铁水预处理工艺方法及原理

钢铁冶金概论
计算中心
王丽 丽
8 铁水预处理
铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各种处理。 铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各种处理。 普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱磷。 普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱磷。 8.1 铁水预脱硫 脱硫剂：石灰粉（CaO）、电石粉（ ）、电石粉 和金属镁。 1、脱硫剂：石灰粉（CaO）、电石粉（CaC2）和金属镁。 石灰粉： 1）石灰粉： 2CaO（S）+ [S] + 1/2[Si] =(CaS)（S） + 1/2(Ca2SiO4) ） 电石粉： 2）电石粉： CaC2(S）+ [S] ==(CaS)（S） + 2[C] ） 2(S） 电石粉需要以惰性气体密封保存和运输。 电石粉需要以惰性气体密封保存和运输。 金属镁： 3）金属镁： Mg+ [S]=MgS(S) 金属镁活性高，极易氧化，易燃易爆， 金属镁活性高，极易氧化，易燃易爆，所以镁粒必须表面 钝化后才能安全的运输、储存和使用。 钝化后才能安全的运输、储存和使用。
镁在铁水温度下与硫有较强的亲和力。特别是在低温下 镁在铁水温度下与硫有较强的亲和力。 镁脱硫效率极高。用镁脱硫铁水温降小， 镁脱硫效率极高。用镁脱硫铁水温降小，渣量及铁损均 少且不损坏处理罐内衬，也不影响环境。 少且不损坏处理罐内衬，也不影响环境。因而铁水包喷 镁脱硫工艺获得了迅猛的发展。 镁脱硫工艺获得了迅猛的发展。 镁价格昂贵，保存时须防止吸潮。 镁价格昂贵，保存时须防止吸潮。 2、脱硫方法——喷吹法 脱硫方法——喷吹法 —— 此法是用喷枪以惰性气体为载体， 此法是用喷枪以惰性气体为载体，将脱硫剂与气体混合 吹入铁水深部， 吹入铁水深部，以搅动铁水与脱硫剂充分混合的脱硫方 该法可以在鱼雷罐车或铁水包内处理铁水。 法。该法可以在鱼雷罐车或铁水包内处理铁水。

17
脱磷剂
氧化剂――――氧气、氧化铁、轧钢铁皮、连铸铁皮等 将铁水中的磷氧化 固定剂――――CaO，Na2CO3； 5NaCO3+4[P]=5(Na2O)+2(P2O5)+5C
3(Na2O)+(P2O5)=(3NaO· P2O5)
使磷稳定地结合在炉渣中 助熔剂――――CaF2，CaCl2。 生产低熔点的化合物，溶于渣中。 18
搅拌能 低 高
供氧 速率 低 高
氧气 比率 低 高
废钢比 低 高
建设投资 低 高
24
脱硫
脱硫原理
钢铁冶炼脱硫，就是要形成稳定的硫化物，并
能与钢或铁水顺利分离。
脱硫基本反应方程式如下：
Mg(g)+[S]=MgS(s) ΔGΘ=- 427367+180.67 T
25
脱硫剂
苏打灰（Na2CO3） 石灰粉(CaO) 电石粉（CaS） 金属镁
铁水“三脱”工艺
铁水三脱预处理（ ORP法 ）工艺流程
50
49
总用量大约为吨铁水35公斤。配比：CaO42％-Fe2O346%-CaF212%。
预脱磷方法
在高炉出铁沟或出铁槽内进行脱磷； 在铁水包或鱼雷罐车中进行预脱磷； 在专用转炉内进行铁水预脱磷。
19
铁水包喷吹法 优点： 铁水罐混合容易， 浸入 反应动力学条件好 缺点：
吹炼时间长，温降大 渣多
被铁水内部进行脱硫反应，从而达到脱硫的目的。
优点：脱硫效率高、脱硫剂耗量少、金属损耗低等。
38
非卷入型机械搅拌法
特点：在钢包内只设一个简单
的倒T字形耐火材料搅拌棒， 旋转搅拌棒使脱硫剂与铁水混合
进行脱硫。但脱硫时间长，

铁水预处理工艺铁水预处理工艺是指在将铸铁液倒入铸型之前，通过一系列的处理工艺将铁水中的杂质和气体去除，从而保证铸铁件质量的稳定性和一致性。

铁水预处理工艺在铸造工艺中扮演着至关重要的角色，在提高铸件的质量、降低生产成本、改善生产环境等方面都有着积极的作用。

铁水预处理工艺一般包括以下几个环节：一、加热铁水在预处理之前，需要将铁水加热至一定温度，使得其中的金属元素完全熔解，方便去除杂质和气体。

一般来说，加热温度为1450℃左右。

二、除杂铁水中常存在铁沙、金属渣、氧化物等杂质，这些杂质对铸铁件的质量和性能有着很大的影响。

除杂工艺一般采用沉淀法、过滤法和离心法等方法去除杂质。

其中，沉淀法是较为常见的方法，通过加入草酸、硫酸等化学药剂使得杂质形成沉淀，然后将沉淀剔除掉即可。

三、脱硫铁水中含有一定量的硫，会影响铁水的流动性、凝固分析等性能。

脱硫工艺主要采用氧气吹炼法，将氧气引入铁水中，使得硫气氧化成SO2并排出，从而达到脱硫的目的。

四、脱碳铸铁中碳含量的多少与铁水中碳含量有着密切的关系，因此脱碳工艺对于决定铸铁件的硬度和韧性有着重要的作用。

脱碳工艺一般采用灌碳剂或者双氧水等方法，将其中的碳元素去除掉。

五、脱气铁水中通常还含有大量的气体，如氢、氧、氮等，这些气体都会在铸造过程中释放出来，导致铸件内部产生气孔、夹杂等缺陷。

因此，脱气工艺也是铁水预处理中不可或缺的一个环节。

脱气一般采用真空除气、加压除气等方法，将其中的气体去除掉。

铁水预处理工艺在现代铸造工业中已经得到广泛应用，能够显著提高铸铁件的质量和性能，减少铸件的废品率和生产成本，对于推动铸造行业的发展和升级有着重要的意义。

铁水预处理的目的以及预处理工艺法铁水预处理的目的铁水预处理是指铁水在进入转炉炼钢之前，为了去除某些有害成分或回收有益成分的处理过程。

针对炼钢而言，主要是使铁水中的硅、硫、磷含量降低到所要求的范围，以简化炼钢过程，提高钢材的质量。

在铁和钢的生产过程中，硫之所以成为主要脱除或控制的元素之一，是因为它对钢的性能有着多方面的影响。

(1)热脆：硫在铁液中以FeS形式存在，1600℃硫在铁液巾能无限溶解，但其溶解度随温度的降低而减小，在固态铁中的溶解度很小。

在钢液凝固过程中，低熔点(1193℃)的FeS将浓聚于液相中，并将与Fe形成低熔点共晶(988℃)，最后凝固时形成网状组够分布于铁晶粒周界上。

当钢在热加工的加热过程中，温度超过1100℃左右时，富集于晶界的低熔点硫化物将使晶界成脆性或熔融状态，在轧制或锻造时，即出现裂纹，这种现象称为“热脆”。

(2)疲劳断裂：钢材的疲劳断裂是由于使用过程中钢材内部显微裂纹不断扩展的结果。

当硫含量偏高时产生晶界裂纹，这就是由于硫高而导致疲劳断裂的原因。

(3)力学性能：硫化物夹杂对钢材力学性能的影响，主要是由于硫化物夹杂在钢材加工中易变成长条状和片状，因此使钢材横向抗拉强度及塑性大大下降，同时冲击韧性也下降。

(4)抗蚀、焊接和切削性能：钢中硫化物夹杂还会引起坑蚀现象。

在钢的焊接过程中，钢中的硫化锰夹杂能引起热撕裂。

硫对钢还有一种很好的影响，即它能改善钢的切削性能。

铁水预处理工艺方法铁水预处理是对炼钢用铁水进行脱硅、脱磷和脱硫处理(简称为“三脱”)，主要在出铁沟、鱼雷式混铁车、铁水包和混铁炉中进行。

铁水预处理工艺方法有：铁水沟连续处理法(铺撒法)、铁水罐喷吹法、机械搅拌法、专用炉法、摇包法、转鼓法、钟罩法以及喷雾法等。

铁水沟连续处理法：此法是一种最简易的铁水预处理方法，可分为上置法和喷吹法两种。

前者只需将预处理剂铺撒在铁水沟适当的位置，预处理剂即随铁水流下，靠铁流的搅动和冲击使预处理剂和铁水发生反应而脱出有关杂质元素;而后者则需在铁水沟上设置喷吹搅拌枪或喷粉枪，使预处理剂经喷吹搅拌强化与铁水的接触。

铁水预处理工艺方法及原理铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉前对其进行脱除杂质元素的一种处理工艺。

常用的工艺方法有：铁沟散料法、铁水罐内喷吹法、铁水罐内机械搅拌法等。

（1）铁沟散料法：高炉出铁时，在铁沟内的铁水上散入工业纯碱（Na2CO3）或复合脱硫剂（由Na2CO3 、CaO、CaCO3、CaF2、C粉等配合而成），利用铁水流动时的冲击湍流运动使铁水与脱硫剂搅拌混合，促进脱硫反应，达到脱硫目的。

该法简便易行，但脱硫效率波动大（约为20—60%）、环境污染大、恢硫多。

已基本不用。

（2）铁水罐内喷吹法：如右图所示：在送去转炉的铁路线上设立喷吹脱硫站，喷枪的铁管外复合有耐火材料浇注料，可插入铁水内一定深度，以空气为载体，喷入粉状脱硫剂，进行脱硫，而后耙除脱硫渣，防止恢硫（脱硫渣如果不去掉，在后续过程中，脱硫渣中的硫又会返回铁水中，造成恢硫）。

由于该法使脱硫剂与铁水接触良好，脱硫效率较高，还可脱除部分硅和碳。

常用的脱硫剂：a、钝化石灰粉（不含钝化剂的石灰，存放时间稍长，吸水到一定程度，就会堵塞喷吹系统）。

优点：成本较低、脱硫效率较高。

缺点：环保较差、铁水温降较大。

b、复合脱硫剂（由Na2CO3 、CaO、CaCO3、CaF2、C粉等配合而成）。

优点：成本较低、脱硫效率较高、比钝化石灰粉较易耙渣。

缺点：环保较差、铁水温降较大。

c、钝化镁粒（金属镁粒需钝化，否则存放时易氧化，同时载体需改为氮气）。

金属镁粒喷入铁水后，会迅速气化，与铁水接触条件更好，脱硫率很高。

优点：脱硫率很高、喷吹设备和操作很简单、环保较好、铁水温降很小、脱硫渣量很小。

缺点：成本高。

d、钝化镁粒与钝化石灰混喷（结合了金属镁粒脱硫率很高和钝化石灰成本低的优点，还可根据铁水含硫量和所炼钢种，来调节钝化镁粒（0—100%）与钝化石灰的配比，从而达到最佳成本与脱硫率的配合。

优点：脱硫率很高且可调、环保较好、铁水温降较小、脱硫渣量较小、成本较低且可调。

缺点：喷吹设备投资较大、操作较复杂。

铁水预处理技术方案●铁水预处理的热力学及动力学原理●铁水脱硫工艺及装置●铁水三脱（脱硅、脱磷、脱硫）工艺及装置北京科大三泰科技发展有限公司2004-2-13铁水预处理技术方案1．概述铁水预处理技术从上个世纪六、七十年代发展起来到现在已经广泛地应用于各国，用于提高铁水质量，其技术也已经得到迅速的发展，目前可以用于铁水预处理的技术不下二、三十种。

铁水预处理工艺方法主要有：（1）机械搅拌法，有代表性的是日本开发的KR法；（2）吹气搅拌法，包括顶吹喷粉法和底吹法，目前顶吹喷粉法得到最广泛的应用，如ATH、TDS、IRSID、ISIDD等法；（3）喂丝法近年来开始得到应用。

铁水预处理的主要工艺目标是：（1）脱硫；（2）脱磷；（3）脱硅、磷、硫（俗称三脱）；（4）其它。

从处理熔剂的选择来看有：主要是石灰系、碳化钙系、镁系三类脱硫剂，可以单独使用，可以复合应用，往往可以取得更好的冶金效果。

顶吹喷粉法近年发展了更多的工艺形成：产生了混合喷吹法和复合喷吹法以及分步喷吹法等。

从控制模型方面看：近年来更加重视建立较高精度的预处理粉剂喷吹量的控制模型。

还有一些不同的分类方法，但是无论怎样分类，每个企业选择的原则都是一样的，那就是从自己企业近期和长远规划来考虑，结合企业能力、产品目标、市场、经济效益等具体情况选择最适合自己的，最有利的方案。

本技术方案——从三个方面介绍科大三泰公司向用户推荐并可提供的技术装备：（1）（1）铁水罐顶喷纯化镁脱硫；（2）（2）铁水罐采用镁加钙系脱硫剂分步或复合喷吹脱硫（即所谓混喷）；（3）（3）铁水罐采用镁加钙系或者单纯钙系脱硫剂分步或者复合喷吹三脱（脱硫、脱磷、脱硅）；是较高精度顶吹喷粉法；脱硫剂选用钝化镁粒或镁系的；喷吹工艺形式采用单系统喷吹或分步复合喷吹；为了提高镁的利用率，降低喷粉生产成本，同时达到目标硫数值，达到喷粉目的，采用具有较高精度的脱硫剂喷吹量的控制模型（可选择的和可即时调控的）；采用高技术喷射器系统；带气化室的喷枪；采用PLC 全程程控和计算机操作等。

现代化的钢铁企业都不采用此法。但在设备简陋、铁
水含硫又高的小钢铁厂，还经常被采用。
机械搅拌法
靠旋转沉入铁水中的搅拌器或转动盛铁水的容器使铁水 与脱硫剂搅拌混合。
采用搅拌器和采用转动容器机械搅拌法，均可控制铁水 与脱硫剂的搅拌时间和搅拌强度，用CaC2作脱硫剂能得到 >90%的脱硫效率(单向摇包法搅拌混合较差，脱硫率比双向 摇包法约低10％)，可以把铁水中的硫稳定地降低到<0.010％。
1、铁水预脱磷的基本原理
铁水中的磷首先氧化成P2O5，然后与强碱性氧化物结合成 稳定的磷酸盐而去除。
在铁水预脱磷过程中，首先要有适当的氧化剂将溶解于 铁水中的磷氧化，然后采用强有力的固定剂，使被氧化 的磷牢固地结合在炉渣中。
4.4 铁水预脱磷工艺
2、铁水预脱磷方法 ◆ 在高炉出铁沟或出铁槽内进行脱磷 ◆ 在铁水包或鱼雷罐车中进行预脱磷 ◆ 在专用转炉内进行铁水预脱磷
武钢旋转实心搅拌器的KR机械搅拌法，铁水的含硫量 可从0.06%降低到0.005％。实践证明，此类脱硫设备可以用 价廉的石灰进行有效的脱硫。设备最简单，脱硫效率高。
转动容器的回转炉法和摇包法，由于设备复杂，维修费用高 和难于大型化，发展前途不大。
搅拌器法
旋转实心搅拌器的 搅拌法（KR法）
旋转空心搅拌器的搅 拌法（DORA法）
4.5 铁水“三脱”工艺
铁水三脱工艺特点 o 优点： ▪ 可实现转炉少渣冶炼（渣量＜ 30 kg／t）。 ▪ 铁水脱硫有利于冶炼高碳钢、高锰钢、低磷钢、特殊钢
（如轴承钢、不锈钢）等。 ▪ 可提高脱碳速度，有利于转炉高速冶炼。 ▪ 转炉吹炼终点时钢水锰含量高，可用锰矿直接完成钢水合
金化。 o 缺点： ▪ 铁水中发热元素减少，转炉的废钢加入量减少。 转炉少渣炼钢工艺——铁水预处理将S、P（脱P需先脱Si ）

3.2 铁水脱磷装置示意图
四、转炉双联法脱磷工艺
日本和歌山制铁所炼钢厂工艺布置示意图
4.1 脱磷转炉

脱磷炉加15%废钢（尺寸稍小些） 脱碳炉加2%废钢（尺寸稍大些） 脱磷炉：废钢与脱碳炉渣一起从料槽加入。 BOFd[p]：[C]：4.7%~3.7% 吹氧时间9min [P]：从0.1%（1000ppm）→降到0.01% （100ppm）周期时间20min 炉龄： 25000炉，炉渣R：≤2，渣量 ~35kg/t，脱磷炉供氧强度是脱碳炉的1/4~1/2。 脱磷炉加入造渣料：BOFd[C]返渣（约占脱碳 炉渣总量的1/2）+石灰 脱磷炉渣：由于碱度≤2，可直接用于筑路 等 半钢温度1300℃左右， 回收煤气，流量为 35000~40000m3/h
五、铁水预处理对纯净钢的意义
铁水含磷、硫可降到低或超低含量水平。 提高转炉生产率、降低成本、节约能耗。 极低碳钢的清洁度。钢中T[O]、[N]、[H]含
量降低。 有利于复吹转炉冶炼高碳钢时的“保碳出钢 技术”。 有效地提高铁、钢、材系统的综合经济效益。

二、铁水脱Si（120t转炉）
铁水脱Si的重要意义： 铁水脱磷的必要条件 利于减少石灰加入量和渣量
铁水脱Si的工艺方法铁水罐脱硅 转炉脱硅
2.1 脱Si剂、脱Si原理
脱硅剂： 氧化剂：氧气，氧化铁皮，精矿粉，烧结矿粉，氧 化铁烟尘 溶剂：石灰，萤石 铁水脱Si化学反应： [Si]+O2(g)=SiO2 [Si]+(2/3)Fe2O3(s)=SiO2(s)+(4/3)Fe [Si]+(1/2)Fe3O4(s)=SiO2(s)+(3/2)Fe [Si]+2(FeO)=SiO2(s)+2Fe

投资成本(—)
低
一般
较高
铁水预脱硫条件优于钢水脱硫条件，原因：
1.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； 2.铁水中氧含量低，提高渣铁之间硫分配比，脱硫效 率高； 3.铁水含氧量低，因而可以使用强脱硫剂强化脱硫而 不会造成强烈氧化； 4.铁水脱硫费用低于高炉、转炉和炉外精炼的脱硫费 用。
4.3.3 铁水预脱硫的意义 4.3.4 铁水预脱硫的基本原理
A 金属、氧化物及碳化物脱硫 B 碱性渣脱硫 4.3.5 铁水预脱硫的方法 投掷法：将脱硫剂投入铁水中脱硫 喷吹法：用载气将脱硫剂喷入铁水中脱硫 搅拌法（KR法）：通过中空机械搅拌器向铁水
内加入脱硫剂，搅拌脱硫
脱硫工艺的技术比较
脱硫工艺方法
2.Mg／CaC2复合脱硫剂 喷吹Mg／CaC2复合脱硫剂的体系，由于CaC2与［O］
反应生成CaO，MgS(固)不能稳定存在于该体系中，由于 Mg／CaC2复合脱硫剂体系与Mg／CaO复合脱硫体系的脱 氧、脱硫平衡反应是相同的，因此对脱氧、脱硫能力 而言，喷吹这两种复合脱硫剂效果是一样的。
但是，由于CaC2比CaO 昂贵且不安全，因此从脱 硫成本及储运、使用的安全性方面考虑，使用Mg／ CaO复合脱硫剂更安全、成本更低。
高碱度烧结矿
颗粒
0
20-40
O2+烧结矿 50%
40-80
反应速率常数 (min-1) 0.25
0.06
处理后 [Si]%
0.13 0.10 ≤0.10%
4.3 铁水预脱硫工艺 4.3.1 国外铁水预脱硫技术的发展背景与现状
历史背景：60年代，氧枪转炉炼钢的崛起工业的发展 给钢铁材料质量提出了更高要求。

铁水复吹脱硫预处理工艺技术规程1. 脱硫原理铁水预处理是在转炉兑铁罐内复合喷吹镁粉和石灰粉方式。

石灰粉（CaO）脱硫反应为：CaO(s) +[S] +[C] =CaS(s) + CO(g)2CaC(s) +[S] +1/2[Si] =CaS(s) + 1/2Ca2SiO4(s)镁脱硫反应为：Mg(s)→Mg(l) →{Mg}→[Mg]Mg与S的相互反应存在两种情况：第一种情况：{Mg}+[S]=MgS(s)第二种情况：{Mg}→[Mg][Mg]+[S] = MgS(s)2. 铁水条件2.1混铁炉铁水2.2处理后的铁水S：范围 0.001%～0.010%平均≥0.005%2.3 产品和产量的要求炉容量 75t转炉冶炼周期：平均 30min最小 26min3 .复合喷吹石灰粉和镁粉脱硫工艺原材料3.1镁粉3.2石灰粉（活性石灰）粒度： <0.25mm 100%<0.075mm >80%3.3脱硫粉剂储存两种料仓：镁粉料仓和石灰料仓,脱硫站两个喷吹工位，共用一套镁粉料仓和石灰料仓。

袋装镁粉储存在专门的仓库内，每天用汽车将袋装的镁粉运至脱硫站，用10t起重机逐袋卸入镁粉料仓。

石灰粉采用槽式运输车气力输送上料。

脱硫剂靠重力就可以从每个料仓中加入到选中的喷吹罐中。

每个料仓和喷吹罐均有一套流化装置对粉料进行流化。

3.4喷吹系统一个脱硫工位设一个镁粉喷吹罐和一个石灰粉喷吹罐，一套镁粉和石灰粉在线混合喷吹管路。

一套喷枪装置，一套测温取样装置。

3.5扒渣工艺当喷吹处理完后，倾动铁水罐，然后用扒渣机将脱硫产生的渣扒到渣罐里。

3.6氮气系统氮气系统提供干燥、惰性气体是为以下几个目的：3.6.1料仓和喷吹罐加料操作期间流化储料仓中的粉剂，这将导致粉剂均匀分配输送。

3.6.2喷吹期间流化喷吹罐内的粉剂，这将起到控制喷吹期间粉剂输送的速度和喷吹罐内粉剂均匀分配。

3.6.3为储料仓内粉剂顶部构建气体密封环境。

常用铁水预处理技术常用铁水预处理技术铁水预处理基础知识1、什么是铁水预处理？★铁水预处理指铁水兑人炼钢炉之前，为除去某些有害成份或回收某些有益成分的处理过程。

针对炼钢而言，主要是使铁水中硅、磷、硫含量降低到所要求的范围，以简化炼钢过程，提高钢的质量。

铁水预处理具体分为铁水炉外脱硅、脱磷和脱硫，有时脱磷和脱硫同时进行。

对于铁水含有特殊元素提纯精炼或资源综合利用而进行的提钒、提铌、提钨等预处理技术则称为特殊预处理。

2、什么是铁水“三脱”技术？★指铁水兑人炼钢炉之前，进行脱硫、脱硅、脱磷的预处理工艺过程。

3、铁水脱硫的目的是什么？★提高钢质、扩大品种和改善炼钢操作，提高钢的机械、工艺性能。

4、铁水脱硅的目的是什么？⑴减少转炉炼钢渣量、改善操作和提高炼钢经济指标。

硅是氧气转炉炼钢发热的元素，所以为了提高炼钢熔池温度和早化渣，往往希望铁水含硅高一些，但实践证明铁水含硅高时，为了保证转炉渣有较高的碱度，势必增加石灰消耗量，使渣量增多，冶炼时间延长，耗氧量增加，喷溅加剧，铁损增加，并给操作带来困难，从而降低炼钢生产率和增加生产成本。

铁水含硅量一般应控制在0.4％以下的水平。

(2)铁水预脱磷的需要脱硅是铁水预脱磷的先决条件。

铁水预脱磷要求脱磷反应区的氧位高，当加入氧化剂提高氧位时，硅首先就与氧作用而降低铁水中的氧位。

为此，脱磷首先要脱硅，脱磷前控制硅含量一般要求在0.15％以下。

5．铁水脱磷的目的是什么?(1)生产低磷钢、超低磷钢和不锈钢等工艺需要。

磷在钢中对性能的影响，除少数钢种为提高强度或耐大气腐蚀性，要求有一定含磷外，对大多数钢种是有害的，它降低钢的冲击韧性，尤其是低温冲击韧性；磷的枝晶偏析使板材产生带状组织，造成钢板各向异性。

随着新技术材料的发展，对某些品种钢要求磷含量≤0.01％(低磷钢) 或≤0．005％(超低磷钢) 。

用转炉工艺脱磷，虽然有较好的脱磷效果，但达到这种低磷的水平是难以完成的，如采取多次造渣操作，有可能达到，但都存在渣料消耗大，冶炼时间长，热损失大，金属收得率低等问题。

一、铁水预处理概述
铁水预处理是指高炉铁水在进入炼钢炉之前预先脱除某 些杂质的预备处理过程。
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。
意大利 Taranto
0.01%占% 80.4 87.0 87.5
0.006%占% 36.4 240 4.7 48.8 240 4.9 62.5 240 5.3
12
喷Mg颗粒脱硫处理实绩
铁水罐容量（t） 铁水罐净空高度(mm) 喷吹罐容积(m3) 喷吹压力(Mpa) 喷吹流量(Nm3/min) 喷吹速度(kg/min) 处理前[S] Mg 单耗（kg/t) 温度降低(℃) 喷吹时间(min) [S]≤0.01％ [S]≤0.005％ [S]≤0.01％ [S]≤0.005％ [S]≤0.01％ [S]≤0.005％ 100 800 0.5×2 0.3～0.5 30～60 6～15 0.04% 0.2±0.05 0.46±0.03 10±1 12±1 5±1 7±1
搅拌能 低 高
氧气 比率 低 高
废钢比 低 高
建设投资 低 高
29
转炉脱磷主要目的：生产低磷、超低磷钢？
新日铁Matsumiya博士回答：
▪
[P]含量控制：
▪ ▪ 转炉脱磷处理后： 0.018~0.020%; 脱碳转炉出钢： 0.015~0.018％.
▪
采用转炉脱磷－脱碳工艺的主要目的：
1. 提高生产和工艺控制的稳定性；
T. Ueki, et al., The 10th Japan-China Symposium on Science and Technology of Iron and Steel, 2004, p116

铁水预处理工艺技术操作规程一、工艺概述铁水预处理是指对生铁进行预处理，将其中的杂质、有害元素等物质去除，以提高铁水的纯净度和适用性，为后续工艺环节提供良好的原料。

铁水预处理工艺技术操作规程主要包括铁水预处理的基本原理、操作流程、操作注意事项等内容。

二、基本原理铁水预处理的基本原理是通过物理、化学等方法对铁水进行处理，去除其中的杂质、有害元素等物质。

常用的预处理方法包括脱硫、脱磷、脱硅等。

1. 脱硫脱硫是指对铁水中的硫元素进行去除。

常用的脱硫方法包括湿法脱硫和干法脱硫两种。

湿法脱硫主要通过在铁水中添加氧化剂，使铁水中的硫化物氧化为硫酸盐，然后与添加的还原剂反应生成硫化氢气体，进而从铁水中挥发出来。

干法脱硫则是在铁水中加入适量的脱硫剂，使其与铁水中的硫发生反应生成易挥发的硫化物，然后通过气体传递将其挥发出来。

2. 脱磷脱磷是指对铁水中的磷元素进行去除。

常用的脱磷方法包括喷吹法、氧化砌块法等。

喷吹法是通过在铁水表面吹入氧气，使铁水中的磷氧化为易挥发的磷酸盐，然后通过熔渣的沉浮作用将其去除。

氧化砌块法是通过在铁水中加入氧化砌块，使铁水中的磷与氧化砌块发生反应生成磷酸盐，然后通过熔渣的沉浮作用将其去除。

3. 脱硅脱硅是指对铁水中的硅元素进行去除。

常用的脱硅方法包括湿法脱硅和干法脱硅两种。

湿法脱硅主要是通过在铁水中加入足够量的碱性矿物，使硅与碱性矿物发生反应生成易挥发的硅酸盐，然后通过熔渣的沉浮作用将其去除。

干法脱硅则是在铁水中加入适量的脱硅剂，使其与铁水中的硅发生反应生成易挥发的硅化物，然后通过气体传递将其挥发出来。

三、操作流程铁水预处理的操作流程按照脱硫、脱磷、脱硅的顺序进行，具体步骤如下：1. 脱硫操作流程(1) 检查脱硫设备及周围环境的安全情况。

(2) 开始对铁水进行脱硫前，要先对铁水进行预热，使其温度达到预定的要求。

(3) 进行湿法脱硫时，在预热后的铁水中加入适当的氧化剂，并根据预定的脱硫时间进行搅拌。

铁水预脱硫工艺
1
2
3
镁焦脱硫装置(西德赫德博厂 )
4
5 6 7
1—固定螺栓 2—钢板 3—联接杆 4—圆筒 5—料筒 6—钢钎 7—镁 焦
铁水预脱硫工艺

喷射法
喷射法是利用喷枪把气体与脱硫剂混合后喷射到铁水 中，使铁水与脱硫剂充分混合，促进脱硫反应。
铁水预脱硫工艺
ATH法脱硫装置 示意图
1 —喷枪 2—喷粉罐 3—操作平台 4—鱼雷罐车
铁水预脱硫工艺
1
2
铁水包喷粉反应区 示意图
1—持久反应区 2—瞬时反应区
铁水预脱硫工艺
其他方法
单艺
铁水预脱硫的优点


铁水中[C]、[Si]较高，fs↑，硫反应能力提高；
铁水中[O]较低，Ls↑，脱硫效率高； 搅拌充分，脱硫剂利用率高，脱硫速度快； 铁水脱硫费用低； 铁水脱硫可提高炼铁炼钢的生产能力、节约工序能源、 降低成本。
铁水预脱磷工艺
2)喷吹法：喷吹法是目前应用最多的方法，它是把脱 磷剂用载气喷吹到铁水包中，使脱磷剂与铁水混合、反应， 达到高效率脱磷。 喷吹法在日本新日铁公司100t铁水包中应用，以氩气 作载气，吹入脱磷剂 45kg/t ，喷吹处理时间 20min ，脱磷 率达90％左右。
铁水预脱磷工艺
新日铁君津厂脱磷工序流程示意图
铁水预脱硫工艺
铁水预脱硫的必要性
（1）铁水在进入转炉冶炼前进行脱硫具备最佳的反应条件： 1) 铁水中含有大量 Si 、 C 、 Mn 等还原性好的元素，其还原性有利 于脱硫反应，(强脱硫剂Ca、Mg等烧损少)； 2)铁水中C、Si能大大提高S在铁水中的活度系数，致使硫较易脱 到低的水平； 3)铁水中氧含量低，硫的分配系数相应有所提高，有利于脱硫； 4)在铁水预处理脱硫过程中，铁水成分的变化比炼钢或钢水处理 过程中钢水成分的变化对最终钢种影响要小； 5)铁水处理温度较低，对处理装置的寿命有利。 （ 2 ）铁水炉外脱硫可以减轻高炉的负荷，降低焦比，减少渣量和提高 生产率。 （3）铁水炉外脱硫减少了渣量。 （4）工业技术的发展，对钢质要求越来越高。

产品合格率
通过铁水预处理，可降低钢材中的夹杂物、气泡等缺陷，提高产品 合格率，减少废品率。
用户满意度
优质的钢材产品可满足用户更高的需求，提高用户满意度，增强企业 市场竞争力。
节能减排效果评估
能源消耗
铁水预处理可降低转炉冶炼的能耗，减少能源消 耗和生产成本。
环境保护
通过铁水预处理中的脱硫、脱磷等操作，可减少 废气、废渣的排放，降低环境污染。
搅拌装置
用于加强铁水与脱硫剂、脱磷剂等反应物 的混合，提高反应效率。
脱磷炉
通过向铁水中加入氧化剂或还原剂进行脱 磷反应，并配备有渣铁分离装置以去除生 成的磷酸盐或磷氧化物。
03 铁水预处理操作与优化
操作规程与注意事项
严格遵守安全操作规程
保持设备清洁
在进行铁水预处理时，必须佩戴防护 用品，确保人员安全。
无人化操作
无人化操作是钢铁行业实现智能化、自动化的重要方向之一。通过引入先进的自动化设备和控制系统，钢铁 企业可以实现铁水预处理的无人化操作，进一步提高生产效率和安全性。
06 总结与展望
本次课程重点内容回顾
铁水预处理的目的和意义
去除铁水中的有害元素，调整铁水成 分，提高钢铁质量。
铁水预处理的方法
脱硅、脱锰等其他元素去除
脱硅
硅在铁水中主要以硅酸盐形态存在，通过加入碱性氧化物 （如石灰）与硅酸盐反应生成硅酸钙等化合物，上浮至渣 层去除。
脱锰
锰在铁水中主要以锰的氧化物形态存在，通过还原反应将 锰的氧化物还原为金属锰，再利用其与硫的亲和力较强的 特性，将锰与硫结合生成硫化锰上浮去除。
其他元素去除
调整成分
根据后续炼钢工艺要求， 通过预处理调整铁水成分， 如增加废钢比、提高铁水 温度等。

5
4.2 铁水预处理脱硫
4.2.1 铁水预处理脱硫的意义
铁水炉外脱硫工艺之所以在经济上和技术上是合理可 行的，主要基于以下原因： 1）铁水中含有大量的硅、碳和锰等还原性好的元素，因 此在使用不同类型的脱硫剂，特别是强脱硫剂如钙、镁、 稀土等金属及其合金时，不会发生大量的烧损，以致影响 脱硫反应的进行； 2）铁水中碳和硅等能够大大提高硫在铁水中的活度系数， 使硫很容易就能脱到很低水平； 3）铁水中氧含量较低，硫的分配系数相应有所提高，有 利于脱硫；
6
4.2 铁水预处理脱硫
4）铁水炉外脱硫可以在鱼雷车、铁水罐中进行，也可以 在出铁槽中进行，这样可以减少处理投资； 5）铁水处理温度较低，对处理装臵的寿命有益； 6）在铁水炉外脱硫的过程中铁水成分的变化比炼钢或钢 水处理过程中钢水成分的变化对最终钢种的影响小。
脱硫费用（$/kg）
项目 高炉脱硫 铁水预处理脱硫 转炉脱硫 最小值 25 6 43 最大值 30 13 311 条件 低硫焦(S:0.45%)增加焦比进行低S铁水操作 从0.04%脱至0.005%S，从0.02%脱至0.005% 0.047%S铁水和0.074%S废钢，0.005%S铁水和 0.015%S废钢
14
4.2 铁水预处理脱硫
莱茵法的搅拌器是采用铁芯加强的耐火材料制成的倒 T型 搅拌器，处理时转速为60～70转/分。 其特点是：莱茵搅拌器只是部分插入铁水内部，通过搅拌 使罐上部的铁水和熔剂形成涡流搅动，混合接触，并通过 循环流动使整个包内铁水都达到上层脱硫区来实现预处理 的目的。 采用 RS法脱硫时，用熔剂CaC2： 5～ 8 kg/t，处理时间： 10min，脱硫率：70～80％。
19
4.2 铁水预处理脱硫