1、冶金學（2）朱苗勇2012年9月鐵水預處理轉爐冶煉高爐連鑄RHLFGas爐后吹氬現代鋼鐵生產流程第1部分 爐 外 處 理 爐外處理技術發展概況 爐外處理的基本手段 鐵水預處理 典型鋼水精煉工藝 爐外處理技術的發展趨勢1 爐外處理技術發展概況爐外處理的含義指在冶煉爐生產鐵水、鋼水的基礎上，以更加經濟、有效的方法，改進鐵水、鋼水的物理與化學性能的冶金技術。包括：鐵水預處理鋼包精煉中間包冶金潔凈鋼的含義潔凈鋼應是所含雜質和夾雜物很少的鋼。對于鋼性能要求不同，純凈度所要求的控制因素也不同。IF鋼，要獲得成品鋼材的高延展性、高r值以及優良的表面性能，要求鋼中碳、氮、氧含量盡可能低；管線鋼，為了提高鋼的沖

2、擊韌性及抗HIC的能力則要求鋼中硫、磷含量盡可能低。用途主要性能夾雜物最大尺寸（m）雜質的最大含量-6(10)易拉罐(DI)鍍錫板SEDDQ板顯像管陰罩用鋼大規模集成電路用引線樞抗摺裂平均r2.0侵蝕污點沖壓裂紋2055C20,N30低S酸氣管液化天然氣板材船板鋼HIC脆化Z向裂紋形狀控制形狀控制S5P30,S10P30,S10軸承，軸承座圈滾珠軸承軋制疲勞疲勞裂紋1015O10,Ti15O15,Ti50輪胎線彈簧絲斷裂疲勞裂紋形狀控制，20形狀控制，20Al10Al10高性能鋼所能承受的夾雜物最大尺寸和夾雜含量注：DI: 深沖展薄拉伸; SEDDQ: 超深沖性；HIC: 氫致裂紋；Z向裂紋：

3、平行軋制 方向的裂紋；r為塑性應變比（沖壓成形寬度與厚度應變值之比）。 科學技術進步要求提高鋼材質量交通運輸高速火車、汽車的輕型高速化、船舶大型化石油化工深層采油、長距離高壓輸油輸氣爐外處理技術發展的原因高爐鐵水預處理轉爐冶煉鋼包精煉連鑄 鋼材質量要求的主要指標純凈度均勻性精度各種爐外處理方式則是獲得高性能鋼材的重要措施。Gas 提高鋼材性能和質量的重點之一是鋼的超純凈化，即有效降低鋼中的有害雜質元素和夾雜物的含量。鋼水超純化大大減輕了產生中心偏析、裂紋、大型夾雜、氣孔、白點和斑疤等缺陷的傾向，使鋼組織致密均勻，改善了連鑄坯表面及內部質量，使鋼材性能大為提高。精確控制化學成分以保證鋼性能穩定減

4、少鋼中P、S含量以改善沖擊性能、抗層狀拉裂性能、熱脆性，并能減少中心偏析和防止連鑄坯的表面缺陷；減少鋼中氧、氫、氮含量以減少超聲波探傷缺陷、條狀裂紋等，且能改善鋼材的制管性能；控制夾雜物的形態以改善鋼的深沖性能和鋼的加工性能。穩定連鑄生產要求控制鋼水質量實踐表明：沒有符合連鑄要求的鋼水質量，就不可能穩定連鑄生產工藝和保證鑄坯的質量。采用爐外精煉工藝，雖然投資將增加5-10%，成本將增加10-30元/噸，但可冶煉出具有高質量特性的鋼種，能提高總經濟效益。總之，采用爐外處理技術可以提高鋼的質量，擴大品種，縮短冶煉時間，提高生產率，調節煉鋼爐與連鑄的生產節奏，并可降低煉鋼成本、提高經濟效益。爐外處理

5、的發展歷程1950年前就有鋼包底部吹氬攪拌鋼水以均勻鋼水成分、溫度和去除夾雜物的Gazal法（法國）。二十世紀50年代，真空技術的發展和大型蒸汽噴射泵的研制成功，為鋼液的大規模真空處理提供了條件。開發出了各種鋼液真空處理方法，鋼包除氣法，倒包處理法（BV法）等。典型方法：1957年前西德的多特蒙德（Dortmund）和豪特爾（Horder）兩公司開發的提升脫氣法（DH法）；1957年前西德的德魯爾鋼鐵公司（Ruhrstahl）和海拉斯公司（Heraeus）共同發明的真空循環脫氣法（RH法）。20世紀60年代和70年代，是爐外精煉方法發明的繁榮時期，與該時期提出潔凈鋼生產，連鑄要求穩定的鋼水成分

6、和溫度以及擴大鋼的品種密切相關聯的。在這個時期，爐外精煉技術形成了真空和非真空兩大系列。真空處理：1965年西德開發的用于超低碳不銹鋼生產的真空吹氧脫碳法（VOD）和1967年美國的真空電弧加熱去氣法（VAD）；1965年瑞典開發用于不銹鋼和軸承鋼生產的有電弧加熱、電磁攪拌和真空脫氣的鋼包精煉爐法（ASEA-SKF）；1978年日本開發用于提高超低碳鋼生產效率的RH吹氧法（RH-OB）。非真空處理1968年美國開發用于低碳不銹鋼生產的氬氧脫碳精煉法（AOD）； 1971年日本開發配合超高功率電弧爐，代替電爐還原期對鋼水進行精煉的鋼包爐（LF）以及后來配套真空脫氣（VD）發展起來的LF-VD；噴

7、射冶金技術如1976年瑞典開發的氏蘭法（SL法），1974年前西德開發的蒂森法（TN法），日本開發的川崎噴粉法（KIP）；喂合金包芯線技術如1976年日本開發的喂絲法（WF）；加蓋或加浸渣罩的吹氬技術如1965年日本開發的密封吹氬法（SAB法）和帶蓋鋼包吹氬法（CAB法），1975年日本開發的成分調整密封吹氬法（CAS法）。20世紀80年代以來，爐外精煉已成為現代鋼鐵生產流程水平和鋼鐵產品高質量的標志，并朝著功能更全、效率更高、冶金效果更佳的方向發展和完善。這一時期發展起來的技術主要： RH頂吹氧法（RH-KTB） RH多功能氧槍（RH-MFB） RH鋼包噴粉法（RH-IJ） RH真空室噴粉法

8、（RH-PB） 真空川崎噴粉法（V-KIP） 吹氧噴粉升溫精煉法（IR-UT法）我國爐外處理發展60s-70s:特鋼企業和機電、軍工行業應用鋼水精煉技術。大冶、武鋼的RH，北京重型的ASEA-SKF，撫鋼的VOD-VAD，首鋼的鋼包吹氬。 80年代:我國爐外處理技術發展奠定基礎的時期。國產的LF爐，合金包芯線及喂線設備，鐵水噴射脫硫，噴射冶金技術，寶鋼引進大型RH裝置、KIP噴粉裝置，齊鋼引進SL，寶鋼、太鋼引進鐵水三脫技術與裝備。90年代:我國的爐外處理技術得到迅速發展，為21世紀爐外處理技術的全面、高水平、快速發展奠定堅實基礎。21世紀:鐵水預處理和鋼水精煉比大幅度增加，我國的爐外處理技術

9、得到了全面、高水平、快速發展。2 爐外處理的基本手段創造最佳的冶金反應條件，采用基本手段：攪拌真空加熱渣洗噴吹喂絲1 攪拌對反應容器中的金屬液（鐵水或鋼液）進行攪拌，是爐外精煉的最基本、最重要的手段。它是采取某種措施給金屬液提供動能，促使它在精煉反應器中對流運動。金屬液攪拌可改善冶金反應動力學條件，強化反應體系的傳質和傳熱，加速冶金反應，均勻鋼液成分和溫度，有利于夾雜物聚合長大和上浮排除。 1 + ln 1+ & &反應器的攪拌強度，可以用單位重量的金屬液所得到的攪拌能密度衡量，攪拌的效果通常用反應器內的均勻混合時間來反映。對于同一反應器通常攪拌能密度越大，均勻混合時間就越短，

10、即與呈反比關系： = 800 & 0.413 =H01.46105P2 TL TG6.2QTLW&式中 Q氣體流量，m3/min；W鋼液重量，t；TG、TL氣體與鋼液溫度，；H0鋼液深度，m；P2鋼液面壓力，Pa。 2ln 1+ P a P + gHw = nRTb +1 2(P + gH) 12 2Tb T0 Tb a l g 0 u0a l l gH l gH吹氬攪拌對金屬液所作的功包括：氬氣在出口處因溫度升高產生的體積膨脹功Wt；氬氣在金屬液中因浮力所做的功Wb；氬氣從出口前的壓力降至出口壓力時的膨脹功Wp；氬氣吹入時的動能We。從它們的計算值比較可知，Wt和Wb較大，而

11、Wp和We較小，可忽略。(1)氣體攪拌底吹氬。底吹氬大多數是通過安裝在鋼包底部一定位置的透氣磚吹入氬氣。優點:均勻鋼水溫度、成分和去除夾雜物的效果好，設備簡單，操作靈便。鋼包底吹氬攪拌還可與其他技術配套組成新的爐外精煉方式。缺點是透氣磚有時易堵塞，與鋼包壽命不同步。頂吹氬。頂吹氬是通過吹氬槍從鋼包上部浸入鋼水進行吹氬攪拌，要求設立固定吹氬站，該發法操作穩定也可噴吹粉劑。但頂吹氬攪拌效果不如底吹氬好。v v vv v v(2)電磁攪拌對鋼水施加一個交變磁場，當磁場以一定速度切割鋼液時，會產生感應電勢，這個電勢可在鋼液中產生感應電流J，載流鋼液與磁場的相互作用產生電磁力f，從而驅動鋼液運動，達到攪

12、拌鋼液的目的。J = V Bf = J B式中 鋼液的電導率；V磁場和鋼液的相對運動速度；B磁場強度。常用鋼包攪拌工藝示意圖鋼包吹氬攪拌的作用:均勻鋼水溫度。由于包襯吸熱和鋼包表面散熱，包襯周圍鋼水溫度較低，中心區域溫度較高，鋼包上、下部鋼水溫度較低，而中間溫度較高，這種溫度差異導致中間包澆注過程鋼水溫度前后期低，中期高。鋼包吹氬攪拌促使鋼包鋼水溫度穩定均勻，有利于提高鑄坯內部質量，使結晶器內坯殼生長均勻，避免開澆水口凍鋼斷流。均勻鋼水成分。出鋼是在鋼包內加入大量的鐵合金，成分不均勻，吹氬攪拌過程中可根據快速分析提供的鋼水成分而進行成分微調，以使鋼的成分控制范圍更窄，以確保鋼材性能均勻。促使夾

13、雜物上浮。攪動的鋼水促使了鋼種非金屬夾雜物碰幢長大，上浮的氬氣泡能夠吸收鋼中的氣體，同時粘附懸浮與鋼水中的夾雜物并帶至鋼水表面被渣層所吸收。生產實踐表明，吹氬攪拌后鋼水氧含量有明顯降低，其降低幅度與脫氧程度有關，一般可降低20%以上。吹氬攪拌排除的夾雜物數量與鋼水液面上覆蓋渣層FeO含量有關，渣中的FeO含量越低，吹氬攪拌夾雜物排除的量越多。2 真 空1滴流鋼包脫氣法2真空澆注法3出鋼脫氣法4真空循環脫氣法（RH）5真空提升脫氣法（DH）6真空罐脫氣（Finkl法或VD）7鋼包真空脫氣（Gazad法）8真空精煉法（VOD）9真空精煉法（VODC）10真空電弧加熱（VAD）11真空電弧加熱法（A

14、SEA-SKF）12槽型真空感應爐3 添加精煉劑爐外精煉中金屬液（鐵水或鋼液）的精煉劑一類為以鈣的化合物（CaO或CaC2）為基的粉劑或合成渣，另一類為合金元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。將這些精煉劑加入鋼液中，可起到脫硫、脫氧、去除夾雜物、夾雜物變性處理以及合金成分調整的作用。精煉劑的添加方法主要有:合成渣洗法噴吹法喂線法IRSID噴粉法TN法（德Thyssen-Niederhein）SL法(Scandinavian Lances)ABS法(Aluminum Ball Shoot)WF法（Wire Feeding）渣洗法是在出鋼時利用鋼流的沖擊作用使鋼包中的合成渣與鋼液混合，精煉鋼

15、液。噴吹法是用載氣（Ar）將精煉粉劑流態化，形成氣固兩相流，經過噴槍，直接將精煉劑送入鋼液內部。由于在噴吹法中精煉粉劑粒度小，進入鋼液后，與鋼液的接觸面積大大增加。因此，可以顯著提高精煉效果。喂絲法是將易氧化、比重輕的合金元素置于低碳鋼包芯線中，通過喂絲機將其送入鋼液內部。提高和穩定合金元素的利用率；添加過程無噴濺，避免了鋼液再氧化；精煉過程溫降小；設備投資少；處理成本低。噴粉和加合金鋼包加合金工藝不斷發展，以節省合金料用量，精確控制鋼的成分。工藝進展分三步：從塊狀合金加入發展到噴粉加入用喂絲工藝代替噴粉工藝鋼包站上裝連通管在惰性氣氛下加不少噴粉工藝是在20世紀70年代中期發展起來的，如TN、

16、SL。它要求鋼包的鋼水必須無渣，以便進行有效脫硫，此外鋼包上方必須有300mm的自由空間。噴粉的冶金效果：脫硫。一般脫硫、脫氧用硅鈣粉，成分為wSi=54%, wCaO=30%,粒度小于1mm，其中小于0.125mm占50%以上，噴槍距包底250-300mm，噴吹壓力為0.25-0.35MPa，噴吹時間為2-10min，供粉速率為7-10kg/min，氬氣流量為0.5-0.6m3/min。鋼中硫含量可以將到0.01%以下，一般為0.005%，最低可達0.002%。凈化鋼液和控制夾雜物性態。噴吹鈣、鈣的合金或含鈣的化合物時，不僅降低鋼中夾雜的含量，還可以改變夾雜物的性態。噴鈣后，由于其脫氧、脫硫

17、能力強，它能取代MnS中的Mn，并還原MnO、FeO、SiO2、Al2O3等氧化物夾雜。CaO與Al2O3可形成低熔點的鋁酸鹽（12CaO 7Al2O3或CaO Al2O3），在鋼液中成球狀，易于上浮排除。由于夾雜物總量減少，特別是由群族狀Al2O3和長條狀MnS變成細小的圓球狀，因而鋼在不降低強度的條件下，顯著的提高塑性和沖擊韌性，并使鋼材的各向異性也得到顯著的改善。提高合金吸收率。噴入的合金粉劑能直接與鋼水接觸，有相當大的接觸界面和相當長的接觸時間。特別是對于一些易氧化的元素，如硼、鈦、釩、鈣等，可避免它們在爐氣、爐渣中的燒損，使鋼水成分穩定，對合金元素吸收率高。改善鋼水的可澆性。經鈣處理

18、的鋼水，流動性顯著提高，改善了鋼水的可澆性。由于CaO與Al2O3結合成低熔點鋁酸鈣（12CaO7Al2O3）在鋼水中呈球狀易上浮，避免水口的堵塞。從二十世紀70年代末開始，噴射冶金的發展令人矚目，但其技術的開發及理論研究，仍處于不斷發展、成熟的階段。噴射冶金技術分別用于電爐、轉爐內脫磷和增碳，爐內還原期脫氧、脫硫，爐外鋼包中深度脫硫，對非金屬夾雜物進行變性處理，對鋼液進行微合金化等。目前真空精煉設備與噴粉組合成新的精煉工藝，可進一步提高鋼水精煉效果。喂線（WF）喂絲或喂線，是20世紀70年代末出現的一種鋼包精煉技術。它將Ca-Si、稀土合金、鋁、硼鐵和鈦鐵等多種合金或添加劑制成包芯線，通過機

19、械的方法加入鋼液深處，對鋼液脫氧、脫硫，進行非金屬夾雜物變性處理和合金化等精煉處理，以改善冶金過程，提高鋼的純凈度，優化產品的使用性能，降低處理成本等。用80300m/min的速度喂入鈣線，可把鈣線送到使鋼液靜壓力超過鈣蒸氣壓的深度。1600時，超過金屬鈣蒸氣壓要求的深度約為1.5m。在通常的煉鋼溫度下，鋼液中金屬鈣線在13s內即熔化，如以180m/min的速度喂入鈣線，至少能插入熔池3m深。喂線技術的優點合金收得率高。喂入鋼液的合金芯線能穩定而垂直的穿透渣層，避免合金元素燒損，合金收得率高而且穩定。合金微調接近目標值。用喂線法進行合金成分微調時，可保證成品各元素波動范圍小，接近目標值。鋁的收

20、得率提高。可使鋁收得率提高2.54倍，收得率可達94.598.6，鋼中Als的標準差從0.01降至0.008，它特別適用于深沖鋁鎮靜鋼的生產，可精確控制鋼中Als值。4 加熱鋼液在進行爐外精煉時，有熱量損失，造成溫度下降。爐外精煉方法具有加熱升溫功能，可避免高溫出鋼和保證鋼液正常澆鑄，增加爐外精煉工藝的靈活性，獲得最佳的精煉效果。常用的加熱方法有電加熱和化學加熱：電加熱主要有電弧加熱和感應加熱。電弧加熱采用石墨電極，通電后，在電極與鋼液間產生電弧，依靠電弧的高溫加熱鋼液。化學加熱是利用放熱反應產生的化學熱來加熱鋼液的。常用的方法有硅熱法、鋁熱法和CO二次燃燒法。化學加熱需吹入氧氣，與硅、鋁、C

21、O反應，才能產生熱量。LF (Ladle Furnace)VAD (Vacuum Arc Degassing）ASEA-SKFCAS-OB (Composition Adjustment by Sealed ArgonBubbling with Oxygen Blowing)通過計算可知，若產生的熱量全部被鋼液吸收，則氧化1kg的鋁，約使1 t鋼液的溫度升高35。在AOH(鋼液的鋁氧加熱法)、RH-OB、RH-KTB、CAS-OB和IR-UT中，采用鋁熱法加熱鋼液。對于260t的鋼包，加鋁0.26kg/t，吹氧強度為185 L/(mint)，升溫速率可達5.6/min，熱效率為60。ASEA-

22、SKF精煉爐的比功率是6090kW/t，加熱速度35/min。為獲得足夠大的加熱功率，一個250tLF爐，配備40MVA的電源系統。為穩定埋弧加熱，必須控制鋼液面的波動，使電弧長度保持最短。RH法和DH法為防止真空室粘結鋼渣，并延長精煉時間，采用鋁熱法。 對VOD及VODC法應借鑒頂吹轉爐廢鋼加熱的CO再燃法，開發CO二次燃燒技術。5 低碳鋼液的精煉方法VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)SS-VOD (Strong Stirring VOD)RH-OB (RH-Oxygen Blowing)RH-(K)TB(RH-Top Blowing)AOD (Argon

23、Oxygen Decarburization)CLU ( 法Creusot-Loire和瑞Uddeholm)VD( Vacuum Degassing)法是將轉爐、電爐的初煉鋼水置于真空室中，同時鋼包底部吹氬攪拌的一種真空處理法。可進行脫碳、脫氣、脫硫、去除雜質、合金化和均勻鋼水溫度、成分等處理。其主要設備由真空系統、真空罐系統、真空罐蓋車及加料系統組成。適于生產各種合金結構鋼、優質碳鋼和低合金高強度鋼。VD爐上增加頂吹氧系統，構成VOD爐。此法可以完成真空吹氧脫碳的功能，適宜冶煉低碳鋼和低碳不銹鋼。VD真空處理依靠鋼包底部全程吹氬攪拌，目的是均勻鋼水的成分和溫度，促進真空脫氣、去硫、成分調整、

24、夾雜物上浮，尤其是喂線后的軟吹氬更是去除鋼中氧化物夾雜的有效方法。與RH真空處理工藝相比，VD的精煉強度受到鋼包凈空的嚴格制約。一般要求鋼包凈空為8001000mm； 若進行鋼液碳脫氧工藝時，鋼包凈空應不小于900mm；若實現吹氧脫碳工藝，則鋼包凈空為1.21.5m。1957年前西德的德魯爾鋼鐵公司（Ruhrstahl）和海拉斯公司（Heraeus）發明的鋼液真空循環脫氣法（RH法）。20世紀80年代以來，日本企業先后開發了：RH側吹氧（RH-OB）RH頂吹氧法（RH-KTB）RH多功能氧槍（RH-MFB）RH鋼包噴粉法（RH-IJ）RH真空室噴粉法（RH-PB）AOD爐即氬氧脫碳法(Argo

25、n OxygenDecarburization)，它是美國聯合碳化物公司的專利，AOD爐的爐體類似氧氣轉爐，是一種常壓下的精煉設備。AOD法通過爐體下部側面吹入氬氧混合氣體，氬氣稀釋降低鋼液中pCO,使高鉻鋼水在減壓下進行脫碳反應。此法可在不太高的冶煉溫度和常壓下將高鉻鋼液中的碳降到極低的水平，而鉻又沒有明顯的燒損。該精煉法投資省，生產效率高，生產費用低，產品質量高，操作簡便。因此，全世界60%不銹鋼是由AOD爐來生產的。目前，不銹鋼二次精煉工藝設備主要以AOD和VOD為主，而AOD法較VOD法的發展速度快，其主要原因是：采用電爐-AOD爐雙聯煉鋼工藝法，AOD爐可吹入大量氣體，爐料的選擇靈活

26、性大，脫碳速度快，可使用100%廢不銹鋼或廉價的高碳鉻鐵及廢普通碳鋼來配料，對Si、S等含量限制范圍較寬，故生產效率高，成本低，而VOD爐脫C量只有0.5%左右，須在電爐或頂底吹轉爐中進行脫C粗煉。AOD爐熱效率好，脫C時可添加大量的冷卻材料，添加總量可占出鋼量的015%，甚至可增加到25%，而VOD爐廢鋼或其它冷料的加入總量僅為出鋼量的百分之幾。AOD爐除二次精煉外，還可承擔部分冶煉任務。采用電爐-AOD爐雙聯，電爐只進行熔化升溫，熔化完畢初鋼含碳在1.5%2.0%即可精煉，生產率高，一座AOD爐可配兩座電弧爐進行生產。AOD爐可以隨時扒渣和進行二次造渣，故容易生產含硫極低的鋼。AOD與VO

27、D精煉設備相比，設備簡單、投資省；維修簡便、不易發生差錯或事故，若生產中有些耽擱或其它問題，用AOD法鋼水可以較長時間地停在爐內，通過后吹提溫不會影響成分或產品質量。AOD法比VOD法精煉過程更容易控制，易于實現自動化。VOD法也有它的獨到之處：通過對真空度控制，可完全控制C氧化進行脫C，脫C后，還原渣中的Cr2O3只需添加少量的還原劑即可。在鋼包內精煉，精煉后不吸收N、C，一般CN含量0.02，而AOD爐則在0.03以上。VOD更易于冶煉超低碳、氮及氧不銹鋼。VOD法的氬氣消耗量少，小于1Nm3/t，而AOD精煉不銹鋼氬氣消耗在1112Nm3/t鋼，消耗氬氣費用占成本的40%。3鐵水預處理鐵

28、水預處理，是指鐵水兌入煉鋼爐之前對其進行脫除雜質元素或從鐵水中回收有價值元素的一種鐵水處理工藝。分為普通鐵水預處理和特殊鐵水預處理兩類。普通鐵水預處理包括鐵水脫硅、脫硫和脫磷;特殊鐵水預處理是針對鐵水中的特殊元素進行提純精煉或資源綜合利用而進行的處理過程。如鐵水提釩、提鈮、提鎢等鐵水預處理工藝興起于20世紀70年代，開發初期，僅作為避免出現號外鐵水的補救措施而用于生產。目前，鐵水預處理和鋼水爐外精煉已成為近五十年來鋼鐵工業迅速發展起來的兩項重要工藝技術。隨著鋼鐵生產的進步，逐漸發展成為對完善和優化整個鋼鐵生產工藝流程，確保節能降耗，優質高效總體目標得以全面實現的不可缺少的獨立工藝環節。鐵水預處

29、理工藝已成為轉爐鋼廠大量生產潔凈鋼的必要手段。國外大型轉爐已100%采用此工藝。我國起步較晚，但近年來發展很快，寶鋼、太鋼等分別建成了“三脫”預處理設備，鞍鋼、武鋼等多家企業都建成了鐵水預脫硫、預脫磷設備。鐵水預處理技術發展經歷三個時期：石灰系鐵水脫硫處理工藝；鐵水脫硅，同時脫硫、脫磷的“三脫”工藝；鐵水鎂脫硫工藝和轉爐脫硅、脫磷的“三脫” 工藝。脫磷 速率常數/min-13.1鐵水爐外脫硅鐵水預脫硅是基于鐵水預脫磷發展起來的。鐵水中硅的氧勢比磷的氧勢低得多，當脫磷過程加入氧化劑后，硅與氧的結合能力遠遠大于磷與氧0.15%以下，磷才能被迅速氧化去除。0.050.100.150.200.250.

30、300.000.00的結合能力，所以硅比磷優先氧化。0.05脫磷前須優先將鐵水硅氧化到0.250.200.150.10硅含量與脫磷速率常數的關系圖脫硅劑種類反應式0-1G，Jmol反應式編號固體脫硅劑脫硅Si+2(FeO)=SiO+2Fe2(s)-356020+130.47T（12-10）Si+2/3FeO=SiO+4/3Fe23(s)2(s)(l)-287800+60.38T（12-11）Si+1/2FeO=SiO+3/2Fe34(s)2(s)(l)-275860+156.49T（12-12）吹氧脫硅Si+O=SiO2(g)2(s)-821780+221.16T（12-13）鐵水中的硅與氧有

31、很強的親和力，因此硅很容易與氧反應而被氧化去除。常用的鐵水脫硅劑均為氧化劑，主要有兩種，一是固體氧化劑，如高堿度燒結礦、氧化鐵皮、鐵礦石、鐵錳礦、燒結粉塵；二是氣體氧化劑，如氧氣或空氣。3.1.1鐵水預脫硅基本原理鐵水預脫硅的基本反應式aSi a有利脫硅因素：1)低溫2)較低的SiO2活度3)較高的FeO活度硅從鐵水轉移到渣中的反應可表達為：SiFe +2FeOflux = SiO2 flux +2Fe(l)aSiO22FeOK =溫度變化 /在高爐鐵水溫度（13001400）范圍內， 0G13 0G11 0G10 0G12 0硅的氧化反應均為放熱反應，且氣體脫硅劑比固體脫硅劑的反應更容易進行

32、。但生產實踐已經證明，固體脫硅劑加入熔池后會產生熔解熱和熔化熱，使脫硅過程變成吸熱過程，固體脫硅劑加入熔池后使熔池溫度下降，見右圖。當脫硅量為0.4%時，氣固氧噴吹法與頂部加固體脫硅劑相比，溫度變化相差210，而鐵水包表面吹氧同時使用固體脫硅劑與單獨使用固體脫硅劑相比，溫度相差170。0.20.40.6150100500-50-10001234012050脫硅量 /%不同脫硅方法對鐵水溫度的影響1氧化鐵隨氧氣一起噴入魚雷罐車；2氧化鐵隨氧氣一起由頂部加入；3頂部加入氧化鐵低硅鐵水的生產明顯節省了BOF的操作成本：氧氣消耗和熔劑消耗降低；渣量減少，金屬收得率提高；耐材消耗減少，爐襯壽命增加。3.

33、1.2鐵水爐外脫硅的方法鐵水預脫硅主要有三種方法：高爐出鐵溝脫硅；魚雷罐車或鐵水罐中噴射脫硅劑脫硅；“兩段式”脫硅，即為前兩種方法的結合，先在鐵水溝內加脫硅劑脫硅，然后在魚雷罐車或鐵水罐中噴吹脫硅。高爐出鐵溝脫硅該方法是直接將脫氧劑加入高爐鐵水溝中脫硅，脫氧劑一般是鐵鱗。優點：脫硅不占用時間，能大量處理，溫降小，時間短，渣鐵分離方便。缺點：用于脫硅反應的氧的利用率低和工作條件較差。高爐鐵溝中脫硅劑的加入方式：投撒給料法：向鐵水流表面投入熔劑，并利用鐵溝內鐵水落差進行攪拌。氣體攪拌法：在投撒給料法的基礎上，向鐵水表面吹壓縮空氣加強攪拌促進脫硅反應進行。該法較投撒給料法熔劑利用率高。液面噴吹法：依

34、靠載氣將熔劑噴向鐵水表面。鐵液內噴吹法：通過耐火材料噴槍利用載氣向鐵水內噴吹熔劑。魚雷罐車或鐵水罐中噴射脫硅劑脫硅這種方法的特點是工作條件好，處理能力大，脫硅效率高且穩定；缺點是占用時間長，溫降較大。Takeshi Suzuki在魚雷罐車中進行了噴粉脫硅試驗，得到了脫硅氧的利用率與平均%Si（處理前后的%Si的算術平均值）的關系。當平均%Si小于0.1時，吹1040%氧與不吹氧相比，脫硅氧的利用率差別不大。當平均%Si大于0.1時，吹氧過程脫硅氧的利用率顯著提高。“兩段式”脫硅法當鐵水含硅量低于0.4%時，可采用簡單的鐵水溝脫硅法。當硅含量大于0.4%時，脫硅劑用量增大，泡沫渣嚴重，適宜采用脫

35、硅效率高的噴吹法或兩段法。若煉鋼廠扒渣能力不足，應采用兩段脫硅法，利用擋渣器分離渣鐵。臺灣中鋼的實踐表明，使用兩段脫硅操作可使硅含量下降到0.15%以下，同時脫磷、脫硫的程度也明顯提高。日本新日鐵某廠在高爐出鐵溝和300t魚雷罐車上采用兩段法進行脫硅處理，處理后硅含量可以達到0.12%。kW = 鐵水爐外脫硅動力學鐵水脫硅反應可表達為：W為消耗的熔劑量（kg/t)；k為常數。 Sii Sif ln3.2 鐵水爐外脫磷隨著用戶對高強度、高韌性、高抗應力腐蝕性能鋼種需求量的不斷增加和質量要求的日益嚴格，世界各國都在努力降低鋼中磷含量。對于低溫用鋼、海洋用鋼、抗氫致斷裂鋼和部分厚板用鋼，除了要求極低

36、的硫含量以外，也要求鋼中的磷含量小于0.01%甚至0.005%以下。此外，為了降低氧氣轉爐鋼的生產成本和實行少渣煉鋼，也要求鐵水磷含量小于0.015%。鐵水預脫磷的基本原理在鐵水溫度下，由于鐵水中的磷不能直接氧化成P2O5氣體而去除，而是首先氧化成P2O5，然后與強堿性氧化物結合成穩定的磷酸鹽而從鐵水中去除。在實際鐵水預脫磷過程中，要有效地脫去鐵水中的有害雜質磷，首先要有適當的氧化劑將溶解于鐵水中的磷氧化，然后采用強有力的固定劑，使被氧化的磷牢固地結合在爐渣中。P + 5(FeO) = P2O5 + 5Fe有效脫磷的條件：高氧勢、低P2O5活度和低溫。三種方法：高爐出鐵溝或出鐵槽內進行脫磷鐵水

37、包或魚雷罐車中進行預脫磷專用轉爐內進行鐵水預脫磷。這三種方法在工業上均得到了實際應用。采用鐵水包或魚雷罐車中噴粉脫磷，須將鐵水進行脫硅處理，將硅脫除至0.15%-0.20%，然后再對鐵水進行脫磷。脫磷劑主要采用Fe2O3-CaO-CaF2系，爐渣堿度控制在2.5-5.0，處理終了磷可脫到0.015%-0.050%。鐵水預脫磷方法轉爐內進行鐵水脫磷預處理的優點是轉爐的容積大、反應速度快、效率高、可節省造渣劑的用量，吹氧量較大時也不易發生嚴重的溢渣現象，有利于生產超低磷鋼，尤其是中高碳的超低磷鋼。氧氣轉爐中進行鐵水脫磷處理，利用氧槍、加料和除塵等裝置，無需先行脫硅處理，處理時間短，渣鐵分離完全，處

38、理后的鐵水兌入另一轉爐進行煉鋼。在轉爐內進行鐵水預處理時脫磷劑可以噴粉或塊狀加入。神戶制鋼的H爐和新日鐵的LD-ORP爐是用噴粉法加入，其優點是反應速度快，效率高，缺點是需增設噴粉設備，原有設備需要作較大的改動。NKK福山廠和住友的SRP直接將脫磷劑加入爐內，利用較強的底吹攪拌，也能達到較好的脫磷效果，但為了化渣良好，需采取相應措施。韓國浦項公司技術研究所也在300t和l00t的復吹轉爐上進行了鐵水脫磷預處理實驗，采用TDS（Top Desulphurization）脫硫預處理的情況下，適于在轉爐中進行鐵水脫磷預處理。經脫磷后的鐵水可用來生產P0.004%的超低磷鋼。3.3 鐵水脫硫預處理鐵水

39、脫硫的優點：鐵水中碳、硅含量高，提高硫的反應能力，有利于脫硫；氧含量低，提高渣、鐵間的硫分配比，脫硫效率高；較好的動力學條件，脫硫劑利用率高，脫硫速度快；脫硫費用低，如高爐、轉爐、爐外精煉每脫除1kg硫，其費用分別約為鐵水脫硫的2.6倍、16.9倍和6.1倍；對提高煉鐵和煉鋼的生產能力、節約工序能耗、降低成本都有利。KR法鐵水脫硫鐵水包噴粉脫硫鐵水預處理脫硫方法主要有KR和噴粉脫硫兩種，目前采用較多的是在鐵水包或魚雷罐車中噴粉脫硫工藝。魚雷罐車鐵水脫硫脫硫劑是決定脫硫效率和脫硫成本的因素之一。日本新日鐵曾做過計算，脫硫劑的費用約為脫硫成本的80%以上。選擇好脫硫劑的種類是降低成本的關鍵。生產中常用的脫硫劑有石灰（CaO）、碳化鈣（CaC2）、蘇打（Na2CO3）、金屬鎂、鈣以及由他們組成的各種復合脫硫劑。脫硫早期多采用CaC2，目前多采用CaO+CaF2粉劑，用量3-8 kg/t，脫硫率在40-80%，處理終了鐵水S可脫至100-80pp