炼钢流程及合金辅料.ppt

炼钢工艺流程及炼钢用合金辅料知识 一 简介 矿山 煤矿 烧结厂 球团厂焦化厂 烧结矿 球团矿高炉铁水焦炭 1 铁水铁水预处理转炉炼钢钢水精炼连铸连铸坯2 废钢 铁水电弧炉钢水精炼连铸连铸坯 方坯板坯圆坯 轧机 棒材 线材 型材平板 厚板 薄板无缝钢管 铁前系统 炼铁厂 炼钢厂 轧钢厂 炼钢简述 1 首先在矿山要对铁矿石和煤炭进行采选 将精炼焦煤和品位达到要求的铁矿石 通过陆路或水运送到钢铁企业的原料厂进行配煤或配矿 混匀 再分别在焦化厂和烧结厂炼焦和烧结 获得符合高炉炼铁质量要求的焦炭和烧结矿 2 高炉是炼铁的主要设备 使用的原料有铁矿石 包括烧结矿 球团矿和块矿 铁水送炼钢厂炼钢 高炉煤气主要用来烧热风炉 同时供炼钢厂和轧钢厂使用 高炉渣经水淬后送水泥厂生产水泥 3 炼钢 目前主要有两条工艺路线 即转炉炼钢工艺流程和电弧炉炼钢流程 通常将 高炉 铁水预处理 转炉 精炼 连铸 称为长流程 而将 废钢 电弧炉 精炼 连铸 称为短流程 4 炼钢厂的最终产品是连铸坯 按照形状 连铸坯分为方坯 板坯和圆坯 在轧钢厂 方坯分别被棒材 线材和型材轧机轧制成棒材 线材和型材 板坯被轧制成中厚板和薄板 圆坯被穿孔 轧制成无缝钢管 炼钢简述 烧结机 焦炉 转炉 高炉 电弧炉 铁水导入转炉 钢包 中间包 结晶器 二 详细介绍 1 铁前系统 1 烧结厂主要任务 将粉状铁矿石 包括富粉矿 精矿粉等 和钢铁厂二次含铁粉尘 通过烧结机的烧结过程 加工成符合高炉要求的人造富块矿 烧结矿 在烧结混合料中 通过调整加入的熔剂 如消石灰 石灰石 白云石等 和燃料 焦粉 无烟煤粉 的数量 通过烧结可以控制烧结矿的化学成分 如碱度MgO等 和冶金性能 通过烧结还能去除烧结原料中80 以上的硫 2 焦化厂焦炭是高炉炼铁不可缺少的燃料和还原剂 生产设备为焦炉 焦炭生产过程分为洗煤 配煤 炼焦 熄焦及煤气和化工产品回收处理等工序 炼焦的副产品是高热值的高炉煤气及作为化工原料的焦油 粗苯等 2 高炉炼铁 1 主要任务 是用铁矿石和焦炭冶炼出合格的铁水供转炉炼钢 同时产生大量高炉煤气供炼铁厂热风炉 烧结厂 炼钢厂 轧钢厂使用 2 过程 高炉生产时从炉顶装入铁矿石 焦炭 造渣用熔剂 石灰石 从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气 在高温下焦炭 有的高炉也喷吹煤粉 重油 天然气等辅助燃料 中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气 在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧 从而还原得到铁 炼出的铁水从铁口放出 铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣 从渣口排出 产生的煤气从炉顶导出 经除尘后 作为热风炉 加热炉 焦炉 锅炉等的燃料 3 主要化学反应 Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2Fe3O4 4CO 3Fe 4CO22Fe2O3 3C 4Fe 3CO2 4 造渣 炉炼铁过程中 熔剂同矿石的脉石和焦炭的灰分相互作用 将不进入生铁和煤气的物质溶解 汇集和熔化成液态炉渣的过程 矿石的脉石和焦炭的灰分多系SiO2 Al2O3等酸性氧化物 它们的熔点都很高 分别为1723 和2060 不可能在高炉中熔化 由SiO2和化合物3Al2O3 2SiO2组成的共晶体 其熔化温度仍然很高 约1545 在高炉中只能形成非常黏稠的物质 难于流动 造成渣铁不分 这样 高炉冶炼就不能进行 为此需加入助熔物质 熔剂 如石灰石 CaCO3 白云石 CaCO3 MgCO 等 尽管由石灰石 白云石分解生成的碱性氧化物CaO MgO自身的熔化温度也很高 CaO2570 MgO2800 但它们与SiO2和Al2O3结合生成的低熔点 1400 化合物在高炉内能充分熔化 形成流动性良好的熔渣 并由于密度不同 铁水6 8 7 0g cm 熔渣2 2 3 2g cm 而与铁水分离 使高炉冶炼得以正常进行 5 脱硫 高炉中的硫主要来自其原燃料 如矿石 烧结矿 球团矿 焦炭和喷吹燃料等 通常硫以硫化物和硫酸盐形式存在 硫的热脆和冷脆性对于炼钢的危害是很大的 因此炼铁必须脱硫 硫在铁中以FeS的形式存在FeS CaO FeO CaS 渣 CaO就是石灰石 是一种良好的脱硫剂 3 炼钢 1 铁水预处理 铁水预处理主要是预脱硫 通常高炉铁水含硫在0 03 0 07 而钢水的硫含量一般小于0 025 有些钢种的硫要求控制在0 005 以下 铁水预处理的任务就是将铁水进转炉前的硫含量降低到0 005 0 010 以减轻炼钢脱硫负担 钢厂目前主要采用喷吹钝化石灰和钝化镁粉脱硫工艺 铁水预处理技术包括铁水脱硫和铁水 三脱 脱硅 脱硫 脱磷 两大类技术 是近十年来国外逐渐发展成熟的经济 高效和清洁的钢铁生产工艺 技术特点 1 采用 全量 铁水 即100 预处理 2 采用Mg复合脱硫剂在铁水包内实现高效脱硫预处理 3 采用O2脱硅 提高铁水温度 4 采用转炉实现铁水脱磷和脱硅 脱硫 5 三脱 铁水低氧冶炼技术 2 转炉吹炼 钢与生铁的区别 炼钢任务 脱碳 脱磷 脱硫 升温 脱氧 合金化 去除 N H 等气体杂质元素 去除非金属夹杂 凝固成型 其中的脱硫 磷 碳 氧等就需要相应的脱硫剂 脱氧剂等冶金辅料 合金化 一方面加入合金 像我们的硅铝铁 硅铝钡等 作为脱氧剂使用 其中的铝 钡等金属元素与氧发生反应 达到脱氧的目的 另一方面加入合金可改善钢的某些性能成为合金化 C 控制钢材强度 硬度的重要元素 每1 C可增加抗拉强度月980MPa Si 也是增大强度 硬度的重要元素 每1 Si可增加抗拉强度月98MPa Mn 锰 增加淬透性 提高韧性 降低硫的危害等 Al 细化钢材组织 控制冷轧钢板退火结构 V 钒 细化钢材组织 增加强度 韧性 Cr 铬 增加强度 韧性 耐腐蚀性能 3 精炼 精炼的基本任务是进一步脱硫 脱氧去夹杂 合金化和温度调整 一般在钢包或其他容器中进行 根据生产品种的不同 各厂的精炼设备不尽相同 如LF RH CAS等 常用的有合金脱氧剂 渣洗料 精炼渣 脱硫剂等辅料 4 连铸 连铸的工艺流程 钢包中间包结晶器将装有精炼好钢水的钢包运至回转台 回转台转动到浇注位置后 将钢水注入中间包 中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去 结晶器是连铸机的核心设备之一 它使铸件成形并迅速凝固结晶 拉矫机与结晶振动装置共同作用 将结晶器内的铸件拉出 经冷却 电磁搅拌后 切割成一定长度的板坯 此工艺中使用的辅料有 钢包引流剂 钢包覆盖剂 中间包覆盖剂 结晶器保护渣等 连铸工艺流程 5 轧钢 轧钢厂是钢铁联合企业生产最终产品 钢材的加工厂 轧钢是利用旋转的轧辊与钢坯间的接触摩擦将金属咬入轧辊缝隙间 同时在轧辊的压力作用下使金属发生塑性变形的过程 产品一般有棒线材 型材 板材 包括中厚板 热轧薄板 镀层板和涂层板 钢管等 第二部分 铁合金和辅料知识 一 铁合金铁合金 铁与一种或几种元素组成的中间合金 主要用于钢铁冶炼 在钢铁工业中一般还把所有炼钢用的中间合金 不论含铁与否 如硅钙合金 都称为 铁合金 习惯上还把某些纯金属添加剂及氧化物添加剂也包括在内 铁合金一般作用 脱氧剂 在炼钢过程中脱除钢水中的氧 某些铁合金还可脱除钢中的其他杂质如硫 氮等 合金添加剂 按钢种成分要求 添加合金元素到钢内以改善钢的性能 孕育剂 在铸铁浇铸前加进铁水中 改善铸件的结晶组织 品种用途 作为炼钢脱氧剂 应用最广泛的是硅锰 锰铁和硅铁 强烈的脱氧剂为铝 铝铁 硅钙 硅锆等 见钢的脱氧反应 用作合金添加剂的常用品种有 锰铁 铬铁 硅铁 钨铁 钼铁 钒铁 钛铁 镍铁 铌 钽 铁 稀土铁合金 硼铁 磷铁等 各种铁合金又根据炼钢需要 按合金元素含量或含碳高低规定许多等级 并严格限定杂质含量 含有两种或多种合金元素的铁合金叫做复合铁合金 使用这类铁合金可同时加入脱氧或合金化元素 对炼钢工艺有利 且能较经济合理地综合利用共生矿石资源 常用的有 锰硅 硅钙 硅锆 硅锰铝 硅锰钙和稀土硅铁等 几种常见铁合金 1 硅钙 硅钙合金是由元素硅 钙和铁组成的复合合金 是一种较为理想的复合脱氧剂 脱硫剂 被广泛应用于优质钢 低碳钢 不锈钢等钢种和镍基合金 钛基合金等特殊合金的生产当中 并适合作转炉练钢车间用的增温剂 还可以作铸铁的孕育剂和球墨铸铁生产中的添加剂 钙和硅与氧都有很强的亲和力 特别是钙 不仅与氧有极强的亲和力 而且与硫 氮都有很强的亲和力 所以硅钙合金是一种较理想的复合胶氧剂 脱硫剂 硅合金不仅脱氧能力强 脱氧产物易于上浮 易于排出 而且还能改善钢的性能 提高钢的塑性 冲击韧性和流动性 目前硅钙合金可以代替铝进行终脱氧 被应用于优质钢 特殊钢和特殊合金生产中 例如低碳钢 不锈钢等钢种和镍基合金 钛基合金等特殊合金 均可用硅钙合金作脱氧剂 硅钙合金也适合作转炉练钢车间用的增温剂 硅钙合金还可用作铸铁的孕育剂和球墨铸铁生产中的添加剂 2020 3 17 21 可编辑 硅钙合金牌号及化学成份 牌号化学成份 CaSiCAlPS Ca31Si603155 651 02 40 040 05Ca28Si602855 651 02 40 040 05Ca24Si602455 651 02 50 040 04Ca20Si552050 601 02 50 040 04 2 硅钙钡 碳化钙 二氧化硅 硫酸钡 硅钡钙是炼钢中很好的新型脱氧剂 并且有很好的脱硫 磷能力 对冶炼含硫 磷较低的钢种起着非常重要的作用 在炼钢系统有着广阔的应用前景 性能与用途 1 硅钡钙合金是钡系合金中高效新型复合合金 是炼钢的脱氧剂 脱硫剂 还兼有脱磷的作用 是铸造中的孕育剂和变质剂 2 钡在炼钢温度范围内有效地降低钙的蒸气压 增加钙在钢液中的溶解度 同硅钙合金相比 用硅钡钙合金作为钙源加入钢液中 加入的钙量即使是硅钙合金加入量的一半时 钢液中的钙含量却是硅钙合金的两倍左右 钙在钢液中也显著提高 充分显示钡在钢液中有效地保护了钙 降低了钙的氧化 从而达到了对钢液钙处理的目的 主要牌号和化学成份 3 硅铝铁 硅铝铁合金是用于炼钢生产中的一种脱氧剂 改善夹杂物形态减少钢液中气体元素含量 是提高钢质量 降低成本 节约用铝的有效新技术 特别适用于连铸钢水脱氧要求 实践证明 它不仅满足炼钢脱氧要求 还具有脱硫性能且具有比重大 穿透力强等优点 主要指标 AL 63 Si 25 P 0 02 Mn 0 2 C 0 2 S 0 02 粒度20 60mm 产品无杂质 二 冶金辅料 冶金辅料 作为炼钢中的辅助产品 是炼钢过程中重要的添加物品 在整个炼钢过程中 利用不同来源的氧来氧化炉料所含有的复杂金属 采用各种复杂的工艺 利用好冶金炉料来去除硅 磷 碳 脱氧和合金化物等 常用的冶金炉料产品有 脱氧剂 覆盖剂 脱硫剂 脱碳剂 脱磷剂等 1 增碳剂 主要分炼钢用增碳剂 中华人民共和国黑色冶金行业标准 YB T192 2001炼钢用增碳剂 和铸铁用增碳剂 以及其他一些添加材料也有用到增碳剂 增碳剂属于外加炼钢 炼铁增碳原料 优质增碳剂是生产优质钢材必不可少的辅助添加剂 增碳剂的原料有很多种 生产工艺也各异 主要有煅烧煤 石油焦 石墨类 石油焦增碳剂 石油焦增碳剂采用生石油焦煅烧提纯等加工而成 外观成圆粒或多棱形 其特点高碳 低硫 低灰是冶金化工 机械 电力等行业理想的加碳材料和反应中间体 得到广泛应用 石油焦的煅烧 是为了除去硫 水分 和挥发分 将生石油焦于1200 1350 煅烧 可以使其成为基本上纯净的碳 技术要求 所谓增碳剂 就是要在加入后可以有效提高铁液中碳的含量 所以增碳剂的固定碳含量一定不能太低 否则要达到一定的含碳量 就需要加入相比高碳的增碳剂更多的样品 这样无疑增加了增碳剂中其他不利元素的量 使铁液不能获得较好的收益 低的硫 氮 氢元素是防止铸件产生氮气孔的关键 这样就要求增碳剂的含氮量越低越好 增碳剂的其他指标 诸如水分 灰分 挥发分的量越低的固定碳量就越高 所以高的固定碳量 这些有害成分的含量一定不会高 转炉冶炼中 高碳钢种时 使用含杂质很少的石油焦作为增碳剂 对顶吹转炉炼钢用增碳剂的要求是固定碳要高 灰分 挥发分和硫 磷 氮等杂质含量要低 并要干燥 干净 粒度要适中 其固定碳wC 96 挥发分 1 0 wS 0 5 水分 0 5 粒度在1 5mm 粒度太细容易烧损 太粗加入后浮在钢液表面 不容易被钢水吸收 2 埋弧渣 用途 应用于电加热的精炼炉 具有埋弧 发泡 保温等作用 该精炼埋弧渣能够及时 持续 稳定发泡 在电极加热期间始终具有良好的埋弧效果 技术特点 1 满足精炼埋弧工艺 降低炉衬烧损 延长电炉使用寿命 2 有效提高LF炉加热效率 防止电极烧损 3 减小精炼电弧噪音 使用方法 1 电弧炉偏心炉底出钢后 送到LF工位2 给LF炉加入精炼渣后给电加热融化3 加入埋弧渣前 进入LF炉的初炼渣应控制在100mm左右的厚度 技术指标 CaO 35 45 Al2O3 10 20 SiO2 5 10 MgO 1 5 CaF2 2 6 Al 2 Si 5 8 烧失量 25粒度 1 10mm 水份 0 5 3 覆盖剂 特点 适合钢包钢水表面覆盖保温 其显著优点是加入钢包后能自动粉碎在钢水表面能迅速铺展 达到对钢水的全覆盖 形成三层熔融结构 防止钢水二次氧化和热辐射 吸附钢液表面有害夹杂物 不挂渣 不增碳 不浸蚀衬 不结壳 延长钢包使用寿命 使用简单 减轻工人劳动强度 1 保温效果好 钢水温降小于0 5 min2 比重小 加入时无钢水飞溅 作业环境良好 无污染 安全 对钢水质量无不良影响 3 圆形颗粒 游动性好 加入后呈松散状态 铺展性好 能迅速全面覆盖钢水 加入时无灰尘飞扬 不污染环境 4 浇注无结壳现象 化学成分 物理性能 性能和使用方法 本产品适合钢包钢水表面覆盖保温 在钢水表面能迅速铺展 形成三层结构 防止钢水二次氧化和热辐射 吸附钢液表面有害夹杂物 不挂渣 不浸蚀包衬 不结壳 延长钢包使用寿命 使用简单 减轻工人劳动强度 使用方法 钢水注满后投放覆盖剂 吨钢水用量1 1 5kg 中间包覆盖剂的作用 中间包覆盖剂的功能是 1 绝热保温防止散热 2 吸收上浮的夹杂物 如Al2O3 钙铝酸盐 3 隔绝空气 防止空气中的氧进入钢水 杜绝二次氧化 在中间包加炭化稻壳 可完成上述第1和第3两个作用 而稻壳灰不能在钢液面形成液渣层 故不能完成第2个作用 然而 对于产品质量要求严格的钢种 必须降低钢中非金属夹杂物含量 尤其是Al2O3夹杂 以防止产品出现裂纹和黑线等缺陷 为此中间包衬采用碱性耐火材料 镁质绝热板或镁质涂层 中间包采用双层覆盖渣 即钢水面上熔融保护渣子发挥吸收Al2O3等夹杂的作用 再加稻壳灰起绝热保温作用 4 精炼剂 炉外精炼用粉剂 seconciaryrefiningRowders 是炉外精炼 特别是喷射冶金和钢包喷粉法所用的主要材料之一 精炼用粉剂有金属型粉剂 CaSi Mg B Al CaC2 CaCN CaCl2 CaSiBa CaSiBaAl 稀土金属 RE 等 非金属型粉剂 CaO CaO CaF2 CaO A12O3 CaO CaF2 A12O3等 混合型粉剂 金属型与非金属型混合 CaO CaF2 CaSi Ca Mg CaO Al CaO CaC2 CaO CaF2 CaC2 CaO CaF