转炉炼钢PPT(辽宁科技大学)

1、1 冶金概论 -转炉炼钢 主讲:孙丽娜教授 冶金工程系 2 主要内容 一一 炼钢的基本任务炼钢的基本任务 二二 炼钢用原材料炼钢用原材料 三三 转炉炼钢原理与工艺转炉炼钢原理与工艺 3 一一 、炼钢的基本任务、炼钢的基本任务 炼钢的基本任务包括： 1.脱碳、脱磷、脱硫、脱氧； 2.去除有害气体和夹杂； 3.提高温度； 4.调整成分 原材料原材料炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、 升温等手段完成炼钢基本任务。 氧气顶吹转炉炼 钢过程，主要是降碳、升温、脱磷、脱硫以及脱 氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺 操作则是控制供氧、造渣、温度及加入合金材料 等，以获得所要求的钢液，并浇成合格钢

2、钢锭或 铸坯。 4 二二 、炼钢用、炼钢用 原材料是炼钢的基础，原材料的质量对炼钢 工艺和钢的质量有直接影响。倘若原材料质量不 合技术要求，势必导致消耗增加，产品质量变差， 有时还会出现废品，造成产品成本的增加。国内 外实践证明，采用精料以及原料标准化，是实现 冶炼过程自动化的先决条件，也是改善各项技术 经济指标和提高经济效益的基础。 炼钢用原材料一般分为主原料主原料、辅原料辅原料和各 种铁合金铁合金。 5 1.金属料 1)铁水：占金属料的（70100%） 主要要求 成分：Si、Mn、P、S 温度： 转炉炼钢重要发热元素， Si0.1%，废钢比 1.31.5%； Si过高， 渣量增加，引起喷溅

3、； 渣中（SiO2），炉龄； 高炉焦比 锰是弱发热元素，铁水中锰氧化后形成的(MnO) 可促进石灰溶解，加快成渣；减少氧枪粘钢，终 点钢中余锰高，能够减少合金用量，利于提高金 属收得率；锰在降低钢水硫含量和硫的危害方面 起到有利作用。Mn/Si的比值为0.81.00时对转 炉的冶炼操作控制最为有利。当前使用较多的为 低锰铁水，一般铁水中Mn=0.200.40。 磷是强发热元素，磷会使钢产生“冷脆”现象，通常是冶 炼过程要去除的有害元素。磷在高炉中是不可去除的，氧 气顶吹转炉的脱磷效率在8595，铁水中磷含量越 低，转炉工艺操作越简化，并有利于提高各项技术经济指 标。如使用P1.50的铁水炼钢时

4、，炉渣可以用作磷 肥。 除了含硫易切钢(要求S=0.080.30)以外，绝大 多数钢中硫是有害元素。转炉中硫主要来自金属料和熔 剂材料等，而其中铁水的硫是主要来源。在转炉内氧化 性气氛中脱硫是有限的，脱硫率只有3540。由 于低硫s0.01的优质钢需求量增长，因此用于转 炉炼钢的铁水要求s0.020。这种铁水很少，为此 必须进行预处理，降低入炉铁水硫含量。 铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志，铁水物理 热约占转炉热收入的50。因此，铁水的温度不能过低， 否则热量不足，影响熔池的温升速度和元素氧化过程，也 影响化渣和去除杂质，还容易导致喷溅。入炉铁水温度应 大于1250，以利于转炉的热行，

5、成渣迅速，减少喷溅。 小型转炉和化学热量不富裕的铁水，保证铁水的高温入炉 极为重要;转炉炼钢时入炉铁水的温度还要相对稳定，如果 相邻几炉的铁水入炉温度有大幅的变化，就需要在炉与炉 之间对废钢比作较大的调整，这对生产管理和冶炼操作都 会带来不利影响。 6 2)废钢 废钢是电弧炉炼钢的基本原料，用量约 7090%；对氧气顶吹转炉炼钢，既是主原 料之一，也是冷却效果稳定的冷却剂。通 常占装入量的30以下，适当地增加废钢 比，可以降低转炉钢消耗和成本。 7 废钢的分类： 本厂废钢 返回料（废钢锭、轧钢切头） 回收料（加工废料，报废设备） 外购废钢 加工工业的废料 （机械、造船、汽车等行业的废钢、车削等

6、） 钢铁制品的报废件 （船舶、车辆、机械设备、土建材料等） 8 3）铁合金 吹炼终点脱除钢中多余的氧，并 调整成分达到钢种规格，需加入铁合 金以脱氧合金化。 炼钢常用的合金有Fe-Mn、Fe-Si、 Mn-Si合金、Ca-Si合金、铝、Fe-Al、 复合脱氧剂等。其化学成分及质量均 应符合国家标准规定。 9 2.辅助材料 1）造渣剂 石灰（石灰（CaO） 萤石（萤石（CaF2） 生白云石（生白云石（CaMg(CO3)2 ） 菱镁矿（菱镁矿（MgCO3 ） 合成造渣剂合成造渣剂 锰矿石锰矿石 石英砂（主要成分是石英砂（主要成分是SiO2 ） 石灰是炼钢主要造渣材料， 具有脱P、脱S能力，也 是用

7、量最多的造渣材料。 其质量好坏对冶炼工艺操 作，产品质量和炉衬寿命 等有着重要影响。特别是 转炉冶炼时间短，要在很 短的时间内造渣去除磷、 硫，保证各种钢的质量。 对石灰质量的要求： (1)有效CaO含量高;(2) 硫含量低; (3) 残余CO2 少;(4) 活性度高 造渣加入萤石可以加速石 灰的溶解，萤石的助熔作 用是在很短的时间内能够 改善炉渣的流动性，但过 多的萤石用量，会产生严 重的泡沫渣，导致喷溅， 同时加剧炉衬的损坏，并 污染环境 。 焙烧后为熟白云石，其主 要成分CaO与MgO。保 持渣中有一定的MgO含 量，以减轻初期酸性渣对 炉衬的侵蚀，提高炉衬寿 命，生白云石也是溅渣护 炉

8、的调渣剂。 菱镁矿也是天然矿物，主要 成分是MgCO3，焙烧后用 作耐火材料，也是目前溅渣 护炉的调渣剂。 合成造渣剂是将石灰和熔剂 预先在炉外制成的低熔点造 渣材料，然后用于炉内造渣。 是改善冶炼效果的有效措施。 作为合成造渣剂中熔剂的物 质有：氧化铁、氧化锰或其 它氧化物、萤石等。 加入锰矿石有助于化渣，也 有利于保护炉衬，若是半钢 冶炼更是必不可少的造渣材 料。要求Mn18， P0.20，S0.20， 粒度在2080mm。 石英砂也是造渣材料，其主要成 分是SiO2，用于调整碱性炉渣 流动性。对于半钢冶炼，加入石 英砂利于成渣，调整炉渣碱度以 去除P、S。要求使用前应烘烤 干燥水分应小于

9、3。 10 2) 2) 冷却剂冷却剂 氧气顶吹转炉炼钢过程热量有氧气顶吹转炉炼钢过程热量有 富余，因而根据热平衡计算加入一富余，因而根据热平衡计算加入一 定数量的冷却剂，以准确地命中终定数量的冷却剂，以准确地命中终 点温度。点温度。冷却剂包括冷却剂包括:废钢废钢 、生铁、生铁 块块 、铁矿石和氧化铁皮、铁矿石和氧化铁皮 、石灰石、石灰石 等等。 11 3）氧化剂 氧气 氧化铁皮 氧气是氧气转炉炼钢的主要氧 化剂，要求含氧量达到99.5以上， 并脱除水分。氧压为612105Pa。 工业用氧是通过制氧机把空气中的氧 气分离、提纯来实现的。 氧化铁皮要求杂质含量少，不含油 污和水分。 铁矿石 铁矿石

10、要求含铁高，P和水分低； 12 4）还原剂和增碳剂 电炉炼钢电炉炼钢中需要使用还原剂和增碳剂中需要使用还原剂和增碳剂 包括：石墨电极、木炭、焦炭、电石、包括：石墨电极、木炭、焦炭、电石、 硅铁、硅钙、铝等；硅铁、硅钙、铝等； 转炉炼钢转炉炼钢中冶炼中高碳钢时，一般使用含中冶炼中高碳钢时，一般使用含 灰份少的石油焦做增碳剂。灰份少的石油焦做增碳剂。 13 三 氧气转炉炼钢原理及工艺 1.转炉炼钢车间巡视与生产模拟 2.铁水予处理 3.转炉炼钢过程 14 1.转炉炼钢车间巡视 15 转炉炼钢车间生产模拟 16 2.铁水的予处理过程 指铁水在兑入炼钢炉之前，为去 除或提取某种成分而进行的处理过程。

11、对铁水的炉外脱S、脱P和脱Si，即三 脱技术就属于铁水预处理的一种。铁 水进行三脱可以改善炼钢主原料的状 况，实现少渣或无渣操作，简化炼钢 操作工艺，以经济有效地生产低P、S 优质钢。 17 1)铁水予处理的类型 铁水脱Si 铁水脱S 铁水同时脱P、脱S 铁水提V、提Nb 降低铁水硅含量可以减少转炉 炼钢的炉渣量，实现少渣或无 渣工艺，并为炉外脱磷创造了 条件。炉外脱硅技术是将氧化 剂加到流动的铁水中，硅的氧 化产物形成熔渣。处理后铁水 中的si可达0.100.15以 下。 铁水予处理脱S,可以减轻高炉 炼铁和转炉炼钢的脱S负担,简 化操作提高经济指标,降低高炉 炉渣碱度及焦比,可避免炼钢过

12、程炉内高氧化性对脱S的影响, 提高钢材质量. 当铁水含P高及冶炼极低和超低 P时,采用脱P或同时脱P,S以降 低铁水中的S,P含量.采用氧化 法脱P,一般要求先进行脱Si处理, 铁水中的Si应小于0.2%. 对于含V,Nb的铁水,为回收有益 元素,在T1400条件下,通过 氧化法将V,Nb氧化入炉渣,然后 从炉渣中提取V,Nb. 18 2)铁水予处理的设备 鱼雷罐车 喷粉罐 喷枪 扒渣机 铁水罐 19 3)铁水予处理生产模拟 20 4)铁水予处理生产工艺 脱S基本反应 脱S工艺 扒渣 常用铁水脱S剂:碳化钙、石灰、苏打、金 属镁及其组成的复合脱S剂,基本反应: CaC2+S=CaS(s)+2C

13、 CaO(S)+S=CaS(s)+2O Na2O+S=Na2O(l)+O Mg(g)+S=MgS(s) 广泛采用喷粉法,在混铁车中采用喷吹金属 镁+石灰粉的复合脱S剂脱S,双孔喷枪插入, 深度为1.01.5m,处理时间810min,脱S率 7582%. 扒除予处理渣,避免回P,回S. 21 3.转炉炼钢过程 1)吹炼全程模拟 22 2)转炉炼钢的发展历史 1856年，英国人贝塞麦发明了底吹酸性空气 转炉炼钢法。吹炼过程中不能去除P、S。1879年 英国人托马斯又发明了碱性底吹空气转炉炼钢法， 改用碱性耐火材料作炉衬，在吹炼过程中加入石 灰造碱性渣，此法适合于处理高磷铁水，并可得 到优质磷肥。二

14、十世纪40年代初，制氧技术得到 了迅速发展。1952年在林茨（Linz）城，1953年 在多纳维茨（Donawltz）城先后建成了30t氧气顶 吹转炉车间并投入生产，称为LD法。 23 氧气转炉炼钢技术的发展可化分为三个时期： 转炉大型化时期（19501970年） 转炉复合吹炼时期（19701990年） 转炉综合优化时期（1990年以后） 以转炉大型化技术为核心，逐步完善了转 炉炼钢工艺与设备。先后开发出大型化转炉设 计制造技术、OG法除尘与煤气回收技术、计 算机静态与副枪动态控制技术、镁碳砖综合砌 炉与喷补挂渣等护炉工艺技术。 由于连铸技术的迅速发展，出现了全连铸的炼 钢车间。对转炉炼钢的稳

15、定性和终点控制的准 确性提出了更高的要求。为了改善转炉吹炼后 期钢渣反应远离平衡，实现平稳吹炼的目 标，综合顶吹、底吹转炉的优点，研究开发出 各种顶底复合吹炼工艺技术，在世界上迅速推 广。 围绕纯净钢生产，研究开发出铁水“三脱” 预处理、高效转炉生产、全自动吹炼控制与溅 渣护炉等重大新工艺技术。降低了生产成本、 大幅度提高了生产效率。现代转炉炼钢采用的 重大技术有：转炉大型化技术、转炉复合吹炼 技术、煤气回收与负能炼钢技术、全自动转炉 吹炼控制技术、溅渣护炉与转炉长寿技术。 24 3)转炉炼钢生产工艺 装料制度 造渣制度 供气制度 温度制度 出 钢 脱氧及合金化 25 装料制度 装入量是指每炉

16、装入 的铁水和废钢的总量,一般 废钢占1530%,装入量分 为三种形式: 1.定量装入:整个炉役期保持 每炉的金属装入量不变; 2.定深装入:随容积的扩大而 增加装入量,保持熔池的深 度不变; 3.分阶段定量装入:将整个炉 役分为若干阶段,每阶段定 量装入. 26 造渣制度 造渣制度包括以下内容: 1.炉渣碱度和石灰加入量: 碱度指渣中碱性氧化物/酸性氧化 物，一般为2.54.0，高S、P 铁水控制在3.54.0,吨钢石灰消 耗7080kg 2:炉渣氧化性:用(%FeO)表示, 高利于成渣,脱P,但降低金属回收 率.一般初期高,终点15%左右,C、 P要求高时，控制在2025%。 3.渣中(M

17、gO):为防止炉渣侵蚀 炉衬,造渣时加入含镁材料,一般 终渣(MgO)为68%,采用溅渣护 炉则810%. 4.造渣方法:单渣法、双渣法、 双渣留渣法.渣料分批加入,开吹 时加入1/21/3,其余分批加入. 27 供气制度 顶部供气 底部供气 28 供气制度(顶部供气) 供氧操作控制以下参数: 氧气流量:单位时间向熔池吹 入氧气体积; 供氧强度:单位时间向熔池吨 钢提供氧气的体积; 氧气工作压力:设定压力测定 点的氧气压力(0.81.2MPa); 枪位:喷头至静止金属熔池液 面的距离(化渣枪位、基本 吹炼枪位、拉碳枪位) 29 供气制度(底部供气) 底吹类型 非氧化性气体:Ar、N2 氧化性气

18、体:O2、CO2、空气 底吹过程 吹炼前期N2搅拌,后期N2、 A r 切 换 ; 底 部 供 气 强 度 0.3Nm3/t.min 30 温度制度 随铁水中元素氧 化,金属液相线温度升 高,浇注也要求过热度, 升温是炼钢重要任务 之一. 出钢温度T的确定: T=浇注钢种液相线温度+浇 注过热度+钢水镇静及炉 外精炼温度降+出钢温度 降 31 出钢出钢 出钢过程 先测定先测定C、P、 S及及T,判断是否满足判断是否满足 出钢要求出钢要求,否则补吹否则补吹;采采 用挡渣技术与红包出用挡渣技术与红包出 钢钢. 32 脱氧及合金化脱氧及合金化 脱氧 吹炼终点钢水 O=0.020.08%,向钢中加 入

19、一种(或几种)与氧亲和力 比Fe大的元素,常用脱氧剂 Fe-Si、Fe-Mn、Al、Si-Al- Ca、Si-Al-Ba等； 合金化 向钢水中加入合金元素使其 达到成品钢成分要求 33 4)转炉冶炼的基本原理 -熔池元素氧化规律 Si的变化规律 Mn的变化规律 C的变化规律 P的变化规律 S的变化规律 34 Si的变化规律 开吹时Si大量氧化, 并结合为(2FeO.SiO2), 随石灰溶解转变为稳 定化合物(2CaO.SiO2) 35 Mn的变化规律 吹炼初期迅速 氧化,中后期被C还 原,后期由于渣中氧 化性提高,Mn被再次 氧化. 36 C的变化规律 熔池中氧与碳生成 C O 气 泡 上 浮

20、,%C%O=m(常数 0.0020.0025),C与O 成反比. 吹炼初期由于Si、 Mn的氧化，脱碳速度小， 中期脱碳速度最快，后期 C浓度低，脱碳速度下 降. 37 P的变化规律 低温、低温、适宜的高高 碱度碱度、高氧化性高氧化性 利于脱P,吹炼前 期应使石灰快速 成渣,将 (3FeO.P2O5)置换 为(3CaO.P2O5) 和和(4CaO.P2O5) 稳定化合物,使P 去除. 38 S的变化规律 高温利于脱S,渣中 (CaO) 活度大,利于 脱S,但转炉渣的氧 化性高,因此转炉的 脱S效率低. 39 4)转炉冶炼的基本原理 -物料平衡及热平衡 物料平衡 热平衡 40 5)转炉设备 供料

21、系统 转炉系统 供气系统 净化系统 辅助设备 41 供料系统 包括铁水供应、废钢 供应、散状料和铁合金供 应.高炉铁水直接装入鱼雷 罐车运至炼钢车间.废钢用 废钢槽运到炉前.散状料供 应系统包括散状料场、地 下料仓、运料设施、转炉 上方高位料仓、称量和加 料设备.铁合金料仓及称量 和输送设备、向钢包加料 设备组成。 42 转炉系统 转炉本体 炉底:分截锥型和球冠型; 炉帽:为截椎型,减少喷溅 及热损失; 炉身:采用圆柱形; 转炉炉型 指转炉内部自由 空间的几何形状,分为 筒球型、锥球型、截 锥型。 43 转炉系统 托圈 用以支撑转炉和传递倾动 力矩的金属构件。 耳轴 转炉左右耳轴是阶梯形圆 柱

22、体，由长侧耳轴低速转 动将大扭矩从倾动机构传 递给托圈。 耳轴与托圈的连接为法兰 盘螺栓连接。 44 供气系统（1） 氧枪 枪身由三层无缝钢管套装而 成；内层与中层管之间的环 缝是冷却水进水通道，中层 与外层间的环缝为出水通道。 氧气流速为4550m/s，水速 为67m/s。 枪头 喷孔为拉瓦尔管，可获得 Ma=2.0左右的超音速气流。 45 供气系统（2） 升降机构 吹炼中用于调整枪位,由 卷扬机、平衡锤、滑轮、 钢绳卷筒组成，当卷扬机 提升平衡锤时，氧枪及升 降小车因自重下降；当卷 扬机防下平衡锤时，因氧 枪和升降小车的质量小于 平衡锤而被提升。 46 供气系统（3） 底部供气元件 影响搅拌、炉子寿命、钢 种质量及经济效益； 分三大类： 钢管型、砖型、细钢管多 孔型（如图），不锈钢管 内径为0.44mm，每块砖 埋设10150根。耐火砖为 高纯度