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钢铁行业安全管理2013年8月 3 烧结的工艺流程4 烧结工艺存在的危险因素 烧结工艺介绍1 烧结的定义和作用 2 烧结常用原材料 1 烧结的定义 将各种粉状含铁原料 配入一定数量的熔剂及燃料 混合均匀制粒 然后放到烧结设备上点火烧结 在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学反应的作用下 混合料中部分易熔物质发生软化 熔化 产生一定数量的液相并润湿其它未熔化的矿石颗粒 大颗粒矿石熔化不掉 当冷却后 液相将矿粉颗粒粘结成块 这个过程称为烧结 所得到的块状物体叫烧结矿 2 烧结常用原材料 1 含铁原料烧结生产使用的主要含铁原料是铁精矿粉 而铁矿石是选取铁精矿粉的原料 因此铁矿石的种类 品质对烧结生产十分重要 自然界中含铁矿物很多 可被利用的只有20余种 其中主要是磁铁矿石 赤铁矿石 褐铁矿石和菱铁矿石四种类型 2 熔剂熔剂是高炉冶炼过程中的造渣物质 在烧结生产中加入熔剂 不仅可改善烧结过程 强化烧结 提高烧结矿产量 品质 而且可以向高炉提供自熔性和高碱度的烧结矿 熔剂与矿石中的高熔点脉石能生成熔化温度较低的易熔体 能造成一定数量和一定物理化学性能的炉渣 达到去除有害杂质的目的 如去S 熔剂按其性质可分为中性熔剂 酸性熔剂和碱性熔剂三类 由于我国铁矿石的脉石多数是酸性氧化物 所以普遍使用碱性熔剂 碱性熔剂是含CaO和MgO高的矿物 我厂现在使用的熔剂主要有三种 石粉 生石灰 白灰粉 和生镁粉 石粉 即石灰石粉 主要化学成分是CaCO3 纯石灰石含CaO 56 CO2 44 生石灰 生石灰是石灰石经高温煅烧后形成的产品 主要成分是CaO 利用生石灰代替部分石灰石作为烧结熔剂 可强化烧结过程 这是因为生石灰遇水后 发生消化反应生成消石灰 并放出热量可以提高料温 减少烧结过程的过湿现象 通过调整石粉和生石灰的配加量 可以达到合理控制烧结矿碱度的目的 生镁粉 是菱镁石经过破碎加工后的产物 主要化学成份是MgCO3 纯菱镁石理论上含MgO 47 6 外表呈白黄色 通过调整生镁粉的配加量 可以合理控制烧结矿中MgO的含量 从而达到调剂高炉渣良好流动性的目的 3 燃料燃料在烧结过程中主要起发热剂作用和还原剂作用 它对烧结过程及烧结矿产量 品质影响很大 烧结燃料是指在烧结料层中燃烧的固体燃料 常用的是焦粉和无烟煤粉 我厂主要使用焦粉 对烧结所使用的固体燃料总的要求是 固定碳含量高 挥发分 灰分 硫含量要低 三 烧结工艺流程 烧结生产过程就是根据炼铁的要求 将细粒的含铁原料 熔剂 燃料进行配料 混合造球 铺料点火 抽风烧结 而后再降温固结 经破碎筛分 冷却整粒后把成品烧结矿运往高炉 烧结工艺流程图 竖炉工艺流程图 高炉炼铁工艺 炼铁 高炉炼铁非高炉炼铁 渣铁处理系统 煤气除尘系统 喷吹系统 高炉 矿石焦炭 煤 空气 炉渣铁水 炉尘 净煤气 风机 热风炉 高炉及其附属系统 供料系统 送风系统 3 1概述 主要内容 1 高炉冶炼用原料2 高炉炼铁原理3 高炉结构及附属设备4 高炉炉料结构的优化 铁水罐 lumpore 鼓风机 热风炉 重力除尘 布袋除尘 烟囱 料仓 BPRT 外网 冷空气 热风 混合气 废气 鼓风嘴 出铁口 无钟罩式炉顶 高炉 sinter coke flux 高炉作业流程 3 高炉主要原料 3 1 高炉冶炼用的原料主要有铁矿石 天然富矿和人造富矿 燃料 焦炭和喷吹燃料 3 2 冶炼1t生铁大约需要1 6 2 0t矿石 0 4 0 6t焦炭 coke 0 2 0 4t熔剂 3 3 高炉冶炼是连续生产过程 必须尽可能为其提供数量充足 品位高 强度好 粒度均匀粉末少 有害杂质少及性能稳定的原料 磁铁矿 Fe3O4 赤铁矿 Fe2O3 褐铁矿 mFe2O3 nH2O 菱铁矿 FeCO3 3 6 高炉使用燃料 3 6 1 焦炭的作用 发热剂 还原剂及料柱骨架 3 6 2 喷吹燃料 固体 无烟煤与烟煤粉 液体 重油 煤焦油 气体 天然气或焦炉煤气 二 高炉炼铁原理 1 高炉冶炼过程及特点 1 1 现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系 除高炉本体外 还有供料 送风 煤气净化除尘 喷吹燃料和渣铁处理等系统 1 2高炉炼铁的本质传质过程 矿石中的O2 进入煤气中 实现铁与氧的分离传热过程 煤气携带的热量传给炉料 使炉料熔化成渣铁 实现渣铁分离 2 高炉结构 高炉是由耐火材料砌筑而成竖式圆筒形炉体 外有钢板制成炉壳加固密封 内嵌冷却器保护 炉子自上而下依次分为炉喉 炉身 炉腰 炉腹和炉缸五部分 炉缸部分设有风口 铁口和渣口 炉喉以上为装料装置和煤气封盖及导出管 3 高炉内燃烧反应 3 1 炉顶加入的焦炭 其中风口前燃烧的碳量约占入炉总碳量的65 75 是在风口前与鼓风中的O2燃烧 17 21 参加直接还原反应 10 左右溶解进入铁水 3 2 燃烧反应的作用 为高炉冶炼过程提供主要热源 为还原反应提供CO H2等还原剂 为炉料下降提供必要的空间 4 铁氧化物的还原到铁水的生成 4 1 铁氧化物的还原顺序遵循逐级还原的原则 当温度小于570 时 按Fe2O3 Fe3O4 Fe的顺序还原 当温度大于570 时 按Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe的顺序还原 4 2 高炉炼铁常用的还原剂主要有CO H2和固体碳 5 高炉炉渣与脱硫 5 1 高炉炉渣的成分 5 1 1 高炉炉渣的来源 矿石中的脉石 焦炭 燃料 中的灰分 熔剂中的氧化物 被侵蚀的炉衬等 5 1 2 高炉炉渣的成分 氧化物为主 且含量最多的是SiO2 CaO Al2O3 MgO 5 1 3 炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同 一般在1 0 1 3之间 三 高炉结构及附属设备 1 高炉本体 炉型设计合理 能促进高炉冶炼指标的改善和延长高炉的使用寿命 故炉型是高炉最基本的工艺参数 现代高炉向大型化发展 合理炉型总的趋势是矮胖化 2 原料供应系统 2 1 高炉炉顶装料设备的作用是按冶炼要求 向炉内合理布料 同时要严密封住炉内荒煤气不逸出炉外 2 2 常用的炉顶装料设备主要有钟式炉顶和溜槽式 亦称无钟式 炉顶 2 3 我厂为料车上料 3 1热风炉结构 4 煤气净化系统 煤气净化分湿法 干法 我厂煤气净化系统采用除尘方式为重力除尘和布袋除尘 高炉剩余煤气点燃 转炉部分第一章概述第二章转炉炼钢法一 基本任务二 转炉炉渣三 转炉内的其本反应四 转炉炼钢原材料五 转炉炼钢工艺 概述 当代炼钢法主要是电炉法和转炉法 由于精炼设备的出现和完善使得转炉也能生产品质高的合金钢 转炉炼钢已成为最主要的炼钢法 占世界钢产量的60 其优点有 1 生产率高 冶炼周期短 2 利用铁水的物理热和化学热 热效率高 原材料消耗少 3 成本低 投资快 概述 当前 国外炼钢技术的进展主要是顶底复合吹炼转炉 超高功率电炉和炉外精练技术的进一步完善和普及以及连铸技术的大发展 可以说已经形成了炼钢 炉外精炼 连铸的现代化标准炼钢工艺流程 当代炼钢技术向着大幅度提高生产效率 节约能源 扩大品种 不断提高产品质量 开发高附加值产品 降低生产成本的方向发展 重视对原有企业的改造 扩建 使之现代化并减少投资 根据市场需求 调整产品结构 以增强市场的适应性 转炉炼钢工艺流程图 加废钢 兑铁水 吹氧 通氧气 测温 取样 出钢 吹氩 搅拌 吊往连铸 通氩气 第二章转炉炼钢法转炉炼钢法又可分为顶吹转炉炼钢法 底吹转炉炼钢法和顶底复吹转炉炼钢法三种 我厂采用目前新炼钢使用的是顶底复吹炼钢法 老炼钢20吨转炉使用的是顶吹转炉炼钢法 一 基本任务 三脱 C S P 二去 气 夹杂 脱氧合金化及合适的温度 要完成这个任务就必须造好炉渣 这是炼好钢的必要条件 俗话说炼钢即炼渣就是这个道理 二 转炉炉渣 组成 氧化物 CaO SiO2 MgO FeO P2O5 MnO Fe2O3 硫化物 CaS FeS 等 第二章转炉炼钢法二 转炉炉渣 来源 铁水和生铁中元素氧化 白灰等造渣材料 炉衬侵蚀 废钢中杂质等 3 作用 去P S 减少热损和铁损 吸附杂质 保护炉衬 4 形成 在吹炼前期渣的形成主要靠铁水中各元素的氧化 而后成渣就是靠石灰的溶解 所以成渣的过程就是石灰的溶解过程 高 FeO 和高 MnO 适量的 MgO 高温及强烈的溶池搅拌加上活性强的石灰 泡沫渣可增加渣 钢反应界面 过滤烟气 减少金属损失 但要控制泡沫化程度防范喷溅 三 转炉炼钢原材料 铁水 硅是重要的发热元素之一 铁水Si含量增加0 10 废钢加入量可提高1 3 1 5 但转炉炼钢中硅几乎完全氧化 使铁水吹损加大 同时也使氧气消耗增加 石灰消耗增大使渣量增大 引起渣中铁损增加 渣中SiO2增多加剧对炉衬的侵蚀 并可能造成喷溅 锰是弱发热性元素 铁水中Mn氧化后形成的MnO能促进石灰的溶解 加快成渣 减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀 同时铁水中Mn含量高终点残锰量提高可降低钢水S含量减少合金用量 但冶炼高锰铁水使焦炭用量增加 生产率降低 P是强发热元素 是钢中有害元素 高炉中不能去除 转炉脱磷率为90 以上 S是钢中有害元素 在转炉的氧化气份下脱硫率为30 60 对高硫铁水采取炉外脱硫才能使转炉生产出优质钢材 入炉铁水温度应大于是1250 对于小转炉和化学热能低的铁水来说铁水温度很重要 高炉渣中含S SiO2 Al2O3等 带入炉内会导致渣量增大 石灰消耗增加 易喷溅侵蚀炉衬 三 转炉炼钢原材料 铁水 废钢 不得夹带泥沙 钢渣 废耐火材料 不得有封闭容器 橡胶冰块油类及爆炸物不得夹带铜锌铅等有色金属 废钢块度要适当 不能太大 300kg 会损坏炉衬 也不能太长 1000mm 会延长加料时间 必须干燥清洁 有条件的可采取废钢预热 减少热损失和增加安全性 造渣材料 白灰 是基本的造渣材料 通常由煤 焦炭 煤气在竖窑或回转窑内煅烧而成 要求 有效CaO含量 CaO含量 RSiO2含量 R为碱度 越高越好 硫含量越低越好 石灰增加0 01 的硫相当于钢水中增加硫0 001 残余CO2 高对废钢熔化有影响 但可提高石灰活性 残余CO2 为2 相当于石灰灼减量为2 5 3 0 石灰的活性是石灰同其它物质反应的能力可用石灰的溶解能力来表示 用盐酸滴定法测定 盐酸消耗大于300ml为活性石灰 块度40 60mm大于总量的90 石灰应保持干燥 不得混入杂物 储存时间夏季不超过两天 冬天不超过三天 且不得露天存放和运输 轻烧白云石和轻烧镁球 加入炉中是为了提高渣中MgO含量 减少炉渣对炉衬的侵蚀及熔损 同时也可促进石灰的溶解 白云石化学组成为CaMg CO3 2 纯白云石含MgO21 9 CaO30 4 镁球含MgO70 2 CaO 2 5 水分 3 0 块度10 50mm 菱镁石主要成分CaCO3 MgO 41 CaO 6 SiO2 2 块度5 25mm 萤石 含CaF275 85 SiO2 14 S 0 1 P 0 06 氧化铁皮 主要是FeO和Fe2O3 FeO 65 和矿石 FeO 55 SiO2 3 S 0 04 P 0 05 块度30 60mm 是炉渣助熔剂 可与石灰生成低熔点共晶物从而降低炉渣熔点 改善炉渣流动性 萤石因分解后氟分子有腐蚀性对炉衬侵蚀严重 已很少用 铁合金 主要作为脱氧剂和合金添加剂 要求成分清楚 清洁干燥 块度60 80mm 常用的铁合金有硅铁 锰铁 硅锰 铝镁钙 硅铝钡 铌铁 钒铁等 气体 氧气是吹炼的主要氧化剂要求含量99 5 以上 总管压力为1 0 2 0MPa 氮气用于溅渣护炉要求纯度90 以上 氩气用于钢包吹氩要求纯度95 以上 总管压力1 6MPa以上 其它 增碳剂 脱硫剂有CaC2 CaO 渣洗料等 钢包覆盖剂要干燥无杂物 铝镁钙及铝锭等 精炼炉部分 第一章概述第二章精炼炉的主要功能第三章精炼炉的基本工艺流程 第一章概述 LF钢包精炼炉是70年代初期在国内发展起来的精炼设备 由于它的设备简单 投资费用低 操作灵活和精炼效果好 而成为冶金行业精炼设备的后起之秀 在日本及世界各地得到了广泛的应用与发展 LF钢包精炼炉既可以与电炉配合 以取代电炉的还原期 还可以与氧气转炉配合 生产各种优质钢种 此外 LF钢包炉还是连铸车间 特别是合金钢连铸生产线上不可缺少的控制成分 温度及保存钢水的设备 因此 LF炉的出现形成了LD LF RH CC或EAC LF VD CC新的生产优质钢的联合生产线 LF炉精炼钢水的基本原理如后图所示 LF炉主要由装有底吹氩搅拌装置的钢包 水冷炉盖 电极加热系统 合金加料系统及除尘等装置组成 在保持钢包内还原性气氛条件下 用电弧加热高碱度炉渣 边造渣边完成脱氧 脱硫等一系列炉渣精炼 该工艺不仅能精确地控制化学成分和温度 而且通过合成渣精炼具有脱硫 脱氧及夹杂物变性等功能 LF炉配以真空系统时 还具有较好的去氢作用 另外 通过采用埋弧造渣加热的方法 在提供最佳热效率的基础上 有效地阻止了电极弧光对钢包壁的强辐射 对钢包渣线部分耐材起到很大的保护作用 从而提高了LF钢包的使用寿命 第二章LF精炼炉的主要功能 炉内还原性气氛LF炉本身一般不具备真空系统 通常在大气压下进行精炼 主要靠钢包包沿与水冷炉盖间的密封气幕起到隔离空气的密封作用 再加上在造还原渣过程中 渣料中的C及加热时的石墨电极与炉渣中的FeO MnO Cr2O3等氧化物作用生成CO气体 增加了炉气的还原性 并保待炉内微正压 使LF炉内气氛中的氧含量减为0 5 左右 阻止了外界及炉气中的氧向钢液传递 保证了精炼时炉内的还原性气氛 钢液在还原条件下精炼 可以进一步脱氧 脱硫及去除非金属夹杂物 有利于钢液质量的提高 二流连铸示意图 第一章概述 连铸是将钢液不断的注入水冷结晶器内 连续获得铸坯的工艺流程 1950年 容汉斯和曼内斯曼公司合作 建成世界上第一台能浇注5t钢水的连铸机 最近几年也是我国连铸技术快速发展的时期 利用以高质量铸坯为基础 高拉速为核心 实现高连浇率 高作业率的高效连铸技术 对现有连铸机的技术改造取得了很大进展 采用国产技术的第一台高效板坯连铸机已在攀钢投产 至2003年底 我国高效 较高效连铸机累计已达75 以上 而且我国在高效连铸技术小方坯领域已跻身世界先进之列 到2004年初 我国在生产的连铸机累计已超过550台 连铸比达96 大部分钢铁企业实现了全连铸 连铸的优势提高成材率 模铸84 88 连铸95 98 降低能耗 连铸省去开坯工艺的直接节能 以及由于提高成坯率和成材率的间接节能 连铸产品的均一性高 质量好 模铸锭凝固时间长 元素偏析显著 连铸坯断面小 冷却速度大 树枝晶间距小 偏析程度较轻 易于实现机械化自动化 占地面积小 生产周期快 吨坯成本低 板坯 圆坯 方坯 结晶器 作用 结晶器是连铸机的心脏 其作用是使钢水在结晶器内形成所需的断面形状 并凝固成一定厚度和强度的均匀坯壳 以保证出结晶器后的铸坯不变形 不被拉裂 结晶器本体 四块冷却壁由铜板和钢板水箱组成 冷却水从一端进入 从另一端流出 常见事故及处理方法一 转炉漏炉二 铸机漏钢三 钢包穿包漏钢四 氧枪粘枪无法正常吹炼五 大包滑板刺钢六 中包机构刺钢七 开浇失败八 塞棒断棒九 电极断十 大包钢水不流及中包絮流 一 转炉漏炉1 事故描述 多从炉底与炉身接缝处漏炉 有时也从底吹透气砖孔漏 2 漏炉原因 炉底太深 未做好日常护炉工作 连续生产低碳钢 生产上未安排有效护炉 砌炉后合炉底未合好 缝隙大 开炉前未对透气砖与供气元件之间的缝隙用砂灌好缝 3 防范措施 与日常钢种相结合 尤其在生产低碳钢时必须安排护炉时间 从砌筑方式上改变 变为连续砌炉 不再有合炉底工序 将透气砖与供气元件之间的缝隙用砂灌好缝 保证合理炉型 做到炉衬均匀侵蚀 保证溅渣护炉效果 终渣MgO控制在8 12 之间 适当提高终渣R 二 铸机漏钢1 事故描述 铸坯在出结晶器后漏钢 有少部分也在二冷段或扇形段漏钢 2 漏钢原因 大部分为粘结造成 粘结原因有 保护渣性能不符合要求或吸附夹杂后变性而未及时换渣 液面波动过大 在液渣层厚度或渣耗量不满足要求的情况下提拉速 卷渣漏钢 渣条过大而未及时挑出 下水口中的絮流物大块脱落 开浇漏钢 提拉速过快 送引锭操作或加钉屑等冷却物质不合理 3 防范措施 提高保护渣性能 保证液渣层厚度及渣耗量 在保护渣变性或结团时及时换渣 避免液面波动过大 在保证液渣层厚度及渣耗量再提拉速 渣条要及时发现并挑出 但应避免挑渣条过于频繁而使烧结层与液渣层混合导致保护渣结团或液渣层厚度不够 做好开浇等各项操作 严格执行操作规程 三 钢包穿包漏钢1 事故描述 在出钢至连铸浇注的过程中 从透气砖或座砖等其他部位漏钢 2 钢包穿包漏钢原因 透气砖质量差 突然断裂 生产工序没确认好 残砖厚度薄 承受不住钢水静压力 包底厚度薄 3 防范措施 及时测量透气砖残砖厚度 厚度低于150mm必须更换 透气砖侵蚀异常 需提前更换 透气砖串气 需提前更换 避免用氧管烧透气砖 防止局部侵蚀严重 对包底等部位及时测温 原则上不得大于320 超过要及时甩包 四 氧枪粘枪无法正常吹炼1 事故描述 氧枪粘粗无法提枪被迫割枪 严重时导致泡炉 处理时间长铸机拉下 2 氧枪粘枪原因 吹炼过程返干 喷溅严重 枪位不合适 加入渣量偏小 甚至存在裸吹现象 铁水硅低 且未采取合理的化渣措施 3 防范措施 选择合适的枪位 渣量要合适 在炉渣返干时 要及时调整枪位 或提前采取加入矿石等措施 硅高时防止爆发性喷溅 氧枪粘粗无法吹炼时