1-21  在煉鋼生產中采用鐵水預脫硫技術的必要性是什么?

(1)用戶對鋼的品種和質量要求提高，連鑄技術的發(fā)展也要求鋼中硫含量低(硫含量高容易使連鑄坯產生裂紋)。鐵水脫硫可滿足冶煉低硫鋼和超低硫鋼種的要求。

(2)轉爐煉鋼整個過程是氧化氣氛，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；鐵水脫硫費用低于高爐、轉爐和爐外精煉的脫硫費用。

(3)減輕高爐脫硫負擔后，能實現(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，可保證向煉鋼供應精料。

(4)有效地提高鋼鐵企業(yè)鐵、鋼、材的綜合經濟效益。

1-22鐵水脫硫常用的脫硫劑有幾類，各有何特點?

生產中，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個化學反應：

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，工藝和設備簡單，其缺點是脫硫過程中產生的渣會腐蝕處理罐的內襯，產生的煙塵污染環(huán)境，對入有害。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式如下：

2CaO(S)+[S]+1/2[Si]=(CaS)(S)+1/2(Ca₂SiO₄)

石灰價格便宜、使用安全，但在石灰粉顆粒表面易形成2CaO•SiO₂致密層，限制了脫硫反應進行，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的缺點。

(3)電石粉。其主要成分為CaC₂，電石粉脫硫的反應式如下：

CaC₂+[S]=(CaS)(S)+2[C]

用電石粉脫硫，鐵水溫度高時脫硫效率高，鐵水溫度低于1300℃時脫硫效率很低。另外，處理后的渣量大，且渣中含有未反應盡的電石顆粒，遇水易產生乙炔(CH₂)氣體，故對脫硫渣的處理要求嚴格。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(乙炔是可燃氣體且易發(fā)生爆炸)，故電石粉需要以惰性氣體密封保存和運輸。

(4)金屬鎂。鎂噴入鐵水后發(fā)生如下反應：

Mg+[S]=MgS(S)

鎂在鐵水的溫度下與硫有極強的親和力，特別是在低溫下鎂脫硫效率極高，脫硫過程可預測，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，鎂粒必須經表面鈍化處理后才能安全地運輸、儲存和使用。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。

鎂的價格較高，保存時須防止吸潮。

1-23  鐵水脫硫的主要方法有哪些，鐵水脫硫技術的發(fā)展趨勢是怎樣的?

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、鐵水容器轉動攪拌脫硫法、攪拌器轉動攪拌脫硫法和噴吹脫硫法等。

(1)投入法。該法不需要特殊設備，操作簡單，但脫硫效果不穩(wěn)定，產生的煙氣污染環(huán)境。

(2)鐵水容器攪拌脫硫法。該法主要包括轉鼓法和搖包法，均有好的脫硫效果，該法容器轉動笨重，動力消耗高，包襯壽命低，使用較少。

(3)采用攪拌器的機械攪拌法。如KR法即屬于此類。

KR攪拌法由于攪拌能力強和脫硫前后能充分的扒渣，可將硫含量脫至很低，其缺點是設備復雜，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)或鐵水包內處理鐵水。鐵水包噴吹法目前已被廣泛應用。

噴吹脫硫法具有脫硫反應速度快、效率高、操作靈活方便，處理鐵水量大，設備投資少等優(yōu)點。因而，它已成為鐵水脫硫的主要方法。

鐵水脫硫技術的發(fā)展趨勢如下：

(1)采用全量鐵水脫硫工藝；

(2)趨向在鐵水包內預脫硫；

(3)脫硫方法以噴吹法為主；

(4)用金屬鎂做脫硫劑的趨勢不斷擴大。

1-24  用金屬鎂進行鐵水脫硫的機理是什么?

鎂其熔點為651℃，密度為2.8g/cm3，如與氧結合生成MgO后，其熔點為2800℃，密度為3.07～3.20g／cm3，二者均為高熔點、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]迅速反應生成固態(tài)的MgS，上浮進入渣中。

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生成固態(tài)MgS，這是主要的脫硫反應，最為合理。在這種情況下，保證了鎂與硫的反應不僅僅局限在鎂劑導入區(qū)域或噴吹區(qū)域內進行，而是在鐵水包整個范圍內進行，這對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間。

1-25  采用金屬鎂脫硫為什么要對鎂粒進行表面鈍化處理，對顆粒鎂有什么要求?

金屬鎂活性很高，極易氧化，是易燃易爆晶。鎂粒只有經表面鈍化處理后才能安全地運輸、儲存和使用。經鈍化處理后，鎂粒表面形成一層非活性的保護膜，如鹽鈍化的涂層顆粒鎂，制備時采用熔融液態(tài)鎂離心重復分散技術，利用空氣動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?

在魚雷罐內進行脫硫，動力學條件較差，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，使脫硫反應具有更好的動力學條件和反應空間，可根據(jù)冶煉具體要求更準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行反應更加充分，因此在鐵水包內噴吹脫硫可以有效利用脫硫劑。同時鐵水包內的鐵水溫度比魚雷罐內低一些，更促進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，硫含量的目標值越低，在鐵水包噴吹脫硫劑的優(yōu)勢越大。20世紀80年代已開始發(fā)展到在鐵水包內處理鐵水。目前新建鐵水脫硫裝置大多采用鐵水包單獨噴吹鎂或復合噴吹鎂的技術和設備。

1-27  噴鎂脫硫要求鐵水包凈空是多少?

當鐵水包噴鎂脫硫時，鎂通過噴槍噴入鐵水，載氣對鐵水有攪拌作用，可以促進反應物的傳質和產物的排出。由于鎂在高溫下液化、氣化和溶于鐵水，氣化時產生的鎂氣體對鐵水的攪拌作用強烈，頂吹時常發(fā)生噴濺。因此，鐵水包應有不小于400mm高度的凈空，同時設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?

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：

(1)脫硫效率高。可根據(jù)冶煉品種要求，鐵水硫含量可脫至任意水平，深度脫硫時達到ωS=0.005％以下，甚至ωS=0.002％以下；

(2)脫硫劑單耗低，處理時間短

(3)形成渣量少，扒渣鐵損低；

(4)對環(huán)境污染小；

(5)溫度損失少；

(6)易于進行過程自動控制；

(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、終點硫含量、鐵水溫度、鐵水重量(鐵水包內鐵水深度)。

在理論上1kg金屬鎂能脫除1.32kg的硫；實際上，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、頂渣反應損失的鎂等原因，鎂的利用率不可能達到100％。與初始硫含量低時相比，初始硫含量高時鎂的利用率高。

鎂脫硫與CaO、CaC2脫硫不同，鎂脫硫反應為放熱反應，低溫對反應有利，在低溫下鎂在鐵水中的溶解度大，有利于鎂參與反應而提高利用率；但溫度高時有利于反應產物上浮進入頂渣提高反應速度，但總的來說溫度低對鎂脫硫更有利。

鐵水量多，鐵水包內鐵水深度大，噴槍插入深，鎂的利用率高。鐵水包內鐵水深度淺，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  鐵水脫硫后兌入轉爐前為什么必須扒渣?

經過脫硫處理后的鐵水，須將浮于鐵水表面上的脫硫渣除去，以免煉鋼時造成回硫，因為渣中MgS或CaS會被氧還原，即發(fā)生如下反應：

(MgS)+[O]=(MgO)+[S]

(CaS)+[O]=(CaO)+[S]

因此，只有經過扒渣的鐵水才能兌入轉爐。鋼水硫含量要求越低，相應要求扒渣時扒凈率越高，盡量減少鐵水的帶渣量。

1-31  脫硫后的低硫鐵水兌入轉爐煉鋼，為什么吹煉終點常常出現(xiàn)增硫現(xiàn)象?

經脫硫處理后的低硫鐵水(ω〔S〕=0.002％～0.009％)，兌入轉爐煉鋼，有時出現(xiàn)不能進一步脫硫，吹煉終點的鋼水還常常有增硫現(xiàn)象，這是因為煉鋼過程中鐵水渣、鐵塊、廢鋼、石灰中的硫進入鋼水，而吹煉過程脫硫量低于增硫量所致，吹煉終點增硫量可達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，所以增硫成為生產超低硫鋼種的重大障礙。因此，生產ω〔S〕<0.005％的超低硫鋼種時，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，進一步深脫硫。

1-32  脫硫后扒渣時的鐵損大小與哪些因素有關?

脫硫后扒渣時的鐵損大小與以下因素相關。

(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，可加入適量稠渣劑。

(3)扒渣機工作性能好，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)預處理有何優(yōu)缺點?

鐵水采用三脫預處理的優(yōu)缺點如下：

(1)可實現(xiàn)轉爐少渣冶煉(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，有利于轉爐高速冶煉。

(4)轉爐吹煉終點時鋼水錳含量高，可用錳礦直接完成鋼水合金化。

(5)鐵水采用三脫預處理的缺點是鐵水中發(fā)熱元素減少，轉爐的廢鋼加入量減少。

1-34  為何鐵水脫磷必須先脫硅?

鐵水預脫硅技術是基于鐵水預脫磷技術而發(fā)展起來的。由于鐵水中氧與硅的親和力比磷大，當加入氧化劑脫磷時，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，這個值遠遠低于高爐鐵水的硅含量，也就是說，只有當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，常用高堿度燒結礦粒、氧化鐵皮、鐵礦石鐵錳礦、燒結粉塵、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)在轉爐中進行鐵水脫磷。

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礦粉和螢石粉。若鐵水同時脫磷和脫硫，則先用石灰劑脫磷后，再噴吹蘇打粉(Na2CO3)進一步脫磷和脫硫。

1-37  鐵水三脫預處理，硅、磷、硫含量一般脫到什么水平?

一般來說，煉鋼用鐵水預處理前后的硅、磷、硫含量變化如下：

  鐵水        ω[Si]               ω[P]               ω[S]

預處理前    0.30％～1.25％    0.08％～0.20％    0.02％～0.07％

預處理后    0.10％～0.15％        <0.01％          <0.005％

1-38 采用轉爐雙聯(lián)工藝進行鐵水預處理的特點是什么?

采用轉爐進行鐵水三脫預處理，有利于實現(xiàn)全量(100％)鐵水預處理。此法具有如下特點：

(1)與噴吹法相比，放寬對鐵水硅含量要求。采用轉爐三脫，控制鐵水ω〔Si〕≤0.3％，可以達到脫磷要求，而噴吹法脫磷要求鐵水ω〔Si〕≤0.15％。因此，采用轉爐三脫可以和高爐低硅鐵冶煉工藝相結合，省去脫硅預處理工藝。

(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。通常采用的技術有：使用脫碳轉爐精煉渣作為脫磷合成渣；增大底吹攪拌強度促進石灰渣化并適當增加螢石量；配加石灰粉和轉爐煙塵制成的高堿度低熔點脫磷劑。

(3)嚴格控制處理溫度，避免熔池脫碳升溫。保證脫磷，抑制脫碳。

(4)增強熔池攪拌強度，同時采用弱供氧制度。

(5)渣量減少，冶煉時間縮短，生產節(jié)奏加快，爐齡提高。

來源：鋼鐵技術網