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1520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/p00.528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/(tmin)。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/(tmin)，120t以上的转炉一般为2.8-3.6m3/(tmin)。,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=（3746）PD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C0.10%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