炼钢专业基础知识.doc

炼钢专业基础知识讲座（提纲）1 钢铁生产发展史人类最先使用生产工具的是铁器(生铁)，由于生铁的使用性能脆，不能进行压力加工，随着近代生产技术发展，形成了现代钢铁冶炼法即把生铁炼成使用性能好的钢。由于自然界的铁是以铁的氧化物形态存在于各种铁矿石之中，所以在高炉中用还原剂焦碳将矿石中的氧去掉，其后，铁水又继续吸收过剩的碳最终成为生铁。在炼钢过程中，由于铁与钢的含C量不同，又重新把过剩的碳通过氧化除去。在1856年贝塞麦首先发明了底吹转炉炼钢法，即在底部通入如空气，用空气中的氧氧化铁水中的碳，同时升温，形成渣层，从而能去除铁水中的相关杂质，最终把铁炼成钢，该炼钢法是现代炼钢法的开始。使用空气吹炼，由于空气中氮氧气在高温下能溶于钢水，使钢水中含氮增高，影响了钢的性能。至二次世界大战后，由于从空气中分离氮、氧技术水平的提高，继后至1952年发展了纯氧顶吹转炉法(L.D法)，至19世纪80年代，结合了顶吹、底吹的优点产生了顶底复合吹炼法，成为当今炼钢的主要方法。随着时代的前进，科学的发展，供电日益方便，另一种炼钢方法-电炉炼钢法(电弧炉冶炼)也相继产生，成为当今世界上与转炉并存的两种主要炼钢方法。随着氧气转炉的出现，原有一种炼钢方法-平炉，由于总体效益差，已逐渐被淘汰。2 基础知识2.1 钢与铁(生铁)钢与生铁都是铁-碳合金，理论上讲以冷却过程中是否产生渗碳体(Fe3C)为界，当含C量0.6%）合金钢按含量不同分低合金钢（合金总量10）。2.2.2 按用途分按用途分可分为，电工钢、不锈钢、，轴承钢等。3 炼钢基本任务炼钢基本任务是把经过铁水预处理的铁水及加入假如的废钢（称为主原料），通过吹氧（产生化学反应热）或电能升温后，形成液态溶液，在高温下进行一系列物理化学反应，去碳及其它杂质（S.P等），加入合金，调整成份，温度，把初炼钢水出钢至钢包内，包内的初炼钢水，经过各种精炼设施进行钢水二次精炼，最终调整温度，成份，净化钢水，送至下道工序浇铸，通过浇铸，使液态钢水最终凝固成固态的钢坯或钢锭，后送相应的轧钢厂进行轧制。4 宝钢炼钢厂生产系统的组成宝钢炼钢厂现有三个炼钢厂：一炼钢，二炼钢，大电炉一炼钢是属于宝钢一期工程（转炉三吹一），转炉三吹二及连铸属二期工程二炼钢，大电炉均属宝钢三期工程炼钢厂生产系统组成主要可分为铁水预处理、冶炼、渣处理、二次精练，浇铸等系统，并与其配套的水，气，通风除尘等，公辅设施系统及供电，控制的三电通信系统。现分别概述有关下列几个主要系统4.1 铁水预处理系统为了均衡 转炉操作，达到精料要求，便于实现自动控制，在高炉铁水进炼钢炉前脱除铁水中的某些成份（主要是硅，硫，磷俗称三脱）称铁水预处理4.1.1 铁水预处理的目的。脱硅-有二个目的，1.为了降低转炉冶炼过程中石灰的消耗，达到转炉少渣冶炼。2.根据物理化学原理，只有铁水中含硅量降到一定值后，脱磷的反应才能进行，所以铁水脱磷的必要条件是铁水先要脱硅。脱硫-为了减轻转炉脱硫的负担，克服转炉有限的脱硫能力，为了满足冶炼低硫钢及超纯净钢等高附加值产品的需要。脱磷-充分利用铁水在低温时对脱磷的有利条件，为了冶炼低磷钢，对铁水进行脱磷。4.1.2 铁水预处理的处理方法按反应容器可分，混铁车(鱼雷罐车)法、铁水罐法、转炉法(用转炉作为脱磷炉)按处理的方式可分，机械搅拌法依靠机械动力搅拌浆进行各种反应；喷吹法由载流气体将反应所需粉剂送至喷枪然后喷入铁水内部，达到预处理要求。4.2 冶炼4.2.1 转炉冶炼转炉冶炼是利用铁水带入的物理热及输入氧气，通过氧铁、碳、硅等元素的氧化反应产生的化学热来提高铁水熔池温度，同时熔化了作为主原料之一的废钢及辅原料石灰等造渣剂，形成钢水与熔渣两种液体，在高温下在两液极内进行一系列物理化学反应，完成脱碳、脱硫、脱磷等反应，最终加入部分合金，达到温度，成份符合要求的初炼钢水。自20世纪80年代，转炉冶炼法从原氧气顶吹转炉发展成顶底复合吹炼法，其主要原理是结合了顶部吹氧与底部吹惰性气体，利用底吹的优点克服顶吹的缺点，实践证明复吹转炉具有良好的冶金效果。4.2.2 电炉冶炼电炉冶炼是由一次侧高压电源经过炉旁变压器变成低电压大电流，通过石墨电极间电弧产生的电能来熔化主住原料废钢(也可装入一部份铁水)、渣料等固体料，使其熔化成液体，同转炉一样，在高温熔池内完成一系列物理化学反应，达到冶炼成初钢的任务。电炉是利用电能冶炼故不同于转炉，转炉冶炼所需的热量受铁水本身物理热及铁水中含碳、硅等元素含量影响，由于热平衡，转炉不能炼含金量较高的钢种，而电炉可冶炼合金元素较高的一些特殊钢种，另外电炉在冶炼后期，可有一个还原期，其气氛是属于还原性，因此钢水含氧量要比转炉低，总之钢的质量要比转炉好，但由于用电电炉成本比转炉高，为了强化电炉冶炼缩短冶炼时间，近来不断在强化冶炼，即加大变压器容量达到高功率，另外由原来的三相交流电弧炉逐渐开发了单相直流电弧炉冶炼。4.3 渣处理系统转炉冶炼过程产生的炉渣，铁水扒渣机扒出铁水包的渣及钢包、中间包的注余渣都需要进行处理，渣中含有的粒铁需回收，余下粒渣可进行筑路做水泥等综合利用。宝钢转炉渣处理产用日本ISC法，即通过多次喷水冷却使其产生相变后变成颗粒状，通过磁选，取出里边的粒铁可作为原料。目前又出现滚筒渣处理法，主要原理是使熔渣倒入一旋转滚筒，筒内有钢球，在旋转中加入冷却水冷却钢渣，产生的蒸气可回收排出，熔渣经水冷压成颗粒状排出，再经输送机运出，该方法是渣处理工艺的改革，具有设备简单、投资少、环保好的优点，目前全国中小钢厂已在考虑实施。4.4 除尘系统转炉有二种一次烟气除尘方法，一种为湿法除尘即称为OG法，一种为干法除尘称为LT法。OG法由大量的水与烟气通过文氏管进行对流，经过除尘的烟气可回收，冲刷下来的污水进行水处理等综合利用。LT法是用静电除尘原理。4.4 炉外精炼-钢水二次精炼现代尖端技术的问世，工业技术的发展，对钢材质量和使用性能要求愈来愈严，促成炉外精炼的发展。另外钢铁工业自身的发展，为了提高效率，降低消耗加上后工序连铸连轧技术的迅速发展，结果使炼钢工艺发生了根本变化-由一步炼钢发展为两步炼钢即炉内初炼和炉外精炼。炉外精炼即将转炉、电炉初炼过的钢液转移到另一容器中（一般是钢包）进行精练的炼钢过程。初炼的钢水在真空、惰性气体或还原性气氛姿态下进行脱气（氢气、氮气、氧气），脱硫，深脱碳，去除夹杂净化钢水及成份微调等，通过炉外精炼可提高钢的质量，缩短冶炼时间，降低生产成本，扩大生产钢的品种，优化工艺过程。炉外精炼另一优点是有利于连铸工艺顺利的进行，确保连铸能多炉连浇，同时由于能使钢包中钢液化学成份，温度的均匀，进一步改善连铸坯的表面质量及内部质量。精炼方式很多，下面介绍一些典型的二次精炼方法。4.4.1二次精炼的理论基础钢液搅拌在钢液精炼净化过程中，为了创建有利的热力学（反应）条件及使其反应加速的动力学条件，通过外加能量使其加速与强化精炼反应，使钢液成份和温度均匀，该外加能量可借助于气体，电磁感应及机械方法，气体搅拌法是搅拌中较简易的方法，气体可通过钢包底部的透气元件或通过顶部的喷枪吹入，利用 气泡上浮过程气体稀释法的原理进行搅拌，电磁感应搅拌-通过电磁感应产生的磁场迫使钢液流动的原理，机械搅拌通过马达旋转带动搅拌浆旋转达到加速反应效果。喷粉冶金（精炼）-通过载流气体，将粉剂经过喷粉罐流态化后，直接送入钢水内部，由于深入容器底部，可显著改善钢液内部冶金反应的条件。真空冶金-利用反应容器在真空状态条件下进行的冶金反应。在真空状态下破坏了原来在常压下的平衡条件，使原来在常压下（1个大气压下）已平衡的反应向有利于钢液除气的方向进行，以至达到真空除气的效果。钢包加热-在精炼过程中对钢水进行进一步加热，对初炼钢水要求及后工序浇注无疑增加了工艺灵活性。常用的加热方法有电弧加热及化学反应加热方法。二次精练方法：二次精练方法很多，主要有RH、RH-OB、RH-MFB、RH-KTB、VD、VOD、LF、KIP、CAS、CAS-OB、IR-UT等。4.5浇铸工艺浇铸是将初炼钢水，经过炉外精练处理后，浇注到钢锭模或连铸机使其凝固成固态的钢锭或铸坯的工艺过程。宝钢炼钢厂现有两种浇铸工艺，一种是模注，一种是连铸。4.5.1模注钢包内的初炼钢水，由天车吊住，通过钢包底部滑动水口的开闭 将钢水注入放在铸锭车上的钢锭模中，钢水冷凝结晶过程产生的潜热通过钢锭模壁散出。凝固成钢锭，再经过脱锭送至后工序初轧开坯。模注有上注、下注两种方法。模铸需铸锭车，钢锭模，底板、中注管(下注)等组成4.5 连铸自80年代开始浇铸工艺发生根本变化产生了连铸工艺。与连铸相比，模铸钢水凝固的结晶条件限制，后工序由钢锭开坯的收得率低(由于要切去杂质量多的钢锭头部与尾部)，坯的表面质量也差，故传统的模铸方法已逐渐被连铸取代，连铸是对模铸初轧开坯工艺的革命，近20年来连铸技术的发展已进入一个新的阶段，在生产规模、工艺操作、品种、质量及设备、自动化控制方面都达到较高水平，与模铸相比连铸有如下优越性：简化生产工序提高金属收得率节约能量消耗铸坯表面、内部质量好(可全程保护浇铸)钢水钢水改善劳动条件与易实现自动化坯由驱动辊 传动辊连铸工艺是：钢包吊至大包回转台 中间包 结晶器 二冷扇形段矫直辊矫直切割成定尺冷床堆放出厂 热定各设备功能大包回转台：将回转台满包钢水旋转至连铸机中间包的上方，浇完后的空包又旋转回去由天车吊走，这样可保证多炉连浇。中间包：为保持一定的钢水过热度及能保持钢水流出出口有恒定的速度(不随大包液面波动影响)所以大包钢水先浇到中间包内，通过中间包来保持一定的钢水液面。结晶器：钢水从中间包流入具有水冷容器结晶器，钢水在结晶器内结晶时放出的潜热由结晶器壁内的冷却水带走，钢水在结晶器内首先凝固成有一定壁厚的坯壳，通过预先要放的引锭杆在驱动辊作用下通过传动辊把铸坯拉出进入二冷扇形段，通过各种形状的结晶器可形成各种断面形状的铸坯。二冷扇形段铸坯出结晶器时在坯表面形成坚壳层，其内部仍是液态，进入二冷扇形段(水雾冷却)后使铸坯中心完全凝固。矫直机完全冷却的铸坯是弧形的，经过矫直机进行矫直。火焰切割机矫直后的铸垭由辊道送至火焰切割机，在此将铸坯切成一定的尺寸。其后铸坯按各种方式热送或通过冷床冷却堆放进入下一道工序热轧。连铸机按断面形状大小可分为大方坯、小方坯、圆坯、宽厚板、薄板、薄带、板坯等连铸机。按机型可分为全弧形，直弧形，立弯形等连铸机。高炉铁水经过高炉炉前脱硅后由混铁车送入各钢厂轧制连铸二次精练钢水包扒渣电炉铁水包扒渣大电炉轧制连铸ISC渣处理粒铁回收滚筒渣处理二次精炼转炉铁水包扒渣站铁水倒罐站铁水由混铁车倒入铁水包后扒渣站扒除脱磷渣铁水预处理站混铁车脱硫与脱磷二炼钢轧制连铸模注二次次精炼钢水包扒渣粒铁回收ISC渣处理转炉脱磷转炉铁水包扒渣站铁水包深脱硫站铁水倒罐站铁水由混铁车倒入铁水包铁水预处理站混铁车脱硫一炼钢宝钢炼钢生产工艺流程：废钢、辅原料铁合金辅原料铁合金铁水倒罐站废钢、辅原、料铁合金铁合金辅原料废钢、辅原料铁合金铁合金辅原料前扒渣站扒除高炉脱硅渣同时可补充脱硅前扒渣站扒除高炉脱硅渣6、宝钢炼钢厂工艺装备配置铁水予处理冶炼设备二次精炼设备浇铸一炼钢混铁车脱硫铁水包脱硫（深脱硫）转炉脱磷300t3台顶底复吹转炉1、22台RH真空处理装置KIP1喷粉脱硫装置CAS2合金微调装置其中1CASOB（吹氧）300t1 LF钢包精炼炉RH、LF工位上设有喂丝机钢锭模浇铸2台2机2流板坯连铸机（1930mm）正在建设1台4机4流宽厚板连铸机二炼钢混铁车脱硅混铁车脱硫混铁车脱磷250t2台顶底复吹转炉RHKTB1真空处理装置IRUT合金微调装置全连铸2台2机2流板坯连铸机（1450mm）电炉150t1双炉座直流电弧炉150t LF钢包精炼炉1150t VD真空处理炉1LF、VD工位上设有喂丝机1台6机6流园、方兼容连铸机（178/153 160）7、炼钢厂各工序主要设备配置7.1 铁水予处理系统喷吹系统包括料仓、喷粉罐、喷枪、喷枪升降、气力输送、测温取样装置。铁水扒渣有混铁车扒渣机、铁水包扒渣机等7.2 冶炼系统转炉： 废钢装入系统废钢溜槽、磁盘吊等 铁水倒罐站带称量的铁水包平板车等 转炉本体转炉倾动装置，氧、副枪装置，转炉修炉装置，顶吹与底吹阀站等 钢包台车 辅原料、铁合金给料系统皮带运输机、地下料仓、高位料仓、称量斗、振动给料器等 一次、二次除尘及烟气回收系统裙罩、气化冷却、OG、LT系统，风机、布袋除尘器等 渣处理系统浅盘、破碎机、磁盘、滚筒等 钢包、铁水包维修烘烤拆包机、钢包整体浇注、钢包烘烤器等 钢水包扒渣站钢水包扒渣机、钢水包倾转装置等电炉电炉本体电极导电横，臂二次短网，电极升降，炉盖及旋转装置，炉子变压器、测温取样枪等其余系统配置基本上与转炉相同7.3 二次精炼RH真空处理真空系统包括：真空泵系统，真空槽、浸渍管、排气系统（冷凝器）。顶枪（MFB，KTB）。合金投料包括料仓、称量装置、皮带机、真空料斗。测温取样枪。带液压顶升的钢包台车。LF钢包精炼炉LF本体设备有水冷炉盖、炉盖提升。电极升降。导电横臂，二次短网、测温取样枪，事故顶枪，炉子变压器等。合金投料包括料仓、称量斗、皮带机等。钢包喷粉站KIP喷粉站包括：料仓、喷粉罐、喷枪、喷枪升降、气力输送、测温取样装置等。合金微调装置CASOB 浸渍罩及其提升装置，喂料管及其提升装