鐵水

鐵水預處理是指將鐵水兑人鍊鋼爐之前脱除雜質元素或回收有價值元素的一種鐵水處理工藝，包括鐵水脱硅、脱硫、脱磷(俗稱“三脱”)，以及鐵水提釩、提鈮、提鎢等。

我國很多鋼廠都採用了鐵水預脱硫處理，甚至鐵水三脱處理、提釩、提鈮、提鎢等，尤其是對於生產超低硫、超低磷鋼種的轉爐鍊鋼車間。

研究表明，鐵水中硅含量為0.3%即可保證化渣和足夠高的出鋼温度，硅過多反而會惡化技術經濟指標。因此，有必要開展鐵水預脱硅處理。

脱硅劑以能夠提供氧源的氧化劑材料為主，以調整爐渣鹼度和改善流動性的熔劑為輔。如日本福山廠脱硅劑組成為鐵皮0～100%、石灰0～20%、螢石0～10%；日本川崎水島的脱硅劑為燒結礦粉75%、石灰25%。脱硅生成的渣必須扒除，否則影響下一步脱磷反應的進行。

鐵水預脱硅方法按處理場所不同，可分為高爐出鐵場鐵水溝內連續脱硅法和鐵水罐(或魚雷罐車)內脱硅兩種，其中高爐出鐵場是主要爐外脱硅場所。

除易切削鋼外，硫是影響鋼的質量和性能的主要有害元素，直接決定着鋼材的加工性能和適用性能。鐵水脱硫可在高爐內、轉爐內和高爐出鐵後脱硫站進行。高爐內脱硫技術可行，經濟性差；轉爐內缺少還原性氣氛，因此脱硫能力受限；而進入轉爐前的鐵水中脱硫的熱力學條件優越(鐵水中[C]、[P]和[Si]含量高使硫的活度係數

增大，鐵水中

比鋼液中高3—4倍)，性價比高，成為脱硫的主要方式。

除易切削鋼和炮彈鋼外，磷是絕大多數鋼種的有害元素，顯著降低鋼的低温衝擊韌性，增加鋼的強度和硬度，這種現象稱為冷脆性。

鐵水預脱磷採用的脱磷劑主要由氧化劑、造渣劑和助熔劑組成，其作用在於供氧將鐵水中磷氧化成

，使之與造渣劑結合成磷酸鹽留在脱磷渣中。工業上使用較廣的石灰系脱磷劑以

為主，配加氧化劑和助熔劑。

鐵水預脱磷按處理設備可分為爐外法和爐內法。爐外法設備為鐵水包和魚雷罐，爐內法設備為專用爐和底吹轉爐。按加料方式和攪拌方式可分為噴吹法、頂加熔劑機械攪拌法(KB)和頂加熔劑吹氮攪拌法等，多采用噴吹法。爐外法預處理後鐵水磷含量不應高於0.030%，轉爐內預處理後的鐵水磷含量不應高於0.01%。，若生產超低磷鋼種時，處理後鐵水磷含量不應高於0.005%。採用爐外法預脱磷，必須先進行預脱硅處理，鐵水中硅含量不應高於0.2%。

釩是重要的TAk原料，我國西南、華北、華東等地區的礦石中含有釩，冶煉出的鐵水含釩較高，可達0.4%～0.6%。因此，可通過特殊的預處理方法提取鐵水中的釩。

我國主要採用氧化提釩工藝進行含釩鐵水提釩，即先對含釩鐵水吹氧氣，使鐵水中的釩氧化進入爐渣，然後對富含

的爐渣進行富集分離來提釩。

鐵水提釩方法有搖包法、轉爐法、霧化法和槽式爐法，德國、南非主要採用轉爐法和搖包法，我國主要採用轉爐法和霧化法。 ^[1] 

氮、氫、氧等氣體在液態金屬中有一定的溶解度。溶解在金屬中的氣體數量與温度、環境條件、金屬成分等因素有關。通常含碳量、含硅量低的金屬中溶解的氣體數量較大。由於氣體在液態金屬中的溶解度遠遠大於在固態金屬的溶解度，液態金屬凝固時，大部分氣體會從金屬中逸出。

微碳鉻鐵中溶解的氣體約佔金屬體積的30%。在鐵合金的澆注冷卻過程中，析出的氣體在鐵錠內部形成氣泡或氣孔。這不僅影響產品的外觀質量，也直接影響產品的內在質量，影響用户的使用。

經過真空處理後，液態金屬中的氮、氫、氧含量有明顯降低。其他有害雜質如碳、磷、硫、砷等也都會得到不同程度的降低。脱氣後的金屬液在澆注冷凝後可以得到表面光潔、結晶緻密的金屬。

金屬中溶解的氣體數量隨金屬的温度和環境壓力而改變。在温度一定時，氣體含量

可以由西華特定率計算：

式中

——係數；

——環境氣相壓力。

可以看出，真空度越高，金屬中氣體的含量越低。但是，在真空狀態下一些金屬的揮發損失是不可忽視的。

含鉻70%的微碳鉻鐵在真空處理時鉻的氣化速度與温度的關係式為：

在真空鉻鐵生產中鉻的氣化是明顯的。

真空處理中低碳鉻鐵和微碳鉻鐵的適宜真空度為10～13.3kPa。真空處理時間為7～8min。

錳的蒸氣壓更高。在1244～1545 (1517～1818K)液態金屬錳的蒸氣壓(

)可由下式計算：

在1427℃，液態金屬錳的蒸氣壓為1kPa。在這一温度採用1kPa的真空度處理金屬錳就會出現金屬沸騰的現象。真空度過高必然會造成大量金屬揮發損失。因此，液態金屬錳的真空處理必須嚴格控制系統的真空度。真空度的範圍為46.67～53.33kPa。在實際應用中採用真空度為50%～95%左右的粗真空對含氣量高的液態錳鐵進行真空脱氣處理。

採用真空度為95%的粗真空對低碳鉻鐵脱氣後再進行澆注可以得到表面光潔、結晶緻密的鉻鐵。脱氣設備由真空室、除塵器、水環真空泵和真空管道組成。真空泵的抽氣速率必須足夠高。將鐵水置於真空室內，啓動真空裝置，在1～2rain內系統達到一定真空度(1.0～5.0kPa)，鐵水呈沸騰狀態。大部分溶解的氣體被脱除後，液麪逐漸平靜。一般脱氣時問只有5～6min。

受到時間、鐵水降温、熔渣層的傳質、鐵水壓力等許多條件的限制，真空處理後的鉻鐵含氮量、含氧量仍然較高。在真空處理過程鐵水降温很大，操作不當造成的時問拖延常造成金屬粘包損失。

採用真空條件處理鐵合金可使鐵合金含氮量降低近50%。為了減少鐵合金中氣體，有些鐵合金廠對液態鐵合金進行真空處理。鉻鐵中含氣體為

和金屬錳中含氣體為

，經過真空處理後，氣體可以降至

。 ^[2] 

在真空下用富錳渣對錳鐵脱碳可以製取含碳小於2.0%的精煉中碳錳鐵。

在一定温度和真空度下錳鐵中的[C]與溶於錳鐵中的[O]會相互作用。氣相

越低，錳鐵中平衡的碳含量越小。

利用渣中的(

)使錳鐵脱碳的反應式為：

首先將高碳錳鐵的熔體用氧氣吹煉到含碳不大於3.5%和小於0.2%

；然後加入含

為44%的富錳渣，在1500～1550℃下對鐵水和爐渣真空處理。每噸錳鐵消耗330kg渣可製得1050kg中碳錳鐵(1.2%

和2.0%

)。

為降低錳鐵中的硅含量，預先將錳鐵在鋼包反應器中進行吹

，處理，並在

，含量低的渣下進行真空脱碳，可提高反應器中爐襯的壽命。

採用真空中頻感應爐對含碳量為0.07%～0.09%微碳鉻鐵進行處理，可以得到含碳量小於0.04%、硫小於0.005%的純淨鉻鐵。碳小於0.01%的比例達到60%。

感應爐的熔鍊温度為1650℃左右，真空度為5Pa，真空處理時問為1h。處理中合金含碳量變化如圖1所示。

真空處理脱硫的效率與真空度有關。在壓力為266～1200Pa下處理高碳鉻鐵5～25min，硫含量降低28%～85%，在壓力為2400～6400Pa真空處理高碳鉻鐵30～55s可除去14%～31%的硫。

熔池表面的渣殼會影響真空精煉，在操作中應該儘量避免將爐渣帶入爐內。

經過真空精煉鐵水中的有色金屬鉛、錫、硼、銻降低到5ppm以下。

氮與鉻有較高的親和力。真空處理不鏽鋼液可使含氮量降低至0.01%～0.02%，但真空處理低碳鉻鐵含氮量卻無法達到如此低的水平。溶解在微碳鉻鐵中的氧在真空狀態能與碳發生反應。在真空感應爐內採用70～260Pa的真空度對含碳0.06%的鉻鐵進行1h真空處理，金屬的含碳量降低到0.02%以下，但含氮量仍然維持在0.04%左右。

真空處理還可以降低鉻鐵中的有色金屬含量，鋅、銅、硫也可部分脱除，磷基本沒有降低。鉻鐵真空處理前後的碳、氧、氮、鉛、錫、砷、鎘的百分含量如圖2所示。

鉻在1700。C的蒸氣壓為1237Pa。將鉻鐵在真空度為133Pa時處理1h後，合金含鉻量降低2%～4%，昇華的鉻凝聚在温度較低的真空爐襯部位 ^[2] 

鐵水包用於盛接鐵水，包括礦熱爐車間用鐵水包和精煉爐車間用鐵水包。

鐵水包有鑄鋼鐵水包和砌磚鐵水包兩種，鑄鋼鐵水包的使用效果較好。鑄鋼鐵水包也可當渣包用。砌磚鐵水包製造簡單，但耐火材料消耗量大。

無內襯的鑄鋼鐵水包(如圖3所示)使用前先掛渣。為了降碳，盛硅鉻合金的鐵水包最好為下注。 ^[3]