1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析

1.1课题目的及意义

钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志，钢铁发展直接影响着与其相关的国防工业及建筑、机械、造船、汽车、家电等行业。随着国际产业的转移和中国国民经济的快速发展，中国钢铁工业取得了巨大成就。
　　我国又是钢铁生产和消费的大国，粗钢产量连续13年居世界第一。进入21世纪以来，我国钢铁产业快速发展，粗钢产量年均增长21.1%。2008年，粗钢产量达到5亿吨，占全球产量的38%，国内粗钢表观消费量4.53亿吨，直接出口折合粗钢6000万吨，占世界钢铁贸易量的15%^[1]。 随着产量和消费量高速增长，现已成为世界第一钢铁生产和消费大国。从1996年我国钢产量突破1亿吨开始，已连续9年保持钢产量世界第一。在这之后，我们仅用7年时间，使我国在2003年的钢产量突2亿吨，再次创造了世界钢铁发展史上的奇迹。随着我国国民经济的持续稳定发展，对钢材的市场需求必将保持一种强劲的势头。其理由有三：一是我国要尽快实现现代化的目标，而实现现代化的一个很重要的内容就是实现工业现代化，钢材是工业现代化发展的不可缺少的基础原材料；二是我国的固定资产投资尽管会有调整，但投资水平仍保持不断增长，特别是一些国家重点工程项目的建设，如南水北调、西气东输、青藏铁路、三峡工程、奥运工程、能源战略，以及国家实施的西部大开发和振兴东北老工业基地等都将进一步促进对钢材的大量需求；三是随着人民生活的不断改善和提高，我国的城市化建设以及人们对住房、汽车、耐用消费品等社会消费的需求不断增长。我国虽已成为钢铁大国，但不是钢铁强国。我国的国民经济建设大量需要钢材，这为钢铁工业发展提供了良好机遇。我国钢铁工业的发展应积极贯彻国家一系列宏观调控政策，进一步落实我国钢铁行业优化工艺及调整产品结构的措施。^[2]

钢铁企业的技术装备水平得到较大提高。特别是二十世纪九十年代以来，我国钢铁工业获得了长足进步：新建的一大批具有世界先进水平的大型高炉、大型转炉和电炉、炉外精炼、连铸、热连轧、冷连轧、涂镀层生产线、冷轧硅钢生产线、高速线材轧机、连续小型棒材轧机的建成投产等，使我国钢铁行业的装备水平有了显著提高。特别是我们正在进行的为配合我国家电、轿车、石油、建筑、造船等行业走向世界，钢铁行业”十五”技术改造完成后，再经过”十一五”的努力，我国整个钢铁工业的工艺和装备水平将会发生新的质的飞跃。可以预言21世纪世界钢铁工业的希望在中国。

2003 年我国转炉钢产量已接近11 9 亿t, 占我国钢产量的85.12%, 约占世界转炉钢的25%。50~300 t 转炉由2001 年的75 座增至2003 年的134 座, 工艺技术进一步优化。我国转炉冶炼新钢种和优质钢种增长迅速, 其中包括低合金、耐候钢、TRIP( 相变诱发塑性) 钢以及合金结构钢、齿轮钢、轴承钢、锅炉用钢等特殊钢。今后转炉钢的增长主要是对条件较好转炉钢厂挖潜改造, 进一步提高装备水平、扩大品种、提高质量以及降低消耗, 改善环境。^[3]

近年来，随着我国钢铁工业现代化的发展，环境管理和技术也有很大的变化，但是，钢铁工业是污染大户，同时也是资源和能源消耗比较多的工业部门之一。据统计，我国钢铁工业的能耗占全国的10%以上，能源消耗构成中煤炭约占70%。因此，在钢铁工业进一步发展中在重视环境保护工作的同时，应向再资源化，在能源化和清洁生产方向发展。^[4]

毕业设计对于每个大学生来说都是一个必不可少的工作，它是在老师的指导下充分利用自己所学的专业知识、图书馆以及互联网上的资源，独立完成所选设计课题的过程。而通过此次以”设计一座华南地区年产860万吨钢全连铸转炉炼钢车间”为课题，会使我对整个炼钢车间分布以及整个炼钢工艺流程有更深的了解和认识，并且锻炼我的查阅，分析，绘图等方面的能力，为我将来的工作打下更坚实的基础。

1.2国内外研究现状分析

1.2.1国外研究现状分析

　 贝斯麦转炉和托马斯转炉的先后发明, 开启了人类大规模炼钢的新时代。20 世纪中期, 随着工业制氧技术的发展成熟, 奥地利在林茨#183; 道纳维茨厂成进行了转炉顶吹高速氧气的试验, 即LD 炉, 与平炉、电炉相比, 氧气转炉具有效率高、能耗少等优点, 得到迅速推广, 成为世界主要的炼钢生产手段, 2006年世界氧气转炉炼82386.2万吨, 占当年全球钢产量的66.4%。^[5]

1965年，加拿大液化空气公司成功研制了双层管氧气喷嘴。1967年，德国马克西米利安公司引进了此喷嘴技术，并且成功开发了低吹氧气转炉炼钢技术，称为OBM法。此喷嘴内层钢管通氧气，钢管与外层无缝管的环缝中通碳氢化合物，利用包围在氧气外层的碳氢化合物的裂解吸热和形成还原性气幕冷却保护氧气喷嘴。与此同时，比利时，法国研制成功与OBM相似的方法，法国命名为LMS法，他们是以液体的燃料油作为氧气喷嘴的冷却介质，在30t OBM炉上取得了较好的效果，钢中N从100#215;10^-6降到20#215;10^-6，炉子寿命由100次增到200次以上。1971年，美国钢铁公司引进了OBM法，1972年建设了3座200t低吹氧气转炉，命名为Q-BOP法。此后，低吹氧气转炉在欧洲，美国和日本又得到了进一步发展。^[6]

70年代后期英国、日本、西德、苏联、美国、法国等对水平连铸都进行了大量的研究工作．目前英国戴维#8212;#8212;劳威公司，日本钢管公司。日本住友金属工业公司．美国通用汽车公司．西德工艺铸造公司．西德伯勒公司．苏联土拉黑色冶金联合企业都已进入水平连铸钢的工业生产阶段。^[7]

1.2.2国内研究现状分析

转炉炼钢主要炉料的生铁逐年增长, 为转炉炼钢钢产量的大幅度增长提供了良好而充裕的原料条件, 与世界各主要产钢国家相比, 我国铁钢比较高, 近年来我国生铁产量及铁钢比如表1所示。由于我国废钢资源短缺(仅2001年进口废钢量已达9781693万t ), 电力缺乏, 电价偏高, 致使电炉钢产量的增长受到一定程度的制约,平炉淘汰, 生铁资源的充裕, 给转炉钢产量的增长提供了良好条件, 因此转炉钢产量2000#8212;2003年来获得了快速增长。

表1 我国生铁产量及铁钢产量

	2000	2001	2002	2003
生铁产量/万t	13103.42	15554.25	16908.05	20231.19
钢产量/ 万t	12850	15103	18225	22234
铁/ 钢比	1.02	1.028	0.928	0.91

大中型重点钢铁企业转炉钢产量占主导地位近年来, 由于新建了一批大、中型转炉以及原有小型转炉的扩容改造, 使转炉炼钢厂生产规模均有所扩大, 因此大、中型转炉钢产量大幅度提高。 全国年产量200万t以上的大中型钢铁企业的产钢量已占全国钢总产量82.14%大型钢铁(集团)企业(gt;500万t/a) 数量增多, 为发展转炉炼钢提供了有利条件。全国年产超过500万t钢铁企业数， 由2001年的4家增至2003年的13家,钢产量由2001 年4326万t增至2003年9789万t。^[8]

近10年我国钢铁工业迅速发展，其标志是:

1 市场繁荣，钢铁产量迅速增长;

2 生产规模日益扩大，至2003年钢铁生产能力突破2亿t;

3 钢铁产品质量不断提高，绝大多数品种可以满足国内市场需求;

4 钢铁生产技术迅速进步，不少钢铁厂已完成现代化改造。展望未来，钢铁工业的发展面临着机遇和挑战:

一方面，国内大规模建设需要大量钢材，制造业发展提供了对高品质、高附加值钢材的市场需求, 是我国钢铁工业发展的良好机遇。另一方面，钢铁工业的发留下较小的利润空间。面对挑战, 迫切要求国内钢铁厂必须继续努力，提高生产效率, 降低能源与原材料消耗，减轻对环境的污染和降低生产成本。^[9]

1952 年氧气顶吹转炉在奥地利林茨#183; 道纳维茨(Linz,Donawitz)钢厂诞生，简称LD, 其后陆续在一些国家获得广泛采用。1964年我国第1家氧气顶吹转炉炼钢厂在首钢建成投产,与此同时我国太钢从奥钢联引进了2台50t氧气顶吹转炉,使我国的氧气顶吹转炉炼钢进入了发展的初始阶段。20世纪60年代中期, 我国设计、科研、制造、生产人员共同协作, 开展了大型氧气顶吹转炉炼钢厂的设计, 1971年容量120t的大型转炉炼钢厂于1971年在攀枝花钢铁公司顺利建成投产。1978 年我国宝钢首次从国外引进了300t大型转炉成套设备, 1985年建成投产。通过对宝钢引进大型转炉炼钢技术的学习、消化, 于20世纪90年代中、后期, 又在宝钢二炼钢厂、武钢三炼钢厂、鞍钢三炼钢厂、首钢炼钢厂先后建成投产了180t、210t、250t大型氧气顶底复吹转炉, 从此,我国转炉炼钢进入了高速发展期。1996年我国钢产量首次突破1亿t, 转炉钢产量已达6947.5万t; 占全国总钢产量的68.16% 。1999 年我国转炉钢产量突破1亿t ; 达到10247.2万t; 占全国钢产量比重上升到82.17% 。近年来, 转炉钢产量持续处于高速增长态势, 2002年我国转炉钢产量高达15330万t , 仅时隔3年转炉钢产量增长近50% 。1994年我国1384万t，平炉钢产能至2002年已全部被转炉钢所取代。据统计, 2003年我国转炉钢产量已近119亿t, 约占世界转炉钢产量的25%以上。^[10]

我国于80 年代初首先在首钢、新抚钢6t转炉上开展复吹工艺试验。1 9 8 2 年通过冶金部技术鉴定。其后, 鞍钢、首钢、武钢、太钢、上钢一厂、上钢五厂、马钢和攀钢等厂也相继进行复吹试验, 截止”六五”末, 国内共有19 个工厂(车间)计3 6 座转炉改造成复吹转炉进行试生产。复吹累计产钢约1000万吨, 取得了不同程度的冶金效果和经济效益。”七五”期间, 我国的复吹水平又上了一个新台阶,试验研究成功了许多各具特色的转炉复吹技术, 复吹累计产钢2969万吨, 经济效益十分显著, 转炉采用复吹工艺也促进了一些相关技术的发展; 如底吹气源技术、供气元件的开发与使用维护技术、吹炼过程控制及工艺软件技术、二次燃烧热补偿技术等。鞍钢利用石灰窑产生的废气, 用碳酸钠溶液吸收法制造COZ。上钢一厂及上钢五厂利用转炉煤气, 用热钾碱液循环吸收法生产COZ作底吹搅拌气源，具有冷却强度大、易形成金属蘑菇头而保护透气元件, 生产成本低等优点, 很有推广价值。鞍钢使用CO混合气体作底吹气源后, 180t转炉的透气元件寿命已达到1255炉国内复吹最早使用的透气元件均为单管式, 后又发展为弥散型和片状式, 现大多数厂家都采用了等静压成型、体积密度大、抗高温侵蚀能力强的镁碳质多孔细金属管透气砖(MHP), 经辅以炉底维护措施后, 使透气元件的使用寿命明显延长。如武钢50t复吹转炉的透气元件平均侵蚀速率仅为0.237mm/炉, 已达到国际先进水平。在工艺软件方面, 鞍钢、武钢等开发了适合于不同钢种的吹炼供气模式, 上钢五厂开发了冶炼不锈钢的复吹工艺,南钢开发了高压复吹工艺(供气1.3~1.6MPa ,供气强度达到0.01 ~ 0.2 t#183; m in ) ,缩小了我国与世界先进国家在转炉复吹技术上的差距。在转炉热补偿技术方面,首钢、鞍钢、唐钢、攀钢和南钢与科研院所及大专院校合作, 开发成功了多种形式的二次燃烧氧枪及应用技术, 取得了较好的冶金效果。^[11]

尽管我国转炉炼钢技术取得了长足的发展，但与一些钢铁工业发达的国家相比，在能耗、工艺技术装备水平、高附加值钢种的生产比率以及产品质量等方面尚有一定差距，有待于今后进一步改善和提高。^[12]

1.3铁水预处理

1.3.1铁水预处理的现状

近年来, 我国的铁水预处理技术有较快的发展, 特别是铁水的炉外脱硫技术已日趋成熟, 积累了许多经验, 宝钢、武钢、太钢、宣钢、酒钢、攀钢等厂的脱硫设备均已投入正常工业生产, 包钢的铁水同时脱磷、脱硫工业试验于1988年通过了冶金部的技术鉴定。在实验室研究方面,东北工学院、冶金部钢铁研究总院等单位进行了大量的铁水预处理技术的开发研究工作。目前, 我国进行铁水炉外预处理, 主要是铁水脱硫。如包钢、宣钢等厂, 高炉碱负荷高, 为使高炉操作顺行, 则需要适当降低炉渣碱度, 以增加高炉的排碱能力;而炉渣碱度的降低, 将使铁水的硫含量升高，甚至造成号外铁, 直接影响着炼钢生产的各项经济技术指标。因此，采用铁水近年来, 宝钢、武钢、太钢分别引进了日本的铁水炉外脱硫及铁水全面预处理技术, 使我国的铁水预处理技术跨上了新台阶。武钢从日本新日铁引进的KR铁水脱硫装置于1979年5月建成投产, 主要配合无取向硅钢的生产, 并为低硫新品种钢提供铁水。该脱硫装置具有脱硫效率高, 脱硫剂耗量少、铁水温降小、处理时间短、金属损耗低及耐火材料消耗低等特点。脱硫装置由扒渣机、搅拌器和脱硫剂输送系统三个主要部分组成。原引进的KR脱硫技术中, 脱硫剂采用CaC,它虽具有脱硫能力强,脱硫速度快等优点, 但在实际生产中存在如下缺点: 一是安全问题, lt; l m m的CaC；粉末极易与水和空气中的水份发生反应, 生成乙炔气体, 易燃易爆, 因此在加工、贮存运输和使用过程中需要一系列的安全保护措施; 二是价格昂贵, 加工困难。因此, 武钢新研制了一种无炭CaO基脱硫剂, 该脱硫剂完全可以取代原CaC粉剂,已于1989年9月通过了冶金部组织的鉴定。使用这种脱硫剂, 除经济安全外, 脱硫效果与原引进工艺相同。宝钢一期工程从日本新日铁引进了二套T D S法铁水预脱硫设备, 1985年9月建成投产。在二期工程中, 宝钢建有两台大型板坯连铸机, 同时建立了铁水三脱预处理站, 将原脱硫间的二条脱硫线改造一条三脱处理线, 于1990 年5月投产, 年处理铁水约30万吨。宝钢铁水三脱均在300t鱼雷罐车内进行, 按脱硅、脱磷、脱硫顺序进行处理。脱磷使用Cao、CaF₂: 和氧化铁皮组成的复合脱磷剂, 并有一定的脱硫作用, 所以, 对于不要求含硫极低的铁水就不再进行深脱硫。宝钢的三脱处理使用同一根喷枪, 不提枪即可进行脱磷剂和脱硫剂的切换, 操作方便。三脱处理线也能单独进行脱硫处理。太钢从日本住友金属公司引进顶喷法三脱设备, 于1988年建成了铁水脱硅、脱磷、脱硫预处理站。三年多的工业试生产使太钢铁水三脱处理工艺与设备日臻完善, 主要技术经济指标已达到和超过原引进技术的工艺规定值。太钢铁水脱磷和脱硫分别进行处理, 需脱硫的铁水直接送二炼钢铁水预处理站, 扒渣后进行脱硫处理;而需脱磷的铁水则首先在高炉出铁场预脱硅, 然后送预处理站进行二次喷粉脱硅至si lt; 0.15 % 后, 再喷粉脱磷。使用经过处理的铁水炼钢, 其冶金效果和经济效益都得到明显的改善。

1.3.2铁水预处理的发展概况

西欧、日本早在20世纪60~ 70年代就在铁水脱硫预处理理论研究的基础上在工业上进行了应用。国内武钢二炼钢1979年引进了日本新日铁的机械搅拌法(KR)铁水脱硫装置, 北台, 天钢, 宣钢, 冷水江, 攀钢, 酒钢等企业先后由国内自主开发了喷吹石灰、萤石的脱硫方法。1985年宝钢一炼钢引进日本鱼雷罐车内喷吹石灰、萤石的脱硫装置。武钢一炼钢开发的镁基混合喷吹工艺, 1998年宝钢, 鞍钢, 包钢引美国ESM 公司镁基复合喷吹技术, 本钢引进了霍戈文镁基复合喷吹法脱硫技术。近年我国铁水预处理有了强劲发展, 随着钢产量从1996 年1亿t发展到2004 年的2.725亿t , 近5 年来全国共计建设了约80 多套铁水脱硫预处理装置, 处理能力近7000万t。新建设的铁水脱硫预处理生产线使用的脱硫工艺主要有KR法和喷吹法, 处理容器基本上为转炉铁水罐。近几年来铁水脱硫预处理的发展还有以下特点:

( 1) 铁水脱硫每罐铁水容量从50t(石钢等)到300t(宝钢)不等。

( 2) 脱硫剂主要为石灰和金属镁, 既有以单独一种粉剂作脱硫剂的( 如武钢一炼钢, 邯钢三炼钢等) , 也有以一种粉剂为基础的复合粉剂作脱硫剂的( 如包钢, 梅钢等) 。

( 3) 以金属镁作脱硫剂得到了大力发展, 使用镁及镁基脱硫剂的生产线占到了80 %以上) 。

( 4) 大部分为引进国外先进的脱硫预处理工艺。如日本的KR法, 北美、西欧的镁基复合喷吹技术, 乌克兰的单吹颗粒镁喷吹技术。

( 5) 在工艺相似的情况下, 引进技术来自不同的技术供应商。如复合喷吹法既有美国ESM 公司，加拿大DANIELI CORUS(原霍戈文)公司 ，还有日本DIAMOND公司等。

( 6) 我国在早期引进国外先进技术的基础上改进的自主知识产权开发技术也在发挥着作用。如国内开发的纯镁喷吹技术也得到广泛应用(如马钢等) 。

( 7) 有很多生产线是对落后处理工艺的改造和替代。如武钢一炼钢2001 年以纯镁喷吹替代原有镁、石灰混合喷吹工艺; 太钢改造原三脱设施。

( 8) 还有在原生产线基础上的增建。如宝钢,鞍钢2003年再次引进ESM镁基复合喷吹技术; 本钢2004 年引进Danieli Corus镁基复合喷吹技术; 武钢二炼钢增建1套KR法脱硫装置。

( 9) 除在上世纪引进后改良的KR法、镁基复合喷吹法占有很大市场外, 乌克兰(Desmag)公司颗粒镁喷吹技术自武钢一炼钢项目进入我国后短短几年内也发展十分迅速(如首钢、青钢、邯钢三炼钢、唐钢等) 。德国Polysius公司镁基复合喷吹技术,在2003年也进入到中国, 如鞍钢大脱硫, 新区260t转炉车间脱硫均采用这一技术。虽然近几年铁水脱硫预处理得到发展, 但对我国钢产量来说, 其比例与先进国家水平相比还相差甚远。^[13]

1.3.3铁水预处理的应用方法

1铁水预脱硫

通过铁水预脱硫，可以放宽对高炉铁水硫含量的限制，减轻高炉脱硫负担，降低焦比，提高产量。采用低硫铁水炼钢，可减少渣量和提高金属收得率。铁水预处理脱硫与炼钢炉和二次精炼脱硫相结合，可以实现深脱硫，为冶炼超低硫钢创造条件，满足用户对钢材品质不断提高的要求，有效提高钢铁生产流程的综合经济效益。铁水预脱硫的方法很多，主要有投掷法(将脱硫剂投入铁水中) 、喷吹法(将脱硫剂喷入铁水中)和搅拌法( KR法) 目前，脱硫预处理容器多用混铁车和铁水包。混铁车预脱硫处理具有动力学缺陷，受工艺制约，物流匹配难度大，在铁水运输、存放、兑铁过程，回硫在0.001% ～ 0.003%。为保证混铁车的脱硫效果，必须对混铁车脱硫前后进行扒渣，不仅影响了混铁车的周转和调配，而且降低了金属收得率。混铁车顶喷法罐内流场极不均匀，漩涡横向发展，造成的死角多，尤其是鱼雷罐两头和底部的铁水流动性较差，很大程度上恶化了脱硫的动力学条件; 由于喷吹搅拌对上述区域的铁水影响较小，粉剂不易到达，加之粉剂很快上浮。所以，混铁车铁水脱硫的效果较差。铁水包脱硫处理时间短、粉剂消耗低、可以深脱硫、综合处理成本最低。铁水包脱有喷吹法喷吹法脱硫的基本原理是靠一定压力和流量的载气，把脱硫剂喷入到铁水中。脱硫剂在上浮的过程中与铁水中的硫发生化学反应，同时载气和脱硫剂的冲击与上浮能够搅拌铁水，但其上浮造成的铁水对流运动很弱，只有部分脱硫剂与硫反应，脱硫剂耗量比KR法大，脱硫效率较低。搅拌脱硫法(KR法) 将一个外衬耐火材料的搅拌器插入铁水罐内，搅拌器旋转搅动铁水，产生漩涡，经过称量的脱硫剂由给料器加入到铁水表面，并被漩涡卷入铁水中，与高温铁水混合、反和搅拌法(KR法)两种。铁水包喷吹法脱硫应，达到脱硫的目的。该脱硫方法大大改善了脱硫的动力学条件，具有脱硫效率高、脱硫剂消耗少、作业时间短、金属收得率高、耐火材料消耗低等特点。KR 法脱硫剂一般以石灰为主，成本低，脱硫效果好。武钢的KR法生产实践表明，搅拌5 min就可使脱硫剂得到充分的利用，脱硫速度快、效果好，铁水原始的硫质量分数为0.03%时，处理终点硫的质量分数可达0.001%以下。综合比较，铁水包KR法脱硫的动力学条件优越。^[14]

2铁水预脱硅

预脱硅是铁水脱磷的必要条件，有利于减少石灰加入量和渣量，并在低碱度下脱硅成本低。铁水中目标硅含量: 喷吹苏打脱磷预处理时，硅质量分数在0．1%以下; 喷吹CaO－CaF₂熔剂脱磷预处理时，硅质量分数在0.15% ～ 0.20%。工艺方法括高炉出铁场的出铁沟、鱼雷罐车、铁水罐和转炉喷吹脱硅。高炉出铁场出铁沟、鱼雷罐车和铁水罐预脱硅采用喷吹Fe₂O₃和少量CaO熔剂，铁水表面吹氧。为了提高脱硅反应速度、充分利用脱硅剂，必须加强搅拌，以降低扩散层厚度和增加反应界面。鱼雷罐车和铁水包的容积小，容易产生喷溅，限制了喷吹的强度。而转炉熔池大，渣层较薄，渣铁接触面积大于鱼雷罐车和铁水包; 炉容比大，几乎不存在喷溅问题，可以允许更高的喷吹强度，若同时底吹，可进一步改善动力学条件，缩短了脱硅处理时间脱硅的主要目的是脱磷，在氧化脱磷时，由于SiO₂比P₂O₅更稳定，Si比P优先氧化。因此在铁水硅质量分数较高(＞0.2%) 时，将有一部分脱磷剂用于硅的氧化而使脱磷反应滞后，脱磷剂用量增加。降低铁水硅含量对脱磷有利。通常，用苏打脱磷时，容易形成低熔点的渣，铁水中硅质量分数最好低于0.1%; 对于用石灰剂脱磷，为促进石灰熔解和增加渣的流动性，铁水硅质量分数控制在0.1% ～ 0.15%为宜。

(1)高炉铁水沟连续脱硅法

高炉铁水沟脱硅处理的优点是脱硅不占用时间，处理能力大，温降少，渣铁分离方便; 缺点是脱硅剂的利用率低和工作条件较差。该法的关键在于选择脱硅剂的加入方式，确保脱硅渣的流动性和铁水沟耐火材料寿命。

(2)在混铁车或铁水包中喷粉脱硅法

这种脱硅法的优点是脱硅反应氧的利用率高，工作条件较好，并可克服高炉出铁时铁水硅含量的波动，处理后铁水硅含量稳定; 缺点是易发生喷溅，且温降较大。采用此方法，可以定量地控制喷溅物的成分，将浸入式氧枪的浸入深度和吹入铁水中的气体流量调整到最佳状态，避免过吹。与传统的方法相比，可以提高铁水预处理用氧气和固体脱氧剂的利用效率。^[15]

3铁水预脱磷

磷在绝大多数钢种中是有害元素，对于低温、海洋用钢、高压管线钢等，除需要硫含量很低外，还要求磷质量分数低于0.01% 或0.005%，冶金专家们已进行过大量铁水脱磷和同时脱磷脱硫的研究，有的已应用于工业生产。

传统三脱法，脱磷前必须进行脱硅处理; 转炉废钢比低(＜5%) ; 脱磷炉渣处理难(碱度过高) 。20世纪90年代中后期，新日铁、住友金属、神户制钢、NKK等纷纷开展利用转炉进行铁水脱磷预处理的试验研究，并取得了成功，迅速推广采用，专用转炉喷CaO 粉脱磷只需要10min就能将磷脱至0.005% 以下，而鱼雷罐车则需要约40 min，说明转炉脱磷的动力学条件优于鱼雷罐车。由于转炉炉内自由空间大，允许强烈搅拌钢水; 又由于顶吹供氧、高强度底吹( 约0.4 m³/t#183;min) ，因而可以做到: 不需要预先脱硅;转炉可以采用较高废钢比( 8% ～ 10%) 、采用较低炉渣碱度( 1.5 ～ 2. 0 ) ；处理后铁水温度高( 1350℃) 。

目前，基于铁水预处理的洁净钢冶炼工艺路线有两类：一类是欧美及宝钢、武钢采用的基于铁水深度预脱硫的洁净钢冶炼工艺（铁水深脱硫→转炉强化脱磷→钢水喷粉脱磷、脱硫、升温、真空精炼），另一类是日本企业采用的基于铁水三脱预处理的洁净钢冶炼工艺（铁水三脱预处理（脱硅、脱硫、脱磷）→复吹转炉少渣吹炼→钢水喷粉脱硫、升温、真空精炼）。

第一种工艺路线中，充分利用转炉的脱磷能力，可同一座转炉内一次造渣脱硅脱磷（单渣法），也可在同一座转炉上先进行铁水脱磷，倒掉部分脱磷渣，再进行后期脱碳、升温（双渣法）。对于要求含磷量在0.005%～0.01%之间的低磷钢，使用含磷量小于0.12%的低磷铁水时，根据铁水的含磷量，加强转炉的去磷操作，出钢后控制回磷，基本上可完成控制磷的目标。

第二种工艺路线中，在脱碳之前先进行铁水三脱预处理。铁水脱磷预处理主要有两种，一是在盛铁水的容器（铁水罐或混铁车）中同时进行脱硫、脱磷；二是在专门的脱磷转炉内进行铁水预脱磷，即两座转炉双联作业，一座脱磷，一座接受脱磷后的铁水进行脱碳升温（双联法）。对于要求w（P）≤0.005%的超低磷钢种，必须采取铁水三脱预处理工艺脱磷，否则很难通过转炉一个环节把磷控制在目标范围内。

两种工艺相比，第一种工艺路线中铁水不全量三脱预处理，温降小、热损少，可以提高废钢比，并能低温出钢，但终点磷含量较高；第二种工艺路线可以通过减少总渣量降低成本、加快生产节奏，但预处理时热损大，限制了废钢比。两种工艺均能生产w（P）＜0.01%、w（S）＜0.005%的洁净钢，但后者经济效益明显高于前者。^[16]

1.3.4铁水预处理工艺系统和决策方法

在各种条件的限制下, 应确定高护炼铁一铁永预处理一转炉炼钢一钢水浇注等工序组成的冶金系统的最合理的生产流程, 使该系统的效益最佳, 这就是冶金系统工艺决策的内容。决策方法目前主要有生产经验法和最优化法。生产经验法是指在过去生产实际的基础上, 经过分析、调整, 选出效益最佳的工艺流程。该方法特点是简单、直观、易行。只要把过去的生产数据加以整理、分析就可进行选择。但由于实际生产条件改变范围不会太大, 可供选择的方案少, 获得的工艺流程难以是最佳流程, 因而其效益也难以达到最佳。最优化法是借助于最优化技术, 对研究的系统进行系统改善, 选择出在实际条件允许的情况下获得效益最大的工艺流程。根据冶金系统过程复杂、工序多、流程长的特点, 可用动态规划、图论和网络技术对系统进行最优化。目前, 冶金中与铁水预处理相关的系统工艺决策有: 用动态规划对高炉一脱硫一转炉系统最佳工艺的研究和用动态规划对高炉一铁水脱硅一转炉系统最佳工艺的研究。^[17]

1.3.5铁水预处理未来的发展展望

铁水预处理已成为现代先进转炉低成本冶炼洁净钢的重要工序。对不同处理容器、处理方法的动力学条件比较得出最佳铁水预处理容器应为铁水包KR法脱硫，专用转炉脱硅、脱磷。通过对不同”三脱”剂、不同处理顺序的热力学计算比较得出最佳铁水预处理顺序为: 预处理脱硫→预处理脱硅→脱磷。铁水包KR法脱硫动力学条件好，可以采用廉价的石灰作脱硫剂，易实现深脱硫和超深脱硫，脱硫效果稳定，适应于大批量生产超低硫钢。借鉴JFE 的混铁车铁水预处理新方法，将浸入式氧枪的浸入深度和吹入铁水中的气体流量调整到最佳状态，控制炉渣成分，进而控制喷溅，提高铁水预处理用氧气和固体脱氧剂的利用效率。目前，日本的先进钢铁厂在喷吹法脱硫设备大修时，逐步都改造成机械搅拌法( KR法) 。建议采用喷吹法铁水脱硫的钢厂大修时，先尝试将一座喷吹法脱硫设备改造成KR法，进行对比研究，以最低成本、最高效率生产洁净钢。^[18]

参考文献

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[15] 朱本立 邓美珍 李炳源 用转炉渣和高炉锰渣对铁水预脱硅的实验研究[J] ，钢铁，1995，30,（7）：67

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[17] 潘小伟，曲英，汪恰，铁水预处理工艺的系统决策问题[J] ，北京科技大学学报，1991，13,（4）：2

[18] 苏天森，中国钢铁科技创新与铁水预处理技术的发展[J] ，钢铁研究学报，2006，18，（12）：3

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1 本课题的任务

本次毕业设计的题目为设计一座华北地区年产860万吨钢全连铸转炉炼钢车间。本设计的主要内容包括设计概述、产品方案及金属平衡、物料平衡及热平衡计算、车间炉子座数及容量的确定、转炉炉型设计及转炉设备选型、转炉供氧及氧枪设计、转炉车间组成及平面布置、连铸车间设计等几大部分，并对部分工艺流程进行了说明。

2.2 本课题的重点内容