3、转炉炼钢工艺制度（上）.ppt

转炉炼钢工艺制度 一 装入制度二 供氧制度三 造渣制度四 石灰渣化机理五 造渣方法六 温度制度七 终点控制八 脱氧及合金化 一 装料制度 1 装料次序对使用废钢的转炉 一般先装废钢后装铁水 先加洁净的轻废钢 再加入中型和重型废钢 以保护炉衬不被大块废钢撞伤 而且过重的废钢最好在兑铁水后装入 为了防止炉衬过分急冷 装完废钢后 应立即兑入铁水 炉役末期 以及废钢装入量比较多的转炉也可以先兑铁水 后加废钢 2 装入量装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量 它是决定转炉产量 炉龄及其他技术经济指标的主要因素之一 装入量中铁水和废钢配比是根据热平衡计算确定 通常 铁水配比为70 90 其值取决于铁水温度和成分 炉容比 冶炼钢种 原材料质量和操作水平等 确定装入量时 考虑的因素 炉容比 它是指转炉内自由空间的容积与金属装入量之比 m3 t 通常在0 7 1 0波动 我国转炉炉容比一般0 75 熔池深度 合适的熔池深度应大于顶枪氧气射流对熔池的最大穿透深度 以保证生产安全 炉底寿命和冶炼效果 炉子附属设备 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 控制装入量的方法 目前国内采用三种即定量装入量 定深装入量和分阶段定量装入法 定量装入量指整个炉役期间 保证金属料装入量不变 定深装入量指整个炉役期间 随着炉子容积的增大依次逐渐增大装入量 保证每炉的金属熔池深度不变 分阶段定量装入法指将整个炉按炉膛的扩大程度划分为若干阶段 每个阶段实行定量装入法 分阶段定量装入法兼有两者的优点 是生产中最常见的装入制度 目前 国内的大中型转炉均采用混铁炉 转炉容量的15 20倍 供应铁水 即高炉来的铁水储存在混铁炉中 用时倒入铁水罐天车兑入 解决高炉出铁与转炉用铁不一致的矛盾 同时保证铁水的温度稳定 成分波动小 废钢则是事先按计算值装入料斗 用时天车加入 目前国内各厂普遍采用溅渣护炉技术 因而多为先加废钢后兑铁水 可避免兑铁喷溅 但补炉后的第一炉钢应先加铁水后兑加废钢 二 供氧制度 供氧制度的主要内容包括确定合理的喷头结构 供氧强度 氧压和枪位控制 供氧是保证杂质去除速度 熔池升温速度 造渣制度 控制喷溅去除钢中气体与夹杂物的关键操作 关系到终点的控制和炉衬的寿命 对一炉钢冶炼的技术经济指标产生重要影响 1 氧枪 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 拉瓦尔型喷头是收缩 扩张收缩型喷孔 当出口氧压与进口氧压之比p出 p0 0 528时形成超音速射流 拉瓦尔型喷孔示意图 枪身 它由三层同心套管构成 中心管道氧气 中间管是冷却水的进水通道 外层管是出水通道 喷头与中心套管焊接在一起 枪尾部 枪尾部接供氧管 进水管和出水管 熔池的搅拌强度与射流的冲击强度密切相关 氧射流的冲击力大 硬吹 则射流的穿透深度大 冲击面积小 对熔池搅拌强烈 反之软吹 则射流的穿透深度小 冲击面积大 对熔池搅拌弱 在氧射流的作用下 熔池将受到搅拌 产生环流 喷溅 振荡等复杂运动 在不同的吹炼方式下 熔池的化学反应所表现形式也不同 硬吹时 载氧液滴大量进入钢中 碳氧反应激烈 熔池氧化性较弱 软吹时 则进入钢中氧少 熔渣氧化性提高 研究已表明 顶吹氧吹炼过程中 用于熔池搅拌的能量主要来自碳氧反应产生是气体 氧射流的贡献并不大 即使其能量全部用于搅拌熔池 也仅仅是CO搅拌能的10 20 因此 顶吹转炉的缺点之一就是吹炼前 末期搅拌不足 因为此时产生CO气泡数量有限 在顶吹氧气转炉吹炼过程中 特别是吹炼过程剧化的开始阶段 有时炉渣会起泡并从炉口溢出 这就是吹炼过程中发生的典型的乳化和泡沫现象 由于氧射流对熔池的强烈冲击和CO气泡的沸腾作用 使熔池上部金属 熔渣和气体三相剧烈混合 形成了转炉内发达的乳化和泡沫状态 2 渣钢乳化 转炉内的泡沫现象示意图 1 氧枪 2 气 钢 渣乳化相 3 CO气泡 4 金属熔池 5 火点 6 金属液滴 7 CO气流 8 飞溅出的金属液滴 9 烟尘 乳化是指金属液滴或气泡弥散在炉渣中 若液滴或气泡数量较少而且在炉渣中自由运动 这种现象称为渣钢乳化或渣气乳化 若炉渣中仅有气泡 而且气泡无法自由运动 这种现象称炉渣泡沫化 由于渣滴或气泡也能进入到金属熔体中 因此转炉中还存在金属熔体中的乳化体系 渣钢乳化是冲击坑上沿流动的钢液被射流撕裂或金属滴所造成的 通过对230tLD转炉乳液取样分析 发现其中金属液滴比例很大 吹氧6 7min时占45 80 10 12min时占40 70 15 17min时占30 60 可见 吹炼时金属和炉渣密切相混 研究表明 金属液滴比金属熔池的脱碳 脱磷 脱锰更有效 金属液滴尺寸愈小 脱除量愈多 而金属液滴的含硫量比金属熔池的含硫量高 金属液滴尺寸愈小 含硫量愈大 生产实践表明 冶炼中期硬吹时 由于渣内富有大量CO气泡以及渣中氧化铁被金属液滴中的碳所还原 导致炉渣的液态部分消失而 返干 软吹时 由于渣中 FeO 含量增加 并且氧化位 即Fe3 Fe2 升高 持续时间过长就会产生大量起泡沫的乳化液 乳化的金属量非常大 生成大量气体 容易发生大喷或溢渣 因此 必须正确调整枪位和供氧量 使乳化液中的金属保持某一百分比 3 供氧参数 供氧压力 保证射流出口速度达到超音速 并使喷头出口处氧压稍高于炉膛内炉气压力 对三孔喷头 供氧压力可由下式经验计算 氧气流量 指在单位时间内向熔池供氧的数量 常用标准状态下体积量度 其单位为m3 min或m3 h 氧气流量是根据吹炼每吨金属料所需要的氧气量 金属装入量 供氧时间等因素决定 即 供氧强度 指在单位时间内每吨钢的氧耗量 它的单位是m3 t min 供氧强度的大小根据转炉的公称吨位 炉容比来确定 小型转炉的供氧强度为2 5 4 5m3 t min 120t以上的转炉一般为2 8 3 6m3 t min 4 供氧操作 供氧操作是指调节氧压或枪位 达到调节氧气流量 喷头出口气流压力及射流与熔池的相互作用程度 以控制化学反应进程的操作 供氧操作分为恒压变枪 恒枪变压和分阶段恒压变枪几种方法 所谓枪位 是指氧枪喷头端面距静止液面的距离 常用H表示 单位是m 目前 一炉钢吹炼中的氧枪操作有两种类型 一种是恒压变枪操作 一种是恒枪变压操作 比较而言 恒压变枪操作更为方便 准确 安全 因而国内钢厂普遍采用 1 枪位的变化范围和规律关于枪位的确定 目前的做法是经验公式计算 实践中修正 一炉钢冶炼中枪位的变化范围可据经验公式确定 H 37 46 P D出式中P 供氧压力 MPa D 喷头的出口直径 mm H 枪位 mm 2 枪位的调节生产条件千变万化 因此具体操作中还应根据实际情况对枪位进行适当的调节 1 铁水温度 若遇铁水温度偏低 应先压枪提温 而后再提枪化渣 以防渣中的 FeO 积聚引发大喷 即采用低 高 低枪位操作 2 铁水成分 铁水硅 磷高时 若采用双渣操作 可先低枪位脱硅 磷 倒掉酸性渣 若单渣操作 由于石灰加入量大 应较高枪位化渣 铁水含锰高时 有利于化渣 枪位则可适当低些 3 装入量变化 炉内超装时 熔池液面高 枪位应相应提高 否则 不仅化渣困难而且易烧坏氧枪 4 炉内留渣 采用双渣留渣法时 由于渣中 FeO 高 有利于石灰熔化 因此吹炼前期的枪位适当低些 以防渣中 FeO 过高引发泡沫喷溅 5 供氧压力 高氧压与低枪位的作用相同 故氧压高时 枪位应高些 6 后期提枪调渣控终点 吹炼后期 C O反应已弱 产生喷溅的可能性不大 此时的基本任务是调好炉渣的氧化性和流动性继续去除硫磷 并准确控制终点碳 较低 因此枪位应适当高些 7 终点前点吹破坏泡沫渣 接近终点时 降枪点吹一下 均匀钢液的成分和温度 同时降低炉渣的氧化铁含量并破坏泡沫渣 以提高金属和合金的收得率 3 恒压变枪操作的几种模式 A高 低 高的六段式操作开吹枪位较高 及早形成初期渣 二批料加入后适时降枪 吹炼中期炉渣返干时又提枪化渣 吹炼后期先提枪化渣后降枪 终点拉碳出钢 B高 低 高的五段式操作五段式操作的前期与六段式操作基本一致 熔渣返干时可加入适量助熔剂调整熔渣流动性 以缩短吹炼时间 三 造渣制度 造渣是转炉炼钢的一项重要操作 所谓造渣 是指通过控制入炉渣料的种类和数量 使炉渣具有某些性质 以满足熔池内有关炼钢反应需要的工艺操作 造渣制度是确定合适的造渣方法 渣料的种类 渣料的加入数量和时间以及加速成渣的措施 由于转炉冶炼时间短 必须快速成渣 才能满足冶炼进程和强化冶炼的要求 同时造渣对避免喷溅 减少金属损失和提高炉衬寿命都有直接影响 1 成渣过程及造渣途径 转炉冶炼各期 都要求炉渣具有一定的碱度 合适的氧化性和流动性 适度的泡沫化 吹炼初期 要保持炉渣具有较高的氧化性 FeO 稳定在25 30 以促进石灰熔化 迅速提高炉渣碱度 尽量提高前期去磷去硫率和避免酸性渣侵蚀炉衬 吹炼中期 炉渣的氧化性不得过低 FeO 保持在10 16 以避免炉渣返干 吹炼末期 要保证去除P S所需的炉渣高碱度 同时控制好终渣氧化性 如冶炼 C 0 10 的镇静钢 终渣 FeO 应控制不大于15 20 冶炼沸腾钢 终渣 FeO 应不小于12 需避免终渣氧化性过弱或过强 炉渣粘度和泡沫化程度也应满足冶炼进程需要 前期要防止炉渣过稀 中期渣粘度要适宜 末期渣要化透作黏 泡沫性炉渣应尽早形成 并将其泡沫化程度控制在合适范围 以达到喷溅少 拉碳准 温度合适 达到磷硫去除的最佳吹炼效果 2 转炉成渣过程 吹炼初期 炉渣主要来自铁水中Si Mn Fe的氧化产物 加入炉内的石灰块由于温度低 表面形成冷凝外壳 造成熔化滞止期 对于块度为40mm左右的石灰 渣壳熔化需数十秒 由于发生Si Mn Fe的氧化反应 炉内温度升高 促进了石灰熔化 这样炉渣的碱度逐渐得到提高 吹炼中期 随着炉温的升高和石灰的进一步熔化 同时脱碳反应速度加快导致渣中 FeO 逐渐降低 使石灰融化速度有所减缓 但炉渣泡沫化程度则迅速提高 由于脱碳反应消耗了渣中大量的 FeO 使化渣条件恶化 出现返干现象 吹炼末期 脱碳速度下降 渣中 FeO 再次升高 石灰继续熔化并加快了熔化速度 同时 熔池中乳化和泡沫现象趋于减弱和消失 初期渣 主要矿物为钙镁橄榄石和玻璃体 SiO2 钙镁橄榄石是锰橄榄石 2MnO SiO2 铁橄榄石 2FeO SiO2 和硅酸二钙 2CaO SiO2 的混合晶体 当 MnO 高时 它是以2FeO SiO2和2MnO SiO2为主 通常玻璃体不超过7 8 渣中自由氧化物相 RO 很少 中期渣 石灰与钙镁橄榄石和玻璃体作用 生成CaO SiO2 3CaO 2SiO2 2CaO SiO2和3CaO SiO2等产物 其中最可能和最稳定的是2CaO SiO2 其熔点为2130 末期渣 RO相急剧增加 生成的3CaO SiO2分解为2CaO SiO2和CaO 并有2CaO Fe2O3生成 吹炼过程熔池渣的变化 四 石灰渣化机理 炼钢过程中成渣速度主要指的是石灰熔化速度 所谓的快速成渣主要指的是石灰快速熔解于渣中 吹炼初期 各元素的氧化产物FeO SiO2 MnO Fe2O3等形成了熔渣 加入的石灰块就浸泡在初期渣中 初期渣中的氧化物从石灰表面向其内部渗透 并与CaO发生化学反应 生成一些低熔点的矿物 引起石灰表面的渣化 这些反应不仅在石灰块的外表面进行 而且也在石灰气孔的内表面进行 但是在吹炼初期 SiO2易与CaO反应生成钙的硅酸盐 沉集在石灰块表面上 如果生成物是致密的 高熔点的2CaO SiO2 熔点2130 和3CaO SiO2 熔点2070 则将阻碍石灰的进一步渣化熔解 如生成CaO SiO2 熔点1550 和3CaO 2SiO2 熔点1480 则不会妨碍石灰熔解 影响石灰溶解速度的因素主要有 石灰本身质量铁水成分炉渣成分供氧操作 采用白云石或轻烧白云石代替部分石灰石造渣 提高渣中MgO含量 减少炉渣对炉衬的侵蚀 具有明显效果 MgO在低碱度渣中有较高的熔解度 采用白云石造渣 初期渣中MgO浓度提高 会抑制熔解炉衬中的MgO 减轻初期炉渣对炉衬的侵蚀 同时 前期过饱和的MgO会随着炉渣碱度的提高而逐渐析出 使后期渣变粘 可以使终渣挂在炉衬表面上 形成炉渣保护层 有利于提高炉龄 在保证渣中有足够的 FeO 渣中 MgO 不超过6 的条件下 增加初期渣中MgO含量 有利于早化渣并推迟石灰石表面形成高熔点致密的2CaO SiO2壳层 萤石的主要成分为CaF2 并含有SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaCO3和少量磷 硫等杂质 它的熔点约1203K 萤石加入炉内后 在高温下即爆裂或碎块并迅速熔化 它的作用体现在 CaF2与CaO作用形成熔点为1635K的共晶体 直接促进石灰的熔化 萤石能显著降低2CaO SiO2的熔点 使炉渣在高碱度下有较低的熔化温度 CaF2可降低炉渣粘度 喷溅 喷溅是顶吹转炉吹炼过程中经常出现的一种现象 尤其是爆发性大喷 是