铁水预处理技术的发展及应用

摘要：本文介绍了铁水预处理工艺发展过程，通过对铁水预处理方法和效果的比较与分析，阐明了铁水预处理的重要性，并且介绍了在铁水兑入炼钢炉之前进行处理的原因，以及铁水预处理的优越性，并分析了铁水预处理以后发展的方向和重要意义。

关键词：铁水预处理三脱炉外脱硫

development process, through the comparison and analysis of the hot metal pretreatment method and effect, and clarified the importance of hot metal pretreatment, and against in molten iron are introduced into the furnace before processing, as well as the advantages of hot metal pretreatment, and analyzes the hot metal pretreatment of later development direction and important significance.

Keywords: three to take off the outside furnace desulphurization of hot metal pretreatment

中图分类号：TQ116.2+6 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各种处理。分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱P。特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺。但是炼钢生产中主要是指铁水在进入转炉之前的脱硫处理，所以我们重点来说一下铁水预处理脱硫技术，以及方法，何其优越性重要性。

一、铁水预处理技术的发展

西欧、日本早在20世纪60～70年代就在铁水脱硫预处理理论研究的基础上在工业上进行了应用。国内武钢二炼钢1979年引进了日本新日铁的机械搅拌法(KR)铁水脱硫装置，北台，天钢，宣钢，冷水江，攀钢，酒钢等企业先后由国内自主开发了喷吹石灰、萤石的脱硫方法。1985年宝钢一炼钢引进日本鱼需罐车内喷吹石灰、萤石的脱硫装置。武钢一炼钢开发的镁基混合喷吹工艺，1998年宝钢，鞍钢，包钢引进美国ESM II公司镁基复合喷吹技术，本钢引进了霍戈文镁基复合喷吹法脱硫技术。近几年我国铁水预处理有了强劲发展，新建设的铁水脱硫预处理生产线使用的脱硫工艺主要有KR法和喷吹法，处理容器基本上为转炉铁水罐。

虽然近几年铁水脱硫预处理得到发展，但对我国钢产量来说，其比例与先进国家水平相比还相差甚远。

二、铁水预处理脱硫剂脱硫原理

研究表明铁水预处理脱硫条件比钢水脱硫优越，脱硫效率也比钢水脱硫高4到6倍。主要原因是铁水中含有较高的C、Si、P等元素，提高了铁水中硫的活度系数，并且铁水中的氧含量低有利于脱硫。

（1）苏打 (Na2CO3)系：(+ 氧化剂，同时脱磷脱硫)

Na2CO3(l) ==== Na2O(l) + CO2

Na2O(l) + [S] + [C] ==== (Na2S) + CO

价格贵，挥发损失严重，环境污染大，侵蚀包衬 ，目前只作号外铁补救脱硫之用

（2）石灰 (CaO)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。

石灰易吸水，脱硫渣夹带铁，不能进行深度脱硫。所以选用的时候要注意。

碳化钙 (CaC2，电石)系

（3）碳化钙 (CaC2，电石)系

CaC2(+CaO+CaCO3+CaF2)、(CaC2+CaCO3)

CaC2(S) + [S] ==== (CaS) + 2[C]

相对较便宜，高温、细磨、深喷，脱硫效率较高， 脱硫效率受温度和粒度影响较大，安全性不高！

(4) 镁 (Mg)系

种类：① 镁焦(Magcoke)；② 镁合金(MgFeSi)；③ 覆膜镁粒： ④ 覆膜混合镁粒：含Mg30~80%，余为CaO。

[Mg ]+ [S] == MgS(固) Mg(气) + [S] == MgS(固)

镁脱硫的热力学：受铁水温度和镁的蒸气压影响

Log [Mg]sat = 7000 T + Log PMg5.1(低温和高压有利！)

三、铁水的预处理方法

这里我们主要介绍铁水预处理中的一脱，也是最重要的一脱——炉外脱硫的方法。

（1）投掷法：将脱硫剂投入铁水中脱硫

（2）喷吹法，将脱硫剂喷入铁水中脱硫

（3）搅拌法（KR）通过中空机械搅拌器向铁水中加脱硫剂，搅拌脱硫.

四、国内铁水脱硫预处理工艺的应用效果

（1）KR法

日本新日铁君津厂是KR法的首创者。将脱硫粉剂直接加入铁水中，使搅拌头下降至铁水中搅拌进行脱硫处理。

武钢二炼钢KR法己应用生产20多年，生产技术水平和技术经济指标均较原设计有大幅度的提高。济钢三炼钢KR法脱硫2003年3月投产，在铁水初始硫质量分数为0.05%时，处理后硫质量分数可达0.010%以下，脱硫剂单耗最大为7.1kg/t 。昆钢，川威等厂也采用了KR法。2005年江阴特钢引进了Diamond公司的KR法脱硫装置。

（2）单颗粒镁工艺

单吹颗粒镁工艺是单一喷吹钝化了的颗粒镁进行脱硫。颗粒镁的给料是通过转子给料计实现精确给料，给料强度范围为6～15kg/min 。喷枪端头带一个气化室，创造了镁气化溶于铁水中的良好条件。对大型铁水罐，也使用直筒型喷枪。

太钢二炼钢2002年引进了乌克兰单吹颗粒镁脱硫技术，建设了一套铁水脱硫装置。每罐铁水重量近80t，颗粒镁喷吹强度为8～10kg/min，用作粉剂输送的氮气流量为130 m3/h，初始硫质量分数为0.031%，目标硫质量分数为0.003%，金属镁消耗为0.807kg/t，温降为11℃。渣量一般在0.6～1.4t。湘钢新炼钢也采用了这种工艺，2005年6月热试成功。在铁水129.4 t时，初始硫质量分数为0.018%，终点硫质量分数为0.005%，颗粒镁用量为41.2 kg，温降14℃。首钢、唐钢等也采用了单吹颗粒镁脱硫技术。

（3）镁基脱硫剂复合喷吹工艺

镁基脱硫剂复合喷吹法，是将两种以上脱硫粉剂分别在不同的喷吹罐内流态化，通过调节氩气压力按比例使其在输送管路中均匀混合后，喷吹至铁水中发生脱硫反应。

南钢引进日本Diamond公司镁基复合喷吹技术，建设的1套铁水脱硫预处理装置于2004年顺利投产，设计年脱硫处理铁水能力120万t，脱硫周期小于30 min。生产过程中镁喷吹速度15～20kg/min，石灰喷吹速度60～100kg/min。从2005年6月的生产数据看，当铁水原始硫质量分数为0.042%，实现目标硫质量分数为0.005%时，每吨铁脱硫剂消耗纯Mg为0.433kg，石灰为3.163kg，喷吹时间9.4min 。温降为13℃。鞍钢2003年引进德国Polysius公司镁基复合喷吹技术，建设4套脱硫装置的大脱硫车间，年处理铁水440万t。镁喷吹速度7～17kg/ min，石灰喷吹速度20～50kg/min，当铁水原始硫质量分数为0.040%，实现目标硫质量分数为0.010%时，脱硫剂消耗纯Mg为0.388kg/t，Ca0为1.737kg/t，喷吹时间9min。大脱硫投产以来，鞍钢相继开发出多种轿车用钢材，生产的轿车面板达到德国标准规定的O5等级要求。因此鞍钢新区也采用了这一技术。安钢，天铁，北台钢铁公司均采用了Danieli Corus的镁基复合喷吹脱硫技术。

五、几种处理工艺的比较

实践证明，这几种工艺技术都能满足钢铁企业铁水深脱硫的要求。几种工艺都能得到铁水终点硫质量分数为0.002%，甚至更低的水平，也能满足转炉生产周期的要求。他们之间的优劣都只是相对而言的，而且所涉及的因素是多方面的。

KR法工艺能将硫降到很低的水平，而且不回硫，基本没有喷溅。在铁水温度高的条件下，脱硫效率高。KR法的关键设备是搅拌头及其提升旋转机构，它是需要变压变频控制的，其液压系统仍需要引进，设备复杂并且较为庞大，一次性投资较大。搅拌头是价格不匪的消耗件，它的维修制造需要费用和时间。处理过程渣量大。由于提高搅拌速度可促进脱硫反应，加强搅拌，会使铁水温降较大这就对铁水温度要求就比较高。

单吹颗粒镁工艺的核心是针对铁水条件实现颗粒镁用量的精确计算和精确给料，实现喷吹及颗粒镁在铁水脱硫反应中的充分利用和平稳进行。关键设备是计量给料罐及其控制系统。处理过程铁水温降小，渣量少。但是这种工艺的喷枪寿命较低，维修比较麻烦，喷枪系统设备较为复杂，需要两支喷枪实现在线横移快速换枪。喷枪在喷吹时采用1个液压夹持器来避免喷枪震动。由于渣量少，并且渣较稀，扒渣操作较为困难，不容易快速扒掉脱硫渣，易造成回硫。特别是大批量生产超低硫钢时，回硫问题会十分严重，虽然有些厂采取了撒稠渣剂等措施，但效果不尽人意。

镁基复合喷吹设备一次性投资与单吹颗粒镁喷吹工艺相差不大。这种技术的核心是粉剂的最佳配比，粉剂的流态化程度，粉剂在线混合的均匀性，不同粉剂的喷吹速度的精确控制和调节，关键设备是喷吹罐及下料喉口调节阀。实际生产中，铁水条件很不稳定，针对每罐铁水的喷吹模型选择及对喷吹设备的精确控制非常重要，这是保证以最经济的粉剂消耗来达到脱硫目的的关键所在。镁基复合喷吹可以使用不同的镁和石灰的配比，也可以单独喷吹石灰，温降小，产生的渣子容易扒除，不易产生回硫现象。

近年来铁水脱硫预处理技术有了较大发展，随着我国钢铁产量持续增长，市场竞争将愈演愈烈。提高钢铁产品的高附加值仍是企业可持续发展的重要途径。企业选择合适的铁水脱硫技术是企业降低成本，提高生产效率的需要。镁基复合喷吹技术从脱硫成本、脱硫效率、设备国产化要求、逐步实现技术自主开发等方面综合来看，是较先进的铁水脱硫技术，应该大力发展。

参考文献：

[1]《攀钢铁水炉外脱硫的发展》 丁满堂 钢铁2005

[2]《KR法搅拌模式对固液分散性影响的研究》 刘燕 中国金属学会冶金反应工程学会第十三届(2009年)冶金反应工程学会议 2009

[3]铁水炉外脱硫技术探讨 李博知 冶金丛刊 2006