《低磷钢冶炼工艺》PPT课件.ppt

2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,1,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,2,一、转炉冶炼的基本理论 二、转炉脱磷新工艺,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,3,低磷钢冶炼是高难度、高附加值产品的生产平台 进入20世纪90年代，洁净钢生产成为炼钢技术发展的核心之一，采用新工艺尽可能降低钢中杂质元素的含量特别是磷、硫的含量和非金属夹杂物的含量是洁净钢冶炼工艺研究的主要内容。高级优质钢对钢中磷含量的要求越来越严格，特别是对于低温用钢、海洋用钢、抗氢致裂纹钢(用作长期外界作业的重轨、天然气、石油输送管道以及石油精炼设备等)要求w(P)小于0.01%或0.005%。极低磷钢一般指钢中w(P)5010-6的钢，冶炼极低磷钢要从炼钢工艺的各个环节入手，尽可能降低钢中的磷含量。,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,4,磷在钢中的作用 磷在大多数钢中是有害元素： 它能够引起钢的“冷脆”；使钢材的塑性和冲击韧性降低；使钢的焊接性能和冷弯性能变差；磷在钢中偏析很大且不易消除。 磷做为合金元素也能够改善钢的某些性能： 易切削钢：利用磷能够改善钢的塑性； 高磷薄板钢：利用叠轧时不易粘合的性能； 炮弹钢：利用磷的脆性； 高导磁电工钢：利用耐腐蚀性及提高导磁率； 耐大气、海水腐蚀用钢：利用耐腐蚀性能；,一、转炉脱磷的基本理论,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,5,脱磷反应方程式,磷是易氧化的元素，在转炉冶炼前期发生氧化反应 2P+5（FeO）=（P2O5）+5Fe 然后再与渣中（CaO）反应，生成稳定化合物 （P2O5）+n（ CaO ）=n（ CaO ） （P2O5） 冶炼中磷的氧化去除反应为： 2P+5(FeO）+n（ CaO ）=5Fe+n( CaO ） （P2O5）+Q 式中n一般取4，炉渣中FeO和 CaO 越多，即越有利于去磷。 在金属和炉渣平衡的情况下：,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,6,1）加入固体氧化剂（铁矿石、铁皮）或用高枪位向溶池吹氧以增 ； 2）加入石灰或促进石灰在碱性渣中迅速的溶解的物质可以增大 ，也可以增大自由CaO的浓度； 3）用更新与金属接触的液相的方法，即放渣和加入CaO与FeO造新渣的方法来减小 ； 4）保持适当的低温，因脱磷反应是个放热反应，温度升高时Kp降低，导致 增大；,脱磷的热力学条件,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,7,脱磷的动力学条件 脱磷能力表示方法： 分配比：LP=（%P2O5）/%P或（%P2O5）/%P2或（%P）/%P 动力学条件： 1.1迅速造成有利于脱磷的熔渣：碱度在3.0-4.0之间，（FeO）在15%-20%，渣量相对较大的熔渣。这样可以增大LP。 1.2保持熔渣具有较好的流动性，使炉渣泡沫化，增大渣钢之间的反应界面。 1.3加强对熔池的搅拌，如保持合适的枪位，增加底吹或侧吹气体进行搅拌等。,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,8,二、转炉脱磷新工艺,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,9,日本的多功能转炉法(MURC法)脱硅、脱磷、脱碳工序集中在转炉内进行，而且2002年1月以后，将脱碳渣热循环到脱磷工序，由此，可降低生产成本。新日铁君津制铁所第二炼钢厂和大分厂炼钢车间采用MURC法炼钢。目前，采用MURC法炼钢可以生产出成品磷含量小于150ppm的低磷钢和成品磷含量小于80ppm的超低磷钢。 MURC法的工艺流程如下：转炉装入铁水后，顶吹氧气进行高速脱硅、脱磷操作，然后进行中间排渣，将脱硅、脱磷过程中生成的炉渣从转炉中倒掉，最后对炉内留下的铁水直接进行脱碳吹炼。,日本“单枪、双渣”工艺- MURC法,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,10,MURC法工艺流程,采用MURC工艺后，能大规模、廉价地生产低磷钢、超低磷钢，脱硅、脱磷处理的时间大幅度缩短，能减少在鱼雷车中进行铁水预处理的比例。其结果是提高鱼雷车的周转率、改善转炉铁水的装入温度，从而能使用更多的废钢、提高Mn的还原率，大幅度降低炉渣发生量。,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,11,3.转炉“双渣法”冶炼工艺（双枪、双渣） 双枪、双渣法其工艺原理和工艺特点与单枪、双渣法相同，只是在转炉冶炼的脱磷阶段采用专用脱磷氧枪，进行高效快速脱磷，在中间排渣时快速更换成常规氧枪，然后进行脱碳精炼。该法与单枪、双渣法相比能够提高脱磷效率、缩短吹炼时间、降低渣料消耗和炉渣发生量。,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,12,3 转炉双渣法相关技术的研究： 1）底吹工艺技术。 2）脱碳工序锰矿熔融还原工艺。 3）超低磷的分析技术。 4）中间排渣技术。,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,13,4.转炉“双联法”冶炼工艺（双枪、双联） 二十世纪九十年代日本学者提出了“分阶段精炼”的工艺思想，并付之于实践，不断改进完善这一新工艺流程。使传统的转炉炼钢过程(即在同一座转炉内进行脱磷、脱硫、脱碳、提温和精炼等)逐步转向单一化，即将冶炼过程分为几个功能阶段，一个冶炼设备进行单一功能的操作成为炼钢生产的发展方向。这种发展带来的好处是：可提高钢水的质量，缩短转炉冶炼周期，降低原材料的消耗和能耗，每一设备的生产操作单一，有利于冶炼过程的控制和管理。转炉“双联法”冶炼正是基于此背景发展起来的一项炼钢新技术，该工艺核心是将转炉冶炼功能分为脱磷和脱碳两部分，两座转炉分别进行脱磷和脱碳操作。,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,14,二十世纪八十年代日本几大钢铁公司开发应用了混铁车、铁水罐脱磷技术，九十年代初又开始开发转炉脱磷技术，当时称为专用炉脱磷、H炉脱磷等，如新日铁在名古屋厂试验，住友在鹿岛厂、川崎制铁在水岛厂试验等。到九十年代末，转炉脱磷技术日趋成熟，各大公司全面推广应用，纷纷取代混铁车和铁水罐脱磷技术，尤其是新日铁君津厂，它原是混铁车脱磷ORP技术的开发者，在九十年代末短时间内把两个炼钢厂的混铁车脱磷都改为转炉脱磷。1999年投产的住友和歌山新炼钢厂专门建了一个转炉脱磷车间，由脱磷转炉专向脱碳转炉提供脱磷铁水。现在日本住友金属和歌山厂、川崎制铁水岛厂、NKK福山厂以及新日铁室兰厂等均采用转炉双联法冶炼工艺进行大规模生产。典型的转炉双联法工艺流程为高炉铁水铁水脱硫预处理转炉脱磷转炉脱碳二次精炼连铸。,日本“双枪、双联”工艺,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,15,转炉铁水预处理工艺比较,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,16,日本NKK福山三炼钢300t转炉双联法炼钢的具体工艺参数,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,17,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,18,2002年11月11日，宝钢一炼钢2号300t转炉应用BRP-转炉脱磷、少渣冶炼技术成功冶炼出第一炉成分合格的超低磷钢。2004年6月10日，宝钢借助BRP技术连续生产4炉超纯净抗HIC-X60管线钢(供1930连铸)，平均成品磷含量为35ppm，最低达到30ppm。到目前为止，宝钢共采用BRP工艺生产抗硫化氢X65管线钢及海底管线钢11.3万吨，平均成品磷含量为59.5ppm。对于X70管线钢，在经过BRP工艺处理以后，成品磷含量达到了63ppm，与常规冶炼比较，降幅49。目前日本管线钢平均磷含量约为70ppm左右，最低约为3040ppm。 2004年2月18日建成投产的宝钢集团一钢公司150t转炉生产车间也采用了BRP 冶炼工艺。目前，宝钢已研制开发并成功运行了具有完全知识产权的BRP转炉脱磷，少渣冶炼的工艺技术。,宝 钢 BRP 脱 磷 技 术,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,19,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,20,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,21,由表可见，转炉双联法冶炼工艺的设计指标同转炉常规冶炼工艺相比在减少能源介质和熔剂消耗、减少渣量、缩短转炉的冶炼周期、提高转炉炉龄和提高锰矿中锰的收得率等方面，具有较为明显的优势。,宝钢转炉“双联法”工艺流程示意图,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,22,转炉“双联法”工艺要求： (1)至少配置两座转炉，即一座转炉脱磷作业，另一座转炉脱碳作业， 每座转炉的炉役前半期做脱碳炉，炉役后半期做脱磷炉。 (2)采用顶底复合吹炼， 底吹气体主要为氮气、氩气。 (3)每座转炉设置两套独立的氧枪，一套用于脱碳，另一套专用于脱磷， 两套氧枪，可迅速而准确地更换。 (4)转炉设置挡渣装置。脱磷炉出钢时，进行挡渣，减少带渣量。 (5)尽量提高转炉修炉、拆炉、补炉和换出钢口等操作的机械化程度。设置专用的去冷钢氧枪，以清理炉口附近的冷钢。 (6)采用全汽化冷却烟道，回收蒸汽，以降低设备投资和生产操作成本。采用OG湿式或LT干式除尘和进行转炉煤气回收。 (7)炉前的主操作平台可考虑开孔，脱磷炉出脱磷铁水后，脱磷铁水要马上兑入脱碳转炉内，其最短的工艺路线是在炉前的操作平台上开孔，从孔中吊起脱磷铁水罐即可就近兑入脱碳炉。在二个转炉的操作平台的合适位置上各开一个铁水吊装孔，并设置盖板。脱磷转炉前的平台孔打开，并设活动栏杆，脱碳转炉前的平台孔用盖板盖住。,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,23,转炉“双联法”工艺特点： (1)采用顶底复吹转炉进行铁水脱磷 采用顶底复吹转炉进行铁水脱磷处理，有较为理想的条件，转炉容量大，形状好，有充分的反应空间，强烈的熔池搅拌可加快炉渣与铁水的反应速度，并可消除铁水和炉渣间的温度差(30-50)，使脱磷能力得到增强。 (2)减少渣量 由于分别在两转炉进行脱磷和脱碳，所以只有脱磷转炉需要合适的炉渣用于脱磷，脱碳炉可无渣或少渣冶炼。脱磷炉在低温阶段的单一脱磷效率甚高，脱磷渣不进入脱碳炉，所以没有回磷之虞，脱磷炉的炉渣用量也比常规冶炼的低。如NKK福山三炼钢300t转炉采用双联法冶炼工艺，炉渣量减少效果明显，转炉脱磷渣量20kg/t铁，转炉脱碳渣量8kg/t钢。宝钢转炉脱磷渣量约为2040kg/t，转炉脱碳渣量采用少渣冶炼时约为15 kg/t。,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,24,(3)提高转炉炉龄 由于转炉双联法冶炼生产节奏快，冶炼时间缩短，使热循环得到改善，转炉炉底部位剥落减轻。据NKK福山厂经验，由于转炉炉底部位炉衬损坏程度减轻，转炉炉衬寿命即使在不进行喷补的条件下也可达到8000炉的水平。双联法的脱磷炉使用的都是转炉后期炉龄期，由于冶炼温度低，可大大提高该转炉的炉龄。 (4)可用锰矿来替代锰铁合金 脱碳转炉的少渣冶炼，有利于锰的还原，提高锰的利用率，所以可用锰矿来替代锰铁合金，对高锰钢、超低磷钢、纯净钢等的冶炼优越性尤为突出。 (5)脱磷炉可以使用脱碳炉炉渣 脱碳炉的炉渣可直接返回给脱磷炉使用，这对综合利用炉渣、相对减少炉渣量、改善环境和降低成本是有益的。脱碳炉炉渣用于脱磷炉，可使吨钢减少10kg的石灰消耗。在实际使用中，日本各钢厂各有自己的方法，住友金属采用了炉渣处理后通过炉顶料仓加入脱磷炉，返回量为10 -15kg/t，新日铁君津厂和NKK福山厂是采用留渣作业。宝钢一炼钢采用的是将脱碳炉炉渣通过废钢料槽随废钢一道加入到脱磷炉中。,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,25,转炉双联法、双渣法冶炼工艺是一种典型的转炉洁净钢生产工艺流程，是高难度、高附加值产品的生产平台，可经济、高效、批量生产市场需要的低磷钢、超低磷钢和极低磷钢，它同转炉常规冶炼工艺相比在减少能源和熔剂消耗、减少渣量、缩短转炉的冶炼周期、提高转炉炉龄和提高锰矿中锰的收得率等方面，具有较为明显的优势。为绿色制造、可持续发展提供条件。同时，随着社会对洁净钢的生产需求日益增加，转炉双联法、双渣法是转炉炼钢技术发展的必然趋势。,开发双联法、双渣法冶炼工艺的优点,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,26,国内发表的两个低磷钢冶炼工艺方面的发明专利,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,27,【 申 请 号 】02115419.8 【 专利名称 】一种生产超低磷钢的控制磷的方法 【 申 请 人 】武汉钢铁（集团）公司 一种生产超低磷钢的控制磷的方法，涉及冶炼超低磷钢种过程中对磷的控制方法。其解决了采用“双造渣”和“双联法”及“三脱”进行冶炼时存在的工艺复杂、冶炼时间长、且由于进行“三脱”后的铁水温度低，使加入的废钢量大大减少等不足。其技术措施：向炼钢炉内加入约占炉子金属料装入810(重量比)的高碱性、高氧化性的造渣剂进行炼钢炉脱磷，出钢时的磷控制在0.008(重量比)以下对钢水罐不断进行吹氩搅拌直至出钢结束后35分钟，同时加入钢水和铁水均能用的脱磷剂及活性石灰吹氩搅拌结束后，在精炼炉进行加热搅拌(不脱氧)根据钢种需要，直接到真空进行脱氧合金化或扒掉钢渣后再进行脱氧合金化进行连铸浇注回磷控制。,2019年4月13日,低 磷 钢 冶 炼 工 艺,28,【 申 请 号 】 00113001.3 【 专利名称 】半钢脱磷脱硫炼钢新工艺 【 申 请 人 】昆明理工大学 一种半钢脱磷脱硫炼钢新工艺，其工艺流程是：高炉铁水经脱硫处理后得半钢，半钢进入转炉吹炼得成品钢，其特征是：在上述工艺流程转炉炼钢前增加一个半钢脱磷、硫过程，高炉铁水经