太钢铁水预处理技术
李强王治中
摘要介绍了太钢铁水三脱预处理系统设备和操作工艺及其特点。
关键词铁水三脱预处理工艺特点
Pretreatment Technology of Hot Metal in Taiyuan Iron & Steel
Co. Ltd
Li Qiang Wang Zhizhong
(Taiyuan Iron & Steel Co.Ltd)
Abstract This paper introduces the facilities, process and characteristics of pretreatment for hot metal through desilication, dephosphorization and desulphurization in Taiyuan Iron & Steel
Co.Ltd.
Keywrods pretreatment for hot metal through
desilication,dephosphorization and desulphurization process characteristics
1 前言
采用铁水预处理的目的在于提高铁水质量和分散转炉的冶炼功能，减轻或取消转炉的脱磷、脱硫负担，从而使转炉的冶炼功能着重于脱碳和升温，提高钢的质量，具有单一化、专门化的特点。
另外，由于减去了转炉的脱磷、脱硫操作，实现了少渣精炼。
缩短冶炼时间，增加了钢产量。
太钢于1988年5月从国外引进部分关键设备，国内配套建成了首座铁水三脱预处理站，经过几年的生产实践及改进，铁水预处理工艺技术日趋完善，并通过冶金部组织的技术鉴定。
初步形成铁水三脱预处理—转炉冶炼—炉外精炼程序的炼钢方式，并取得显著的经济效益。
2 铁水三脱预处理原理
早期的LD转炉炼钢工艺是将脱硅、脱磷、脱硫等一系列化学反应集中在同一容器中进行。
由于这些反应的热力学条件不同，有的甚至互相矛盾，再加上受到熔池中动力学条件的限制，使多种反应顾此失彼，难以完全进行［1］。
因此，不仅增加了操作难度，而且也限制了某些要求较高的钢种的生产。
自从铁水预处理工艺开发了“三脱”技术，即脱硅、脱磷、脱硫处理，根据铁水的具体条件和各元素反应的热力学及动力学
条件，选择合适的喷吹粉剂，在不同的阶段和不同的容器中进行铁水预处理［2］，为转炉的少渣精炼奠定了基础。
此外，根据钢种的要求不同，铁水所需的处理工艺也不同，例如转炉生产铬不锈钢需要铁水进行三脱(脱硅、脱磷、脱硫)处理，为转炉提供w(P)-＜0.020%，w(S)-＜0.012%的铁水。
而对于w(S)-＜0.03%的钢种，例如无取向硅钢、纯铁以及其它优碳钢等，必须铁水脱硫预处理。
这些都可由铁水三脱工艺完成。
2.1 脱硅
脱硅是氧化反应，且在低温下容易进行。
它是用烧结矿粉中的固态氧或者是气体氧与铁水中硅的氧化反应，即
Si+2FeO=SiO
2
+2Fe
Si+O
2=SiO
2
二氧化硅是稳定的酸性渣。
由于硅比磷容易氧化，脱磷前必须先脱硅。
高炉脱硅后的铁水中含硅量越高，脱磷处理操作也就越困难。
所以，对于铁水脱磷而言，脱硅处理是相当重要的。
一般来讲，脱磷铁水的硅含量应小于0.2%。
2.2 脱磷
脱磷也是氧化反应，且在低温下容易进行，即
2P+5FeO=P
2O
5
+5Fe
2P+5/2O
2=P
2
O
5
磷氧化后生成的五氧化二磷不稳定(容易回磷)，必须与钙、钠之类的元素结合生成磷酸盐类产物，才能稳定地存在于渣中，所以，脱磷要求渣有一定的碱度，即
P 2O
5
+4CaO=(CaO)
4
P
2
O
5
一般来讲，脱磷的渣碱度应在2.0以上。
渣的碱度在2.0～3.0之间时，随着渣碱度的增加，磷在渣中的分配系数急剧上升；渣的碱度大于3.0后，磷在渣中的分配系数提高缓慢，渣的碱度过高，也会影响渣的流动性。
2.3 脱硫和同时脱硫、脱磷
脱硫是还原反应，它不仅要求在高温下进行，而且要求渣具有较高的碱度。
目前，铁水脱硫使用的粉剂主要有石灰(CaO)、苏打灰(Na
2CO
3
)、电
石(CaC
2
)、镁粉等，它们的还原能力由弱到强。
铁水单脱硫时，一般用CaO或CaC
2，再加上少量的萤石(CaF
2
)，其
主要目的是控制渣的流动性。
2CaO+2S=2CaS+O
2
CaC
2
+S=CaS+2C
当铁水同时脱磷、脱硫时，由于向铁水中喷入大量粉剂，使铁水温度下降。
在这种情况下，可以通过向铁水中喷吹气体氧的方式来提高铁水温度，同时气体氧还可以帮助脱磷。
但气体氧与铁水中的碳也会发生反应，容易引起喷溅这是应该注意的。
3 铁水三脱工艺特点
太钢铁水三脱处理工艺由铁水专用包喷粉处理站和高炉出铁场脱硅两个主要工序组成。
高炉出铁后，先在出铁槽进行炉前脱硅，然后送往喷吹处理站进行喷吹脱硫或脱磷处理。
实践表明，脱磷时必须先对铁水进行二次脱硅后再脱磷,工艺流程见图1。
图1 铁水三脱工艺流程
太钢高炉铁水槽脱硅所用脱硅剂为烧结矿粉、氧化铁皮。
铁水喷吹脱硫、脱磷均使用CaO系粉剂,各种粉剂的配比见表1。
表1 三脱处理用粉剂化学(w) %
成分SiO
2CaO P S CaF
2
FeO Fe
2
O
3
脱硫剂2.69 73.66 0.008 0.194 6.84 - - 脱硅剂2.07 11.59 0.028 0.079 - 50.08 27.77 脱磷剂3.48 33.20 0.010 0.128 5.94 31.09 20.06
铁水三脱处理站具有喷粉脱硫、脱硅、脱磷处理3个功能，处理时以喷枪浸入式铁水专用包喷粉为核心，由十几个工艺环节组成，具有运行可靠、操作方便、易于转炉、高炉生产协调，能满足炼钢铁水深度脱硫与脱磷的工艺需要。
设计年处理能力为40万t，其中脱磷处理9万t。
4 主要设备性能参数
铁水三脱喷粉处理站主要用贮粉、喷吹、除渣和除尘4部分组成。
其中贮粉、喷吹系统由国外提供部分关键设备，其余设备由国内配套完成。
4.1 贮粉系统
铁水三脱处理所用粉剂由4种原料(石灰、石灰石、萤石和轧钢铁皮)经制粉车间配制而成，再由粉剂运输车运输分别送入脱硫剂粉仓(14m3)、脱硅剂粉仓(8m3)及脱磷剂粉仓(18m3)。
4.2 喷吹系统
作为预处理的主体关键设备，喷粉罐设计为下出粉型差压控制方式，整个喷吹过程采用逻辑柜程序控制，喷粉量由电子秤连续计量，根据铁水初始条件由程序预先设定。
喷粉罐容积4m3，最高工作压力
0.7MPa。
整个系统操作灵活、方便、可控性强。
4.3 专用处理罐及罐车
专用铁水罐公称容量为70t，脱硫处理时铁水有效装入量为55t/罐，脱硅、脱磷时为50t/罐，罐车为拖线式电动车，专用罐扒渣时由罐车上的机械齿轮倾斜。
4.4 扒渣测温系统
扒渣采用机械扒渣方式，设备为固定台式悬臂液压扒渣机，扒渣力10 000kN，扒杆上下倾角±15°，测温工具为单铂铑消耗性微型电偶，喷粉处理前后铁样均由直读光谱仪快速成分分析。
4.5 除尘系统
预处理过程中产出的烟气，经干式布袋除尘器净化后排空。
5 经济效益
采用铁水三脱处理技术，不仅获得了良好的冶金效果，也取得了明显的经济效益。
为了扩大转炉冶炼钢种，对部分品种从铁水预处理到转炉冶炼全流程进行了分析，经测算使用脱硫铁水冶炼热轧硅钢及高级舰板钢时，吨铁效益分别为6.95元及270元，使用脱磷铁水冶炼轴承钢时，吨铁效益高达280元，体现了铁水三脱处理的经济价值。
随着下步K—OBM复吹转炉的恢复及完善，一条新的不锈钢生产线(铁水预处理—复吹转炉—不锈钢板坯连铸机)将为太钢创造更为可观的经济效益和社会效益。
6 结论
(1)通过铁水三脱(Si、P、S)技术工艺操作，完善了对普钢铁水深度预处理的生产工艺。
提高了入炉铁水质量，对实现少渣冶炼、扩大转炉钢种、提高钢质量、增产降耗效果显著。
它已成为改善和提高炼铁、炼钢技术经济指标的一项重要手段。
(2)太钢引进国外部分关键设备建成的国内首座铁水三脱预处理装置，工艺技术和设备运行可靠，为太钢进一步扩建铁水预处理能力提供了技术条件。
与此同时，也发现了一些问题，如铁水处理专用罐容积较小、铁水罐车运输过程中降温较大等，这些都需要在实践中开展深入研究。
(如改用混铁车进行喷吹处理)。
总之，通过对铁水实施全量预处理后，使其更能适应太钢发展特殊钢生产的要求。
联系人:李强,高级工程师,太原(030009)太原钢铁集团有限公司设计院
作者单位：太原钢铁集团有限公司
参考文献
1 曲英.炼钢学原理.北京：冶金工业出版社，1980
2 张信昭.喷粉冶金基本原理.北京：冶金工业出版社，1988。