产实践证明，在铁⽔中脱硫相对转炉脱硫和炉外精炼脱硫是最经济、最合理的⼯序。
因此，铁⽔预处理脱硫在钢⼚管线钢⽣产线中显得⾮常重要。
国内外应⽤最为⼴泛的脱硫⽅法主要有KR机械搅拌和喷吹法。
两者⽐较，KR脱硫率⾼、脱硫剂易于制造、脱硫成本低、操作简单，但投资较⾼、设备维修量⼤；喷吹法⼀次投资低，设备维修量较⼩，但操作不易控制、易产⽣喷溅，同时脱硫率和脱硫成本相对KR优势较弱。
通过⽐较，钢⼚选择了KR脱硫。
2.2⼯艺流程KR⼯艺流程：向铁⽔罐中兑铁⽔→铁⽔罐运到扒渣位并倾翻→第⼀次测温取样→第⼀次扒渣→铁⽔罐回位→加脱硫剂→搅拌脱硫→搅拌头上升→第⼆次测温取样→铁⽔罐倾翻→第⼆次扒渣→铁⽔罐回位→铁⽔罐开⾄吊罐位→兑⼊转炉对于炼铁⼚的⾼炉铁⽔，⽤⾼炉铁⽔罐车运⾄主⼚房加料跨南端的⼆条铁⽔停放线上，⽤240/65t 车将铁⽔罐吊⼊脱硫吊罐位，再将铁⽔罐车开到搅拌扒渣位，先进⾏第⼀次测温取样，然后进⾏第⼀次扒渣。
铁水预处理工艺技术操作规程
铁水预处理工艺技术操作规程一、概述铁水预处理是指将铁水中的杂质和其他有害成分去除，使之符合炼钢的要求，为后续的冶炼提供良好的原料。
本工艺技术操作规程旨在规范铁水预处理工艺的操作，确保工艺过程的安全、稳定和高效。
二、设备准备1. 对设备进行全面检查，确保设备正常运行和安全。
2. 检查各类阀门、泵等运行情况，清理设备表面积尘和杂物。
3. 清理储存区域，确保杂物不干扰工艺操作。
4. 做好易燃易爆物品的储存和管理工作。
三、工艺步骤1. 开启预处理设备的主电源，检查设备的电气连接情况。
2. 打开原料输入阀门，调整流量以保证输入量符合要求。
3. 打开设备排液阀门，排出设备内的污水。
4. 打开设备进水阀门，保证进水流量符合要求。
5. 根据铁水的成分和要求，在预处理设备中添加适量的矫正剂和脱氧剂。
6. 开启设备搅拌装置，调整搅拌速度，使其适应工艺要求。
7. 污水排出后，关闭排液阀门。
8. 检查设备运行情况，确保搅拌装置正常运转。
9. 根据实际情况，对设备进行调整和操作。
10. 当铁水成分符合要求时，关闭设备进水阀门，停止添加矫正剂和脱氧剂。
11. 根据生产计划和要求，调整设备停留时间。
12. 打开设备排渣阀门，将沉淀物排出设备。
13. 检查设备内部情况，清理设备表面积尘和杂物。
14. 根据需要，对设备进行维护和保养，确保设备的正常运行。
15. 关闭设备主电源，结束本次操作。
四、安全措施1. 操作人员必须经过相关培训，熟悉设备的操作规程和安全操作要求。
2. 操作人员必须佩戴符合规定的个人防护装备，如安全帽、防护服、防护眼镜等。
3. 在操作过程中，严禁吸烟和使用明火。
4. 严格控制矫正剂和脱氧剂的添加量，避免超量造成的安全隐患。
5. 发现设备异常情况或设备出现故障，应立即停止操作并报告维修人员处理。
6. 遇到突发情况需要停止操作时，应立即关闭设备主电源，并按照应急预案进行处理。
7. 在进行设备维护和保养时，必须切断设备的电源，并进行防护措施。
(铁水预处理)炼钢工艺学
水含硫又高的小钢铁厂，还经常被采用。
机械搅拌法
靠旋转沉入铁水中的搅拌器或转动盛铁水的容器使铁水 与脱硫剂搅拌混合。
采用搅拌器和采用转动容器机械搅拌法，均可控制铁水 与脱硫剂的搅拌时间和搅拌强度，用CaC2作脱硫剂能得到 >90%的脱硫效率(单向摇包法搅拌混合较差，脱硫率比双向 摇包法约低10％)，可以把铁水中的硫稳定地降低到<0.010％。
1、铁水预脱磷的基本原理
铁水中的磷首先氧化成P2O5，然后与强碱性氧化物结合成 稳定的磷酸盐而去除。
在铁水预脱磷过程中，首先要有适当的氧化剂将溶解于 铁水中的磷氧化，然后采用强有力的固定剂，使被氧化 的磷牢固地结合在炉渣中。
4.4 铁水预脱磷工艺
2、铁水预脱磷方法 ◆ 在高炉出铁沟或出铁槽内进行脱磷 ◆ 在铁水包或鱼雷罐车中进行预脱磷 ◆ 在专用转炉内进行铁水预脱磷
武钢旋转实心搅拌器的KR机械搅拌法，铁水的含硫量 可从0.06%降低到0.005％。实践证明，此类脱硫设备可以用 价廉的石灰进行有效的脱硫。设备最简单，脱硫效率高。
转动容器的回转炉法和摇包法，由于设备复杂，维修费用高 和难于大型化，发展前途不大。
搅拌器法
旋转实心搅拌器的 搅拌法（KR法）
旋转空心搅拌器的搅 拌法（DORA法）
4.5 铁水“三脱”工艺
铁水三脱工艺特点 o 优点： ▪ 可实现转炉少渣冶炼（渣量＜ 30 kg／t）。 ▪ 铁水脱硫有利于冶炼高碳钢、高锰钢、低磷钢、特殊钢
（如轴承钢、不锈钢）等。 ▪ 可提高脱碳速度，有利于转炉高速冶炼。 ▪ 转炉吹炼终点时钢水锰含量高，可用锰矿直接完成钢水合
金化。 o 缺点： ▪ 铁水中发热元素减少，转炉的废钢加入量减少。 转炉少渣炼钢工艺——铁水预处理将S、P（脱P需先脱Si ）
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