转炉炼钢工艺 朱荣 2014

1、炼钢工艺授课内容 参考书：钢铁冶金学（陈家祥）参考书：钢铁冶金学（陈家祥） 转炉炼钢学（徐文派）转炉炼钢学（徐文派） ,现代电弧炉炼钢（李士琦）现代电弧炉炼钢（李士琦） 氧气转炉炼钢工艺与设备氧气转炉炼钢工艺与设备 (王雅贞王雅贞)，特殊钢炉外精炼，特殊钢炉外精炼 (知知水水)n转炉炼钢工艺转炉炼钢工艺(4学时学时)n铁水预处理工艺铁水预处理工艺(2学时学时)n电炉炼钢工艺电炉炼钢工艺(4学时学时)n钢水炉外精炼工艺钢水炉外精炼工艺(2学时学时)朱朱 荣荣Tel:01-62332515，62332122，Email:Converter Steelmaking Process1 转炉炼钢的发展

2、n18551856年英国人亨利年英国人亨利.贝塞麦贝塞麦(Henly)开发了酸性开发了酸性底吹空气转炉炼钢法；底吹空气转炉炼钢法；n1878年英国人托马斯年英国人托马斯(S.G.Thomas)碱性底吹空气转碱性底吹空气转炉炼钢法；炉炼钢法；n1940年廉价获得氧气后，瑞士、奥地利开发了顶吹氧气年廉价获得氧气后，瑞士、奥地利开发了顶吹氧气转炉，转炉，1952年在奥地利林茨年在奥地利林茨(Linz)和多纳维茨城和多纳维茨城(Donawitz)建成第一座建成第一座30吨碱性顶吹氧气转炉吨碱性顶吹氧气转炉(LD转转炉炉)；或称；或称BOF(Basic Oxygen Furnace)。n1970年开发顶

3、底复合吹炼转炉。年开发顶底复合吹炼转炉。n我国的炼钢发展史。我国的炼钢发展史。氧气转炉的种类n 氧气顶吹转炉氧气顶吹转炉n 氧气底吹转炉（或氧气侧吹转炉氧气底吹转炉（或氧气侧吹转炉 ）n 氧气顶底复合转炉氧气顶底复合转炉转炉炼钢方法的发展演变 顶吹氧气转炉炼钢工艺特点n完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热; ;n生产率高（冶炼时间在生产率高（冶炼时间在2020分钟以内）；分钟以内）；n质量好（质量好（* *气体含量少：（因为气体含量少：（因为COCO的反应搅拌，的反应搅拌，将将N N、 H H除去）可以生产超纯净钢除去）可以生产超纯净钢, ,有害成份（有害成

4、份（S S、P P、N N、H H、O O）80ppm80ppm； n冶炼成本低，耐火材料用量比平炉及电炉用量低；冶炼成本低，耐火材料用量比平炉及电炉用量低；n 原材料适应性强，高原材料适应性强，高P P、低、低P P都可以。都可以。 转炉设备n转炉炉体及转炉倾动系统转炉炉体及转炉倾动系统n铁水、废钢、散状材料设备铁水、废钢、散状材料设备n氧枪提升机构氧枪提升机构n转炉烟气净化与回收设备转炉烟气净化与回收设备转炉炉体及转炉倾动系统转炉炉体及转炉倾动系统n是指转炉腔内的自由空间的容积是指转炉腔内的自由空间的容积V(V(单位单位m m3 3) )与金属装入量与金属装入量( (铁水铁水+ +废钢废钢

5、+ +生铁块生铁块 单位单位t)t)之比。之比。n装入量过大，则炉容比相对就小，在吹炼过程中可能导致喷装入量过大，则炉容比相对就小，在吹炼过程中可能导致喷溅增加、金属损耗增加、易烧枪粘钢；溅增加、金属损耗增加、易烧枪粘钢；n装入量过小，则熔池变浅，炉底会因氧气射流对金属液的强装入量过小，则熔池变浅，炉底会因氧气射流对金属液的强烈冲击而过早损坏，甚至造成漏钢，并会降低转炉的金属料烈冲击而过早损坏，甚至造成漏钢，并会降低转炉的金属料种类等因素有关。种类等因素有关。n大型转炉的炉容比一般在大型转炉的炉容比一般在0.90.91.051.05米米3 3/ /吨之间，而小型转炉吨之间，而小型转炉的炉容比在

6、的炉容比在0.80.8米米3 3/ /吨左右。吨左右。n通常当转炉容量小、或铁水含磷高、或供氧化强度大、喷孔通常当转炉容量小、或铁水含磷高、或供氧化强度大、喷孔数少、用铁矿石或氧化铁皮做冷却剂等情况，则炉容比应选数少、用铁矿石或氧化铁皮做冷却剂等情况，则炉容比应选取上限。反之则选取靠下限。取上限。反之则选取靠下限。n是指转炉腔内的自由空间的高度是指转炉腔内的自由空间的高度( (单位单位m)m)与熔池与熔池直径比直径比m m之比。之比。n 高径比一般为高径比一般为0.8-1.8;0.8-1.8;n决定转炉氧枪的吹炼强度，冶炼时间等；决定转炉氧枪的吹炼强度，冶炼时间等；n同时影响溅渣的好坏；同时影

7、响溅渣的好坏；n决定氧枪喷头的设计参数，如喷头的射流角等决定氧枪喷头的设计参数，如喷头的射流角等. .2 氧气射流及熔池搅拌n氧枪吹炼参数决定转氧枪吹炼参数决定转炉的冶炼过程及冶炼炉的冶炼过程及冶炼结果结果n氧枪心藏是氧枪喷头；氧枪心藏是氧枪喷头；n有关氧枪及氧枪喷头有关氧枪及氧枪喷头设计有专门介绍设计有专门介绍n 氧气射流属于气体动氧气射流属于气体动力学的范畴。力学的范畴。氧气射流对熔池的物理作用n 转炉实际上是一个黑箱，对炉内的运动状态是转炉实际上是一个黑箱，对炉内的运动状态是冷态实验的分析结果。冷态实验的分析结果。n氧流作用下熔池的循环运动，动量传递，氧压或氧流作用下熔池的循环运动，动量

8、传递，氧压或氧速越高，凹坑越深，搅拌加剧氧速越高，凹坑越深，搅拌加剧。 氧气射流对熔池的化学作用n直接氧化直接氧化-氧气射流直接与杂质元素产生氧氧气射流直接与杂质元素产生氧化反应；化反应；n间接氧化间接氧化-氧气射流先与氧气射流先与FeFe反应生成后反应生成后FeO FeO ，FeOFeO传氧给杂质元素。传氧给杂质元素。n是直接氧化还是间接氧化为主呢？是直接氧化还是间接氧化为主呢？ 是间接氧化为主，最主要一点是由于氧流是间接氧化为主，最主要一点是由于氧流是集中于作用区附近（是集中于作用区附近（4 4的面积），而不是的面积），而不是高度分散在熔池中。高度分散在熔池中。 氧枪喷头的种类n 直简型直

9、简型n 收缩型收缩型n 拉瓦尔型拉瓦尔型n 多孔拉瓦尔型。多孔拉瓦尔型。（马赫数（马赫数控制在控制在1.8-2.11.8-2.1） 多孔拉瓦尔喷嘴喷头设计需考虑的因素n主要根据炼钢车间生产能力大小、原料条件、供氧能力、主要根据炼钢车间生产能力大小、原料条件、供氧能力、水冷条件和炉气净化设备的能力来决定。水冷条件和炉气净化设备的能力来决定。 n考虑到转炉的炉膛高度、直径大小、熔池深度等参数确考虑到转炉的炉膛高度、直径大小、熔池深度等参数确定其孔数、喷孔出口马赫数和氧流股直径。定其孔数、喷孔出口马赫数和氧流股直径。 n对于原料中废钢比高、高磷铁水冶炼或需二次燃烧提温对于原料中废钢比高、高磷铁水冶炼

10、或需二次燃烧提温等情况，则其氧枪喷头的设计就需特殊考虑。等情况，则其氧枪喷头的设计就需特殊考虑。 喉口直径的计算喉口直径的计算n当供氧量当供氧量Q Q和喷嘴前氧压确定后，就可以按弗林公式计和喷嘴前氧压确定后，就可以按弗林公式计算喉口直径，即：算喉口直径，即： n式中式中 T T0 0氧气滞止温度，氧气滞止温度，k k；nA A喉口断面积，喉口断面积，cmcm2 2；nP P0 0喷嘴前压力（吹损时允许正偏离喷嘴前压力（吹损时允许正偏离20%20%），）， MpaMpa（绝对）。（绝对）。n此外喷嘴加工的光洁度对流量也有一定的影响，因粗此外喷嘴加工的光洁度对流量也有一定的影响，因粗糙表面必定增加

11、附面层高度。糙表面必定增加附面层高度。 004.176TPACqD孔 枪位高度范围枪位高度范围n枪位高低，对氧枪喷头出口马赫数枪位高低，对氧枪喷头出口马赫数M M的选取有着的选取有着直接影响。直接影响。n在一定的氧射流出口速度下，枪位高可避免烧在一定的氧射流出口速度下，枪位高可避免烧枪，但为保持射流对熔化的搅拌能力，即保证枪，但为保持射流对熔化的搅拌能力，即保证一定的冲击深度，需要降枪；一定的冲击深度，需要降枪；n射流出口马赫数射流出口马赫数M M决定决定枪位。枪位。喷枪高度的确定喷枪高度的确定n根据所取的冲击深度和喷头设计得到的各项参数，就可以根据所取的冲击深度和喷头设计得到的各项参数，就可

12、以确定喷枪高度。确定喷枪高度。n现以计算三孔喷头为例，计算喷枪高度。由于现以计算三孔喷头为例，计算喷枪高度。由于P P0 0=8kg/cm=8kg/cm2 2，M M出出=1.845=1.845，d d* *=23.2mm=23.2mm，d d出出=28.4=28.4mmmm，T T0 0=303K=303K，设熔池深，设熔池深度为度为1000mm1000mm，假定取平均冲击深度为熔池深度的，假定取平均冲击深度为熔池深度的25%25%，则，则h=250mmh=250mm， 喷枪高度喷枪高度H H为为 :1050:1050mmmm)(8.33420cmhdPH喉22出出出hdgHe熔池冲击深度熔

13、池冲击深度 n 氧气射流深入熔池的深度（即冲击深度）对吹炼工艺影氧气射流深入熔池的深度（即冲击深度）对吹炼工艺影响很大，必须保证氧流对熔池具有合适的冲击深度，使响很大，必须保证氧流对熔池具有合适的冲击深度，使熔池得到均匀而强烈的搅拌，即有较大的脱碳速度，同熔池得到均匀而强烈的搅拌，即有较大的脱碳速度，同时又具有一定的化渣能力。时又具有一定的化渣能力。n当当L/h0.3L/h0.71/h0.7时，即冲击深度过深，有可能损坏炉底和金属时，即冲击深度过深，有可能损坏炉底和金属喷溅严重喷溅严重. .熔池冲击深度熔池冲击深度冲击深度的确定冲击深度的确定n在适合的炉容比情况下，如果熔池装入量过浅，可在适合

14、的炉容比情况下，如果熔池装入量过浅，可考虑将熔池砌成台阶形。考虑将熔池砌成台阶形。n 对于单孔喷头，平均冲击深度可取熔池深度的对于单孔喷头，平均冲击深度可取熔池深度的25-25-50%50%，而最大冲击深度可取熔池深度的，而最大冲击深度可取熔池深度的50-75%50-75%。对。对于三孔或四孔喷枪，平均冲击深度可取熔池深度的于三孔或四孔喷枪，平均冲击深度可取熔池深度的25-40%25-40%，最大冲击深度可取熔池深度的，最大冲击深度可取熔池深度的60-70%60-70%。射流熔池穿透深度计算射流熔池穿透深度计算用弗林公式计算最大穿透深度用弗林公式计算最大穿透深度 式中式中h h：穿透深度（：穿

15、透深度（cmcm），）， H H：枪位高度（：枪位高度（cmcm） d d：喷头喉口直径（：喷头喉口直径（cmcm），），P P0 0：滞止压力：滞止压力（MPaMPa） 81. 37 .3460HPdh3 顶吹转炉的过程描述n上炉出钢上炉出钢-倒完炉渣倒完炉渣( (或加添加剂或加添加剂)- )- 补炉或溅渣补炉或溅渣-堵出堵出钢口钢口-兑铁水兑铁水-装废钢装废钢-下枪下枪-加渣料（石灰、铁皮）加渣料（石灰、铁皮）- - 点火点火- - 熔池升温熔池升温-脱脱P P、Si Si 、MnMn-降枪脱碳。降枪脱碳。n看炉口的火，听声音。看火亮度看炉口的火，听声音。看火亮度-加第二批（渣料）加第二批

16、（渣料）-提提枪化渣，控制枪化渣，控制“返干返干”。n降枪控制终点（降枪控制终点（FeOFeO），倒炉取样测温，出钢。），倒炉取样测温，出钢。n技术水平高的炉长，一次命中率高。技术水平高的炉长，一次命中率高。50%50%。（宝钢是付枪）。（宝钢是付枪）根据分析取样结果根据分析取样结果-决定出钢（或补吹）决定出钢（或补吹）- -合金化合金化。 不要补吹的就是通常说的一次命中。不要补吹的就是通常说的一次命中。冶炼技巧n钢液碳的判断方法钢液碳的判断方法 取样分析、磨样、看火花、付枪。取样分析、磨样、看火花、付枪。n钢液磷的判断方法钢液磷的判断方法 取样分析、渣的颜色及气孔；取样分析、渣的颜色及气孔；

17、n钢液温度判断方法钢液温度判断方法 接触热电偶、看炉口火焰、看钢液颜色、读秒表。接触热电偶、看炉口火焰、看钢液颜色、读秒表。 钢液颜色：白亮、青色、浅兰、深兰、红色钢液颜色：白亮、青色、浅兰、深兰、红色冶炼过程渣、钢成份变化冶炼过程钢中NO成份变化4 炼钢用原辅材料 原材料原材料n铁水：加铁水：加70-85%(%C=4,%Si=0.4-1.0,%P=0.02-0.15,%S=0.001-0.050)n废钢：加废钢：加15-30%(厚度小于厚度小于150mm，清洁，清洁)n生铁块：调温及配碳生铁块：调温及配碳n烧结矿（改性铁）烧结矿（改性铁）4 炼钢用原辅材料辅助材料：辅助材料：石灰：有效石灰：

18、有效CaO成分，块度，控制石灰吸水成分，块度，控制石灰吸水萤石：萤石：CaF2，能改善炉渣流动性，能改善炉渣流动性生白云石：生白云石：CaMg(CO3)2,造渣及护炉造渣及护炉菱镁矿：菱镁矿：MgCO3调渣剂调渣剂铁合金、冷却剂及增碳剂铁合金、冷却剂及增碳剂n耐火材料分类：耐火材料分类： 碱性耐火材料碱性耐火材料( (MgOMgO) ) 酸性耐火材料酸性耐火材料( (SiOSiO2 2) ) 中性耐火材料中性耐火材料( (碳质及铬质碳质及铬质) )n耐火材料的主要性质：耐火材料的主要性质： 耐火度、荷重软化温度、耐压强度、抗热震耐火度、荷重软化温度、耐压强度、抗热震性、热膨胀性、导热性、抗渣性

19、、气孔率等。性、热膨胀性、导热性、抗渣性、气孔率等。5 转炉耐火材料及护炉技术n炉衬寿命：炉衬寿命影响转炉的工作时间及生产炉衬寿命：炉衬寿命影响转炉的工作时间及生产成本。炉龄是钢厂一重要生产技术指标。成本。炉龄是钢厂一重要生产技术指标。n炉衬损坏的原因：炉衬损坏的原因： 铁水、废钢及炉渣等的机械碰撞和冲刷铁水、废钢及炉渣等的机械碰撞和冲刷 炉渣及钢水的化学侵蚀炉渣及钢水的化学侵蚀 炉衬自身矿物组成分解引起的层裂炉衬自身矿物组成分解引起的层裂 急冷急热等因素。急冷急热等因素。5 转炉耐火材料及护炉技术5 转炉耐火材料及护炉技术提高炉龄的措施：提高炉龄的措施： 耐材质量；耐材质量； 系统优化炼钢工

20、艺；系统优化炼钢工艺； 补炉工艺补炉工艺新工艺：溅渣护炉工艺，新工艺：溅渣护炉工艺，九十年代，美国开发九十年代，美国开发成功转炉溅渣护炉技成功转炉溅渣护炉技术，在我国达到最高术，在我国达到最高效益，炉龄效益，炉龄3000030000。5 转炉耐火材料及护炉技术溅渣护炉的基本原理：溅渣护炉的基本原理：n 是利用高速氮气把成分调整后的剩余炉渣喷溅是利用高速氮气把成分调整后的剩余炉渣喷溅在炉衬表面形成溅渣层。在炉衬表面形成溅渣层。n 溅渣层固化了镁碳砖表层的脱碳层，抑制了炉溅渣层固化了镁碳砖表层的脱碳层，抑制了炉衬表层的氧化，并减轻了高温炉渣对砖表面的冲衬表层的氧化，并减轻了高温炉渣对砖表面的冲刷侵

21、蚀。刷侵蚀。6 转炉冶炼工艺n转炉冶炼五大制度转炉冶炼五大制度 装料制度装料制度 供氧制度供氧制度 造渣制度造渣制度 温度制度温度制度 终点控制及合金化制度终点控制及合金化制度 6.1 装料制度n 确定合理的装入量，需考确定合理的装入量，需考虑的两个参数：虑的两个参数： 炉容比：炉容比：(V/T,m3/t),0.8-1.05(30-300t转转炉炉)； 熔池深度：需大于氧气射流的冲击深度熔池深度：需大于氧气射流的冲击深度 800-2000mm (30-300t转炉转炉)n装料制度：定量装入、定深装入；装料制度：定量装入、定深装入； 分阶段定量装入。分阶段定量装入。n 分阶段定量装入：分阶段定量

22、装入：150炉，炉，51200炉，炉，200炉以上，枪位每天要校正。交接班看枪位。炉以上，枪位每天要校正。交接班看枪位。n供氧强度供氧强度Nm3/t.minn氧气流量氧气流量 Nm3/hn操作氧压操作氧压 Mpan 氧枪枪位氧枪枪位 m基本操作参数基本操作参数6.2 供氧制度6.2 供氧制度n供氧强度供氧强度( (NmNm3 3/t.min) /t.min) 决定冶炼时间，但太大，决定冶炼时间，但太大，喷溅可能性增大，一般喷溅可能性增大，一般3.0-4.03.0-4.0。n氧气流量大小氧气流量大小( (NmNm3 3/h)/h)： 装入量，装入量，C C、MnMn、SiSi的含量，由物料平衡的

23、含量，由物料平衡计算得到，计算得到，50-6550-65NmNm3 3/h/h。n氧压氧压( (MpaMpa) ) 喷头的喉口及马赫数一定，喷头的喉口及马赫数一定，P P大，流量大大，流量大, ,有一范围有一范围 0.80.81.21.2MpaMpa。n氧枪枪位，由冲击深度决定氧枪枪位，由冲击深度决定，1/3-1/21/3-1/2。6.2 供氧制度 C Si Mn P S铁水成分 .0 . . . .成品成分 . . . . .n 转炉公称容量为100吨时，炉渣量为 ：1001010吨n 铁损耗氧量101516/(1656)0.33吨nCCO 耗氧量100(4.30%-0.20%)90%16/

24、12=4.92吨 CCO2 耗氧量 100(4.30%-0.20%)10%32/12=1.09吨nSiSiO2耗氧量 1000.8%32/28=0.914吨nMnMnO耗氧量1000.2%16/55=0.058吨nPP2O5 耗氧量1000.13%(165)/(312)=0.168吨nS 1/3被气化为SO2, 2/3与CaO反应生成CaS进入渣中, 则S不耗氧。n总耗氧量 0.33+4.92+1.09+0.914+0.058+0.168=7.48吨/1.4295236Nm3n实际耗氧量5236/0.9/99.5%=5847Nm3n实际吨钢耗氧量5847/100=58.37Nm3/t两种操作方

25、式：两种操作方式：软吹：低压、高枪位，吹入的氧在渣层中，软吹：低压、高枪位，吹入的氧在渣层中，渣中渣中FeOFeO升高、有利于脱磷；升高、有利于脱磷；硬吹：高压低枪位硬吹：高压低枪位( (与软吹相反与软吹相反) )，脱，脱P P不好，不好，但脱但脱C C好，穿透能力强，脱好，穿透能力强，脱C C反应激烈反应激烈 。6.2 供氧制度氧枪操作方式n 氧枪操作就是调节氧压和枪位。氧枪操作就是调节氧压和枪位。n 氧枪的操作方式：氧枪的操作方式： 衡枪变压衡枪变压 ：压力控制不稳定，阀门控制不好；：压力控制不稳定，阀门控制不好； 恒压变枪：压力不变，枪位变化，目前主要操恒压变枪：压力不变，枪位变化，目前

26、主要操作方式作方式6.2 供氧制度6.3造渣制度n炼钢就是炼渣。炼钢就是炼渣。n造渣的目的：通过造渣，脱造渣的目的：通过造渣，脱P P、减少喷溅、保护、减少喷溅、保护炉衬。炉衬。n造渣制度：确定合适的造渣方式、渣料的加入造渣制度：确定合适的造渣方式、渣料的加入数量和时间、成渣速度。数量和时间、成渣速度。n渣的特点：一定碱度、良好的流动性、合适的渣的特点：一定碱度、良好的流动性、合适的FeOFeO及及MgOMgO、正常泡沫化的熔渣。、正常泡沫化的熔渣。造渣方式造渣方式n单渣法：铁水单渣法：铁水SiSi、P P低，或冶炼要求低。低，或冶炼要求低。n双渣法：铁水双渣法：铁水SiSi、P P高，或冶炼

27、要求高。高，或冶炼要求高。n留渣法：利用终渣的热及留渣法：利用终渣的热及FeOFeO，为下炉准备，为下炉准备。石灰加入量确定石灰加入量确定n石灰加入量是根据铁水中石灰加入量是根据铁水中Si、P含量及炉渣碱度含量及炉渣碱度R确定。确定。 铁水含磷小于铁水含磷小于0.30%时：时：石灰加入量石灰加入量(kg/t)=2.14WSiR1000/A A为石灰中的有效氧化钙为石灰中的有效氧化钙 A= W（CaO) R W（SiO2) R W（SiO2) W为石灰自身为石灰自身SiO2占用占用的的CaO。 当当Si、P高时，需计算石灰补加量。高时，需计算石灰补加量。成渣速度成渣速度 转炉冶炼时间短，快速成渣

28、是非常重要的，石灰转炉冶炼时间短，快速成渣是非常重要的，石灰的溶解是决定冶炼速度的重要因素。的溶解是决定冶炼速度的重要因素。n石灰的熔解石灰的熔解： 开始吹氧时渣中主要是开始吹氧时渣中主要是SiOSiO，MnOMnO，FeOFeO, ,是酸性是酸性渣，加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表渣，加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表 J JK K（CaOCaO+1.35MgO-1.09SiO+1.35MgO-1.09SiO2 2+2.75FeO+1.9MnO-+2.75FeO+1.9MnO-39.139.1）n形成形成2 2CaOCaO* *SiOSiO2 2，难熔渣。，难熔渣。FeO,MnO,MgOF

29、eO,MnO,MgO可加速石灰可加速石灰熔化。因为可降低炉渣粘度，破坏熔化。因为可降低炉渣粘度，破坏2 2CaOCaO* *SiOSiO2 2的存在。的存在。n采用软烧活性石灰、加矿石、萤石及吹氧加速成渣。采用软烧活性石灰、加矿石、萤石及吹氧加速成渣。 成渣途径n 钙质成渣钙质成渣 低枪位操作，渣中低枪位操作，渣中FeO含量下降很快，碳接近含量下降很快，碳接近终点时，渣中铁才回升。终点时，渣中铁才回升。 适用于低磷铁水、对炉衬寿命有好处。适用于低磷铁水、对炉衬寿命有好处。n 铁质成渣过程铁质成渣过程 高枪位操作，渣中高枪位操作，渣中FeO含量保持较高水平，碳含量保持较高水平，碳接近终点时，渣中

30、铁才下降。接近终点时，渣中铁才下降。 适用于高磷铁水、对炉衬侵蚀严重适用于高磷铁水、对炉衬侵蚀严重；FeO高，高，炉渣泡沫化严重，易产生喷溅。炉渣泡沫化严重，易产生喷溅。CaO(+MgO)-FeO(+MnO)-SiO2(+P2O5)相图相图nABCABC钙质成渣钙质成渣nADCADC铁质成渣铁质成渣炉渣造渣制度炉渣造渣制度 “铁质铁质”成渣路线的成渣过程成渣路线的成渣过程 “钙质钙质”成渣路线的成渣过程成渣路线的成渣过程 炉渣造渣制度炉渣造渣制度 吹炼过程熔池渣的变化白云石造渣n提高渣中提高渣中MgO的含量，延长炉衬寿命；的含量，延长炉衬寿命；n渣中饱和渣中饱和MgO的概念；一般根据冶炼情况，

31、的概念；一般根据冶炼情况，MgO控制在控制在610n采用白云石造渣应注意加入时间，防止涨炉底采用白云石造渣应注意加入时间，防止涨炉底及粘氧枪及粘氧枪。大喷 溅n转炉喷溅分：爆发性喷溅、金属喷溅及泡沫渣转炉喷溅分：爆发性喷溅、金属喷溅及泡沫渣喷溅。喷溅。n喷溅的主要原因喷溅的主要原因 低温吹氧，氧位较高，碳氧反应不平衡，低温吹氧，氧位较高，碳氧反应不平衡，吹入的氧成为吹入的氧成为FeOFeO，脱，脱C C反应较慢，当温度升高反应较慢，当温度升高后后 C-OC-O反应激烈；反应激烈； 渣粘稠，金属喷溅。渣粘稠，金属喷溅。 操作中防止喷溅的措施n控制渣量控制渣量n吹氧脱碳的温度控制吹氧脱碳的温度控制

32、n控制枪位，保证渣中控制枪位，保证渣中FeOFeO在一定范围在一定范围(15(152020) )n保持合适的炉容比保持合适的炉容比6.4 温度制度n温度控制就是确定冷却剂加入的数量和时间温度控制就是确定冷却剂加入的数量和时间n影响终点温度的因素：影响终点温度的因素： 铁水成分铁水成分:%Si=0.1,升高炉温约升高炉温约15 铁水温度：铁水温度提高铁水温度：铁水温度提高10，钢水温度约提高，钢水温度约提高6 （30t） 铁水装入量：每增加铁水装入量：每增加1吨铁水，终点钢水温度约提吨铁水，终点钢水温度约提高高8 （30t） 废钢加入量：每增加废钢加入量：每增加1吨废钢，终点钢水温度约下吨废钢，

33、终点钢水温度约下降降45 （30t） 此外，炉龄、终点碳、吹炼时间、喷溅等有影响。此外，炉龄、终点碳、吹炼时间、喷溅等有影响。6.4 温度制度 温度控制措施温度控制措施n熔池升温熔池升温 降枪脱降枪脱C、氧化熔池金属铁。金属收到率降、氧化熔池金属铁。金属收到率降低；低；n熔池降温熔池降温 加冷却剂加冷却剂(矿石、球团矿、氧化铁皮、废钢矿石、球团矿、氧化铁皮、废钢)；废钢冶炼时一般不加。废钢冶炼时一般不加。6.5 终点控制及合金化制度n终点控制指终点温度和成分的控制终点控制指终点温度和成分的控制n终点标志：终点标志： 钢中碳含量达到所炼钢种的控制范围钢中碳含量达到所炼钢种的控制范围 钢中钢中P达

34、到要求达到要求 出钢温度达到要求出钢温度达到要求终点控制方法n终点碳控制的方法：终点碳控制的方法： 一次拉碳法、增碳法、高拉补吹法。一次拉碳法、增碳法、高拉补吹法。n一次拉碳法：一次拉碳法： 按出钢要求的终点碳和温度进行吹炼，当按出钢要求的终点碳和温度进行吹炼，当达到要求时提枪。操作要求较高。达到要求时提枪。操作要求较高。 优点：终点渣优点：终点渣FeOFeO低，钢中有害气体少，不低，钢中有害气体少，不加增碳剂，钢水洁净。氧耗较小，节约增碳剂。加增碳剂，钢水洁净。氧耗较小，节约增碳剂。终点控制方法n增碳法：所有钢种均将碳吹到增碳法：所有钢种均将碳吹到0.05%左右，按左右，按钢种加增碳剂。钢种

35、加增碳剂。 优点：操作简单，生产率高，易实现自动控优点：操作简单，生产率高，易实现自动控制，废钢比高。制，废钢比高。n 高拉补吹法：当冶炼中，高碳钢种时，终点按高拉补吹法：当冶炼中，高碳钢种时，终点按钢种规格略高一些进行拉碳，待测温、取样后钢种规格略高一些进行拉碳，待测温、取样后按分析结果与规格的差值决定补吹时间。按分析结果与规格的差值决定补吹时间。 终点温度确定n所炼钢种熔点：所炼钢种熔点： T1538Tj T: 钢中某元素含量增加钢中某元素含量增加1时使铁的熔点降时使铁的熔点降低值，低值， j钢中某元素含量。钢中某元素含量。n 考虑到钢包运行、镇静吹氩、连铸等要求考虑到钢包运行、镇静吹氩、

36、连铸等要求钢水合金化钢水合金化n满足脱氧的要求满足脱氧的要求n满足钢种的要求满足钢种的要求n有精炼的转炉，作为预脱氧及初步合金化。有精炼的转炉，作为预脱氧及初步合金化。n合金加入原则：脱氧能力先弱后强，先难熔。合金加入原则：脱氧能力先弱后强，先难熔。n合金加入量合金加入量(kg) (钢种规格中限终点残余成分钢种规格中限终点残余成分)/A A=(铁合金中合金元素含量铁合金中合金元素含量合金元素收得率合金元素收得率)1000 7 7 转炉炼钢的物料平衡及热平衡转炉炼钢的物料平衡及热平衡 n炼钢过程的物料平衡和热平衡计算是建立在物质与炼钢过程的物料平衡和热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上的。能

37、量守恒的基础上的。n比较整个冶炼过程中物料、能量的收入项和支出项，比较整个冶炼过程中物料、能量的收入项和支出项，为改进操作工艺制度，确定合理的设计参数和提高为改进操作工艺制度，确定合理的设计参数和提高炼钢技术经济指标提供某些定量依据。炼钢技术经济指标提供某些定量依据。 n通过物料平衡和热平衡的计算可以全面的掌握转炉通过物料平衡和热平衡的计算可以全面的掌握转炉的物料和能量的利用情况，了解转炉的工作能力和的物料和能量的利用情况，了解转炉的工作能力和热效率，从而为改进工艺、实现转炉最佳操作探索热效率，从而为改进工艺、实现转炉最佳操作探索途径，并未降低原材料消耗及合理利用能源和节能途径，并未降低原材料

38、消耗及合理利用能源和节能提供方向。提供方向。 物料平衡物料平衡 物料平衡是计算炼钢过程中加入炉内和参与物料平衡是计算炼钢过程中加入炉内和参与炼钢过程的全部物料（铁水、废钢、氧气、冷却炼钢过程的全部物料（铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料和耐材等）及炼钢过程中产物（钢液、剂、渣料和耐材等）及炼钢过程中产物（钢液、炉渣、炉气及烟尘等）之间的平衡关系。炉渣、炉气及烟尘等）之间的平衡关系。 元素，%CSiMnPS铁水4.280.850.580.1500.037钢水0.1800.170.0150.025氧化量4.100.850.410.1350.012收入支出项目质量kg项目质量kg铁水98176.96钢水

39、100078.25废钢113.38.89炉渣136.3610.67石灰54.44.28炉气105.18.22白云石29.42.31烟尘15.701.23矿石9.80.77喷溅9.810.77萤石3.90.31铁珠10.910.86氧气76.766.02 氮气1.150.09 炉衬4.90.37 总计1274.6100.00总计1277.88100.00吨钢物料平衡表吨钢物料平衡表 热平衡热平衡 热平衡是计算炼钢过程的热量收入（铁热平衡是计算炼钢过程的热量收入（铁水的物理及化学热）及热量支出（钢液、水的物理及化学热）及热量支出（钢液、炉渣、炉气、冷却剂、热量损失）之间的炉渣、炉气、冷却剂、热量损

40、失）之间的平衡关系。平衡关系。 热收入热支出项目热kJ%项目热量，kJ%铁水物理热11455353.12钢水物理热129770.160.17元素放热和成渣热9413543.72炉渣物理热31079.914.41C5455825.34矿石物理热4242.51.97Si2406711.18烟尘物理热2614.71.21Mn2878.21.34炉气物理热17337.38.04P2554.61.19铁珠物理热1602.30.74Fe4145.71.93喷溅物理热1450.10.67SO24355.32.02吹炼物理热10782.95.00P2O51576.30.73废钢物理热16779.17.78烟尘

41、氧化热6304.42.93 炉衬C放热332.70.15 共计215326100.00共计215326.2100热平衡计算热平衡计算“负能炼钢负能炼钢”n转炉炼钢是一个能量有富裕的炼钢方法，衡量转炉转炉炼钢是一个能量有富裕的炼钢方法，衡量转炉炼钢的重要指标之一，转炉工序能耗及炼钢厂能耗。炼钢的重要指标之一，转炉工序能耗及炼钢厂能耗。工序能耗工序能耗n当炉气回收的总热量当炉气回收的总热量 转炉生产消耗的能量时，实现转炉生产消耗的能量时，实现了了转炉工序转炉工序“负能炼钢负能炼钢”；当炉气回收的总热量；当炉气回收的总热量 炼炼钢厂生产消耗的总能量时，实现了炼钢厂钢厂生产消耗的总能量时，实现了炼钢厂

42、“负能炼负能炼钢钢”。日本君津钢厂、我国宝钢、武钢三炼钢厂均。日本君津钢厂、我国宝钢、武钢三炼钢厂均已实现已实现炼钢厂炼钢厂“负能炼钢负能炼钢”。量统计期内合格产品的产助生过程工的能量产耗能量回收并外供及辅艺转炉节能手段转炉节能手段 每生产每生产1 1吨钢需要产生吨钢需要产生20203232吨原材料，同时消吨原材料，同时消耗大量的能源。我国钢铁工业能源消耗量，占全国能耗大量的能源。我国钢铁工业能源消耗量，占全国能耗的耗的9 9左右，比发达国家水平高左右，比发达国家水平高20-3020-30以上。以上。 吨钢综合能耗吨钢综合能耗 生产计算中使用生产计算中使用“标准煤标准煤”作为能耗指标的单位。作

43、为能耗指标的单位。 每每1kg1kg标准煤的发热量为标准煤的发热量为29.3129.31MJMJ。 连铸坯总量统计期内的合格钢锭量统计期内的能源消耗总宝钢宝钢武钢三炼钢武钢三炼钢君津钢厂君津钢厂铁水比（%）铁水比（%）82.7582.75838989回收煤气量(Nm3/t)回收煤气量(Nm3/t)105.9105.9105.8105.899.899.8转炉工序能耗(kg/t)转炉工序能耗(kg/t)-10.67-10.67-2.82-2.82-6.27-6.27钢产量(万吨)钢产量(万吨)948948266266-8 转炉冶炼的自动控制n在计算机时代，如何提高炼钢效率，降低炼钢在计算机时代，如

44、何提高炼钢效率，降低炼钢成本，使炼钢由经验向科学转化，成本，使炼钢由经验向科学转化， 是炼钢技是炼钢技术发展的必然。术发展的必然。n转炉吹炼的技术特点：转炉吹炼的技术特点：脱碳速度快，准确控制吹炼终点比较困难：脱碳速度快，准确控制吹炼终点比较困难：热效率高，升温速度快；热效率高，升温速度快；容易发生炉渣或金属喷溅；容易发生炉渣或金属喷溅；吹吹炼后期脱碳速度减慢，金属炼后期脱碳速度减慢，金属炉渣之间远离平衡，炉渣之间远离平衡，容易造成钢渣过氧化。容易造成钢渣过氧化。转炉冶炼的自动控制1对氧气顶吹转炉控制的要求对氧气顶吹转炉控制的要求铁水质量稳定，能准确知道铁水成份和重量；铁水质量稳定，能准确知道

45、铁水成份和重量；废钢量稳定，有害残余元素含量低；废钢量稳定，有害残余元素含量低；石灰等其他造渣剂的化学成份及块度稳定。石灰等其他造渣剂的化学成份及块度稳定。 2. 控制方案控制方案 静态控制模型静态控制模型 动态控制模型动态控制模型 全自动控制模型全自动控制模型转炉自动化控制的具体要求（1 1）能实现远程预报，根据目标钢种要求和铁水）能实现远程预报，根据目标钢种要求和铁水条件，能确定基本命中终点的吹炼工艺方案；条件，能确定基本命中终点的吹炼工艺方案；（2 2）能精确命中吹炼终点，通常采用动态校正方）能精确命中吹炼终点，通常采用动态校正方法，修正计算误差，保证终点控制精度和命中率；法，修正计算误

46、差，保证终点控制精度和命中率；（3 3）具备容错性，可消除各种系统误差，随机误）具备容错性，可消除各种系统误差，随机误差和检测误差；差和检测误差；（4 4）响应迅速，系统安全可靠。）响应迅速，系统安全可靠。静态控制模型n 静态控制是动态控制的基础，根据物料平衡和静态控制是动态控制的基础，根据物料平衡和热量平衡；热量平衡；n 静态控制的原理是：质量守恒；静态控制的原理是：质量守恒；n先确定出终点的目标成份和温度及出钢量，并选先确定出终点的目标成份和温度及出钢量，并选择适当的操作条件，进行装入量的计算；择适当的操作条件，进行装入量的计算；n确定物料收支和热收支的关系输入计算机；确定物料收支和热收支

47、的关系输入计算机；n铁水、废钢、生铁块、铁皮、铁矿石等；铁水、废钢、生铁块、铁皮、铁矿石等；n可计算需要的氧气量，在单位时间内的氧气流量，可计算需要的氧气量，在单位时间内的氧气流量，从所需的氧量可计算出所需要的冶炼时间；从所需的氧量可计算出所需要的冶炼时间；n用热收支方面进行分析定论。用热收支方面进行分析定论。 模型基础脱C曲线 1.1.第一阶段：脱第一阶段：脱C C速度逐渐增大，速度逐渐增大，SiSi、MnMn的反应控制了脱的反应控制了脱C C反应、先脱反应、先脱SiSi、MnMn，后脱，后脱C C。 VcVcdC/dtdC/dt=K=K1 1t t2.2.第二阶段：脱第二阶段：脱C C速度

48、与速度与C C含量基本无关。如含量基本无关。如VcVc 变快，说变快，说明脱明脱C C速度随氧流量的变化而变化。速度随氧流量的变化而变化。 Vc= Vc= dC/dtdC/dt=K=K2 2k k2 2 Q QO2O2 K K2 2=(1.89Q=(1.89QO2O2-0.048h-0.048h枪位枪位-28.5)-28.5)1010-3-3( (试验数据试验数据) )3. 3. 第三阶段：碳下降到一定后，碳的传质成了限制环节。第三阶段：碳下降到一定后，碳的传质成了限制环节。 VcVcdC/dtdC/dt=K=K3 3%C%C脱碳速度与时间的关系动态模型控制n 是在运行途中对轨道进行计算和检测

49、。并给予是在运行途中对轨道进行计算和检测。并给予修正的一种控制方法。修正的一种控制方法。n钢液中的钢液中的CC和温度测定，钢液中的和温度测定，钢液中的CC和温度和温度是随时间推移而变化的。是随时间推移而变化的。n动态控制的条件：动态控制的条件： 点测的条件点测的条件, , 部份连续检测部份连续检测n 能测定其轨道（途中测定钢液中能测定其轨道（途中测定钢液中CC和温度）；和温度）； n途中测定时，如果测定值和预测的值不同，采途中测定时，如果测定值和预测的值不同，采取修正的手段。取修正的手段。控制轨道修正手段n1 1、温度、碳合适，按、温度、碳合适，按原轨道控制；原轨道控制；n2 2、温度低及碳低

50、，脱、温度低及碳低，脱碳升温、当温度合适，碳升温、当温度合适，终点碳低，加增碳剂；终点碳低，加增碳剂；n3 3、温度高碳高，脱碳、温度高碳高，脱碳升温、当终点碳合适，升温、当终点碳合适，终点温度太高，加冷终点温度太高，加冷却剂；却剂；动态控制采用的两种方法n副枪动态控制技术副枪动态控制技术 在吹炼接近终点时（供在吹炼接近终点时（供O2量量85左右），插入副枪左右），插入副枪测定熔池测定熔池C和温度，校正静态模型的计算误差并计算达和温度，校正静态模型的计算误差并计算达到终点所需的供到终点所需的供O2量或冷却剂加入量。量或冷却剂加入量。n炉气分析动态控制技术炉气分析动态控制技术 通过连续检测炉口逸

51、出的炉气成分，计算熔池瞬时脱通过连续检测炉口逸出的炉气成分，计算熔池瞬时脱碳速度和碳速度和Si、Mn、P氧化速度，进行动态连续校正，提氧化速度，进行动态连续校正，提高控制精度和命中率。高控制精度和命中率。 动态控制技术未解决的问题n不能对吹炼造渣过程进行有效监测和控制，不不能对吹炼造渣过程进行有效监测和控制，不能降低转炉喷溅率；能降低转炉喷溅率；n不能对终点不能对终点SS、PP进行准确控制，由于进行准确控制，由于SS、PP成分不合格，造成成分不合格，造成“后吹后吹”；n不能实现计算机对整个吹炼过程进行闭环在线不能实现计算机对整个吹炼过程进行闭环在线控制。控制。模型控制的发展控 制方式检测内容控

52、制目标控制精度命中率静 态控制铁 水 温 度 、 成 分 和 重 量 、各 种 辅 原 料 成 分 和 重 量 ，氧气流量和枪位根据终点C、T 要求确定吹炼方案，供氧时间和原、辅料加入量(IC0.03)%(T15)50%动 态控制静 态 检 测 内 容 全 部 保 留 ，并 增 加 副 枪 测 温 、 定 碳 、取钢水样静态模型预报副枪检测点，根据C、T 检测值修正计算结果，预报达到终点的供氧量和冷却剂加入量(IC0.02)%(T12)8090%全 自动 吹炼 控制动 态 检 测 内 容 全 部 保 留 ，并增加：(1)炉渣状况检测(2)炉气分析设备(3)Mn 光谱强度连续检测在线计算机闭环控

53、制：(1)顶吹供氧工艺(2)底吹搅拌工艺(3)造渣工艺(4)终点预报 T、C、S、P全程预报碳含量和温度(IC0.03)%(T15)对 吹 炼 的 控 制 精度超过 5 年以上的熟练操作工人90%模型控制的精度全自动转炉吹炼技术 全自动吹炼控制技术，通常包括以下控制模型：全自动吹炼控制技术，通常包括以下控制模型：n 静态模型静态模型确定吹炼方案，保证基本命中终点；确定吹炼方案，保证基本命中终点；n 吹炼控制模型吹炼控制模型利用炉气成分信息，校正吹炼误差，利用炉气成分信息，校正吹炼误差，全程预报熔池成分（全程预报熔池成分（C C、SiSi、MnMn、P P、S S）和炉渣成分变化；）和炉渣成分变

54、化；n 造渣控制模型造渣控制模型利用炉渣检测信息，动态调整顶枪枪利用炉渣检测信息，动态调整顶枪枪位和造渣工艺，避免吹炼过程位和造渣工艺，避免吹炼过程“ “ 喷溅喷溅”和和“ “ 返干返干”。n 终点控制模型终点控制模型通过终点副枪校正或炉气分析校正，通过终点副枪校正或炉气分析校正，精确控制终点，保证命中率。精确控制终点，保证命中率。n采用人工智能技术，提高模型的自学习和自适应能力采用人工智能技术，提高模型的自学习和自适应能力。全自动吹炼控制技术的冶金效果提高了终点控制精度，对低碳钢（提高了终点控制精度，对低碳钢（ C0.06C0.20C0.20），控制精度为），控制精度为0.050.05；温度

55、；温度1010，命中率，命中率9595。实现了对终点实现了对终点S S、P P、MnMn的准确预报，精度为：的准确预报，精度为：S S0.00090.0009；P P0.00l40.00l4；MnMn0.0090.009。对中、高碳钢冶炼，后吹率从对中、高碳钢冶炼，后吹率从6060下降到下降到3232；喷溅率从喷溅率从2929下降到下降到5.45.4；终点拉碳至出钢时间从终点拉碳至出钢时间从8.5min8.5min缩短到缩短到2.52.5minmin；铁收得率提高铁收得率提高0.490.49，石灰消耗减少，石灰消耗减少3kg/t3kg/t，炉，炉龄提高龄提高30%30%。全自动吹炼控制技术的冶

56、金效果计算机系统控制过程9 顶底复合吹炼转炉n工艺特点工艺特点 顶底复吹转炉结合了顶吹、底吹转炉的优点顶底复吹转炉结合了顶吹、底吹转炉的优点 反应速度快，热效率高，可实现炉内二次燃烧反应速度快，热效率高，可实现炉内二次燃烧 吹炼后期强化熔池搅拌，使钢渣反应接近平衡吹炼后期强化熔池搅拌，使钢渣反应接近平衡 保持顶吹转炉成渣速度快和底吹转炉吹炼平稳保持顶吹转炉成渣速度快和底吹转炉吹炼平稳的双重优点的双重优点 进一步提高了熔池脱磷脱硫的冶金效果进一步提高了熔池脱磷脱硫的冶金效果 冶炼低碳钢（冶炼低碳钢（C=0.01C=0.010.02%0.02%），避免了钢渣过），避免了钢渣过氧化氧化顶底复合吹炼技

57、术技术特征顶底复合吹炼技术技术特征 顶吹顶吹100%100%氧气，可采氧气，可采用二次燃烧技术提高熔池用二次燃烧技术提高熔池热效率；热效率； 底吹惰性气体搅拌，底吹惰性气体搅拌，前期吹前期吹N2N2气后期切换为气后期切换为ArAr气；气； 供气强度波动在供气强度波动在0.030.030.12 0.12 NmNm3 3/t.min/t.min范范围。围。复吹转炉的关键技术 底吹供气元件 喷嘴型供气元件喷嘴型供气元件细金属管多孔塞式供气元件细金属管多孔塞式供气元件 砖型供气元件（透气砖）砖型供气元件（透气砖） 复吹转炉的经济效益 渣中含铁量降低渣中含铁量降低2.52.55.0%5.0% 金属收得率提高金属收得率提高0.50.51.5%1.5% 残锰提高残锰提高0.020.020.06%0.06% 磷含量降低磷含量降低0.002%0.002% 石灰消耗降低石灰消耗降低3 31010kg/tkg/t 氧气消耗减少氧气消耗减少4 46 6Nm3/tNm3/t 提高炉龄，减少耐火材料消耗提高炉龄，减少耐火材料消耗10