鐵水預(yù)處理工藝方法

鐵水預(yù)處理是對煉鋼用鐵水進(jìn)行脫硅、脫磷和脫硫處理（簡稱為“三脫”），主要在出鐵溝、魚雷式混鐵車、鐵水包和混鐵爐中進(jìn)行。

鐵水預(yù)處理工藝方法有：鐵水溝連續(xù)處理法（鋪撒法）、鐵水罐噴吹法、機(jī)械攪拌法、專用爐法、搖包法、轉(zhuǎn)鼓法、鐘罩法以及噴霧法等。

鐵水溝連續(xù)處理法：此法是一種最簡易的鐵水預(yù)處理方法，可分為上置法和噴吹法兩種。前者只需將預(yù)處理劑鋪撒在鐵水溝適當(dāng)?shù)奈恢茫A(yù)處理劑即隨鐵水流下，靠鐵流的攪動和沖擊使預(yù)處理劑和鐵水發(fā)生反應(yīng)而脫出有關(guān)雜質(zhì)元素；而后者則需在鐵水溝上設(shè)置噴吹攪拌槍或噴粉槍，使預(yù)處理劑經(jīng)噴吹攪拌強(qiáng)化與鐵水的接觸。

鐵水罐噴吹法：將預(yù)處理劑用噴槍噴人鐵水罐內(nèi)的鐵水中，使其與鐵水充分反應(yīng)，以達(dá)到凈化鐵水、脫除或提取有關(guān)元素的目的。鐵水罐有魚雷罐和敞口罐之分。

機(jī)械攪拌法：將置于鐵水表面的預(yù)處理劑通過攪拌與鐵水有效接觸的一種高效方法，這種方法多用于深度脫硫。

專用爐法：此法是用一種容量寬松易于控制的鐵水預(yù)處理專用設(shè)備處理鐵水，也有用轉(zhuǎn)爐作為專用爐的。

鐵水預(yù)脫硫的各種處理方法如圖1所示。

鐵水預(yù)處理是指鐵水在進(jìn)入轉(zhuǎn)爐煉鋼之前，為了去除某些有害成分或回收有益成分的處理過程。針對煉鋼而言，主要是使鐵水中的硅、硫、磷含量降低到所要求的范圍，以簡化煉鋼過程，提高鋼材的質(zhì)量。

在鐵和鋼的生產(chǎn)過程中，硫之所以成為主要脫除或控制的元素之一，是因為它對鋼的性能有著多方面的影響。

(1)熱脆：硫在鐵液中以FeS形式存在，1600℃硫在鐵液巾能無限溶解，但其溶解度隨溫度的降低而減小，在固態(tài)鐵中的溶解度很小。在鋼液凝固過程中，低熔點(1193℃)的FeS將濃聚于液相中，并將與Fe形成低熔點共晶(988℃)，最后凝固時形成網(wǎng)狀組夠分布于鐵晶粒周界上。當(dāng)鋼在熱加工的加熱過程中，溫度超過1100℃左右時，富集于晶界的低熔點硫化物將使晶界成脆性或熔融狀態(tài)，在軋制或鍛造時，即出現(xiàn)裂紋，這種現(xiàn)象稱為“熱脆”。

(2)疲勞斷裂：鋼材的疲勞斷裂是由于使用過程中鋼材內(nèi)部顯微裂紋不斷擴(kuò)展的結(jié)果。當(dāng)硫含量偏高時產(chǎn)生晶界裂紋，這就是由于硫高而導(dǎo)致疲勞斷裂的原因。

(3)力學(xué)性能：硫化物夾雜對鋼材力學(xué)性能的影響，主要是由于硫化物夾雜在鋼材加工中易變成長條狀和片狀，因此使鋼材橫向抗拉強(qiáng)度及塑性大大下降，同時沖擊韌性也下降。

(4)抗蝕、焊接和切削性能：鋼中硫化物夾雜還會引起坑蝕現(xiàn)象。在鋼的焊接過程中，鋼中的硫化錳夾雜能引起熱撕裂。硫?qū)︿撨€有一種很好的影響，即它能改善鋼的切削性能。

鐵水預(yù)處理鐵水預(yù)脫硅

研究表明，鐵水中硅含量為0.3%即可保證化渣和足夠高的出鋼溫度，硅過多反而會惡化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，有必要開展鐵水預(yù)脫硅處理。

脫硅劑以能夠提供氧源的氧化劑材料為主，以調(diào)整爐渣堿度和改善流動性的熔劑為輔。如日本福山廠脫硅劑組成為鐵皮0～100%、石灰0～20%、螢石0～10%；日本川崎水島的脫硅劑為燒結(jié)礦粉75%、石灰25%。脫硅生成的渣必須扒除，否則影響下一步脫磷反應(yīng)的進(jìn)行。

鐵水預(yù)脫硅方法按處理場所不同，可分為高爐出鐵場鐵水溝內(nèi)連續(xù)脫硅法和鐵水罐(或魚雷罐車)內(nèi)脫硅兩種，其中高爐出鐵場是主要爐外脫硅場所。

鐵水預(yù)處理鐵水預(yù)脫硫

除易切削鋼外，硫是影響鋼的質(zhì)量和性能的主要有害元素，直接決定著鋼材的加工性能和適用性能。鐵水脫硫可在高爐內(nèi)、轉(zhuǎn)爐內(nèi)和高爐出鐵后脫硫站進(jìn)行。高爐內(nèi)脫硫技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)性差；轉(zhuǎn)爐內(nèi)缺少還原性氣氛，因此脫硫能力受限；而進(jìn)入轉(zhuǎn)爐前的鐵水中脫硫的熱力學(xué)條件優(yōu)越(鐵水中[C]、[P]和[Si]含量高使硫的活度系數(shù)增大，鐵水中比鋼液中高3—4倍)，性價比高，成為脫硫的主要方式。

鐵水預(yù)處理鐵水預(yù)脫磷

除易切削鋼和炮彈鋼外，磷是絕大多數(shù)鋼種的有害元素，顯著降低鋼的低溫沖擊韌性，增加鋼的強(qiáng)度和硬度，這種現(xiàn)象稱為冷脆性。

鐵水預(yù)脫磷采用的脫磷劑主要由氧化劑、造渣劑和助熔劑組成，其作用在于供氧將鐵水中磷氧化成，使之與造渣劑結(jié)合成磷酸鹽留在脫磷渣中。工業(yè)上使用較廣的石灰系脫磷劑以為主，配加氧化劑和助熔劑。

鐵水預(yù)脫磷按處理設(shè)備可分為爐外法和爐內(nèi)法。爐外法設(shè)備為鐵水包和魚雷罐，爐內(nèi)法設(shè)備為專用爐和底吹轉(zhuǎn)爐。按加料方式和攪拌方式可分為噴吹法、頂加熔劑機(jī)械攪拌法(KB)和頂加熔劑吹氮攪拌法等，多采用噴吹法。爐外法預(yù)處理后鐵水磷含量不應(yīng)高于0.030%，轉(zhuǎn)爐內(nèi)預(yù)處理后的鐵水磷含量不應(yīng)高于0.01%。，若生產(chǎn)超低磷鋼種時，處理后鐵水磷含量不應(yīng)高于0.005%。采用爐外法預(yù)脫磷，必須先進(jìn)行預(yù)脫硅處理，鐵水中硅含量不應(yīng)高于0.2%。

鐵水預(yù)處理鐵水預(yù)處理提釩

釩是重要的TAk原料，我國西南、華北、華東等地區(qū)的礦石中含有釩，冶煉出的鐵水含釩較高，可達(dá)0.4%～0.6%。因此，可通過特殊的預(yù)處理方法提取鐵水中的釩。

我國主要采用氧化提釩工藝進(jìn)行含釩鐵水提釩，即先對含釩鐵水吹氧氣，使鐵水中的釩氧化進(jìn)入爐渣，然后對富含的爐渣進(jìn)行富集分離來提釩。

鐵水提釩方法有搖包法、轉(zhuǎn)爐法、霧化法和槽式爐法，德國、南非主要采用轉(zhuǎn)爐法和搖包法，我國主要采用轉(zhuǎn)爐法和霧化法。

鐵水預(yù)處理是指鐵水進(jìn)入煉鋼爐之前采取的冶煉工藝。鐵水預(yù)處理工藝始于鐵水爐外脫硫，1877年，伊頓(A.E.Eaton)等人用以處理不合格的生鐵。鐵水預(yù)脫硅、預(yù)脫磷始于1897年，英國人賽爾(Thiel)等人用一座平爐進(jìn)行預(yù)處理鐵水，脫硅、脫磷后在另一座平爐中煉鋼，比兩座平爐同時煉鋼效率成倍提高。到20世紀(jì)初，由于人們致力于煉鋼工藝的改進(jìn)，所以鐵水預(yù)處理技術(shù)發(fā)展曾一度遲緩。直至20世紀(jì)60年代，隨著煉鋼工藝的不斷完善和材料工業(yè)對鋼材產(chǎn)品質(zhì)量的要求開趨嚴(yán)格，鐵水預(yù)處理得到了迅速的發(fā)展，并逐步成為鋼鐵冶金的必要環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)的煉鋼方法常將煉鋼的所有任務(wù)放在轉(zhuǎn)爐內(nèi)的煉鋼工藝中去完成。但是隨著鋼鐵原料、燃料的日趨貧化，造成了這些原料、燃料中的磷、硫含量高，使得煉鋼用鐵水中初始磷、硫含量增加；另外，隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的發(fā)展，用戶對煉鋼產(chǎn)品的質(zhì)量、性能的要求越來越苛刻，這就要求鋼中的雜質(zhì)含量如磷、硫含量很低才能滿足用戶的要求。而傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法，由于爐內(nèi)的高溫和高氧化性，轉(zhuǎn)爐的脫磷、脫硫能力受到限制。因此為了解決這些矛盾，現(xiàn)代的高爐煉鐵和轉(zhuǎn)爐煉鋼之間采用了鐵水預(yù)處理工藝，對進(jìn)入轉(zhuǎn)爐冶煉之前的鐵水做去除雜質(zhì)元素的處理，以擴(kuò)大鋼鐵冶金原料的來源，提高鋼的質(zhì)量，增加轉(zhuǎn)爐煉鋼的品種和提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。鐵水預(yù)處理工藝實質(zhì)上是把原來在轉(zhuǎn)爐內(nèi)完成的一些任務(wù)在空間和時間上分開，分別在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行，這樣可以使冶金反應(yīng)過程在更適合的環(huán)境氣氛條件下進(jìn)行，以提高冶金反應(yīng)效果。鐵水預(yù)處理工藝已經(jīng)發(fā)展到了很成熟的階段，先進(jìn)國家的鐵水預(yù)處理比例高達(dá)90%—100%。

采用鐵水“三脫”處理能給轉(zhuǎn)爐煉鋼帶來一系列優(yōu)點，如減少轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉過程中除去硅、磷所需的石灰造渣料，減少渣量，減少熔渣外溢及噴濺等，熔渣對爐襯的侵蝕也因之減輕，爐齡顯著提高。同時又縮短了轉(zhuǎn)爐的吹煉時間，提高了轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)率，降低了鐵損，鋼水質(zhì)量也得到提高。這是轉(zhuǎn)爐采用少渣量操作帶來的優(yōu)點。

脫硫劑常用的有活潑金屬脫硫劑(金屬鎂)、碳化物脫硫劑(如電行

發(fā)展了一種單吹顆粒金屬鎂的鐵水預(yù)處理脫硫方法。鐵水包單吹顆粒金屬鎂脫硫技術(shù)是為了進(jìn)一步提高脫硫效率和金屬鎂的利用率，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本而在共吹法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型脫硫方法，它取消碳化鈣，而單吹顆粒鎂，比混吹（鎂 石灰）節(jié)省成本，脫硫效率高，可將鐵液中S含量降至0.001%以下，脫硫劑利用率可高達(dá)95%以上。

脫硫機(jī)理：吹入鐵水的顆粒鎂經(jīng)噴槍上的氣化室預(yù)熱，在噴槍出口處迅速得到氣化，并溶人鐵水。氣化上升或溶人鐵水中的鎂在載流氣體攪拌下與鐵水中的硫進(jìn)行充分的接觸，發(fā)生高效的脫硫反應(yīng)，從而達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的脫硫日的。

鎂在鐵液中的行為：

單吹顆粒鎂鐵水脫硫工藝相對于KR攪拌法脫硫工藝而言，設(shè)備用量少，基建投人低，脫硫效率更高，脫硫效果更好，鐵水溫降低，鐵損低。但是噴吹法最大的缺點是動力學(xué)條件差。有研究表明：在都使用氧化鈣脫硫劑的前提下，KR攪拌法的脫硫率是噴吹法的四倍。另外，顆粒鎂的高昂價格也限制了噴吹法的發(fā)展。 2100433B

l 鐵水預(yù)處理與鋼水爐外精煉概述

1.1 鐵水預(yù)處理概述

1.1.1 鐵水預(yù)處理原理及方法

1.1.2 中國鐵水預(yù)處理技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展

1.2 鋼水爐外精煉概述

1.2.1 爐外精煉的產(chǎn)生與發(fā)展

1.2.2 爐外精煉的主要目的和任務(wù)

1.2.3 爐外精煉的手段

1.2.4 爐外精煉的技術(shù)特點

2 鐵水預(yù)脫硅處理

2.1 鐵水預(yù)脫硅處理的意義

2.2 鐵水預(yù)脫硅處理原理

2.2.1 脫硅劑

2.2.2 硅在鐵水中的優(yōu)先氧化

2.2.3 脫硅的基本反應(yīng)

2.2.4 脫硅渣性質(zhì)

2.3 鐵水預(yù)脫硅處理方法

2.3.1 高爐出鐵場的鐵水溝內(nèi)連續(xù)脫硅法

2.3.2 向鐵水罐或混鐵車內(nèi)噴射脫硅劑脫硅法

2.3.3 向鐵水罐或混鐵車內(nèi)吹氧脫硅

2.3.4 脫硅方式的比較與選擇

2.4 鐵水預(yù)脫硅工藝

2.4.1 合適的鐵水含硅量

2.4.2 影響脫硅效果的因素

2.4.3 脫硅過程中脫硅渣起泡噴濺及抑制

2.4.4 爐前脫硅的過程控制

2.4.5 脫硅用耐火材料

3 鐵水預(yù)脫硫處理

3.1 鐵水預(yù)脫硫處理的產(chǎn)生與發(fā)展

3.1.1 鋼材性能對硫的要求

3.1.2 鐵水預(yù)脫硫處理的技術(shù)優(yōu)點

3.1.3 國內(nèi)外鐵水預(yù)脫硫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

3.2常用鐵水脫硫劑及其特點

3.2.1 碳化鈣

3.2.2 石灰系脫硫劑

3.2.3 金屬鎂及鎂基脫硫劑

3.2.4 蘇打

3.2.5 稀土

3.3 常用脫硫劑的脫硫機(jī)理

3.3.1 鐵水脫硫的基本反應(yīng)

3.3.2 鎂脫硫機(jī)理

3.3.3 CaC2脫硫機(jī)理

3.3.4 CaC2脫硫機(jī)理

3.4 鐵水預(yù)脫硫方法

3.4.1 攪拌法脫硫

3.4.2 氣體提升法脫硫

3.4.3 噴粉法脫硫

3.4.4 鎂焦法脫硫

3.4.5 噴吹顆粒鎂脫硫

3.4.6 喂線法加入鎂基脫硫劑

3.5 不同脫硫劑的脫硫效果和經(jīng)濟(jì)效益

3.5.1 不同脫硫劑的脫硫效果

3.5.2 鐵水預(yù)脫硫的經(jīng)濟(jì)效益

4 鐵水預(yù)脫磷處理

4.1 鐵水預(yù)脫磷處理的產(chǎn)生與發(fā)展

4.2 脫磷劑

4.2.1 蘇打(NaCO，)系脫磷劑

4.2.2 石灰(CaO)系脫磷劑

4.3 鐵水脫磷基本原理

4.3.1 堿性氧化物脫磷

4.3.2 堿性渣脫磷

4.4 鐵水預(yù)脫磷處理的方法及效果

4.4.1 噴吹法

4.4.2 典型的鐵水脫磷工藝方法

4.4.3 影響脫磷效果的主要因素

4.5 鐵水同時脫磷、脫硫

4.5.1 鐵水同時脫磷、脫硫的基本原理

4.5.2 鐵水同時脫磷、脫硫方法

4.5.3 鐵水預(yù)脫磷、脫硫效果

4.6 脫磷鐵水的應(yīng)用效果

4.7 鐵水預(yù)脫磷、脫硫處理操作

5 鋼液的真空處理

5.1 真空冶金原理

5.1.1 真空冶金的一般規(guī)律——壓力對化學(xué)平衡的影響

5.1.2 真空下碳還原固體金屬氧化物能力的提高

5.1.3 鋼液的真空脫氧

5.1.4 鋼液的真空脫氣

5.2 鋼液滴流脫氣法

5.3 真空提升脫氣法(DH法)

5.3.1 DH法脫氣工作原理

5.3.2 DH法的主要優(yōu)缺點

5.3.3 DH法的操作工藝

5.3.4 DH法主要工藝參數(shù)的選定

5.3.5 DH法的實際效果

5.4 真空循環(huán)脫氣法(RH法)

5.4.1 RH法的產(chǎn)生及發(fā)展概況

5.4.2 RH法的設(shè)備

5.4.3 RH法的循環(huán)脫氣工作原理和冶金功能

5.4.4 RH法主要工藝參數(shù)的選定

5.4.5 RH法精煉工藝技術(shù)

5.4.6 RH法的冶金效果

5.4.7 RH法的發(fā)展

5.5 鋼包吹氬

5.5.1鋼包吹氬原理

5.5.2 吹氬工藝參數(shù)的選定

5.6 真空吹氬脫氣法(VD法)

5.6.1 VD法的方法特點

5.6.2 VD法的裝置及工藝特點

5.6.3 VD法的精煉效果

5.7 CAS-OB法和IR-UT法

5.7.1 CAS.OB法

5.7.2 IR—UT法

5.7.3 CAS-OB法和IR—UT法的優(yōu)點及精煉效果

6 鋼包爐精煉法

6.1 鋼包加熱電磁攪拌精煉法(ASEA-SKF法)

6.1.1 ASEA—SKF爐的設(shè)備組成

6.1.2 ASEA-SKF法精煉操作工藝

6.1.3 ASEA—SKF法的優(yōu)點和精煉效果

6.2 真空電弧加熱脫氣法(VAD法)

6.2.1 VAD法的主要設(shè)備

6.2.2 VAD法精煉工藝

6.2.3 VAD法的特點

6.3 鋼包爐精煉法(LF(V)法)

6.3.1 LF爐的設(shè)備組成

6.3.2 LF法的功能及特點

6.3.3 LF爐精煉工藝技術(shù)

6.3.4 LFV法

7 高鉻低碳鋼的爐外精煉

7.1 高鉻鋼液脫碳的熱力學(xué)及動力學(xué)

7.1.1 高鉻鋼液脫碳的熱力學(xué)

7.1.2 富鉻渣的還原

7.1.3 高鉻鋼液脫碳的動力學(xué)

7.2 真空吹氧脫碳法(VOD法)

7.2.1 VOD的產(chǎn)生

7.2.2 VOD法設(shè)備及其特點

7.2.3 VOD法的基本功能

7.2.4 VOD法精煉工藝

7.2.5 VOD法的發(fā)展

7.3 氬氧精煉法(AOD法)

7.3.1 AOD法的產(chǎn)生及發(fā)展概況

7.3.2 AOD爐的設(shè)備及其特點

7.3.3 AOD法的基本操作工藝

7.3.4 AOD法的特點

7.3.5 AOD法的精煉效果

8 噴射冶金和喂線法

8.1 噴射冶金

8.1.1 噴射冶金的產(chǎn)生

8.1.2 噴射冶金系統(tǒng)的設(shè)備組成

8.1.3 典型的噴粉系統(tǒng)

8.1.4 噴射冶金的特點

8.1.5 噴射冶金的應(yīng)用

8.1.6 噴射冶金原理

8.1.7 噴吹工藝參數(shù)

8.1.8 噴射冶金效果

8.1.9 噴粉處理站和噴粉罐的設(shè)計

8.2 喂線法(WF法)

8.2.1 喂線法的產(chǎn)生

8.2.2 喂線機(jī)和包芯線

8.2.3 喂線法的理論基礎(chǔ)及工藝

8.2.4 喂線工藝方法

8.2.5 喂線法特點

8.2.6 冶金效果

8.2.7 非金屬夾雜物的變性處理

9 鋼包熱工分析及相關(guān)技術(shù)

9.1 鋼包的工況分析

9.1.1 急冷急熱工況

9.1.2 鋼水(LF)精煉條件下的鋼包工況

9.1.3 鋼包中溫度不均的工況

9.2 鋼包工況改善的原則

9.3 薄板坯、高速連鑄、連鑄連軋工藝條件下對鋼包工況的新要求

9.4 煉鋼車間內(nèi)鋼包烘烤的重要作用

9.5 高溫低氧空氣燃燒HTAC技術(shù)簡介及應(yīng)用

9.5.1 工業(yè)燃燒的基本概念和目的

9.5.2 燃燒與余熱再生技術(shù)的理論研究

9.5.3 高溫低氧空氣燃燒技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

9.5.4 蜂窩體(honey comb)換熱特性

9.5.5 高溫低氧空氣燃燒HTAC技術(shù)初始應(yīng)用于鋼包

9.6 普通的烤包裝置、烘烤參數(shù)和典型的烘烤曲線

9.7 燃?xì)庖豢諝怆p預(yù)熱高效鋼包烘烤——HTAC技術(shù)

9.7.1 轉(zhuǎn)爐煤氣的高效燃燒技術(shù)HTAC及其工作原理

9.7.2 燃?xì)庖豢諝怆p預(yù)熱高效鋼包烘烤基本設(shè)計原則

9.7.3 烘烤裝置的車間布置原則

9.7.4 主要工藝參數(shù)選擇(150t鋼包)

9.8 HTAC技術(shù)烘烤的火焰特征和工藝技術(shù)效果

9.8.1 火焰特征

9.8.2 工藝技術(shù)效果

lO 爐外精煉在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)流程中的應(yīng)用

10.1 現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)工藝流程

lO.1.1 現(xiàn)代氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼車間

10.1.2 現(xiàn)代電弧爐煉鋼車間

10.1.3 典型精煉方式特點比較

10.1.4 精煉方式的選擇

10.2 幾種典型的煉鋼生產(chǎn)工藝流程

10.2.1 典型轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)工藝流程

10.2.2 典型電爐煉鋼生產(chǎn)工藝流程

參考文獻(xiàn)

全書共分10章，包括鐵水爐外預(yù)處理和鋼水爐外精煉兩大部分內(nèi)容。

鐵水預(yù)處理的主要內(nèi)容為鐵水預(yù)脫硅、脫硫、脫磷的三脫處理，主要介紹各種鐵水脫硅劑、脫硫劑、脫磷劑及其特點，鐵水三脫預(yù)處理的基本原理、工藝及設(shè)備特點，重點介紹鐵水預(yù)脫硫處理，尤其是鎂脫硫技術(shù)。鋼水爐外精煉重點介紹各種精煉方法的精煉原理、工藝及設(shè)備的特點，精煉的主要工藝參數(shù)，精煉效果。主要內(nèi)容包括真空冶金的理論和RH法等各種精煉方法，LF爐精煉方法，不銹鋼冶煉的基礎(chǔ)理論，VOD和AOD精煉方法，噴射冶金和喂絲法等各種爐外精煉方法，鋼包熱工分析及相關(guān)技術(shù)。最后介紹了幾種典型的爐外精煉方法在現(xiàn)代鋼鐵流程中的應(yīng)用。