《转炉的基本知识》PPT课件.ppt

,一、炼钢的任务,项目二 转炉炼钢的基本知识,任务一 转炉炼钢基础知识,脱碳,基 本 任 务,炼钢的基本任务及为完成任务所采取的主要措施,脱磷、脱硫,脱氧合金化,去气和夹杂,提高温度,措施,炼钢过程使用氧化剂，如吹入氧气，加入铁矿石等,措施,措施,措施,措施,使用造渣剂造好渣,加入脱氧剂、合金剂,利用碳氧反应,平炉炼钢：,外来热源，燃料燃烧,电炉炼钢：,氧气转炉炼钢：,电能转化为热能,铁水的物理热和化学热，不需外来热源,二、氧气转炉冶炼的基本反应,观看录像熔池内的反应,顶吹转炉炉内成分变化,总述,复合吹炼转炉炉内成分变化,（一）金属液成分变化规律,在吹炼初期就大量氧化。在吹炼初期，一般在5分钟内就被氧化到很低，一直到吹炼终点，也不发生硅的还原。,变化规律,2(CaO)(2FeO.SiO2)(2CaO.SiO2)2(FeO) 熔渣 2(FeO)（SiO2）(2FeO.SiO2) （产物不稳定，随熔渣碱度提高而转变） 界面 Si(2FeO)（SiO2）2Fe Si2O（SiO2） （熔池内反应） 钢水 SiO2（SiO2） （氧气直接氧化）,Si的氧化图解, Si氧化反应特点,Si氧化 特点,放热反应,碱性渣中氧化很彻底,SiO2 主要与CaO结合成稳定的2CaO.SiO2,低温有利于Si的氧化,Mn在吹炼初期迅速氧化，但不如Si氧化得快。在开吹时，铁水中Mn高，同时Mn和氧的亲和力大 ，随着吹炼进行渣中的而逐步回升。在复吹转炉中，锰的回升趋势比顶吹转炉要快些，其终点含锰量也要高些。其原因是因为复吹转炉渣中（FeO）比顶吹转炉低些,变化规律, C（MnO ）Mn CO (吹炼后期，炉温升高，（MnO ）被还原 熔渣 2( CaO)(MnO.SiO2) （MnO ）(2CaO.SiO2) （在碱性渣中大部分呈游离MnO ） （SiO2）（MnO ）(MnO.SiO2) （吹炼前期） 界面 Mn(FeO)（MnO ）2Fe Mn2O（MnO） （熔池内反应） 钢水 MnO2（MnO） （氧气直接氧化反应）,Mn的氧化图解, Mn氧化反应特点,Mn氧化 特点,放热反应,碱性渣中不利于Mn的氧化,Mn0是碱性氧化物，呈自由状态存在，随着冶炼进行，会发生Mn的还原，产生“回锰”,低温有利于Mn的氧化,金属液中C的氧化规律表现在碳的氧化速度（脱碳速度）上，脱碳速度的变化在整个吹炼过程分为三个阶段：吹炼前期，以Si、Mn氧化为主，脱碳速度由于温度升高而逐步加快；吹炼中期以碳的氧化为主，脱碳速度达到最大，几乎为常数；吹炼后期，随着金属熔池中的碳含量的减少，脱碳速度逐步降低。由此可见，整个冶炼过程中脱碳速度的变化近似于梯形。如图所示,变化规律,脱碳速度表达式？,脱碳速度和吹炼时间关系的模拟图,脱碳速度表示式：,第一阶段： = K1t（由慢到快，最后达最大值） K1不是常数，是铁水成分和温度的函数。,第二阶段： = K2 （ 保持最高水平，几乎为 定值。最大可达0.30.5C/min） K2103=1.89 0.048h28.5( 供氧强度，h枪位)，脱碳速度主要受供氧强度的影响，供氧强度越大，其脱碳速度也越大。,第三阶段： = K3 （随 的减少不断下降） 熔池含碳量，,熔渣 C(FeO)FeCO （乳浊液内反应） 界面 C(FeO)FeCO CO CO （熔池粗糙表面上反应，只有0.05时， 钢水 C2O CO2才反应 ） C1/2O2 CO （氧气射流冲击区，直接氧化反应）,C的氧化图解, C氧化反应特点,C氧化 特点,反应热效应,反应地点,CO反应主要发生在气泡和金属的界面上。,在CO反应中除了与渣中(FeO)的反应是吸热外，都是放热反应,4、 P,P,变化规律,脱磷原理,实际生产中怎样脱磷,回磷,P对钢性能的影响,磷是钢中有害杂质之一。磷使钢具有冷脆性，增加钢对脆性断裂的倾向及提高冷脆温度，即提高冲击韧性显著降低的温度。 钢中最大允许的磷量wP=0.02%0.04， 而对某些优质钢种要求磷P=0.0080.014范围内。,为啥要脱磷,变化规律,P在吹炼前期快速降低，进入吹炼中期略有回升，而到吹炼后期再度降低,冶炼的中、后期若炉温过高，会发生回磷，出钢脱氧合金操作不当也会发生回磷。, 脱磷的原理,磷在钢中以磷化铁（Fe2P或Fe3P）的形式存在，一般用P表示,P在金属液中存在形态,n(CaO) ( 3FeO. P2O5)(nCaO.P2O5) 3(FeO) （吹炼中后期， n为3或4） 熔渣 3(FeO)（P2O5）( 3FeO. P2O5) （吹炼前期） 界面 2P5(FeO) （P2O5） +5Fe 钢水 2P+5O(P2O5) （可能性小） 2P+O2(P2O5) （可能性小）,脱磷反应：,2P+ 5(FeO) n(CaO) (nCaO.P2O5) 5Fe,总的反应式 放热反应,条件,炉渣的碱度（B）要适当高，B控制在253,适当提高炉渣的氧化性，即渣中的氧化铁要高,适当的低温,利于脱磷的热力学条件：,适当的大渣量,回磷,回磷,定义,原因,回磷是指冶炼后期钢液中磷含量比中期有所回升，以及成品钢中的含磷量比冶炼终点钢水含磷量高的现象。,炉温过高 出钢、脱氧合金化操作不当 合金带入一定数量的P,减少回磷的措施,1 吹炼中期，要保持渣中的（FeO）含量大于10%以上， 防止因炉渣“返干”而产生回磷；,2 控制终点温度不要过高，并调整好炉渣成分，使炉渣碱度保持在较高的水平；,3 尽量避免在炉内进行脱氧和合金化操作，防止渣中的氧化铁含量下降；,4 采取挡渣球挡渣出钢等措施，尽量减少出钢时的下渣量；,5 采用碱性包衬,6 出钢时，向钢包内投入小石灰块以提高碱度，稠化炉渣，降低炉渣的反应能力。,实际生产中为了去磷，吹炼过程中应根据去磷反应的热力学条件，首先搞好前期化渣（尽可能采用软吹；使用活性石灰；使用合成渣料），尽快形成高氧化性炉渣，以利在吹炼前期低温去磷。若铁水磷含量高，还可在化好渣的情况下倒掉部分高磷炉渣，以提高脱磷效率。而在吹炼中、后期，则要控制好炉渣碱度和渣中 （FeO），保证磷稳定在炉渣中，而不发生回磷现象。在吹炼前期快速降低，进入吹炼中期略有回升，而到吹炼后期再度降低,实际生产中为了脱磷怎样操作,5、S,S,S对钢性能的影响,硫的变化规律,实际生产中怎样脱硫,脱硫,影响,使钢产生热脆现象,对钢的力学性能产生不利影响,使钢的焊接性能降低,使钢的耐腐蚀性能降低, 硫对钢性能的影响,能改善易切削钢的切削性能,总结：硫对绝大多数钢种而言是有害的，应严格限制钢中的含硫量，所以脱硫是炼钢的主要任务之一,普通碳素钢 0.050 优质碳素钢0.040 高级优质钢0.030 一般钢种允许的为0.0150.045，优质钢0.02，炼钢生铁0.050.08,不同钢种对硫的要求：,变化规律,S在开吹后下降不明显，在吹炼中、后期，高碱度活性渣形成后，温度升高才得以脱除。,脱硫 途径,炉渣脱硫,汽化脱硫, 脱硫,硫的存在形式：硫在金属液中存在三种形式，即FeS、S和S2，FeS既溶于钢液，也溶于熔渣,炉渣脱硫,碱性氧化渣脱硫反应：如图39所示,熔渣 （CaO） （CaS） 界面 S（CaO）（CaS）O 钢水 S 图39 脱硫反应图解,（MnO）、（MgO）也可发生脱硫反应,条件,炉渣的碱度（B）要适当高，B控制在3.03.5,炉渣的氧化性要适当低，即(FeO)要适当低,高温,利于脱硫的热力学条件：,适当增大渣量,实际生产中为了脱硫怎样操作,在吹炼过程中，为了去硫，就要充分应用脱硫的热力学条件，实现高温状况下化好渣，利用吹炼过程的中、后期高温、高碱度、低氧化性的有利条件去硫,去硫量一般占总去硫量的1040。有文献中指出，在氧气顶吹转炉内，直接气化脱硫是不可能实现的；只有在钢液中没有Si、Mn、C或含C很少时，在氧化性气流强烈流动并能顺利排出的条件下，才有可能直接气化脱硫。因此，钢液气化脱硫的最大可能是钢液中S进入炉渣后，再被气化去除，即：,气化去硫,从反应式可以看出：硫必须首先从钢液中进入熔渣，才有可能气化去除。所以钢渣间的去硫反应是气化去硫的基础。另外还可以看出：高碱度渣对气化去硫不利。,（二） 熔渣成分的变化规律,熔渣成分,元素的氧化 元素的脱除,（FeO）、 CaO） （MnO） 、 （MgO） （SiO2） 、（P2O5）,铁水中的Si、P、Mn、Fe的氧化产物 加入的石灰溶解而生成、少量的其它渣料（白云石、萤石等） 带入转炉内的高炉渣、侵蚀的炉衬,成渣过程,来源,开吹后，铁水中Si、Mn、Fe等元素氧化生成FeO、SiO2、MnO等氧化物进入渣中。 吹炼初期渣中主要矿物组成为各类橄榄石（Fe、Mn、Mg、Ca）SiO4和玻璃体SiO2 随着炉渣中石灰溶解，随碱度增加而形成CaOSiO2，3CaO2SiO2，2CaOSiO2，3CaOSiO2，其中最稳定的是2CaOSiO2 到吹炼后期，C一O反应减弱，（FeO）有所提高，石灰进一步溶解，渣中可能产生铁酸钙,炉渣形成过程,炉渣中的化合物及其熔点,石灰的溶解,由图可见，在25的吹炼时间内，渣主要靠元素Si、Mn、P和Fe的氧化形成。在此以后的时间里，成渣主要是石灰的溶解，特别是吹炼时间的60以后，由于炉温升高，石灰溶解加快使渣大量形成,图 吹炼过程中渣量q1和 石灰溶解量q2的变化 矿石冷却；b废钢冷却,石灰在炉渣中的溶解过程： 分为三步,第一步，液态炉渣经过石灰块外部扩散边界层向反应区迁移，并沿气孔向石灰块内部迁移,第二步，炉渣与石灰在反应区进行化学反应，形成新相。反应不仅在石灰块外表面进行。而且在内部气孔表面上进行,2（FeO）+（SiO2）+ CaO （FeOX）+（CaO FeO SiO2） 熔点1205 （Fe2O3）+2 CaO （2 CaO Fe2O3） 熔点 1420 （CaO FeO SiO2）+ CaO（2CaOSiO2）+（FeO） (SiO2)（MnO） CaO （CaO. MnO. SiO2 ） 熔点1355,第三步, 反应产物离开反应区向炉渣熔体中转移。,影响石灰溶解的主要因素,（1） 炉渣成分 实践证明，炉渣成分对石灰溶解速度有很大影响。有研究表明，石灰溶解与炉渣成分之间的统计关系为： 式中： 石灰在渣中的溶解速度，kg（m2） 比例系数 CaO等 渣中氧化物浓度，,（FeO）：（FeO）对石灰溶解速度影响最大，它是石灰溶解的基本熔剂。其原因是： 1）它能显著降低炉渣粘度，加速石灰溶解过程的传质。 2）它能改善炉渣对石灰的润湿和向石灰孔隙中的渗透。 3）它的离子半径不大 4）它能减少石灰块表面2CaOSiO2的生成，并使生成的2CaOSiO2变疏松，有利石灰溶解,，,（CaO）：对石灰溶解速度的影响具有极值性，石灰的溶解速度随着渣中CaO的增高先是增大，在CaO达到某一值时，石灰的溶解速度达到最大，再继续增加，石灰的溶解速度反而减少,（SiO2）：对石灰溶解速度的影响具有极值性作用，当（SiO2）20%，随着SiO2的增加，熔点降低，粘度值降低，石灰溶解速度增加。当（SiO2）20%，生成2CaO.SiO2，阻碍渗透。当（SiO2）30%，大量的复合硅氧阴离子而使炉渣的粘度数值大大增加,（MnO）：渣中（MnO）对石灰溶解速度的影响仅次于（FeO），故在生产中可在渣料中配加锰矿，仅在（FeO）足够的情况下，MnO才能有效地帮助石灰熔解，而当MnO超过26%后，如果（FeO）不足，反而会误滞石灰的溶解,（MgO）：（MgO）=6%，对于石灰的溶解是有利的。因为CaOMgOSiO2系化合物的熔点都比2CaO.SiO2低,（2）温度 熔池温度高，使石灰的溶解加速进行。,（3）熔池的搅拌 加快熔池的搅拌，可以显著改善石灰溶解的传质过程，增加反应界面，提高石灰溶解速度。复吹转炉的生产实践也已证明，由于熔池搅拌加强，使石灰溶解和成渣速度都比顶吹转炉提高,（4）石灰质量 表面疏松，气孔率高，反应能力强的活性石灰，能够有利于炉渣向石灰块内渗透，也扩大了反应界面，加速了石灰溶解过程,（5）铁水成分 铁水中Mn高（为0.61.0）时，初期渣形成快，中期渣返干现象减轻。铁水中Si过低，不利于石灰溶解,（6）助熔剂 萤石（CaF2）：CaF2与CaO、SiO2形成1362的低熔点共晶体，能加速石灰溶解，其反应式如下： 2（CaF2）3（SiO2）SiF42(CaOSiO2) 熔点1550 3（CaO）（SiO2）（CaF2） （3CaOCaF2 2SiO2）熔点1362,铁矿或铁皮：能增加渣中FeO和Fe2O3含量，加速石灰溶解,（7）渣料的加入方法 应根据炉内温度和化渣情况，正确地确定渣料的批量和加入时间，渣料加得过早或批量过大，都影响炉温，不利于化渣,改进石灰质量（采用活性石灰） 适当改变助溶剂成分。增加氧化锰、萤石和少量的氧化镁，以便组成低熔点的矿物，都有利于石灰的渣化 提高开吹温度（前期可以进行适当低枪位操作，有条件的话可以用矿石代替废钢作冷却剂） 采用合适的枪位既能促进石灰的渣化，又可避免发生喷溅，还可在碳的激烈氧化期保持熔渣不返干 采用合成渣可以促进熔渣的快速形成,加快石灰熔化的途径,（FeO）,（FeO）含量 变化影响因素,熔渣中（FeO）的变化规律,（FeO）变化规律,（FeO） 含量变化 影响因素,熔渣中（FeO）变化的影响因素,枪位：枪位低，（FeO）降低；否则，相反。,矿石：渣料中加的矿石多，则（FeO） 增加,脱碳速度 ：脱碳速度快，渣中（FeO）低,（FeO）变化规律,前、后期高，中期低,熔渣中（SiO2） 的变化规律,吹炼一开始，Si 迅速氧化， 熔渣中（SiO2）很快提高，有时可高达30，之后随着吹炼过程的进行，（SiO2）降低,熔渣中（MnO） 的变化规律,开始吹氧后，Mn大量氧化，使熔渣中（MnO）达到 较高值，之后随着吹炼过程的进行，（MnO）含量降低,熔渣中（ CaO） 的变化规律,熔渣中（ CaO）含量随着吹炼过程进行是逐步 增加的,熔渣中（MgO） 的变化规律,渣中（MgO）含量的变化与是否采用白云石或菱镁矿造渣工艺有关。如果加白云石或菱镁矿，还与加入的数量有关,熔渣中（P2O5） 的变化规律,吹炼开始后，先增加，后减小,熔池温度的变化规律,熔池温度的变化与熔池的热量来源和热量消耗有关。即 氧气转炉吹炼过程中熔池温度的变化与元素的氧化放热相对应，但由于加入废钢、渣料和各种冷却剂的影响，使实际升温与炉内加入的冷却剂数量相关。某厂30吨转炉所测定的温度变化回归方程,06min T=1146.7+68.4t 611min T=1253.4+26.1t 1118min T=1192.7+30.4t 018min T=1187.6+33.06t ,由此分析出：温度变化分为三阶段,温度 变化,第一阶段：,熔池温度的变化变化规律,升温速度很快，达68.4/min，主要是铁水中Si、Mn、P氧化大量放热的结果，前期终了，熔池温度可升高至1500左右,第二阶段：,升温较慢，升温速度仅为26.1/min，吹炼中期，熔池温度可达15001550,第三阶段：,升温速度略比第二阶段高。冶炼过程平均升温速度为33/min，可达16501680,脱碳和去硫，因此应控制好供氧和底气搅拌，防止炉渣“返干”和喷溅的发生。,早化渣、化好渣，保证温升均匀，以利于去除磷等有害杂质，同时又减少对炉衬的侵蚀。,在拉碳的同时确保硫、磷合乎钢种要求，钢水温度达到所炼钢种的要求，控制好炉渣的氧化性以确保钢中含氧量适量，保证钢水质量。,冶炼过程,同样也没两炉相同的 铁水,那就要了解一炉钢的操作和工艺过程啰！,世界上没有两片相同的叶子,那如何炼出一炉合格的钢呢？,任务二 一炉钢的操作过程,冶炼过程分为三个阶段：吹炼前期、中期、后期,吹炼前期,时间范围,火焰特征,一炉钢冶炼过程分为三个阶段,任务,吹炼中期,时间范围,火焰特征,一炉钢冶炼过程分为三个阶段,任务,吹炼后期,时间范围,火焰特征,一炉钢冶炼过程分为三个阶段,任务,(1)上炉钢出完并倒完炉渣后，迅速检查炉体，必要时进行补