川威炼钢厂铁水预处理工艺实践与优化模板.doc

重庆科技学院

毕业设计（论文）

题 目 川威炼钢厂铁水预处理工艺
实践和优化

院 （系） 冶金和材料工程学院
专业班级
学生姓名 学号
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评阅老师 职称

6 月 8 日
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学生毕业设计（论文）原创性申明

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毕业设计（论文）作者（签字）：
年 月 日

摘 要

铁水预处理，炼钢生产中关键是指铁水在进入转炉之前脱硫处理。广义铁水预处理是指包含对铁水脱硫、脱硅、脱磷三脱处理，另外还有特殊铁水预处理，如含V铁水提V等。
伴随科技日益进步，市场需求越来越高，对材料要求也越来越高，同时考虑到高炉原料情况和提升生产效率而且为适应转炉提升质量要求，在装料前，普遍对铁水进行预处理。铁水预处理包含对铁水中硅、锰、磷、硫、氮进行处理。其中，为冶炼低硫钢种而进行铁水预脱硫处理以被广泛采取。实际操作中采取和硫亲和力大物质作为脱硫剂，如钙、镁、稀土金属和Na2CO3、CaC2、镁焦、氮化石灰及生石灰等。
川威集团为了降低铁水中硫含量，提升产品质量，提升集团效益，为企业增加收益，着力满足用户需求，努力建立科学生产体系。利用企业资源，以科学角度改善生产工艺，确保生产效益，以明确目标加强企业生产质量。
关键词：铁水预处理 脱硫 提升质量 效益

Ⅰ

ABSTRACT

Hot metal pretreatment, mainly refers to the production of steel in the hot metal desulfurization process before entering the converter. Generalized hot metal pretreatment is intended to include the hot metal desulfurization, silicon, dephosphorization of the three off process, in addition there are special hot metal pretreatment, such as references to V V containing molten iron and so on.
With technological advances made since the market demand increasingly high, the material requirements are also increasing, taking into account the situation and the blast furnace raw materials to increase productivity and improve quality to meet the requirements of the converter, before loading, generally hot metal pretreatment. Including molten hot metal pretreatment of silicon, manganese, phosphorus, sulfur, nitrogen and processed. Among them, the low sulfur steel smelting and hot metal pre-desulfurization process conducted as to be widely adopted. Sulfur used in practice great affinity substance as a desulfurization agent, such as calcium, magnesium, rare earth metals and Na2CO3, CaC2, magnesium coke, lime and quicklime nitride.
Chuan Wei Group in order to reduce the sulfur content in hot metal, improve product quality, improve our efficiency, increase revenue for the enterprise, efforts to meet customer needs and strive to establish a scientific system of production. Use of corporate resources to the scientific point of view to improve production processes, to ensure production efficiency, clear objectives to enhance production quality.
Keywords：hot metal; pretreatment;desulfurization;improve quality;benefit

Ⅱ
目 录
摘 要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1 绪 论 1
1.1铁水预处理介绍 1
1.2 铁水预处理发展及展望 1
1.3 铁水预脱硫 2
1.3.1 KR法发展 2
1.3.2 KR脱硫工艺在中国发展 3
1.3.3 搅拌法脱硫工艺优缺点 3
1.4 铁水预脱硅 4
1.5 铁水预脱磷 4
1.6 铁水预脱钒 5
1.7铁水预处理设备 5
1.8 中国外脱硫剂研究结果 7
1.9 研究本课题目标及意义 8
1.10 本课题任务 8
2 铁水脱硫热力学 9
2.1 铁水脱硫预处理经济指标 9
2.1.1 脱硫效率(η（s）) 9
2.1.2 脱硫剂效率(Ks) 9
2.1.3 脱硫剂反应率ηM 9
2.14 脱硫分配比﹙Ls﹚ 10
2.2 脱硫剂种类 10
2.3 脱硫剂反应特点 10
2.3.1 电石粉﹙CaC2﹚ 10
2.3.2 石灰粉脱硫 11
2.3.3 用Mg粉脱硫 11
2.4 怎样选择脱硫剂 12
2.5 影响铁水脱硫效果原因 13
2.5.1脱硫剂种类 13
2.5.2 粒度 13
2.5.3 喷吹气体流量及喷粉速度 13
2.5.4 喷枪插入方法和插入深度 13
3 川威集团KR法铁水预处理现实状况叙述 15
3.1原料要求标准 15
3.1.1铁水条件 15
3.1.2脱硫剂采取CaO 15
3.2预处理脱硫操作参数统计 16
3.3预处理脱硫操作工艺步骤 16
3.4对原料条件情况分析 17
3.4.1石灰 17
3.4.2莹石粉 18
3.4.3 钒钛铁水 19
3.5预处理脱硫原始数据统计 20
3.6脱硫效率分析 23
4 川威集团KR预处理效率工艺优化 24
4.1 KR法处理工艺优化方案 24
4.1.1 方案一：调渣技术方案 24
4.1.2 方案二：高电石型脱硫调渣技术方案 24
4.1.3方案三：低电石型脱硫调渣技术方案 25
4.2 试验条件及应用方法 25
4.2.1 试验采取工艺步骤。以下图4.1 25
4.2.2 脱硫调渣剂制备 25
4.2.3 试验过程KR脱硫关键工艺参数 26
4.2.4 试验方法 26
4.3试验结果及数据分析 26
4.3.1脱硫效果 26
4.3.2 KR脱硫前后铁水碳、钒成份改变 32
4.3.3 脱硫渣 32
4.4 经济效益分析 33
4.4.1 经济效益计算依据 33
4.4.2 经济效益计算 33
4.5 本章小结 34
5 结论 35
参考文件 36
致 谢 37

1 绪 论

1.1铁水预处理介绍
铁水预处理，关键是指在炼钢生产中铁水进入转炉之前进行脱硫、脱硅、脱磷处理，广义铁水预处理包含从铁水中提取有价金属，如铁水提钒、提铌等[1]。
铁水预处理关键任务是脱硫、脱磷、脱硅。少许工艺需要脱钒。伴随市场竞争压力不停增加，钢铁企业生产成本不停增大，尤其是最近几年钢铁产能快速增加，为了在产能得不停增加下保持着高效率、高品质、低成本钢铁生产，铁水预处理技术在竞争环境恶劣下得到了快速发展。

1.2 铁水预处理发展及展望
现在对低硫钢要求尤其苛刻，对铁水预脱硫处理被绝大多数钢厂广泛采取。生产过程中企业全部采取和硫亲和力较大物质作为脱硫剂，如镁、钙、CaC2、镁焦、稀土金属和生石灰、氮化石灰及Na2CO3等。脱硫方法从喷吹法发展到了现在大多数钢厂用机械搅拌法关键是为了从提升脱硫剂效率，流动性和提升炉渣碱度，增加反应界面等反面考虑。
因为现在对材料在性能上要求越来越高，比如汽车用钢、石油管线钥、硅钢、海上采油平台用钢等，以前生产工艺生产出来材料根本达不到这些材料需要性能，那么在这种情况下迫使企业对工艺改善，所以铁水预处理就由然而生，铁水预处理能提升材料性能和纯洁度，从而满足特殊材料用钢，同时铁水预处理对新品种开发也起到了助推作用，转炉冶炼航空用钢、高铬钢、防腐钢、焊条钢、不锈钢、高碳钢、无缝钢管用钢及钢轨钢等全部是用铁水预处理后开发出来新钢种，铁水预处理使钢种种类不停增多[2]。
中国钢产量从之前1亿吨发展到现在8.1亿吨，在最近几年中国大约建设了快要八十套预处理装置，处理能力达成近7000万吨。铁水脱硫预处理工艺现在关键方法是ＫＲ法和喷吹法进行脱硫，处理容器是转炉铁水罐,铁水脱硫预处理脱硫剂关键为金属镁和石灰，脱硫剂既能够单独用一个粉剂作脱硫剂，也有以一个粉剂为基础复合粉剂作脱硫剂，比如武钢一炼钢，邯钢三炼钢等就是单独一个粉剂作脱硫剂，而包钢，梅钢等是复合剂作脱硫剂[3]现在有80%以上钢厂用全部是镁基复合剂，所以镁脱硫发展得很快速。中国大部分引进优异北美、西欧镁基复合喷吹技术，乌克兰单吹颗粒镁喷吹技术，日本ＫＲ法等国外新进脱硫预处理工艺设备。
中国在国外优异技术同时并加以改善成为含有自主知识产权技术也发挥着作用。如中国开发纯镁喷吹技术在行业内得到广泛应用(如马钢等)。有很多企业是对旧生产线和落后工艺进行改造和替换。如武钢一炼钢以纯镁喷吹替换原有镁、石灰混合喷吹工艺；太钢改造原三脱设施。也有在原生产线基础上增建。如本钢引进Danielicorus镁基复合喷吹技术；武钢二炼钢增建1套ＫＲ法脱硫装置。
上世纪脱硫方法在市场上占很大百分比是引进改良ＫＲ法、镁基复合喷吹法，后面乌克兰颗粒镁喷吹技术进入中国后也发展得十分快速。其后，鞍钢新区260ｔ转炉脱硫车间采取了德国Polysius企业镁基复合喷吹技术。
在未来，中国将继续在预处理脱硫技术上加以发展及改善，提升脱硫能力，炼高质量钢，努力赶超国际优异水平。

1.3 铁水预脱硫
现代化炼钢厂钢厂关键标志就看铁水预处理工艺是否优异和效率高，近代国际上优异钢铁厂通常全部采取了全量铁水脱硫，像欧美、日本绝大多数钢厂全部采取全量铁水“三脱”(脱P、S、Si)处理[4]。
伴随冶金技术发展，铁水炉外脱硫技术研究和实践正风糜全球。在通常情况下，硫是钢中有害元素。高炉提升渣炉温和碱度能取得了低硫铁水，但这么话就会使高炉技术经济指标下降。转炉因为炉内冶炼过程中热力学条件限制，脱硫率通常全部不高。所以，为确保钢质量，炉外对铁水进行脱硫预处理就成了必需工序。铁水炉外脱硫技术从本世纪30年代开始投入应用、经过几十年蓬勃发展至今，处理工艺方法也是层出百穷，方法还在不停改善中，在国外已趋成熟，在实际生产中已大量应用在企业[5]。
铁水预处理脱硫工艺经过多年积累和对技术改善前后发明工艺有摇动法， 包含瑞典单向偏心摇动铁水罐法和日本神户川崎铁厂可逆旋转式DM摇包法，机械搅拌法有原西德DO(Demag-Ostberg)法、RS(Rheinstahl)法和赫歇法，日本新日铁KR(Kambara Reactor)法和千叶NP法，吹气搅拌法有新日铁PDS(底喷)法CLDS(顶喷)法，钟罩压入法，关键有美国Janes Laughlin企业镁焦法和其它镁系脱硫法，喷吹法有原西德ThyssenATH(斜插喷枪)法和新日铁TDS(顶喷)法，炉前铁水沟连续脱硫法，喷粉法，由德国博克默维赖因工厂波尔等人研制，关键是向铁水喷粉脱硫法，喷粉脱硫法应用于鱼雷罐车[4]。
机械搅拌法脱硫关键有KR法、RS法和DO法。在这多个方法中在实际生产当中利用最多还是KR法，下面关键介绍下KR法。
1.3.1 KR法发展
铁水预处理逐步已成为现代化关键炼钢生产工艺，现在用户对钢材质量要求越来越苛刻，通常要求钢中硫含量控制在0.015％以下，有甚至要求达成“双零”超低硫水平，考虑到减轻转炉冶炼任务和降低转炉原料消耗，使各冶炼设备发挥各自作用，所以多年来中国新建转炉钢厂全部配置了铁水脱硫装置，老厂也经过改造配置了脱硫装置[7]。KR法作为一个主流脱硫工艺，在中国很多钢厂得到了广泛应用。
1.3.2 KR脱硫工艺在中国发展
KR搅拌法是日本新日钢铁厂于1965年用于工业生产铁水炉外脱硫技术，早在1976年武钢二炼钢就从日本新日铁引进了中国第一台搅拌脱硫装置，单罐处理能力为70—80t，处理周期约85min，采取CaC2基作为脱硫剂，因为当初该套装置消耗指标及运行成本均比较高，处理周期也长，所以这套装置并没有在中国得到推广。搅拌法脱硫工艺伴随时间推移经过近二十年发展，已形成为一个成熟稳定脱硫工艺，在消耗指标、运行成本、处理周期上全部大大降低了。
在武钢二炼钢对第一套搅拌法脱硫工艺进行消化改善，联合原武汉钢铁研究设计总院自主设计和建造了第二套搅拌脱硫装置。宝钢集团一钢企业从日本川崎重工引进两套150t搅拌脱硫装置，原武汉钢铁研究设计总院又在昆钢建造了两套55t搅拌脱硫装置，原上海冶金设计研究院在宝钢集团上钢三厂建造了两套40t搅拌脱硫装置[7]。武钢在新二炼钢新建两套200t、马钢四炼钢新建两套300t搅拌脱硫装置。韶钢新一钢工程在建两套130t搅拌脱硫装置，这么在中国已形成了300t、200t、150t、130t、80t、55t、40t大、中、小系列搅拌脱硫。
搅拌法脱硫工艺原理就是将用耐火材料烧铸烘烤而成十字形搅拌头，插人到铁水罐中进行旋转，使铁水形成运动漩涡，然后将脱硫剂经过振动给料加入到旋转铁水中。脱硫剂被漩涡卷入铁水中，在搅拌过程中和铁水中硫充足接触反应，从而达成脱硫效果。影响脱硫速度原因关键有脱硫剂种类和动力学条件。现在搅拌法脱硫工艺大多数是用石灰作为脱硫剂，再配入少许萤石、铝渣作为助熔剂。当铁水中硅含量在0.05％以上时，脱硫反应为：
2CaOfs+[s]+1／2[si]=(ca2s)(B)+1／2(Ca2SiO4) (1.1)

当铁水中硅含量很低时，脱硫反应为：
CaO+[S]+[S]=(Ca2S) +(CO) (1.2)
反应生成CO气体对铁水起到搅拌作用，愈加紧了脱硫反应进行。因为高炉铁水中硅含量通常均大于0．05％，所以脱硫反应均为(1.1)式。在反应式(1.1)中生成Ca2SiO4层将石灰颗粒包住，此层质地紧密，且熔点高，阻碍了铁水中硫透过它向深部扩散，使脱硫速度变缓，且生成致密层包住新加入石灰，增加了石灰消耗，所以向脱硫剂中配入萤石等助熔剂，生成低熔点物质，从而使铁水中硫深入和石灰反应，能提升脱硫效率约20％。部分钢厂向铁水中加入铝渣，从而降低氧势，达成提升脱硫效率。
1.3.3 搅拌法脱硫工艺优缺点
1.3.3.1 搅拌法脱硫工艺优点
①脱硫效率高而稳定
KR法脱硫工艺脱硫效率高且稳定，而且回硫少，动力学条件及重现性全部很良好。中国某厂，采取KR搅拌法一个班处理了8炉铁水，7炉达成0.001％，1炉为0.002％，采取石灰加镁粉喷吹法则达不到这个水平，且还会产生回硫[7]。
②脱硫剂
采取脱硫剂是石灰基脱硫剂，运输和储存全部不需特殊装置和方法，镁基喷吹法脱硫工艺所用镁粉需钝化处理，且运输和储存需有防护方法[7]。
③运行成本
预处理关键运行成本为脱硫剂和耐材。搅拌法搅拌装置搅拌头经过多年改善寿命已经大大提升，现在通常大于250炉，有寿命高达500多炉，而喷吹法喷枪寿命通常在60多炉；搅拌装置采取石灰基脱硫剂，起源广泛，价格低廉，而镁基脱硫剂价格很高，且受市场波动影响较大，经过对中国某厂生产数据分析，在铁水终点硫≤0.005％时，搅拌法比喷吹法运行成本低，而当铁水终点硫>0.005％，喷吹法比搅拌法运行成本低[7]。
1.3.3.2 搅拌法脱硫工艺缺点
①设备较大，占用面积较多。
②一次性投资较大。
③铁水温降较大。
④铁损较大。
⑤处理周期较长。

1.4 铁水预脱硅
铁水预处理“三脱”中硅是一个比较稳定物质，在铁水中硅含量过高或过低全部会对铁水带来影响，并将损害炼钢技术经济指标，从而增加生产成本。所以，为了提升钢材质量，世界各国全部在预处理过程中增加了脱硅工序。脱去铁水中硅能降低转炉冶炼渣量、提升炼钢技术经济指标。转炉需要较低量硅含量，那么就需要在转炉冶炼前对铁水中硅进行处理。当铁水中硅含量在1.15%时脱硫剂首先和硅起作用，就会影响脱硫，脱硅就去处脱硫影响。所以脱硅不仅是对降低渣量相关，而且对脱硫脱磷也有联络，为深入提升钢材质量打好基础。经过近十年发展，脱硅也逐步成为了铁水预处理必需步骤了，为提升铁水纯度提供很大帮助。

1.5 铁水预脱磷
磷是钢中有害元素,在晶界轻易产生偏析,引发钢低温脆性和回火脆性。高级优质钢对钢中磷含量要求很严格,低温用钢、抗氢致裂纹钢、海洋用钢全部要求[P]小于0.01%或0.005%，铁水预处理脱磷含有低温有利条件,常见铁水脱磷剂要求要有高碱度、高氧化性，采取铁水预处理脱磷,既减轻了转炉脱硅、脱磷任务,实现少渣或无渣炼钢,改善了转炉炼钢技术经济指标,又为冶炼低磷优质钢、实现全连铸、连铸连轧提供经济技术保障，铁水预脱磷处理分为还原脱磷和氧化脱磷,现在,各钢厂普遍采取氧化脱磷工艺[8]。脱磷方法依据脱磷剂不一样分为铁水罐法、SARP法、转炉法、ORP法和NRP法等。

1.6 铁水预脱钒
提钒过程是铁水中铁、钒、碳、硅、锰、钛、磷、硫等元素氧化反应过程。关键方法就是向转炉喷吹氧气把钒氧化为高价钒氧化合物，从而制取钒渣物理化学过程。

1.7铁水预处理设备
铁水预处理过程是从高炉出铁水到转炉炼钢中间这个过程，关键设备由铁水罐车、电动渣罐车、扒渣机、搅拌系统升降小车、定位夹紧装置、升降导轨及框架、升降小车卷扬装置、搅拌头、除尘烟罩提升装置、液压驱动装置、脱硫剂输送装置、测温取样装置和电气自动化控制设备等，设备优异是否直接影响到铁水预处理效果。
扒渣在铁水预处理中是一个关键步骤，它为转炉炼钢去处铁渣，使炼钢在少渣环境中运行，冶炼高质量钢材，同时对转炉起保护作用。
扒渣是除去铁水预处理后在铁水表面产生高硫渣,是控制入炉铁水含硫量关键步骤，经过多年生产实践，扒渣设备也是快速发展着，下面关键介绍扒渣设备。
1)气动扒渣机
全气动小车走行式扒渣机动力源是利用压缩空气来完成,在扒渣小车上按装着上下摆动扒渣臂装置、扒渣板位置微调装置、扒渣臂夹紧装置和扒渣臂旋转装置，扒渣机行走、回转、扒渣等全部动作完成全部经过气缸气体运动，该扒渣机是从日本引进KR法铁水脱硫装置扒渣机，再结合中国国情进行改善，是中国使用较早铁水罐除渣设备[9]。平面图见图1.1。
图 1.1 气动扒渣机
气动扒渣机含有结构简单、造价低、重量轻等优点。气动扒渣机气体工作介质采取氮气,氮气可压缩性较强,扒渣时不好控制，且操作不平稳,扒渣时耙头下砸力大,使得渣铁不易分离,从而造成扒渣时间比较长、扒渣还不那么根本,且铁损大等缺点[9]。
2)液压扒渣机
经过对气动扒渣机缺点研究,消化引进国外液压扒渣机技术基础上，自主设计制造了液压扒渣机,关键有液压小车行走式扒渣机形式和气动小车行走扒渣机两种形式,全部动作关键靠液压驱动，设备关键部分由液压站、扒渣臂上下摆动装置、小车行走装置、扒渣板初始位置微调装置、电气控制系统、扒渣机左右摆动装置等组成，液压小车行走式扒渣机行走系统采取液压马达驱动, 经过百分比阀控制油缸来完成扒渣、左右旋转、初始位置调整等动作，液压扒渣机含有结构形式牢靠,工作稳定且操作性好、扒渣力度大等优点,但缺点是设备占地面积大,液压设备要求高[9]。结构见图1.2。

图1.2 液压扒渣机
3)小车式三抓扒渣机
山东烟台盛达利企业为了降低铁损和提升清渣效率开发了一个扒渣方法，就是小车式三抓扒渣机，其特点是含有三个能打开和合拢扒渣抓板,操纵渣耙在合拢状态下进
图1.3 小车式三抓扒渣机
入铁水液面一定深度扒渣,然后再使两个活动渣耙向两边打开,聚拢渣子后将其扒出，具体操作方法是:首先将回转式捞渣机渣耙浸入铁水包中渣聚集较多位置，然后操纵两渣耙打开呈一条直线,向包口水平运动,运动中操纵两渣耙逐步合拢聚渣,最终将渣从包口扒出,或利用扒渣机升降功效将渣夹住后捞出 [9]。此扒渣机特点是既能够扒渣也能够用于捞渣。其结构图1.3所表示。

1.8 中国外脱硫剂研究结果
脱硫剂经过几十年研究发展，种类变得越来越多，现在国外多数工业上使用脱硫剂关键有：苏打(Na2CO3)、电石(CaC2)、石灰(CaO)、金属镁和以它们为基础复合脱硫剂。
中国攀钢采取CaC2 50%～55%+CaO 30%～45%+CaF2 4%～10%+焦炭 1%～5%，原始硫0.078%左右，脱硫率大于70%。
德国发明钙镁混合脱硫法由CaC266%～86%+干煤粉(挥发份大于15%)+细镁粉10%～30%组成，由镁粉和电石组成使脱硫效果大大增加。现在CaC2、Mg作为复合脱硫剂基础组成，应用相当广泛。当然CaC2和Mg粉可单独次序使用,也可混合使用。
美国LTV企业在[S]大于0.045%和[S]小于0.007%时采取CaC2，在其间采取Mg粉。北美地域镁基脱硫剂基础上采取Mg+CaC2(或CaO),其中Mg为10%～90%。喷入方法有联合次序喷入和混合喷入。联合次序喷入通常有二支喷枪,最多三支喷枪,每支喷枪喷入一个脱硫剂。如一支喷(CaC2+CaO)作为载剂,一支喷Mg，载剂：镁为3∶1或4∶1。脱硫剂用量0.686kg/t、喷吹时间3.4min,原始[S]为0.030%时,可将硫脱至0.015%。脱硫剂用量1.267kg/t,喷吹时间6.3min,可将硫脱至0.005%。
土耳其伊兹密尔钢铁厂用脱硫剂组成为Mg 48%～52% + MgO 1%+Al30%～40% + SiO25%～10%，脱硫剂粒度0.2～1.0mm，脱硫剂用量0.427kg/t，喷吹时间6～8min。
中国关键是对CaO基脱硫剂进行研究，关键研究它石灰活性和添加剂。东北大学和鞍钢第三炼钢厂对活性度联合研究下，发觉活性石灰脱硫率通常大于90%，而一般石灰脱硫率小于70%,而且伴随活性石灰用量增加脱硫率也会伴随增加,用量从6kg/t增至10.5kg/t，脱硫率从81%增至92%～97%。宝钢和东北大学对粗晶粒石灰石在加食盐下煅烧制得石灰对脱硫影响进行了试验，不加食盐煅烧石灰活性度比没有加食盐高,而且脱硫率平均提升24.02%。经研究认为: 加食盐煅烧后活性石灰中CaO(n)结构数量增加，石灰颗粒缺点多，比表面积大,钢铁研究总院对脱硫剂添加物进行了深入研究，除CaF2外对添加CaCO3、天然碱、CaCl2进行了对比,在脱硫剂用量1%情况下，吹炼8min，加CaCl2为63%，加天然碱脱硫率最高(73%),加CaCO3为44%[10]。用量为1.5%时,加天然碱脱硫率为87%。天然碱关键成份为Na2CO3 82%、Na2SO4 5%、SiO2 3.2%。之所以加入天然碱后脱硫率较高，是因为Na2CO3脱硫能力比CaO、CaCl2和CaCO3全部要高。

1.9 研究本课题目标及意义
研究铁水预处理关键目标是为了降低铁水中有害元素(硫、硅和磷)含量，为转炉炼钢提供较纯铁水，最终生产出合格高质量钢材。
现在，中国钢铁产量和生产能力连续递增，而伴随炼钢技术发展和中国外猛烈竞争，对钢材质量和生产技术全部提出了很高要求。
开展铁水预处理研究意义是增加优质钢材产量、提升钢材质量、提升企业经济效益、促进企业发展，这是当下中国冶金行业在高产能情况下面临亟需处理问题。传统高炉炼铁—转炉炼钢工艺极难满足钢中P、S含量达成“双零”要求。铁水预处理包含三脱：脱硫、脱磷、脱硅。铁水预处理脱磷关键目标是为了冶炼低磷钢和超低碳钢，以用于部分特殊场所。研究表明，进行预处理脱磷肯定先脱硅，碳也会有一定程度降低。预处理即使会造成热量一定程度降低，但由能够使转炉炼钢只有较少渣，转炉就避免了用于化渣热量，二者几乎能够相抵消,在日本、美国、西欧部分钢铁工业比较发达国家铁水预处理技术发展很快，铁水预处理量基础上在70%~80%以上，有企业已达100％[10]。

1.10 本课题任务
为提升川威KR法铁水预处理脱硫效果，降低脱硫剂消耗，在现有工艺条件下，研究脱硫剂各组分对脱硫效率和综合成本影响。依据川威集团铁水关键为钒钛铁水实际情况，并结合现场操作条件，经过调整脱硫剂成份，进行现场试验，得到优化铁水脱硫方案。

2 铁水脱硫热力学

2.1 铁水脱硫预处理经济指标
2.1.1 脱硫效率(η（s）)
ηs）=（[s]前-[s]后）/[s]前×100% （2.1）
式中：[s]前——预处理前铁水含硫量，％
[s]后——预处理后铁水成品含硫量，％
经过公式脱硫效率反应出脱硫工艺对铁水脱硫直接影响，在工艺操作中起着很关键作用，ηs值越大，说明脱硫效果就越好，ηs值大小和原始含硫量相关系，如脱硫前原始硫很高，那么ηs值较大，所以不能说明成品硫就很低。但公式中没有脱硫剂使用量，所以该公式不能反应出脱硫剂脱硫效果。
2.1.2 脱硫剂效率(Ks)
Ks=d[s] ／dw （2.2）
式中：w—脱硫剂消耗量，kg/t铁
假设在脱硫反应过程中，脱硫剂效率不变，则： Ks=[S]前-[S]后 ／W （2.3）
脱硫剂效率Ks意义是单位脱硫剂脱硫量，即使不能正确地表述出脱硫剂脱硫能力大小，但在实际生产操作中有着实际意义。在掌握脱硫数据情况下，就能够根据要求加入所需要脱硫剂数量。
2.1.3 脱硫剂反应率ηM
铁水中加入脱硫剂，并不是全部脱硫剂全部参与了脱硫反应并起到了脱硫作用，为了便于比较脱硫工艺中脱硫剂参与脱硫反应程度，可用脱硫剂理论消耗量和实际消耗量比值来表示脱硫剂反应率
ηM=QT／QP×100% （2.4）
式中：QT——脱硫剂理论消耗量，kg/t铁
QP——脱硫剂实际消耗量，kg/t铁
比如：用电石粉脱硫剂反应率
CaC2+[S]= CaS+2C
ηCaC2=1000×﹙[S]前 －[S]后 ﹚×64/32／Q CaC2 ×K CaC2 （2.5）
式中：64—CaC2分子量
32 — S分子量
Q CaC2—电石粉单耗，kg/t铁
K CaC2—电石粉中CaC2含量，％
2.1.4 脱硫分配比﹙Ls﹚
脱硫产物必需进入渣中，从而使钢中硫降低，其反应式简化为：[S]=﹙S﹚。
炉渣脱硫能力，通常见硫在渣—铁中分配比大小来表示，Ls=（S）/[S] （2.6）
式中：
Ls—硫在渣—铁中分配比
(S)—渣中硫含量，％
[S]—铁中硫含量，％
Ls值大小说名了炉渣脱硫能力强弱，越大则脱硫能力越强，通常而言，像高炉渣因为FeO低，Ls可达100，电炉还原期Ls可达30～50，而转炉渣仅为5～10。

2.2 脱硫剂种类
实际生产中，铁水预脱硫常见脱硫剂有4种：石灰粉系、碳化钙系、钝化镁系、苏打粉系。脱硫剂是决定脱硫率和脱硫成本关键原因。选择脱硫剂关键需要考虑成本、脱硫效率、环境保护、资源、脱硫产物形态、对罐体耐火材料侵蚀和安全等众多原因。这4种脱硫剂特点对比见表2.1。
表 2.1 铁水预脱硫熔剂比较
脱硫剂
优点
缺点
石灰粉系
价格廉价,脱硫对罐体耐材侵蚀少,
扒渣轻易
脱硫效率低,温降大，铁损大易受潮失效
碳化钙系
脱硫效率高，渣量少，温降小易于预防回硫
易受潮，易产生爆炸，对运输，贮存和使用要求高,高温时，脱硫效率低，要
求喷入铁水深度大，价格高
钝化镁系
脱硫能力强，耗量少渣量少，铁损低温降小
脱硫效率低，温差大，污染环境
苏打系
价格廉价
渣很稀，扒渣困难
从表2.1可看出，使用一个脱硫剂，全部达不到完全满意效果。伴随工业铁水预脱硫技术发展，现在企业关键倾向于CaO-Mg基熔剂和CaC2-Mg基熔剂两种脱硫剂方案。

2.3 脱硫剂反应特点
2.3.1 电石粉﹙CaC2﹚
碳化钙脱硫反应为
CaC2+[S]= CaS+2C
ΔG°=-359245+109.5t j/mol
用CaC2脱硫有以下特点：
①在高碳铁水中，CaC2分解出Ca离子和铁水中硫有极强亲和力。所以CaC2有很强脱硫能力故用量少，渣量也较少。
②用CaC2脱硫反应是一个放热反应，有利于降低铁水温度降低。
③用电石粉脱硫形成电石粉，同时还有少许C2H2产生，会对环境产生污染，所以必需得有除尘设备。
④该反应脱硫产物为CaS，其熔点2450℃，熔点高，所以脱硫后，在铁水面上形成是疏松固体渣，能有效预防回硫，且对混铁车内衬浸蚀较轻，扒渣作业方便。
⑤电石粉易吸潮，吸潮时产生以下反应:
CaC2+H2O=CaO+C2H2
CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2
这个反应会大大降低电石脱硫能力，而且放出C2H2是属易爆气体，不便于运输和储存。

2.3.2 石灰粉脱硫
石灰脱硫反应式为：
CaO﹙s﹚+ [S]+[C]= CaS﹙S﹚+CO﹙g﹚ ΔG°=86670-68.69T j/mol
CaO﹙s﹚+ [S]+1/2[Si]= CaS﹙S﹚+1/2Ca2 SiO4﹙s﹚ ΔG°=-251930+83.36T j/mol
用CaO脱硫有以下特点：
①在一定含硅量和高C铁水中，脱硫能力较强，在1350℃时，用CaO脱硫，反应达平衡时，铁水中硫含量可达3.7×10-5，比CaC2脱硫能力要弱得多。
②石灰粉资源广、价格低、易加工，使用安全。
③脱硫渣为固体渣，扒渣方便，对混铁车、铁水缶侵蚀较小，但用量比较大，形成渣量也大，铁损也较高，铁水温降也较大。
④在实际中，因为石灰粉流动性差、在料罐中也可能会堵料、在输送中也易堵塞，而且石灰轻易吸潮，吸潮后其流动性基础不行，吸潮后会生成物为Ca﹙OH﹚2，不仅影响了脱硫效果，而且还会污染环境，所以，石灰必需在干燥条件下进行加工运输和贮存，通常也采取氮气密封和输送[11]。
2.3.3 用Mg粉脱硫
用Mg粉脱硫，其反应式为：
Mg﹙g﹚+[S]= MgS﹙s﹚ ΔG=-427367+180.67T j/mol
镁粉脱硫有以下特点：
①Mg沸点为ll07℃，Mg加入铁水后，变成Mg蒸气，形成气泡，使Mg脱硫反应在气液相界面上进行，另外因为金属Mg变成Mg蒸气．使得反应区周围流体搅拌良好，大大增强Mg脱硫效果[12]。
②Mg有很强铁水脱硫能力，1350℃时，用Mg粉脱硫，反应平衡常数为3.17×105，反应达成平衡时，铁水中含硫量可达l.