冶金炼钢培训手册

年6月23日冶金炼钢培训手册资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。炼钢培训材料一、钢与铁的区别钢与铁区别主要体现在碳含量的不同上,钢与铁之间没有很明确的一致公认的界限。炼钢教科书对钢的定义是,以铁为主要元素,碳含量一般在2%以下0.02%以上,并含有其它元素的统称。根据Fe-O相图的划分,碳含量在2.11%以下的成为钢,在2.11%以上的成为铁。碳含量大于1.4%的钢很少使用,碳含量小于0.02%的钢称为工业纯铁,它是电器、电讯、电工仪表用的磁性材料。基本知识1、GB国家标准代号YB原冶金工业部标准2、Q235A:其中Q:屈服强度,235:屈服强度值。HRB335:H、R、B分别为热轧、带肋、钢筋英文首位字母,HRB:热轧带肋钢筋335:屈服强度值3、碳含量小于0.25%是低碳钢,在0.25-0.60%之间为中碳钢,大于0.60%是高碳钢4、合金钢分为低合金钢、中合金钢、高合金钢合金含量总量小于3%称低合金钢,在5-10%称中合金钢,大于10%称高合金钢。5、钢的微合金化一般指在原有主加合金元素的基础上再添加微量的铌(Nb)、钒(V)、钛(Ti)等碳氮物形成元素,使其对钢的力学性能有影响或耐蚀性、耐热性起有力作用。6、不锈钢不锈钢不生锈,原因是钢中含铬,含铬12.5%,低于此量就不叫不锈钢。工业上应用的不锈钢含铬在12-30%之间。一般把能够抵抗大气腐蚀的含铬在13%的钢叫不锈钢,含铬在17%以上的钢叫耐酸钢,统称不锈耐酸钢。7、夹杂物评级中A、B、C、D类夹杂物分别属硫化物类、氧化铝类、硅酸盐类、球状氧化物类。每类夹杂物按厚度或直径分为细系、粗系两系列,用字母e表示粗系夹杂物。每个系列由表示夹杂物含量递增的五级图片(1级至5级)组成。二、炼钢方法分类平炉炼钢法、电炉炼钢法、转炉炼钢法,转炉炼钢法是当前国内外最主要的炼钢法。三、转炉炼钢工艺流程高炉混铁炉 高炉混铁炉 钢铁产品连铸转炉 铁水 钢铁产品连铸转炉 石灰、白云石、莹石等 转炉产品代表品种低碳拉丝用钢:Q215A、Q195、H08A、LS、棉打钢低合金低合金高强度:Q345A、LZ等普碳:HPB235、Q235A、Q175、挡板专用钢等低合金类建筑用钢:HRB335、HRB400等四、炼钢基本原理1、矿石→铁Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2,FeO+C=Fe+CO2、铁→钢:脱碳、磷、硫、氧,去除有害气体和夹杂;提高温度;调整成分。碳溶于铁的反应:FeC3=3[Fe]+[C]脱碳反应:O2+2C=2COO2+[Si]=SiO2O2+[Mn]=MnO2脱磷反应:2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO.P2O5)+5[Fe]脱硫反应:[FeS]+(CaO)=(FeO)+CaS2CaS+3O2=2SO2+2CaO脱硫、脱磷都需高碱度、大渣量,不同的是脱硫需要高温,低氧化铁,而脱磷则需要低温,高氧化铁。脱氧反应:O2+[Si]=SiO2O2+[Mn]=MnO22AL+O3=AL2O3….五、炼钢基本任务炼钢就是经过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质,再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素,使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。去除杂质:脱磷、脱硫、去除气体(脱氧、氢、氮)和非金属夹杂物。脱碳并将其含量调整到一定范围。调整钢液成份和温度。将钢液浇铸成质量合格的钢坯。1钢中硫硫在晶界产生低熔点的共晶化合物FeO-FeS熔点940℃,低于轧、锻温度1150左右,因此热加工时在钢坯内液体处开裂,称之为热脆。2钢中磷磷的突出危害是产生冷脆,在低温下,磷越高,冲击性能降低越大。3钢中氧一般测定的钢中的氧是全氧,包括氧化物中的和溶解的氧,使用浓差法定氧时测定钢液中溶解的氧,在钢坯、材取样分析的是全氧。在标准中一般不规定含量值。4钢中氮在低碳钢中,增大氮会降低冲击值ak,产生老化现象。5钢中氢钢中氢可使钢产生白点(发裂)、疏松、气泡,使钢变脆。6夹杂物随着科学技术和经济的发展,人们对钢的纯净度要求越来越高。由于生产过程环境及工艺自身的影响,钢中存在非金属夹杂物是不可避免的。非金属夹杂的存在破坏了钢的连续性和致密性,对钢的性能有着重要的影响,甚至是决定性的影响。所谓洁净钢或纯净钢是指钢中纯净度控制严格,杂质元素[S]、[P]、[H]、[N]、[O]含量低,总量在100ppm以下;而且要严格控制钢中非金属夹杂物,数量少、尺寸小、形态要控制为点球状不变形夹杂,洁净钢高。夹杂物分内生夹杂物、外来夹杂物钢中内在夹杂的主要来源是:冶炼过程元素被氧化及脱氧形成氧化物。内生夹杂物的特征是:分布相对来说较均匀、颗粒相对而言较细小、较晚形成的夹杂物多沿初生晶粒的晶界分布广义上讲,把浇注过程中钢水与空气、耐火材料、炉渣之间的相互化学反应生成的氧化产物.使钢水重新被污染的过程叫二次氧化。留在钢中的二次氧化产物一般称为外来夹杂。冶炼洁净钢应根据品种和用途要求,在铁水预处理-炼钢-精炼-连铸的操作都应处于严格的控制之下,炼钢环节主要控制技术如下:(1)铁水预处理,入炉铁水硫含量应小于0.005%甚至小于0.002%。(2)转炉复合吹炼和炼钢终点控制,改进脱磷条件,提高终点成分和温度一次命中率,降低钢中溶解氧含量,减少钢中非金属夹杂物数量。(3)挡渣出钢,防止出钢下渣可避免回磷和提高合金吸收率。(4)钢包渣改质,出钢过程向钢流加入炉渣改质剂,还原FeO并调整钢包渣成分。在实际生产中,由于钢中非金属夹杂的存在,还会产生一些现场废品和质量降级的判断,造成企业的经济损失,因此,对于连铸坯中的非金属夹杂研究必须给予高度重视。碳(C):是对钢的性能影响最大的基本元素。若多炉浇注时,各炉之间钢水中碳含量差别要求小于0.02％。钢中C=012～0.17％,连铸坯易产生纵裂、角裂,甚至造成漏钢事故。为了减少这类钢对裂纹的敏感性,一般在保证机械性能的前提下,把钢的含碳量控制在0.16～0.22％范围内,而把锰(Mn)含量提高到0.7～0.8％。有害元素(硫S、磷P)含量:S、P是由原料中带入的。S对钢的热裂纹敏感性有突出的影响,S大于0.025％时,钢的延展性有明显的下降,铸坯裂纹加重;P会使钢的晶界脆性增加,裂纹敏感性增强。因此,对于连铸钢水要求S小于0.03％,最好S小于0.025％,或S+P小于0.05％才能防止铸坯产生热裂纹。硅(Si)、锰(Mn)含量控制:硅、锰含量既影响钢的机械性能,又影响钢水的可浇性。首先要求把钢中硅、锰含量控制在较窄的范围内(波动值Si±0.05％、Mn±0.10％),以保证连浇炉次铸坯中硅、锰含量的稳定。其次要求适当提高Mn／Si比。Mn／Si大于3.0,可得到完全液态的脱氧产物,以改进钢崐水的流动性。因此,在成份规格范围内,调整Si、Mn含量,保持Mn／Si大于3.0,以改进钢水的可浇性,这是连铸硅镇静钢的一个特点。钢中锰能抑制硫的有害影响,消除[S]的热脆倾向,增大Mn/S可有效降低裂纹敏感性。MnS的熔点是1610℃。残余元素含量:钢中残余元素如铜、锡、铅、锑等,一般是由废钢带入的,而在冶炼中不能去除而残留在钢中。连铸坯在冷却过程中由于铁的氧化,这些元素在晶界富集,造成铸坯表面裂纹。因此应精选废钢或废钢搭配使用,控制钢中铜小于0.2％,锡、砷、锑含量小于0.10％。微量元素:为了改进钢的使用性能,出钢合金化时,有意加入微合金元素,使其在钢水中保持其一定含量,如钢中含有微合金元素铌Nb、钒V,可提高钢的韧性,增加抗硫化氢腐蚀能力。7钢中残余元素及其对钢性能的影响1)残余元素在钢中的偏析许多残余元素在钢中是以偏析的形式存在并发挥作用的。除周期表中与铁靠近的几个过渡金属镍、钴、钨、钼、锰、铬外,多数残余元素在钢中均有较强的偏析能力;这种元素的偏析过程,既能够发生于钢液的凝固过程,也能够发生于随后的固态相变,后者需要较长的扩散时间。不同的残余元素其偏析能力能够用偏析系数定量比较,凝固偏析系数取决于残余元素在固相和液相两相之间的分配因数,一般先结晶的固相中含有残余元素较少,而后结晶的部分所含残余元素较多,最后形成典型的铸锭偏析宏观结构。不同残余元素在钢中的凝固偏析因数见表1,它是一个无量纲量,等于Δc/c,即不偏析时,偏析因数为零。

在正常凝固条件下,凝固偏析因数小于0.5一般不会产生严重的宏观偏析,因此在铸锭的冒口部分主要偏析元素是硫、磷、碳,其次有锑、氮、砷、氢、锡,相应这一部分材料的硬度也将高于铸锭的其它部份。相应于凝固偏析,残余元素在固态相变或加热中,也可能产生晶界偏析,钢的第二类回火脆性主要就是磷、锡、砷、锑在晶界上偏析脆化引起的。与凝固偏析相比,由于残余元素只能做近程扩散,因此这种偏析一般需要特定的温度和时间,偏析的位置一般在原始奥氏体晶界等晶体缺陷位置。几种残余元素在晶界上的晶界富集因数亦列于表3,它是一个无量纲量,定义为晶界浓度与晶内浓度之比。根据Seah-Hondros模型,晶界富集因数与残余元素在钢中溶解度成反比。利用经验关系lgβ＝algcm+b,如果知道一种残余元素在钢中的固溶度,就能够大致估计它的晶界富集因数。式中β为晶界富集因数,cm为残余元素的溶解度,a和b均为常数,其中a＝-0.868,b＝0.898。表1残余元素在钢中凝固偏析的倾向和晶界富集因数元素名称凝固偏析因数晶界富集因数硫0.9825000磷0.87200～750碳0.8710000锑0.801000氮0.72—砷0.70250氢0.68—锡0.50250～750铜0.44100～200镍、钼0.20—锰0.16—钨0.10—钴0.10—铬0.05—钢中第三组元对残余元素在晶界偏析的影响很大,根据Guttmann的工作,镍、锰、铬、钒、钨、钼、钛、锆对磷偏析的影响依序增强。而镍、铬对锑在钢中的偏析程度亦有相当加强。由于硅、锰对残余元素在晶界偏析的影响很大,在现代超纯净钢概念中,已将硅、锰列入应控的杂质元素,含量可控制在0.05%以下。2)残余元素对钢材高温塑性的影响在生产实践中,人们早已发现钢材的热加工性能与钢中的残余元素硫及铜含量有重要关系,钢中这些残余元素含量一旦升高,钢的锻造性能或热轧性能将严重恶化,即所谓热脆现象。由热力学数据可知,所有全保留残余元素在合适的氧化性气氛下加热,由于选择性氧化的结果,均会富集于钢的表面。这由于伴随铁的氧化及氧的扩散过程,未发生氧化的残余元素将逐渐沉积于金属基体与氧化皮的界面,钢材加热时间越长,氧化皮亦越厚,相应在表面富集的残余元素也将越多。除了铜以外,大部分富集的残余元素会逐渐溶入钢材的表面形成富集层而不是形成低熔点液相。然而,由于铜在钢中的溶解度低,生产中经常能够发现钢表面有时能够形成一层沉积铜。如果钢的热加工(锻造或热轧)温度在铜的熔点(1083℃)以上则表面沉积的这层铜将形成液膜,将润湿钢的表面并沿晶界向钢内部浸润,最后导致严重的铜裂,这是当前已发现的最严重的加工热脆性机制之一。铜在钢表面富集的程度,取决于钢中的残铜量和钢坯加热时的氧化程度,对传统的铸锭工艺,钢材从开坯到最后成型一般至少要经二次高温加热时程,而当代连铸工艺中,连铸坯在步进式连续加热炉中长时间的高温氧化条件都有助于产生铜脆现象。由于钢材的正常轧制和锻造温度区间一般在1000～1150℃,恰好落在铜的熔点范围。减轻铜脆的一个有效途径是提高铜合金的熔点,其中镍和钼最为有效,如果钢中残余元素仅有铜,则只要残量大于0.35%,在正常轧制条件下,轧坯表面即会出现严重的铜裂;作为对比,如果钢中含少量镍或钼,其含量为铜含量的一半,则含铜0.75%的钢也能够顺利地进行热轧。反之,钢中残余元素锡、砷、锑均会降低铜的熔点从而加强铜脆敏感性。然而如果钢中没有铜,这些残余元素在微量情况下,对钢材热塑性并未表现有显著影响。由Fe-Cu-C三元相图可见,钢中碳含量越高,奥氏体中铜的溶解度越低,表现为铜脆敏感性也越高,另外,钢中碳含量较高,有助于氧化下富集的铜层不发生氧化。钢中硫含量过高时在热加工中亦会引起严重的热裂,但它不是从表面,而是从内部分生开裂,其原因是生成液相的FeS,其熔点仅为816℃,这种低熔点相对钢奥氏体晶界有很好的润湿性,因此这种热裂是一种沿晶裂纹,钢材热加工温度如低于816℃,FeS为固相则不存在热裂,反之如果热加工温度高于1038℃,FeS将在铁中重溶,只有在816～1038℃区间,含硫钢才进入热脆区。钢中添加足够的Mn元素,将与硫形成高熔点MnS,可有效降低或消除由硫引起的热脆。对普碳钢,钢中碳含量为0.2%时,热脆最为严重,碳含量低于0.2%或高于0.2%均可使钢的热塑性提高。3)残余元素对钢回火脆性的影响合金钢中存在的微量残余元素是产生第二类回火脆性的主要原因,在中温回火脆性区,残余元素有足够的扩散能力,如果有足够长的时间这些残余元素将逐渐由晶内向晶界偏析,最终导致晶界脆化。在力学性能上,反映为钢的韧—脆转变温度上升和冲击功下降,在冲击断口上,以沿晶断裂为其微观特征,用俄歇电镜分析能够发现在断口表面,有高浓度的残余元素富集。钢中含有硅及锰元素时,将大大促进残余元素引起的第二类回火脆性。这可能是由于硅、锰促进残余元素在钢中的扩散及偏析能力。相反,钢中如果添加适量的钼,一般为0.2%～0.5%,则可有效地抑制第二类回火脆性。引起第二类回火脆性的残余元素为磷、锡、砷和锑,其影响强度亦按上述次序递减,其原因可能与不同元素在钢中的扩散和偏析能力以及它们在钢晶界上的行为有关。一些研究结果表明,能够用加权因数来评价残余元素对回火脆性的影响,不同钢种各元素的加权因数亦不同。采用经验公式:K＝(Mn+Si)(10P+5Sb+4Sn+As),式中浓度采用重量百分比含量能够定量估计残余元素对回火脆性的影响,式中K值可定义为纯净度。由于一般锡、砷、锑的加权因数均小于磷,故可将四种残余元素的总量加和,作为钢材纯净度的一个指标。为了有效防止第二类回火脆性,对于优质大型发电机转子用钢35NiCrMoV,纯净度控制在K＝(1.6～4)×10-3能够有效地避免第二类回火脆性。由于第三组元对残余元素晶界偏析致脆的促进作用,这里特别强调应严格控制钢中的硅、锰含量。锰含量将涉及钢的精炼及脱氧工艺的改进。上述四种残余元素中,只有磷在炼钢时能够除去,其余三种都是属于全保留元素。当前由于尚无满意的技术能够经济地除去这些残余元素,随着废钢的多次循环,这些元素的残量在钢中将逐渐增多,这种工业污染将导致下个世纪全球钢材性能的逐渐退化,因此如何控制含锡废钢的使用,如何对高锡或高砷钢水进行预处理,如何有效控制钢材的工业污染问题,即纯净钢工程,应研究其有效对策。4)残余元素对钢材抗腐蚀性能的影响从热力学分析,钢水中所有全保留残余元素均倾向于减小钢在氧化性酸中的腐蚀速度。其原因是这类元素的氧化势要低于铁,随着钢的选择性溶解,钢中残余元素将逐渐在钢表面沉积,由此逐渐减小钢的腐蚀速度。钢中残铜量如量超过0.15%,则酸浸后能够见到钢表面沉积一层粉红色的铜层。然而,残余元素对钢材耐蚀性的益处在实际使用中并无明显作用,相反残余元素在钢材酸洗过程中却常引起不必要的麻烦。与酸蚀情况不同,残余元素能够有效地提高钢材抗大气腐蚀的能力,这是因为它们可有效地影响钢材表面的锈蚀机制,不含残余元素的钢材在户外锈蚀,表面会形成一层松软的黄色锈层,这种多孔的松软锈层很容易吸水,且一旦吸水,很难干燥。这种锈层的形成,不但没有任何保护作用,相反会加快进一步的锈蚀进程。钢中含有少量铜、磷、镍、铬等残余元素,在大气腐蚀条件下,表面将形成一层较硬的黑色锈层,与钢的粘着性好,且非常致密,不吸水,这种致密连续的锈层,对钢进一步锈蚀,具有保护作用。在大气腐蚀情况下,钢材锈蚀的主要原因是在自然条件下表面存在水膜,而无水的干燥条件下,钢材不锈蚀。钢中残余元素的作用恰恰能够延长钢表面处于干燥状态下的时间,如果钢表面只是偶然被浇湿,则这种作用就尤为明显,室外挂片试验的结果表明,钢中只要有残量铜(0.05%)就可明显降低锈蚀速率,在磷与铜共有时更为有效。由于铜对钢材耐蚀性方面的有利作用,当前部分钢种采用铜作为合金元素。特别是耐大气腐蚀钢的磷铜钢。然而,由于钢中的铜不能在冶炼中除去,是否在冶炼中加铜来生产耐蚀钢,则是应当仔细研究的问题。5)钢中残余氮和氢钢中残余氮主要以两种形式存在,一种是与残余铝形成AlN,由于这种弥散的AlN粒子能够钉扎奥氏体晶界,使之不易长大,因此用铝脱氧的钢为本质细晶粒钢。对于纯净钢,由于采用超纯净冶炼、真空碳脱氧等一系列工艺手段,钢中残余氧和氮很低,而无须采用铝脱氧,这时对纯净钢来讲,由于钢中残余AlN过低的情况下,热加工时应研究如何减小奥氏体晶粒粗化倾向。另一种是残余氮作为固溶原子吸附在位错线上,它是低碳钢屈服及应变时效钢的主要原因之一,如果在钢水中将残余氮除得很低,或添加足够的活性元素钛,钒或铌捕集这些固溶氮,就能够得到无应变时效钢,这对冷轧钢板的冲压成型工艺性能十分有利。尽管已有不少关于钢中微量氮的研究,但它对钢材力学性能的影响依然有许多工作要做。钢中残余的氢会引起高强度合金钢的延迟破坏,这种破坏形式与氢在钢中的快速扩散和在缺陷位置的局部富集有关,避免钢中的白点历史上曾经是高强合金钢生产的主要关键之一。当代由于转炉强沸腾冶炼及钢水真空处理,钢中残氢含量已降到(2～3)×10-6,因此钢中氢造成的损坏大部分是由于环境渗氢而引起。钢中15种常见的残余元素,这些元素在炼钢过程中分为全保留和部分保留元素,其中8种全保留元素,由于炼钢时不能除去,将随废钢的循环在钢中逐渐积累。在8种全保留元素中镍、钴、钨、钼能够提高钢的淬透性,属于有益元素;铜一方面能够引起钢材高温热加工时的铜脆,但另一方面又能够提高钢材耐大气腐蚀的能力,而钢中残余的锡、砷、锑属于有害元素,它不但在钢中加强铜脆,更重要的是它会导致合金钢的第二类回火脆性。在7个部分保留元素中碳、锰、硫、磷是常规控制元素,氮有利于钢奥氏体化时的晶粒控制,但同时也会引起钢的应变时效现象。钢中的氢是一种有害无益的元素。控制钢中的残余元素的含量,是代表现代炼钢工业的先进水平标志之一。六炼钢原材料炼钢选用原材料的原则:国内外大量生产证明,贯彻精料方针是实现转炉炼钢过程自动化的和提高各项技术经济指标的重要途径,原材料主要由:铁水、废钢、造渣材料、铁合金、和氧气等。合理的选用原材料是根据冶炼钢种、操作工艺及装备水平使之达到低的投入,高质量产出的原则。1、原材料(1)金属料铁水,一般允许装入量是总金属料的70%以上,[Mn]/[Si]为0.8～1.0时对冶炼的操作控制最有利。废钢,一般允许装入量不超过总金属料的30%。铁合金:硅铁、锰铁、硅锰合金、硅钙钡等(2)非金属料造渣材料:石灰主要成分CaO:要求CaO≥85%,SiO2≤2%,S＜0.2%,块度为mm。白云石要求:MgO≥20%,P、S含量低,块度为5-40mm生白云石的主要成分CaMg(CO3),焙烧后为熟白云石,主要成分MgO、CaO,使用轻烧白云石最理想。萤石(主要成分CaF2),CaF2≥85%,SiO2≤4%,S＜0.2%,块度为5-40mm。氧化剂:氧气,含氧量99.5%以上。冷却剂:废钢、生铁块、铁矿石、氧化铁皮增碳剂:碳粉等2耐火材料2.1耐火材料分类酸性耐火材料、碱性耐火材料、中性耐火材料2.2耐火材料性质耐火度和荷重软化点、高温抗折强度、热震稳定性、气孔率和密度、抗渣性。2.3连铸用耐火材料包括钢包用耐火材料、中间包用耐火材料和功能用耐火材料。钢包用耐火材料由永久层、工作层、渣线层、包底层组成。中间包用耐火材料由保温层、永久层、工作层、包底层组成。工作层一般采用涂料和绝热板。第一炼钢厂采用的是涂料中间包。功能用耐火材料钢包用长水口、透气砖;中间包用浸入式水口、定径水口、塞棒。七、氧气顶吹转炉设备氧气顶吹转炉炼钢工艺设备主要有以下四个系统构成:1转炉炉体与倾动系统(1)转炉炉体金属结构包括炉壳、托圈、耳轴、轴承座等四部分。(2)转炉炉型是由耐火材料所砌成的炉衬内型,俗称转炉”炉膛”的形状。按金属熔池形状的不同,转炉炉型可分为筒球型、锥球型、截锥型。(3)熔池直径D=k(G/t)1/2其中k:比例常数一般取1.85～2.3,下限适于大炉子,上限适于小炉子。G:转炉装入量,t:转炉供养时间。(4)熔池深度H,近似计算公式筒球型:H=(V+0.046D3)/0.79D2,大型转炉多采用这种炉型。锥球型:H=(V+0.0363D3)/0.70D2截锥型:H=V/0.574D2,小型转炉多采用这种炉型。其中D:熔池直径mV:金属熔池体积m3(5)公称容量:又称公称吨位,有三种说法:铁水废钢平均加入量,平均出钢量,平均产良坯量,中国一般采用平均出钢量为炉子的公称容量。(6)炉容比:转炉有效容积V与公称容量T的比值。炉容比过小,会使喷溅和对炉衬的侵蚀加剧,使供氧强度的提高受到限制;过大,设备厂房投资过大。一般情况下,在0.85～1.05m3(7)高宽比:指转炉总高度H总与炉壳外径D壳的比值。在1.35～1.65之间,大炉子取下限,小炉子取上限。(8)出钢口尺寸出钢口位置:炉帽与炉身的连接处。出钢口角度:指出钢口中心线与水平线的夹角,一般为15～25°,出钢口直径:d=(63+1.75T)1/2,其中T为转炉的炉容量。(9)倾动机构倾动机构类型:落地式倾动机构、半悬挂式倾动机构、全悬挂式倾动机构2原材料供应系统铁水、废钢、造渣材料、铁合金等原材料供应。铁水有铁水罐车、混铁车(鱼雷罐车)、混铁炉供应方式,铁水罐车供应的特点是设备简单、投资少,但热损失严重,粘罐现象较严重。混铁车(鱼雷罐车)供应投资比混铁炉少。以上两种方式在储存、混匀铁水的作用都不如混铁炉。混铁炉的容量一般是转炉吨位的整数倍,并与高炉出铁量相适应,混铁炉作用是:Ø衔接高炉与转炉的铁水供应Ø贮存铁水,稳定转炉的生产节奏Ø均匀铁水成份Ø均匀铁水温度3供氧(氮)系统(1)制氧系统:制氧机、低压储气罐、压氧机、中压储气罐、供氧管道等。(2)氧枪:拉瓦尔型喷头、枪身、枪尾。拉瓦尔型喷头是一个先收缩后扩张的喷嘴,由收缩段、喉口、扩张段三部分组成。(3)副枪:快速检测熔池温度、定碳、氧含量、液面位置及取样。4烟气净化与煤气回收系统转炉烟气处理方法有燃烧法、未燃法。转炉烟气净化方法分为:全湿法、干湿结合法、全干法。未燃全湿法(OG法)烟气净化设备:烟罩(分活动、固定)、烟道、预热锅炉、文氏管、脱水器、除尘风机等。煤气回收系统:静电除尘器、煤气柜、、水封器、烟尘及污水处理。转炉烟气中含有大量的一氧化碳,如果采用未燃法,一氧化碳在烟气中的含量随着冶炼时间而增加,达到峰值后又渐渐降下来。含量最高可达到90%,平均70%左右,当一氧化碳含量在60%左右时,其热值可达到8000kJ/Nm3,转炉烟气的温度为1450℃,最高可达到1600图1石钢30t转炉煤气净化回收系统流程图

1汽化冷却烟道2溢流文氏管3一级弯头脱水器4R-D可调喉口文氏管5二级弯头脱水器6水雾分离器7鼓风机8液力偶合器9电机10三通网11回转水封12U形水封13煤气柜14烟囱15排水水封;流程简述:转炉冶炼过程中产生的烟气经炉口活动烟罩捕集到汽化冷却烟道,由汽化冷却烟道出来的高温烟气经水冷夹套(内有喷嘴),手动可调溢流文氏管后,烟气饱和并降温到70℃,经过一级90°弯头脱水器,烟气得到初步净化。饱和后的烟气经R-D可调喉口文氏管、二级90°弯头脱水器及水雾分离器,烟气进一步被净化,而符合排放标准。净化后的烟气经室外管道流入煤气风机,当烟气成分中氧含量＜2%、一氧化碳含量＞30%时回收入煤气柜,否则放散。

为保证煤气回收的可靠性和安全性,达到良好的回收目的,设计中考虑了一系列连锁控制:氧枪和烟罩的连锁;锁;回收和放散切换的自控和连锁;罩口微差压调节系统与冶炼操作的连鼓风机调速与冶炼操作的连锁;煤气柜高低位连锁;水封逆止阀与三通阀的连锁等八、氧气顶吹转炉工艺转炉工艺氧气顶吹转炉系统工序主要由装入制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点控制及脱氧合金化等五大制度,以及钢包精炼、溅渣护炉和炉体维护主要工序组成。吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化冶炼过程大致分成三个阶段:⑴吹炼前期:指Si、Mn氧化期。这一阶段中,应设法提前化好渣(形成一定碱度、一定(FeO)和(MgO)的流动性良好的初期渣)和均匀升温,有利于去S、P和减小初期酸性炉渣对炉衬的侵蚀。⑵吹炼中期:指C氧化期。C激烈氧化,致使渣中(FeO)含量降低,容易出现炉渣”返干”,并会引起喷溅。同时,C—O反应给脱S、P创造了有利的动力学条件。⑶终点控制:在拉碳的同时,确保P、S含量和温度符合钢种的出钢要求;控制好炉渣的氧化性,使钢液中含氧量适宜,以保证钢的质量。炼好钢,首先要造好渣,才能达到C符合钢种要求范围,去除S、P有害元素,以及调整到合适的出钢温度。装入制度:装入制度是指转炉合理的装入量和合适的铁水与废钢之比。装入量的选择依据:(1).炉容比(V/T):指炉子的有效容积(V)与平均出钢量(T)之比,单位是m3/t。(2).合理的熔池深度(3).与连铸浇铸及设备的匹配国内外经常采用的装入制度:(1).定量装入制度(2).定深装入制度(3).分阶段定量装入制度根据炉役情况,转炉基本实行分阶段定量装入制度,根据铁水成分和热富裕程度,适当调整铁水和废钢的入炉比例。2．供氧制度:Ø供氧制度是指把氧气流股最合理地喷向熔池,使氧流与熔液间的物理化学反应具有良好的条件。所研究的内容包括供氧强度,供氧压力,枪位高低和喷嘴结构等方面。Ø氧气流量:指单位时间向熔池供氧的数量。氧气流量(m3/min)=每吨金属耗氧量(m3/t)×出钢量(t)/供氧时间(min)Ø供氧强度:指单位时间内,每吨金属的耗氧量,即每吨金属的氧流量。供氧强度(m3/t.min)=氧气流量(m3/min)/金属耗装入量(t)Ø氧枪:是向熔池供氧的主要设备,包括枪身和喷嘴(喷头)两部分。喷嘴是将高压低速气流转化为超音速氧射流的设备,是一种压力——速度的能量转换器。我厂当前采用的四孔氧枪喷嘴的喉口直径是20.6mm,马赫数为2,枪孔中心线与氧枪中心轴线夹角是11°。当前国内小炉子供氧压力为0.5-0.8Mpa,大炉子供氧压力为0.85-1.1Mpa。Ø氧气流股对熔池的作用⑴直接传氧:氧气被金属液直接吸收。⑵间接传氧:金属液被氧气氧化,生成(FeO),一部分(FeO)又被氧化成高价氧化铁。Ø枪位对炉渣中FeO含量及熔池温度的影响⑴枪位与FeO的关系为增加渣中(FeO)含量,往往降氧枪适当提高一些;反之,可采取低枪位操作。⑵枪位与熔池温度的关系枪位较低,对熔池搅拌作用强烈,反应速度快,吹炼时间短,熔池升温速度加快,温度较高;枪位较高时,对熔池搅拌作用较弱,反应速度缓慢,吹炼时间延长,熔池升温速度慢,温度较低。枪位确定的经验公式为:H=(25-55)d喉H:氧枪喷头距熔池液面的距离,mmd喉:氧枪喷头喉口直径,mmØ供氧操作:当前有:恒压变枪、恒枪变压、变压变枪三种操作类型。恒压变枪:供氧压力不变,枪位高低变化。当前国内广泛采用的供氧操作。恒枪变压:枪位不变,调节供氧压力大小变压变枪:在一基本枪位的基础上,调节枪位、供氧压力,达到顺利冶炼的目的。由于变压变枪所产生的效果相互影响,操作中不易做到精确控制。一炉钢的吹炼一般分三个阶段,各阶段的脱碳反应规律如下:氧气顶吹转炉炼钢过程中碳氧反应主要是在三相乳化液中进行,速度很快,这是转炉炼钢的特点之一,在转炉炼钢过程中的脱碳过程大致分为三个变化期。第Ⅰ期(硅锰氧化期),脱碳反应速度随着吹炼的进行而不断加快。虽然这时金属中含碳量很高,有利于碳的氧化反应,因为此期温度低、硅锰含量高,而且硅、锰与氧的亲和力大,因此此期以硅、锰的氧化为主,同时经过氧化放出热量使熔池的温度逐渐上升,而脱碳速度随着温度的上升和硅锰含量的下降而逐步提高;第Ⅱ期(碳氧化期)脱碳速度稳定,因为此期的熔池温度已提高到1450℃以上,硅、锰已被大量氧化,熔池内硅、锰所剩无几,此时碳处于活泼状态,加之由于碳氧反应产生的沸腾引起的强烈搅拌形成的乳浊液,更使脱碳速度大为加快,因此此期主要是碳的氧化,其反应速度快而稳定,脱碳速度大小取决于供氧强度;第Ⅲ期(冶炼后期)碳的氧化速度呈直线下降,因为此时碳经过第Ⅱ期的剧烈反应后已经下降到较低的水平,到达反应界面的碳大为减少,使脱碳反应变得困难,脱碳速度下降,这时碳的氧化速度与吹炼初期相似,但取决于碳的浓度和扩散速度,并与含碳量成正比。根据生产节奏和生产需求灵活控制供氧强度,当前20吨转炉的冶炼周期为21～23分钟,40吨转炉的冶炼周期为23～25分钟。20吨转炉的供氧冶炼时间为12～13分钟,40吨转炉的供氧冶炼时间为13～14分钟。3．造渣制度:炼好钢首先要炼好渣,所有炼钢任务的完成几乎都与熔渣有关。炼钢造渣的目的是①去除钢中的有害元素P、S②炼钢熔渣覆盖在钢液表面,保护钢液不过度氧化、不吸收有害气体、保温、减少有益元素烧损。③吸收上浮的夹杂物及反应产物。④保证碳氧反应顺利进行。⑤能够减少炉衬蚀损。造渣制度是研究造渣方法,加入渣料的种类、时间和数量,以及如何快速成渣,达到最大限度地去除钢液中的S、P,缓和冶炼过程中的造渣速度与脱C速度之间的矛盾,在极短的时间内造出具有一定碱度及氧化铁含量、适当粘度和数量的炉渣的操作工艺。Ø炉渣在冶炼过程中的作用Ø炉渣的主要性质⑴炉渣碱度:渣中全部碱性物与全部酸性物之比,R=CaO%/SiO2%。⑵炉渣的氧化性:一般见渣中含氧化铁的多少来衡量。⑶炉渣的熔化温度:炉渣的熔点一般是指完全转变成均匀熔体状态时的温度,或在冷却时开始析出固体物时的温度。⑷炉渣的粘度:炉渣流动性的好坏是以粘度来表示的。⑸炉渣泡沫化:使气-渣-金属间界面得到很大提高,从而加速了炉内化学反应速度,能获得良好的冶金效果。Ø炉渣的形成Ø原则是”初期早化渣,过程渣化透,终渣物化,出钢挂上”。⑴成渣过程⑵加速石灰熔化的途径转炉一般实行单渣操作。根据铁水成分中的硅、硫和铁水装入量配加石灰,提供合适的熔渣碱度(3.5左右),达到冶炼要求。渣料主要包括:石灰、白云石、铁矿石、萤石组成。石灰主要作用是经过化学反应去除铁水中的Si、P、S等元素。白云石主要用于调整熔渣中MgO含量,达到保护炉衬和溅渣护炉的终渣要求。铁矿石主样用于降温作用保证终点温度命中。萤石主要的作用是化渣,转炉需要造适当泡沫化的熔渣,萤石作为助熔剂的优点是化渣快,效果明显,一般不大于石灰加入量的10%,用量过多,对炉衬又侵蚀作用。渣料消耗主要受铁水和废钢的条件影响。铁水硅低、硫低渣料消耗就低。氧气顶吹转炉的首要任务,便是要求迅速造好具有一定碱度和氧化性、流动性良好和数量足够的熔渣。合适的碱性渣能够延长炉衬寿命、加速溶池中的传热与传质、有效地发展熔体的乳化、减轻喷溅并达到早期大量脱除磷和硫的目的。这些均要求块状石灰能迅速溶化,并形成适合以上要求的熔渣。因此,加速石灰的熔解过程是快速成渣的关键。吹炼初期,液态渣主要来自Fe、Mn、Si的氧化,渣量少而渣中SiO2的浓度很高。初期渣凝固试样的矿物组成是含FeO、MnO很高的钙镁橄榄石、2(FeO、MnO、MgO、CaO)*SiO2和玻璃体。大量的冷态石灰加入后,立即在石灰块表面生成一层渣壳。渣壳的加热和熔化需要一定时间(称为滞止期),对于40mm块度的石灰,滞止期一般约为50s。为了加速成渣过程,应该尽量缩短滞止期,可采用预热石灰的方法,即先加石灰后兑铁水。石灰渣化的机理是:开吹后,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,被这些氧化物包围着。被这些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,引起了石灰表面的渣化。这些反应不但在石灰块的外表面进行着,而且也在石灰气孔的内表面进行着。石灰在渣化过程中其表面会形成质地致密、高熔点的2CaO·SiO2,阻碍着石灰进一步的渣化。若渣中含有足量的FeO,可使2CaO·SiO2解体。MnO和Fe2O3同样也能够破坏2CaO·SiO2的生成。CaF2和少量MgO能够扩大CaO-FeO-SiO2三元系统的液区,对石灰渣化有利。在吹炼前期,由于(TFe)含量高,虽然炉温不太高,石灰也能够部分渣化;在吹炼中期,由于碳的激烈氧化,(TFe)被大量消耗,熔渣的矿物组成发生了变化,由2FeO·SiO2→CaO·FeO·SiO2→2CaO·SiO2,熔点升高,石灰的渣化有些停滞,出现返干现象。大约在吹炼的最后的1/3时间内,碳氧化的高峰已过,(TFe)又有所增加,因而石灰的渣化加快了,渣量又有增加。影响石灰溶解的因素3.1熔池温度一般,一定成份的熔渣当升高温度时能改进其流动性。这是因为升高温度可提供更多液体流动所需要的粘流活化能,而且能使某些复杂的复合阴离子解体,或使固体微粒熔化。可是对于不同成份的熔渣,粘度受温度的影响是不同的,适当提高熔池温度和加入熔剂能增加熔渣的过热度,以降低熔渣的粘度。3.2萤石萤石的主要成份为CaF2并含有少量的SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaCO3和少量P、S等杂质。萤石的熔点约930℃。萤石加入炉内在高温下即爆裂成碎块并迅速熔化,它的主要作用是CaF2与CaO作用能够形成熔点为1362℃的共晶体,直接促使石灰的熔化;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不但能够降低碱性炉渣的粘度,还由于CaF2在熔渣中生成F离子能切断硅酸盐的链状结构,也为FeO进入石灰块内部创造了条件。3.3FeO的作用FeO对石灰的溶解有较大的影响,FeO能显著地降低熔渣的粘度,因而改进了石灰溶解过程中的外部传质条件;在碱性渣系中,FeO属于表面活性物质,能够改进熔渣对石灰块的润湿程度和提高熔渣向石灰块缝隙中的渗透能力;FeO和CaO同是立方晶格,而且O2-、F3+、Fe2+离子半径不大,它在石灰晶格中的迁移、扩散、置换和生成低熔点相都比较容易,促进石灰溶解;FeO能减少石灰块表面2CaO*SiO2的生成,同时FeO有穿透2CaO*SiO2渣壳作用,使2CaO*SiO2壳层松动,有利于2CaO*SiO2壳层的熔化。3.4SiO2的影响在一定成份的熔渣中,增加SiO2(在不超过20%的范围内),能够使熔渣的熔点下降,粘度值下降,使熔渣对石灰块的润湿情况有所改进,从而导致石灰溶解的推动力Δ(CaO)的增大和熔渣对于石灰吸收活性的提高,但当(SiO2)超过最佳值时,它促进2CaO*SiO2的形成,因而阻碍熔渣向石灰块内的渗透。当(SiO2)超过30%时,由于形成大量的复合硅氧阴离子而使熔渣的粘度大大增加。3.5MgO的影响采用白云石造渣,使渣中MgO不超过6%的条件下,提高初期渣中MgO含量,有利于早化渣并推迟石灰块表面形成高熔点致密的2CaO*SiO2壳层,在CaO-FeO-SiO2三元系炉渣中增加MgO,有可能生成一些含镁的矿物,如镁黄长石(2CaO*MgO*SiO2,熔点1450℃),镁橄榄石(2MgO*SiO2,熔点1890℃),透辉石(CaO*MgO*2SiO2,熔点1370℃)和镁硅钙石(3CaO*MgO*2SiO2,熔点1550℃),它们的熔点均比2CaO*SiO2低得多。因此有利于初期石灰的熔化。可是这种作用是在渣中有足够的(ΣFeO),且(MgO)含量不超过6%的条件下发生的,否则熔渣粘度增大,影响石灰的熔解速度。3.6MnO的影响MnO对石灰溶解所起的作用比FeO差,仅在(FeO)足够的情况下,MnO才能有效地帮助石灰溶解,而当(MnO)超过26%时,如果(FeO)不足,反而会延滞石灰的溶解。Ø石灰加入量的计算当铁水含磷较低时(〈0.3%)石灰加入量=2.14×[Si%]×R×1000/CaO%有效(千克/吨铁)CaO%有效=CaO%石灰-RSiO2%石灰Si原子量28O原子量16当铁水含磷较高时(＞0.3%)石灰加入量=2.2×[Si%+P]×R×1000/CaO%有效(千克/吨铁)P原子量311千克硅生成SiO2:2.14千克1千克磷生成P2O5:2.29千克平均值:(2.14+2.29)/2=2.2Ø白云石造渣白云石加入量的计算白云石=渣量×终渣MgO的含量/白云石含MgO的含量×100%渣量可用每吨金属料所产生炉渣重量来称量,一般占金属料重量10～15%。4温度制度温度制度是研究炼钢过程中的热化学和温度控制的问题,而温度控制主要是指过程温度及终点温度的控制。Ø1出钢温度的确定t出钢温度=t凝固点+t出钢及过程温降+t浇铸所需过热温度Ø2转炉热量的来源与消耗转炉炼钢热量的来源主要是铁水的物理热和化学热。Ø3冷却剂的种类常见的冷却剂有废钢、铁矿石等。Ø4钢水温度控制钢水温度控制就是指对钢水终点温度和吹炼过程温度的控制。⑴影响钢水温度的主要因素①铁水的温度②铁水的化学成份③铁水和废钢装入量④停炉时间与炉龄⑤操作因素⑵吹炼过程的温度控制吹炼过程熔池温度过高、过低均不好:温度过高:难化渣,温度过高脱碳反应更为激烈,致使渣中FeO保持很低水平,使石灰溶解更加困难,甚至出现严重”反干”。炉衬侵蚀严重,白云石炉衬的耐火温度并不是很高的,炉温升高,炉衬软化趋势大,冲击侵蚀更加容易。末期去磷困难,脱磷反应对温度的敏感性较强,虽然末期渣的碱度高,但高温下磷的分配比下降,致使钢液中的含磷量较难降到要求以下。溶解于钢液中的气体增加,从而影响钢的质量。出钢钢水温度过高,容易造成浇铸事故。温度过低:温度过低,前期化渣不好,后期难造高碱度渣,影响脱磷及脱硫。为了提高炉温,要采用一些强制性措施,增加铁合金消耗、铁损增加。使吹炼时间延长。钢包温降有那些措施:(1)钢包内衬砌筑隔热层,减少散热。(2)钢包烘烤采用高效节能装置。(3)加快钢包热周转,红包出钢。(4)钢包加盖。(5)钢包钢水表面加保温覆盖材料。5．终点控制:终点控制主要是指终点的温度及成份的控制。Ø终点所具有的特点是:⑴钢中含C量达到所炼钢种的控制范围;⑵钢中含S、P量均低于规格下限所要求的值;⑶终点温度能达到确保顺利浇铸的温度。Ø1碳的判断⑴经过火焰来判断终点碳⑵以观察钢样火花和钢样表面来判断终点碳⑶高拉补吹法Ø2温度的判断⑴火焰判断⑵取样判断⑶热电偶测温终点控制主要是指终点温度和成分的控制。转炉兑入铁水后,经过供氧、造渣等操作,经过一系列物理化学反应,而达到该钢种所要求的终点成分和温度。20吨和40吨转炉的终点命中率分别在85％和75％左右。主要受铁水条件和操作工的技能影响。铁水、废钢等原材料条件好终点命中率的提高空间很大。终点是否命中主要依靠关键岗位人员的经验判断和使用测温枪进行测温后得到的温度值决定。6．脱氧合金化:把钢液中的氧去除过程,称之为”脱氧”。影响终点钢水溶解氧的主要因素:⑴钢中氧量主要与含碳量有关,即终点碳越低,钢中溶解氧就越高,后吹能使钢中氧含量剧烈增加。⑵在冶炼低C钢的条件下,还与炉渣中的氧化铁有关,钢液中的溶解氧随炉渣中氧化铁的增加而增多。⑶钢中的溶解氧随温度升高而增加。合金化:在炼钢的终点,与脱氧操作的同时,按钢种规定成份范围配加一定量的合金元素。沉淀脱氧的原理是:在冶炼终点时,向炉内或钢包内加入一些比铁更易氧化的元素,向Al、Si和Mn等元素,使之与钢液中的氧结合生成Al、Si和Mn的氧化物,并因不溶解于钢液而从中排除出来,达到脱氧的目的。各种元素的脱氧能力由弱到强顺序排列如下:Mn、Cr、Nb、Si、B、Ti、Al、Zr、Ca。脱氧合金的加入原则是先弱后强。钢包内的脱氧和合金化转炉采用的是沉淀脱氧的脱氧方式。沉淀脱氧是脱氧剂加入钢包钢水中,使溶于钢水中的氧结合成稳定的氧化物即脱氧产物,并与钢水分离排入熔渣中,从而达到降低钢水氧含量的目的。转炉冶炼终点命中后的下道工序就是脱氧合金化。终点钢水达到要求后经过出钢口炉内钢水流入钢包,在出钢过程中,经过合金流槽加入脱氧合金化所需的的预脱氧剂、合金、增碳剂、终脱氧剂等,使钢水成分和钢水氧含量控制在要求范围之内。在钢水出至钢包内2/3时,向炉内加入挡渣球和和出钢完毕后出钢口加挡渣塞防止炉内熔渣混入钢包。脱氧合金化控制直接影响到钢水的质量,是转炉炼钢的重要环节之一。主要受终点控制水平和关键岗位人员的操作技能影响。铁合金加入量的计算:铁合金加入量()=(元素中限成分-终点元素残余成分)÷(合金元素的含量×元素回收率)×出钢量7、吹损与喷溅转炉在炼钢过程中喷溅掉和烧熔损掉的金属量占入炉金属料量的百分比。其公式为:转炉吹损率(%)＝[入炉金属料(t)-出炉钢水量(t)]/入炉金属料(t)×100%。吹损组成:化学烧损、烟尘损失、渣中金属损失、机械损失吹损=(装入量-出钢量)÷装入量×100%减少吹损的主要途径:(1)精料方针,即减少渣量。(2)合理造渣制度:即早化渣、化好渣、降低终渣中的氧化亚铁和铁粒含量。(3)采用合理供氧制度、合理的装入制度,以减少金属喷溅。(4)采用热补偿技术,多加废钢,降低铁的化学烧损。(5)合理的复吹吹炼技术,改进溶池搅拌,降低终点渣中∑(FeO)。预防喷溅关键在于吹炼操作,避免导致喷溅的因素产生,主要有:⑴控制好熔池温度。前期温度不过低,中后期温度不过高,防止熔池温度突然降低,保证脱碳反应能均衡进行,消除爆发性脱碳反应。⑵控制好渣中∑FeO,不使渣中氧化铁过高。这样,在操作上前期枪位应偏低,避免渣中氧化铁积聚过多,炉渣发泡,一旦升温,脱碳反应加速,引起大喷。吹炼中期当炉渣已化时,一定要降枪,减少渣中氧化铁。⑶吹炼中途加料,尽量采用小批量多批次的办法,以避免熔池温度明显降低,而使渣中氧化铁升高。⑷炉渣不化,提枪化渣时,不要长时间在高枪位吹氧,否则,炉渣一化,氧化铁大量增加,引起喷溅。一旦发生喷溅,不能立即降枪,若此时降枪,脱碳反应更加激烈,反会加剧喷溅。应适当提枪降压,一方面减缓脱碳反应,另一方面,氧气流能够冲击炉渣,使气体排除,减轻炉渣发泡程度,当炉况正常时,才降枪恢复正常吹炼。8、铁水预处理比较铁水预处理、转炉、LF炉三个环节的脱硫条件。由脱硫反应式[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)看出:A铁水预处理采用石灰和镁粉脱硫时主要是利用渣的高碱度而且扒净脱硫渣;同时铁水中的碳、硅、氧等元素含量低,提高了铁水中硫的活度系数,故铁水脱硫效率高;而且铁水脱硫费用低于高炉、转炉和炉外精炼的脱硫费用。B转炉吹炼中由于整个过程是氧化气氛,(FeO)一直较高大于15％～20％,不利于脱硫反应进行,但转炉后期利用高温、高碱度和良好的炉渣流动性,改进动力学条件仍能够实现部分脱硫,脱硫效率仅为30％～40％。C由反应式看出只有脱氧良好、(FeO)极低的情况下才能有效脱硫,LF炉精炼经过加铝脱氧后使(FeO)〈1%形成还原渣,[Al]+[FeS]+(CaO)=(CaS)+(Al2O3)+[Fe],脱硫反应充分进行,脱硫效果好,能够实现深脱硫。铁水预处理脱硅、磷、硫。一般主要是脱硫。众所周知,硫在钢中是有害元素,钢中硫化物枝晶偏析是引起连铸坯产生内裂和外裂的内在根源,并影响到钢的表面质量、机械性能和加工性能,因此必须尽可能地加以去除。在转炉炼钢和钢水精炼中虽然能够脱硫,但难度大,作业时间长,与连铸不好配合,技术经济指标变坏,因此用低硫铁水炼钢更为合理。高炉炼铁的脱硫能力虽然比转炉炼钢强得多,可是要获得低硫铁水,必须精料,增加焦比,提高碱度,炉况难顺行,产量降低,而炉外铁水脱硫最为经济合理。这样,扩大了高炉炼铁对原材料的适应范围,而且石灰和焦碳耗量减少,铁水产量增加。转炉冶炼和钢水精炼的脱硫负担也减轻,减少渣量和喷溅,提高金属收得率和生产效率,提高产品质量,从而达到高效率、高质量、低成本,增强市场竞争能力。脱硫剂种类很多,当前国内外广泛使用的脱硫剂是镁、碳化钙和氧化钙三类,及由它们为主的按一定比例配制的混合脱硫剂。

镁系脱硫剂的反应速度快,脱硫效率高,不容易回硫,耗量小,渣量少,处理时间短,铁水温降小,对处理铁水的温度要求不严,优于其它类型的脱硫剂,但其价格昂贵,加工、运输、储存、使用都尚有安全问题,本设计乃选用涂覆其它物质的钝化镁粒和石灰的混合物质作为脱硫剂(投产初期用石灰作为脱硫剂),可取得较好效果。脱硫剂是碳化钙:CaC2+[S]=CaS+2[C])脱硫剂是氧化钙:CaO+[S]=CaS+(O)脱硫剂是镁:Mg+[S]=(MgS)(１)加入方式A镁焦钟罩法

这是一种早期使用的具有代表性的块状加入方法。是将渗有一定量镁的铸造焦置于一陶瓷或墨制成的钟罩内,然后一起插入到铁水中进行脱硫。钟罩四周有一定量的通气孔,镁焦遇到铁水,镁蒸发后从气孔逸出并上升,使水产生循环运动,加速了脱硫的进行。工业应用表明,在镁焦加入量为1.2kg/t铁水时,能够将硫从0.025%降低到0.006%。镁的利用率为61%,处理时间为10～20min。这种方法装置简单,投资少,脱硫稳定,适于要求连续供应低硫铁水的工厂。但工艺上存在缺陷,主要是开始插入镁焦时镁蒸气大量产生,逸出量大,难以控制,到后期脱硫速度又显著降低。另外在生产上,这种方法的投资少,但生产费用却很高。因此,随着喷吹技术的应用,这种方法已被淘汰。B喂丝法传统的喂丝方法效果并不理想。日本吴制铁所开发了一种新的喂丝工艺,是将按规定比例的镁粒和经过调整的石灰粉混合好后用铁皮包裹成丝状,以一定速度投入到铁水中。对90t铁水进行脱硫试验不吹气搅拌时脱硫到60%左右就停滞了,吹气的情况下,可将硫脱到30×10-6以下,镁的单耗为1.1～1.4kg/t。这种方法能够精确控制镁丝的加入量,同后面提到的复合喷吹很相似。不利的是镁丝的制作费用高。而从镁的利用率和残余的总硫量(［S］+浮MgS)角度来看,向铁水中喷吹镁粉比向铁水中添加固体镁料(镁焦等)有明显的优越之处。Ｃ喷吹金属镁粒法

应用喷吹技术后,人们提出了喷吹金属镁粒法。经过控制吹入镁粒的速度,使镁逐渐蒸发,保持稳定的蒸发速度,可提高镁的利用率。另外,由于载气对铁水有搅拌作用,能够促进反应物的传质和产物的排出。由于生成的镁气体对液体的搅拌强烈,顶吹时常发生喷溅。因此,一般顶吹时必须严格控制喷吹操作或采用斜插喷枪或侧吹法。由于金属镁极易氧化,故一般采用钝化镁粒(如裹盐镁粒)其粒度一般为0.5～2.5mm。芬兰拉赫厂的年统计表明,把含硫量为0.065%的高炉铁水处理为0.02%S的混铁炉铁水,镁的消耗量为0.7kg/t铁水,铁水平均温降5～15℃。这种方法的优点是处理时间短,可控性好,渣量少,铁损少,无环境污染。缺点是操作不当易造成喷枪堵塞和喷溅。对裹盐镁粒应用时,还要考虑吸湿性和流动性等问题。最重要的是镁的成本高,特别是七八十年代以来世界镁价逐年上涨,使其应用于铁水预处理受到限制,使得人们又开发了各种混合/复合喷吹法。Ｄ混合/复合喷吹法(２)影响镁脱硫的主要因素当今铁水预处理使用镁基材料脱硫多采用喷粉法,但由于喷粉机理和操作技术上的原因,操作结果往往难以估计。因此,冶金工作者对影响铁水喷吹镁脱硫效果的主要因素进行了不少研究。

A铁水中的氧含量

因为镁与氧的亲和力比硫大,因此镁先和铁水中的氧反应。在图3中,立山等认为阶段1镁主要消耗于脱氧和溶解,先用铝进行预脱氧时,能降低镁的消耗,并能缩短阶段1的时间。文献中指出铝预脱氧能减少镁的消耗,但对总费用的影响不大。由此看出,为提高镁的脱硫效果应尽量降低铁水中的氧含量。

B喷枪深度

喷枪插入深度影响镁的利用率和熔池的搅拌情况。喷枪插入浅,镁气泡来不及完全溶解就从熔池液面逸出,且熔池底部存在的死区较大。因此,一定的喷枪深度能够减少镁的逸出损失。但插入太深,会引起溶池的振荡,对铁水包底面冲击大而降低铁水包的寿命,喷吹速度大时振荡更为明显。

C铁水温度

因为镁的脱硫反应式(1)和式(2)是放热反应,温度升高不利于脱硫的进行,而且由于形成的气泡加大,铁水粘度降低,使气泡上浮速度增大,从而减少了镁在铁液中的停留时间而增加了镁从液面蒸发的损失。尽管温度升高传质系数增大,但总的看来,随温度的增高,脱硫率下降,镁的利用率减少。如W.Rekangel等分析镁焦脱硫温度的影响时,得出:对初始硫含量为0.02%的铁水,经过相同的处理,温度为1400℃的铁水终点硫含量为1250℃时的两倍。

D喷吹气体流量

喷粉冶金的优点之一是吹入的气体在其上升过程中带动液体运动,促进传质,使液体和反应剂充分混合,从而提高反应速度。喂丝和镁焦钟罩法表明底吹气能够缩短喷吹时间,提高效率,也是基于这一原因。但喷吹镁粉时,若气体流量过大,则镁气泡在铁液中的停留时间短,来不及完全溶解就到达溶池顶部而逸出,使其效率下降。因此,从提高镁的脱硫效果出发,应选择合适的气体流量和粉剂喷吹速度。

E带渣量

一定量的覆盖渣有利于减少镁从液面逸出。但高炉渣因为含硫高,碱度低,硫容量小,对脱硫极为不利。而且渣量过大,造成的铁损也大。故一般均要求尽量少带高炉渣,且最好在喷吹前进行扒渣操作。

F载气种类

从反应式(7)可看出氮气对镁而言不是惰性气体,在943.15K时镁与氮气的反应异常迅速。用氮气作载气喷枪易产生堵塞。而用天然气则存在着降低铁水温度的副作用,因此现在喷吹镁粒时一般不采用氮气而用氩气作载气,且要求尽量减少气体中的N2、O2、H2O等的含量。

另外,铁水初始硫含量、粉剂粒度、反应器形状等因素均对脱硫速度有影响。(３)镁脱硫率计算:镁脱硫的反应式是Mg+[S]=(MgS)镁脱硫率=1000×([S]前-[S]前)24/32镁粉中的镁含量×镁粉消耗量九、转炉炉龄、溅渣护炉耐火材料的分类酸性耐火材料:是ω(SiO2)>93%的氧化硅质耐火材料。碱性耐火材料:MgO或MgO和CaO为主要成分的耐火材料。中性耐火材料:与碱性渣、酸性渣都不易起明显反应的耐火材料。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、体积质量等。转炉炉龄是转炉炼钢厂的一项重要经济技术指标,在一定程度上反映出转炉炼钢厂技术操作和生产组织水平。1、炉衬损坏的原因:(1)废钢、铁水对炉衬冲击及机械磨损。(2)钢液、炉渣的搅动及气体冲刷。(3)炉渣对炉衬的化学侵蚀。(4)炉衬温度激冷、激热变化和组织变化的开裂剥落。(5)开炉初期的机械剥落。(6)衬砖内部的碳素的氧化。转炉采用溅渣护炉技术是提高炉龄、降低耐火材料消耗,提高作业率,降低成本的有效措施。该技术最先是在美国共和钢公司的大湖分厂(CreatLakes),由普莱克斯(Praxair)气体有限公司开发的。1991年美国LTV公司的印地安那哈鲍厂(IndianaHabor)成功应用于生产。此后广泛在美国、加拿大、日本等国的20多个钢厂采用,转炉炉龄提高了3～4倍,最高可达到`2万炉以上。溅渣护炉是日常生产中维护炉衬的主要手段,是利用MgO含量达到饱和或过饱和的炼钢终点渣,经过高压氮气吹溅,在炉衬表面形成高熔点的溅渣层,并与炉衬很好烧结附着,从而保护了炉衬砖,提高炉衬寿命。为了满足溅渣护炉的技术要求,必须减少炉渣的低熔点物相,提高炉渣的耐火度。影响终渣耐火度的主要物相是渣中MgO、TFe及碱度。造渣的首要任务是提高渣中MgO含量,以达到降低由氧化铁所形成的低熔点的影响,最终使炉渣适合溅渣护炉的要求,从而改进溅渣层的护炉效果。转炉冶炼造渣时应遵循”初渣早化,过程化透,终渣造粘,出钢物化”。溅渣操作步骤上一炉出钢完毕后将炉体摇正→氧氮转换开关切换至吹N2位→降枪溅渣→提枪→氧氮转换开关切换至吹O2位→倒除溅后残渣→下一炉加料。另外还要炉衬砖蚀损的部位和蚀损程度确定其它维护方法。一般用补炉料或补炉砖修补、喷补料进行喷补等技术对炉衬进行维护,以保持转炉的合理炉型。十、炉外精炼随着对钢质量要求越来越高,传统的炼钢设备和工艺难以满足要求,因而炉外精炼处理技术迅速发展。炉外精炼能够进一步完成脱碳、磷、硫、氧,去除有害气体;调整温度、成分,去除夹杂物或调整夹杂物性态,细化晶粒,添加特殊元素等任务。炉外精炼一般采取吹氩、喂丝,加热调整温度和造渣处理,真空处理等手段。当前,第一炼钢厂主要炉外精炼手段是钢包吹氩,个别钢种采用LF炉处理。钢水经过炉前脱氧合金化后在吹氩站要进行底吹或顶吹氩气操作。钢包吹氩搅拌是最基本也是最普通的炉外处理工艺。目的是为了均匀钢水温度、均匀钢水成分、促使夹杂物上浮使钢水洁净。当前转炉对大多数钢种要求吹氩时间≥3分钟(氩气压力:全程吹氩、底吹:压力0.2～0.35MPa;顶吹:压力0.17～0.25MPa)。几种常见的炉外精炼方法1、RH:真空循环脱气法DH:真空提升脱气法2、LF炉:钢包精炼炉,如配有真空盖可进行真空处理,称为LF-VD精炼法。ASEA-SKF法:瑞典钢包精炼炉。VAD法:真空脱气法。3、VOD法:真空条件下脱碳保铬,能够冶炼低碳和超低碳不锈钢种。AOD炉:氩氧精炼炉,能够冶炼低碳和超低碳不锈钢种。4、CAS法:密封吹氩,微调合金成分CAS-OB法:为补偿CAS法过程温降,在隔离罩处添加一支吹氧枪,OB是吹氧的意思。5、TN法:喷粉精炼法SL::喷粉精炼法,具有TN法的优点,设备简单,操作方便可靠LF炉称为钢包炉,是20世纪70年代初由日本开发成功的,现已大量推广应用,成为当代最主要的炉外精炼设备。LF炉经过电弧加热、炉内还原气氛、造白渣精炼、气体搅拌等手段,强化热力学和动力学条件,使钢水在短时间内达到脱氧、脱硫、合金化、升温等综合精炼效果,确保达到钢水成分精确,温度均匀,夹杂物充分上浮净化钢水的目的,同时很好地协调炼钢和连铸工序,保证多炉连浇的顺利进行。十一、夹杂物的控制控制钢中非金属夹杂的途径,是减少冶炼及浇注工艺操作过程中夹杂的产生和外来夹杂对钢水的污染,其次是设法排出已存在于钢水中的夹杂物。针对连铸板坯存在的非金属夹杂物,柳钢采取了如下措施:4.1挡渣出钢出钢过程中,钢渣落入钢包中会引起合金元素大量烧损,脱氧产物严重污染钢液,同时增加钢水回磷,因此在出钢过程中采用了挡渣帽和挡渣球分别阻挡前渣和后渣流入钢包中。试验证明,挡渣后,钢包中的渣子比未挡渣时减少65%,合金回收率提高了5%～18%,在一定程度上减少了脱氧产物对钢水的污染。4.2钢水在浇注前进行吹氩处理经过钢包底吹氩搅拌,不但促进钢水温度和化学成分的均匀化,而且也促使钢中夹杂和气体的排除。经测试,对25t钢包、22t钢水吹氩时间为2.5min,钢中氧化夹杂物平均减少23%。4.3实行注流保护,减少二次氧化有关文献指出,低倍检验出的大约40%的非金属夹杂物是钢液接触空气再氧化的直接产物。由于再氧化,钢包和中间包之间的大型夹杂物增加1.5倍,中间包与结晶器之间由于水口侵蚀,此种大型夹杂进一步增加2.5倍。因此,为了减少钢液在浇注过程中接触大气而产生的二次氧化,采用了长套筒水口对大包注流进行保护;中间包和结晶器之间采用了浸入式水口保护渣浇注,有效地防止了钢液的二次氧化,取样分析表明,采用注流保护的中间包钢液氧化夹杂物总含量比无保护的减少25%左右。4.4中间包内砌挡渣墙连铸中间包除了稳定地供给结晶器钢水外,还有分离钢中非金属夹杂物,净化钢液的重要作用。为了更有效地去除钢中的非金属夹杂物,在中间包设置挡渣墙是很有必要的。经过挡渣墙的阻挡改变了钢液的流动方向,有利于钢液中的夹杂上浮,提高了进入结晶器钢水的纯净度。对挡渣墙前后钢水取夹杂样进行分析后发现,采用挡渣墙能够去除钢中夹杂物平均为48.36%。(6对试样的平均数)

4.5采用钢水过滤器对于钢中的脱氧产物Al2O3直径一般只有3～5μn的细小夹杂物虽经过吹氩和中间包砌筑挡渣墙除渣措施后在短时间内靠上浮是很难的。钢水过滤器是一种去除Al2O3或簇状Al2O3的十分有效的方法。柳钢与北京钢铁研究总院共同研究开发了氧化钙陶瓷过滤器净化钢液技术,经过试验取样分析表明,在中间包内采用过滤器净化钢液,过滤后钢中夹杂物总量平均降低47.6%～76.8%,其中Al2O3平均降低47.51%,中间包水口结瘤,明显减少,20R钢板探伤一次合格率比未过滤的提高10.35%。4.6采用优质耐火材料许多文献报道,钢包内衬、中间包包衬、塞棒和水口等耐火材料是大型夹杂的重要来源,在外来大型夹杂中有70%～75%是来自耐火材料,这是由于钢液和钢渣中的某些成分与耐火材料产生理化反应的结果。根据物理化学分析［1］,当钢液含Mn量大于0.7%时,钢水中的Mn会与粘土砖中的SiO2产生化学反应,增加钢中夹杂。在柳钢生产16MnR的试验结果表明,中间包采用铝碳质耐火材料,钢板表面夹杂出现率为4.8%,比采用硅质耐火材料时降低17.6%,因此生产Mn含量较高的钢种时,应选用含碳较高的铝质或镁质等耐火材料代替硅质耐火材料,能够有效地减少钢板的夹杂废品。4.7采用性能相适应的保护渣连铸保护渣在结晶器钢液面上形成熔渣层使钢液隔离空气,保护钢液免受氧化,另外还具有吸收钢-渣界面处的非金属夹杂物,防止夹杂物在该处集聚,净化钢-渣界面的功能,柳钢在连铸板坯生产中曾试用过多种保护渣。各种渣的使用效果是不一样的。在使用性能良好的保护渣时,钢板表面无夹杂,专用板探伤合格率很高,但使用性能差的保护渣时,钢板表面夹杂较多,修磨率高达70%,因此,选用性能相适应的结晶器保护渣对减少连铸坯的夹杂,提高钢板实物质量是有帮助的。4.8喂稀土丝改变夹杂物的形状和分布由于稀土和钢中的硫和氧有极强的亲合力,能够生成稀土氧化物或稀土硫氧化物,钢中加入稀土元素后,有净化钢液,并使夹杂物变性的作用。对加入稀土钢和不加稀土钢进行试验,取样分析表明,钢中加入稀土后,钢中夹杂物大部分已球化,而未加稀土的钢中夹杂绝大部分以长条状沿轧制方向分布。同时加稀土的钢的力学性能有不同程度的提高,其中强度提高2.6%,塑性提高13.3%,常温横向冲击提高35.4%～40.7%。除上述措施外,在冶炼和连铸过程中减少后吹,保证钢包和中间包清洁干燥,避免中间包加铝块等,都是控制连铸坯夹杂的基本条件。十二、顶底复吹转炉1、顶底复吹转炉按底部供气的种类主要分两类(1)、顶吹氧气、底吹惰性或中性或弱氧化性气体的转炉。(2)、顶、底均吹氧气的转炉。2、顶底复吹转炉冶金特点。转炉工艺计算题1、冶炼某钢种,其成分是C0.12～0.18%、Mn1.0～1.5%、Si0.2～0.6%。采用Mn-Fe合金化,其含Mn68.5%,Mn的收得率85%,冶炼终点钢水残锰0.15%。出钢量为120吨。求该炉钢Mn-Fe合金的加入量是多少?答案:Mn-Fe合金加入量答:Mn-Fe合金加入量是2267Kg。2、冶炼20MnSi,本炉装入量铁水140t,废钢l0t,吹损为10%,使用合金成分为”硅铁:含Si:75%;锰铁含Mn:70%,冶炼终点残Mn为0.10%。合金硅回收率为80%,合金锰回收率为85%。按中限成分(Mn:1.40%;Si:0.60%)计算本炉钢的硅铁,锰铁合金加入量(kg)(保留整数)(D)答案:1)钢水量＝(140+10)×90%＝135(t)2)锰铁加入量＝×135×1000＝2950(kg/炉)3)硅铁加入量＝×135×1000＝135(kg/炉)答:本炉硅铁加入135公斤,锰铁加入2950公斤。3、渣量为13%,渣中FeO含量为11%,Fe2O3含量为2%,试计算每吨钢渣中铁氧化损失多少?答案:1000×13%(11%×56/72+2%×112/160)=13kg4、设渣量为装入量的10%,炉衬侵蚀量为装入量的1%,炉衬MgO量为40%;铁水成分Si＝0.6%、P＝0.09%、S=0.04%;石灰成分:CaO=88%、MgO=1.7%、SiO2＝0.4%;白云石成分:CaO＝40%、MgO＝35%、SiO2＝3%;终渣要求(MgO)＝10%,碱度为4.0。求需要加入的石灰与白云石量。答案:1)白云石应加入量:W白＝10%×10%×1000/35%＝28.6kg/t2)炉衬侵蚀进入渣中MgO折算白云石量:W衬＝1%×40%×1000/35%＝11.4kg/t3)石灰带入MgO折算白云石量:W石＝2.14×0.6%×3.5×1000×1.7%/[35%×(88%-4×0.4%)]=2.5kg/t4)实际白云石加入量:W白’=28.6-11.4-2.5=14.7kg/t5)白云石带入渣中CaO折算石灰量:14.7×(40%-4×3%)/(88%-4×0.4%)＝4.8kg/t6)实际应加石灰量:W石’=2.14×0.6%×4×1000/(88%-4×0.4%)-4.8=54.6kg/t答:实际加入的白云石量为14.7kg/t、石灰量54.6kg/t。5、已知铁水脱硫前硫含量为0.03%,脱硫后硫含量为0.005%,脱硫用的镁单耗为0.5kg/吨铁,脱硫用的颗粒镁中的镁