炼钢-精炼工艺介绍PPT课件

精炼工艺,谭永明,1,.,目录：,精炼过程用原料钢包吹氩工艺钢包喂线工艺CAS工艺合成渣工艺LF钢包精炼炉,2,.,1、精炼过程用原料,1、1铁合金及包芯线铁合金的作用在出钢过程中可脱除钢水中的部分氧，同时满足或调整钢种对化学成分的要求。可以根据钢种、出钢量及合金成份等来计算合适的合金加入量。常用的铁合金化学成分见表1中碳锰铁：,3,.,1、精炼过程用原料,硅铁：Si-Ca-Ba包芯线：Si-Ca包芯线：Al线：,4,.,1、精炼过程用原料,1、2调温废钢要求干燥、清洁，不得混有泥沙、油类和大量氧化铁，不能有密闭容器和夹有铅、锌、锡等有色金属。块度要求：直径40mm；单重4Kg/块；长度400mm调温废钢冷却效应：7/300kg(115T钢水)13增碳剂袋装20Kg/包，要求固定碳含量94%，S0.5%,H2O0.5%粒度3-8mm。,5,.,1、精炼过程用原料,1、2调温废钢要求干燥、清洁，不得混有泥沙、油类和大量氧化铁，不能有密闭容器和夹有铅、锌、锡等有色金属。块度要求：直径40mm；单重4Kg/块；长度400mm调温废钢冷却效应：7/300kg(115T钢水)13增碳剂袋装20Kg/包，要求固定碳含量94%，S0.5%,H2O0.5%粒度3-8mm。,6,.,1、精炼过程用原料,14常用气体141惰性气体氮气、氩气等为冶金用惰性气体。主要用于二次钢水的保护与隔离，以及对钢水精炼时的搅拌、吸气、去杂质等。对人体的危害表现为窒息性伤害，浓度达到25g/m3时有危险。要求：干燥、干净、无杂质、水分1%、纯度99.9%、氧气6PPm、氮气20PPm、氧气氮气20PPm15钢包炉用材料151冶金石灰：采用转炉炼钢用活性石灰，保存期不得大于10天。,7,.,1、精炼过程用原料,152萤石：153埋弧渣：,8,.,1、精炼过程用原料,154电极1#LF炉：450mm高功率石墨电极（长度1800100mm）知识点：1、精炼用主要耐火材料和辅助材料的规格、名称、性能及主要化学成份。2、精炼用能源介质的要求、功能特点。,9,.,1、精炼过程用原料,技能点：1、掌握所用合金、材料的微调计算方法。例：试计算钢水成份Si、Mn增加0.01%，须加入多少合金？（已知：钢水量为115t，中碳锰铁Mn含量80%，收得率85%，硅铁Si量75%，收得率80%）2、正确使用各类能源介质。思考点：1、精炼所用耐火材料、辅助材料、能源介质等各项指标依据要求如何确定？2、各类材料、介质等对钢水作用？在使用中应注意哪些事项？,10,.,2、钢包吹氩工艺,21钢包吹氩主要工艺参数钢包吹氩应根据钢种性质、钢水状态、精炼目的，来选择合适的气体参数（耗氩量、吹氩压力、流量、时间等），这些参数决定了吹氩强度的大小及精炼的效果。211耗氩量吹氩量低，吹入钢水中的氩气只起搅拌作用或稍微改善了去除夹杂物的条件，脱氧去气和保护钢水的作用未发挥出来。212氩气压力氩气压力指氩气管道压力，并不表达处理时钢包中氩气压力。吹氩压力受钢水静压力、钢渣状况等因素影响，对不同钢种、,11,.,2、钢包吹氩工艺,出钢量、不同渣况等条件，吹氩压力将发生变化。一般钢包吹氩压力为0.20.5MPa之间。吹氩压力大，搅拌动力大，气泡上升快，气泡在钢水中停留时间短，同时与钢水接触面积小。因而，为提高吹氩效果，应保持较低压力下，加大氩气流量。213氩气流量和吹氩时间采用透气砖吹氩，吹氩时间不宜太长，一方面受钢水温度下降的限制，另一方面是吹氩时间过长，钢包内衬耐火材料受侵蚀，导致非金属夹杂物增加。但吹氩时间不足，碳氧反应未能充分进行，非金属夹杂物及气体不能很好去除，吹氩效果不明显。,12,.,2、钢包吹氩工艺,一般吹氩时间控制在515min，氩气流量控制在2040m3/（mint）。214氩气泡尺寸吹氩正常时，氩气流量和压力一定时，氩气泡越细小，在钢水中分布越均匀，则它与钢水接触的面积就越大，氩气的精炼效果就越好。氩气泡大小由透气砖的气孔尺寸决定，要求透气砖的孔隙细小一些，如果再细小则阻力增大，透气性会变差。215比搅拌功及均匀化时间见CAS底吹搅拌工艺。,13,.,2、钢包吹氩工艺,22钢包吹氩效果221均匀钢水成份和温度氩气通过“发泡”对钢水产生强烈的搅拌作用，使钢包内的钢水被充分搅拌，从而达到均匀钢水成份和温度的目的。222降低钢中气体含量钢包吹氩可以降低氢、氧、氮的质量分数，底吹氩与顶吹氩比较，去氢率可提高15%左右，去氧率、去氮率可提高10%左右。223降低钢中夹杂物含量吹氩对降低夹杂物明显，底吹氩比顶吹氩提高约25%。,14,.,2、钢包吹氩工艺,知识点：1、钢包吹氩的主要工艺参数有哪些？2、钢包吹氩的效果有哪些？技能点：掌握钢包吹氩的要求，熟悉氮、氩气管道开关、走向，掌握调整氩气压力、流量的基本技能。思考点：1、如何评价全程吹氩效果。,15,.,3、喂线工艺,31喂线设备喂线机主要由线盘驱动机、喂线驱动机和电气控制组成。图1喂线机示意图,16,.,3、喂线工艺,32喂线速度的选择喂线机的速度必须保证喂入的线能在钢水中均匀分布，要求：一方面包芯线能在钢水中一定深度内熔化，另一方面要具有一定动能冲到钢包底部，并使钢水产生紊流。举例：求Al线的喂线速度根据热传导方程：=式中：t小时后xm处铝线的温度；铝的导热系数，22.19W/(m)c铝的质量热容，900kJ/（kg）铝的密度，2.7g/cm3。,17,.,3、喂线工艺,考虑钢水温度1580，铝线常温25，则铝的熔化时间t(s)与直径d(mm)的关系为：t=0.133d2另根据能量守恒定律可求出铝喂入钢水的最大深度h：AlV02/2=（Fe-Al）ghFe钢水密度，取7.6kg/cm3；V0喂线速度，m/s。根据以上两个因素，考虑用铝线直径和喂线速度，可得出铝熔化区及熔化的铝液可冲入钢水的距离。33喂线冶金效果331合金及铝的收得率高采用喂线工艺在出钢前向钢包内加入了脱氧剂，有利于合金化时硅、锰收得率的提高。,18,.,3、喂线工艺,低碳钢出钢终点碳低，钢水氧化活性强，钢水中aO大于渣中（FeO）相平衡的aO，需要更多的铝脱氧，因此低碳钢喂铝线铝的收得率低。经验公式：Al=75.9C%-2.24(FeO)%+45.7332钢中氧及氧化物夹杂含量降低喂入Si-Ca（-Ba）线，可以降低钢中Al2O3夹杂。喂Ca-Si线时钙的蒸气压较高，反应剧烈，相当一部分钙烧损，降低了钙的利用率。333钢中夹杂物变性喂入Ca包芯线应使反应生成物的成份在3（CaO）（Al2O3）与（CaO）（Al2O3）范围内，这样可确保在炼钢温度下的铝酸盐呈液态，改变Al2O3形态（固态块状、锐边型变成液态球型）。,19,.,3、喂线工艺,334脱硫作用喂线钢水由于出钢前加入脱氧剂或顶渣，脱硫条件好，钢水温度越高，吹氩搅拌强度越大越有利于脱硫。知识点：1、喂线机的组成、结构及工艺参数要求。2、喂线的主要冶金效果有哪些。技能点：1、正确操作喂线机，掌握喂线工艺参数值的设定、计数。2、掌握喂线脱氧、酸溶铝控制的计算。,20,.,3、喂线工艺,例：XGL生产，到站O:160pPM，要求出站O：35ppm，试计算喂入的铝线量？（已知：出钢量铝线米单重220g，铝的收得率为70%,出钢量115吨。）思考点：1、如何评价喂线处理的冶金效果？2、不同包芯线的喂入时机及喂入后的吹氩处理应注意哪些？,21,.,4、CAS工艺,41、CAS装置CAS精炼技术的原理就是在钢包底吹氩气搅拌钢水的条件下，通过在排开渣的钢水中浸入一个耐火材料制品的罩子。在罩内部，钢液面少渣或无渣，并且在浸罩里形成低（或无）氧化性的氩气气氛。（氩气可以防止空气进入浸罩内。）图1CAS工作原理图,22,.,4、CAS工艺,42、主要功能：（）对出钢后粗合金化的钢水进行成分微调和混匀，使钢水合金成分达到内控成分要求，实现窄成分控制；（）对钢水温度进行降温控制与温度混匀，将钢水温度严格控制在一定范围内；（3）为开发品种钢，去除钢中气体夹杂物量，进行炉外精炼。CAS精炼过程为：钢水包进站底吹氩气搅拌测温取样测钢液面高度底吹排渣浸罩调温、钢水合金调节成份罩外喂线钢包出站。,23,.,4、CAS工艺,43、CAS工艺要求钢包烘烤：一般要求钢包烘烤应达到1100以上。转炉挡渣出钢钢包内渣层过厚回对CAS处理带来不良影响：底吹排渣效果差甚至无法裸露出钢液面，从而造成浸罩内残留渣量多甚至无法进行CAS处理；成份调节时，合金元素收得率降低；钢水脱氧效果差甚至出现钢水回鳞现象等。对于CAS处理最好将钢包钢水顶渣厚度控制在50mm。钢包渣改质,24,.,4、CAS工艺,钢包渣主要是由转炉出钢过程流入钢包的炉渣和铁合金脱O产物所形成的渣层。所形成渣氧化性高，渣中（FeO）含量会达到815%，当转炉渣流入钢包的量少时，会因为硅铁脱氧产物（SiO2）在渣中比例增大，而造成钢包渣碱度降低。钢包渣改质的目的就是要适当提高覆盖渣碱度，降低钢包渣氧化性。改质的方法主要是采用在转炉出钢过程中向钢包内加入改质剂（造渣脱氧剂等），利用钢水流冲搅，促进钢渣反应和覆盖渣快速生成。CAS底吹排渣工艺,25,.,4、CAS工艺,排渣效果（裸露钢液面面积）主要与渣层厚度、渣粘度和底吹氩能力等有关。在底吹排渣过程中，随着底吹氩气流量增大，排渣面积增大，但当底吹氩气流量达到一定值后，进一步增大底吹氩气流量，其排渣效果变化不大。应选择较佳的底吹氩排渣流量，防止钢水散热过多和减少氩气消耗量。5）浸罩底吹搅拌工艺钢包中浸罩后底吹搅拌效果与普通钢包底吹氩气有较大不同，其主要原因由于浸罩浸入钢水中后使底吹搅拌的钢水钢水循环流态受到影响。一般钢包底吹氩气熔池搅拌公式为：E=28.5QTlg(1+H/1.48)/W式中：E比搅拌能W/tQ气体流量m3/minT钢液温度KW钢水重量tH钢水高度m熔池均匀混合时间为：=800E-0.4,26,.,4、CAS工艺,熔池均匀混合时间为：=800E-0.4而在有浸罩的条件下，底吹熔池均匀混合的时间，不仅与底吹气体流量有关，而且与浸罩侵入钢水中深度有关，减少浸罩浸入深度提高底吹氩气流量，均可加快熔池混合速度。6）CAS成份微调工艺CAS处理时，要求浸罩内无渣或少渣，其合金收得率才比较高。影响合金收得率的因素主要有钢水中熔解氧含量，钢渣氧化性和渣层厚度、浸罩内残留渣量和底吹搅拌强度。底吹搅拌均匀混合时间应控制在3min以上。7）CAS钢水净化操作,27,.,4、CAS工艺,在10min以内，随着CAS处理延长时间，钢水中总氧含量迅速下降。因此，要求对于CAS精炼处理，在合金化后，应当保持在浸罩条件下底吹氩气搅拌时间和提罩后底吹弱搅拌一定时间，以便确保钢水中夹杂物去除。图6CAS处理时间对总氧含量的影响,28,.,4、CAS工艺,44、工艺流程操作工艺时间(min)要求（）进站定位、接底吹氩接头（）底吹搅拌2调到0.2-0.8Mpa压力，氩气泡大小200400为宜；（）取样、测温2取样、测温要求：应达到钢等分析结果5液面200mm以下；（）测钢液面高度(与等结果同时)（）底吹排渣(与等结果同时)将底吹氩流量开到将渣层排到可浸罩的程度；根据排渣效果降罩，浸罩深度控制在：钢液面下50-100mm；然后降罩（6）加合金、加料调到0.2-0.8Mpa压力，氩气泡大小400600为宜；搅拌3调到0.2-0.8Mpa压力，氩气泡大小400600为宜；（7）提罩（8）测温取样要求同前；（9）喂硅钙线（或铝线）喂线量视钢中硅含量和钢种要求而定，同时底吹氩，调到0.2-0.8Mpa压力，氩气泡大小200400为宜；（10）软吹氩3底吹氩调到0.2-0.8Mpa压力，氩气泡大小200400为宜；（11）钢包吊出共计813min控制目标成分、温度。,29,.,4、CAS工艺,知识点：1、CAS工艺的基本原理及装置结构。2、CAS工艺主要功能有哪些？3、CAS处理应达到哪些基本要求？4、熟悉CAS工艺流程操作要求。技能点：1、正确使用CAS设备进行操作。2、掌握CAS工艺流程及操作标准。思考点：从吹氩、均匀温度、成份、成份微调、全氧含量的降低等方面说明CAS工艺处理的主要冶金效果？,30,.,5、合成渣工艺,51渣系的选择渣的成份对脱硫起着决定的作用，具有高碱度的炉渣对脱硫有利，同时兼顾其可熔性，还须配加某些降低渣的熔点而酸度又最小的组元。两性氧化物Al2O3是最合适的配加剂，一般用于合成渣洗的渣系有：CaO-CaF2、CaO-Al2O3、CaO-Al2O3-SiO2等。我厂45钢则是采用的CaO-Al2O3-SiO2渣系。52工艺要求工艺流程：渣料加入钢包底挡渣出钢CAS（喂线）浇铸521加入量：控制在0.30.5%即可保证一定的脱硫率且不会因合成渣的大量加入而使出钢温降增大，45钢钢包改质剂每炉加入100Kg,精炼预熔型合成渣每炉加入100kg，确保浇铸顺利。,31,.,5、合成渣工艺,522操作要求：合成渣应预热以充分去除渣中水分；采用挡渣出钢技术，做到少下渣或不下渣；做到红包出钢且钢包干净，无残钢残渣；改质剂出钢过程加入，预熔型精炼合成渣出完钢加入。53合成渣冶金效果531脱硫脱硫反应式：S+（CaO）=O+（CaS）平衡常数K=,32,.,5、合成渣工艺,由于合成渣中有较高的CaO，出钢过程深度脱氧，挡渣出钢，出钢过程吹氩充分搅拌，有利于上式反应的进行，因而有较好的脱硫效果，脱硫率可达2030%。钢中氧含量低，则能溶解的硫也低，故高碳钢、低合金锰钢采用合成渣脱硫率高于低碳钢脱硫。532降低非金属氧化物夹杂含量采用合成渣洗工艺，钢中夹杂物大幅度降低，提高了钢质。533出钢温降情况采用合成渣工艺相应要提高出钢温度。,33,.,5、合成渣工艺,534钢中氢的变化合成渣通常使用前采用预热手段，确保水分小于0.5%，则不会导致钢水增氢。知识点：1、合成渣的基本概念。2、合成渣工艺的流程及操作要求。3、合成渣的冶金效果。4、我厂45钢渣系的相关知识。,34,.,6、LF钢包精炼炉,日本大同钢铁公司（1971年）率先开发的LF钢包精炼炉，旨在取代电弧炉的还原精炼期，以减轻电弧炉的精炼负担，从而大大提高电弧炉的生产率。61LF炉基本原理LF炉由钢包、炉盖、电极和电极加热系统组成，通过安装在钢包底部的透气砖吹入氩气对钢水进行搅拌，以加速渣-钢之间的反应。炉盖的作用是封闭精炼室以保持室内的还原气氛。LF炉是以交流或直流电通过石墨电极与钢包面的钢渣之间产生的高温电弧，作为热源来加热钢水。电弧在物理学上其本质是一种气体放电现象，电弧温度可高达6000以上。,35,.,6、LF钢包精炼炉,62LF炉主要功能：（1）常压下电弧加热升温、测温取样，最终温度控制准确；（2）底吹氩搅拌使钢液温度、成份均匀，且氩气搅拌加速钢渣物质传递，有利于钢液脱氧、脱硫及去除非金属夹杂；（3）合金微调，使成份控制准确，且提高合金元素收得率；（4）喂线：配合喂丝机，使得钢液脱硫、脱氧，改变夹杂物形态和分布，同时具有合金收得率高，钢液温降小，环境污染小。（5）排烟除尘：配合排烟除尘系统，可以有效地控制,36,.,6、LF钢包精炼炉,烟气排出，使烟尘排放量达到环保要求。（6）缓冲：作为LD与CC设备中间环节，对于调节冶炼与连铸节奏，实现多炉连铸等方面起着很重要的作用。63钢水成分631合金化LF炉内为非氧化性气氛，合金收得率较高且稳定。合金加入量计算公式：Q=钢水量,37,.,6、LF钢包精炼炉,钢中P、S的变化。脱硫、磷的化学反应式：FeS+（CaO）=（CaS）+（FeO）（吸热反应）2P+8（FeO）=（3FeOP2O5）+5P（放热反应）可看出：脱硫反应的有利条件是高温、低氧化铁；脱磷反应用利条件是适当低的温度、高碱度、高氧化铁。LF炉内非氧化性气氛，碱性还原渣，有利于脱硫，但可能产生回磷现象。64LF炉主要性能参数：,38,.,6、LF钢包精炼炉,39,.,6、LF钢包精炼炉,40,.,6、LF钢包精炼炉,41,.,6、LF钢包精炼炉,65.LF炉作业流程（周期min）工艺作业时间（1）LD出完钢，吊钢包进LF钢包车，接通Ar气。2min（2）钢包车运行至加热工位，炉盖下降到位。1.5min（3）化渣加热加头批渣料的1/22/33min（4）送电加热，加头批渣料的1/21/368min（5）停电、测温取样。35min（6）送电、分批补加渣料，用造渣脱氧剂造还原渣，以确保内埋弧渣良好，渣中（FeO+MnO1%）。810min,42,.,6、LF钢包精炼炉,（7）渣白、停电、测温取样。35min（8）根据钢水温度，调整电压、电流，保持白渣（保温等样）。38min（9）微调成份，停电提升