铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置及应用和冶炼法

1.一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，其特征在于，该冶炼方法采用的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置，包括至少一个喷粉罐(1)、至少一个输粉管路(2)、至少一个喷粉枪(3)、预处理器(4)，喷粉罐(1)的底部设有流态化装置(5)和粉料分配器(6)，流态化装置(5)位于粉料分配器(6)的上方，输粉管路(2)的始端连接于粉料分配器(6)的出口，喷粉枪(3)连接于输粉管路(2)的末端，并且喷粉枪(3)安装在预处理器(4)的侧壁上，预处理器(4)上设有排渣装置(7)和出铁口(8)，出铁口(8)位于预处理器(4)的底部，排渣装置(7)位于预处理器(4)的侧壁，预处理器(4)的顶部设有顶吹氧枪(9)、底部安装有底吹透气砖(10)，顶吹氧枪(9)端部设有供氧管路(11)、进水管路(12)和回水管路(13)；
该冶炼方法包括以下步骤：
步骤一：脱硫，开启底吹气体，将铁水倒入预处理器(4)中，使铁水的液面高度低于排渣装置(7)，并且使喷粉枪(3)位于铁水液面以上200-800mm的位置，与铁水液面成20°-70°夹角，开启喷粉罐(1)使粉剂经过流态化装置(5)和粉料分配器(6)，然后以氮气作为喷吹载气通过输粉管路(2)及喷粉枪(3)喷粉，喷粉流量为5-200kg/min，将铁水中硫含量脱至0.001-
0.005％，喷粉脱硫结束后使喷粉枪(3)吹氮气保护，打开排渣装置(7)，倾动预处理器(4)
5°-10°，排出全部脱硫炉渣；
步骤二：脱硅，向预处理器(4)中加入石灰、白云石作为造渣材料，喷吹氮气或氧气保护喷粉枪(3)，继续底吹气体，开启顶吹氧枪(9)喷吹氧气，氧与硅迅速结合生成SiO2进入炉渣，若铁水中初始硅含量＞0.6％，则在脱硅至0.2％以下时，停止顶吹氧枪(9)吹氧，打开排渣装置(7)，倾动预处理器(4)5°-10°排出部分炉渣，若铁水中初始硅含量≤0.6％，则在脱硅至0.2％以下时，排出部分炉渣或不排渣；
步骤三：脱磷，向预处理器(4)中加入石灰，继续吹氮气或氧气保护喷粉枪(3)，利用顶吹氧枪(9)喷吹氧气，并且继续利用底吹透气砖(10)底吹气体，使炉渣与铁水充分接触完成渣-金界面反应脱磷，脱磷至0.02％以下时，停止吹氧，提出顶吹氧枪(9)，打开排渣装置(7)，倾动预处理器(4)5°-10°排出全部脱磷炉渣，然后打开出铁口(8)，将预处理后的硫、硅、磷含量低的铁水流入铁水包中，送至下一工序。
2.根据权利要求1所述的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，其特征在于，所述底吹气体为氮气、氩气或二氧化碳气体。
3.根据权利要求1所述的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，其特征在于，脱硫过程中喷吹的粉剂为镁颗粒、石灰粉和萤石粉中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求3所述的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，其特征在于，脱硫过程中喷吹的粉剂为石灰粉和镁颗粒的混合粉剂；所述镁颗粒为钝化处理后的镁颗粒，其Mg含量≥95.0％，S含量≤0.002％，水分≤0.5％，粒径为0.1-3mm；所述石灰粉的CaO含量≥
88.0％，SiO2含量≤2.5％，S含量≤0.05％，水分≤0.5％，活性度≥280mL/min，粒径＜1mm；
所述萤石粉的CaF2含量≥80％，S含量≤0.2％，水分≤0.5％，粒径＜1mm。
5.根据权利要求3或4所述的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，其特征在于，当脱硫过程中喷吹的粉剂为镁颗粒、石灰粉和萤石粉中的两种以上时，所述喷粉罐(1)的数量为
2或3个，每个喷粉罐(1)装有一种粉剂，在喷粉时同时开启几个喷粉罐(1)，几种粉剂在输粉管路(2)中混合；或者所述喷粉罐(1)和输粉管路(2)的数量相同，均为2或3个，几个喷粉罐(1)分别连接输粉管路(2)，在喷粉时同时开启几个喷粉罐(1)，几种粉剂分别通过输粉管路(2)同时喷入铁水中。

铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置及应用和冶炼法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及钢铁冶炼过程的铁水预处理领域，具体涉及一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置及其应用，以及一种使用该铁水预处理装置的冶炼方法。\n背景技术\n[0002] 铁水预处理三脱工艺是生产超低硫钢、超低磷钢等高品质特殊钢的必要工序，目前的铁水预处理脱硫工艺主要有鱼雷罐车喷粉脱硫、铁水包喷粉脱硫、KR搅拌脱硫等手段。\n鱼雷罐车由于自由空间较小，脱硫效率和效果均受到限制，已极少采用。铁水包喷粉脱硫和KR搅拌脱硫已广泛应用于钢铁企业的生产过程中，取得了良好的脱硫效果，可脱硫至\n0.005％以下，但由于脱硫渣难以清除完全，存在严重的回硫现象，严重影响了脱硫效果。\n[0003] 铁水预处理脱硅和脱磷工艺均在氧化性气氛条件下进行，由于硅和氧的亲和力远大于磷和氧的亲和力，因此在脱磷前必须将硅脱至较低水平。目前的脱磷、脱硅预处理工艺主要有鱼雷罐车脱磷脱硅、铁水包脱磷脱硅、转炉脱磷脱硅等手段。鱼雷罐车由于自由空间较小，搅拌强度小，影响了脱磷和脱硅效果，已不再采用。铁水包喷吹石灰粉、氧化铁粉及萤石粉等粉剂可完成铁水脱磷和脱硅处理，但由于铁水包净空小及造渣困难等因素限制，脱磷热力学和动力学条件较差，脱磷率较低，脱磷效果不稳定。为了提高脱磷率，部分钢铁企业采用专用脱磷转炉进行铁水预处理，由于转炉自由空间大，脱磷的热力学和动力学条件较好，因此，转炉内脱磷效果较好，但转炉脱磷后倒渣困难，出铁时带入大量富含磷的炉渣，存在较严重的回磷现象，且无法将脱硫、脱硅和脱磷同时进行，使用效果也受到限制。\n发明内容\n[0004] 为了使铁水同时脱硫、脱硅、脱磷，解决铁水脱硫、脱磷后的回硫、回磷问题，本发明的目的在于提供一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置及其应用。\n[0005] 本发明的目的还在于提供一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法。\n[0006] 本发明的冶炼方法利用喷粉、吹氧、底吹等手段在该预处理装置的预处理器内完成铁水脱硫、脱硅、脱磷，有利于脱硫、脱磷后炉渣及铁水的排出。\n[0007] 为了达到上述目的，本发明提供一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置，如图1所示，该预处理装置包括至少一个喷粉罐1、至少一个输粉管路2、至少一个喷粉枪3、预处理器4，喷粉罐1的底部设有流态化装置5和粉料分配器6，流态化装置5位于粉料分配器6的上方，以保证罐内的粉剂不结坨且流动性良好，并满足喷粉脱硫过程的平稳喷吹，输粉管路2的始端连接于粉料分配器6的出口，喷粉枪3连接于输粉管路2的末端，并且喷粉枪3安装在预处理器4的侧壁上，预处理器4上设有排渣装置7和出铁口8，出铁口8位于预处理器4的底部，排渣装置7位于预处理器4的侧壁，预处理器4的顶部设有顶吹氧枪9、底部安装有底吹透气砖10，顶吹氧枪9端部设有供氧管路11、进水管路12和回水管路13，供氧管路11用于提供脱硅、脱磷过程氧化反应所需的氧气，进水管路12和回水管路13通冷却水以提高氧枪寿命。\n[0008] 在上述的预处理装置中，优选地，所述喷粉罐1的数量为2或3个，所述输粉管路2的始端分为2或3个支路分别连接于2或3个喷粉罐1的粉料分配器6的出口；或者所述喷粉罐1和输粉管路2的数量相同，均为2或3个，几个喷粉罐1分别连接输粉管路2。\n[0009] 在上述的预处理装置中，优选地，连接于同一个输粉管路的喷粉枪3的数量为1-3支，所述喷粉枪3的枪体为不锈钢枪体，枪体周围包裹耐火材料保护。\n[0010] 在上述的预处理装置中，优选地，所述预处理器4为一侧面具有出铁区的炉体，其侧部横截面为圆形，该出铁区成炉嘴状，所述出铁口8位于预处理器4出铁区的底部，所述预处理器4的底部为两个弧度不同的球面的组合，如图3所示，其中具有出铁口的那部分球面的弧度小于另一部分球面的弧度。采用该炉底结构，可保证铁水经预处理后能够顺利从炉底出铁口流出，与传统铁水预处理器相比，解决了扒渣困难的问题，防止回硫、回磷现象。\n[0011] 在上述的预处理装置中，优选地，所述底吹透气砖10的数量为3-12支。\n[0012] 在上述的预处理装置中，优选地，所述顶吹氧枪9采用超音速氧枪喷头，供氧强度为1.2-4.0Nm3/min/t铁水。\n[0013] 本发明还提供一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，该冶炼方法包括以下步骤：\n[0014] 步骤一：脱硫，开启底吹气体，防止底吹透气砖堵塞，将铁水倒入预处理器4中，使铁水的液面高度低于排渣装置7，并且使喷粉枪3位于铁水液面以上200-800mm的位置，与铁水液面成20°-70°夹角，开启喷粉罐1使粉剂经过流态化装置5和粉料分配器6，然后以氮气作为喷吹载气通过输粉管路2及喷粉枪3喷粉，喷粉流量为5-200kg/min，将铁水中硫含量脱至0.001-0.005％，利用氮气作为喷吹载气，将喷粉罐1内的脱硫剂通过输粉管路2和喷粉枪\n3喷吹至预处理器内的金属液中，利用喷粉载气的强烈搅拌作用以及粉剂的比表面积大的特点，实现粉剂-金属液的充分接触，完成脱硫反应，喷粉脱硫结束后使喷粉枪3吹氮气保护，打开排渣装置7，倾动预处理器4约5°-10°，排出全部脱硫炉渣，防止铁水回硫；\n[0015] 步骤二：脱硅，向预处理器4中加入石灰、白云石作为造渣材料，喷吹氮气或氧气保护喷粉枪3，继续底吹气体以强化搅拌作用，开启顶吹氧枪9喷吹氧气，氧与硅迅速结合生成SiO2进入炉渣，若铁水中初始硅含量＞0.6％，则在脱硅至0.2％以下时，停止顶吹氧枪9吹氧，打开排渣装置7，倾动预处理器4约5°-10°排出部分炉渣(排出的部分炉渣的量可以由本领域技术人员进行常规的调控)，若铁水中初始硅含量≤0.6％，则在脱硅至0.2％以下时，可以排出部分炉渣或者也可不排渣；\n[0016] 步骤三：脱磷，向预处理器4中加入石灰，继续吹氮气或氧气保护喷粉枪3，利用顶吹氧枪9喷吹氧气以氧气射流实现快速化渣，并且继续利用底吹透气砖10底吹气体以增强搅拌能力，使炉渣(泡沫渣)与铁水充分接触完成渣-金界面反应脱磷，脱磷至0.02％以下时，停止吹氧，提出顶吹氧枪9，打开排渣装置7，倾动预处理器4约5°-10°排出全部脱磷炉渣，防止出铁过程中带入高磷炉渣导致回磷，然后打开出铁口8，将预处理后的硫、硅、磷含量低的铁水流入铁水包中，送至下一工序。\n[0017] 在本申请中，如无特别说明，所有百分含量(％)均为重量百分含量。\n[0018] 在上述的冶炼方法中，优选地，顶吹氧枪9喷吹氧气的供氧强度为1.2-4.0Nm3/min/t铁水。脱硅、脱磷步骤中的顶吹氧枪喷吹氧气的流量可以相同也可以不同。\n[0019] 在上述的冶炼方法中，优选地，所述底吹气体为氮气、氩气或二氧化碳气体。通过底吹氮气、氩气或二氧化碳气体加强搅拌作用，增加脱硫、脱硅、脱磷的动力学条件。底吹气体的供气强度为0.02-0.25Nm3/min/t铁水。脱硫、脱硅、脱磷步骤中的底吹气体的流量可以相同也可以不同。\n[0020] 在上述的冶炼方法中，优选地，脱硫过程中喷吹的粉剂为镁颗粒、石灰粉和萤石粉中的一种或几种的组合。更优选地，脱硫过程中喷吹的粉剂为石灰粉和镁颗粒的混合粉剂。\n[0021] 在上述的冶炼方法中，优选地，所述镁颗粒为钝化处理后的镁颗粒，其Mg含量≥\n95.0％，S含量≤0.002％，水分≤0.5％，粒径为0.1-3mm；所述石灰粉的CaO含量≥88.0％，SiO2含量≤2.5％，S含量≤0.05％，水分≤0.5％，活性度≥280mL/min，粒径＜1mm；所述萤石粉的CaF2含量≥80％，S含量≤0.2％，水分≤0.5％，粒径＜1mm。其中，镁颗粒的钝化处理为本领域的常规技术手段，此处不再对其具体步骤进行赘述。\n[0022] 在上述的冶炼方法中，优选地，当脱硫过程中喷吹的粉剂为镁颗粒、石灰粉和萤石粉中的两种以上时，所述喷粉罐1的数量为2或3个，所述输粉管路2的始端分为2或3个支路分别连接于2或3个喷粉罐1的粉料分配器6的出口，每个喷粉罐1中装有一种粉剂，在喷粉时同时开启几个喷粉罐1，几种粉剂在输粉管路2中混合；或者所述喷粉罐1和输粉管路2的数量相同，均为2或3个，几个喷粉罐1分别连接输粉管路2，在喷粉时同时开启几个喷粉罐1，几种粉剂分别通过输粉管路2同时喷入铁水中。\n[0023] 在上述的冶炼方法中，优选地，脱硅和脱磷过程中加入的石灰和上述石灰粉的成分组成、活性度和粒径的要求相同。在脱硅过程中加入的白云石为本领域常规采用的白云石。在脱硅过程中加入的石灰的量为2-20kg/t铁水，白云石的量为1-10kg/t铁水。在脱磷过程中加入的石灰的量为5-20kg/t铁水。\n[0024] 本发明还提供上述的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置在铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的三脱预处理过程中以及铁水单独脱硫、脱硅或脱磷的过程中的应用。相应地，本发明的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法中的三个步骤也可以单独使用。\n[0025] 采用本发明的预处理装置及冶炼方法可实现铁水同时脱硫、脱硅、脱磷，可将铁水中硫含量脱至0.001-0.005％，磷脱至0.02％以下，脱硫、脱磷后的高硫、高磷炉渣可及时从排渣装置排出，防止铁水脱硫、脱磷后的回硫、回磷现象，适用于冶炼高品质钢种。另外，本发明的预处理装置和冶炼方法也可在单独脱硫、脱硅或脱磷时使用。\n附图说明\n[0026] 图1为本发明的一个具体实施方式的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置的结构示意图。\n[0027] 图2为本发明的另一个具体实施方式的铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置的结构示意图。\n[0028] 图3为本发明的预处理装置中的预处理器的底部结构示意图。\n[0029] 主要组件符号说明：\n[0030] 1.喷粉罐，2.输粉管路，3.喷粉枪，4.预处理器，5.流态化化装置，6.粉料分配器，\n7.排渣装置，8.出铁口，9.顶吹氧枪，10.底吹透气砖，11.供氧管路，12.进水管路，13.回水管路。\n具体实施方式\n[0031] 为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。\n[0032] 实施例1\n[0033] 本实施例提供一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的预处理装置，如图2所示，该预处理装置包括两个喷粉罐1、两个输粉管路2、四支喷粉枪3、一个预处理器4，两个喷粉罐1的底部均设有流态化装置5和粉料分配器6，流态化装置5位于粉料分配器6的上方，以保证罐内的粉剂不结坨且流动性良好，并满足喷粉脱硫过程的平稳喷吹，两个输粉管路2的始端分别连接于两个喷粉罐1的粉料分配器6的出口，每个输粉管路2的末端连接有两支喷粉枪3，并且喷粉枪3安装在预处理器4的侧壁上，喷粉枪3的枪体为不锈钢枪体，枪体周围包裹耐火材料保护，预处理器4上设有排渣装置7和出铁口8，出铁口8位于预处理器4的底部，排渣装置7位于预处理器4的侧壁，预处理器4的顶部设有顶吹氧枪9、底部安装有底吹透气砖10，底吹透气砖10的数量为4支，顶吹氧枪9采用四孔超音速喷枪，供氧强度为1.5Nm3/min/t铁水，顶吹氧枪9端部设有供氧管路11、进水管路12和回水管路13，供氧管路11用于提供脱硅、脱磷过程氧化反应所需的氧气，进水管路12和回水管路13通冷却水以提高氧枪寿命，所述预处理器4为一侧面具有出铁区的炉体，其侧部横截面为圆形，该出铁区成炉嘴状，所述出铁口8位于预处理器4出铁区的底部，所述预处理器4的底部为两个弧度不同的球面的组合，如图3所示，其中具有出铁口的那部分球面的弧度小于另一部分球面的弧度。\n[0034] 实施例2\n[0035] 本实施例提供一种铁水同时脱硫、脱硅、脱磷的冶炼方法，采用实施例1中的预处理装置对150吨铁水同时脱硫、脱硅、脱磷，该冶炼方法包括以下步骤：\n[0036] 步骤一：脱硫，开启底吹气体，流量为270Nm3/h，防止底吹透气砖堵塞，将铁水倒入预处理器4中，使铁水的液面高度低于排渣装置7，并且使连接于两个输粉管路的四支喷粉枪3均位于铁水液面以上300mm的位置，与铁水液面成45°夹角，开启装有石灰粉的喷粉罐1开始喷吹石灰粉，使石灰粉经过流态化装置5和粉料分配器6，然后以氮气作为喷吹载气通过输粉管路2，石灰粉喷粉速率为30kg/min，喷吹时间为10-15min，石灰粉消耗量为3kg/t铁水，同时开启装有镁颗粒的喷粉罐1开始喷吹镁颗粒，镁颗粒喷粉速率为6kg/min，喷镁颗粒的时间为10-13min，镁颗粒消耗量为0.5kg/t铁水，镁颗粒和石灰粉分别通过输粉管道2和喷粉枪3喷出，将铁水中硫含量脱至0.005％以下，喷粉脱硫结束后使喷粉枪3吹氮气保护，打开排渣装置7，倾动预处理器4约5°-10°，排出全部脱硫炉渣，防止铁水回硫；\n[0037] 其中，镁颗粒为钝化处理后的镁颗粒，其Mg含量≥95.0％，S含量≤0.002％，水分≤0.5％，粒径为0.5-2mm；石灰粉的CaO含量≥90.0％，SiO2含量≤2.0％，S含量≤0.05％，水分≤0.5％，活性度≥300mL/min，粒径＜1mm；\n[0038] 步骤二：脱硅，向预处理器4中加入石灰5kg/t铁水、白云石3kg/t铁水作为造渣材料，喷吹氮气保护喷粉枪3，继续底吹气体以强化搅拌作用，底吹气体流量为270Nm3/h，开启\n3\n顶吹氧枪9喷吹氧气，供氧流量为13000Nm/h，氧与硅迅速结合生成SiO2进入炉渣，本次处理的铁水中初始硅含量＞0.6％，所以在脱硅至0.2％以下时，停止顶吹氧枪9吹氧，打开排渣装置7，倾动预处理器4约5°-10°排出部分炉渣；\n[0039] 步骤三：脱磷，向预处理器4中加入石灰8kg/t铁水，继续吹氮气保护喷粉枪3，利用顶吹氧枪9喷吹氧气，顶吹氧枪9喷吹氧气流量为12000Nm3/h，实现快速化渣，并且继续利用底吹透气砖10底吹气体，底吹气体流量为350Nm3/h，增强脱磷过程的搅拌能力，使炉渣(泡沫渣)与铁水充分接触完成渣-金界面反应脱磷，脱磷至0.02％以下时，停止吹氧，提出顶吹氧枪9，底吹气体流量调整为270Nm3/h，打开排渣装置7，倾动预处理器4约5°-10°排出全部脱磷炉渣，防止出铁过程中带入高磷炉渣导致回磷，然后打开出铁口8，将预处理后的硫含量＜0.005％、硅含量痕迹、磷含量＜0.02％的铁水流入铁水包中，送至下一工序。