工艺技术-转炉炼钢工艺课件(ppt 203页)

第五章 转炉炼钢工艺 5.1 现代转炉炼钢发展趋势 5.2 氧气转炉炼钢及设备特点 5.3 转炉炼钢工艺制度 5.4 复吹转炉炼钢工艺 5.5 转炉的其他冶炼工艺介绍 5.6 转炉典型钢种的冶炼及其质量 5.7 转炉炼钢过程自动控制 5.8 转炉溅渣护炉技术 自供热转炉的发展演变过程 5.1 现代转炉炼钢发展趋势 由传统供热向外加燃料联合供热转炉的发展演变过程 转炉炼钢功能的发展和完善 5.2 氧气顶吹转炉炼钢及设备特点 q氧气转炉炼钢的特点 生产率高、钢中气体含量少，钢质量好； 可炼品种多、原料适应性强； 成本低、投资少、建厂快； 生产较均衡，利于与连铸配合，利于实现生产的自动控制； p氧气顶吹转炉设备 炉体结构及倾动机构 供氧系统 供料系统 废气处理系统 送往高炉利用 吸 滤 池 渣 罐 水封逆止阀 进入煤气柜 不 回 收 时 放 空 洗 涤 塔 炉顶料仓 带式运输机 电动机 传动机构 振动给料器 电子称 实 心 轴 风 机烟 道 支架 溜 槽 文氏管 脱水器 密封料仓 转 炉 氧 枪 氧气顶吹转炉及其附属设备示意图 回收煤气 汽包 沉淀池 转炉炉体结构及倾动机构 炉帽（锥形）： 水冷炉口（顶部） 出钢口（炉帽与炉身交界处） 炉壳 档渣板（环形伞状） 炉身（圆筒形） 筒球型 炉底（球形） 锥球型 炉体金属结构 托圈 截锥型 耳轴 转炉 轴承座 工作层 炉衬 炉膛内腔 填充层 永久层 倾动机构 电动机、减速装置（减速机、制动装置等） 倾动机构 使转炉正反 360度旋 转的机械设备，以便 进行兑铁水、加废钢 和倒渣的工艺操作。 倾动机构包括电动机、 制动器和减速器 。 转炉炉体倾动的类型： （ 1）落地式 （ 2）半悬挂式 （ 3）悬挂式 （ 4）液压倾动 氧气顶吹转炉设备 散状料供应系统主要设备组成及其作用 v主要设备有地面料仓、提升运输设备、高位料仓、 称量和加料设备。生产流程如下： 散状料 地位料仓 皮带运输等斗式提升机 高位料仓 电磁振动给料器 自动称量漏斗 汇总漏斗 溜槽 转炉炉口 皮带运输机（皮带走廊） 氧气顶吹转炉设备 废气处理系统 转炉烟气净化及回收处理的意义 防止环境污染、回收能源。 烟气的处理方式有燃烧法与未燃法两种 烟尘的净化方式也有两种，即湿式净化与干式净化。 o 目前绝大多数顶吹转炉的烟气是采用未燃法（氮幕法）、湿 法 净化回收系统，称 OG系统； o 有的也采用未燃、干式净化回收系统，又称 LT系统。 o 烟气除尘设备 洗涤除尘器（文氏管）、静电除尘器、布 袋除尘器等。 燃烧法与未燃法除尘特性比较 项 目 燃 烧 法 未燃法 空气燃 烧 系数 1（ 1.2 或 3 4 ） 1（ =0.08 ） 烟气 成分 以 CO2、 N2 为 主 以 CO（ 转 炉煤气） 为 主 烟 尘 成分 以 Fe2O3 为 主， 颗 粒 细 小 以 Fe O 为 主， 颗 粒 较 大 冷却方式 废热锅 炉法 （ 1.2 ） 空气冷却法 （ 3 4 ） 汽化冷却 控制 的方法 活 动 烟罩 活 动 烟罩和炉口 压 力 调节 法或 氮幕法（ OG法） 优 缺点 操作 简单 ，运行安全。 处 理烟气量大（是未燃法的 4 6倍 ），系 统设备庞 大基建投 资 高； 颗 粒 细 小 ，除 尘 效率低。 烟气量 ( 很小 )， 设备 体 积 小 ，投 资 省 （ 仅为 燃 烧 法的 50 60 ）；且可 回收煤气 ； 颗 粒 较 大，除 尘 效率 高 ；烟气 成分以 CO为 主，系 统 运行安 全性 差 ，易 发 生爆炸事故。故 要求系 统 的 密封性 要 好 。 趋势 采用 该 法除 尘 且 回收煤气 OG系统的流程： 烟气 烟罩 汽化冷却烟道 一级文氏管 90度弯头脱水器 二级文氏管 90度弯头脱水器 丝网脱水器 回收 三通阀 水封逆止阀 V形水封 煤气柜 风机 放散 旁通阀 放散烟囱 测定孔一级文氏管 放散烟囱 煤气柜 V形水封 上部安全阀 汽化冷却烟道 水封逆止阀 二级文氏管 下部安全阀 上烟罩 上烟罩 烟裙 流 量 计 90度弯头脱水器 风 机 旁 通 阀 三 通 阀 丝网除雾气 OG系统的流程示意图 LT法净化、回收系统工艺流程 LT法净化、回收系统工艺流程 未燃烟气（ 800 1000 ） 活动罩裙 冷却烟道（或余热 锅炉） 蒸发冷却器 （蒸发冷却塔） 煤气冷却（ 150 200 ） 、干燥（水雾蒸发）、除粗尘 干粗尘 回收 三通阀 冷却塔 煤气柜 电除尘器 （除细尘） 风机 （ I D） 切换站 （ 73 ） 干细尘 放散 放散烟囱 (氮气引射装置 ) 热压块设备 （压块） 转炉 静电除尘器的主要特点 : 除尘效率高（净化效率高），可达 99.9，而且稳 定，不受烟气量波动的影响，最适宜捕集 小于 1m 的烟尘； 处理烟气量大，阻力损失小（一般在 30毫米水柱以 下），可用于高温烟气； 维护费用较低，使用寿命长。 但一次性投资高（设备投资费用大），设备庞大， 占地面积大。 需考虑设置增湿塔，降低烟尘电阻率后再进入静电 除尘器，才能发挥其特性（电除尘器适宜烟尘电阻 率为 108 1011m ）。 布袋 式除尘器工作原理 滤袋 尘粒出口 净气 含尘气体 反吹风机 反吹管传动 布袋式除尘器 布袋是由普通涤纶或高温 纤维、或玻璃纤维制成的 编织袋。 布袋式除尘器是干式除尘 设备 ，由许多单体布袋 组成。 工作原理 如下： 含尘气体通过布袋过滤， 尘埃附着于布袋表面，使 气与尘分离，气得到净化 。附着于布袋表面的尘埃 ，定期通过反吹风使其脱 落，得到清理。 5.3 转炉炼钢工艺制度 冶炼过程概述 从 装料 到 出钢 ， 倒渣 ，转炉一炉钢的冶炼过 程包括 装料、吹炼、脱 氧出钢、溅渣护炉和倒 渣 几个阶段。 一炉钢的 吹氧时间 通 常为 12-18min， 冶炼周 期 为 30min左右 。 u上炉钢出完钢后， 倒净炉渣 ， 堵出钢口 ， 兑铁水 和 加废 钢 ， 降枪供氧 ，开始吹炼。 u在送氧开吹的同时，加入第一批渣料，加入量相当于全 炉总渣量的 三分之二 ，开吹 4-6分钟后，第一批渣料化好 ，再加入第二批渣料。如果炉内化渣不好，需加入第三 批萤石渣料。 u吹炼过程中的 供氧强度 ： 小型转炉为 2.5-4.5m3/(t min)； 120t以上的转炉一般为 2.8-3.6m3/(t min)。 冶炼过程概述 开吹时 氧枪枪位采用 高枪位 ，目前是为了早化渣，多去磷， 保护炉衬； 在 吹炼过程中 适当 降低枪位 的保证炉渣不 “ 返干 ” ，不喷溅 ，快速脱碳与脱硫，熔池均匀升温为原则； 在 吹炼末期 要 降枪 ，主要目的是熔池钢水成分和温度均匀， 加强熔池搅拌，稳定火焰，便于判断终点，同时使降低渣中 Fe含量，减少铁损，达到溅渣的要求。 u当吹炼到所炼钢种要求的 终点碳范围 时，即 停吹 ， 倒炉取样 ， 测定钢水温度 ，取样 快速分析 C、 S、 P的含量， 当 温度和成分符合要求时，就出钢 。 当 钢水流出总量的四分之一时 ，向钢包中的脱氧合金化剂， 进行脱氧 ， 合金化 ，由此一炉钢冶炼完毕。 冶炼过程概述 1、冶炼前的准备 p操作用具的准备 p补炉操作 p转炉溅渣护炉 2、冶炼操作 u摇炉进料操作 u转炉冶炼特征演示 u转炉倒渣、出钢 u转炉操作全程演示 冶炼工艺制度 炉 前 用 具 炉 后 用 具 炉前操作用具 取样瓢；补炉长瓢 2；补炉短瓢；刮板；撬棒；竹片条；铝条；样模；铁锹； 长钢管；测温枪；合金料桶或运料小车；吹氧管；鎯头把 炉后用具示意图 炉后操作用具 补炉长瓢 (与炉前共用 )； 补炉短瓢 (与炉前共用 )； 撬捧 (与炉前共用 )； 长撬捧；泥塞棒； 氧气皮管， 氧气管 (与炉前共用 )； 铁锹； 鎯 头 (与炉前共用 )； 出钢口塞； 挡渣球。 转炉简介 转炉解剖 现场转炉炉内演示 补炉操作程序 请单击画面 转炉是炼钢 的反应容器 ，它由炉帽 、炉身和炉 底组成。在 炉帽和炉身 的连接处安 置一个出钢 口 转炉 剖面 图 转 炉 炉 内 请单击画面 请单击画面 补炉操作程序 补炉底 程序 1）摇炉使转炉大炉口向下， 2）倒净炉内的残钢、残渣。 3）摇炉至补炉所需的工作位置。 4）摇动炉子至加废钢位置往复 摇动炉子，一般不少于 3次。 5）降枪。开氧吹开补炉砂。 6）烘烤 补大面程序 一般对前后大面 (前后大面也 叫作前墙和后墙 )交叉补。 1）摇炉使转炉大炉口向下， 倒净炉内的残钢、残渣。 2） 摇炉至补炉所需的工作位置。 3）倒砂 4）贴砖 5）喷补 6）烘烤 转炉溅渣护炉简介 转炉溅渣护炉操作演示 溅渣护炉工艺 是在转炉出钢后， 在炉内留有适当的炉渣，然后插入喷 枪，籍以向炉内吹入高压氮气，使炉 渣飞溅，覆盖到炉壁上，经冷却、凝 固并形成具有一定耐火度的渣层，从 而保护了原有炉衬，延长了转炉寿命 。 转炉溅渣护炉操作演示 请 单击画面 转炉摇炉进料注意事项 转炉倾动机构简介 转炉兑铁水操作程序 转炉兑铁水操作现场图示 转炉加废钢操作程序 转炉加废钢、兑铁水现场操作 摇炉进料注意事项 1、摇炉进料时必须集中思想，向前或向后摇炉要到位。 2、必须立即将摇炉手柄回复到零位，使转炉止动定位。 3、兑铁水基本转倾角度为 +60 ，进废钢基本转倾角 度为 +45 ，但兑铁水、进废钢的实际操作均需作必 要调整。倾动角度调整严格听从炉前指挥人员的指挥。 4、进料前要进行检查，一般不采用留渣作业。 5、为确保安全，炉料进炉前要先按警铃，示意炉口正前 方平台上人员避让，特别是新开炉及补炉后第一炉。 6、倒渣前必须要先按 “ 倒渣警铃 ” ，要求清渣组准备 好渣包并通知炉下人员远离，以防人员烫伤。 转炉兑铁水操作程序 兑铁水 A 准备工作 转炉具备兑铁水条件或等待兑铁水时，将铁水包吊至 转炉正前方，吊车放下副钩，炉前指挥人员将两只铁水 包底环分别挂好钩。 B 兑铁水操作 1)炉前指挥人员站于转炉和转炉操作室中间近转炉的侧 旁 (如图所示 )。指挥人员的站位必须能同时被摇炉工和 吊车驾驶员看到，又不会被烫伤的位置。 2)指挥吊车驾驶员开动大车和主、副钩将铁水包运至炉 口正中和高度恰当的位置。 3)指挥吊车驾驶员开小车将铁水包移近炉口位置，必要 时指挥吊车对铁水包位置进行微调。 4)指挥吊车上升副钩，开始兑铁水。 5)随着铁水不断兑入炉内，要同时指挥炉口不断下降和 吊车副钩的不断上升，使铁水流逐步加大，并使铁水流 全部进入炉内，而铁水包和炉口互不相碰，铁水不溅在 炉外。 6)兑完铁水指挥吊车离开，至此兑铁水完。 转炉兑铁水操作现场图示 A 准备工作 废钢在废钢跨装入废钢斗，由吊车吊起，送至 炉前平台，由炉前进料工将废钢斗尾部钢丝绳从 吊车主钩上松下，换钩在吊车副钩上待用。 如逢雨天废钢斗中有积水，可在炉前平台起吊 废钢斗时将废钢斗后部稍稍抬高或在兑铁水前进 废钢 。 B 加废钢操作 炉前指挥人员站立于转炉和转炉操作室中间近 转炉的侧旁 (同兑铁水位置 )。待兑铁水吊车开走后 即指挥进废钢。 1) 指挥摇炉工将炉子倾动向前 (正方向 )至进废 钢位置。 2) 指挥吊废钢的吊车工开吊车至炉口正中位置 。 3) 指挥吊车移动大、小车将废钢斗口伸进转炉 炉口。 4) 指挥吊车提升副钩，将废钢倒入炉内。如有 废钢搭桥，轧死等，可指挥吊车将副钩稍稍下降 ，再提起，让废钢松动一下，再倒入炉内。 5) 加完废钢后即指挥吊车离开，指挥转炉摇正 ，至此加废钢毕。 加废钢 操作程序 现 场 转 炉 兑铁水 加废钢 操 作 请 单击画面 5.3.1 原料装入制度 u 装料工艺对转炉炼钢的技术经济指标有明显的 影响。 u 对使用废钢的转炉，如先装废钢后兑铁水，为 了保护炉衬不被废钢击伤，应先加洁净的轻废 钢，再加中型和重型废钢。 过重的废钢，最好 在兑铁水后加入 。 u 为了防止炉衬过分急冷，装完废钢后应立即兑 入铁水。 u 炉役末期，以及废钢装入量很大的转炉，均应 先兑铁水后加废钢 。 5.3.1 原料装入制度 p 不同的转炉，以及同一转炉在不同的生产条 件下，都有其不同的合理的金属装入量。 p 装入量过大，喷溅增加，熔池搅拌不好，造 渣困难，炉衬特别是炉帽寿命缩短，供氧强 度也因喷溅大而被迫降低。 p 装入量过小，炉产量减少。因熔池过浅，炉 底容易受来自氧气射流区的高温和高氧化铁 的循环流冲击，甚至损坏炉底。 转炉控制装入量的三种方法 定量装入 l 在整个炉役期间，保持每炉的金属装入量不变。 l 优点是生产组织简便，对大型企业尤为突出。 l 缺点是容易造成炉役前期装入量偏大而熔池偏深，炉役后 期装入量又偏小而熔池偏浅。 l 大型转炉可以采用。 定深装入 l 在整个炉役期间，保持每炉的金属熔池深度不变。 l 优点是氧枪操作稳定，有利于提高供氧强度和减少喷溅， 不必担心氧气射流冲击炉底，可以充分发挥转炉的生产能 力。 l 缺点是装入量及出钢量变化极为频繁，采用模铸时铸锭很 难配合。但对采用连铸的车间是有其优越性的。 分阶段定量装入 l 整个炉役按炉膛扩大的程度划分为若干阶段，各阶段实行 定量装入。 l 保持了比较适当的熔池深度及装入量的相对稳定性，既能 满足吹炼工艺要求，也便于组织生产，为各厂普遍采用。 影响金属装入量的因素 1)炉容比 u 炉容比是指转炉内部自由空间的容积 (V)与金属装入量 (T)之比， V/T。 u 转炉喷溅和生产率均与其炉容比密切相关。国内外绝大 多数转炉的 V/T=0.8 1.0。 u 一般在转炉容量小、铁水硅磷含量高、供氧强度大、喷 头孔数少，用铁矿石和氧化铁皮冷却时，炉容比靠上限 ；反之，则靠下限。 u 各阶段的金属装入量应能保证一定的炉容比。 国内一些企业顶吹转炉的炉容比 厂名 宝钢 首钢 鞍钢 本钢 攀钢 首钢 太钢 吨位 /t 300 210 180 120 120 80 50 炉熔比 /m3t-1 1.05 0.97 0.86 0.91 0.90 0.84 0.97 影响金属装入量的因素 氧气射流对熔池的穿透深度的近似计算公式 ： （ 2） lKl取取 2.0 2.3。 l确定熔池深度后，便可根据炉役各阶段炉衬浸蚀情况估算确定熔池深度后，便可根据炉役各阶段炉衬浸蚀情况估算 金属装入量。金属装入量。 2)金属熔池深度 为保证生产安全和炉底寿命，熔池深度 (H熔 )应大于氧气射 流对熔池的最大穿透深度 (hmax)。或 H熔 =K1hmax （ 1） 影响金属装入量的因素 3)浇注钢锭的重量 p 模铸时，为了保证钢锭的适当浇高，减轻缩孔、疏松缺陷 和尽量减少浇余，装入量应与浇注钢锭的重量相配合，即 ： p按炉容比、熔池深度和浇注钢锭的重量算出的装入量不相同 时，首先应保证浇注一定支数的钢锭，熔池深度则可以略为加 深而不应减浅，炉容比可以略大或略小。 4) 炉子附属设备 p应与钢包容量、浇注吊车起重能力、转炉倾动力矩大小、连 铸机的操作等相适应。 5.3.2 供氧制度 u 氧气转炉炼钢以氧气作为基本的氧化剂。 u 转炉的供氧方法不同，炼钢过程的特点也不同。 u 由于喷头的孔数、氧枪与熔池面的距离或其它供氧参数不 同，也会带来不同的吹炼特点。 u 供氧在氧气转炉炼钢过程中起主导作用并影响全局，决定 着 氧气射流与熔池的接触面积 、 一次反应区的位置和尺寸 、 熔池的搅拌状况 、 元素的氧化速度 、 渣中氧化铁的含量 ，因而对化渣、喷溅、杂质的去除速度、终点碳和温度的 控制以及各项技术经济指标都有重大影响。 u 供氧是根据原材料、所炼钢种、炉子容量和尺寸及氧源压 力等条件确定氧枪的类型、结构和尺寸，吹炼过程中氧枪 在熔池面上的高度 (枪位 )和工作氧压。 氧 枪 请 单 击 画 面 氧枪 是转炉供氧的 主要设备，它是由 喷头、枪身和尾部 结构组成。 喷头 是用导热性良 好的紫铜经锻造和 切割加工而成，也 有用压力浇铸而成 的。喷头的形状有 拉瓦尔型、直筒型 和螺旋型等。目前 应用最多的是多孔 的拉瓦尔型喷头。 5.3.2 供氧制度 1、氧气从氧枪中的流出 n 氧枪出口断面上的氧流参数是最重要的特性参数，它决定 着氧气射流的基本特性。 n 顶吹氧气转炉都采用超音速氧枪。拉瓦尔型的氧枪喷头能 够最大限度地把氧气的 压力能 转变为 动能 ，可以得到稳定 的和最大流速的超音速射流。 氧枪喷孔的 出口断面积 氧枪喷孔的 临界断面积 F出口 F临界 为定值时，改变进入喷孔前的氧气压力，不 能改变氧流的出口速度，而只能改变氧气的流量。 5.3.2 供氧制度 2、转炉炉膛内氧气射流的特性 u 氧气射流在顶吹转炉炉膛内的流动状况和特点大致如下： 氧气射流分三段：射流轴心速度仍保持等于出口的速度，这 一段称为 初始段 。射流轴心速度逐渐降低到音速，这一段称 为 过渡段 ，过渡段以后的亚音速段称为 基本段 。 在转炉炉膛内，氧气射流遭到与射流运动方向相反， 以 CO为 主的相遇气流的作用，使射流的衰减加速 。 氧气射流在转炉炉膛内向下流动的过程中，将从周围抽吸烟 尘、金属滴和渣滴等比重很大的质点，使射流的速度降低， 扩张角减小。 炉膛内的氧气射流，因被加热膨胀，使射程和扩张角增大。 多孔喷头与单孔喷头的射流流动状况有重要区别。多孔喷头 射流的速度衰减和全能衰减都较快，因而射程较短。 氧枪出口处的氧气射流，其密度显著大于周围气相介质的密 度，这应有利于射程的增大。 5.3.2 供氧制度 3、氧气射流对转炉熔池的作用 p 氧气射流对熔池的物理作用 l 射流的穿透深度、冲击面积和冲击点的分布 考虑实际转炉吹 炼特点的系数， 等于 40 枪位 常数，对于低粘 度的液体为 40 在枪位等于零 (H=0)时， 在喷头和氧气流量一定的情况下，降低枪位增大穿透深度时 ，冲击面积随之减小；相反，提枪增大冲击面积时，穿透深度 随之减小。因此，变化枪位是调节穿透深度和冲击面积的有效 方法。 5.3.2 供氧制度 l 氧气射流对熔池的搅拌 在氧气射流与熔池相遇处，射流的动能 20%消耗于对熔池的搅拌， 5 10%消耗于克服对射流的推挤力， 70 80%消耗于射流冲击液体时 非弹性碰撞的能量损失。 沸腾对熔池搅拌起着主要作用。但也受氧气射流的支配。如减小氧 气射流的穿透深度而增大冲击面积，便可使 CO气体沿熔池横断面分 散析出；同理，增多喷孔数和增大喷孔倾角，能使 CO气体呈多股的 形式在不同的地点分散析出，因而显著改变熔池中液体循环的速度 场。 “ 软吹 ” （氧压很低或枪位很高）和 “ 硬吹 ” （高氧压或枪位很低 ） 5.3.2 供氧制度 l 射流与熔池之间的相互破碎和乳化 在氧气射流及因射流而产生的 CO气体的共同作用下，引起 射流与金属、炉渣之间的相互破碎，并形成金属 炉渣乳 浊液。 气体射流中液滴的最小直径 d滴 min理论上可按下式计算： 拉普拉斯准数 液滴表面处气流的速度 50吨转炉在吹炼中期，金属与炉渣的接触表面积约为： 5060=3000m 2。 计算虽粗略，但说明，在顶吹氧气转炉吹 炼过程中，炉渣与金属接触的总表面积极大，有利于渣 -钢 之间反应的迅速进行。 5.3.2 供氧制度 p 氧气射流对熔池的化学作用 l 进入熔池的高速氧气射流，将射流周围坑穴中的金属表面 层以及卷入射流中的金属滴表面层氧化成 Fe2O3。 液滴成为 将氧传给熔池的基本载体。载氧液滴参与熔池的循环运动 ，并在熔池中进行二次氧化，将氧传给金属。 l 在高枪位或低氧压 “ 软吹 ” 的情况下，射流穿透深度小， 熔池搅拌微弱，载氧液滴中的 Fe2O3向熔池传氧较慢而上浮 路程较短，使炉渣的氧化性提高； l 在低枪位或高氧压 “ 硬吹 ” 的情况下，则载氧液滴将载有 较少的氧进入炉渣，而使炉渣的氧化性降低。 l 部分氧直接与炉渣接触，将氧直接传给炉渣： 1/202+2(FeO)=(Fe203) l 由于熔池搅拌，可迅速将氧传给金属和进行杂质的氧化反 应。 5.3.2 供氧制度 l 氧气射流直接与金属接触氧化金属中杂质的机理有三 种不同的观点。第一种是 “ 直接氧化 ” 或 “ 一步氧化 ” ，认为金属中的杂质被气态氧直接氧化： xR+y/2O2=RxOy l 第二种是 “ 间接氧化 ” 或 “ 二步氧化 ” ，认为氧气与 金属接触首先将铁元素氧化： 2Fc+O2=2(FeO) (EeO)=FeO yFeO+xR=（ RxOy） +yFe l 第三种观点实际上是上述两种观点的综合，认为在吹 炼时既有直接氧化，也有间接氧化。 5.3.2 供氧制度 4、顶吹氧气转炉的氧枪操作 u 变动枪位是目前控制吹炼过程的重要手段。 射流对熔池的穿透深度和冲击面积 控制化渣速度、喷溅的大小和熔池的升温速度 变动枪位 渣中氧化铁的含量和杂质的去除速度 枪位根据如下的因素确定： l 吹炼的不同时期 吹炼前期 硅迅速氧化，渣中 SiO2的浓度大和熔池温度不高 。要求快速熔化石灰，尽快形成碱度 1.5 1.7的活跃的炉渣 ，以免酸性渣严重浸蚀炉衬和尽量增加前期的去磷率。 温度 正常时，除适当加入萤石或 FeO皮等助熔剂外，一般采用较 高的枪位，使渣中的 (FeO)稳定在 25 30%的水平 。 氧枪操作 吹炼中期 强烈脱碳。吹入的氧全部消耗于碳的氧化， 且渣中的氧化铁也消耗于脱碳。 渣中 (FeO)降低将使渣 的熔点升高。渣中 (FeO)降低过多时会使炉渣显著变粘 ，影响磷、硫的继续去除，甚至发生回磷 。这种炉渣变 粘的现象称为炉渣 “ 返干 ” 。为防止中期炉渣 “ 返干 ” 而又不产生喷溅，枪位应控制在使渣中 (FeO)含量保持 在 10 15%的范围内。 吹炼后期 进一步调整好炉渣的氧化性和流动性，继续 去除磷和硫，准确控制终点。 在过程化渣不太好或中期 炉渣 “ 返干 ” 较严重时，后期应首先适当提枪化渣，而 在接近终点时，再适当降枪，以加强熔池搅拌， 均匀熔 池温度和成分，降低镇静钢和低碳软钢的终渣 (FeO)含 量，提高金属和合金收得率并减轻对炉衬的浸蚀。 氧枪操作 l 熔池深度 熔池越深，相应渣层越厚，吹炼过程中熔池面上涨越高， 故枪位也应在不致引起喷溅的条件下相应提高，以免化渣 困难和枪龄缩短。 在其它条件不变时，装入量增多，枪位应相应增高；随着 炉龄的增长，熔池变浅，枪位应相应降低；随着炉容量增 大，熔池深度增加，枪位应相应增高。 l 造渣材料加入量及其质量 铁水中磷、硫含量高，或吹炼低硫钢，或石灰质量低劣、 加入量很大时，由于渣量增大使熔池面显著上升，化渣困 难，枪位应相应提高。 铁水中硫、磷含量很低，加入的渣料很少，采用 “ 软烧 ” 石灰或合成造渣材料等情况下，化渣时枪位可降低，甚至 可采用不变枪位的恒枪操作。 氧枪操作 l 铁水温度和成分 在铁水温度低或开新炉时，开吹后应先低枪提温，再提枪 化渣，以免使渣中积聚过多的 (FeO)而导致强烈脱碳时 发生喷溅。为避免严重喷溅，铁水含硅量很高 (1.2%)时 ，前期枪位不宜过高。 l 喷头结构 在一定的氧气流量下，增多喷孔数目，穿透深度减小，冲 击面积增大，枪位应相应降低。三孔氧枪的枪位约为单孔 氧枪的 55 75%。直筒型喷头的穿透深度比拉瓦尔型小， 因而枪位应低些。 p 顶吹氧气转炉多采用 恒氧压变枪位操作。 p 变氧压又变枪位的操作。 枪位操作演示 5.3.3 造渣工艺 u 吹炼过程中随着熔池温度的变化相应控制炉渣成分，使炉 渣的物理化学性质符合炼钢的要求，是造渣工艺的基本内 容。 1、炉渣碱度的控制 l 炉渣碱度和石灰加入量的确定 碱度和渣中 Si02量是确定石灰加入量的主要依据。以单渣 法为例，石灰加入量可按下式计算： 考虑随炉气带走的石灰粉和 石灰在炉渣中不完全熔解的 损失系数，通常 K=1.1 1.15 渣料的用量 加入炉内的 渣料 主要是 石灰 和 白云石 ，还有少量的萤石或 氧化铁皮等熔剂。 石灰用量的确定 首先根据铁水的硅、磷含量和炉渣碱度计算，如铁水含磷 0.3%时，炉渣的碱度 R=(%CaO)/(%SiO2)=2.8 3.2，所以每 吨铁水的石灰加入量按下式计算 ： 石灰用量（ kg/t） = 式中： %Si 炉料中硅的质量分数； 60/28 表示 1kgSi氧化生成 60/28（ =2.14） kg的 SiO2。 例 某厂的铁水含磷 0.25%、硅 0.5%，冶炼所用石灰含 CaO： 86%， SiO2： 2.5%，若炉渣碱度按 3.0控制，求每吨铁 水的石灰用量。 解：石灰用量（ Kg/t） = = 40.95 Kg/t 5.3.3 造渣工艺 吹炼高中磷铁水时，通常采用炉渣碱度为： 此时，石灰加入量可按下式计算： l石灰在炉渣中的熔解机理和影响石灰熔解速度的因素 在吹炼过程的任一时刻，熔融炉渣的实际碱度与石灰的熔解 速度紧密相关。顶吹氧气转炉中石灰的熔解过程大致如下： 5.3.3 造渣工艺 p 开吹时，液态炉渣主要来自铁水中的硅、锰、铁的氧化， 渣量很少，渣中 SiO2的浓度很高。 p 加入的大量石灰块使最初的液态炉渣冷却，在石灰块表面 生成一层渣壳，渣壳的熔化约需数十秒钟 ( 50秒 )。 p 渣壳熔化后，石灰块的表面层开始与液态炉渣反应。 p 由于钙镁橄榄石中的 FeO和 MnO与 Si02的亲合力比 CaO小， 故被 CaO置换，生成硅酸二钙 2CaOSi0 2和 RO相。 2CaOSi0 2熔点很高（ 2130 ），结构致密，是石灰熔解 缓慢的重要原因。 p 炉渣成分对石灰溶解速度有很大影响。对于实际转炉炉渣 ，石灰的熔解速度与炉渣成分之间有一定的统计关系。 JCaOK 1(CaO+1.35MgO-1.09SiO2+2.75FeO+1.9MnO-39.1) 5.3.3 造渣工艺 n FeO是石灰的基本溶剂。在不引起喷溅的条件下，尽量提 高渣中 FeO的浓度是加速石灰熔解的主要措施。 n MnO对加速化渣的影响仅次于 FeO。 n 炉渣中加入约少于 6的 MgO有利于石灰的熔解。 n FeO对石灰熔解作用机理： 它能显著降低炉渣的粘度，加速石灰块外部的传质； 它能改善炉渣对石灰的润湿和炉渣向石灰孔隙中的渗透； 它离解生成的离子（ Fe2+、 Fe3+、 O2-） 半径不大，且它与 CaO同是立方晶系，有利于 FeO向石灰晶格中迁移和扩散而 生成低熔点的溶液； 渣中 FeO高，能减少石灰块表面硅酸二钙的生成，可使生 成的硅酸二钙疏松，有利于其溶解。 5.3.3 造渣工艺 l 吹炼过程中成渣的途径 吹炼过程中，熔池的温度和成分不断变化，因而炉渣 的物理化学性质也不断变化。希望炉渣成分的变化沿着最 佳的途径进行，保证碱度迅速提高、炉渣流动性良好而又 不产生喷溅，并尽可能使炉渣在开吹后不久就具有高的反 应能力。 氧气转炉吹炼的炉渣中， CaO、 SiO2和 (FeO)三者之 和一般约为 75 80%，它们对炉渣的物理化学性质影响最 大。其余的氧化物中 MgO的性质与 CaO大致相似， P2O5与 SiO2相似， MnO与 FeO相似。因此，可用 CaO-FeO-SiO2三元 相图近似地研究吹炼过程中的成渣途径。 CaO-SiO2-FeO+Fe2O3相图 代表初渣 的特性 代表终渣 的特性 按成渣过程中 (FeO) 的含量不同可以分为 高氧化铁成渣途径 ( 铁质成渣途径 )和低 氧化铁成渣途径 (钙 质成渣途径 ) 5.3.3 造渣工艺 u 低氧化铁成渣途径 ，通常用低枪位吹炼。在整 个成渣过程中，炉渣的熔点都比较高，石灰块 熔解缓慢，因而碱度上升较慢，炉渣粘稠。特 别是吹炼中期，炉渣 “ 返干 ” 严重炉渣去除磷 、硫的能力很弱。 n 用低磷、硫原料吹炼低碳软钢时，吹炼末期熔 池含碳量降到 0.1%以后，因渣中 (FeO)急剧 升高可迅速成渣，此时采用低氧化铁成渣途径 可以避免吹炼过程中喷渣。这对超装的转炉尤 为重要。 5.3.3 造渣工艺 u 高氧化铁成渣途径 ，渣中含氧化铁量比较高，通常用较高 的枪位吹炼。炉渣成分变化的途径是在易熔区内，始终保 持良好的流动性，石灰熔解迅速，碱度提高快。 n 渣中 (FeO)含量高， 2CaOSiO 2外壳对石灰熔解的阻碍 不大，吹炼中期炉渣 “ 返干 ” 大大减轻，或被消除。这种 造渣方法成渣快，炉渣较早就具有良好的去除磷、硫的能 力，大大缩短了严重浸蚀炉衬的酸性渣存在时间，被普遍 采用。特别是 原料磷、硫较高和吹炼高中碳钢时必须采用 。 n 高氧化铁炉渣的另一特点是泡沫化严重。因此，炉容比不 足或操作不当造成炉渣中 (FeO)过高时，会产生严重喷 溅。在吹炼中必须注意。 5.3.3 造渣工艺 u 尽快化渣的措施 l 正确设计氧枪和控制枪位 l 在吹炼过程中加氧化铁皮、铁矿石等 l 加入萤石，渣中 (FeO)的含量越低，萤石的化渣效果 越明显。 l 石灰分批加入 2、炉渣粘度的控制 提高渣中 CaF2、 (FeO)、 MnO、 MgO(6%-8%)等的含量， 可使炉渣熔点降低，流动性改善。 为延长炉龄，确保去除磷、硫的条件下，加入白云石 等含 MgO的材料，可适当提高终渣的粘度，用于溅渣护 炉。 5.3.3 造渣工艺 3、 炉渣氧化性的控制 u 炉渣氧化性是代表炉渣对碳、锰、硅、磷等杂质氧化能 力的一种性质。 u 炉渣的氧化性可用 aFeO l (%FeO) l (% FeO) =(%FeO) +(%Fe203) l “ 全氧法 ” 表示， (%FeO) =(%FeO) +1.35(%Fe203) l “ 全铁法 ” 表示， (%FeO) =(%FeO) +0.9(%Fe203) p影响炉渣氧化性的因素 : 枪位和氧压 脱碳速度 熔池温度 其它因素（加入氧化剂、石灰质量、钢液成分等） 5.3.3 造渣工艺 p 降低渣中 (FeO) 的方法： l 尽可能控制终点碳在出钢要求的上限； l 接近终点前适当降枪，吹炼含碳较高的钢种时以萤石 帮助化渣； l 吹炼结束时，加入少量石灰稠化炉渣，使氧从炉渣向 金属中的传递减慢； l 尽量减少出钢时进入盛钢桶的渣量。 u 吹炼含碳 0.2%的沸腾钢时，往往需要增强炉渣 的氧化性以提高钢水的含氧量，否则可能出现模 内沸腾微弱，造成钢锭上涨等缺陷。 u 吹炼含碳 40%的钢种； 铁水含磷量达 0.51.5% 或原料含磷量虽 0.5，但要求 生产低磷的高、中碳钢；及要在炉内加入大量易氧化元素 (例如铬 )的合金钢时，应用双渣法。 5.3.3 造渣工艺 l 双渣留渣法 双渣法的终渣，一般有高的碱度和比 较高的 (FeO)含量，它对铁水具有一定的去磷和去 硫能力，熔点不高，本身还含有大量的物理热。将 这种炉渣部分地、甚至全部留在炉内，可以显著加 速下一炉初期渣的成渣过程，提高吹炼前期的去磷 和去硫率，节省石灰用量和提高炉子的热效率。 u 在留渣法中，必须特别注意防止兑铁水时产生严重 喷溅。如上一炉终点碳过低，一般不宜留渣。 1 名词解释：单渣法 双渣法 双渣留渣法 2 造渣方法如何选用？采用双渣法时何时倒渣为好？ 3 石灰用量如何计算？渣料如何加入？ 4 影响石灰溶解的因素有哪些？ 5 炉渣严重泡沫化的原因是什么？ 思考题 l 在吹炼一炉钢的过程中，需要正确控制温度。 温度制度 主 要是 指炼钢过程温度控制和终点温度控制 。 l 转炉吹炼过程的温度控制相对比较复杂， 如何通过加冷却 剂和调节枪位，使钢水的升温和成分变化协调起来，同时 达到吹炼终点的要求 ， 是温度控制的关键 。 l 热量来源 ： 铁水的物理热和化学热 ，它们约各点热量来源 的一半。 l 热量消耗 ：转炉的热量消耗可分为两部分， 一部分直接用 于炼钢的热量 ，即用于加热钢水和炉渣的热量； 一部分被 废气、烟尘带走的热量，炉口炉壳的散热损失和冷却剂的 吸热等 。 5.3.4 温度制度 热量的消耗 ： 钢水的物理热约占 70%； 炉渣带走的热量大约占 10%； 炉气物理热也约占 10%； 金属铁珠及喷溅带走热，炉衬及冷缺水带走热，烟尘物 理热，生白云石及矿石分解及其他热损失共占约 10%。 l 转炉热效率 ：是指加热钢水的物理热和炉渣的物理热占 总热量的百分比。 LD转炉热效率比较高，一般在 75%以上 。原因是 LD转炉的热量利用集中，吹炼时间短，冷却水 、炉气热损失低。 5.3.4 温度制度 l 出钢温度 首先取决于炼钢中的 凝固温度 ， 凝固温度 则根据钢种 的 化学成分 而定，钢液凝固温度计算有多种经验公式，如： T凝 =1536-（ 78%C+7.6%Si+4.9%Mn+34%P+30%S+ 5.0%Cu+3.1%Ni+2.0%V+1.3%Cr+18%Ti+3.6%Al） l 出钢温度 需考虑从出钢到浇注各阶段的温降。 T出 =T凝 +T+t 1+t 2+t 3+t 4+t 5 式中： T 钢液的过热度，它与钢种、坯型有关，板坯取 15- 20 ，低合金方坯取 20-25 ； t1 出钢过程温降； t2 出钢完毕至精炼之前的温降； t3 钢水精炼过程温降； t4 钢水精炼完毕至开浇之前的温降； t5 钢水从钢包至中间包温降。 5.3.4 温度制度 溶解于铁中的元素为 1%时，纯铁凝固点的降低值 元素 适用范 围 /% 凝固点降低 值 / 元素 适用范 围 /% 凝固点降低 值 / C 0.16%,残锰为铁水含 锰量的 40%；采用双渣法时钢液的残锰为零。 l合金元素收得率 n硅通常为 75% 左右，而锰则为 80% 左右 ; 钢液温度高时合金元素的收得率高（均为吸热反应）； 终点碳高时合金元素的收得率高（ C高 O低）； 加入量大时合金元素的收得率高（ O一定，合金元素氧化量 也一定）； 同时使用两种合金时脱氧能力弱的收得率高； 出钢过程中下渣多时合金元素的收得率低（ FeO多）。 l注意 ：采用复合脱氧剂如 Mn-Si合金时，按调锰计算其用量 （该合金含锰高），然后计算其所带硅量，最后计算补齐硅所 需 Fe-Si合金量。 合金加入量的确定 l应用举例 转炉使用含锰 0.3%的铁水，采用拉碳法吹炼 20镇静钢， 20 钢的成分为： C0.2%， Mn0.5%， Si0.8%，问： 1）用含 Mn68%， C6.28%的 Fe-Mn合金和含 Si75%的 Fe-Si合金 进行脱氧，需两种合金各多少 kg?终点碳应为多少？ 2）改用 Mn-Si合金（含 Mn68%， Si18.5%， C1.5%）和 Fe-Si合 金脱氧，各需多少 kg?终点碳应为多少？ 已知：出钢量 30吨， Si、 Mn、 C的收得率分别为 75%、 85%和 90%。 合金加入量的确定 解： 1） Fe-Mn用量 = 增碳量 =1976.28%90%/30000=0.04% 故终点碳应为 0.2% 0.04%=0.16% Fe-Si用量 =0.8%30000/75%75%=427kg/ 炉 2） Mn-Si用量 = 增碳量 =1971.5%90%/30000=0.01% 故终点碳应为 0.2% 0.01%=0.19% Fe-Si量 = 1.名词解释：一次拉碳法 高拉补吹法 增碳法 2.转炉吹炼终点的条件是什么？ 3.挡渣出钢的目的是什么？一般采用何种挡渣方 法？各起什么作用？ 4.一般钢种的脱氧合金化如何进行？操作要点是 什么？ 思考题 吹氧脱碳 吹氧脱磷 吹氧脱锰 吹氧脱硅 吹氧脱硫 副枪的结构 炉渣返干火焰特征 喷溅的火焰特征 取样操作 吹 氧 脱 硅 请 单击画面 控制操作 如果发现火焰 较早发亮且起渣 较早，则说明铁 水温度较高，可 以提前分批加入 第二批渣料，促 使及早成渣、全 程化渣。 如果发现火焰 较暗红，说明硅 、锰氧化还未结 束，温度还较低 ，第二批渣料需 推迟加入，保证 冶炼正常进行。 吹 氧 脱 锰 硅锰氧化期的火焰特征 冶炼前期为硅锰氧化期，一 般在 4min左右。此时期由于 加入了废钢和第一批渣料等 冷料，所以温度较低，多数 元素尚未活跃反应，火焰一 般浓而暗红。当开吹到 3min 左右时要特别仔细观察，此 时火焰开始由浓而暗红渐渐 浓度减淡，颜色也逐渐由暗 红变红。当吹炼到 3 4min 时，只要见到火焰中有一束 束白光出现 (俗称碳焰初起 ) 时，则说明铁水中硅、锰的 氧化反应基本结束，吹炼开 始进入碳氧化期 (碳已开始剧 烈氧化 )，可以开始分批加入 第二批渣料。 请 单击画面 碳 反应期的火 焰特征 请 单击画面 正常的火焰特征为： 火焰的红色逐渐减退，白光逐 步增强；火焰比较柔软，看上去 有规律的一伸一缩。当火焰几乎 全为白亮颜色且有刺眼感觉，很 少有红烟飘出，火焰浓度略有增 强且柔软度稍差时，说明碳氧反 应已经达到高峰值。 之后随着碳氧反应的减弱，火 焰浓度降低，白亮度变淡 (此时一 般可以隐约看到氧枪 )。当火焰开 始向炉口收缩，并更显柔软时， 说明碳含量已不高 (大致在 0.2% 0.3%)这时要注意终点控制。 请 单击画面 脱 磷 请 单 击 画 面 脱 硫 u返干 一般在冶炼中期 (碳氧化期 )的后半阶 段发生，是化渣不良的一种特殊表现形式。 u冶炼中期后半阶段正常的火焰特征是： 白亮、刺眼，柔软性稍微变差。 u但如果发生返干，其火焰特征为： 由于气流循环不正常而使正常的火焰 (有规 律、柔和的一伸一缩 )变得直窜、硬直，火 焰不出烟罩； u返干炉渣结块成团未能化好，氧流冲击到 未化的炉渣上面会发出刺耳的怪声；有时还 可看到有金属颗粒喷出。 u一旦发生上述现象说明熔池内炉渣已经返干。 当发现火焰相对于正常火焰较暗，熔池温度较长 时间升不上去，少量渣子随着喷出的火焰被带出 炉外时，此时如果摇炉不当往往会发生低温喷溅。 当发现火焰相对于正常火焰较亮，火焰较硬、直 冲，有少量渣子随着火焰带出炉外，且炉内发出刺耳 的声音时，说明炉渣化得不好，大量气体不能均匀逸 出，一旦有局部渣子化好，声音由刺耳转为柔和，就 有可能发生高温喷溅。 操作步骤或技能实施 1) 准备好样瓢及片样板或光谱样杯。 2) 将样瓢伸入炉渣中，在瓢的内外及与瓢连接的 杆部粘好炉渣。 3) 取出样瓢，观察粘渣是否符合要求，必须要保 证炉渣全部覆盖样瓢。 4) 粘渣完全后，将样瓢迅速伸入钢水内，位置： 精炼钢包内氩气翻动钢水处，熔池的 1/3 1/2深的地方， 即在钢渣界面以下 200 300mm处，舀取钢水并在钢水面 上完整覆盖炉渣，然后迅速、平稳地取出样瓢。 5) 倒样瓢钢水前，沿样瓢边沿刮去少量炉渣，以便 于倒出钢水。 6) 如果是取转炉钢样，则在倒出钢水前，要插少许 铝丝。 7) 均匀倒出钢水，取片样或圆杯样。 8) 样瓢内多余钢水及炉渣就地倒在炉前生铁平台上， 冷却后及时处理。 9) 将样瓢上粘住的炉渣及时敲碎，清理干净。 10) 使用过的样瓢及时敲直，如粘有冷钢则要去除， 然后放在指定位置备用。 转 炉 冶 炼 全 过 程 演 示 一 请 单击画面 请单击画面 请 单击画面 5.4 复吹转炉炼钢工艺 u 氧气转炉顶底复吹冶炼法可以说是顶吹转炉和底吹转炉 冶炼技术不断发展的必然结果。 u 1978年 4月法国钢铁研究院 (IRSID)在顶吹转炉上进行了 底吹惰性气体搅拌的实验并获得成功， 1979年 4月日本住 友金属发表了转炉复合吹炼的报告，从而加速了各国对 LD转炉的改造 。 u 我国首钢及鞍钢分别在 1980年和 1981年开始进行复吹的 实验研究，并于 1983年分别在首钢 30吨转炉及鞍钢 180吨 转炉上推广使用。 5.4.1 复吹转炉炼钢法的类型 u 顶吹氧、底吹惰性气体的复吹工艺 n 代表方法有 LBE、 LD-KG、 LD-OTB、 NK-CB、 LD-AB等，底部 供气强度在 0.03 0.12m3/（ tmin ） 。 u 顶、底复合吹氧工艺 n 代表方法有 BSC-BAP、 LD-OB、 LD-HC、 STB、 STB-P等。顶部 供氧比为 60 95，底部供氧比为 40 5，底部的供 氧强度在 0.2 2.5m3/（ tmin ）范围，属于强搅拌类型。 u 底吹氧喷熔剂工艺 n 典型代表有 K-BOP。从顶吹转炉底部，通过底枪，在吹氧的 同时，还可以喷吹石灰等熔剂，吹氧强度一般为 0.8 1.3m3/（ tmin ），熔剂的喷入量取决于钢水脱磷、脱硫 的量。 顶底复吹转炉示意图 5.4.2 底部供气元件的类型 底部供气元件是复吹技术的核心，目前有喷咀型、砖型 和细金属管多孔塞型三类。必须满足 分散、细流、均匀、 稳定 的供气要求。 u 喷咀供气元件 有 单管、双层套管、环缝管或双槽式 等。 l 单管式 适用于喷吹 Ar、 N2等气体； l 双层套管式 中心管通氧气，内外管间环缝通碳氢化合 物保护介质，或内管和环缝均为 Ar、 N2、 CO2等相同介质； l 环缝管 是将内管用泥料堵塞，环缝通气，最大限度地 扩大了双层套管内外的压差。 l 喷咀型供气元件有时存在烧结和结瘤现象。 l 使用碳氢化合物作喷咀的冷却介质，在喷咀出口周围可以 形成蘑菇头 (炉渣与金属的凝结层，其中有放射气孔带 )对 喷咀有保护作用。 u 砖型供气元件有 弥散型 透气砖、砖缝组合型和直孔型透气 砖 三类。 l 弥散型透气砖 喷吹 Ar， N2搅拌气体，气体阻力大，透 气量小，不能喷吹氧化性气体； l 砖缝组合型 供气阻力小，适用于喷吹 惰性气体 ，但容 易漏气而且各缝气流不均匀； l 直孔型透气砖 阻力小而且气流分布较均匀，不容易漏 气。 u 多微管透气塞供气元件 是钢管型与砖型供气元件两者 的结合，微管直径早期为 1.5mm左右，现增大到 3-4mm 。 l 微管的合理排布方式是保证管上形成的蘑菇头连接起 来，因此管距应在设定蘑菇头半径的 2倍以内。 5.4.2 底部供气元件的类型 5.4.3 顶底复吹转炉内的反应 1、成渣速度 l 复吹转炉与顶吹、底吹两种转炉相比，熔池搅拌范围大， 而且强烈，从底部喷入石灰粉造渣，成渣速度快。 l 通过