鐵水物理熱出處

鐵水預(yù)處理過程用BaO基脫磷劑對0.1%的含鈮鐵水進(jìn)行去磷保鈮的熱力學(xué)問題。分析結(jié)果表明:BaO基脫磷劑是實(shí)現(xiàn)含鈮鐵水去磷保鈮的最佳選擇;鐵水中碳含量越高，越有利于含鈮鐵水的去磷保鈮;鐵水中碳含量為4.0%、鈮含量保持在0.1%時，與之相平衡的磷含量可降到10^-6以下。

鐵水噴粉脫硫 (desulphurization of hotmetal by injection)

以惰性氣體或壓縮空氣為載氣向鐵水中噴射脫硫粉劑，以降低鐵水含硫量的鐵水預(yù)脫硫方法。粉劑與載氣形成的流態(tài)化流股高速射入熔體，混合、攪拌條件充分，為鐵水與粉劑間的物理化學(xué)反應(yīng)提供了良好的動力學(xué)條件，故脫硫迅速有效。這種工藝設(shè)備簡單、投資少、操作靈活、處理鐵水量大且維修方便，故在各國得到了廣泛應(yīng)用。

本法的工業(yè)性試驗始于1940年，但實(shí)用則是20世紀(jì)60年代以后發(fā)展起來的。

原理 噴粉脫硫反應(yīng)是在鐵水--熔渣界面進(jìn)行的。脫硫粉劑借助插入式噴槍高速噴入鐵水中后，由于流股的強(qiáng)烈攪拌作用，鐵水與粉劑迅速反應(yīng)，生成的富硫熔渣因密度小而上浮，經(jīng)過一段時間即可用專門的除渣裝置將其排除。射流與鐵水的相互作用如圖1所示。

根據(jù)射流在金屬熔池內(nèi)的流體力學(xué)、物理化學(xué)和傳熱傳質(zhì)等方面的特點(diǎn)不同，可在反應(yīng)器內(nèi)大致形成如下幾個區(qū)域:

(1)氣粉射流區(qū):它是由動能較大的氣粉流從噴嘴噴出時排開金屬液而形成的，但在其中也會卷入一些金屬液滴和渣滴。

(2)粉粒侵入?yún)^(qū):它在氣粉射流區(qū)的下部，是由動能較大的粉粒侵入金屬液而形成的。

(3)氣體液體卷流區(qū):氣泡上浮時帶動金屬液體運(yùn)動，在這里發(fā)生強(qiáng)烈的傳質(zhì)過程和攪拌作用。

(4)氣泡逸出區(qū):它是由上浮的氣泡排開熔池表面的渣層而造成的。

(5)渣層:熔池表面有渣覆蓋的部分。

(6)金屬液水平流區(qū):氣--液流上升到頂面以后，氣體逸出后液體形成表面流呈放射狀向四周散開，在這里發(fā)生熔渣一金屬界面的傳質(zhì)過程。

(7)循環(huán)區(qū):水平流在熔池壁面附近向下流動，在熔池下部又向中心流動，再次被氣液流抽引而發(fā)生循環(huán)運(yùn)動。噴射后形成的大量氣泡，產(chǎn)生"氣泡泵"作用，鐵水被不斷抽引、提升，而粉劑則在此過程中與鐵水相互接觸并完成脫硫反應(yīng)，然后成渣上浮，使鐵水得以凈化。

工藝方法 最常見的噴粉脫硫方法是瑞典斯堪的納維亞噴槍公司于1972年研制的SL法。此外，1969年德國奧古斯特蒂森冶金公司(August Thyssen-Hutte AG)開發(fā)的ATH法和新日本鋼鐵公司1971年開發(fā)的混鐵車頂噴粉脫硫法，即TDS法也是有代表性的噴粉脫硫方式。噴粉脫硫法除用于混鐵車外也常用于敞口鐵水罐的脫硫處理。

SL法 主體裝置是噴粉罐，粉劑從貯料倉引入噴粉罐。氮?dú)?也可用其他惰性氣體或壓縮空氣)通過三條管路送氣:一是從噴粉罐頂部送入，目的在于維持足夠頂壓迫使粉料下移排出(小型罐亦有將此系統(tǒng)取消的);一是作為松動氣(流化氣)由裝設(shè)在罐下部的流化器引入(流化器由微孔塑料或多孔金屬板制成)，目的在于維持粉劑呈局部流態(tài)化狀態(tài)，以保證粉劑穩(wěn)順地從喉口流出:一是助吹(引射)氣，旨在消除輸送脈沖，同時也可增加噴射氣流的攪拌能，以強(qiáng)化脫硫反應(yīng)。粉劑的噴出量一般通過電子秤及時顯示。噴槍可采用中空鋼管，外套耐火材料袖磚或采用整體噴槍，整個系統(tǒng)多處設(shè)有壓力、流量的控制裝置及顯示儀表。此法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、投資少、操作方便、使用靈活，故問世后很快在各國推廣開來，成為應(yīng)用最多的噴粉脫硫方式。

ATH法 在265t混鐵車內(nèi)斜插一根內(nèi)徑為2.5cm的噴槍，槍表面涂上耐火材料，每分鐘吹入108kg碳化鈣系復(fù)合脫硫劑，處理時間約8min。輸送氣體壓力為0.6MPa。噴槍傾斜角為60。 ，粉劑濃度約為40~60kg/m3 。

TDS法 在250t或300t混鐵車內(nèi)垂直插入一支內(nèi)徑為2.5cm的雙孔噴槍，插入深度為1.0~1.5m，噴槍外面裹有耐火材料。處理時間為10min，供粉速度為40~70kg/min。用N2 輸送，氣體流量5~10m3 /min，粉劑濃度約為8~10kg/m3 。

工藝操作與條件 噴粉脫硫的操作程序是先送氣、粉，再將噴槍插入鐵水并達(dá)到指定深度，到規(guī)定時間(料將送完)時提槍，槍離液面后即刻停止送氣(但停氣不可超前，否則會灌槍)。然后靜止數(shù)分鐘，使反應(yīng)充分進(jìn)行并使脫硫產(chǎn)物成渣上浮，最后除渣。常用的脫硫劑有石灰、碳化鈣、蘇打粉、金屬鎂4類(見鐵水脫硫劑)。這幾種粉劑的脫硫能力均很強(qiáng)，處理一般煉鋼鐵水，在反應(yīng)平衡時鐵水含硫均可滿足任何低硫鋼種的煉鋼要求。但實(shí)際上處理過程受各種動力學(xué)條件制約，使脫硫效果受到很大影響。由于脫硫?qū)俣喾磻?yīng)，因此在工藝操作中加強(qiáng)攪拌，改善鐵水中硫擴(kuò)散條件，擴(kuò)大反應(yīng)界面，設(shè)法延長脫硫劑與鐵水接觸路徑與時間以及使脫硫劑與噴吹氣體分離等措施，都有助于提高脫硫效率。

脫硫劑種類及性狀 對碳化鈣來說，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其脫硫反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)是鐵水中硫通過鐵水側(cè)的邊界層向CaC2 顆粒表面擴(kuò)散，即液相擴(kuò)散。因此，加強(qiáng)攪拌和細(xì)化顆粒(但也不可過細(xì)，一般在0.1mm左右為宜)可改善脫硫效果。加入反應(yīng)促進(jìn)劑也是提高CaC2脫硫率的有效手段。常用的促進(jìn)劑是石灰石粉。在高溫下石灰石按CaCO3→CaO+CO2↑，CO2 +C=2CO↑反應(yīng)生成氣泡，不僅加強(qiáng)了鐵水?dāng)嚢?，促進(jìn)鐵水中硫向脫硫劑微粒擴(kuò)散，同時使載氣的氣泡分裂、釋放出被封閉在氣泡中的脫硫劑，又能防止脫硫劑凝聚，進(jìn)一步增大反應(yīng)界面，由此可使CaCO3 利用率提高約1倍。此外，CaCO3 分解形成的細(xì)小、多孔的活性CaO也有很強(qiáng)的脫硫能力。

CaO(石灰的主成分)有較強(qiáng)脫硫作用，但在鐵水含硅條件下，易形成高熔點(diǎn)2CaO·SiO2 致密薄殼限制其內(nèi)部CaO繼續(xù)脫硫，致使CaO利用率只達(dá)5%~12%。在石灰中添加螢石(主成分CaF2 )可降低CaO熔點(diǎn)，且阻止2CaO·SiO2 的形成，故對改善脫硫有利。但CaF2 本身的脫硫作用很小，過多引入勢必使有效CaO量減少，因此其量應(yīng)隨石灰含SiO2 多少而增減。此外，含CaF2 渣對罐襯有侵蝕作用，且含caF2 渣黏度低，不易扒凈，故添加量一般不宜超過15%;碳粉能使反應(yīng)界面保持還原性氣氛，有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行.加少量金屬鋁，在石灰顆粒表面會形成低熔點(diǎn)的CaO--Al2O3--FeO系熔渣層，S 2- 容易通過此層進(jìn)一步與內(nèi)部活度大的CaO反應(yīng)，故有利于提高石灰利用率;石灰粉中配加一定量石灰石粉，也會大大改善脫硫效果，故多用CaO~Al，CaO--CaF2--C系或CaO--CaCO3--CaF2 --C系復(fù)合粉劑。由于配加石灰石時其熱分解放出氣體可能引起噴濺且使鐵水降溫，在確定其配比時應(yīng)予考慮。石灰粒度亦有適宜范圍。粉細(xì)則表面積大，有助于加速脫硫反應(yīng);但過細(xì)則易吸潮影響噴吹性能，同時超細(xì)微粒易被裹在氣泡中帶走，反而不利脫硫。圖5示出了日本川崎鋼鐵公司300t混鐵車試驗結(jié)果。脫硫劑配比為石灰:石灰石:碳粉:螢石=60:25:12:3。采用3種粒度:-28目，-60目，-200目。由圖可見，粒度適當(dāng)(-60目)時脫硫率最高。