转炉炼钢工艺.ppt

转炉炼钢工艺 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 1 顶吹氧气转炉炼钢 特点生产率高 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电炉用量低 原材料适应性强 高P 低P都可以 设备少 平炉的2 3 比电炉多 氧气射流及熔池搅拌 氧枪吹炼参数决定转炉的冶炼过及冶炼结果 氧枪的心藏是氧枪喷头 有关氧枪及氧枪喷头设计 在单元设计中阐述氧气射流属于气体动力学的范畴 氧枪喷头的种类 直简型收缩型拉瓦尔型多孔拉瓦尔型 基本概念 枪位操作氧压氧气流量射流穿透深度 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 操作俗语 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 软吹与硬吹对熔池的影响 吹炼过程熔池变化 吹炼过程炉渣及枪位 冶炼过程渣 钢成份变化 氧气射流对熔池的化学作用 直接氧化与间接氧化直接氧化与间接氧化是针对除铁元素之外的元素氧化的 即所谓的杂质 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 而不是高度分散在熔池中 顶吹转炉的操作过程 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 看渣中稠不稠 看炉口的火 听声音 看火亮度 加第二批 渣料 倒炉 取样测温 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 顶吹氧气转炉吹炼过程的操作制度 装料制度装料是指装铁水及废钢 装入量是由炉容比 V T m3 t 决定的 装入量过大 喷溅增加 冶炼时间延长 装入量小生产能力下降 通常炉容比为0 7 1 05 定量装入优点 便于稳定操作 自动控制 适合大型转炉 一定的物料量 缺点 前期熔池深 后期熔池浅 氧枪不易控制 定深装入优点 主要是熔池深度不变 氧枪操作稳定缺点 装入量变化 辅料也变 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 废钢量的确定 转炉炼钢不需要外来热源 热量来源于 铁水物理热及元素氧化化学热 铁水及废钢的合理配比须根据炉子的热平衡计算确定 硅的作用优点 因发热量大 增大废钢加入量 一般铁水中Si增加0 1 废钢比增大1 缺点 增大渣量 侵蚀炉衬一般控制在0 4 0 6 以下 供氧制度 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 1Mpa 枪位 由冲击深度决定 1 3 1 2 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 造渣制度 炼钢就是炼渣 通过造渣 控制脱P 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 2CaO SiO2 难熔渣 FeO MnO MgO加速石灰熔化是因为 降低炉渣粘度 破坏了2CaO SiO2的存在 加矿石 吹氧 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 大喷溅 选择逃跑路线喷溅的产生低温吹氧 氧位较高 吹入的氧成为FeO 而C反应较慢当温度升高后C O反应激烈 操作中防止喷溅的措施 控制温度 不能一直高枪位操作 吹炼过程的温度控制 升温降枪 脱C 氧化熔池金属铁 金属收到率低 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 终点成份控制 终点成份控制的元素 MnSiPCS NHO的控制 合金的加入方式 脱C曲线及冶炼控制模型 第一阶段 脱C速度逐渐增大 Si Mn的反应控制了脱C反应 先脱Si Mn 后脱C Vc d C dt K1t第二阶段 脱C速度与C含量基本无关 如Vc变快 说明脱C速度随氧流量的变化而变化 Vc d C dt K2 k2QO2K2 1 89QO2 0 048h枪位 28 5 10 3 试验数据 3 第三阶段 碳下降到一定后 碳的传质成了限制环节 Vc d C dt K3 C 脱碳速度与时间的关系 转炉长寿技术 炉龄是转炉炼钢的重要技术指标 提高炉龄不仅降低了生产成本而且提高了转炉的生产效率 九十年代 美国开发成功转炉溅渣护炉技术 创造了25000炉的世界最高炉龄纪录 溅渣护炉在中国推广也取得显著的经济效益 炉龄普遍提高3 4倍 最高炉龄已达到20 000炉 吨钢炉衬耐火材料消耗降低0 2 1 0kg 补炉料消耗减少0 5 1 0kg t 转炉利用系数提高2 3 国内钢厂采用溅渣护炉工艺后的平均经济效益为4 0元 t 每年全国可获经济效益l 8亿元 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 溅渣护炉示意图 溅渣护炉技术今后研究工作的重点 开发和完善复吹转炉溅渣护炉工艺提高底吹喷嘴寿命的核心技术是控制喷咀前端生成透气蘑菇头 避免喷咀烧损 在炉役中后期 应严格控制蘑菇头生长高度 防止喷咀堵塞 开发炉体冷却工艺 进一步提高炉衬寿命 溅渣后 炉龄升高炉衬减薄 会使炉壳变形更为严重 开发炉壳冷却技术 抑制炉壳变形 使炉壳寿命提高到10 15年 优化溅渣工艺 研究溅渣层与炉衬砖的结合机理 进一步提高转炉炉龄 使其能与轧钢加热炉 制氧机等设备同步运行 同步检修 以获得更好的经济效益 研究开发长寿命水冷烟罩 烟道等辅属设备 实现转炉整体设备长寿化 顶底复吹转炉吹炼的工艺特点 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 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的双重优点 进一步提高了熔池脱磷脱硫的冶金效果 冶炼低碳钢 C 0 01 0 02 避免了钢渣过氧化 顶底复合吹炼技术的分类 顶吹氧 底吹惰性气体搅拌工艺 代表方法有 LBE LD KG LD OTB NK CB LD AB等 技术特征 顶吹100 氧气 可采用二次燃烧技术提高熔池热效率 底吹惰性气体搅拌 前期吹N2气后期切换为Ar气 供气强度波动在0 03 0 12Nm3 t min范围 顶底复合吹氧工艺 代表方法 BSC BAP LD OB LD HC STB STB P K BOP等技术特征 顶吹氧60 95 底吹氧5 40 供气强度波动在0 2 2 0Nm3 t min范围 底吹供气元件采用双层套管结构 中心管吹O2 环缝吹天然气或Ar气冷却保护喷咀 复吹转炉的经济效益 渣中含铁量降低2 5 5 0 金属收得率提高0 5 1 5 残锰提高0 02 0 06 磷含量降低0 002 石灰消耗降低3 10kg t 氧气消耗减少4 6Nm3 t 提高炉龄 减少耐火材料消耗复吹转炉的经济效益 因冶炼的品种 炉子的大小和各钢厂的具体情况下同而有差异 一般说来 在欧洲约为2 3 6马克 t 在美国约为0 25 1 5美元 t 在中国为6 15元 t 顶吹转炉的自动控制 1 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 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 2 控制方案静态控制模型动态控制模型全自动控制模型 静态控制模型 静态控制是动态控制的基础 根据物料平衡和热量平衡 静态控制的原理是 质量守恒 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 确定物料收支和热收支的关系输入计算机 铁水 废钢 生铁块 铁皮 铁矿石等 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 用热收支方面进行分析定论 动态模型控制 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 钢液中的 C 和温度测定 钢液中的 C 和温度是随时间推移而变化的 动态控制的条件 点测的条件 部份连续检测 控制主要项目 能测定其轨道 途中测定钢液中 C 和温度 途中测定时 如果测定值和预测的值不同应当采取什么样修正的手段 控制轨道修正手段 1 温度 碳合适 按原轨道控制 2 温度低及碳低 脱碳升温 当温度合适 终点碳低 加增碳剂 3 温度高碳高 脱碳升温 当终点碳合适 终点温度太高 加冷却剂 计算机系统控制过程 2 7全自动转炉吹炼技术 转炉吹炼过程控制是实现转炉正常冶炼的关键 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 热效率高 升温速度快 容易发生炉渣或金属喷溅 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 随机误差和检测误差 4 响应迅速 系统安全可靠 转炉自动控制发展的三个阶段 动态控制采用的两种方法 副枪动态控制技术在吹炼接近终点时 供O2量85 左右 插入副枪测定熔池 C 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O2量或冷却剂加入量 炉气分析动态控制技术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Si Mn P氧化速度 进行动态连续校正 提高控制精度和命中率 采用动态控制技术存在以下缺点 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 不能对终点 S P 进行准确控制 由于 S P 成分不合格 造成 后吹 不能实