冶金概论-3_铁水预处理+转炉炼钢

1、12022-5-2/3:01:111铁水预处理工艺铁水预处理工艺p 铁水预处理铁水预处理是指铁水进入炼钢炉之前对其进行是指铁水进入炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素脱除杂质元素或从铁水中或从铁水中回收有价值元素回收有价值元素的一的一种工艺。种工艺。p 铁水预处理可分为铁水预处理可分为普通铁水预处理普通铁水预处理和和特殊铁水特殊铁水预处理预处理，前者有，前者有脱硫、脱硅、脱磷脱硫、脱硅、脱磷或同时脱磷或同时脱磷脱硫；后者有铁水脱硫；后者有铁水提钒、提铌提钒、提铌等。等。22022-5-2/3:01:112炼 钢 铁水预处理4.1 铁水在进入转炉前，为除去某些有害元素的处理过程。 预脱硫：电石、石灰、

2、金属镁等炉外脱硫剂 预脱硅：铁水沟、盛铁水容器中喷吹氧化剂 预脱磷：盛铁水容器中喷吹氧化剂 铁水预处理按需要可在铁水沟、盛铁水容器(铁水包、鱼雷罐)或转炉中时行。 易引起热脆，铁水脱硫条件比钢水脱硫优越减少转炉石灰消耗量，减少渣量和铁损；预脱磷的需要使钢产生冷脆性Hot Metal Pretreatment32022-5-2/3:01:113p 铁水预处理的化学冶金学意义铁水预处理的化学冶金学意义化学冶金学意义： 创造最佳的冶金反应环境!钢铁冶金工艺优化： 高炉分离脉石、还原铁矿石 铁水预处理脱硅、脱磷、脱硫 转炉脱碳、升温 钢水炉外精炼去夹杂、合金化42022-5-2/3:01:114p 铁

3、水预处理(脱硫)的优越性(1) 满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展高附加值钢种：如：船板钢、油井管钢：S、P98）；）； 向熔池中加入富铁矿；向熔池中加入富铁矿； 炉气中的氧传入熔池。炉气中的氧传入熔池。p 铁液中元素的氧化方式有两种：铁液中元素的氧化方式有两种：直接氧化直接氧化(direct oxidation)和和间接氧化间接氧化(indirect oxidation)。272022-5-2/3:01:1227直接氧化方式直接氧化方式p 直接氧化是指氧气直接与铁液中的元素产生氧化直接氧化是指氧气直接与铁液中的元素产生氧化反应反应。p 当向铁液中吹入氧气时，如果在铁液与气相界面当向铁液中吹入

4、氧气时，如果在铁液与气相界面有被溶解的元素如有被溶解的元素如SiMnC,虽有大量虽有大量的铁原子存在，但根据元素的氧化次序的铁原子存在，但根据元素的氧化次序SiMnC将优先于铁而被氧化。将优先于铁而被氧化。p 反应可写为：反应可写为：C+12O=CO Si+O2=（SiO2） Mn+12O2（MnO） 在氧气转炉炼钢时氧气流股冲击铁液形成一个冲在氧气转炉炼钢时氧气流股冲击铁液形成一个冲击坑，氧气与铁液直接接触，易产生元素的直接击坑，氧气与铁液直接接触，易产生元素的直接氧化。氧化。282022-5-2/3:01:1228p 吹入的氧气由于动力学的原因首先与铁液中的吹入的氧气由于动力学的原因首先与

5、铁液中的Fe原子反应形成原子反应形成FeO进入炉渣同时使铁液中溶解氧进入炉渣同时使铁液中溶解氧O。炉渣中的（。炉渣中的（FeO）和溶解在铁液中的）和溶解在铁液中的O再与元素发生再与元素发生间接氧化间接氧化。p 其反应为：其反应为：O2+Fe=(FeO) (FeO)=Fe+O 如：如： 2O+Si=(SiO2) 或或 2(FeO)+Si=2Fe+(SiO2)在渣在渣-金界面上往往产生元素的间接氧化反应。金界面上往往产生元素的间接氧化反应。间接氧化方式间接氧化方式292022-5-2/3:01:12293.3.2 炼钢熔池中元素的氧化次序炼钢熔池中元素的氧化次序p 溶解在铁液中的元素的氧化次序可以

6、通过与溶解在铁液中的元素的氧化次序可以通过与1molO2的氧化反应的的氧化反应的标准吉布斯自由能变化标准吉布斯自由能变化来判断。来判断。p 在标准状态下，反应的在标准状态下，反应的Go负值越多，该元素负值越多，该元素被氧化的趋势就越大，则该元素就优先被大量被氧化的趋势就越大，则该元素就优先被大量氧化。氧化。p 铁液中常规元素与氧反应的标准吉布斯自由能铁液中常规元素与氧反应的标准吉布斯自由能变化与温度的关系绘制成图。变化与温度的关系绘制成图。 302022-5-2/3:01:1230 1. CuNiMoW等元素氧化等元素氧化的的Go线都在线都在Fe氧化氧化Go线之上。线之上。从热力学角度来说，在

7、炼钢吹氧过从热力学角度来说，在炼钢吹氧过程中这些元素将受到程中这些元素将受到Fe的保护而不的保护而不氧化。氧化。 2. CrMnVNb等元素的氧等元素的氧化程度随冶炼温度而定。化程度随冶炼温度而定。 3. AlTiSiB等元素氧化的等元素氧化的Go线在图中位于较低的位置，它线在图中位于较低的位置，它们最易氧化。在实际生产中，这些们最易氧化。在实际生产中，这些元素作为强脱氧剂使用。元素作为强脱氧剂使用。注意：虽然在炼钢温度下，注意：虽然在炼钢温度下，Fe氧化的氧化的Go线高于其它元素氧化的线高于其它元素氧化的Go线，但由于铁液中大多数为线，但由于铁液中大多数为Fe原子，氧与原子，氧与Fe原子接触

8、机会多，故原子接触机会多，故在实际上在实际上Fe还是会氧化。还是会氧化。312022-5-2/3:01:12313.3.3 脱碳反应脱碳反应p 炼钢的一个重要任务是炼钢的一个重要任务是利用氧化方法将铁液中过多利用氧化方法将铁液中过多的碳去除，称为脱碳的碳去除，称为脱碳。脱碳反应是贯穿于冶炼过程。脱碳反应是贯穿于冶炼过程。p 在高温下在高温下C主要氧化成为主要氧化成为CO。p C与氧的反应有：与氧的反应有： 在渣在渣-金界面上：金界面上： C+（FeO）=CO+Fe C+O=CO 在气在气-金界面上：金界面上： C+12O2=CO322022-5-2/3:01:1232脱碳反应的作用脱碳反应的作

9、用p 脱碳反应除了脱碳反应除了调整钢液碳含量调整钢液碳含量的作用外，的作用外，其反应产物其反应产物CO气体的上浮排除气体的上浮排除使得脱碳使得脱碳反应给炼钢带来独特的作用。反应给炼钢带来独特的作用。 促进熔池成分促进熔池成分温度均匀；温度均匀； 提高化学反应速度；提高化学反应速度； 降低钢液中的气体含量和夹杂物数量：降低钢液中的气体含量和夹杂物数量： 造成喷溅和溢出：造成喷溅和溢出：332022-5-2/3:01:12333.3.4 硅的氧化硅的氧化p 硅的直接氧化和间接氧化反应式硅的直接氧化和间接氧化反应式 在气在气-金界面上金界面上Si+O2=（SiO2） 在渣在渣-金界面上金界面上 Si

10、+2O=（SiO2）Si+2（FeO）=（SiO2）+2Fe342022-5-2/3:01:12343.3.5 锰的氧化与还原锰的氧化与还原p 铁液中的锰反应铁液中的锰反应,形成在高温下是稳定的形成在高温下是稳定的MnO。p Mn的氧化反应式为：的氧化反应式为： 在气在气-金界面上金界面上Mn+1/2O2=（MnO） 在渣在渣-金界面上金界面上Mn+O=（MnO）Mn+（FeO）=（MnO）+Fe352022-5-2/3:01:12353.3.6 脱磷反应脱磷反应p 氧化脱磷：氧化脱磷： 在炼钢温度下，在炼钢温度下，气化脱磷反应是不能进行气化脱磷反应是不能进行的的。由于。由于Fe优先于优先于P

11、氧化，通过氧化，通过直接直接氧化反应的气化脱磷也是难以进行的氧化反应的气化脱磷也是难以进行的。 通过加入石灰通过加入石灰造碱性渣可以将铁液中的磷造碱性渣可以将铁液中的磷脱出到炉渣中脱出到炉渣中。这是由于。这是由于P2O5时是酸性时是酸性氧化物，遇到碱性氧化物如氧化物，遇到碱性氧化物如CaO能生成能生成稳定的化合物而进入炉渣。稳定的化合物而进入炉渣。362022-5-2/3:01:1236p 用碱性炉渣进行脱磷的反应为：用碱性炉渣进行脱磷的反应为： 在渣在渣-金界面金界面 3(CaO)+2P+5O=(3CaOP2O5) 3(CaO)+2P+5(FeO)=(3CaOP2O5)+5Fe 在渣在渣-金

12、金-气界面气界面 3(CaO)+2P+5/2O2=(3CaOP2O5)脱磷反应式脱磷反应式372022-5-2/3:01:1237p 炉渣脱硫的基本反应式炉渣脱硫的基本反应式p FeS= (FeS)p +) (CaO)+(FeS)=(CaS)+(FeO) p (CaO)+FeS=(CaS)+(FeO) (吸热吸热)p p 从反应式中可以看出，脱硫的基本条件是：从反应式中可以看出，脱硫的基本条件是：高碱度、高温、低氧化性。高碱度、高温、低氧化性。382022-5-2/3:01:1238p影响脱硫反应的基本条件分析影响脱硫反应的基本条件分析p (1)炉渣碱度研究结果表明：炉渣碱度在炉渣碱度研究结果

13、表明：炉渣碱度在3035之间之间最好，过高会使黏度增加，不利硫在钢最好，过高会使黏度增加，不利硫在钢渣之间的扩散，过低渣之间的扩散，过低则不符合脱硫要求。则不符合脱硫要求。p (2)氧化性炉渣氧化性对脱硫的影响较为复杂，从脱硫反应氧化性炉渣氧化性对脱硫的影响较为复杂，从脱硫反应式中可以看出，渣中的还原性越强，即式中可以看出，渣中的还原性越强，即(FeO)越低越有利于越低越有利于脱硫反应。但实际生产中氧气转炉的氧化渣中也能去除一部分脱硫反应。但实际生产中氧气转炉的氧化渣中也能去除一部分硫，其主要原因是：硫，其主要原因是：(FeO)的存在改善了渣的流动性，能促的存在改善了渣的流动性，能促进石灰的熔

14、化，有利于高碱度渣的形成，从而部分改善了脱硫进石灰的熔化，有利于高碱度渣的形成，从而部分改善了脱硫条件。条件。p 尽管氧化渣中也能脱硫，但在其他条件如搅拌、温度、碱度尽管氧化渣中也能脱硫，但在其他条件如搅拌、温度、碱度等完全相同的条件下，氧化渣的去硫效果还是远远低于还原渣等完全相同的条件下，氧化渣的去硫效果还是远远低于还原渣的。的。p (3)温度温度 高温有利于吸热反应的进行，即有利于去硫反应高温有利于吸热反应的进行，即有利于去硫反应的顺利进行。的顺利进行。p(4)钢钢渣搅拌情况渣搅拌情况 去硫是钢去硫是钢渣界面反应，加强钢渣界面反应，加强钢渣搅渣搅拌扩大反应界面积有利于去硫。例如电炉拌扩大反

15、应界面积有利于去硫。例如电炉(还原期还原期)出钢时，采出钢时，采用钢用钢渣混出的方法，使钢液和炉渣强烈混合，钢渣混出的方法，使钢液和炉渣强烈混合，钢渣界面大渣界面大大增加，充分发挥了电炉还原渣的脱硫能力，使脱硫反应能够大增加，充分发挥了电炉还原渣的脱硫能力，使脱硫反应能够迅速进行。迅速进行。p (5)渣量渣量 增加渣量可以减少增加渣量可以减少(CaS)的相对浓度，可促进去的相对浓度，可促进去硫反应。硫反应。392022-5-2/3:01:1239炉渣脱硫原理炉渣脱硫原理402022-5-2/3:01:1240气化脱硫气化脱硫p 气化脱硫主要通过炉渣中硫的气化来实现气化脱硫主要通过炉渣中硫的气化

16、来实现，即：，即：(S2-)+3/2O2=SO2+(O2-)或写为：或写为：6(Fe3+)+(S2-)+2(O2-)=6(Fe2+)+SO26(Fe2+)+3/2O2=6(Fe3+)+3(O2-) 两个反应式表明，渣中的铁离子充当气化脱硫所需两个反应式表明，渣中的铁离子充当气化脱硫所需氧的媒介。氧的媒介。 需要明确的是，气化脱硫是以炉渣脱硫为基础的，需要明确的是，气化脱硫是以炉渣脱硫为基础的，首先硫从金属液被脱除到炉渣中，然后炉渣中的硫首先硫从金属液被脱除到炉渣中，然后炉渣中的硫再被气化脱除进入炉气中。在转炉炼钢中，有约三再被气化脱除进入炉气中。在转炉炼钢中，有约三分之一的硫是以气化脱硫的方式

17、去除的。分之一的硫是以气化脱硫的方式去除的。 412022-5-2/3:01:12413.3.8 钢的脱氧钢的脱氧p 脱氧是向炼钢熔池或钢水中加入脱氧剂，脱脱氧是向炼钢熔池或钢水中加入脱氧剂，脱氧元素与氧反应，生成的脱氧产物或进入渣氧元素与氧反应，生成的脱氧产物或进入渣中或成为气相排出。中或成为气相排出。p 脱氧剂应具有脱氧元素与氧的亲和力大、脱脱氧剂应具有脱氧元素与氧的亲和力大、脱氧产物易排除、成本低和来源广等的特点。氧产物易排除、成本低和来源广等的特点。p 根据脱氧反应发生的地点不同，脱氧方法分根据脱氧反应发生的地点不同，脱氧方法分为为沉淀脱氧沉淀脱氧扩散脱氧扩散脱氧和和真空脱氧真空脱氧。

18、钢种钢种轿车面板轿车面板不锈钢板不锈钢板轴承钢轴承钢管线钢管线钢轮胎钢丝轮胎钢丝O/0.0030.0040.00050.0020.003422022-5-2/3:01:1242p 钢中氧的危害性主要表现在以下三个方面。钢中氧的危害性主要表现在以下三个方面。 p 1 产生夹杂。钢液凝固时，其中多余的氧与产生夹杂。钢液凝固时，其中多余的氧与钢中其他元素结合生成非金属夹杂物，进而破钢中其他元素结合生成非金属夹杂物，进而破坏了钢基体的连续性，降低钢的强度极限、冲坏了钢基体的连续性，降低钢的强度极限、冲击韧性、伸长率等各种力学性能和导磁性能、击韧性、伸长率等各种力学性能和导磁性能、焊接性能等。焊接性能等

19、。 p 2 形成气泡。钢液中的氧含量过高，在浇铸形成气泡。钢液中的氧含量过高，在浇铸过程中会再次与钢中碳反应，产生过程中会再次与钢中碳反应，产生CO气体，气体，从而会使钢锭（坯）产生气孔、疏松，甚至上从而会使钢锭（坯）产生气孔、疏松，甚至上涨等缺陷，严重时会导致钢锭（坯）报废。涨等缺陷，严重时会导致钢锭（坯）报废。 p 3 晶界上的晶界上的FeO和和FeS还会形成低熔点还会形成低熔点(910)物质，使钢在热加工时发生热脆。物质，使钢在热加工时发生热脆。 432022-5-2/3:01:1243沉淀脱氧沉淀脱氧p 又叫又叫直接脱氧直接脱氧。把块状脱氧剂加入到钢把块状脱氧剂加入到钢液中，脱氧元素在

20、钢液内部与钢中氧直液中，脱氧元素在钢液内部与钢中氧直接反应，生成的脱氧产物上浮进入渣中接反应，生成的脱氧产物上浮进入渣中的脱氧方法称为沉淀脱氧的脱氧方法称为沉淀脱氧。p 出钢时向钢包中加入硅铁出钢时向钢包中加入硅铁锰铁锰铁铝铁铝铁或铝块脱氧就是沉淀脱氧。或铝块脱氧就是沉淀脱氧。442022-5-2/3:01:1244扩散脱氧扩散脱氧p 又叫间接脱氧。又叫间接脱氧。它是将粉状的脱氧剂如它是将粉状的脱氧剂如C粉粉Fe-Si粉粉CaSi粉粉Al粉加到炉渣中，降低粉加到炉渣中，降低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩散，炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩散，从而达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方法

21、。从而达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方法。p 在电炉炼钢的还原期和炉外精炼过程向渣中加在电炉炼钢的还原期和炉外精炼过程向渣中加入粉状脱氧剂进行脱氧操作就是扩散脱氧。入粉状脱氧剂进行脱氧操作就是扩散脱氧。452022-5-2/3:01:1245p 是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法量的脱氧方法。它只适用于脱氧产物为气。它只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如体的脱氧反应如C-O反应。反应。p 这种脱氧方法常用于炉外精炼中，如这种脱氧方法常用于炉外精炼中，如RH真真空处理空处理VADVD等精炼方法都可实现等精炼方法都可实现钢液的真空脱氧。钢液的真空脱氧

22、。真空脱氧真空脱氧462022-5-2/3:01:12463.3.9 脱气脱气p 钢中气体（钢中气体（H、N）的来源：）的来源： 金属料如废钢和铁合金中含有的一定量的氢和氮。金属料如废钢和铁合金中含有的一定量的氢和氮。 潮湿的造渣剂，加入炉内后分解，也使钢中气体增加。潮湿的造渣剂，加入炉内后分解，也使钢中气体增加。 耐火材料用粘结剂含有耐火材料用粘结剂含有8%9%的氢。的氢。 暴露在空气中的钢液，会从空气中吸收氢和氮。暴露在空气中的钢液，会从空气中吸收氢和氮。 如果炼钢采用的氧气不纯，也能造成钢的增氮。如果炼钢采用的氧气不纯，也能造成钢的增氮。p 气体的溶解反应为：气体的溶解反应为：H2=H

23、N2=N 472022-5-2/3:01:1247p氢对钢性能的影响氢对钢性能的影响p 氢在钢中基本上有害无利。氢在钢中的不良影响主要有以下几氢在钢中基本上有害无利。氢在钢中的不良影响主要有以下几方面：方面：p 1)使钢产生使钢产生“氢脆氢脆”。氢能使钢的塑性和韧性明显降低，即产。氢能使钢的塑性和韧性明显降低，即产生生“氢脆氢脆”现象。对于高强度钢来讲，现象。对于高强度钢来讲，“氢脆氢脆”的影响更严重。的影响更严重。p 钢中的钢中的“氢脆氢脆”属于滞后破坏。表现在应力作用下，经过一段属于滞后破坏。表现在应力作用下，经过一段时间钢突然发生脆断。时间钢突然发生脆断。p 2)使钢产生使钢产生“白点白

24、点”。所谓。所谓“白点白点”是指在钢材断面上呈银白是指在钢材断面上呈银白色的斑点。其实质是一个有锯齿形边缘的微小气泡，又叫发裂。色的斑点。其实质是一个有锯齿形边缘的微小气泡，又叫发裂。它的产生与氢脆不同，它是钢从高温冷却到室温时产生的。它的产生与氢脆不同，它是钢从高温冷却到室温时产生的。“白白点点”也使钢的塑性和韧性明显降低。也使钢的塑性和韧性明显降低。p 3)产生石板断口。其主要原因是：氢含量高的地方会出气泡，产生石板断口。其主要原因是：氢含量高的地方会出气泡，在气泡的周围易出现在气泡的周围易出现C、P、S和夹杂物的偏析，这些缺陷在钢材和夹杂物的偏析，这些缺陷在钢材热加工时被拉长，但不能焊合

25、，于是形成石板断口。热加工时被拉长，但不能焊合，于是形成石板断口。p 4)产生氢腐蚀。在高温高压作用下，钢中的氢即高压氢会使钢产生氢腐蚀。在高温高压作用下，钢中的氢即高压氢会使钢产生网络状裂纹，严重时还可以鼓泡，这种现象称氢腐蚀。产生网络状裂纹，严重时还可以鼓泡，这种现象称氢腐蚀。482022-5-2/3:01:1248p 氮对钢的性能有利有弊。氮对钢的不良影响是：氮对钢的性能有利有弊。氮对钢的不良影响是：p 1)氮会使钢产生氮会使钢产生“蓝脆蓝脆”。淬火钢在。淬火钢在250400回火后，塑韧性不仅不增大，反而下降，这个温度范围回火后，塑韧性不仅不增大，反而下降，这个温度范围的钢呈蓝色，故叫的

26、钢呈蓝色，故叫“蓝脆蓝脆”。p 2)氮和氢综合作用使钢产生缺陷。氮和氢的综合作氮和氢综合作用使钢产生缺陷。氮和氢的综合作用会使镇静钢锭产生结疤和皮下气泡，使轧钢生产中出用会使镇静钢锭产生结疤和皮下气泡，使轧钢生产中出现裂纹和发纹，影响钢的质量。现裂纹和发纹，影响钢的质量。p 氮对钢有益的一面是：氮对钢有益的一面是：p 1)钢中的氮能和钢中的氮能和Al、Ti等形成等形成AlN、TiN等高熔点等高熔点的细小颗粒。均匀弥散分布的的细小颗粒。均匀弥散分布的AlN、TiN等能细化晶粒，等能细化晶粒，从而提高钢的强度和塑性，对改善焊接性能也有良好作从而提高钢的强度和塑性，对改善焊接性能也有良好作用。用。p

27、 2)能提高钢的强度和耐磨性。实际生产中常用渗氮能提高钢的强度和耐磨性。实际生产中常用渗氮的方法来改善钢表面的耐磨性，同时也能使钢表面的抗的方法来改善钢表面的耐磨性，同时也能使钢表面的抗蚀性和疲劳强度有所改善。蚀性和疲劳强度有所改善。492022-5-2/3:01:1249降低钢中气体的措施降低钢中气体的措施p 提高炼钢原材料质量。如使用含气体量低的废钢提高炼钢原材料质量。如使用含气体量低的废钢和铁合金；对含水分的原材料进行烘烤干燥，采和铁合金；对含水分的原材料进行烘烤干燥，采用高纯度的氧气等。用高纯度的氧气等。 p 尽量降低出钢温度，减小气体在钢中的溶解度。尽量降低出钢温度，减小气体在钢中的

28、溶解度。 p 在冶炼过程，应充分利用脱碳反应产生的溶池沸在冶炼过程，应充分利用脱碳反应产生的溶池沸腾来降低钢水中的气体含量。腾来降低钢水中的气体含量。 p 用炉外精炼技术，降低钢水中的气体含量。如采用炉外精炼技术，降低钢水中的气体含量。如采用钢包吹氩搅拌，真空精炼脱气，微气泡脱气等用钢包吹氩搅拌，真空精炼脱气，微气泡脱气等方法对钢水进行脱气处理。方法对钢水进行脱气处理。 p 采用保护浇注技术，防止钢水从大气中吸收气体。采用保护浇注技术，防止钢水从大气中吸收气体。502022-5-2/3:01:12503.3.10 去除钢中夹杂物去除钢中夹杂物p 钢中夹杂物的来源钢中夹杂物的来源 钢中存在着硫钢

29、中存在着硫磷磷氧氧氮等杂质元素，这些氮等杂质元素，这些元素与钢中的合金元素如硅元素与钢中的合金元素如硅锰锰铝铝钛钛钒钒等形成非金属化合物，如氧化物等形成非金属化合物，如氧化物硫化物硫化物氮氮化物等。钢中的这些非金属化合物，统称为化物等。钢中的这些非金属化合物，统称为非非金属夹杂物，也称为内生夹杂金属夹杂物，也称为内生夹杂。 在炼钢过程中，钢水与炉渣和炉衬接触，炉渣在炼钢过程中，钢水与炉渣和炉衬接触，炉渣炉衬中的化合物被卷入到钢水中，也会造成非炉衬中的化合物被卷入到钢水中，也会造成非金属夹杂物，也称为金属夹杂物，也称为外来夹杂外来夹杂。512022-5-2/3:01:1251钢中夹杂物的分类钢中

30、夹杂物的分类p 按夹杂物的化学成分分：氧化物夹杂；硫化物按夹杂物的化学成分分：氧化物夹杂；硫化物夹杂；氮化物夹杂。夹杂；氮化物夹杂。p 按加工变形后夹杂物的形态分：塑性夹杂；脆按加工变形后夹杂物的形态分：塑性夹杂；脆性夹杂；半塑性夹杂。性夹杂；半塑性夹杂。p 按夹杂物的来源分：内生夹杂和外来夹杂。按夹杂物的来源分：内生夹杂和外来夹杂。522022-5-2/3:01:1252降低钢中夹杂物的措施降低钢中夹杂物的措施p 在冶炼中采取各种手段降低钢中杂质元素在冶炼中采取各种手段降低钢中杂质元素OSNP等的含量，提高钢的洁净度，从根本上减少内等的含量，提高钢的洁净度，从根本上减少内生夹杂物。生夹杂物。

31、p 提高耐火材料质量，提高其抗冲击和耐侵蚀的能力，减提高耐火材料质量，提高其抗冲击和耐侵蚀的能力，减少外来夹杂物数量。少外来夹杂物数量。 p 采用合理的脱氧制度，使脱氧产物易于聚集上浮，从钢采用合理的脱氧制度，使脱氧产物易于聚集上浮，从钢液中排除。液中排除。 p 应用钢包冶金如真空脱氧应用钢包冶金如真空脱氧吹吹Ar搅拌搅拌喷粉处理等和中喷粉处理等和中间包冶金如采用堰、坝间包冶金如采用堰、坝导流板导流板过滤器过滤器湍流控制器湍流控制器等控流装置，去除钢水中的夹杂物。等控流装置，去除钢水中的夹杂物。 p 采取保护浇注技术，防止钢水从周围大气环境中吸收氧采取保护浇注技术，防止钢水从周围大气环境中吸收

32、氧氢氢氮。氮。 532022-5-2/3:01:12533.4 炼钢用原材料炼钢用原材料3.4.1 金属料金属料p 铁水；铁水；p 废钢；废钢；p 铁合金；铁合金；3.4.2 辅助材料辅助材料p 造渣材料；造渣材料；p 氧化剂；氧化剂；p 冷却剂；冷却剂；p 还原剂和增碳剂。还原剂和增碳剂。542022-5-2/3:01:12543.4.1.1 铁水（或生铁块）铁水（或生铁块）p 铁水是氧气转炉炼钢的基本原料，一般占金属铁水是氧气转炉炼钢的基本原料，一般占金属料的料的70100%。p 铁水成分铁水成分和和铁水温度铁水温度是否适当和稳定，对简化是否适当和稳定，对简化和稳定转炉操作并获和稳定转炉操

33、作并获 得良好的技术经济指得良好的技术经济指 标非常重要。标非常重要。552022-5-2/3:01:1255铁水成分铁水成分p Si：发热元素，转炉热量来源。根据：发热元素，转炉热量来源。根据P，Si一般在一般在0.40.8范围内范围内p Mn：有利元素。：有利元素。Mn一般在一般在0.20.4左左右右p P：有害元素，强发热元素。：有害元素，强发热元素。P是高炉不能去除是高炉不能去除的元素，故只能要求的元素，故只能要求P稳定，采用铁水预处稳定，采用铁水预处理脱磷或相应的炼钢方法来去除。理脱磷或相应的炼钢方法来去除。p S：有害元素。：有害元素。S0.04。采用铁水预处。采用铁水预处理脱硫，

34、理脱硫， S12001300，且保持稳定，且保持稳定，以利于炉子热行，迅以利于炉子热行，迅 速成渣。速成渣。p 有铁水预处理工艺，有铁水预处理工艺， 铁水温度应适当提高。铁水温度应适当提高。572022-5-2/3:01:12573.4.1.2 废钢废钢p 废钢是废钢是电炉炼钢电炉炼钢的基本原料，用量占钢铁料的的基本原料，用量占钢铁料的7090。对转炉来说，。对转炉来说，既是金属料也是既是金属料也是冷却剂冷却剂。p 合金钢废钢应按所含合金分组堆放。合金钢废钢应按所含合金分组堆放。p 应严防混入有害杂质和危险品，并减少带入的应严防混入有害杂质和危险品，并减少带入的泥沙、耐火材料和炉渣等。泥沙、耐

35、火材料和炉渣等。p 对外形尺寸和单重过大的对外形尺寸和单重过大的 废钢，应预先进行解体和废钢，应预先进行解体和 切割；对轻薄料要打包或切割；对轻薄料要打包或 压块，以缩短装料时间。压块，以缩短装料时间。582022-5-2/3:01:12583.4.1.3 铁合金铁合金p 炼钢中广泛使用的各种脱氧和合金化元素与铁炼钢中广泛使用的各种脱氧和合金化元素与铁的合金的合金。如。如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr；以及复；以及复合脱氧剂，如硅锰合金、硅钙合金、硅锰铝合合脱氧剂，如硅锰合金、硅钙合金、硅锰铝合金；还有铝、锰、镍等金属。金；还有铝、锰、镍等金属。p 铁合金应合理选用以降低成本，使用前应烘烤

36、铁合金应合理选用以降低成本，使用前应烘烤以减少气体带入。另外要纯净，不得混有其它以减少气体带入。另外要纯净，不得混有其它夹杂物，块度要适当。夹杂物，块度要适当。592022-5-2/3:01:12593.4.2辅助材料辅助材料3.4.2.1 造渣材料造渣材料p 石灰石灰（CaO）。碱性炼钢方法的基本造渣材料，）。碱性炼钢方法的基本造渣材料，有强的脱磷、脱硫能力，对炉衬危害小。石灰要有强的脱磷、脱硫能力，对炉衬危害小。石灰要求含有效求含有效CaO大于大于8085，含，含S和和SiO2低，低，块度小而均匀，且无细粉；生烧过烧率要小；不块度小而均匀，且无细粉；生烧过烧率要小；不能潮解，应保持干燥、新

37、鲜。能潮解，应保持干燥、新鲜。p 萤石萤石（CaF2）。熔点低（）。熔点低（1418 ），能使），能使CaO熔点显著降低，加速化渣，改善渣的流动熔点显著降低，加速化渣，改善渣的流动性。萤石要求：性。萤石要求：CaF285%。p 白云石白云石（MgO）。增加渣中）。增加渣中Mg含量，以减少含量，以减少炉衬中炉衬中MgO向炉渣中转移，且能促进前期化渣。向炉渣中转移，且能促进前期化渣。602022-5-2/3:01:12603.4.2.2 氧化剂氧化剂p 氧气氧气。炼钢中氧的重要来源。一般要求氧气纯。炼钢中氧的重要来源。一般要求氧气纯度应大于度应大于98，冶炼低氮钢种时，应大于，冶炼低氮钢种时，应大

38、于99.5。还应脱除水分。还应脱除水分。p 铁矿石、氧化铁皮铁矿石、氧化铁皮。 铁矿石要求含铁高，铁矿石要求含铁高，SiO2、P和水分少，使用和水分少，使用前要加热。前要加热。 氧化铁皮要求杂质少，不含油污和水分，使用氧化铁皮要求杂质少，不含油污和水分，使用前必须烘烤。前必须烘烤。612022-5-2/3:01:12613.4.2.3 冷却剂冷却剂p 废钢废钢。冷却效果稳定、喷溅少，价格低。冷却效果稳定、喷溅少，价格低。p 富铁矿、团矿、烧结矿和氧化铁皮富铁矿、团矿、烧结矿和氧化铁皮。利用它们。利用它们所含所含FexOy氧化金属中的杂质时，需要吸收大氧化金属中的杂质时，需要吸收大量的热而起到冷

39、却的作用。量的热而起到冷却的作用。p 石灰石石灰石。缺少以上冷却剂时，可以使用，。缺少以上冷却剂时，可以使用，CaCO3分解时吸收大量热量。分解时吸收大量热量。622022-5-2/3:01:12623.4.2.4 还原剂和增碳剂还原剂和增碳剂p 电炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极、电炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极、木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。p 氧气转炉冶炼中、高碳钢时，一般用含灰分很氧气转炉冶炼中、高碳钢时，一般用含灰分很少的石油焦作增碳剂。少的石油焦作增碳剂。632022-5-2/3:01:12633.6 转炉炼钢转炉炼钢p 3.6.

40、1 氧气转炉炼钢的发展氧气转炉炼钢的发展p 3.6.2 顶底复吹转炉炼钢的设备顶底复吹转炉炼钢的设备p 3.6.3 复吹转炉吹炼工艺复吹转炉吹炼工艺642022-5-2/3:01:12643.6.1 氧气转炉炼钢的发展氧气转炉炼钢的发展p 现代转炉炼钢的发展大致分四个时期：现代转炉炼钢的发展大致分四个时期： 1）顶吹转炉炼钢技术的创立）顶吹转炉炼钢技术的创立(19481956) 标志性技术：拉瓦尔型超音速顶吹喷枪。标志性技术：拉瓦尔型超音速顶吹喷枪。 2）顶吹转炉炼钢技术的成熟与完善）顶吹转炉炼钢技术的成熟与完善(19561967) 标志性技术：标志性技术：转炉大型化；副枪动态控制技术转炉大型

41、化；副枪动态控制技术 3）氧气炼钢技术的繁荣与发展）氧气炼钢技术的繁荣与发展(19671993) 标志性技术：标志性技术：氧气底吹转炉炼钢技术；氧气底吹转炉炼钢技术； 转炉复合吹炼工艺技术转炉复合吹炼工艺技术 4）现代转炉炼钢技术）现代转炉炼钢技术(1993) 标志性技术：标志性技术： 溅渣护炉工艺；溅渣护炉工艺； 干法除尘与煤气回收技术干法除尘与煤气回收技术 652022-5-2/3:01:1265顶底复吹转炉顶底复吹转炉 转炉复合吹炼工艺最初是沿转炉复合吹炼工艺最初是沿袭顶吹和底吹两种吹炼工艺逐袭顶吹和底吹两种吹炼工艺逐步发展完善：即在步发展完善：即在顶吹转炉底顶吹转炉底部喷吹惰性气体和在

42、底吹转炉部喷吹惰性气体和在底吹转炉上部安装顶吹氧枪上部安装顶吹氧枪。 实践证明，复吹转炉基本保实践证明，复吹转炉基本保留了顶吹转炉和底吹转炉的优留了顶吹转炉和底吹转炉的优点，避免各自的缺点，成为当点，避免各自的缺点，成为当代转炉的基本操作工艺。代转炉的基本操作工艺。662022-5-2/3:01:13663.6.2 顶底复吹转炉炼钢的设备顶底复吹转炉炼钢的设备p 顶底复吹转炉炼钢的设备由顶底复吹转炉炼钢的设备由4个系统组成，每个个系统组成，每个系统又由各自的设备组成。系统又由各自的设备组成。 炼钢容器的炼钢容器的炉子系统炉子系统； 提供炼钢所需的氧气和底部搅拌气体的提供炼钢所需的氧气和底部搅拌

43、气体的供气供气系统系统； 提供炼钢所需的金属料和造渣材料的提供炼钢所需的金属料和造渣材料的供料系供料系统；统； 对高温含尘烟气进行降温除尘处理，并回收对高温含尘烟气进行降温除尘处理，并回收余热和煤气的余热和煤气的烟气处理系统。烟气处理系统。672022-5-2/3:01:13673.6.2.1 3.6.2.1 炉子系统炉子系统p 炉子系统由炉子系统由转炉转炉托圈托圈耳轴耳轴倾动机构倾动机构组成，组成，是装入原料进行吹炼的容器。它由圆台形是装入原料进行吹炼的容器。它由圆台形炉帽炉帽圆筒形圆筒形炉身炉身和球缺形或截锥形和球缺形或截锥形炉底炉底三部分组成在三部分组成在炉帽与炉身连接处炉帽与炉身连接处

44、 有有出钢口。出钢口。682022-5-2/3:01:13683.6.2.2 供气系统供气系统p 供氧系统供氧系统由制氧机由制氧机储气罐储气罐压氧机压氧机输气管输气管道及阀门、道及阀门、氧枪氧枪和和底部供气元件底部供气元件组成。组成。p 氧枪氧枪是供氧设备中的关键部件。由是供氧设备中的关键部件。由枪身和喷头枪身和喷头组成。组成。 枪身枪身是由三种不同直径的是由三种不同直径的无缝钢管无缝钢管套装而成，套装而成，通水冷却。通水冷却。 喷头用导热良好的紫铜制成喷头用导热良好的紫铜制成，孔形状一般采用，孔形状一般采用拉瓦尔管拉瓦尔管的形状，大型转炉普遍应用了三孔的形状，大型转炉普遍应用了三孔四孔四孔五

45、孔喷头。五孔喷头。692022-5-2/3:01:1369氧枪结构示意图氧枪结构示意图702022-5-2/3:01:1370p 顶底复吹技术的关键部件是复吹转炉的底部供顶底复吹技术的关键部件是复吹转炉的底部供气元件。气元件。p 底部供气元件分为两大类，即底部供气元件分为两大类，即喷嘴型和砖型喷嘴型和砖型。底部供气元件底部供气元件712022-5-2/3:01:13713.6.2.3 供料系统供料系统 1）铁水供应）铁水供应2）废钢供应）废钢供应3）造渣剂供应）造渣剂供应722022-5-2/3:01:13721）铁水供应）铁水供应p 混铁车（鱼雷罐车）方式流程为：高炉铁水混铁车（鱼雷罐车）方

46、式流程为：高炉铁水鱼鱼雷罐车雷罐车铁水罐铁水罐转炉。转炉。p 这种供应方式投资省这种供应方式投资省铁水温降小和有较好的生铁水温降小和有较好的生产环境。适合于大型高炉向大型转炉（产环境。适合于大型高炉向大型转炉（100t以以上）供应铁水。上）供应铁水。732022-5-2/3:01:1373p 向转炉供应废钢一般采用向转炉供应废钢一般采用废钢槽废钢槽方式。方式。p 流程：磁盘吊车装槽流程：磁盘吊车装槽桥式吊车桥式吊车+废钢槽废钢槽转炉。转炉。2）废钢供应）废钢供应742022-5-2/3:01:1374p 转炉的造渣剂采用以下的供应方式：地下储料转炉的造渣剂采用以下的供应方式：地下储料仓仓胶带运

47、输机胶带运输机高位料仓高位料仓称量漏斗称量漏斗汇总漏汇总漏斗斗溜槽溜槽 转炉。转炉。p 下图还给出了下图还给出了 向钢包中加入向钢包中加入 铁合金的主要铁合金的主要 设备。设备。3） 造渣剂供应造渣剂供应752022-5-2/3:01:13753.6.2.4 烟气处理系统烟气处理系统p 转炉炉内的气体称为炉气，炉气离开炉口进入烟转炉炉内的气体称为炉气，炉气离开炉口进入烟罩后称为罩后称为烟气烟气。p 氧气转炉在吹炼期间产生大量含尘炉气，其氧气转炉在吹炼期间产生大量含尘炉气，其温度温度高达高达14001600，炉气中含有大量，炉气中含有大量CO和含和含铁铁60左右的粉尘。左右的粉尘。p 转炉炉气的

48、处理方法主要有燃烧法和未燃烧法。转炉炉气的处理方法主要有燃烧法和未燃烧法。 未燃法未燃法是在炉口上方采用可以升降的活动烟罩，是在炉口上方采用可以升降的活动烟罩，使炉气在收集过程中尽量不与空气接触，经降使炉气在收集过程中尽量不与空气接触，经降温除尘净化后，通过风机抽入煤气回收系统中。温除尘净化后，通过风机抽入煤气回收系统中。762022-5-2/3:01:1376转炉全湿法（转炉全湿法（OGOG法）烟气净化系统法）烟气净化系统氧气转炉煤气回收法氧气转炉煤气回收法(Oxygen Converter Gas Recovery) 772022-5-2/3:01:13773.6.3 复吹转炉吹炼工艺复吹

49、转炉吹炼工艺3.6.3.1 吹炼工艺流程吹炼工艺流程3.6.3.2 吹炼过程元素的变化吹炼过程元素的变化3.6.3.3 吹炼工艺制度吹炼工艺制度782022-5-2/3:01:1378792022-5-2/3:01:13793.6.3.1 吹炼工艺流程吹炼工艺流程p 一炉钢的冶炼过程是一炉钢的冶炼过程是指从装料到倒尽渣指从装料到倒尽渣为止为止。顶底复吹转炉炼钢的。顶底复吹转炉炼钢的冶炼周期一冶炼周期一般是般是3040min。其中的。其中的纯吹氧时间约纯吹氧时间约1520min。802022-5-2/3:01:1380812022-5-2/3:01:1381转炉操作进程转炉操作进程822022-

50、5-2/3:01:13823.6.3.2 吹炼过程元素的变化吹炼过程元素的变化p 根据根据C的氧化速度不同，炼钢过程可分为三的氧化速度不同，炼钢过程可分为三个时期。个时期。p 氧化初期，脱碳速度由小变大。氧化初期，脱碳速度由小变大。 由于氧化初期熔池温度低，由于氧化初期熔池温度低，SiMn氧化量氧化量多，消耗了大部分的氧，多，消耗了大部分的氧，C的氧化受到限的氧化受到限制。制。 脱碳速度脱碳速度dC/dt=-k1t，与吹炼时间成正，与吹炼时间成正比。比。 这一时期称吹炼初期，又叫硅这一时期称吹炼初期，又叫硅锰氧化期，锰氧化期，时间从开吹到约时间从开吹到约45min。p 氧化中期氧化中期 Si、

51、Mn氧化结束，熔池温度升高，供给的氧几氧化结束，熔池温度升高，供给的氧几乎全部用于脱碳。乎全部用于脱碳。 脱碳速度达到最大且几乎不变。脱碳速度达到最大且几乎不变。 这一时期称为吹炼中期，又叫碳氧化期，这一时期称为吹炼中期，又叫碳氧化期，wc=3.0%-3.5%时进入吹炼中期。时进入吹炼中期。p 氧化后期氧化后期 随着碳含量下降，在钢液与气相的边界层中随着碳含量下降，在钢液与气相的边界层中,碳碳的浓度梯度逐渐下降，使得脱碳速度越来越小。的浓度梯度逐渐下降，使得脱碳速度越来越小。 脱碳速度由大变小。这一时期称吹炼末期，又叫脱碳速度由大变小。这一时期称吹炼末期，又叫碳氧化后期。碳氧化后期。 除碳外其

52、他元素变化不大，主要进行终点操作。除碳外其他元素变化不大，主要进行终点操作。当当wc0.3%-0.7%时，进入吹炼末期。时，进入吹炼末期。842022-5-2/3:01:13843.6.3.3 吹炼工艺制度吹炼工艺制度 p 顶底复吹转炉炼钢，根据底吹气体种类的顶底复吹转炉炼钢，根据底吹气体种类的不同，可分为不同，可分为底部吹入非氧化性气体的复底部吹入非氧化性气体的复吹工艺吹工艺和和底部吹入氧化性气体的复吹工艺底部吹入氧化性气体的复吹工艺。p 我国采用的是前一种工艺进行复吹转炉炼我国采用的是前一种工艺进行复吹转炉炼钢，即底部吹入氮气、氩气来搅拌熔池。钢，即底部吹入氮气、氩气来搅拌熔池。p 氧气顶

53、底复吹转炉炼钢工艺包括氧气顶底复吹转炉炼钢工艺包括装料装料供供氧氧底部供气、造渣底部供气、造渣温度及终点控制温度及终点控制脱氧及合金化脱氧及合金化等内容。等内容。 852022-5-2/3:01:13851 装料制度装料制度1）装料次序）装料次序p 一般来说是先装废钢后兑铁水，防止加入铁水一般来说是先装废钢后兑铁水，防止加入铁水时造成喷溅。时造成喷溅。p 到了炉役后期，或者废钢装入量比较多的转炉，到了炉役后期，或者废钢装入量比较多的转炉，可以先兑铁水，后加废钢。可以先兑铁水，后加废钢。2）装入量）装入量p 不同吨位的转炉以及一座转炉在不同的生产条不同吨位的转炉以及一座转炉在不同的生产条件下，都

54、有其不同的合理金属装入量。件下，都有其不同的合理金属装入量。p 装入量过小，产量低，熔池浅，氧流易直接冲装入量过小，产量低，熔池浅，氧流易直接冲击炉底，造成炉底破坏。装入量过大击炉底，造成炉底破坏。装入量过大,熔池搅熔池搅拌不充分，吹炼时间增加，易造成喷溅。拌不充分，吹炼时间增加，易造成喷溅。862022-5-2/3:01:13862 供氧制度供氧制度p 当氧气射流作用在金属熔池上时，一部分氧气当氧气射流作用在金属熔池上时，一部分氧气被金属液吸收，参与炼钢反应，来不及反应的被金属液吸收，参与炼钢反应，来不及反应的氧气沿冲击坑表面产生反射流动，另外由氧气沿冲击坑表面产生反射流动，另外由C-O反应

55、产生的反应产生的CO气体上升排除，使冲击坑气体上升排除，使冲击坑壁面附近的金属液向上运动，造成冲击坑四周壁面附近的金属液向上运动，造成冲击坑四周的金属液不断向冲击的金属液不断向冲击 坑底部补充，从而产坑底部补充，从而产 生了循环流动。生了循环流动。872022-5-2/3:01:1387p 在实际吹炼中，喷头结构在实际吹炼中，喷头结构氧气工作压力和流量氧气工作压力和流量通常保持一定，所以可以通过控制枪位来控制吹通常保持一定，所以可以通过控制枪位来控制吹炼过程向熔池中的供氧和熔池的搅拌。炼过程向熔池中的供氧和熔池的搅拌。p 枪位指喷头到静止金属熔枪位指喷头到静止金属熔 池液面的距离。池液面的距离

56、。高枪位指高枪位指 该距离大，低枪位指该距该距离大，低枪位指该距 离小。离小。p 硬吹硬吹是氧枪枪位低或氧压是氧枪枪位低或氧压 高时的供氧方式。高时的供氧方式。p 软吹软吹为枪位高或氧压低时为枪位高或氧压低时 的供氧方式。的供氧方式。882022-5-2/3:01:13883 造渣制度造渣制度p 造渣的要求造渣的要求 氧气转炉的冶炼周期短，必须做到氧气转炉的冶炼周期短，必须做到快速成渣快速成渣，使炉渣尽快具有适当的碱度、氧化性和流动性，使炉渣尽快具有适当的碱度、氧化性和流动性，以便迅速把金属中的杂质去除。以便迅速把金属中的杂质去除。 避免炉渣溢出和喷溅避免炉渣溢出和喷溅，减少原材料的损失。，减少原材料的损失。p 在生产中，一般根据铁水成分和所炼钢种来确在生产中，一般根据铁水成分和所炼钢种来确定造渣方法，包括定造渣方法，包括单渣法、双渣法和双渣留渣单渣法、双渣法和双渣留渣法。法。 892022-5-2/3:01:13894 温度控制温度控制p 在吹炼过程中，升温应均衡，在前期和中期，在吹炼过程中，升温应均衡，在前期和中期，为了脱磷，温度可控制低些，但应保证炉渣中为了脱磷，温度可控制低些，但应保证炉