宝钢炼钢工艺和设备_详细

炼钢工艺和设备,2008年7月,一、炼钢概述,钢的定义：含碳量小于2的铁合金。钢的分类：普碳钢和特殊钢（优质碳素钢、合金钢、高合金钢（合金含量大于10）。炼钢：将高炉生产出来的铁水炼成适合各种用途的钢的过程。炼钢方法：平炉法、转炉法、电炉法。炼钢流程：高炉（铁水）铁水预处理（铁水）转炉（钢水）炉外精炼（钢水）连铸或模铸（钢坯或钢锭）。,二、铁水预处理,1、铁水预处理流程：高炉铁水前扒渣（铁水脱硫）受铁（深脱硫）铁水包扒渣转炉。,二、铁水预处理,2、铁水脱硫主要工艺利用脱硫剂和铁水中的硫反应，生成物去除到脱硫渣中。主要的脱硫剂有电石粉（CaC2）和石灰粉（CaO）。发生如下反应：CaC2（固）+FeSCaS（固）+Fe+2CCaC2+SCaS+2C2FeS+4CaO+Si2Fe+2CaS+Ca2SiO42FeS+2CaO+Si2Fe+2CaS+SiO2,二、铁水预处理,电石粉的特点：（1）分解出的钙离子与S有极强的亲和力，因此CaC2有很强的脱硫能力，耗量少，渣量也较少。（2）生成物CaS熔点高，形成固体渣，防止回硫，扒渣容易，对耐材侵蚀较轻。（3）脱硫生成的碳除饱和于铁水外，其余以石墨态析出。同时还有少量CO、C2H2气体，以及少量电石粉和石灰粉会污染环境，因此必须设置除尘设备。（4）电石粉极易吸潮劣化，在大气下与水分接触迅速发生反应，生成C2H2（乙炔）气体易爆，应采取安全措施。（5）电石粉价格昂贵。,二、铁水预处理,石灰粉的特点：（1）当铁水中的Si氧化后，生成Ca2SiO4和SiO2，相应消耗有效CaO，降低了脱硫效率。（2）脱硫渣为固体渣，对耐材侵蚀较轻微，扒渣方便，但渣量大。（3）石灰粉流动性差，易受潮及结块。（4）由于脱硫反应中在石灰粉颗粒表面生成致密的硅酸二钙，阻碍了硫向石灰粉颗粒中的扩散，故脱硫效率仅为电石粉的1/31/4。（5）价格低廉。,二、铁水预处理,脱硫剂的组成：为了降低脱硫剂成本，减少电石粉消耗，脱硫剂的组成常根据铁水条件、脱硫要求作适当调整。其原则是既满足脱硫的要求，又要尽量降低脱硫成本。,二、铁水预处理,3、铁水脱硫主要设备喷吹法脱硫是把脱硫剂吹入铁水中以粉状料的流态化气力输送技术为基础的。（1）脱硫剂输送设备：受料设备、给料设备、喷吹设备。（2）脱硫喷枪及喷枪升降装置：喷枪工作时必须插入混铁车的铁水内，喷枪底部为喷口，两个喷口成一直线水平布置。（3）混铁车测温取样装置。,二、铁水预处理,铁水预处理喷枪插入示意图,二、铁水预处理,混铁车脱硫设备TDS装置说明设置地点脱硫间1#线处理能力42车/日脱硫剂CaC2+CaO贮料仓数量2个容积90m32喷粉罐数量4个容积2m34喷粉速度40-70Kg/min氮气压力Max.39.2104Pa喷枪尺寸3906650mm插入深度1200-1400mm测温取样装置数量1套2线共用型式自动旋转式升降速度10-30m/min旋转角度360附属设备试样切断机探头贮藏箱,二、铁水预处理,铁水包脱硫设备,三、转炉,1、转炉冶炼流程装入废钢和铁水副原料投入吹炼副枪测定温度和成分出钢（脱氧及合金化）倒渣2、炼钢原料（1）主原料（铁水和废钢）：主要铁源。（2）副原料：用于造渣去除P、S等杂质和调节钢水温度。（3）铁合金：用于脱氧和调整钢水成分。,转炉操作室,转炉进废钢,转炉进铁水,三、转炉,3、炼钢原理：铁中的各种元素（也包括铁本身）与氧结合（氧化），从铁中去除。比铁与氧容易结合的元素，按照其结合能力，从铁中去除。与氧结合比铁弱的元素，则不能通过氧化去除。因此要在原料阶段对不能氧化去除而又有害是元素进行处理或不让其进入炉内。,三、转炉,4、炼钢反应铁中主要元素：C、Si、Mn、P、S发生如下氧化反应：C+OCOSi+2O(SiO2)Mn+O(MnO)2P+5O(p2O5)FeS+(CaO)(CaS)+(FeO)“”表示铁水（或钢水）中溶解的“()”表示存在于渣中“”表示变为气体逃掉,三、转炉,5、冶炼要点（1）脱C和温度随着C的下降，熔池的温度不断上升，为此要向熔池充分的供氧来促进脱碳反应，这时产生的CO促进了熔池的搅拌，熔池的沸腾亦能有效地排出H2、N2等有害气体。,三、转炉,（2）脱PP是有害元素，是低温加工时产生表面缺陷（冷脆）的原因，并且在钢锭中易产生偏析。当CaO未充分溶解在渣中时脱P按下式进行：2P+5(FeO)5Fe+(P2O5)2P+8(FeO)5Fe+(3FeO.P2O5)当CaO足量时按下式进行：(P2O5)+4(CaO)(4CaO.P2O5)P2O5生成稳定的(4CaO.P2O5)，防止回P反应。,三、转炉,脱P反应放出相当多的热，低温有利于放热反应的进行。故脱P反应应在低温下进行。脱P反应的有利条件归纳如下：A、(CaO)要多B、(FeO)要多C、(P2O5)要少D、熔池温度低,三、转炉,（3）脱硫S和P同样是有害元素。S对钢材的影响是在热轧时造成表面裂纹（热脆）。由于FeS的熔点低，当其在溶解状态下轧制，就产生了缺陷。此外S同P一样易偏析。一般认为炉内脱硫反应有三个：A、钢液内脱硫：FeS+MnMnS+FeB、钢液和炉渣之间的脱SFeS+(MnO)(MnS)+(FeO),三、转炉,C、熔池和炉气间的脱S根据现场的经验，吹入大量氧时能脱S。通常认为这是钢水中的S与氧气反应，生成SO2、SO3的缘故。脱硫反应的有利条件归纳如下：A、(CaO)要多B、(FeO)要少C、(CaS)要少D、熔池温度要高E、Mn要多,三、转炉,冶炼时要注意以下几点，以取得满意的结果：A、应随着C的降低，把熔池温度正常的升高。B、应在C低到钢种的目标值之前，先使P、S降低到目标值以下。C、吹炼终点各元素的含量应符合其钢种的要求，钢水的温度也应调整到符合下工序的要求。,三、转炉,（4）脱氧加入比C更易与O结合的元素，如Al、Si等使O去除的过程。把氧脱到何种程度，根据钢的使用目的而异，如沸腾钢，钢中的O是要利用的，而镇静钢则要完全脱氧。但脱氧产物对钢的性能有不良影响。,三、转炉,6、转炉设备（1）转炉本体及倾动设备由炉体、倾动装置、耳轴轴承座、托圈及润滑装置组成，还有一套空气冷却系统。炉体可分为炉帽、炉身、炉底三个部分，炉体约重290吨。倾动装置主要由一次减速机、二次减速机和扭力杆系统组成。,公称容量（T）300t转炉炉壳高度（H）11.5m转炉炉壳直径（D1）8.5m倾动速度0.151.5cpm倾动角度270,三、转炉,（2）氧枪及其升降装置氧枪的工作环境恶劣高温、多尘、易燃、易爆，因此必须十分可靠。氧枪由三根钢管相套而成，内管为氧气通道，内管与中管之间是冷却水进水通道，中管与外管之间是冷却水的出水通道。氧枪的端部是五孔拉瓦尔喷嘴，为脱氧铸铜制作，具有良好的导热性。升降装置由升降小车、横移台车、升降卷扬装置及升降轨道组成。,三、转炉,（3）副枪装置为了提高吹炼终点控制的命中率，在吹炼过程中获得钢水温度、成分、炉内造渣情况等信息。可装上不同的探头达到不同的检测目的，枪体采用水冷，使用寿命较长，运行安全可靠，测定速度快、精度高。副枪装置由旋转框架及其驱动装置、副枪及升降小车、升降小车驱动装置、探头供给及装着装置、探头提取及试样切断装置、刮渣装置及副枪孔密封装置、副枪枪体矫直装置、探头回收溜槽等。,三、转炉,（4）副原料系统由进料、上料、加料等三个系统组成。A、进料流程：原料场皮带机中转料仓1#皮带机2#皮带机3#皮带机梭式皮带机地下料仓B、上料流程：地下料仓给料器1#皮带机2#皮带机3#皮带机卸料小车炉顶料仓C、加料流程：炉顶料仓给料器称量斗密封阀中间料斗切断阀密封阀固定溜槽转炉,三、转炉,（5）铁合金系统分为输送系统和投料系统。输送系统：自卸卡车地下料仓1#皮带机2#皮带机3#皮带机卸料小车炉上料仓投料系统：炉上料仓称量斗卸料闸阀皮带给料器中间料斗截止阀振动给料器中间溜槽投料溜槽钢包,三、转炉,（6）OG系统吹炼中从炉口大量冒出含有CO和氧化铁的高温炉气，通过裙罩、烟罩等收集，经过热交换（由锅炉系统收集蒸汽）冷却、一次除尘和二次除尘，在IDF风机的吸引下，将一定CO含量的转炉煤气回收到煤气罐中，而达不到回收条件的炉气则由烟囱放散。,三、转炉,系统计算机控制画面,三、转炉,OG的主要设计指标:工艺条件：炉容量300t铁水比：89%吹炼时间：16min冶炼周期：36min，吹氧流量：70000Nm3/h，矿石：45kg/t.s烟尘排放浓度：100mg/Nm3煤气回收量：5060Nm3/t.sCO浓度：55%65%蒸气回收量：35kg/t.s氧化铁尘回收量：16kg/t.s耗水量：2t/t.s耗电量：3.3Kwh/t.s,三、转炉,（7）其他系统转炉设备还包括蒸汽回收系统（锅炉汽包、锅炉循环泵、蒸汽蓄热器等）、二次除尘系统（除尘管道、风机、布袋除尘机等）、挡渣棒投入装置、炉后测温取样装置等。,三、转炉,转炉顶底复吹LDCB设施规格,四、炉外精炼,炉外精炼的定义：把粗精炼的钢水导入另一简便的精炼装置，为得到比粗精炼更高的生产率、更高的质量，而进行的冶金操作。炉外精炼的目的：脱氢、脱氧（去除夹杂物）、脱碳、脱硫、非金属夹杂物的形态控制、成分调整（添加合金）、钢水成分及温度的微调及均匀化、（脱氮）和（脱磷）。宝钢现有的炉外精炼装置有：RH-OB（1#RH）、RH-KTB（3#RH）、RH-MFB（2#RH）、VD、CAS-OB、KIP、IR、UT、LF炉和喂丝等。,四、炉外精炼,（1）RH真空脱气的基本原理和工艺为了减少钢中的有害气体和夹杂，净化钢水，提高钢材的内在质量，改善机械性能，国内外各大钢厂均采用了各种脱气方法，其中RH真空循环脱气法生产能力大，脱气效果好，能使用于高生产率的氧气顶吹转炉。钢水的脱气就是溶解在钢中的气体向气相迁移的过程，其步骤为：A、通过扩散，钢水中的气体原子逐渐迁移到钢水表面；B、原子由溶解状态转变为表面吸附状态；C、吸附在钢水表面的同类原子相互作用生产气体分子；D、吸附的气体分子进入气相后被真空泵吸走。,四、炉外精炼,RH的真空槽由以下几部分组成：A、浸渍管B、下部槽C、上部槽D、热顶盖或热弯管E、排气口,四、炉外精炼,钢水循环原理：脱气处理时，将浸渍管插入钢水，在真空槽内抽真空形成的压力差使钢水通过浸渍管进入真空槽，同时在两根浸渍管之一（称为上升管）吹入驱动气体（通常为氩气），利用气泡泵原理（随着气泡上升带动钢水上升）使钢水进入脱气室，在真空槽内钢水被脱气后比重增加，通过两根浸渍管的另一根（称为下降管）回到钢包内，这样就形成了不断的钢水循环运动。,四、炉外精炼,RH工艺流程：转炉出钢钢包到达处理位液压顶升（浸渍管插入钢水）测温（定氧）排气开始（按规定开启各级真空泵）成分、温度调整测温取样成分、温度微调处理结束（破坏真空）测温取样液压下降钢包离开浇注,四、炉外精炼,（2）RH真空脱气的主要设备A、真空槽本体及槽移动台车；B、真空排气系统（1#RH为六级八台泵，2#RH为四级六台泵）；C、铁合金投料系统；D、钢包升降液压装置；E、OB（1#RH）或顶枪（2#RH）系统；F、水处理系统；G、机械冷却水系统；H、煤气加热系统；I、其它设备（钢包台车、测温取样设备、保温剂投入设备、浸渍管维护设备）,四、炉外精炼,宝钢1#RH设备能力,四、炉外精炼,（3）CAS-OB原理和工艺在大气压下，将氩气通过钢包底部透气砖吹入，将浸渍管插入钢液表面吹氩口的上方，并挡掉炉渣。可通过浸渍管加入各种合金调整钢水成分。并且在浸渍管上插入氧枪，加热钢水。CAS-OB可以调整和均匀钢水的温度和成分，减少钢中氧化物夹杂的含量及改善钢水的凝固性能。,四、炉外精炼,CAS-OB工艺流程：转炉出钢钢包到达处理位接吹氩管测温（定氧）取样吹氩搅拌浸渍管下降成分、温度调整测温取样成分、温度微调浸渍管上升吹氩停止测温取样拔吹氩管钢包离开浇注,四、炉外精炼,（4）CAS-OB的主要设备A、浸渍管及其升降夹持装置；B、合金上料、储藏、称量、输送、投入和回收装置；C、吹氩装置；D、测温取样及破渣装置；E、浸渍管运送、维护设备；F、除尘设备。,四、炉外精炼,钢包底吹氩合金微调CASOB装置,四、炉外精炼,（5）KIP原理和工艺KIP具有脱硫和夹杂物形态控制功能。A、脱硫处理：利用喷枪通过氩气将脱硫剂（CaO+CaF2）粉末向钢包内的钢水中吹入，在高温下熔化成小液滴，随着气泡的上升与钢水接触，使得渣滴吸收钢水中的硫。(CaO)+S(CaS)+O,四、炉外精炼,B、夹杂物形态控制钢水中含有较多的Al2O3，既影响钢的机械性能和表面质量，又会造成钢包水口堵塞，影响正常浇注；钢中含有的MnS夹杂经轧制后发生塑性变形，导致钢材的各向性能差异，这对于制造要求低温韧性的输油管和厚板钢，要求进行弯曲加工的高强度热轧钢板和要求焊缝有延性的电焊管是极为不利的。因此向钢水中喷入CaSi粉，将Al2O3和MnS改变为球状的mCaO.nAl2O3以消除上述不良影响。在炼钢温度下极易成为液态而排除或以球状存在于钢中，其优点是：a、可以改善钢水的流动性和夹杂物对钢水的湿润性，从而可以消除钢包水口堵塞；b、钢中夹杂物由群簇状变为球状，从而可以消除对机械性能的恶劣影响；c、液态球状夹杂物较易上浮，从而改善钢的纯净度。,四、炉外精炼,KIP工艺流程：钢包台车到达CAS位置测定渣层液面钢包台车到达KIP位置钢包盖下降测温取样喷枪下降喷粉加合金喷枪上升测温取样钢包盖上升钢包离开浇注,四、炉外精炼,（6）KIP的主要设备A、粉剂的接受和输送设备（由氮气将槽车装送的粉剂压送到储料仓）；B、粉剂喷吹设备（将上部料斗旋转阀排出的粉剂吹入钢水）；C、喷枪升降、旋转装置（由喷吹罐压出的粉剂经配管最终由喷枪喷入钢水内）D、钢包盖升降装置；F、喷枪、钢包盖维护、干燥设备。,四、炉外精炼,（7）LF炉原理和工艺LF炉精炼主要靠造白渣，在低氧的气氛中，由钢包底部吹氩进行搅拌，加速钢渣之间的反应，并由石墨电极对经过粗精炼炉的钢水加热，保证较长的精炼时间，从而可使钢中的氧、硫、夹杂物含量降低。LF炉的特点是设备简单、投资费用低、操作灵活、精炼效果好，成为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。,四、炉外精炼,LF炉具有以下四个独特的精炼功能：A、炉内气氛：通过盖在钢包上的水冷炉盖，可以起到隔离空气的密封作用。再加上还原性渣以及加热时石墨电极与渣中的FeO、MnO、Cr2O3等氧化物作用生成CO气体，增加了炉气的还原性，钢水在还原气氛下精炼可以进一步的脱氧、脱硫及去除非金属夹杂物，有利于