1-21 在煉鋼生產(chǎn)中采用鐵水預(yù)脫硫技術(shù)的必要性是什么?
(1)用戶對(duì)鋼的品種和質(zhì)量要求提高，連鑄技術(shù)的發(fā)展也要求鋼中硫含量低(硫含量高容易使連鑄坯產(chǎn)生裂紋)。鐵水脫硫可滿足冶煉低硫鋼和超低硫鋼種的要求。
(2)轉(zhuǎn)爐煉鋼整個(gè)過程是氧化氣氛，脫硫效率僅為30％～40％；而鐵水中的碳硅等元素氧含量低，提高了鐵水中硫的活度系數(shù)，故鐵水脫硫效率高；鐵水脫硫費(fèi)用低于高爐、轉(zhuǎn)爐和爐外精煉的脫硫費(fèi)用。
(3)減輕高爐脫硫負(fù)擔(dān)后，能實(shí)現(xiàn)低堿度、小渣量操作，有利于冶煉低硅生鐵，使高爐穩(wěn)定、順行，可保證向煉鋼供應(yīng)精料。
(4)有效地提高鋼鐵企業(yè)鐵、鋼、材的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
1-22鐵水脫硫常用的脫硫劑有幾類，各有何特點(diǎn)?
生產(chǎn)中，常用的脫硫劑有蘇打灰(Na2CO3)、石灰粉(CaO)、電石粉和金屬鎂。
(1)蘇打灰。其主要成分為Na2CO3，鐵水中加入蘇打灰后與硫作用發(fā)生以下3個(gè)化學(xué)反應(yīng)：
Na2CO3(1)+[S]+2[C]=Na2S(1)+3{CO}
Na2CO3 (1)+[S]+[S]=Na2S(1)+SiO2(1)+｛CO｝
Na2O(1)+[S]=Na2S(1)+[O]
用蘇打灰脫硫，工藝和設(shè)備簡單，其缺點(diǎn)是脫硫過程中產(chǎn)生的渣會(huì)腐蝕處理罐的內(nèi)襯，產(chǎn)生的煙塵污染環(huán)境，對(duì)入有害。目前很少使用。
(2)石灰粉。其主要成分為CaO，用石灰粉脫硫的反應(yīng)式如下：
2CaO(S)+[S]+1/2[Si]=(CaS)(S)+1/2(Ca2SiO4)
石灰價(jià)格便宜、使用安全，但在石灰粉顆粒表面易形成2CaO•SiO2致密層，限制了脫硫反應(yīng)進(jìn)行，因此，石灰耗用量大，致使生成的渣量大和鐵損大，鐵水溫降也較多。另外，石灰還有易吸潮變質(zhì)的缺點(diǎn)。
(3)電石粉。其主要成分為CaC2，電石粉脫硫的反應(yīng)式如下：
CaC2+[S]=(CaS)(S)+2[C]
用電石粉脫硫，鐵水溫度高時(shí)脫硫效率高，鐵水溫度低于1300℃時(shí)脫硫效率很低。另外，處理后的渣量大，且渣中含有未反應(yīng)盡的電石顆粒，遇水易產(chǎn)生乙炔(CH2)氣體，故對(duì)脫硫渣的處理要求嚴(yán)格。在脫硫過程中也容易析出石墨碳污染環(huán)境。電石粉易吸潮生成乙炔(乙炔是可燃?xì)怏w且易發(fā)生爆炸)，故電石粉需要以惰性氣體密封保存和運(yùn)輸。
(4)金屬鎂。鎂噴入鐵水后發(fā)生如下反應(yīng)：
Mg+[S]=MgS(S)
鎂在鐵水的溫度下與硫有極強(qiáng)的親和力，特別是在低溫下鎂脫硫效率極高，脫硫過程可預(yù)測(cè)，硫含量可控制在0.001％的精度。這是其他脫硫劑所不能比擬的。
金屬鎂活性很高，極易氧化，是易燃易爆晶，鎂粒必須經(jīng)表面鈍化處理后才能安全地運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用。鈍化處理后，使其鎂粒表面形成一層非活性的保護(hù)膜。
用鎂脫硫，鐵水的溫降小，渣量及鐵損均少且不損壞處理罐的內(nèi)襯，也不影響環(huán)境。因而鐵水包噴鎂脫硫工藝獲得了迅猛的發(fā)展。
鎂的價(jià)格較高，保存時(shí)須防止吸潮。
1-23 鐵水脫硫的主要方法有哪些，鐵水脫硫技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是怎樣的?
迄今為止，入們已開發(fā)出多種鐵水脫硫的方法，其中主要方法有：投入脫硫法、鐵水容器轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌脫硫法、攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌脫硫法和噴吹脫硫法等。
(1)投入法。該法不需要特殊設(shè)備，操作簡單，但脫硫效果不穩(wěn)定，產(chǎn)生的煙氣污染環(huán)境。
(2)鐵水容器攪拌脫硫法。該法主要包括轉(zhuǎn)鼓法和搖包法，均有好的脫硫效果，該法容器轉(zhuǎn)動(dòng)笨重，動(dòng)力消耗高，包襯壽命低，使用較少。
(3)采用攪拌器的機(jī)械攪拌法。如KR法即屬于此類。
KR攪拌法由于攪拌能力強(qiáng)和脫硫前后能充分的扒渣，可將硫含量脫至很低，其缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，鐵水溫降大。
(4)噴吹法。此法是用噴槍以惰性氣體為載體，將脫硫劑與氣體混合吹入鐵水深部，以攪動(dòng)鐵水與脫硫劑充分混合的脫硫方法。該法可以在魚雷罐車(混鐵車)或鐵水包內(nèi)處理鐵水。鐵水包噴吹法目前已被廣泛應(yīng)用。
噴吹脫硫法具有脫硫反應(yīng)速度快、效率高、操作靈活方便，處理鐵水量大，設(shè)備投資少等優(yōu)點(diǎn)。因而，它已成為鐵水脫硫的主要方法。
鐵水脫硫技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)如下：
(1)采用全量鐵水脫硫工藝；
(2)趨向在鐵水包內(nèi)預(yù)脫硫；
(3)脫硫方法以噴吹法為主；
(4)用金屬鎂做脫硫劑的趨勢(shì)不斷擴(kuò)大。
1-24 用金屬鎂進(jìn)行鐵水脫硫的機(jī)理是什么?
鎂其熔點(diǎn)為651℃，密度為2.8g/cm3，如與氧結(jié)合生成MgO后，其熔點(diǎn)為2800℃，密度為3.07～3.20g／cm3，二者均為高熔點(diǎn)、低密度穩(wěn)定化合物。
鎂通過噴槍噴入鐵水中，鎂在高溫下發(fā)生液化、氣化并溶于鐵水：
Mg(S)→Mg(1)→｛Mg｝→[Mg]
Ms與S的相互反應(yīng)存在兩種情況：
第一種情況： ｛Mg｝+[S]二MgS(S)
第二種情況： {Mg}→[Mg]
[Mg]+[S]=MgS(S)
在高溫下，鎂和硫有很強(qiáng)的親和力，溶于鐵水中的[Mg]和{Mg}都能與鐵水中的[S]迅速反應(yīng)生成固態(tài)的MgS，上浮進(jìn)入渣中。
在第一種情況下，在金屬—鎂蒸氣泡界面，鎂蒸氣與鐵水中的硫反應(yīng)生成固態(tài)MgS，這只能去除鐵水中3％～8％的硫。
在第二種情況下，溶解于鐵水中的鎂與硫反應(yīng)生成固態(tài)MgS，這是主要的脫硫反應(yīng)，最為合理。在這種情況下，保證了鎂與硫的反應(yīng)不僅僅局限在鎂劑導(dǎo)入?yún)^(qū)域或噴吹區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，而是在鐵水包整個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行，這對(duì)鐵水脫硫是十分有利的。
鎂在鐵水中的溶解度取決于鐵水溫度和鎂的蒸氣壓。鎂的溶解度隨著壓力的增加而增大，隨鐵水溫度的上升而大幅度降低。為了獲得高脫硫效率，必須保證鎂蒸氣泡在鐵水中完全溶解，避免未溶解完的鎂蒸氣逸入大氣造成損失。促進(jìn)鎂蒸氣大量溶解于鐵水中的措施是：鐵水溫度低；加大噴槍插入鐵水液面以下的深度，提高鎂蒸氣壓力，延長鎂蒸氣泡與鐵水接觸時(shí)間。
1-25 采用金屬鎂脫硫?yàn)槭裁匆獙?duì)鎂粒進(jìn)行表面鈍化處理，對(duì)顆粒鎂有什么要求?
金屬鎂活性很高，極易氧化，是易燃易爆晶。鎂粒只有經(jīng)表面鈍化處理后才能安全地運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用。經(jīng)鈍化處理后，鎂粒表面形成一層非活性的保護(hù)膜，如鹽鈍化的涂層顆粒鎂，制備時(shí)采用熔融液態(tài)鎂離心重復(fù)分散技術(shù)，利用空氣動(dòng)力逆向冷卻原理將鹽液包敷在鎂顆粒外層，形成銀灰色均勻的球狀顆粒。
單吹鎂脫硫用的涂層顆粒鎂要求：
ωMg≥92％；粒度為0.5～1.6mm，其中粒度大于3mm以上的針狀不規(guī)則顆粒少于8％。
1-26 鐵水脫硫容器為什么趨向采用鐵水包?
在魚雷罐內(nèi)進(jìn)行脫硫，動(dòng)力學(xué)條件較差，脫硫劑噴入后，由于魚雷罐形狀影響攪拌的均勻性，反應(yīng)重現(xiàn)性差，脫硫劑消耗量大。采用鐵水包噴吹脫硫，由于鐵水包的幾何形狀，使脫硫反應(yīng)具有更好的動(dòng)力學(xué)條件和反應(yīng)空間，可根據(jù)冶煉具體要求更準(zhǔn)確地控制鐵水的硫含量。一般容量大于80t的鐵水包鐵液深度都比魚雷罐深，噴入鐵水的脫硫劑與鐵水進(jìn)行反應(yīng)更加充分，因此在鐵水包內(nèi)噴吹脫硫可以有效利用脫硫劑。同時(shí)鐵水包內(nèi)的鐵水溫度比魚雷罐內(nèi)低一些，更促進(jìn)鎂脫硫獲得理想的脫硫效果，降低了鐵水處理成本。由于鐵水包內(nèi)噴吹脫硫有較高的效率，與在魚雷罐脫硫相比，如果將硫含量從0.045％降到0.010％，可節(jié)省脫硫劑15％；如果將硫含量從0.045％降到0.005％，可節(jié)省脫硫劑24％。顯然，硫含量的目標(biāo)值越低，在鐵水包噴吹脫硫劑的優(yōu)勢(shì)越大。20世紀(jì)80年代已開始發(fā)展到在鐵水包內(nèi)處理鐵水。目前新建鐵水脫硫裝置大多采用鐵水包單獨(dú)噴吹鎂或復(fù)合噴吹鎂的技術(shù)和設(shè)備。
1-27 噴鎂脫硫要求鐵水包凈空是多少?
當(dāng)鐵水包噴鎂脫硫時(shí)，鎂通過噴槍噴入鐵水，載氣對(duì)鐵水有攪拌作用，可以促進(jìn)反應(yīng)物的傳質(zhì)和產(chǎn)物的排出。由于鎂在高溫下液化、氣化和溶于鐵水，氣化時(shí)產(chǎn)生的鎂氣體對(duì)鐵水的攪拌作用強(qiáng)烈，頂吹時(shí)常發(fā)生噴濺。因此，鐵水包應(yīng)有不小于400mm高度的凈空，同時(shí)設(shè)置防濺包蓋是必要的。
1-28 鐵水包噴吹鎂脫硫與其他脫硫工藝比較具有哪些優(yōu)點(diǎn)?
鐵水包噴鎂脫硫工藝與其他脫硫工藝相比，具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)：
(1)脫硫效率高?？筛鶕?jù)冶煉品種要求，鐵水硫含量可脫至任意水平，深度脫硫時(shí)達(dá)到ωS=0.005％以下，甚至ωS=0.002％以下；
(2)脫硫劑單耗低，處理時(shí)間短
(3)形成渣量少，扒渣鐵損低；
(4)對(duì)環(huán)境污染??；
(5)溫度損失少；
(6)易于進(jìn)行過程自動(dòng)控制；
(7)綜合成本低。
1-29 鐵水包噴吹顆粒鎂脫硫，鎂的單位消耗主要取決于哪些因素?
用鎂脫硫的單耗主要取決于鐵水初始硫含量、終點(diǎn)硫含量、鐵水溫度、鐵水重量(鐵水包內(nèi)鐵水深度)。
在理論上1kg金屬鎂能脫除1.32kg的硫；實(shí)際上，由于鐵水中還有殘余的鎂、用于脫氧的鎂、少量的鎂蒸氣逸出及與載氣、頂渣反應(yīng)損失的鎂等原因，鎂的利用率不可能達(dá)到100％。與初始硫含量低時(shí)相比，初始硫含量高時(shí)鎂的利用率高。
鎂脫硫與CaO、CaC2脫硫不同，鎂脫硫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，低溫對(duì)反應(yīng)有利，在低溫下鎂在鐵水中的溶解度大，有利于鎂參與反應(yīng)而提高利用率；但溫度高時(shí)有利于反應(yīng)產(chǎn)物上浮進(jìn)入頂渣提高反應(yīng)速度，但總的來說溫度低對(duì)鎂脫硫更有利。
鐵水量多，鐵水包內(nèi)鐵水深度大，噴槍插入深，鎂的利用率高。鐵水包內(nèi)鐵水深度淺，噴槍插入淺，鎂氣泡來不及完全溶解就從鐵水液面逸出。因此，噴吹深度大可以減少鎂的逸出損失。
1-30 鐵水脫硫后兌入轉(zhuǎn)爐前為什么必須扒渣?
經(jīng)過脫硫處理后的鐵水，須將浮于鐵水表面上的脫硫渣除去，以免煉鋼時(shí)造成回硫，因?yàn)樵蠱gS或CaS會(huì)被氧還原，即發(fā)生如下反應(yīng)：
(MgS)+[O]=(MgO)+[S]
(CaS)+[O]=(CaO)+[S]
因此，只有經(jīng)過扒渣的鐵水才能兌入轉(zhuǎn)爐。鋼水硫含量要求越低，相應(yīng)要求扒渣時(shí)扒凈率越高，盡量減少鐵水的帶渣量。
1-31 脫硫后的低硫鐵水兌入轉(zhuǎn)爐煉鋼，為什么吹煉終點(diǎn)常常出現(xiàn)增硫現(xiàn)象?
經(jīng)脫硫處理后的低硫鐵水(ω〔S〕=0.002％～0.009％)，兌入轉(zhuǎn)爐煉鋼，有時(shí)出現(xiàn)不能進(jìn)一步脫硫，吹煉終點(diǎn)的鋼水還常常有增硫現(xiàn)象，這是因?yàn)闊掍撨^程中鐵水渣、鐵塊、廢鋼、石灰中的硫進(jìn)入鋼水，而吹煉過程脫硫量低于增硫量所致，吹煉終點(diǎn)增硫量可達(dá)0.002％～0.005％，甚至0.005％以上。增硫主要發(fā)生在吹煉的前期和中期，一般鐵塊、廢鋼和鐵水渣帶入硫占爐料總硫量的60％以上，所以增硫成為生產(chǎn)超低硫鋼種的重大障礙。因此，生產(chǎn)ω〔S〕<0.005％的超低硫鋼種時(shí)，可采用鐵水脫硫處理加上較高的鐵水裝入比，并盡量減少鐵水的帶渣量，同時(shí)出鋼加合成渣、二次精煉脫硫，特別是用LF爐造高堿度還原渣，進(jìn)一步深脫硫。
1-32 脫硫后扒渣時(shí)的鐵損大小與哪些因素有關(guān)?
脫硫后扒渣時(shí)的鐵損大小與以下因素相關(guān)。
(1)渣量越大，扒凈率越高，鐵損越大。
(2)渣偏干，渣鐵易分離，易于扒除，鐵損低；渣越稀，渣鐵分離困難，鐵損大。扒渣時(shí)，可加入適量稠渣劑。
(3)扒渣機(jī)工作性能好，扒渣效率高，鐵損低。
(4)鐵水包包嘴形狀和傾角應(yīng)有利于扒渣需要，減少扒渣“死區(qū)”。
(5)操作入員的技能十分重要，操作熟練、準(zhǔn)確和靈敏，同樣條件下能明顯提高扒渣效率和降低鐵水損失。
1-33 鐵水采用三脫(脫硅、脫磷、脫硫)預(yù)處理有何優(yōu)缺點(diǎn)?
鐵水采用三脫預(yù)處理的優(yōu)缺點(diǎn)如下：
(1)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐少渣冶煉(渣量小于30kg／t)。
(2)鐵水脫硫有利于冶煉高碳鋼、高錳鋼、低磷鋼、特殊鋼(如軸承鋼)、不銹鋼等。
(3)可提高脫碳速度，有利于轉(zhuǎn)爐高速冶煉。
(4)轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)時(shí)鋼水錳含量高，可用錳礦直接完成鋼水合金化。
(5)鐵水采用三脫預(yù)處理的缺點(diǎn)是鐵水中發(fā)熱元素減少，轉(zhuǎn)爐的廢鋼加入量減少。
1-34 為何鐵水脫磷必須先脫硅?
鐵水預(yù)脫硅技術(shù)是基于鐵水預(yù)脫磷技術(shù)而發(fā)展起來的。由于鐵水中氧與硅的親和力比磷大，當(dāng)加入氧化劑脫磷時(shí)，硅比磷優(yōu)先氧化，形成的Siq大大降低渣的堿度。為此脫磷前必須將硅含量降至0.15％以下，這個(gè)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高爐鐵水的硅含量，也就是說，只有當(dāng)鐵水中的硅大部分氧化后，磷才能被迅速氧化去除。所以脫轔前必須先脫硅。
1-35 鐵水脫硅有哪些方法，采用何種脫硅劑?
鐵水脫硅方法有下列幾種：
(1)在高爐出鐵溝脫硅。
(2)在高爐出鐵溝擺槽上方噴射脫硅劑脫硅。
(3)在魚雷罐車中噴射脫硅劑脫硅。
(4)在鐵水罐中加入脫硅劑和吹氧脫硅。
脫硅劑均為氧化劑，常用高堿度燒結(jié)礦粒、氧化鐵皮、鐵礦石鐵錳礦、燒結(jié)粉塵、氧氣等。
1-36 鐵水脫磷有哪些方法，采用何種脫磷劑?
鐵水脫磷方法主要包括如下幾種：
(1)在鐵水罐中噴射脫磷劑并吹氧脫磷。
(2)在魚雷罐中噴射脫磷劑并吹氧脫磷。
(3)在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行鐵水脫磷。
目前最廣泛使用的脫磷劑為蘇打系脫磷劑或石灰系脫磷劑。石灰系脫磷劑主要成分為CaO并配加一定量的燒結(jié)礦粉和螢石粉。若鐵水同時(shí)脫磷和脫硫，則先用石灰劑脫磷后，再噴吹蘇打粉(Na2CO3)進(jìn)一步脫磷和脫硫。
1-37 鐵水三脫預(yù)處理，硅、磷、硫含量一般脫到什么水平?
一般來說，煉鋼用鐵水預(yù)處理前后的硅、磷、硫含量變化如下：
鐵水 ω[Si] ω[P] ω[S]
預(yù)處理前 0.30％～1.25％ 0.08％～0.20％ 0.02％～0.07％
預(yù)處理后 0.10％～0.15％ <0.01％ <0.005％
1-38 采用轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)工藝進(jìn)行鐵水預(yù)處理的特點(diǎn)是什么?
采用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行鐵水三脫預(yù)處理，有利于實(shí)現(xiàn)全量(100％)鐵水預(yù)處理。此法具有如下特點(diǎn)：
(1)與噴吹法相比，放寬對(duì)鐵水硅含量要求。采用轉(zhuǎn)爐三脫，控制鐵水ω〔Si〕≤0.3％，可以達(dá)到脫磷要求，而噴吹法脫磷要求鐵水ω〔Si〕≤0.15％。因此，采用轉(zhuǎn)爐三脫可以和高爐低硅鐵冶煉工藝相結(jié)合，省去脫硅預(yù)處理工藝。
(2)控制中等堿度R=2.5～3.0渣，可得到良好的脫磷、脫硫效果。通常采用的技術(shù)有：使用脫碳轉(zhuǎn)爐精煉渣作為脫磷合成渣；增大底吹攪拌強(qiáng)度促進(jìn)石灰渣化并適當(dāng)增加螢石量；配加石灰粉和轉(zhuǎn)爐煙塵制成的高堿度低熔點(diǎn)脫磷劑。
(3)嚴(yán)格控制處理溫度，避免熔池脫碳升溫。保證脫磷，抑制脫碳。
(4)增強(qiáng)熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度，同時(shí)采用弱供氧制度。
(5)渣量減少，冶煉時(shí)間縮短，生產(chǎn)節(jié)奏加快，爐齡提高。
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