铁水脱硫理论
一炼钢铁水预处理脱硫过程影响因素分析
铁水炉外脱硫技术从 ２ ０世纪 ３ ０ 年代开始应
用， ６ ０年 代蓬 勃发 展至 今 ， 约 有六 大 类 １ ６种 处 理 方法 ， 即摇 动法 、 机械 搅拌 法 、 吹气搅 拌 法 、 镁 系脱
对脱 硫 系统进 行升 级改 造 ， 增 加 了一套 脱硫装 置 ， 采用 “ 二对三” 模式 ， 脱硫作业 率提高 到 ９ ５ ％ 以 上 。一炼 钢脱 硫喷 吹系 统见 图 １ 。
Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ Ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆ Ｄ ｅ ｓ ｕ ｌ ｐ ｈ ｕ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ０ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｈｏ ｔ Ｍｅ ｔ ａ ｌ
表 ４ 参数 设置 前后 脱硫 粉剂 消耗 指标
２ ． ３ 初始 硫含 量对 脱硫 剂效 率 的影 响
度较 快 。随着 硫 含量 的 降低 ， 溶 解 的镁 占镁 量 的 比例 越来 越大 。从 铁 水 温 度 与脱 硫 剂 效 率 Ｋｓ 的 散点 图 （ 见图 ３ ） 可 以看 出 ， 由于铁 水 温度 高 时 ， 在
脱硫 前铁 水 的成分 见 表 ２ 。 由于镁 脱 硫是 在 气一 液界 面上 进行 ， 镁 进 入铁 水 会 发 生 气 化 。如
个工位可以同时安排铁水包的座包 ， 从 而有效
减少 了非 作 业 时 间， 但 是 作 业 率 只有 ６ ０ ％ ～ ７ ０ ％ 。２ ０ ０ ９年 ， 因 品种 开 发 和 产 能 提 升 的 需 要 ，
常用铁水预处理技术
常用铁水预处理技术常用铁水预处理技术铁水预处理基础知识1、什么是铁水预处理？★铁水预处理指铁水兑人炼钢炉之前，为除去某些有害成份或回收某些有益成分的处理过程。
针对炼钢而言，主要是使铁水中硅、磷、硫含量降低到所要求的范围，以简化炼钢过程，提高钢的质量。
铁水预处理具体分为铁水炉外脱硅、脱磷和脱硫，有时脱磷和脱硫同时进行。
对于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、提钨等预处理技术则称为特殊预处理。
2、什么是铁水“三脱”技术？★指铁水兑人炼钢炉之前，进行脱硫、脱硅、脱磷的预处理工艺过程。
3、铁水脱硫的目的是什么？★提高钢质、扩大品种和改善炼钢操作，提高钢的机械、工艺性能。
4、铁水脱硅的目的是什么？⑴减少转炉炼钢渣量、改善操作和提高炼钢经济指标。
硅是氧气转炉炼钢发热的元素，所以为了提高炼钢熔池温度和早化渣，往往希望铁水含硅高一些，但实践证明铁水含硅高时，为了保证转炉渣有较高的碱度，势必增加石灰消耗量，使渣量增多，冶炼时间延长，耗氧量增加，喷溅加剧，铁损增加，并给操作带来困难，从而降低炼钢生产率和增加生产成本。
铁水含硅量一般应控制在0.4％以下的水平。
(2)铁水预脱磷的需要脱硅是铁水预脱磷的先决条件。
铁水预脱磷要求脱磷反应区的氧位高，当加入氧化剂提高氧位时，硅首先就与氧作用而降低铁水中的氧位。
为此，脱磷首先要脱硅，脱磷前控制硅含量一般要求在0.15％以下。
5．铁水脱磷的目的是什么?(1)生产低磷钢、超低磷钢和不锈钢等工艺需要。
磷在钢中对性能的影响，除少数钢种为提高强度或耐大气腐蚀性，要求有一定含磷外，对大多数钢种是有害的，它降低钢的冲击韧性，尤其是低温冲击韧性；磷的枝晶偏析使板材产生带状组织，造成钢板各向异性。
随着新技术材料的发展，对某些品种钢要求磷含量≤0.01％(低磷钢) 或≤0．005％(超低磷钢) 。
用转炉工艺脱磷，虽然有较好的脱磷效果，但达到这种低磷的水平是难以完成的，如采取多次造渣操作，有可能达到，但都存在渣料消耗大，冶炼时间长，热损失大，金属收得率低等问题。
高炉冶炼基础4-脱硫课件
(1）提高温度；
(2）提高炉渣碱度；
(3）降低渣的氧势；(FeO)
(4) 提高铁液中硫的活度系数f[s]。
(2) 提高硫在渣中的传质系数ks
• 液相中质点扩散的一般规律为
1 D＝ （4.10) N 0 6r
• • • • • D――质点在渣中的扩散系数； N0――阿佛加德罗常数； r ――扩散质点半径； η ――液体介质的粘度； T――绝对温度。
a
(s
)
式中, Ks’――包括熔渣中硫浓度转换系数在内 的平衡常数，并且a[o]=[％O]; F[s]――铁液中硫的活度系数; f 2 ――渣中硫的活度系数.
(s )
一般情况下高炉内平衡状态下硫在 渣铁间的分配系数比实际的值高得多， 这是反应动力学限制造成的。因此，加 快脱硫反应速度，使LS 尽可能接近LS0 是降低[S]的主要手段。
• [S]＋(O2-)＝[O]＋(S2-)
(Fe 2+ )+(O 2-)=[Fe]+[O]
[FeS]＋（CaO）＝（CaS）＋（FeO）
Ks a( CaS ) a( FeO ) a[ S ] a( CaO )
(CaS ) w(CaS ) ( FeO ) w( FeO ) '[ S ] w[S ] ( CaO ) w(CaO )
常用的炉外脱硫剂
• CaO、MgO、CaC2、Na2CO3、Mg • 反应式： [FeS]+ Na2CO3=(Na2S)+(FeO)+CO2 [FeS]+ CaO=(CaS)+(FeO)
主要方法：
• • • • • • 撒放法 摇动法 机械搅拌法 气体搅拌法 喷吹法 镁脱硫法
铁水脱硫技术
３ 工 程 应 用
（） 凝 土集 斗 拌肯 ， 混凝 土 拌 音 加水 刊 混 疆 土 ＾ 横 （ 距 约 ｉ ｍ 左 ｉ混 ｜ 从 运 ｋ
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｉｈ－ ｓｒ ｎｇ ｈ Ｓ ｉ ａ ｅ ｆ ｅ ｍ ｐ ｄ Ｃｏ ｒ ｔ ｓｇ ｆ Ｈ ｇ － ｔ ｅ ｔ ｈｒｎｋ ｇ － ｒ ｅ Ｐｕ ｅ ｎｃ ｅ ｅ
裹 ７ 试 件 抗 海 港水 高 度 统 计裹
试验编号
２
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插 ＾ 式 振 捣棒 ， 格 按 规程 拯 作 ， 剜 快 插慢 提 ． 捅 振 ， 列好 处 严 做 不 惜 （） 混 凝 土 接 近 初 凝时 抹 面 ． 加 置 草 袋 ， 盏 塑 料 薄 膜 ， ９持 铺 覆 以防 混 凝 土 表 面 术 分 蒸 发 。２ ｈ掘 凝 土圬 工 全 部 施 工 完 毕 ， ｚ 养 护 ． 间 不 小 于 ０ 蕾 ｋ 时
维普资讯
科 捷 情 报 开 发 与 经济 击 收缩 量 （ 勺 详见 寝 ８ ）
Ｓ ／Ｅ ＨＩ Ｏ ＣＩＴ Ｃ ＮＦ ＲＭＡＴ Ｏ ＤＥ Ｌ Ｐ ＮＴ ８ Ｃ ＯＭＹ Ｉ Ｎ ＶＥ Ｏ ＭＥ Ｌ ＯＮ Ｅ
２Ｏ 年 第 １ ０２ ２卷
第 ｌ期
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避免 了混鹾土困水量过多而 引起 的气 、 Ｌ 徽裂齄等 缺陷。接加粉煤灰减少
从 寝 ８ 以看 出 ； 凝 土 的 收缩 随 龄蝤 的 增 长 而趋 于 增 大 ． 随膨 胀 荆 可 混 并 捧 量 的增 加 收缩 磕 少 。 ９ ＃配 音 比不 能 弥 补 混 凝 土 的 收 缩 ， ＃ ． ＃配 台 比 ３ ４ 都有 不同程鹰的微膨胀 ． 补偿 了程 凝 土 的 收 缩 带 来 的 体 积 变 化 ． 有 效 防 可
铁水纯镁脱硫工艺研究及应用
鞍 钢 技 术
２ ０１ ４年 第 １期
ＡＮＧＡＮＧ Ｔ ＥＣＨＮ０Ｌ ０ＧＹ
总第 ３ ８ ５期
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研 磊 究 与 开 发 ）
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铁水 纯 镁 脱硫 工 艺研 究 及应 用
曹东 ， 万 雪峰 ， 王彬 ， 王世 峰 ， 朱 晓雷 ， 尚德 礼 ， 李广 帮
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｂ ｙ ｂ ｌ ｏ ｗｉ ｎ ｇ ｐ ｕ ｒ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ｉ ｎ ｔ ｏ １ ２ ０ ｔ ｈ ｏ ｔ － ｍｅ ｔ ｌ－ ａ ｌ ａ － ｄ ｌ ｅ ｗａ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｏ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｒｅ ｆ ｅ ｒ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｉ ｍｅ ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ ｉ ｎ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ，ｓ ｏ ｍｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ｔ ｏ ｂ ｅ ｔ ａ ｋ ｅ ｎ ｆ ｏ ｒ ｄ ｅ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｙ ｒ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ － ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｄ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ ｑ ｕ ｏ ｔ ｉ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｐ ａ ｓ ｓ ｉ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ｐ ｏ ｗ ｄ ｅ ｒ ，ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｓ ｅ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｏ ｆ ａ ｓ ｐ ｒ ａ ｙ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ，ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｌ ｙ ｐ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｓ ｍａ ｌ ｌ ａ ｍｏ ｕ ｎ ｔ ｏ ｆ ｌ ｉ ｍｅ ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｄ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｋ ｅ ｅ ｐ ｉ ｎ ｇ ｍａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｇ ａ ｓ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｍｂ ｅ ｒ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ — ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ ｉ ｓ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｂ ｙ ８ ％ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｉ ｎ ｈ ｏ ｔ ｍｅ ｔ ａ ｌ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｒ ｓ ｔ
铁水预处理技术
不同脱硅方法对铁水温度的影响
1 2 3 氧化铁随氧气一起喷入TPC 氧化铁随氧气一起喷入 氧化铁随氧气一起由顶部加入 顶部加入氧化铁
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铁水预脱硅方法及其选择
铁水预脱硅主要有三种方法： 铁水预脱硅主要有三种方法： 1）在高炉出铁沟脱硅 2）鱼雷罐车或铁水罐中喷射脱硅剂脱硅 3）“两段式”脱硅，即为前两种方法的结合， 两段式”脱硅，即为前两种方法的结合， 先在铁水沟内加脱氧剂脱硅， 先在铁水沟内加脱氧剂脱硅，然后在鱼雷罐车中喷 吹脱硅
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第二讲
铁水炉外处理技术
战东平
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2.1 铁水预处理简介
铁水预处理：是指铁水兑入炼钢炉之前对其进行脱 铁水预处理： 除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一种铁水 处理工艺。 处理工艺。 铁水预处理： 铁水预处理： 普通铁水预处理 特殊铁水预处理 普通铁水预处理：铁水脱硫、脱硅和脱磷、 普通铁水预处理：铁水脱硫、脱硅和脱磷、铁水同 时脱硅、脱磷、脱硫（ 三脱” 时脱硅、脱磷、脱硫（即“三脱”）。 特殊铁水预处理： 特殊铁水预处理：针对铁水中的特殊元素进行提纯 精炼或资源综合利用而进行的处理过程， 精炼或资源综合利用而进行的处理过程，如铁水提 提铌、提钨等。 钒、提铌、提钨等。
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[Si] + 2(FeO) = SiO2(s) + 2Fe ∆G1=-356020+130.47T J·mol-1 [Si] + Fe2O3(s) = SiO2(s) + Fe(l) ∆G2=-287800+60.38T J·mol-1 [Si] + Fe3O4(s) = SiO2(s) + Fe(l) ∆G3=-275860+156.49T J·mol-1
KR法铁水预处理的脱硫效果
１ 方 案选 型
目前 ， Ｋ 以 Ｒ法 为代 表 的机 械 搅 拌 法 脱硫 和 喷 吹法 脱硫 ， 为 两种 主要 的铁 水 脱 硫 手 段 ， 作 以其各 自的优势 和特 点在 炼钢 行业 中得 到广 泛地
Ａｂｓｒ ｔ： Ｂｙ ｃ ｍ ｐａ ｎｇｔ ｉ ｔ ａｃ ｏ ｉ ｒ ｈｅｒｏｗｎ ｄ ｎｔｇ ｓａ ｄ ｃ ｒ ｃｅ ｓｉｓｉ ＫＰ ｍ ｅｈｏ ｎ ｌ ｗ ｉ ｅｈ ａ ｖａ ａ ｅ ｎ ｈａａ ｔｒ ｔｃ ｎ ． ｉ ｔ ｄ ａ ｄ ｂ ｏ ｎｇｍ ｔ ｏｄ，ＫＲ ｅ ｈ ｎ ｃｌ ｍ ｃ ａ ｉａ ａ ｉａｉ ｎ ｗａ ｈｏ ｅ ｇｔｔｏ ｓｃ ｓ ｎ，ｔ ｓｐ ｐｅ ｈｅ ｈ ｅａ ｒ ｔｅ ｔ ｅ ｏ ｅ ｓｉ ＫＲ ｔｒｉ ｇ ｗ ａ ｅ ｃ ｂｅ ｈｉ ａ ｒｔ ｏｔｍ ｔｌｐ ｅｒ ａｍ ｎｔｐｒ ｃ ｓ ｎ ｓｉｒｎ ｓｄ ｓｒ ｄ，ｔ ｉ ｉ ｒｎｃｐｅ ｉ ｈｅｍ ｘｎｇ ｐ ｉ ｉｌｓ ａ ｅ ｈ ｎｉ Ｓｏｆｄｅｕｌ ｉｚ ｔｏ ｓｄｓ ｕ ｓｄ， ｔ ｆ ｃ ｆｐｒ ｄｕ ｔｏ ａ ａ ａｙ ｅ ， ｔ ｅｕｌ ｈｏ ｅ ｈａ ． ｎｄ ｍ ｃ ａ ｓ ｓ ｆ ａｉ ｎ ｗａ ｉｃ ｓｅ ｍ ｕｒ ｈｅ ｅ ｅ ｔｏ ｏ ｃｉ ｎ ｗ ｓ ｎ ｌｚ ｄ ｈｅ ｒ ｓ ｔ ｓ ｗ ｄ ｔ ｔＫＰ ｓ ｄ ｓ ｆ ｉｚ ｔｏ ｅ ｅ ｔｉ ｂ ｔｅ ｏ ｍｅ ｔｔ ｔ ｅ ｅ ｕ ｒ ｍ ｅ ｓ ｅｕｌ ｕｒ ａｉｎ ｆ ｃ ｓ ｅ ｔｒｔ ｅ ｈｅ ｓｅ ｌｒ ｑ ｉｅ ｎｔ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ＫＲ ； ｈｏ ｅａ ｅｒａｍ ｅ ； ｔ ｆｅ ｔｖ ｎｅｓｏｆｄ ｓ ｆ ｉａｉ ｎ ｄ ｔｍ ｔｌｐｒｔｅ ｔ ｎｔ ｈｅ ｅ ｃｉ ｅ ｓ ｅｕｌ ｚ ｔｏ ｕｒ
硫是 绝 大多 数 钢 种 中的 有 害元 素 ， 以硫 化 它 物 的形式 存在 于钢 中． 中 的含 硫量 高 ， 使 钢材 钢 会 的加 工性 能 和使 用 性 能 大 大 降低 ， 在热 加 工 过 程 中甚 至 会 造 成 “ 脆 ” 裂． 着 科 学 技 术 的 进 热 断 随 步， 用户 对钢 材质 量 的要求 越来 越高 ， 尤其 对 钢材 的含 硫量 提 出 了更 严格 的要 求 ． 因此 ， 铁水 预处 理
(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 ）
铁水包喷镁脱硫预处理动力学模型
铁水包喷镁脱硫预处理动力学模型茹家胜;董建;梁义会;顾克井;刘志兴【摘要】依据对铁水喷镁脱硫机理的理论分析,同时考虑熔池均混时间和镁气泡在铁水中停留时间等重要参数对喷镁脱硫的影响,开发了铁水包喷吹颗粒镁铁水预处理脱硫动力学模型.并采用四阶龙格库塔法对该模型进行求解.模型计算结果与实际生产数据吻合较好,可用于对国丰钢铁公司铁水包喷镁脱硫过程的预测.【期刊名称】《材料与冶金学报》【年(卷),期】2014(013)004【总页数】5页(P237-241)【关键词】脱硫;动力学模型;铁水预处理;喷镁【作者】茹家胜;董建;梁义会;顾克井;刘志兴【作者单位】东北大学材料与冶金学院,沈阳110819;唐山国丰钢铁公司,唐山063300;唐山国丰钢铁公司,唐山063300;唐山国丰钢铁公司,唐山063300;唐山国丰钢铁公司,唐山063300【正文语种】中文【中图分类】TF549铁水预处理脱硫具有较好的经济效益，是优质钢生产的重要保证[1～3].采用铁水预处理对提高钢铁企业生存和发展来说具有重要意义.我国大多数大中型钢铁厂已基本具备或正在加速配备铁水预处理设备，少数重点企业已成功开发出基于铁水预脱硫或三脱的生产纯净钢的新工艺[4].其中，喷吹颗粒镁脱硫因其设备简单、占地面积小、喷吹时间短、自动化程度高、生产成本低、处理过程温降小及镁资源丰富等特点，在国内得到了较广泛应用.唐山国丰钢铁有限公司的铁水包喷吹涂层颗粒镁铁水脱硫项目自运行以来，取得了较好的技术指标及经济效益，但面对激烈的市场竞争，还需要进一步提高喷吹镁颗粒铁水脱硫工艺理论及操作水平.因此，减少镁消耗以降低生产成本、提高颗粒镁脱硫效率、降低终点硫含量、提高产品质量和竞争力成为企业迫切需要解决的问题.国内外学者对铁水预处理喷粉脱硫进行了广泛研究，但鉴于各钢铁企业工艺条件的不同，所开发脱硫模型的应用效果不尽相同.因此，需要结合各企业脱硫工艺特点，开发相应的铁水预处理脱硫模型并进行工艺参数调整.本文拟在分析铁水喷镁脱硫机理基础上，对前人所建立脱硫模型进行完善，并在模型中考虑了熔池均混时间以及镁气泡在铁水中停留时间等模型参数，从而开发出针对国丰炼钢厂设备条件和工艺特点的铁水喷镁脱硫预处理动力学模型.从浸入式喷枪喷入铁水包熔池内的金属镁颗粒，由于镁的熔点和沸点较低，在铁水温度1 250～1 350 ℃条件下，镁将瞬间气化并形成大量镁气泡，然后镁气泡逐渐溶解于铁水中.铁水包熔池中的溶解镁[Mg]和镁气泡都能与铁水中的[S]反应生成固态MgS，两个脱硫反应同时进行，其反应分别如式(1)和(2)所示.此外，在铁水包喷吹颗粒镁脱硫过程中，顶渣起着非常重要的作用，脱硫产物向顶渣本体的扩散以及顶渣成分的改变将导致进一步脱硫或回硫反应.因此，铁水包喷镁脱硫包括三部分：镁气泡脱硫、铁水中溶解镁脱硫以及顶渣脱硫.金属镁颗粒通过喷枪喷入铁水后，在铁水温度下迅速气化成镁气泡.镁气泡对铁水起到搅拌作用，强化了脱硫的动力学条件，同时气泡中的Mg(g)与铁水中的[S]发生多相脱硫反应.镁气泡中的镁蒸气分压远大于载气分压，因此镁蒸气很容易向气液界面扩散.由于气相中的扩散系数远大于液相中的扩散系数，气泡中镁蒸气的扩散阻力可忽略不计，整个过程的限制性环节可认为是铁水中的[S]向镁气泡表面的传质.又因气泡表面平衡硫含量很小，可近似看作零，所以，镁气泡脱硫速率可表示为这里，气泡的比表面积ab可表示为ab===·=此外，依据文献[5]可得到镁气泡于铁水熔池中的平均停留时间如式(5)所示.根据气泡平均直径与空塔速度Us之间的关系[6]以及气泡的上浮速度[7,8]，可推出铁水侧[S]向气泡表面的传质系数如下：以上各式中： Atoatlb为总气-液界面面积； Ab为单个气泡表面积； D[S]为硫的扩散速度； H为铁水装入高度； Qg为喷吹气体流量； tmix为均混时间； tb为总的喷吹时间；为气泡于铁水中平均停留时间；ρm为铁水密度； Vm为铁水体积； Mm为铁水质量.在碳饱和的高温铁水中，镁的溶解度可达0.65%.在喷粉脱硫初期，铁水中硫的浓度远高于铁水中溶解镁的浓度，此时限制性环节是镁的扩散；在处理后期，铁水中硫的浓度很低，[S]的扩散是MgS析出反应的控制环节.这主要因为：溶解于铁水中的镁一部分用于脱硫，一部分在铁水中积累，而且铁水中硫的含量越低，镁的积累量越大，铁水中的[Mg]和[S]向反应区域的总传质通量就越小，这就扩大了对镁传质过程的制约.因此，综合考虑铁水中[Mg]的传质和铁水中[S]传质的关系，根据阻力并联原理，溶解态镁脱硫的速率可表示为式中， Atotal2为与铁水接触的MgS颗粒的总表面积.由于式(7)中镁和硫的初始浓度C[Mg]、C[S]，以及传质系数k[Mg]≈k[S]皆为常数[9]，所以，溶解态镁的脱硫反应是一个表观的二级反应，若以K′代表表观反应速率常数，则反应速率可表示为采用质量分数时脱硫速率可表示为考虑铁水熔池均混时间的影响，则脱硫速率为-=0.1467·K′·ρm·exp(-tmix/tb)·w[S]%·exp(-tmix/tb)·w[Mg]%同理，对于铁水中的[Mg]，根据物料平衡可以得到其质量分数w[Mg]%随时间的变化速率为(溶解态镁所占比例λ=90%[10])-=+0.75·{-0.4167·K′·ρm·exp(-tmix/tb)·w[S]%}·exp(-tmix/tb)·w[Mg]%此外，由于表观反应速率常数K′仅与温度有关，可由工业试验数据回归得到，其表达式为顶渣脱硫属于永久接触反应.由于铁水脱硫是高温反应，其化学反应速率很快，所以碱性渣中脱硫控制环节是S2-在渣中的扩散[11]，化学反应阻力项和[S]在金属中扩散阻力项可以忽略.因此，根据双膜理论，顶渣脱硫速率可表示为J[S]=[C[S]-]/[++]=LS·k(S)·[C[S]-]用质量分数表示，并考虑熔池均混时间的影响，则可表示为J[S]=-=k(S)·LS··{exp(-tm/tb)·w[S]%-}式(13)和式(14)中，渣中硫的传质系数k(S)可由雷诺数Re、斯密特数Sc、舍伍德数Sh以及熔池半径R′确定，即由于硫在渣铁间的分配系数Ls非定值，且与顶渣成分有关，依据热力学可得到Ls 与温度、碱度、硫容量的关系如下：lgLs=+lgf[S]-lgaFeO以上各式中： AS-M为渣金间总接触面积； aFeO为氧化亚铁活度；为顶渣硫容量； f[S]为硫的活度系数； LS为硫在渣铁间的分配系数；ρZ为渣的密度.综合镁气泡脱硫动力学方程、溶解镁脱硫动力学方程以及顶渣脱硫动力学方程，可得到铁水包喷镁脱硫动力学总方程如下：对于式(17)所给出的铁水包喷镁脱硫动力学模型微分方程组，采用四级四阶龙格—库塔法对其进行求解，可得到喷吹颗粒镁处理过程中任意时刻铁水中硫含量.本文采用Visual Basic自行开发了铁水包喷镁脱硫模拟软件，软件可实现初始条件录入及计算结果与数据的图表显示等.数据库采用SQL数据库，通过Visual Basic SQL语句的功能直接管理.程序结构框图如图1所示.根据唐山国丰钢铁公司所提供的脱硫生产数据，从处理号5316至6439中随机抽取10组终点硫的现场结果与计算结果进行了对比，计算时采用表1数据作为初始条件.实际生产值的比较，每组数据左侧白色为现场终点硫含量，右侧灰色为模型计算值.可以看出，模型计算值与实际终点值吻合较好，表明所建立模型基本可靠，在一定程度上可用于实际生产的预测和管理.在唐山国丰钢铁公司铁水包喷镁脱硫操作参数的基础上，分别对不同喷吹操作条件下铁水中硫含量随喷吹时间的变化规律进行了计算.计算时取铁水初始质量为117 t，初始温度为1 330 ℃，初始硫含量为0.017%，枪位深度(喷嘴距熔池底面的距离)为0.3 m.计算结果如图3所示.由图3(a)和(b)可以看出，脱硫速率随喷吹氮气流量、枪位深度增加而有所增大，但增大效果不明显.这可以解释为：增大氮气流量和枪位均会使熔池均混时间缩短，改善脱硫动力学条件，从而加快脱硫速率.但载气流量过大易导致喷溅严重，对实际生产不利；枪位过大则会增大对铁水包包底的冲击，从而影响铁水包寿命.由图3(c)和(d)可以看出，脱硫速率随喷镁速率和铁水初始温度的增大而显著增大.这主要是因为喷镁速率增大后，溶入铁水中的镁和镁气泡的量都增大，即有更多的镁参与脱硫反应.但喷镁速率应适当调节以提高其利用率，从而达到较好脱硫效果.铁水温度升高使得铁水中硫向镁气泡表面的传质系数变大，从而增大了镁气泡脱硫的速率.对于溶解态镁脱硫，温度的增大会使表观反应速率常数变大，加快了溶解态镁的脱硫反应，进而增大了溶解态镁脱硫速率.对于顶渣脱硫而言，铁水温度的提高会使得渣中硫的传质系数增大，从而加快了顶渣的脱硫速率.但值得注意的是：随温度升高铁水中平衡含硫量急剧增大，也即镁气泡脱硫时，温度越高脱硫效果越差；同理，对于溶解态镁而言，随温度升高，与相同硫含量平衡的镁含量增大，即温度升高，铁液中溶解镁的脱硫效果变差.由图3(e)可以看出，脱硫速率随铁水中初始硫含量的增加而增大.这是由于铁水初始硫含量越高，脱硫反应的驱动力越大，脱硫速率越大.由图3(f)可以看出，脱硫速率随铁水量的增大而减小，这可以解释为：铁水量越多，所需要脱除的硫越多.在其他操作条件不变的情况下，脱硫速率越慢.从以上结果可知，影响脱硫速率的因素中，喷镁速率和铁水初始温度是关键性影响因素.氮气流量和枪位对脱硫速率的影响较小.因此要合理调节镁颗粒喷吹速率，并尽量保持铁水温度防止降温过快.针对唐山国丰钢铁有限公司工艺条件开发了铁水包喷吹镁脱硫动力学模型，模型考虑了熔池均混时间和镁气泡在铁水中停留时间等重要参数.镁脱硫主要以溶解态镁脱硫为主，喷镁速率和铁水初始温度是影响脱硫速率的关键因素.模型计算结果与现场生产数据吻合较好，可用于实际生产条件下铁水包喷吹镁颗粒脱硫过程中硫含量变化情况的预测.【相关文献】[1] 瞿雪中, 金建禾. 连续法铁水脱硫工艺研究[J]. 第八届全国炼钢学术会议论文集, 1994: 335-339. (Qu Xuezhong,Jin Jianhe. Study on the continuous process of hot metal desulphurization[J]. The 8th Steel-Making Scientific Conference Symposium, 1994: 335-339.)[2] 周建安. 炉外底喷粉脱硫工艺研究[M].北京: 冶金工业出版社, 2008: 14-28.(Zhou Jianan. Study on the outer bottom furnace process desulfurization [M].Beijing: Metallurgical Industry Press, 2008: 14-28.)[3] 朱苗勇. 现代冶金学(钢铁冶金卷)[M].北京: 冶金工业出版社, 2008: 280-288.(Zhu Miaoyong. Modern metallurgy[M].Beijing: Metallurgical Industry Press, 2008: 280-288.)[4] 陈建斌. 炉外处理[M].北京: 冶金工业出版社, 2008: 86-98.(Chen Jianbin. External treatment[M]. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2008: 86-98.) [5] 王楠, 张利兵, 邹宗树. 决定铁水包喷粉脱硫效率的三个基本参数[J].钢铁研究学报, 2000(9):10-15.(Wang Nan, Zhang Libing, Zou Zongshu. Three basic parameters determining desulphurization efficiency of hot metal by powder injection[J]. Journal of Iron and Steel Research , 2000(9):10-15.)[6] Ohguchi S, Robertson D G C. 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承钢铁水炉外脱硫工艺探讨
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２ 脱 硫 原理
２１ 热 力学分析 ．
／＝１｛／％ ｓ 『 １ 『 ］ ０ｅ『 ｌ ％ｃ斗 ％ｐ＋… 其 中 ，ａ 为硫 活 度 ，／为 硫 活度 系 数 ， 表 示 质量浓度为 ｌ ％时 相 互 作 用 系 数 。 由此 可 见 ，铁 水 在 饱和 碳 的条 件 下／很 高 ，并 易 造 成 还 原 性气 氛 ， 有 良好 的 脱 硫 条 件 。 表 ｌ 脱 硫 反 应 的 热 力 学 数 为
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铁水脱硫理论、生产知识培训之一
1、铁水脱硫的意义
硫对绝大部分钢种都是非常有害的，降低钢中的硫含量，有利于提高钢的机械、工艺等性能，以满足市场需要。
在铁水中进行脱硫已成为现代钢铁工业优化工艺流程的重要手段。
2、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。
3、铁水脱硫的优点：
(1)铁水中碳、硅等元素含量高，氧含量低，有利于脱硫。
(2)脱硫剂利用率高，脱硫效率高，脱硫速度快。
(3)提高炼铁和炼钢的生产能力，节约工序能耗，降低成本。
(4)提高了钢铁企业钢材的综合经济效益。
4、铁水脱硫的主要方法有哪些
有(1)投入法
(2)铁水容器搅拌脱硫法
(3)采用搅拌器的机械搅拌法
(4)喷吹法
5、KR搅拌脱硫法有哪些优、缺点？
KR脱硫搅拌能力强，可将铁水硫含量脱至很低，缺点是设备复杂，铁水温降大。
6、简叙KR搅拌脱硫的方法：
KR搅拌脱硫，是采用一个浇筑有耐火材料外衬的十字搅拌器，插入到铁水罐中进行旋转搅拌，使铁水产生旋涡，将投入到铁水液面的脱硫剂卷入并与铁水充分混合发生脱硫反应。
7、铁水脱硫常用的脱硫剂有哪些？
生产中，铁水脱硫常用的脱硫剂有电石粉（CaC2）、石灰粉（CaO）、石灰石粉（CaCO3）、苏打粉（Na2CO3）、金属镁等。
8、CaC2脱硫剂有哪些优点？
(1)有很强的脱硫能力
(2)铁水温降小
(3)不易回硫
(4)对铁水容器的耐火材料衬浸蚀较轻
9、CaC2脱硫剂有哪些缺点？
(1)易燃易爆,运输储存困难
(2)加工生产能耗高,价格贵
(3)对环境产生污染
10、用CaC2 脱硫，其脱硫反应是放热反应还是吸热反应？
其脱硫反应是放热反应。
11、CaC2脱硫剂极易吸潮，并产生乙炔气体（C2H2）。
12、CaC2脱硫剂安全使用要点：
(1)乙炔浓度控制在0.5%以下
(2)氮气露点低于-10°C。
(3)设备系统发生CaC2泄漏，要立即联系修复。
(4)泄漏CaC2要及时清理。
(5)储料间严禁水，火。
13、提高铁水脱硫效果的措施：
(1)根据铁水条件,选择适当的脱硫剂
(2)针对不同的脱硫剂,添加适当的促进剂
(3)适当减小脱硫剂的粒度
(4)强化熔池搅拌
(5)提高铁水温度
(6)根据实际生产条件,选择适当的载气压力和流量、脱硫剂喷吹速度、喷枪形状及喷吹深度
14、铁水脱硫的基本原理。
利用与硫的亲和力比铁大的元素或化合物夺取铁水中硫化铁的硫，形成较为稳定的，不易溶解于铁水的元素或化合物，达到铁水去硫的目的。
15、乙炔浓度应控制在0.5% 以下，空气中，乙炔浓度达到２.３%，会自燃自爆。
16、为什么铁水脱磷前必须先脱硅？
由于铁水中氧与硅的亲合力比磷大，只有当铁水中的硅大部分氧化后，磷才能被迅速氧化去除，所以铁水脱磷前必须先脱硅。
17、喷粉冶金是以氮气、氩气等为载体，把各类粉剂通过喷枪喷射到钢水或铁水深处，利用气体的搅拌作用增加粉剂与钢水或铁水的接触面积提高传质系数，从而加快了冶金反应速度。
18、喷粉冶金工艺的优点。
(1)加快反应速度
(2)连续、可控供料，提高冶金反应效率
(3)解决了易氧化元素的粉剂加入问题
(4)喷粉冶金设备比较简单,投资少,操作费用低
19、所谓流态化就是一种向粉料层通入气体，使粉料具有类似流体的某些特性的过程。
20、解释粉料的气力输送。
气力输送是使粉料在悬浮气流中，通过管道进行输送。
21、载气达到什么程度，才能达到气力输送条件？
气流速度必须超过粉剂颗粒的沉降速度。
22、解释稀相输送。
粉气比小于40称稀相输送。
23、稀相输送的优点有哪些？
稀相输送，粉气分布均匀，输送稳定，管道不易堵塞，搅拌强度大，从而提高反应速度和粉料的利用率。
24、稀相输送的缺点有哪些？
稀相输送，载气用量大，铁水热量损失也大，粉料输送能力小，喷溅较严重。
25、解释浓相输送。
粉气比大于80称浓相输送。
26、浓相输送的优点有哪些？
浓相输送，载气用量小，铁水热量损失小，粉料输送能力大，缩短了铁水预处理时间，管道磨损小。
27、浓相输送的缺点有哪些？
浓相输送搅拌能力小而影响反应速度，输送压力高，压力损失较大,控制不当易堵塞。
28、对喷粉罐有什么要求？
(1)能稳定、连续无脉动的输送各种粉剂
(2)能精确调节粉料和载气消耗量
(3)能采用较大的喷气比喷吹
(4)设备运行可靠,易实现自动化
29、CaC2脱硫的反应式为：
CaC2+［S］= CaS+ 2［C］
△Go=－359245+109.5T j/mol
30、写出CaC2吸潮的反应。
CaC2+H2O= CaO+ C2H2↑
CaC2+ 2H2O= Ca(OH)2+C2H2↑
31、写出CaO脱硫的反应式
CaO脱硫的反应式为：
2CaO(s)+［S］+1/2［Si］=(CaS)(s)+1/ 2(CaSiO4)
△Go=－251930+83.36T j/mol
32、CaO脱硫剂有哪些优点？
(1)脱硫渣为固体渣,对耐火材料侵蚀较轻,扒渣方便
(2)石灰资源广、价格低、易加工，使用安全。
33、CaO脱硫剂有哪些缺点？
(1)用量大、渣量大、铁损较高、铁水温降也较大。
(2)流动性差、易受潮、在输送中易堵塞。
(3)吸潮后生成Ca(OH)2，不仅影响脱硫效果，而且污染环境。
34、CaO脱硫的反应步骤中，硫通过CaO表面向内部扩散是脱硫的限制性环节，CaO脱硫时，将在石灰粒子表面生成一层较厚而致密的2CaO•SiO2与CaS的反应层，该反应层限制了硫通过这个反应产物层向石灰粒子内部的扩散。
35怎样CaO的脱硫效率？
可以采取减小粒度，增加反应面积，加强搅拌，延长粉料颗粒上浮路径与时间，还可以长期措施，以破坏或防止石灰颗粒表面形成致密的2CaO· SiO2 反应层。
36、脱硫后扒渣铁损的大小与哪些因素有关?
(1)渣量大小
(2)渣的干稀
(3)扒渣机的工作性能好坏
(4)铁水罐嘴形状与倾翻角度
(5)扒渣操作人员的技能熟练程度
37、石灰石的分解是吸热反应吗？
石灰石粉的分解是吸热反应。
38、写出石灰石粉在铁水中的热分解式。
石灰石粉在铁水中热分解：
CaCO3 加热CaO+CO2↑
39、石灰石粉有哪些特点？
(1) 石灰石粉受热分解出CO2气体加强了对铁水的搅拌作用，增加了脱硫剂和铁水的接触机会，提高了脱硫能力
(2) 石灰石粉加入比例受操作喷溅限制，同时石灰石的分解是吸热反应，对减少铁水温降是不利因素，不宜用量过多
(3)资源丰富，价格低廉
40、叙述铁水脱硫的基本原理。
利用与硫的亲和力比铁大的元素或化合物夺取铁水中硫化铁的硫，形成较为稳定的，不易溶解于铁水的元素或化合物，达到铁水去硫的目的。
注：该篇为铁水脱硫相关知识之一，今后将继续提供相关内容与对该领域有兴趣者共同探讨、分享。
王迎五
2011年7月19日。