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钢的冶炼之普通铁水预处理

     炼钢是将生铁、废铁、海绵铁等原材料炼制成钢的冶金方法和过程。炼钢的基本任务是去除杂质、调整成分和钢液温度。去除杂质,一般是指去除钢中的硫、磷、氧、氢、氮和夹杂物。炼钢过程中应将其成分调整到规定的范围内,以保证获得所要求的物理和化学性能。铁水温度一般只有1300℃左右,而钢水温度必须高于1500℃才不至于凝固,并进行一系列冶金反应过程。为了顺利进行浇注,出钢温度应在1600℃以上。
     炼钢生产中广泛使用各种脱氧剂和用于合金化的铁合金。炼钢过程中使用的辅助材料有造渣材料、氧化剂、冷却剂等。造渣材料有石灰(CaO)、萤石(CaF2)、白云石(CaCO3.MgCO3)等,氧化剂除氧气外还使用铁矿石和氧货铁皮。用做冷却剂的有废钢、富铁矿等。
     生铁主要由高炉生产,高炉生铁90%以上用做炼钢原料。高炉炼出的生铁通常含铁94%左右,含碳4%左右,其余为硅、锰、磷、硫等元素。
     废钢有多种来源:钢铁厂内的“返回废钢”、钢铁制品的制造工业中产生的“加工废钢”、来自报废设备和结构等的“折旧废钢”等。世界钢产量接近一半来自废钢。废钢的来源复杂,用做炼钢的原料,必须进行合理分类、加强管理和进行必要的处理。
     海绵铁,亦称为直接还原铁(diretly reduced iron,DRI),主要是用还原性气体还原精铁矿而得名.刚产出的海绵铁趁热加压成形的高体积密度的产品称为热压块铁(hot briquetted iron,HBI)。高炉炼铁法强烈依赖冶金焦,而冶金焦的资源日益短缺,因而20世纪70年代以后,许多国家致力于开发直接还原铁,2002年世界直接还原铁的产量超过了4500万T,200年达到7000万T.
     普通铁水预处理
     普通铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素的铁水处理工艺,包括铁水脱硅、脱硫和脱磷(即“三脱”)。铁水预处理和钢水炉外精炼已成为近50年来钢铁工业迅速发展起来的两项重要工艺技术。三脱处理是提高钢材材质,少渣炼钢的重要措施。有些工业发达国家,铁水预处理量在70%-80%以上。铁水预处理是在原则上不外加热源的情况下,利用处理剂中活性物质和铁水中待脱除元素进行快速反应,形成稳定的渣相而和铁水分离的过程。
     1)铁水预脱硅
     硅与氧的结合能国远大于磷与氧的结合能力,所以硅比磷优先氧化。脱磷前必须优先将铁水中硅氧化到远低于高炉铁水硅含量的0.15%以下,磷才能被氧化去除。
     常用的铁水脱硅剂均为氧货剂,主要有两种:一种是固体氧化剂,如氧化铁皮、铁矿石等,二是气体氧化剂,如氧气或空气。
     铁水预脱硅有高炉出铁沟脱硅、铁水罐中喷射脱硅剂脱硅,以及“两段式”脱硅,即前两种方法的结合。使用两段脱硅操作可使硅含量下降到0.15% 以下,同时脱磷、脱硫的程度也明显提高。
     2)铁水预脱硫
     在铁水预处理温度下,硫在铁液中的溶解度很高。各种脱硫方法的实质都是将溶解在金属液中的硫转变为在金属液中不溶解的相,进入溶渣或经溶渣,再以气相逸出。
     热力学计算表明,碳化钙(CaC2)、苏打(Na2CO3)、金属镁等及由它们组成的各种复合脱硫剂有比较强的脱硫能力,这些脱硫剂已被广泛地应用于铁水脱硫。近年来,在铁水预脱硫中,越来越多地使用金属镁。目前已经开发的铁水预脱硫的方法很多,其中用耐火材料制成搅拌器地铁水进这行搅拌,使铁水与脱硫剂紧密混合的机械搅拌法和以镁为主的喷吹法应用最普遍,脱硫率可达80%以上,通过这些方法可使铁水预脱硫达到不大于0.002%S的深脱硫能力。
     3)铁水预脱磷
     随着对一些高性能钢质量日益严格的要求,除要求极代的硫含量外,也要求磷含量小于0.01%,甚于在0.005%以下。因此许多冶金工作者开发出一些铁水预脱磷的方法。
      在铁水的温度下,可以将铁水中的磷氧化成P2,然后与强碱性氧化物结合成稳定的磷酸盐而从铁水中去除。各种碱性氧化物中Ma2O的脱磷能力最强,其次是CaO。铁水预脱磷的方法有三种:一是在高炉出铁沟内进行脱磷,二是在铁水包中进行预脱磷,三是在专用转炉内进行预脱磷。
     目前铁水同时脱磷脱硫的工艺已经工业上得到较广泛的应用。

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