铁水预处理脱硫Word文件下载.docx
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苏打（Na2CＯ3）
二、常用脱硫剂反应特点
１.电石粉
碳化钙脱硫反应为
用CaＣ２脱硫有如下特点:
１）在高碳系铁水中，CａＣ2分解出的Ca离子与铁水中的硫有极强的亲和力。
因此ＣaC2有很强的脱硫能力，在一定的铁水条件下，用ＣａＣ２脱硫，脱硫反应的平衡常数可达6.9×
1０5，反应达到平衡时，铁水中硫含量可达4．９×
10-７。
2）用CaＣ2脱硫，其脱硫反应是放热反应，有利于减少铁水的温降。
３）脱硫产物CaS,其熔点24５00C,因此脱硫后,在铁水面上形成疏松的固体渣，有利于防止回硫，且对混铁车内衬浸蚀较轻，扒渣作业方便。
4）由于电石粉脱硫能力强,故用量少,渣量也较少。
5）电石粉易吸潮，吸潮时产生如下反应:
ＣaC２+H2Ｏ=ＣａＯ+C２H２
ＣａC2＋２H２Ｏ＝Ca（ＯH）2+Ｃ2H２
这个反应会大大降低电石的脱硫能力,而且放出的C2H2是属易爆气体,因此在运输和保存电石粉时要采用氮气密封，储料罐必须安装乙炔检测等安全装置，以防爆炸等事故。
６）用电石粉脱硫生成的碳除饱和溶解于铁水外，其余以石墨态析出，喷吹过程中随喷吹气体有少量的电石粉带出,同时还有少量的C2H2产生，这些都会对环境产生污染，故必须有除尘设备。
2．石灰粉脱硫
石灰脱硫的反应式为:
用
脱硫有如下特点：
1）在高Ｃ和一定含硅量的铁水中，
有较强的脱硫能力,在1３５0℃时,用
脱硫,反应达平衡时,铁水中硫含量可达
比
的脱硫能力要弱得多。
2）脱硫渣为固体渣,扒渣方便,对铁水缶、混铁车侵蚀较小，但用量较大，故形成的渣量也大,铁损也较高,铁水温降也较大。
３）石灰粉资源广、价格低、易加工，使用安全。
4）石灰粉流动性差、在输送中易堵塞、在料罐中也可能会“架桥”而堵料，且石灰易吸潮，吸潮后其流动性大大恶化，吸潮后会生成
不仅影响脱硫效果,而且会污染环境,因此,石灰的加工运输和贮存都要在干燥条件下进行，一般也采用氮气密封和输送。
3.用Mg粉脱硫
用Ｍg粉脱硫，其反应式为：
镁粉脱硫有如下特点:
1）Mｇ有很强的铁水脱硫能力，１３500C时，用Mg粉脱硫，反应的平衡常数为３.17×
105，反应达到平衡时,铁水中含硫量可达ｌ．6×
10-7，大大高于Ca0的脱硫能力。
2）Ｍg的沸点为ll070Ｃ,Ｍg加入铁水后,变成Mg蒸气，形成气泡，使Ｍg的脱硫反应在气液相界面上进行，另外由于金属Ｍｇ变成Mg蒸气.使得反应区附近的流体搅拌良好,大大增强Mg的脱硫效果。
３）Ｍg在铁水中有一定的溶解度,铁水经过Mg饱和后能防止回硫,这部份饱和的Ｍg在铁水处理后的运送过程中仍能起到脱硫作用。
４）由于Mｇ进入铁水后就会气化,反应非常强烈，因此一般不使用纯Mg,而与其他材料混合一起喷入,目前多与Ca０一起混合后作成混合脱硫剂。
５）Mg的价格昂贵，但因Mg混合脱硫剂只要配比合适,也会使其用量少,而且铁水温降小,渣量少，铁损也少等特点,其综合成本也不一定高,而且由于用量少,处理周期也短，对高节奏的转炉也是有利的,因此Mｇ脱硫剂已越来越多被采用。
其他脱硫剂，像石灰石（ＣaCＯ3）因脱硫效果差而且铁水温降太大，而像苏打（Na２CO3）由于资源短缺，而且脱硫产物呈液态对罐衬侵蚀严重,降温也大，因此这些在铁水脱硫生产中已较少采用。
三、脱硫生产指标
对一种脱硫工艺方法或脱硫剂的脱硫效果的评定，目前还没有一个统一的、全面的指标来反映,但在实际生产中仍可根据以下指标来评价其脱硫效果。
１.脱硫效率（
）
式中:
——处理前铁水原始含硫量,％
——处理后铁水成品含硫量,％
此值反映脱硫工艺对铁水脱硫的直接影响,是工艺操作中很重要的工艺参数，
值较大,说明此工艺的脱硫效果越好，当然
值的大小与原始含硫量有关,如脱硫前原始硫很高,即使
值较大，也不能说明成品硫就很低。
此外由于公式中无脱硫剂的使用量，因此该公式并未反映出脱硫剂的脱硫效果。
２.脱硫剂效率（Kｓ）
式中：
w—脱硫剂的消耗量,ｋｇ／t铁
假设在脱硫反应过程中，脱硫剂的效率不变，则：
脱硫剂效率Ks的意义是单位脱硫剂的脱硫量，此值虽不能准确地描述脱硫剂的脱硫能力，但在生产操作中有实际意义。
当掌握了一定工艺条件下的经验脱硫数据后，就可以根据要求的脱硫量控制加入脱硫剂的数量。
3.脱硫剂的反应率ηM
脱硫剂加入铁水后,并非全部脱硫剂都参与了脱硫反应而起到了脱硫作用，为比较脱硫工艺中脱硫剂参与脱硫反应的程度,可用脱硫剂的理论消耗量和实际消耗量的比值来表示脱硫剂的反应率
——脱硫剂的理论消耗量,kｇ/t铁
——脱硫剂的实际消耗量,kg／t铁
例如:
用电石粉的脱硫剂的反应率
６4—
的分子量
32 — Ｓ的分子量
—电石粉的单耗，ｋｇ/ｔ铁
—电石粉中
的含量,％
一般来说脱硫剂的反应率都不高，电石粉的反应率为20～４0%，而石灰粉的反应率仅5～10％。
4.脱硫分配比
脱硫的产物必须进入渣中,从而使钢中的硫减少,其反应式简化为:
。
炉渣的脱硫能力,通常用硫在渣—铁中的分配比
的大小来表示，
=（
Ｓ
）
／
[S］
—硫在渣—铁中分配比
（Ｓ）—渣中硫的含量,％
[S］—铁中硫的含量，％
值越大,说明炉渣的脱硫能力越强,一般而言,象高炉渣由于FeO低,
可达10０,电炉还原期
可达３0～50,而转炉渣仅为5～１0。
第三节
常用脱硫方法及其操作
一、铁水罐搅拌法脱硫（KＲ法）
搅拌法是铁水脱硫技术的重要进展，它放弃了传动的容器运动方式,通过搅动来使液体金属与脱硫剂混合接触达到脱硫目的。
搅拌法分为两种形式即莱茵法和KＲ法。
a--
莱茵法
ｂ-－
ＫR法
图9—1
搅拌法脱硫
两种方法的最大区别是搅拌器插入铁水深度不同,莱茵法搅拌器只是部分地插入铁水内部，通过搅拌使罐上部的铁水和脱硫剂形成涡流搅动，互相混合接触，同时通过循环流动使整个罐内铁水都能达到上层脱硫区域段实现脱硫，KR法
是将搅拌器沉浸到铁水内部而不是在铁水和脱硫剂之间的界面上通过搅拌形成铁水运动旋涡使脱硫剂撒开并混入铁水内部,加速脱硫过程。
武钢二炼钢ＫR法是利用机械搅拌作用使脱硫剂与铁水混匀达到脱硫目的,因此，脱硫剂利用率高,消耗较低，目前武钢二炼钢KR铁水脱硫的脱硫剂消耗达到5.０kｇ／t.Ｆe（CaO基）左右，搅拌器寿命达到７0０余次,耐材消耗0.０2kｇ／吨，脱硫效果［S]可以达到0．001%，脱硫效率≥９0％,可以生产和满足不同低硫品种的需求。
１.KR铁水脱硫工艺流程
机械搅拌法脱硫就是将耐火材料制成的搅拌器插入铁水罐液面下一定深处，并使之旋转。
当搅拌器旋转时，铁水液面形成“Ｖ”形旋涡（中心低，四周高），此时加入脱硫剂后，脱硫剂微粒在浆叶端部区域内由于湍动而分散，并沿着半径方向“吐出”，然后悬浮，绕轴心旋转和上浮于铁水中,也就是说,借这种机械搅拌作用使脱硫剂卷入铁水中并与接触,混合、搅动，从而进行脱硫反应。
当搅拌器开动时,在液面上看不到脱硫剂,停止搅拌后，所生成的干稠状渣浮到铁水面上,扒渣后即达到脱硫的目的。
脱硫前,铁水缶中若有高炉渣，应先扒渣，即脱硫前后要二次扒渣。
下图KR专用罐工艺流程（图９—2）：
图９—2KR专用罐工艺流程
高炉铁水罐直接ＫR法脱硫工艺流程:
图9—3高炉铁水罐直接KR法脱硫工艺流程
２．原料要求
1）高炉铁水条件
铁水温度:
Ｔ≥l250０Ｃ
铁水硫含量：
[Ｓ］≤０.06０％
渣层厚度:
处理铁水量:
Q＝80~90吨/罐·
次
2）脱硫剂（KC—2#）
（1）重量配比:
活性石灰:
88—90％
萤石：
１2—１0％
（2）粒度要求：
表９—1
脱硫剂粒度要求
粒度
≤0.１mm
0．1－0.６ｍm
０.1-1．０mm
≥1．０ｍｍ
比例
<
5%
≥60%
≥30%
≤5%
（3）要求新鲜、干净、干燥、不混有杂质、不粉化变质。
3）镁质复合脱硫剂（试行）
（1）重量配比：
活性石灰75～8０%
萤石:
1５～１0%
Mg粉：
≥１0％
（2）粒度要求（活性石灰、萤石同KＣ—２#脱硫剂）
（3）Ｍg:
阻燃时间
，闪点:
6150C左右
3.KＲ铁水脱硫的基本操作
1）扒渣操作:
（１）脱硫铁水罐由牵引车运载至扒渣位置后,由主控台将罐倾斜至扒渣角度（以铁水不能溢出为准）,然后进行扒渣操作。
（2）扒渣机在运转前接通电源并选择好手动或自动操作方法（扭动转换操作手柄），要确认清楚手动（ISW）或自动（3PＬ）灯光显示和紧急停车手动按钮的位置。
（３）要确认压缩空气的入口压力达到0．6~０.8MPa，操作压力>
0.4５MＰa。
（４）扒渣机运转前，小车的前进端极限应设在零位，后退端极限应设在拾位上,否则不允许运转。
（5）扒渣机的前后行程5-6米,高度为０.9米，左右旋转角度为1２.5０。
（６）当罐内铁水中带有大于600kg的渣块时原则不能强行扒渣，应将铁水返回到混铁炉。
（７）铁水在搅拌前后都要进行扒渣，罐内渣子扒到铁水裸露
2）卷扬操作
（1）运行前必须检查主操作台电源转换开关、确认钢丝绳及抱闸正常,进行试运转后方能使用。
（２）铁水罐必须对准扒渣的中心线，方可进行倾翻铁水罐操作。
（3）机旁操作卷扬时,只许挂脱勾操作,倾斜操作应在主控制台进行。
3）搅拌操作
（1）首先试灯检查,确认操作台上的所有工作信号是否正常。
（2）确认铁水缶中心线对准搅拌器中心线,正负误差
（3）准确测铁水液面高度，并对搅拌器进行预烘烤3—5分钟（新搅拌器在使用前50次在予烘烤后进行浸泡烧结5—1０分钟）。
搅拌器浸入铁水深度350~６00mｍ搅拌时间为3-9分钟，转速80～120转／分。
（4）铁水液面在3０00～3700间可方可拉钟操作，搅拌过程中注意观察电流
及转速波动情况和相关信号反应，并在搅拌结束前3分钟实施必要的均匀减速，但减速后下限转速应≥7８转／分。
（５）加入脱硫剂时转速比所需速应低2—5转，距投料剩余10０kｇ时,均匀增速达所需速度，并依据火花飞溅及亮度情况，进行适当的减速调节。
（6）每处理一罐要对搅拌器进行确认，搅拌器耐火材料损坏或脱落≥50mm时或有槽沟、孔眼凹坑情况必须进行热修补后才能使用。
（7）处理硫含量超过标准时,当铁水后温≥1250℃时，经厂调同意可进行二次脱硫。
二、混铁车喷粉脱硫
武钢三炼钢厂的铁水脱硫设备是在混铁车内喷粉脱硫设备,于19９6年投产。
1、混铁车喷吹脱硫的工艺特点
三炼钢是2５0t转炉配板坯铸机的全连铸厂，由于转炉吨位大，每炉需要铁水量大,因此采用混铁车运输铁水,采用鱼雷缶式混铁车运输铁水有如下优点：
（1）混铁车一罐可存放运输３００t铁水，比用铁水罐运输,保温性能好,运输量大。
（2）鱼雷罐式混铁车的稳定性好,在铁路上运输比铁水罐安全。
由于三炼钢铁水运输距离长，所以从保温和安全出发，选用混铁车运输。
铁水脱硫方案的选择,一是脱硫方法,二是脱硫容器的选择。
关于脱硫方法，从铁水处理规模大，脱硫成本低，铁水温降小及脱硫效果能达到产品要求等各方面综合考虑，选择喷吹脱硫的方法。
其二是确定喷粉脱硫工艺,可以在混铁车及转炉铁水罐内脱硫两种选择,一种直接在混铁车内喷粉脱硫，脱硫完后再翻至转炉铁水罐,另一种方法是混铁车将铁水翻至将转炉铁水罐,在铁水罐内喷粉脱硫,这两种工艺的特点比较如下：
（１）从工序时间上用混铁车直接脱硫,不必倒罐铁水温度高,脱硫喷吹的反应空间比铁水罐大,因此可以用较高的喷粉速度，喷吹时间短，而用铁水罐脱硫,铁水要倒一次罐,温度要低４0～500C,因此反应速度要慢,则铁水罐为防喷溅，喷粉速度不可能太快,因此喷粉时间长。
（2）布置方式,混铁车脱硫可以单独布置一座厂房，两座脱硫站平行布置,与转炉不干扰，而且两座脱硫站也互不干扰，而用铁水罐脱硫,必须布置在转炉跨中。
两个工位的粉料贮存、铁水罐倒罐、扒渣、喷粉等都集中在转炉装料跨,吊车作业频繁,并与转炉作业干扰，脱硫各工序也互相干扰因此作业率也低。
（3）基造费用，混铁车脱硫虽然单独脱硫间，但吊车吨位少，厂房标高低,造价低,而铁水缶处理必须占用450t／30t兑铁水吊车，因此，厂房高，基造费用也高。
（４）脱硫剂效率,混铁车扒渣困难,喷粉脱硫时渣量大，因此脱硫剂耗量要大,同时混铁车较长,脱硫的动力学条件较差，混铁车内铁水称量难以准确，不能准确计算出脱硫剂用量，最终硫含量不能准确控制，而铁水缶脱硫，扒渣容易，在脱前和脱后都进行扒渣,脱硫剂利用率高,可以精确控制脱硫后的硫含量，脱硫的动力学条件较好,因此，采用铁水罐脱硫的脱硫效率高，而且可以根据不同钢种要求控制脱硫率。
（5）环保，混铁车脱硫在独立车间,设置除尘没备方便,不影响其它工序,除尘效果也较好．而铁水罐脱硫布置在主厂房内,除尘没备布置困难,因此效果也较差。
综合上述各种因素,还是选择混铁车内喷粉脱硫工艺较好。
2、混铁车喷粉脱硫工艺操作
混铁车喷粉脱硫与铁水罐喷粉系统有些类似.脱硫剂经槽罐车运输至贮料罐贮存，采用氮气输送将脱硫剂从槽罐卸到贮罐内，贮罐下部有流态化床。
根据需要的用量，将脱硫剂从贮料罐输送到喷粉缶，完成脱硫剂的准备。
铁水脱硫操作，见图（9—4）,机车将装有铁水的混铁车先送到破渣位破渣,使铁水上部的渣层不至结渣，然后再送到喷吹位落下防溅罩，先下测温取样枪测温取样,再下喷枪喷粉脱硫，根据化验结果确定喷吹脱硫剂数量,喷吹完成后再测温取样,然后提起防溅罩,机车将混铁车送至主厂房的铁水倒罐站,由混铁车将低硫铁水倒入铁水坑内称量台车上的铁水罐里,在铁水罐取样测温后将铁水罐吊至扒渣站扒渣,经扒渣后的铁水再兑入转炉。
混铁车翻完铁后,再用于装铁。
但每送2次脱硫铁水后，必须到混铁车倒渣间倒出贱存的脱硫渣和残余铁水。
在脱硫站的一边设有专门倒渣间,在混铁车倒铁嘴下方设有渣罐台车,台车上装有渣罐和残铁罐，混铁车由机车送往倒渣间，混铁车倾翻先将残铁倒入残铁罐中，然后再将脱硫残渣倒入渣罐中。
图９—4
鱼雷车铁水脱硫处理示意图
与铁水罐喷粉脱硫工艺相比，主要是喷吹脱硫的容器不同，从工艺流程来看,混铁车脱硫的主要缺点是脱硫前不能扒渣,而这些高炉渣的硫含量较高，因此会对脱硫操作带来不利影响。
3、混铁车喷粉脱硫设备
1）混铁车:
是贮存和运输铁水及进行铁水脱硫的容器,该车是属铁路特种专用车辆,车子上部为一个中间圆柱形,两端带有一定锥度的封闭形罐体,罐体的两端，支承在两组铁路车轮组的心盘上，由于罐体形状像鱼雷,因此也称作鱼雷罐式混铁车，在灌车的一端装有罐体倾翻装置,由电机驱动，罐体可翻转３600。
罐体中央上部有一个圆形的出铁—受铁口，喷粉也是从这个口上操作，罐体内衬耐火砖。
混铁车装载吨位:
320ｔ。
2）脱硫剂贮料罐，贮罐容积l00M3，每个罐有３个料位指示器,一个上料位指示器,一个中料位指示器,一个低料位指示器，顶部装有布袋除尘及过压保护装置，对于存放电石的贮料罐.还装有乙炔报井装置及防爆阀，一旦罐内存放电石受潮,水与碳化钙反应会生产爆炸性气体乙炔当乙炔含量达2.3%时就会产生爆炸,当乙炔报警器检测到乙炔气体含量达到0.５%,就会发生信号，这时会自动打开安全防爆阀，同时向罐内补充氮气,将乙炔排放,以确保安全，对于采用电石为脱硫剂的脱硫装段,乙炔报井安全系统是必不可少的。
3）喷粉罐,由于混铁车铁水量大．每次脱硫喷吹量大，故喷粉罐的容积为4M3整套粉料贮存,气动输送，喷吹系统的基本组成部份与铁水罐喷粉系统相同,只是容积不同。
4）脱硫喷枪，是内部为钢管外衬耐火材料，固定在喷枪升降支架上,可以上下升降插入混铁车内脱硫，喷枪孔为倒“T”型,喷孔方向与枪体垂直,喷枪垂直插入混铁车时，喷枪孔的方向正好与鱼雷罐的中心一致。
5）测温取样枪和破渣枪，由于混铁车的铁水经过长距离运输,周转时间长，到脱硫间时,往往上面渣子结壳，因此设有专门的破渣枪。
破渣枪和测温取样枪分别有各自的框架，两个框架装在一根旋转轴上一同旋转，各自独立升降，完成破渣、测温取样的功能。
6）混铁车倒渣间,布置在铁水脱硫间东侧,经翻完铁后的混铁车到倒渣间将残留的铁水及大量的脱硫残渣倒出，倒渣间的主要设备有鱼雷罐车自动接电系统，残铁缶残渣罐运输车,残铁残渣罐修砌设备,鱼雷罐口清理设备等。
此外还有喷枪存放装置，除尘系统，氮气介质、电气控制等。
4、脱硫剂及脱硫效果
1）脱硫剂种类的确定
脱硫剂是决定脱硫率和脱硫成本的主要因素之一，选择脱硫剂主要以其脱硫能力，成本、资源、环境保护、对混铁车耐材的浸浊，脱硫渣的性质与状态及操作的安全等因素综合考虑。
脱硫剂都是从电石、Cａ0、Mg粉等几种中选择,而武钢三炼钢在设计时,国内用Mg粉脱硫的工艺尚不成熟，也无镁粉的产品,如果选用Ｍg作脱硫剂还必须要考虑进口脱硫剂的问题，这在脱硫成本是不合算的,所以考虑选用电石和石灰粉作脱硫剂，为确保安全生产,贮缶系统已考虑到存放电石的安全措施。
2）脱硫剂的配比
脱硫剂组成配比的决定，应根据铁水条件,脱硫要求作适当调正,其原则是既要满足脱硫的要求又要尽量降低脱硫的成本。
三炼钢要求铁水全部经过脱硫处理，但根据钢种要求分为浅处理和深处理两种：
一般钢种要求铁水S<
0.Ol5%,则采用浅脱硫操作,仅采用Ｃa0为基的复合脱硫剂。
优质钢则要求铁水Ｓ<
0.005％,则采用深脱硫操作，即先用Ｃａ０为基的复合脱硫剂浅脱硫,进而采用ＣaC２进行深脱硫。
也可以全部采用CａＣ2进行深脱硫。
武钢三炼钢是采取以 “浅脱硫”
为主的铁水脱硫作业。
深脱硫仅占处理量的２0%，也可以全部采用CaC２进行深脱。
Ca0基的复合脱硫剂的配比为：
其中Ca０，采用活性石灰，采用活性石灰的优点是CaＯ的活性大,脱硫效果好,但是活性石灰在加工中易吸潮，吸潮的石灰粉输送起来困难,有时会堵塞喷枪。
为此,有的工厂的CaＯ采用死烧石灰，即将石灰窑温度烧到l400~1５0０0C,使石灰不再是多孔疏松的活性石灰而烧成气孔率很少,含水量<
０.2％的死烧石灰,这种石灰的优点是易保存吸潮小，但是这种石灰脱硫效率较差,而且烧成成本也略高，所以,武钢公司选择CaＯ脱硫剂时都选用活性石灰。
5、影响脱硫效果的因素
１）脱硫剂种类,CaＣ2的脱硫效果明显优于Ca０基脱硫剂，其对比试验见下表：
表9—2
ＣaC2和Ca0脱硫效果比较
脱硫剂
脱硫（％）
处理时间
（ｍiｎ）
温降
（0Ｃ）
脱硫剂耗量
（kg/t铁）
喷吹速度
（kg/min）
原始S
处理后
脱硫率
Ca0基粉剂
０.01９
0.０0５
76.4５
2０．9
37
10.8
1５0
CaC2粉剂
0.022
0．006
７5.3
15．１
25
4.３
８0
可见,CaC２的脱硫能力比Ca0基强，而且温降也小,处理时间也缩短，因此,如果要求铁水硫要<
0.01０，则都要使用一部份CaC２，因为单纯使用Ｃa0基,虽然用量加大也可以达到０．005％的水平，但结果是铁水温降太大,处理时间太长，这是与转炉冶炼不相适应的，所以
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