铁水预处理毕业设计

铁水预处理毕业设计内容摘要：

厂实现了双炉串联简单精炼工艺 （ SRP）。 1993 年 4 月 ，韩国浦项公司建成脱磷站。 1998 年，日本钢管福山厂也采用双炉串联工艺处理 100%铁水。 欧洲只见意大利塔兰托厂和荷兰霍戈文厂有脱磷试验的报道。 我国太钢二炼钢于 1988 年建成铁水三脱预处理站，但脱硅脱磷处理较少。 宝钢 1990 年末在一炼钢预脱硫站部分改为三脱预处理，由于工艺不完善没有正常运行二炼钢在 1998 年 3 月三脱预处理站投入运行。 1994 年 5 月，中国台湾中钢铁水三脱预处理站投产。 这种发展变化是适应提高钢的质量降低冶炼工艺成本和减少废弃物的环保需要的。 铁水预处理 的必要性 铁水预处理技术对现代氧 气转炉炼钢厂而言 ， 其重要性已从原来冶炼一些对含硫量要求特别严的钢种演进成为炼铁炼钢凝固过程优化不可分割的重要环节。 由于转炉预处理铁水进行脱磷工艺的创新开发 ， 逐渐形成了一种全量铁水进行“三脱”处理的技术进步模式 ： 高炉铁水铁水包内脱硫脱磷转炉脱硅、脱磷 2脱碳升温转炉。 研究结果表明 ： 该种模式将预处理过程分阶段分容器进行 ， 使得冶金热力学与动力学条件达到最优化 ， 从而获得高效、低耗的预处理效果。 全量铁水“三脱”的概念是所有进入转炉炼钢的铁水都要进行“三脱”预处理。 当前 ，铁水是否全量“三脱”仍存在着一些争议 ， 新建的大型钢 铁联合企业将以板、带内蒙古科技大学 3 材为主打产品 ， 对铁水杂质元素含量有严格的要求 ， 本文旨在对新建钢厂铁水进行全量预处理的必要性予以探讨。 铁水预处理功能演进 铁水预处理是建立在对冶金过程热力学和动力学深入研究基础上而增设的工序 ， 从流程工程层面上看 ， 其实际功能已超越了原来对质量调控的范畴 ， 逐渐演进为工序及工序间的质量 、 能量及协调缓冲的调节器。 (1) 冶金负荷和 质量调节器 由于铁水预处理过程中有着良好的脱硫热力学条件和动力学条件 ， 脱硫效率很高 ， 因此也显示出了经济价值 ， 表 列出了不同工序脱除 1kg 硫所需费用的比 较。 表 不同工序脱出 1kg 硫的所需的费用 （ 美元 ） 高炉炉内脱硫 铁水预处理脱硫 转炉炉内脱硫 钢包脱硫 27 117 64 铁水预处理脱硫有着技术及经济上的优势 ， 高炉内硫质量分数每降低 %,焦比会增加 2~3kg/ t， 而炉外脱硫可降低焦比 30~40kg/t， 产量提高5%~8 %[5]； 炉外脱硫还为炼钢的少渣冶炼创造了条件。 此外 ， 高炉铁水的脱硅、脱磷预处理 ， 对于冶炼超低磷钢时 ， 可以降低甚至基本免除转炉的脱磷负荷 ， 并稳定地获得 w(P)%的超低磷钢 ， 降低炼钢转炉的 造渣负荷。 能量调节器 铁水预处理可通过适度脱硅来调节铁水化学能 ， 从而为炼钢过程减轻造渣负荷、适度利用废钢和控制合理的转炉出钢温度提供经济合理的前提条件。 “铁水包内脱硫 2 转炉脱硅、脱磷”的全量铁水预处理模式取消了传统工艺流程中的混铁炉、鱼雷罐倒罐站 ， 不仅减少了人员及岗位设置、设备投资维护及运行成本 ，更没有了倒包的能耗与污染 [6]， 利于节能、减排。 混铁炉与倒罐站的取消是从工艺流程上进行节能、 减排 ， 即从根本上杜绝大量能耗与排放 ， 这符合政府提出的到 2020 年单位 GDP 能源消耗比 2020 年末降低 20%左右的政策。 (2) 协调 2 缓冲器 基于高炉的连续反应过程和间歇的输出方式 ， 而转炉则按一定周期间歇作业方式 ， 两者之间的衔接 2 缓冲关系以往是以混铁炉来实现的。 铁水预处理工序的内蒙古科技大学 4 确立 ， 使得大型运铁水容器 (如铁水包等 )逐步成为高炉 2 转炉之间在铁水成分、 过程时间、过程温度等重要参数上实现优化匹配基础上连续作业的协调 2 缓冲器。 另外 ， 因铁水预处理过程分阶段分容器进行使得“三脱”的不同任务可以并行 ， 从而提高了工序效率 ， 为整个生产的高效匹配提供了保障。 全量铁水“三脱”处理的效果 (1) 全“三脱”的技术经济效果 全量铁水 “三脱” 的炼钢生产流程不仅是为了生产高质量钢 (超低硫管线钢、 IF 钢等 )， 更重要的是为了促进炼钢生产的时间节奏更快、效率更高 ， 这主要是针对生产板带的大型转炉炼钢厂的 ， 其模式如图 所示 [8]。 全量铁水“三脱”预处理工艺会引起炼钢厂生产节奏加速和效率提高 ， 特别是脱磷转炉和脱碳转炉可以实现 20min 左右的冶炼周期 ， 也会导致平面布置的优化 ， 甚至转炉吨位等一系列参数的优化。 还将使大型转炉的总吹氧时间缩短到 9min 左右 ， 而出钢 2 出钢周期时间约为 20min 左右。 这与现在大型转炉出钢 2出钢时间周期一般为 30~40min 形成了鲜明对比。 即在全量铁水“三脱” 预处理的条件下 ， 大型转炉的生产效率将提高 1/3 左右 ， 如图 [8] 所示。 全量铁水“三脱”预处理的技术意义和经济意义不同于部分铁水“离线脱硫处理”或“部分铁水三脱”预处理 ， 而且铁水脱磷后降低了转炉渣中的磷含量 ， 有利于转 图 全量铁水三“脱预”处理的炼钢过程 炉渣的循环利用。 在某种意义上看 ， 对大型钢铁联合企业而言 ， 采用全量铁水“三脱”工艺可能会有类似于“全连铸”生产体制的技术经济效果 ， 即对高炉转炉板带材流程的大型联合企业 ， 有可能通过全量铁水“三脱”的工 艺途径实现在一个炼钢厂的体制下年产 800~1000 万 t 钢的规模。 采用铁水“三脱”预处理 ， 是现代化 (大型 )转炉炼钢技术进步的发展趋势。 但考虑到我国转炉设备能力 ， 钢种多、 内蒙古科技大学 5 产品磷含量要求的差异以及铁水、废钢资源的结构等情况 ， 首先应当大力提高铁水脱硫预处理的比例 ； 再根据市场的需要、转炉装备及原料的变化等情况逐步在大型转炉炼钢厂实现全量铁水“三脱”预处理。 然而 ， 对于在新世纪新建的新一代大型钢厂应该大胆地、创新地采用全量铁水“三脱”的炼钢工艺过程 ， 以高效、 低成本地生产高级板带材。 图 大型氧气转炉冶炼周 期缩短对年产量的影响 (2) 全 “三脱” 的运行实绩 国内目前还没有已投产的厂家对全量铁水进行“三脱” ， 更没有“铁水包内脱硫转炉脱硅、脱磷”的全三脱模式 ， 曹妃甸虽然采用了此种模式 ， 但还没有投产 ， 因此无生产数据。 宝钢两个炼钢厂部分钢种采用了全“三脱”的生产工艺 ，两个炼钢厂略有不同 ， 一炼钢厂工艺如下 ： 高炉铁水 (鱼雷罐承载 )扒渣鱼雷罐内脱硫兑铁兑铁包内深脱硫扒渣转炉内脱磷脱碳转炉。 二炼钢厂工艺如下 ： 高炉铁水沟脱硅扒渣鱼雷罐内同时三脱扒渣兑铁铁水罐扒渣转炉。 铁水进行全量预处理的必要性 从以上分析可 以看出 ， 铁水预处理工序的功能已经发生了演进 ， 尤其对于新建的大型钢厂 ， 该工序在满足钢种要求的同时还需完成优化钢铁制造流程、加速生产节奏、提高生产效率及降低成本等任务。 若是采用部分铁水“三脱”预处理 ，将带来炼钢、精炼、连铸的操作混乱 ， 时间可能会混乱 ， 影响物流的有序运行。 对铁水进行全量“三脱”的优势和必要性主要表现在以下几个方面。 (1) 提高产品竞争力的需要 我国目前已经有 亿 t 钢的生产能力 ， 国家控制钢铁产品出口的调控政策内蒙古科技大学 6 及国际贸易争端带来的不利影响已经使得我国钢铁产品出口量开始出现负增长。 一方面是产能大且 仍较快速度增长 ， 另一方面是出口的负增长 ， 国内需求没有明显增长时势必出现供求及价格的大幅波动 ， 考虑到出口产品的低端现状 ， 综合国家环境政策及国际铁矿石价格上涨的因素 ， 国内各钢铁企业面临的是产能过剩、 成本却升高的不利局面。 企业从产量效益型转向品种、质量效益型的发展模式是未来钢铁工业的长久课题 ,产品的竞争力是企业利润与可持续发展的核心。 新一代钢铁企业市场定位应该是高端产品 ， 为了增强企业及产品的竞争力 ， 需要搭建一个高效低成本的洁净钢平台 ， 全量铁水预处理模式满足这一要求 ， 在提供优质铁水的同时还为工序间的高效匹配、节 能降耗、循环经济等方面建立起低成本、高质量的生产平台。 (2) 可促进高磷矿的开发利用 铁矿石涨价使得高磷矿的利用空间得以扩展。 我国高磷铁矿资源比较丰富 ，如云南东川矿等。 宁乡式铁矿床现已探明的储量达 亿 t， 占全国沉积铁矿探明储量的 %。 铁矿品位为 30%~45%， 含磷偏高 ， w(P)为 %~%。 针对不同性质的含磷铁矿石 ， 国内外专家进行了较为深入的脱磷工艺研究。 在梅山铁矿脱磷工业试验中采用磁选法 ， 由 w(P) = %的原矿得到了 w ( P) = %的铁精矿 ， 取得了良好的效 果 ； 纪军采用分散 2 选择性聚团反浮选降磷试验 ， 通过适当调整药剂制度和流程结构 ， 可使 w(P)由原矿中的 %下降到铁精矿中的 %； 卢尚文等采用酸浸法使乌石山铁矿中 w(P)降低了40%～ 50%， 并提高铁品位 4%~6%； 黄剑胯等人采用微生物浸出法可将铁矿中的 w(P)降低到 %以下 ； 何良菊等进行了氧化亚铁硫杆菌氧化黄铁矿生产浸出液及以此浸出液浸矿脱磷的研究 ， 可使脱磷率达到 %。 总的来说 ， 高磷矿选矿脱磷还存在着一些问题 ， 如难以同时满足脱磷率高、 金属回收率高、精矿产品含铁品位高的要求等 ， 但 随着矿石成本的上涨 ， 加大高磷矿的利用率是必然趋势。 高磷矿的脱磷环节主要有两个 ， 选矿之外就是铁水预处理。 工艺技术与成本原因导致从选矿环节要得到合乎要求的铁水目前仍有些难度 ， 铁水预脱磷变得尤为重要。 铁水全量预处理脱磷可降低高磷矿选矿成本、减轻转炉脱磷负荷 ， 高炉可以部分使用高磷矿 ， 炼铁生产可以采用较高磷含量的低价位铁矿石 ， 铁水磷质量分内蒙古科技大学 7 数放宽至 %~%,用高磷铁矿比进口铁矿将节约成本至少 200 元 /t。 值得一提的是 ， 采用专用转炉脱磷效果良好 ， 脱磷率基本能保证在 90%左右 ， 除极低磷钢种外 ， 铁水磷含量的 要求均有放宽 ， 全量铁水预处理工艺的推广有助于快速推进高磷矿的开发利用。 (3) 炉渣的综合性利用 脱碳转炉的炉渣可以作为脱磷转炉的脱磷剂 ， 减少石灰用量 ， 进而显著减少渣总量。 和歌山脱磷转炉的造渣剂成分为 10kg/t 的脱碳炉渣加上 10kg/t 石灰 ；新日铁脱硫、脱磷 、 脱碳渣总量已经控制在 60kg/t 以下 ； 脱磷转炉渣的碱度为~2， 可以不经蒸汽老化处理 ， 直接使用于筑路或作水泥等 ， 不仅降低了成本 ，也符合循环经济的要求。 (4) 有利于脱碳转炉使用锰矿 渣量的减少使得用锰矿代替锰铁成为可能。 宝钢在少渣吹炼条件下 ， 用 锰矿替代或部分替代锰铁投入脱碳转炉还原成钢水 Mn 含量 ， 基本不用或少用 50%左右的 Fe2Mn 合金 ， 可以降低成本 ， 在锰矿加入量为 10kg/ t 的条件下 ， 停吹钢水w(C)≥ %时 ， 锰收得率可达到 61% ,最高达到 %； 停吹钢水 w(C)平均为0. 05 %时 ， 锰收得率可达到 %， 最高达到 %。 鹿岛制铁所脱碳转炉 (260t)不加废钢 ， 锰矿用量约 15kg/t， Mn 的回收率为 40%， 终点锰约 %， 渣量为20 kg/t ,效果良好。 (5) 可加快大型转炉冶炼节奏 采用转炉脱磷后 ， 反应容器自 由空间增大 ， 可以增加供氧和底吹气体搅拌强度 ， 显著提高生产效率 ， 适合与现代高拉速板坯铸机匹配运行。 1999 年改建的日本和歌山炼钢厂 ( KR 脱硫转炉脱磷转炉炼钢 )的生产节奏明显加快 ； 脱磷转炉与脱碳转炉的吹炼时间可控制在 9min 左右 ， 脱碳转炉的 Ttap2tap 可以控制在20min 以内 ,实现了一个炼钢转炉供应 2 台 RH 精炼和 3 台铸机的高效率生产。 (6) 有利于节能 全量铁水预处理不仅带来大型转炉节奏的加快 ， 还与精炼 、 连铸等工序更加匹配 ，使得全流程的物流更加流畅、 时间节奏更为紧凑 、 工序能耗及排放均有减 少。 改建后的和歌山炼钢厂采用了分阶段分容器的全量铁水预处理模式 ， 再加上各工序布局的优化 (如高炉到转炉间距离由 2020m缩短到 800m) ,全厂运行过程内蒙古科技大学 8 时间及各工序间更加紧凑 ， 实现了快速炼钢、高效生产。 节能方面也取得了很好的效果 :总能量指数减 66%， 仅铁 2 钢界面间温降就减少了 46℃。 JFE 公司东日本制铁所采用了相似的全量铁水预处理模式 ， 从高炉到装入脱磷转炉的输送过程所引起的铁水温降减少约 52℃。 铁水预处理的方法 及比较 目前 ， 国内外普遍采用以下 3 种铁水预脱硫方法 ； 单吹颗粒镁法、 铁水包喷吹 Mg+CaO 粉 剂脱硫 、 KR 机械搅拌法 (习惯简称 KR法 )。 KR 搅拌法 KR 搅拌法是日本新日铁广畑所于 1965 年用于工业生产的铁水炉外脱硫技术。 这种脱硫方法是以一种外衬耐火材料的搅拌器浸入铁水罐内旋转搅动铁水，使铁水产生漩涡，同时加入脱硫剂使其卷入铁水内部进行充分反应，从而达到铁水脱硫的目的。 工艺概述 本工艺利用搅拌器在铁水中旋转造成涡流 ,使脱硫剂和铁水充分接触 ,促进脱硫反应进行 ,达到深脱硫的目的。 KR 法脱硫化学反应方程式为 : CaO + FeS = CaS + FeO 主要工艺设备及布置 K。