氧气转炉炼钢.pdf

转炉炼钢技术的发展转炉炼钢技术的发展 主要设备主要设备 转炉吹炼工艺转炉吹炼工艺 五大操作制度五大操作制度 顶顶吹、底吹和复合吹转炉的吹、底吹和复合吹转炉的比较比较 第三章、氧气转炉炼钢第三章、氧气转炉炼钢 转炉炼钢的发展转炉炼钢的发展 1855185518561856年英国人亨利年英国人亨利. .贝塞麦贝塞麦(Henry Bessemer)(Henry Bessemer)开发了酸性底吹开发了酸性底吹 空气转炉炼钢法；空气转炉炼钢法； 18781878年英国人托马斯年英国人托马斯(S.G.Thomas)(S.G.Thomas)碱性底吹空气转炉炼钢法；碱性底吹空气转炉炼钢法； 19401940年廉价获得氧气后，瑞士、奥地利开发了顶吹氧气转炉，年廉价获得氧气后，瑞士、奥地利开发了顶吹氧气转炉，19521952年年 在奥地利林茨在奥地利林茨(Linz)(Linz)和多纳维茨城和多纳维茨城(Donawitz)(Donawitz)建成第一座建成第一座3030吨碱性顶吨碱性顶 吹氧气转炉吹氧气转炉(LD(LD转炉转炉) )；或称；或称BOF(Basic Oxygen Furnace)BOF(Basic Oxygen Furnace)。 19701970年开发顶底复合吹炼转炉。年开发顶底复合吹炼转炉。 我国的炼钢发展史。我国的炼钢发展史。 18901890年：我国第一个钢铁厂湖北汉阳汉冶萍公司年：我国第一个钢铁厂湖北汉阳汉冶萍公司2*245m2*245m3 3高炉，贝高炉，贝 塞麦转炉塞麦转炉2 2座；座； 19171917年：上海和兴炼钢厂上钢三厂前身，年：上海和兴炼钢厂上钢三厂前身，1010吨平炉；吨平炉； 19351935年：太原钢铁厂年：太原钢铁厂3030吨平炉；吨平炉； 19351935年年19451945年：鞍山钢铁公司，年：鞍山钢铁公司，6 6座平炉；座平炉； 19381938年年19451945年：重庆、天津、大冶等平炉钢厂；年：重庆、天津、大冶等平炉钢厂； 19491949年前：共年前：共760760万吨钢，年产量最高万吨钢，年产量最高92.392.3吨。吨。 新中国产量后，快速发展：新中国产量后，快速发展：19581958年前平炉为主；年前平炉为主； 19601960年首钢试验年首钢试验6 6吨转炉、吨转炉、19641964年投产年投产3030吨转炉；吨转炉； 19661966年：上钢一厂投产年：上钢一厂投产3030吨转炉；吨转炉； 19771977年钢产量年钢产量23402340万吨；万吨； 19831983年钢产量年钢产量40024002万吨；万吨； 19891989年钢产量年钢产量60006000万吨；万吨； 19961996突破突破1 1亿吨；亿吨； 20082008年年5 5亿吨。亿吨。 4 氧气转炉种类氧气转炉种类 顶吹转炉：顶吹转炉： 炉渣炉渣FetO含量高；含量高； 吹炼前期、中期能够较好吹炼前期、中期能够较好 地脱磷；地脱磷； 搅拌差，反应距平衡远。搅拌差，反应距平衡远。 底吹转炉；底吹转炉； 搅拌强、脱碳快、喷溅少；搅拌强、脱碳快、喷溅少； 渣中渣中FetO低，吹炼前期基低，吹炼前期基 本不能脱磷。本不能脱磷。 顶底复吹转炉：顶底复吹转炉： 成渣较底吹转炉好；成渣较底吹转炉好； 搅拌较顶吹转炉强；搅拌较顶吹转炉强； 反应平衡程度高；反应平衡程度高； 大多数大中型转炉采用了大多数大中型转炉采用了 复吹转炉炼钢。复吹转炉炼钢。 5 一、主要设备一、主要设备 氧枪系统氧枪系统 渣料系统渣料系统 倾动系统倾动系统 烟气净化烟气净化 系统系统 主原料装入系统主原料装入系统 出钢、出渣系统出钢、出渣系统 6 7 8 炉衬炉衬 9 出钢挡渣装置出钢挡渣装置 10 底吹元件布置底吹元件布置 11 转炉炉体转炉炉体 12 转炉炉体转炉炉体 13 倾动机构倾动机构 14 氧枪氧枪 15 16 氧气喷头氧气喷头 17 烟气冷却、除尘、煤气回收系统烟气冷却、除尘、煤气回收系统 18 干法干法(静电静电)除尘系统除尘系统 19 干法干法(静电静电)除尘系统除尘系统 20 干法除尘干法除尘 21 二、转炉吹炼工艺二、转炉吹炼工艺 22 工艺操作工艺操作 23 吹炼操作吹炼操作 24 金属、炉渣成分变化金属、炉渣成分变化 原辅材料是转炉炼钢的物质基础，原辅材料质量的好坏不仅对炼钢原辅材料是转炉炼钢的物质基础，原辅材料质量的好坏不仅对炼钢 工艺和钢的质量有直接的影响，而且关系着对资源的合理利用及环工艺和钢的质量有直接的影响，而且关系着对资源的合理利用及环 境保护。实践证明，采用精料以及原辅材料标准化，是实现冶炼过境保护。实践证明，采用精料以及原辅材料标准化，是实现冶炼过 程自动化的先决条件，也是改善各项技术经济指标和提高经济效益程自动化的先决条件，也是改善各项技术经济指标和提高经济效益 的基础。的基础。 一般认为原材料包括：铁水，废钢，生铁块等。辅助材料包括：石一般认为原材料包括：铁水，废钢，生铁块等。辅助材料包括：石 灰，萤石（灰，萤石（CaF2CaF2），生白云石（），生白云石（CaMg(CO3)2CaMg(CO3)2），菱镁矿（），菱镁矿（MgCO3MgCO3） ，还有铁合金、冷却剂及增碳剂等等。，还有铁合金、冷却剂及增碳剂等等。 按性质来分，转炉原辅材料分为金属料和非金属料两类。按用途来按性质来分，转炉原辅材料分为金属料和非金属料两类。按用途来 分，可以分为金属材料，造渣材料、耐火材料。分，可以分为金属材料，造渣材料、耐火材料。 1 炼钢原料及耐火材料炼钢原料及耐火材料 1.1 金属料金属料 金属材料包括铁水（生铁）、废钢、铁合金等。金属材料包括铁水（生铁）、废钢、铁合金等。 （1 1） 铁水（生铁）铁水（生铁） 铁水是转炉炼钢的主要金属料，占金属料装入量铁水是转炉炼钢的主要金属料，占金属料装入量 的的7070100%100%。铁水是转炉炼钢的基本热源，又直接关。铁水是转炉炼钢的基本热源，又直接关 系着实际炼钢的生产流程。因此，对入炉的铁水温度系着实际炼钢的生产流程。因此，对入炉的铁水温度 和化学成分必须有一定的要求。和化学成分必须有一定的要求。 （2 2） 废钢废钢 废钢是转炉主要金属料之一，是冷却效果稳定的冷却剂。适废钢是转炉主要金属料之一，是冷却效果稳定的冷却剂。适 当的增加废钢比，可以降低转炉炼钢成本、能耗、和炼钢辅当的增加废钢比，可以降低转炉炼钢成本、能耗、和炼钢辅 助材料消耗。助材料消耗。 废钢主要来源于本厂的返回废钢和社会外购废钢。废钢主要来源于本厂的返回废钢和社会外购废钢。 如铸坯的如铸坯的 切头切尾；轧钢厂的切头切尾、轧后废品等；另外机械加工切头切尾；轧钢厂的切头切尾、轧后废品等；另外机械加工 废品、车屑；钢管和钢板的切边等；以及废旧设备。废品、车屑；钢管和钢板的切边等；以及废旧设备。 （3 3） 铁合金铁合金 吹炼终点要脱除钢中多余的氧，并调整成分达到钢种规格，需加入吹炼终点要脱除钢中多余的氧，并调整成分达到钢种规格，需加入 铁合金以脱氧合金化。它们的形式不一样，有的是以铁合金的形式铁合金以脱氧合金化。它们的形式不一样，有的是以铁合金的形式 使用，如锰铁、硅铁、铬铁等；有的以合金形式使用，如硅锰、硅使用，如锰铁、硅铁、铬铁等；有的以合金形式使用，如硅锰、硅 钙、硅铝钡等；有的以纯金属形式使用，如铝、锰、铬、镍等；还钙、硅铝钡等；有的以纯金属形式使用，如铝、锰、铬、镍等；还 有以化合物形式使用的，如稀土化合物。有以化合物形式使用的，如稀土化合物。 铁合金的品种较多，但是生产成本高，因此要选用适当牌号的铁合铁合金的品种较多，但是生产成本高，因此要选用适当牌号的铁合 金，以降低钢的成本。转炉常用的铁合金有金，以降低钢的成本。转炉常用的铁合金有FeFe- -MnMn、FeFe- -SiSi、MnMn- -SiSi 合金、合金、CaCa- -SiSi合金、铝、合金、铝、FeFe- -AlAl、CaCa- -AlAl- -BaBa合金等。合金等。 1.2 1.2 造渣材料造渣材料 造渣材料包括石灰、萤石、生白云石、菱镁矿、合成造渣剂。造渣材料包括石灰、萤石、生白云石、菱镁矿、合成造渣剂。 (1)(1)石灰石灰 石灰是转炉炼钢主要造渣材料，主要成分是石灰是转炉炼钢主要造渣材料，主要成分是CaOCaO，具有很强的脱磷、脱硫能，具有很强的脱磷、脱硫能 力，不损害炉衬。力，不损害炉衬。 石灰的渣化速度是转炉炼钢成渣速度的关键，因此炼钢用石灰除了有效石灰的渣化速度是转炉炼钢成渣速度的关键，因此炼钢用石灰除了有效CaOCaO 含量要高，含量要高，SiOSiO2 2和和S S含量低，适当的块度要求之外，对其活性度也要提出要求。含量低，适当的块度要求之外，对其活性度也要提出要求。 石灰的活性度是石灰反应能力的标志，也是衡量石灰质量的重要参数。活性度石灰的活性度是石灰反应能力的标志，也是衡量石灰质量的重要参数。活性度 大的石灰反应能力强，成渣速度快。大的石灰反应能力强，成渣速度快。 项目 化学成分w/ 活性度/mL 块度 /mm 烧碱 /% 生（过）烧率 /% CaO SiO2 S 指标 90 3 0.1 300 540 2500， 所以解决喷嘴耐火材料的熔损很困难。所以解决喷嘴耐火材料的熔损很困难。1967 年加拿大年加拿大G.Savard和和R.Lee研究开发的铜心研究开发的铜心 套管喷枪，喷吹丙烷等碳氢化合物保护底吹套管喷枪，喷吹丙烷等碳氢化合物保护底吹 喷嘴获得成功，为纯氧底吹转炉炼钢奠定了喷嘴获得成功，为纯氧底吹转炉炼钢奠定了 基础。和纯氧顶吹转炉相比，底吹转炉的优基础。和纯氧顶吹转炉相比，底吹转炉的优 点是：点是： 钢渣反应接近平衡，钢渣反应接近平衡， 消除了过氧化现象；消除了过氧化现象； 终点锰的收得率提终点锰的收得率提 高；高； 吹炼平稳，钢铁量吹炼平稳，钢铁量 消耗降低；消耗降低； 脱硫效率高。脱硫效率高。 底吹转炉吹炼过程中钢渣底吹转炉吹炼过程中钢渣 成分的变化成分的变化 底吹转炉的冶金特点底吹转炉的冶金特点 钢中钢中C C- -O O平衡平衡 渣碱度和硫的分配比的关系渣碱度和硫的分配比的关系 渣中渣中(TFe)(TFe)和磷的分配比的关系和磷的分配比的关系 渣中氧化铁含量低渣中氧化铁含量低( (约约 降低降低10%)10%)； 钢中氧含量低钢中氧含量低( (约降低约降低 200ppm)200ppm)； 吹炼终点残锰含量比顶吹炼终点残锰含量比顶 吹转炉约提高吹转炉约提高1 1倍；倍； 脱磷、脱硫效率高于顶脱磷、脱硫效率高于顶 吹转炉。吹转炉。 CC和和MnMn的关系的关系 复复 吹吹 转转 炉工艺特点炉工艺特点 复吹转炉吹炼过程中熔池复吹转炉吹炼过程中熔池 成份的变化成份的变化 底吹转炉克服了顶吹转炉吹炼不平稳，底吹转炉克服了顶吹转炉吹炼不平稳， 后期钢渣反应远离平衡的主要缺点：熔池后期钢渣反应远离平衡的主要缺点：熔池 热效率低（缺乏二次燃烧），化渣困难热效率低（缺乏二次燃烧），化渣困难 （需采用喷粉工艺）和炉底喷枪烧损严重、（需采用喷粉工艺）和炉底喷枪烧损严重、 寿命低的缺点。进一步解决上述问题发明寿命低的缺点。进一步解决上述问题发明 了氧气转炉顶底复合吹炼工艺。了氧气转炉顶底复合吹炼工艺。 转炉复合吹炼工艺转炉复合吹炼工艺 最初是沿袭顶吹和底吹最初是沿袭顶吹和底吹 两种吹炼工艺逐步发展两种吹炼工艺逐步发展 完善：即在顶吹转炉底完善：即在顶吹转炉底 部喷吹惰性气体和在底部喷吹惰性气体和在底 吹转炉上部