转炉炼钢课件

提钒与转炉炼钢工艺课程性质课程目标课程体系教学内容考核评价学习方法这是什么？它有什么用？它是用什么材料制成的？关键点：钢铁制成的！钢与铁的区别观看录像0－1录像网址：/jpkc/tfyzl/Article/ShowArticle.asp?ArticleID=38钢与铁的区别铁合金生铁钢成分含碳量2%～4.3%0.03%～2%其它元素硅、锰、硫、磷（少量）硅、锰（少量）机械性能硬而脆无韧性坚硬韧性大，塑性好可铸、不可锻可铸、可锻、可压延钢系由生铁再炼而行，有较高的机械强度和韧性，还具有耐热、耐腐蚀、耐磨等特殊性能。炼钢过程脱碳脱硫脱磷脱氧炼钢过程去气体去夹杂合金化调温铁水钢炼钢的任务为什么要提钒资源：铁矿、钒钛磁铁矿钒钛磁铁矿的冶炼：主要是用回转窑－电炉或高炉，冶炼出含钒铁水（含钒为0.25～0.35％）。含钒铁水进行转炉提钒，得到钒渣和半钢。钒渣进一步加工成钒制品，半钢再去炼钢。

课程性质是钢铁冶金专业的一门”工具”课是钢铁冶金专业的一门”核心”课是学生就业择业的直通车具有炼钢的共性与提钒的个性

专业必修课学这有啥用啊?课程体系提钒与转炉炼钢理论知识

动手能力岗位实践考核评价理论知识考核理论知识考核过程考核（50%）出勤率、作业、课堂表现、小组评价终结考核（50%）理论考核试题库考核评价

学生按照工作任务要求（评价标准），完成任务，每个任务项目均有详尽的考核标准，实行操作技能细化要求实践环节考核——标准参照考试

学习方法端正的学习态度保证课堂学习效率不断充实所需理论知识，服务于实践充分利用课外时间,进行实践训练教学内容提钒与转炉炼钢工艺绪论项目一：含钒铁水提钒项目二：合格钢水的冶炼提钒与转炉炼钢工艺氧气转炉炼钢法中国钢铁工业发展状况及发展趋势现代钢铁生产工艺流程炼钢技术的发展简史钢铁工业在国民经济中的地位与作用绪论钢铁工业在国民经济中的地位与作用金属材料复合材料材料陶瓷材料高分子材料金属材料发展情况介绍

据国际钢协经济委员会预测，截止到2010年，全世界钢的需求量预计每年将增长4.9%，其中，中国对钢的需求量预计每年将增长8.4%2010年至2015年期间，全世界钢需求量的年增长速度为4.2%。国内市场对钢铁产品的需求将继续呈现适度、稳定增长态势到2010年我国钢消费将达到4.7亿吨，其中钢材将达到4.4亿吨。钒钛资源及生产介绍

攀西（攀枝花—西昌）地区：钒钛磁铁矿资源储量98亿吨，占全国铁矿资源储量近20%钒资源储量占全国储量的61%，占世界储量的11.6%，居中国第一、世界第三钛资源储量在国内具有绝对优势，占全国储量的90%，世界的35%，居世界第一位攀钢：我国最主要的钒原料、钒产品和钛原料基地。提钒与转炉炼钢工艺是冶金生产中的重要工艺

2006年攀钢钒钛产品产量及占全国比重

产品项目钒渣钒制品（V2O5）钛精矿钛白粉国内消费量（万吨）——2.523091.3国内产量（万吨）28.73.115086攀钢产量（万吨）181.4426.46.75攀钢产量占全国比重62%46.5%17.6%7.9%钢铁冶炼技术的发展简史1远古至13世纪末.冶炼方法十分简单，利用自然地形将铁矿石与木炭一起放入称为地窖炉的炉膛内，加热冶炼。因不能获得熔化矿的高温，仅能制成半熔融状态的铁块，其中混杂有相当多的氧化铁渣，称作海绵铁。

213世纪末至19世纪中叶，铁的需求量增加及鼓风技术的发展，炉子越来越高，逐渐形成现代高炉的雏(chu)形，高炉炉内温度增加，能得到熔融状态的生铁，冷却后很脆，不能锻造成器具，而被当作废物扔掉。319世纪中期至今天，以生铁为原料，在高温下精炼成钢，一直是钢铁生产的主要方法。高炉鼓风由热风代替冷风，并建立了蓄热式热风炉，鼓风动力采用电力，确定了作为生铁精炼炉的平炉、转炉、电炉的炼钢法。

海绵铁液态生铁钢铁分为二步冶炼法

炼钢方法的发展状况海绵铁（固）→液态生铁→钢铁分为二步冶炼法→

转炉：1856年，英国人贝塞麦发明底吹酸性空气转炉炼钢法→1879年英国人托马斯又发明了碱性底吹空气转炉炼钢法，→1891年法国人特罗佩纳发明了酸性侧吹转炉炼钢法→40年代，制氧技术得到了迅速的发展→1948年德国人杜雷尔在瑞士采用水冷氧枪垂直插入炉内吹炼铁水获得成功→奥利地钢铁联合公司在1952年林茨城，1953年在多纳维茨城先后建成了30吨氧气顶吹转炉车间并投入生产，称为LD法（氧气顶吹转炉炼钢法的代称）。而在美国一般称做BOF或BOP，在英国、加拿大等地，称做BOS。先进工业国家已取代了平炉→1967年原联邦德国和法国建成了氧气底吹转炉→1969年原联邦德国采用钢包喷射冶金技术→1974年英国首先在1.25转炉上，1975年法国和卢森堡合作在65吨转炉上先后试验成功顶底复合吹炼转炉炼钢，目前已在世界范围内推广转炉示意图平炉：1864年德国人西门氏和法国人马丁同时发明平炉（又称马丁炉），平炉炼钢法成为二十世纪前期的主要炼钢方法。观看平炉结构录像0－2录像网址：/jpkc/tfyzl/Article/ShowArticle.asp?ArticleID=38平炉结构示意图电炉：1897年产生于德国。1899年，法国人海劳尔特发明了电弧炉。有平炉炼钢法氧气转炉炼钢法电弧炉炼钢法现代主要炼钢方法请观看录像0－3录像网址：/jpkc/tfyzl/Article/ShowArticle.asp?ArticleID=38

目前世界上最主要的炼钢方法是氧气转炉炼钢法（氧气顶吹转炉和氧气顶底复合吹炼转炉炼钢法氧气转炉炼钢技术的发展化分为三个时期：◆转炉大型化时期（1950～1970年）

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。◆转炉复合吹炼时期（1970～1990年）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。◆转炉综合优化时期（1990年以后）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。氧气转炉炼钢技术转炉大型化时期转炉复合吹炼时期转炉综合优化时期0-3现代钢铁生产工艺流程

钢铁材料的冶炼工艺流程图定义：钢铁材料的生产不是一步可以完成的，分为若干个阶段。各阶段过程间的联系及其所获得的产品（包括中间产物）间流动线路图就称为钢铁材料的冶炼工艺流程图。

0-3-1钢铁联合企业的生产工艺流程如图0－4所示钢铁联合企业的生产工艺流程原矿原煤熔剂及辅助材料选矿洗煤破碎筛分铁矿粉造块炼焦炉化工副产品筛分熄焦高炉直接还原或熔融还原矿煤氧氧气转炉电炉连铸铸锭轧机成品钢材海绵铁或铁水水铁废钢炉渣热风精煤返矿尾矿碎焦定义：以氧气转炉炼钢工艺为中心的钢铁联合企业生产流程，通常习惯上人们叫做长流程特点：工艺流程生产单元多，规模庞大，生产周期长，因此称此工艺流程为钢铁生产的长流程工艺0-3-2长流程0-3-3短流程定义：以电炉炼钢工艺为中心的钢铁联合企业生产流程，通常习惯上人们叫做长流程特点：工艺流程简捷，高效节能，生产环节少，生产周期短。又称“三位一体”流程（即电炉－炉外精炼－连铸组成），或者“四个一”流程（即电炉－炉外精炼－连铸－连轧组成）近几年中国年产钢量钢产量达到3.5亿t

2002钢产量首次突破2亿t，达到2.234亿t

2004钢产量达到2.74亿t

2005年产钢量为1.82亿t20032006粗钢产量达到4.188亿t

中国钢铁工业的发展战略重在增加高附加值的产品，提高质量

重在提高产业集中度

重在降低消耗

三个重在钢铁大国向钢铁强国的的根本转变三个重在，一个根本转变钢铁工业发展趋势

钢铁工业发展的高效化、连续化、自动化。节约资源、能源、降低制造成本，以增加钢铁生产在市场经济中的竟争力。发展高新技术所需的新材料。连铸技术特别是高效连铸及终形连铸。发展近终成形金属毛坯制备新技术。21世纪是智能和信息的时代，钢铁企业将实现计算机集成系统管理及流程的人工智能控制氧气顶吹转炉炼钢方法简介诞生的背景及简称1856年，英国人贝塞麦发明了底吹酸性空气转转炉炼钢法。

将空气吹入铁水，使铁水中硅、锰、碳高速氧化，依靠这些元素氧化放出的热量将液体金属加热到能顺利地进行浇注所需的温度，从此开创了大规模炼钢的新时代。早在1856年贝塞麦就提出利用纯氧炼钢的设想，由于当时工业制氧技术水平较低，成本太高，氧气炼钢未能实现。

二十世纪40年代初，制氧技术得到了迅速发展，给氧气炼钢提供了物质条件。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。

由于氧气顶吹转炉反应速度快，生产率及热效率很高，可使用约20～30％的废钢以及便于自动化控制，又克服了空气吹炼时钢质量差、品种少的缺点，使它成为冶金史上发展最迅速的新技术。各种精炼炉的炼钢效率1-碱性转炉炼钢法，2-纯氧顶吹转炉炼钢法；3-氧气侧吹转炉炼钢法，4-平炉（氧气使用量10～40Nm3／t），5-电炉，6-平炉与平炉、电炉炼钢法相比，氧气转炉炼钢法具有生产率高、钢中气体含量低、钢的质量好等特点。

顶吹氧气转炉炼钢法的小时产钢量为平炉炼钢法的6～8倍，是效率极高的炼钢方法。

各种炼钢法和气体含量

项目炼钢炉[H]，ppm[N]，ppmpH2＋pH2O大气压PCO大气压PN2大气压[O%]碱性平炉3.0～7.0(c)30～60≈0.20，吹蒸汽≈0.650.04～0.07碱性电炉（氧化期）3.0～7.0(c)30～80≈0.20，吹蒸汽≈0.800.04～0.07酸性平炉3.0～6.025～60≈0.15，吹空气≈0.700.03～0.05碱性电炉（还原期）c3.～10.03～6(b)6～1060～150≈0.04≈0.60PCO2≈0.02PN2；平衡0.004～0.01氧气顶吹转炉1.0～3.010～20≈0.0≈1000.04～0.06注：（a）吹氩法，（b）普通法；（c）矿石法氧气转炉钢具有钢中气体含量少的特点氧气转炉炼钢法的特点

吹炼速度快，生产率高品种多，质量好原材料消耗少，热效率高，成本低基建投资少，建设速度快容易与连续铸钢相匹配转炉分类

转炉按炉衬耐火材料性质按供入氧化性气体种类按供气部位酸性转炉碱性转炉空气转炉氧气转炉顶吹转炉底吹转炉侧吹转炉顶底复合转炉顶底侧复合转炉中国钢铁工业发展状况

第一个阶段是1949连～1978年，钢产量由1949年的16万t增加到3178万t，年均增加105万t第二阶段是1978年90年代中期，这个时期的我国钢铁材料工业进入了持续、快速的发展阶段，取得了举世瞩目的辉煌成就，其主要标志是1995年我国生铁产量超过1亿t1996年我国钢产量首次突破1亿t以来，连续一直位居世界产钢国的第一位。尽管如此，中国1996年的人均产钢量仅为82.7kg人均产钢材量仅为73.6kg，仍大大低于世界平均水平（1996年世界人均产钢为130kg）二十世纪80年代宝钢从日本引进建成具有70年代末技术水平的300t大型转炉3座、首钢购入二手设备建成210t转炉车间二十世纪90年代宝钢又建成250t转炉车间，武钢引进250t转炉，唐钢建成150t转炉车间，重钢和首钢又建成80t转炉炼钢车间到1998年我国氧气顶吹转炉共有221座，其中100t以下的转炉有188座（50～90t的转炉有25座），100～200t的转炉有23座，200t以上的转炉有10座，最大公称吨位为300t。顶吹转炉钢占年总钢产量的82.67％

我国氧气转炉的发展概况1951年碱性空气侧吹转炉炼钢法实验成功。1954年开始了小型氧气顶吹转炉炼钢的试验研究工作1962年将首钢试验厂空气侧吹转炉改建成3t氧气顶吹转炉，开始了工业性试验。1964年12月26日投入生产。以后，又在唐山、上海、杭州等地改建了一批3.5～5t的小型氧气顶吹转炉1966年上钢一厂将原有的一个空气侧吹转炉炼钢车间，改建成3座30t的氧气顶吹转炉炼钢车间，我国原有的一些空气侧吹转炉车间逐渐改建成中小型氧气顶吹转炉炼钢车间

转炉炼钢技术的发展趋势

合理优化工艺流程，形成紧凑式连续化的专业生产线转炉高速吹炼工艺技术建立大规模、廉价生产洁净钢的生产体系节能与环境保护转炉炼钢技术的发展目标转炉炼钢工序实现“负能”炼钢减少炼钢渣量50%全部粉尘回收利用炼钢过程中回收的能量大于消耗的能量现代冶炼厂面貌绪论地位与作用发展状况生产流程冶炼技术炼钢方法氧气转炉炼钢发展趋势小结转炉炼钢

50主要内容一炼钢的基本任务二炼钢用原材料三转炉炼钢原理与工艺51一、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，并浇成合格钢钢锭或铸坯。52二、炼钢用原材料

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、辅原料和各种铁合金。531.金属料1)铁水：占金属料的（70~100%）主要要求成分：[Si]、[Mn]、[P]、[S]温度：54转炉炼钢重要发热元素，[Si]↑0.1%，废钢比↑1.3~1.5%；[Si]过高，渣量增加，引起喷溅；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0.8～1.00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]=0.20％～0.40％。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85％～95％，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ωP＞1.50％的铁水炼钢时，炉渣可以用作磷肥。除了含硫易切钢(要求ωS=0.08％～0.30％)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35％～40％。由于低硫ωs＜0.01％的优质钢需求量增长，因此用于转炉炼钢的铁水要求ωs＜0.020％。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，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。2)废钢

废钢是电弧炉炼钢的基本原料，用量约70~90%；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。5556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）钢铁制品的报废件（船舶、车辆、机械设备、土建材料等）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。572.辅助材料581）造渣剂石灰（CaO）萤石（CaF2）生白云石（CaMg(CO3)2

）菱镁矿（MgCO3

）合成造渣剂锰矿石石英砂（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ωMn≥18％，ωP<0.20％，ωS<0.20％，粒度在20～80mm。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3％。2)冷却剂

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定数量的冷却剂，以准确地命中终点温度。冷却剂包括:废钢、生铁块、铁矿石和氧化铁皮、石灰石等。593）氧化剂60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6~12×105Pa。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。铁矿石铁矿石要求含铁高，P和水分低；4）还原剂和增碳剂

电炉炼钢中需要使用还原剂和增碳剂包括：石墨电极、木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等；转炉炼钢中冶炼中高碳钢时，一般使用含灰份少的石油焦做增碳剂。61三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621.转炉炼钢车间——巡视63转炉炼钢车间——生产模拟642.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。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。651)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Nb66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ωsi可达0.10％～0.15％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T＜1400℃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.2)铁水予处理的设备鱼雷罐车喷粉罐喷枪扒渣机铁水罐673)铁水予处理生产模拟684)铁水予处理生产工艺①脱S基本反应②脱S工艺③扒渣69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)+2[C]CaO(S)+[S]=CaS(s)+2[O]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1.0~1.5m,处理时间8~10min,脱S率75~82%.扒除予处理渣,避免回P,回S.3.转炉炼钢过程1)吹炼全程模拟702)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。71氧气转炉炼钢技术的发展可化分为三个时期：72①转炉大型化时期（1950～1970年）②转炉复合吹炼时期（1970～1990年）③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。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73装料制度

装入量是指每炉装入的铁水和废钢的总量,一般废钢占15~30%,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.74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2.5~4.0，高[S]、[P]铁水控制在3.5~4.0,吨钢石灰消耗70~80kg2: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20~25%。3.渣中(MgO):为防止炉渣侵蚀炉衬,造渣时加入含镁材料,一般终渣(MgO)为6~8%,采用溅渣护炉则8~10%.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1/2~1/3,其余分批加入.75供气制度顶部供气76底部供气供气制度(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(0.8~1.2MPa);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)77供气制度(底部供气)底吹类型非氧化性气体:Ar、N2氧化性气体:O2、CO2、空气底吹过程吹炼前期N2搅拌,后期N2、Ar切换;底部供气强度≯0.3Nm3/t.min78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79出钢出钢过程

先测定[C]、[P]、[S]及T,判断是否满足出钢要求,否则补吹;采用挡渣技术与红包出钢.80脱氧及合金化脱氧吹炼终点钢水[O]=0.02~0.08%,向钢中加入一种(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814)转炉冶炼的基本原理

----熔池元素氧化规律Si的变化规律82Mn的变化规律C的变化规律P的变化规律S的变化规律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)83Mn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.84C的变化规律

熔池中氧与碳生成｛CO｝气泡上浮,[%C]×[%O]=m(常数0.002~0.0025),[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.85P的变化规律低温、适宜的高碱度、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(4CaO.P2O5)稳定化合物,使[P]去除.86S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.874)转炉冶炼的基本原理

----物料平衡及热平衡物料平衡88热平衡

5)转炉设备供料系统转炉系统供气系统净化系统辅助设备89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。90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。91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。92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45~50m/s，水速为6~7m/s。枪头喷孔为拉瓦尔管，可获得Ma=2.0左右的超音速气流。93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。94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0.4~4mm，每块砖埋设10~150根。耐火砖为高纯度镁砂+石墨并配加一定量的防氧化剂制成。95净化系统96活动烟罩弯头脱水器汽化冷却烟道定径溢流文氏管可调喉口文氏管净化系统由以下部分组成：净化系统-活动烟罩炉口上方的烟罩用于烟气收集，需通水冷却。97由固定段与活动段组成，吹炼时活动段下降，缝隙用N2幕密封或采用微压差法以防止烟气外溢。转炉倾动时活动烟罩升起。净化系统-弯头脱水器利用烟气做旋转90°的运动时，含尘水滴在离心力的作用下被甩至脱水器叶片及器壁，通过排水槽排走。达到烟气净化的目的。98净化系统-汽化冷却烟道其作用是将1400~1500℃的烟气冷却至800~1000℃.结构为密排式无缝钢管排列围成筒状,冷却水从烟道下部通入,流经无缝钢管时,由于吸收高温烟气的热量而汽化,从而将高温烟气冷却.99净化系统-定径溢流文氏管（一文）属于两级全湿法除尘的第一级,起降温和粗除尘的作用,由收缩段、喉口、扩张段组成，烟气被收缩段加速并冲击水幕，迅速吸收热量汽化，使烟气温度由1000℃下降至70~80℃，细小水滴捕集烟尘并去除，一文的效率为90~95%。100净化系统-可调喉口文氏管（二文）工作原理与一文相似，不同在于喉口可调，可以随炉气量变化而变化，以维持喉口流速，主要用于精除尘，效率可达98%。101辅助设备—副枪副枪用于了解吹炼过程某一时刻成分与温度，实现动态控制。由枪身及探头组成，钢液由探头侧面小孔流入样杯。可测温、取样、定碳、测定熔池高度。102辅助设备—挡渣机构由于合金化过程将降低钢液的氧化性，因此，要防止炉内含有（P2O5）的高氧化性渣进入钢包造成回P，必须进行挡渣操作，采用挡渣机构在即将完成出钢前将挡渣球送入炉内，防止炉渣进入钢包。103转炉炼钢工艺

1转炉炼钢的发展1855－1856年英国人亨利.贝塞麦(Henly)开发了酸性底吹空气转炉炼钢法；1878年英国人托马斯(S.G.Thomas)碱性底吹空气转炉炼钢法；1940年廉价获得氧气后，瑞士、奥地利开发了顶吹氧气转炉，1952年在奥地利林茨(Linz)和多纳维茨城(Donawitz)建成第一座30吨碱性顶吹氧气转炉(LD转炉)；或称BOF(BasicOxygenFurnace)。1970年开发顶底复合吹炼转炉。我国的炼钢发展史。氧气转炉的种类

氧气顶吹转炉氧气底吹转炉氧气侧吹转炉氧气顶底复合转炉顶吹氧气转炉炼钢工艺特点完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热;生产率高（冶炼时间在20分钟以内）；质量好（*气体含量少：（因为CO的反应搅拌，将N、H除去）可以生产超纯净钢,有害成份（S、P、N、H、O）〈80ppm；冶炼成本低，耐火材料用量比平炉及电炉用量低；原材料适应性强，高P、低P都可以。

转炉炼钢的热平衡及物料平衡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、炉渣、炉气、冷却剂、热量损失）物料平衡是计算炼钢过程中加入炉内和参予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、炉渣、炉气及烟尘等）“负能炼钢”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。当炉气回收的总热量>转炉生产消耗的能量时，实现了转炉工序“负能炼钢”；当炉气回收的总热量>炼钢厂生产消耗的总能量时，实现了炼钢厂“负能炼钢”。日本君津钢厂、我国宝钢、武钢三炼钢厂均已实现炼钢厂“负能炼钢”。转炉设备转炉炉体及转炉倾动系统铁水、废钢、散状材料设备氧枪提升机构转炉烟气净化与回收设备2氧气射流及熔池搅拌氧枪吹炼参数决定转炉的冶炼过程及冶炼结果氧枪心藏是氧枪喷头；有关氧枪及氧枪喷头设计有专门介绍

氧气射流属于气体动力学的范畴。氧气射流对熔池的物理作用

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。氧流作用下熔池的循环运动，动量传递，氧压或氧速越高，凹坑越深，搅拌加剧。

氧气射流对熔池的化学作用直接氧化---氧气射流直接与杂质元素产生氧化反应；间接氧化---氧气射流先与Fe反应生成后FeO，FeO传氧给杂质元素。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集中于作用区附近（4％的面积），而不是高度分散在熔池中。

氧枪喷头的种类

直简型收缩型拉瓦尔型多孔拉瓦尔型。（马赫数控制在1.8-2.1）喷头设计需考虑的因素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。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。对于原料中废钢比高、高磷铁水冶炼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。3顶吹转炉的过程描述上炉出钢--倒完炉渣(或加添加剂)--补炉或溅渣--堵出钢口--兑铁水--装废钢--下枪--加渣料（石灰、铁皮）--点火--熔池升温--脱P、Si、Mn----降枪脱碳。看炉口的火，听声音。看火亮度--加第二批（渣料）--提枪化渣，控制“返干”。降枪控制终点（FeO），倒炉取样测温，出钢。技术水平高的炉长，一次命中率高。50%。（宝钢是付枪）根据分析取样结果--决定出钢（或补吹）－-合金化。

不要补吹的就是通常说的一次命中。冶炼技巧钢液碳的判断方法取样分析、磨样、看火花、付枪。钢液磷的判断方法取样分析、渣的颜色及气孔；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。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[N][O]成份变化4炼钢用原辅材料

原材料铁水：加70-85%(%C=4,%Si=0.4-1.0,%P=0.02-0.15,%S=0.001-0.050)废钢：加15-30%(厚度小于150mm，清洁)生铁块：调温及配碳烧结矿（改性铁）4炼钢用原辅材料辅助材料：石灰：有效CaO成分，块度，控制石灰吸水萤石：CaF2，能改善炉渣流动性生白云石：CaMg(CO3)2,造渣及护炉菱镁矿：MgCO3调渣剂铁合金、冷却剂及增碳剂5转炉耐火材料及护炉技术耐火材料分类：碱性耐火材料(MgO)

酸性耐火材料(SiO2)

中性耐火材料(碳质及铬质)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。炉衬损坏的原因：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衬自身矿物组成分解引起的层裂急冷急热等因素。5转炉耐火材料及护炉技术提高炉龄的措施：耐材质量；系统优化炼钢工艺；补炉工艺新工艺：溅渣护炉工艺，九十年代，美国开发成功转炉溅渣护炉技术，在我国达到最高效益，炉龄30000。5转炉耐火材料及护炉技术溅渣护炉的基本原理：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。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刷侵蚀。6转炉冶炼工艺转炉冶炼五大制度

装料制度供氧制度造渣制度温度制度终点控制及合金化制度

6.1装料制度

确定合理的装入量，需考虑的两个参数：炉容比：(V/T,m3/t),0.8-1.05(30-300t转炉)；熔池深度：需大于氧气射流的冲击深度

800-2000mm(30-300t转炉)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：1－50炉，51－200炉，200炉以上，枪位每天要校正。交接班看枪位。供氧强度Nm3/t.min氧气流量Nm3/h操作氧压Mpa

氧枪枪位m基本操作参数6.2供氧制度6.2供氧制度供氧强度(Nm3/t.min)决定冶炼时间，但太大，喷溅可能性增大，一般3.0-4.0。氧气流量大小(Nm3/h)：装入量，C、Mn、Si的含量，由物料平衡计算得到，50-65Nm3/h。氧压(Mpa)

喷头的喉口及马赫数一定，P大，流量大,有一范围0.8－1.2Mpa。氧枪枪位，由冲击深度决定，1/3-1/2。6.2供氧制度

吨钢耗氧量计算％ C Si Mn P S 铁水成分４.３0０.８００.２００.１３０.０４ 成品成分０.２００.２７０.５００.０２０.０２ 转炉公称容量为100吨时，炉渣量为：100×10％＝10吨铁损耗氧量10×15％×16/(16＋56)＝0.33吨［C］→[CO]耗氧量100×(4.30%-0.20%)×90%×16/12=4.92吨［C］→[CO2]耗氧量100×(4.30%-0.20%)×10%〕32/12=1.09吨［Si］→[SiO2]耗氧量100×0.8%×32/28=0.914吨［Mn］→[MnO]耗氧量100×0.2%×16/55=0.058吨［P］→[P2O5]耗氧量100×0.13%×(16×5)/(31×2)=0.168吨[S]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。总耗氧量＝0.33+4.92+1.09+0.914+0.058+0.168=7.48吨/1.429＝5236Nm3实际耗氧量＝5236/0.9/99.5%=5847Nm3实际吨钢耗氧量＝5847/100=58.37Nm3/t两种操作方式：软吹：低压、高枪位，吹入的氧在渣层中，渣中FeO升高、有利于脱磷；硬吹：高压低枪位(与软吹相反)，脱P不好，但脱C好，穿透能力强，脱C反应激烈。6.2供氧制度氧枪操作方式

氧枪操作就是调节氧压和枪位。氧枪的操作方式：衡枪变压：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，目前主要操作方式6.2供氧制度6.3造渣制度炼钢就是炼渣。造渣的目的：通过造渣，脱P、减少喷溅、保护炉衬。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。渣的特点：一定碱度、良好的流动性、合适的FeO及MgO、正常泡沫化的熔渣。造渣方式单渣法：铁水Si、P低，或冶炼要求低。双渣法：铁水Si、P高，或冶炼要求高。留渣法：利用终渣的热及FeO，为下炉准备。石灰加入量确定石灰加入量是根据铁水中Si、P含量及炉渣碱度R确定。铁水含磷小于0.30%时：石灰加入量(kg/t)=2.14×W[Si]×R×1000/AA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SiO2占用的CaO。当Si、P高时，需计算石灰补加量。成渣速度

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。石灰的熔解：开始吹氧时渣中主要是SiO，MnO，FeO,是酸性渣，加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表

J＝K（CaO+1.35MgO-1.09SiO2+2.75FeO+1.9MnO-39.1）形成2CaO*SiO2，难熔渣。FeO,MnO,MgO可加速石灰熔化。因为可降低炉渣粘度，破坏2CaO*SiO2的存在。采用软烧活性石灰、加矿石、萤石及吹氧加速成渣。

成渣途径

钙质成渣低枪位操作，渣中FeO含量下降很快，碳接近终点时，渣中铁才回升。适用于低磷铁水、对炉衬寿命有好处。

铁质成渣过程

高枪位操作，渣中FeO含量保持较高水平，碳接近终点时，渣中铁才下降。适用于高磷铁水、对炉衬侵蚀严重；FeO高，炉渣泡沫化严重，易产生喷溅。CaO(+MgO)-FeO(+MnO)

-SiO2(+P2O5)相图ABC钙质成渣ADC铁质成渣白云石造渣提高渣中MgO的含量，延长炉衬寿命；渣中饱和MgO的概念；一般根据冶炼情况，MgO控制在6－10％采用白云石造渣应注意加入时间，防止涨炉底及粘氧枪。大喷溅转炉喷溅分：爆发性喷溅、金属喷溅及泡沫渣喷溅。喷溅的主要原因低温吹氧，氧位较高，碳氧反应不平衡，吹入的氧成为FeO，脱C反应较慢，当温度升高后C-O反应激烈；渣粘稠，金属喷溅。操作中防止喷溅的措施控制渣量吹氧脱碳的温度控制控制枪位，保证渣中FeO在一定范围(15－20％)保持合适的炉容比6.4温度制度温度控制就是确定冷却剂加入的数量和时间影响终点温度的因素：铁水成分:[%Si]=0.1,升高炉温约15℃

铁水温度：铁水温度提高10℃，钢水温度约提高6℃（30t）铁水装入量：每增加1吨铁水，终点钢水温度约提高8℃（30t）废钢加入量：每增加1吨废钢，终点钢水温度约下降45℃（30t）此外，炉龄、终点碳、吹炼时间、喷溅等有影响。6.4温度制度

温度控制措施熔池升温降枪脱C、氧化熔池金属铁。金属收到率降低；熔池降温加冷却剂(矿石、球团矿、氧化铁皮、废钢)；废钢冶炼时一般不加。6.5终点控制及合金化制度终点控制指终点温度和成分的控制终点标志：钢中碳含量达到所炼钢种的控制范围钢中P达到要求出钢温度达到要求终点控制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：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。优点：终点渣FeO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。终点控制方法增碳法：所有钢种均将碳吹到0.05%左右，按钢种加增碳剂。优点：操作简单，生产率高，易实现自动控制，废钢比高。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、取样后按分析结果与规格的差值决定补吹时间。

终点温度确定所炼钢种熔点：

T＝1538－∑△T×j

△T:钢中某元素含量增加1％时使铁的熔点降低值，

j钢中某元素％含量。考虑到钢包运行、镇静吹氩、连铸等要求钢水合金化满足脱氧的要求满足钢种的要求有精炼的转炉，作为预脱氧及初步合金化。合金加入原则：脱氧能力先弱后强，先难熔。合金加入量(kg)＝

(钢种规格中限％－终点残余成分％)/A

A=(铁合金中合金元素含量％×合金元素收得率％)10007转炉冶炼的自动控制在计算机时代，如何提高炼钢效率，降低炼钢成本，使炼钢由经验向科学转化，是炼钢技术发展的必然。转炉吹炼的技术特点：①脱碳速度快，准确控制吹炼终点比较困难：②热效率高，升温速度快；③容易发生炉渣或金属喷溅；④吹炼后期脱碳速度减慢，金属—炉渣之间远离平衡，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①铁水质量稳定，能准确知道铁水成份和重量；②废钢量稳定，有害残余元素含量低；③石灰等其他造渣剂的化学成份及块度稳定。

2.控制方案静态控制模型动态控制模型全自动控制模型转炉自动化控制的具体要求（1）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；（2）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；（3）具备容错性，可消除各种系统误差，随机误差和