工艺技术-转炉炼钢工艺课件(ppt 43页)

1 炼钢任务： 1、杂质 (P 、 S等 )元素、有害气体及夹杂物的去 除； 2、多余元素 (C等 )的氧化； 3、调整成分、调整温度，达到所炼钢种的要求； 获得合格钢坯或钢锭。 四脱、二去、二调整 2 第一节 氧气顶吹转炉炼钢工艺简介 一 . 一炉钢的冶炼过程 转炉一炉钢的冶炼过程包括： 装料 吹炼（供氧、造渣） 脱氧与合金化 出钢 溅渣护炉和倒渣几个阶段。 一炉钢的吹氧时间通常为 1218min， 冶炼周期为 25 40min。 3 氧气顶吹转炉炼钢工艺简介 二 .一炉钢冶炼过程中的 金属 、 炉渣 成分 和 温度 的变化 Si、 Mn: 吹炼的前 1/31/4时间，硅、锰迅速氧化到很低的含 量。碱性渣操作时，硅氧化较彻低，锰在吹炼后期 有回升现象； C: 在硅、锰氧化的同时，碳也被氧化。当硅、锰氧化基 本结束后，随着熔池温度升高，碳的氧化速度迅速 提高。碳含量 1530 ： C、 Si、 V、 Mn、 P、 Fe 6 7 氧气顶吹转炉炼钢工艺简介 炉渣变化： 熔渣成分与钢中元素氧化、成渣情况有关。 渣中 CaO含量、碱度随冶炼时间延长逐渐提高，中期 提高速度稍慢； 渣中氧化铁 (FeO)含量前后期较高，中期随脱碳速度 提高而降低； 渣中 SiO2、 MnO、 P2O5含量取决于钢中 Si、 Mn、 P氧 化的数量和熔渣中其它组成含量的变化。 8 9 氧气顶吹转炉炼钢工艺简介 温度变化： 吹炼过程中金属升温大致分三阶段： 第一阶段升温速度很快，第二阶段升温速度趋于缓 慢，第三阶段升温速度又加快。 出钢温度约 16501680 。 根据熔体成分和温度的变化，吹炼过程可分为三期 ：硅锰氧化期（吹炼前期）、碳氧化期（吹炼中 期）、碳氧化末期（吹炼末期）。 10 转炉钢中气体成分变化 11 第二节 转炉炼钢装入制度 装入制度是指 一个炉役期 中装入量的安排。 装入制度有三种： 定量装入 、 定深装入 和 分阶段定量 装入 法。 转炉炼钢的装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量 (多数厂是先加废钢 )，它是决定转炉产量、炉龄及其 它技术经济指标的重要因素之一。 转炉公称容量有三种表示方法： 1.平均炉金属料（铁水和废钢）装入量； 2.平均炉产良锭（坯）量； 3.平均炉产钢水量。 12 13 铁水和废钢配比是根据热平衡计算确定。 通常，铁水配比为 7090%，其值取决于 铁水温度和成 分、炉容量、冶炼钢种、原材料质量和操作水平 等。 炉容比 ： 指转炉内自由空间的 容积 （ V）与 金属装入量 (t)之比 (V/t , m3/t)。 它通常波动在 0.831.0，它与 铁水成分、冷却剂类型、 氧枪喷头结构和供氧强度 等因素有关。 厂名 太钢 二炼 首钢三 炼 攀钢 本钢二 炼 鞍钢三 炼 首钢二 炼 宝钢一 炼 吨位 /t 50 80 120 120 150 210 300 炉容 比 /m3.t-1 0.97 0.84 0.90 0.91 0.86 0.97 1.05 14 第三节 转炉炼钢供氧制度 一 .氧射流及其对熔池的相互作用 1.氧射流 顶部氧射流是转炉炼钢最重要的供氧渠道。 顶氧射流是通过水冷氧枪将 高压 、 高纯 的氧气从出 口马赫数 M远大于 1(1.92.1)的喷头中喷出的 超 音速射流。 15 16 超音速氧射流特征： 与自由射流相比 炉膛内的氧射流实质上是一种复杂的扩张流。 是具有： 化学反应 的 逆向流 中的 非等温 _超音速湍流射流。 二次燃烧率（ CO +O2 CO 2）， 室温 1600 17 LD正是靠此种表层 CO二次燃烧现象 ,才使炉子的 热效率得到提高 . 研究发现 : 表层 CO二次燃烧量 与 喷枪的 氧流股数 和 枪位 有密切关系 .一般有 5%-10%的二次燃烧率 . 原因 :流股数增多 ,必然使流股表面积增加 ; 枪位的提高 ,会延长流股长度 ,必然使 二次燃烧量增多 。 为进一步提高 CO二次燃烧率 ,最大限度提高炉子的热 效率 ,上世纪 80年代初 ,双流、多孔氧枪开发成功 ,各 种类型的双流氧枪相继应用 . 18 19 2.氧射流与熔池的物理作用 氧射流与熔池接触时在液面上形 成冲击区 凹坑，凹坑实际上是 高温反应区 。 热模拟实验表明，高温反应区呈 火焰状，亦称 火点 。它由光亮较强的中心（ 一次反应 区 ）和光亮较弱的狭窄外围（ 二次反应区 ）所构成 。 反应区的温度在 20002700 之间 (高温、高氧浓度 ) 。 20 穿透深度 和 冲击面积 是 凹坑特征的主要标志。 枪位： 喷嘴在静止 液面上的高度。 21 转炉炼钢供氧制度 熔池的搅拌程度与氧射流的冲击强度密切相关： 氧射流冲击力大（ 硬吹 ），则射流的穿透深度大 ，冲击面积小，对熔池的搅拌强烈； 反之，（ 软吹 ），则射流的穿透深度小，冲击面 积大，对熔池搅拌弱。 在氧射流的作用下，熔池将受到搅拌，产生环流 、喷溅、振荡等复杂运动。 22 23 转炉炼钢供氧制度 3.氧射流与熔池的化学作用 （传氧机理）： 在不同的吹炼方式下，熔池的化学反应形式也不同。 硬吹 : 载氧液滴大量进入钢液中，碳的氧化反应激烈 ，而熔渣氧化性弱； 软吹 : 则进入钢液中氧少，熔渣氧化性提高。 定性得到证实的元素氧化机理认为： （ 一次反应区）主要是直接氧化反应： 24 C+ 1/2O2 = CO (3-1) CO+1/2O2 = CO2 (3-2) Si+ 1/2O2 = SiO (3-3) SiO + 1/2O2 =(SiO2) (3-4) Mn+ 1/2O2 =(MnO) (3-5) Mn+ 1/2O2 =(MnO) (3-6) P+ 1/2O2 =PO (3-7) 2PO+3/2O2=(P2O5) (3-8) Fe+ 1/2O2 =(FeO) (3-9) 反应（ 3-9）的发展程度取决于 C、 Si、 Mn的浓度。 25 转炉炼钢供氧制度 在一次反应区以外的二次反应区，主要是间 接氧化 ； Fe+ 1/2O2 =(FeO) (FeO)=O +Fe C CO CO CO2 Si + O (SiO 2) Mn (MnO) P (P2O5) 间接氧化是炼钢的主要的氧化反应 。 (FeO) 是氧的传递者。 26 27 转炉炼钢供氧制度 元素的氧化顺序取决于化学反应自由能变化的比值 ; 还与该元素在钢中的浓度及其氧化物在渣中或气相 中浓度有关 ; 而与元素的表面活性关系不大。 LD的传氧机理 :是以间接氧化为主。 28 转炉炼钢供氧制度 C-O反应速度： 转炉炼钢 C-O反 应消耗 O270%，贯 穿于炼钢过程 的始终。 有效控制 C-O反 应是冶炼的关 键。 29 转炉炼钢供氧制度 二 .乳化和泡沫现象 由于氧射流对熔池的强烈冲击和 C-O 反应产物 CO气 泡的沸腾作用，使熔池上部 金属、熔渣和气体三 相剧烈混合 ， 形成了转炉内发达的乳化和泡沫状 态。 这是氧射流与熔池的 物理 和 化学 共同作用的结果 。 30 31 氧气顶吹转炉内 co 气泡可能 形成地点 示意图 1氧射流作用区 ; 2一 炉渣 -金属界面 ; 3一 金属 -炉渣 -气体 乳浊液 ; 4一 炉底和炉壁的粗 糙 表面 ; 5沸腾熔池中的气泡 表面 co 金属液 炉渣 co 3 2 5 1 32 转炉炼钢供氧制度 冶金中准确的乳化概念 : 金属液滴或气泡弥散在炉渣中。 、 若液滴或气泡量较小而且在炉渣中可以自由运 动，则该现象 叫 渣 -钢、 渣 -气乳化 或 渣 -钢 -气乳化 ； 渣 -钢乳化是冲击坑上沿流动的钢液被射流撕裂成金 属滴所造成的。 、 若炉渣中仅有气泡，而且数量多或气泡大，使 气泡无法自由运动，则该现象 叫 炉渣泡沫化 。 可见， 炉渣泡沫化是渣气乳化体系的一种特例。 由于渣滴或气泡也能进入到金属溶体中，因此 转炉 中还存在金属溶体中的乳化体系。 33 转炉炼钢供氧制度 经估算能得出比表面积的数量级。如吨钢耗氧为： 5056m3/t，则：乳化金属液滴的比表面积为： 18502072m2 /t。 （平炉： 0.180.4m2 /t ,大 35个数量级） 以 100t转炉为例， 凹坑体积约为 10L， 表面积约为 0.1m2，而 反应区内液滴的总表面积却超过 1m2，至 少比凹坑表面积大一个数量级。 由此可见，氧气顶吹转炉炼钢过程中形成的 渣 -金 -气 乳化液和泡沫渣 所产生的 巨大比表面积 是 高反应速 率的原因所在 。 34 结论 ： 氧射流与熔池的相互作用产生如下结果 : 1).形成冲击区及凹坑； 2).形成三相乳化液； 3).部分氧流形成反射流股 . 转炉的传氧载体有 ： 1)炉渣 (以 (FeO)为主 )； 2)金属液滴； 3)乳化相； 4)铁矿石 (少量 ). 氧化反应方式： 元素 -O2、 元素 -O、 元素 -(FeO) 35 炼钢过程中，碳 -氧反应不仅完成脱碳任务，还有 以下作用 : 1)加大钢 -渣界面，加速物理化学反应的进行 ; 2)搅动熔池，均匀成分和温度； 3)有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出； 4)有利于熔渣的形成； 5)放热升温； 6)爆发性的碳氧反应会造成喷溅。 36 三 .供氧参数 供氧：是指如何最合理地向熔池供给氧气，创造 炉内良好的物理化学条件，完成吹炼任务。 供氧制度：是指根据生产条件确定恰当的供氧强 度，选择和确定喷头结构、类型和尺寸，制定 合 理的氧枪操作方法。 当氧枪的结构、类型和尺寸确定后，吹炼过程中 能调节的 供氧参数是枪 位和工作氧压 。 37 转炉炼钢供氧制度 1.供氧压力 供氧压力应保证使射流出口速度达到超音速，并使喷 头出口处氧压稍高于炉膛内炉气压力，对于三孔喷 头来说，供氧压力 p0可按经验公式确定： 氧气温度， K； Q 氧气流量， m3/min； d临 喷头喉口直径， mm。 目前， 大型转炉的供氧压力通常为 0.81.2Mpa。 38 转炉炼钢供氧制度 2.氧气流量和供氧强度 氧气流量指单位时间内向熔池的供氧量，供氧强度指 单位时间内每吨金属的供氧量。这里， 氧气流量 = 39 供氧强度 = 目前，多数转炉的供氧强度控制在 2.54.5m3/(t.min) 。 依据：炉子大小、炉容比。 炉 容量 It 55 80 90 250 300 (厂名 ) (威远钢 厂 ) (太 钢 二 炼 钢 ) (涟钢 (宝 钢 二 炼钢 ) (宝 钢 一 炼 钢 Ilm3 (t. min)-l 4. 3 4. 1 4. 2 3. 33 3. 78 40 转炉炼钢供氧制度 四 .供氧操作 供氧操作是指调节氧压或者枪位，达到调节氧气流 量、喷头出口气流压力及射流与熔池的相互作用 程度，以控制化学反应进程的操作。 供氧操作分为 恒压变枪 、 恒抢变压 和 分阶段恒压变 枪 几种方法。在国内，多采用分阶段恒压变枪操 作法。 41 42 对熔池的物理 作用 对熔池的化学 作用 调 节 枪 位 枪 位 冲 击 面 积 冲 击 深 度 脱磷、脱硫、脱碳 化 渣 喷 溅 过 高 过大 过浅 提高脱磷 、 脱硫速 度 。脱 化 渣快， 能促 进 渣中 (FeO)多 ， 易 降 低 碳速度低 脱磷 、 脱 硫 引起喷 溅 枪 位 过 低 过小 过 深 影响脱