企业培训_炼钢工艺培训讲义

德龙钢铁有限公司炼钢工艺及流程 目录转炉部分精炼炉部分连铸部分炼钢厂主要经济技术指标完成情况常见事故及处理方法 转炉部分第一章概述第二章转炉炼钢法一 基本任务二 转炉炉渣三 转炉内的其本反应四 转炉炼钢原材料五 转炉炼钢工艺 第一章概述 当代炼钢法主要是电炉法和转炉法 由于精炼设备的出现和完善使得转炉也能生产品质高的合金钢 转炉炼钢已成为最主要的炼钢法 占世界钢产量的60 其优点有 1 生产率高 冶炼周期短 2 利用铁水的物理热和化学热 热效率高 原材料消耗少 3 成本低 投资快 当前 国外炼钢技术的进展主要是顶底复合吹炼转炉 超高功率电炉和炉外精练技术的进一步完善和普及以及连铸技术的大发展 可以说已经形成了炼钢 炉外精炼 连铸的现代化标准炼钢工艺流程 当代炼钢技术向着大幅度提高生产效率 节约能源 扩大品种 不断提高产品质量 开发高附加值产品 降低生产成本的方向发展 重视对原有企业的改造 扩建 使之现代化并减少投资 根据市场需求 调整产品结构 以增强市场的适应性 转炉炼钢工艺流程图 加废钢 兑铁水 吹氧 通氧气 测温 取样 出钢 吹氩 搅拌 吊往连铸 通氩气 第二章转炉炼钢法转炉炼钢法又可分为顶吹转炉炼钢法 底吹转炉炼钢法和顶底复吹转炉炼钢法三种 我厂采用目前新炼钢使用的是顶底复吹炼钢法 老炼钢20吨转炉使用的是顶吹转炉炼钢法 一 基本任务 三脱 C S P 二去 气 夹杂 脱氧合金化及合适的温度 要完成这个任务就必须造好炉渣 这是炼好钢的必要条件 俗话说炼钢即炼渣就是这个道理 二 转炉炉渣 组成 氧化物 CaO SiO2 MgO FeO P2O5 MnO Fe2O3 硫化物 CaS FeS 等 来源 铁水和生铁中元素氧化 白灰等造渣材料 炉衬侵蚀 废钢中杂质等 3 作用 去P S 减少热损和铁损 吸附杂质 保护炉衬 4 形成 在吹炼前期渣的形成主要靠铁水中各元素的氧化 而后成渣就是靠石灰的溶解 所以成渣的过程就是石灰的溶解过程 高 FeO 和高 MnO 适量的 MgO 高温及强烈的溶池搅拌加上活性强的石灰 泡沫渣可增加渣 钢反应界面 过滤烟气 减少金属损失 但要控制泡沫化程度防范喷溅 三 转炉内的其本反应 1 在吹炼过程中金属液成分 温度和炉渣成分都是变化的 有一些基本规律 Si在吹炼前期 一般在4min内即被基本氧化 Mn在吹炼前期被氧化到很低 随着吹炼进行 中期 而逐步回升 后期又降低 P在吹炼前期快速降低 进入吹炼中期由于碳氧的剧烈反应熔池升温 渣中FeO含量降低 P略有回升 而在后期再度降低 S在吹炼过程中是逐步降低的 但由于转炉为氧化气氛 脱S能力有限 C在吹炼过程中快速减少 但前期熔池温度低脱碳速度慢 中期脱碳速度快 熔池温度在吹炼过程中逐步升高 尤以吹炼前期升温速度快 炉渣中的酸性氧化物SiO2和P2O5吹炼前期逐步增多 随着石灰的溶解增加 渣量增大而降低 吹炼过程中渣中FeO具有规律性变化 即前后期高 中期低 随着吹炼的进行 石灰在炉内溶解增多 渣中CaO逐步增高 炉渣碱度也随之变大 2 脱碳反应 C O CO C 2 O CO2 主要以此为主 C 0 05 时才显著反应 熔池温度达到1368 碳才开始氧化 直到熔池温度升到1480 才剧烈氧化在温度一定的情况下 C O 常数当C O反应中供氧与供碳处于平衡时 熔池中碳含量即是C 3 脱磷反应 2 P 5 FeO n CaO nCaO P2O5 5Fe Q所以炉渣高碱度 高 FeO 及低温有利于去P 前期应早化渣形成高氧化性炉渣 后期渣作粘及控制好 FeO 4 脱硫反应 1 气化脱硫 S 2 O SO2占10 左右 高碱度降低硫的活度不利于脱硫2 炉渣脱硫 FeS CaO CaS FeO 主要以炉渣脱硫为主 高温 高碱度 大渣量及低 FeO 有利于脱硫 对于高硫铁水可以采用双渣操作 或者锰铁脱硫等 四 转炉炼钢原材料 铁水 硅是重要的发热元素之一 铁水Si含量增加0 10 废钢加入量可提高1 3 1 5 但转炉炼钢中硅几乎完全氧化 使铁水吹损加大 同时也使氧气消耗增加 石灰消耗增大使渣量增大 引起渣中铁损增加 渣中SiO2增多加剧对炉衬的侵蚀 并可能造成喷溅 锰是弱发热性元素 铁水中Mn氧化后形成的MnO能促进石灰的溶解 加快成渣 减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀 同时铁水中Mn含量高终点残锰量提高可降低钢水S含量减少合金用量 但冶炼高锰铁水使焦炭用量增加 生产率降低 P是强发热元素 是钢中有害元素 高炉中不能去除 转炉脱磷率为90 以上 S是钢中有害元素 在转炉的氧化气份下脱硫率为30 60 对高硫铁水采取炉外脱硫才能使转炉生产出优质钢材 入炉铁水温度应大于是1250 对于小转炉和化学热能低的铁水来说铁水温度很重要 高炉渣中含S SiO2 Al2O3等 带入炉内会导致渣量增大 石灰消耗增加 易喷溅侵蚀炉衬 废钢 不得夹带泥沙 钢渣 废耐火材料 不得有封闭容器 橡胶冰块油类及爆炸物不得夹带铜锌铅等有色金属 废钢块度要适当 不能太大 300kg 会损坏炉衬 也不能太长 1000mm 会延长加料时间 必须干燥清洁 有条件的可采取废钢预热 减少热损失和增加安全性 造渣材料 白灰 是基本的造渣材料 通常由煤 焦炭 煤气在竖窑或回转窑内煅烧而成 要求 有效CaO含量 CaO含量 RSiO2含量 R为碱度 越高越好 硫含量越低越好 石灰增加0 01 的硫相当于钢水中增加硫0 001 残余CO2 高对废钢熔化有影响 但可提高石灰活性 残余CO2 为2 相当于石灰灼减量为2 5 3 0 石灰的活性是石灰同其它物质反应的能力可用石灰的溶解能力来表示 用盐酸滴定法测定 盐酸消耗大于300ml为活性石灰 块度40 60mm大于总量的90 石灰应保持干燥 不得混入杂物 储存时间夏季不超过两天 冬天不超过三天 且不得露天存放和运输 轻烧白云石和轻烧镁球 加入炉中是为了提高渣中MgO含量 减少炉渣对炉衬的侵蚀及熔损 同时也可促进石灰的溶解 白云石化学组成为CaMg CO3 2 纯白云石含MgO21 9 CaO30 4 镁球含MgO70 2 CaO 2 5 水分 3 0 块度10 50mm 菱镁石主要成分CaCO3 MgO 41 CaO 6 SiO2 2 块度5 25mm 萤石 含CaF275 85 SiO2 14 S 0 1 P 0 06 氧化铁皮 主要是FeO和Fe2O3 FeO 65 和矿石 FeO 55 SiO2 3 S 0 04 P 0 05 块度30 60mm 是炉渣助熔剂 可与石灰生成低熔点共晶物从而降低炉渣熔点 改善炉渣流动性 萤石因分解后氟分子有腐蚀性对炉衬侵蚀严重 已很少用 铁合金 主要作为脱氧剂和合金添加剂 要求成分清楚 清洁干燥 块度60 80mm 常用的铁合金有硅铁 锰铁 硅锰 铝镁钙 硅铝钡 铌铁 钒铁等 气体 氧气是吹炼的主要氧化剂要求含量99 5 以上 总管压力为1 0 2 0MPa 氮气用于溅渣护炉要求纯度90 以上 氩气用于钢包吹氩要求纯度95 以上 总管压力1 6MPa以上 其它 增碳剂 脱硫剂有CaC2 CaO 渣洗料等 钢包覆盖剂要干燥无杂物 铝镁钙及铝锭等 五 转炉炼钢工艺 装入制度 是保证转炉具有一定的金属熔池深度 确定合理的装入量及铁水废钢比例 分定量装入 定深装入和分阶段定量装入三种 德龙钢厂采用分阶段定量装入制度 废钢比在12 20 之间 根据铁水热量而定 开新炉前5炉不加废钢 连续吹炼不间断以保证炉衬烧结良好 装料的原则是先加废钢后兑铁 且定量装入 保证出钢量 确定装入量要依据以下原则 炉容比 一般指转炉新砌后炉内自由空间的容积V与金属装入量T之比 铁水含Si P高则渣量大炉容比应大些 否则易增加喷溅 供氧强度大的多孔喷头炉容比应大些 否则易损坏炉衬 小转炉的炉容比比大转炉应大些 熔池深度 熔池深度H必须大于氧气射流对熔池的最大穿透深度h 一般h H 0 7 与连铸及钢包容量相配合 供氧制度 是在供氧喷头结构一定的条件下使氧气流股最合理的供给熔池 创造良好的冶金效果 分三种 恒压变枪 恒枪变压及变压变枪 氧枪喷头 采用四孔拉瓦尔型的喷头 喉口直径24 28 扩张角11 氧气压力 采用多段式恒压变枪操作 氧压0 75 0 85MPa 炉龄增加 装入量增大 供氧压力相应提高 供氧强度 是指单位时间内每吨金属的供氧量 单位为 min t 供氧强度 氧气流量 装入量 氧枪枪位H bPDH 氧枪喷头端面距熔池液面的高度 b 系数 随喷孔数而变化 三孔喷头b 35 46 四孔喷头b 45 60 P 供氧压力 MPa D 喷头出口直径 枪位越低 氧气射流对熔池的冲击动能越大 熔池搅拌加强 氧气利用率提高 加速了炉内脱硅 脱碳反应 使渣中 FeO 含量降低 缩短了冶炼时间 热损失相对较少 熔池升温速度加快 但枪位过低 则不利于化渣 也可能冲击炉底 枪位过高 熔池搅拌减弱 造成表面铁的氧化 渣中 FeO 含量增加 导致炉渣严重泡沫化而引起喷溅 所以合适的枪位才能获得良好的吹炼效果 氧枪喷头漏水及粘枪现象严重应及时更换 炉渣返干或喷溅应提高枪位 冶炼末期必须有大于40秒的低枪位操作 以均匀钢水成分与温度和降低钢水氧化性 造渣制度 转炉炼钢炉渣有氧化物 CaO SiO2 MgO FeO P2O5 MnO Fe2O3 硫化物 CaS FeS 等 转炉炉渣的作用有 脱磷和脱硫 减少热损失 去气吸附夹杂 保护炉衬提高炉龄 单渣法 是直到吹渣不倒渣 对于铁水含Si P S较低时和冶炼对P S要求不高的钢种时应用 此法工艺简单 冶炼时间短 脱磷率在90 左右 脱硫率约35 双渣法 是根据铁水成分和钢种要求可以在吹炼过程中多次倒渣和造新渣 对于铁水含Si P S较高时和冶炼对P S要求高的钢种时应用 脱磷率可达92 95 脱硫率约50 倒出初期渣可以减轻对炉衬的侵蚀 减少白灰消耗 减少喷溅 提高脱磷硫率 此法关键是选择倒渣时间 若铁水含磷量高 可选择在吹炼1 4时倒渣此时钢水含磷量最低 若铁水含硫量高 可以在吹炼2 3时倒渣 此时温度高 碱度高 渣中 FeO 低 有利于硫的去除 留渣法 是将上一炉渣在出钢后留一部分在转炉内 由于终渣碱度高 渣温高 FeO 含量高有助于早化渣和脱磷 可减少白灰消耗 前期倒掉酸性渣重造新渣 适于冶炼中 高磷铁水及炉渣难化时用 脱磷率可达95 脱硫率约60 70 转炉炉衬是镁碳质CaO MgO材料 转炉炉渣在形成初期能溶解CaO和MgO等氧化物 易溶解炉衬中MgO而侵蚀炉衬 在渣料中加入镁质造渣材料如镁球等可提供炉渣一定的MgO含量 抑制炉渣对炉衬的侵蚀 实践证明终渣MgO含量控制在8 12 为宜 炉渣碱度 指炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物的比值 用R表示 通常R CaO SiO2 碱度高低主要根据铁水成分而定 当铁水P S量低时控制在2 8 3 5 炉渣要有好的流动性和一定的粘度 渣料加入量 白灰加入量 2 14 Si 有效CaO R 1000kg T 有效CaO CaO 白灰 R SiO2 白灰镁球加入量约为白灰加入量的10 15 视白灰和镁球的质量而定 渣料加入时间 分两批加入 第一批在开吹时加入约为总量的2 3 轻烧镁球或白云石在前期加入 Si Mn氧化后小批加入 4分钟内加完 第二批分多次小批加入 根据炉中情况而定 吹炼中期炉渣返干时 可适量加入球团矿 铁矿石 停吹前4分钟禁止加入任何渣料 炉渣返干 吹炼中期 碳氧反应剧烈 会使渣中 FeO 含量降低 化渣困难 甚至于部分炉渣呈固态现象 这种现象称为炉渣返干 为了防止炉渣返干 可以适时提枪或降低供氧强度 必要时加入铁矿石 氧化铁皮或球团帮助化渣 喷溅 金属喷溅 炉渣返干 泡沫渣喷溅 泡沫化严重 爆发性喷溅 温度和成分不均 和铁水喷溅 留渣法 防止喷溅必须控制好渣中 FeO 必要时加入渣料破坏 温度制度 指对过程温度和终点温度的控制 吹炼任何钢种对出钢温度都有一定的要求 温度过低会钢水粘包无法浇注 温度过高会增加钢中气体含量 增加铁损 降低炉衬寿命 给连铸操作造成困难 控制好过程温度有利于化渣和去硫磷 热量来源 铁水的物理热和化学热 碳氧化1 可使熔池升温80 90 硅氧化1 可使熔池升温130 150 铁氧化1 可使熔池升温30 锰氧化1 可使熔池升温47 磷氧化1 可使熔池升温170 190 熔池温度变化一般升温速度为25 35 min 前期升温最快可达70 min 因为硅 锰 磷氧化放热 中期最慢小于30 min 虽有碳大量氧化但废钢熔化吸热及烟气带走大量热量 后期碳氧化加上铁氧化升温速度大于30 min 出钢温度 液相线温度的确定液相线温度公式 TL 1537 88C 8Si 5Mn 30P 25S 5Ca 4Ni 2Mo 2V 1 5Cr 1537 是纯铁的凝固温度 连铸中间包钢水温度的确定 连铸中间包钢水温度公式 T连铸 TL TT连铸 浇注温度TL 液相线温度 T 钢水过热度 它的确定与产品质量有关 一般为20 40 浇注过程中中间包所需要保持的钢水目标温度 实践证明 控制好中间包钢水温度是保证连铸机产量和铸坯质量的关键工艺参数 必须予以充分重视 转炉出钢温度的确定 转炉出钢温度公式 T转炉 T连铸 T1 T2 T3 T T连铸 钢水凝固温度 也就是液相线温度 T 出钢温度损失 出钢时间 min 平均温降 min T 吹氩搅拌钢水温降 吹氩钢水温降与钢包容量 吹氩时间有关 吹氩引起的温降为4 6 min 吹氩搅拌时间为3 5分钟左右 T 钢包运输 静置时的钢水温降 一般为1 1 5 min T 浇注过程中钢水温降 一般小于1 min 终点控制 就是指终点成分和温度的控制 具体要求 钢中碳达到所炼钢种的控制范围 硫 磷低于规格下限 达到出钢温度 保证钢水合适的氧化性 目前有经验控制和自动控制两种 经验控制有拉碳法和增碳法两种 拉碳法又可分为一次拉碳和高拉补吹两种 拉碳法是指吹炼操作中当熔池中钢水碳含量达到所炼钢种的出钢要求时停止供氧 此时钢水中P S和温度也符合出钢要求 一次拉碳是在停止供氧时钢水中C P S和温度符合出钢要求 高拉补吹是在停止供氧时钢水中碳含量高于出钢要求 经过补吹后C P S和温度符合出钢要求 拉碳法优点是终渣 FeO 含量低 金属收得率高 提高了炉龄 终点钢水残锰高 钢水氧人化性差 减少了合金消耗 终点钢水气体含量低 减少了非金属夹杂 减少了氧气消耗 节约了增碳剂 增碳法是指吹炼操作中一律将熔池中钢水碳含量氧化达到0 05 0 08 时停止供氧 然后根据所炼钢种的要求 在出钢过程中增碳 钢包中增碳大于0 05 时必须经过吹氩处理以均匀成分 增碳法优点是终点易控制 减少了倒炉取样次数提高了生产率 终渣 FeO 含量高 化渣好 脱磷率高 操作简单 炉中热量收入高 但缺点明显 生产成本较高于拉碳法 冶炼品种单一 不适于冶炼品种钢 终点碳判断 一看火花金属液滴中碳与氧反应生成CO气体使金属液滴爆裂成许多碎片 金属液滴中碳含量较高时表现为火球状和羽毛状 随着碳含量的降低碳火花分为多叉 三叉 两叉 当碳含量小于0 10 时 爆裂的碳为花分叉几乎消失 形成的均是小火星和流线 二看火焰吹炼中期 熔池中的碳大量氧化 生成气体数量较多 使炉口火焰的白亮有力 当熔池中碳含量降为0 20 左右时 脱碳速度变慢 火焰收缩 发软 打晃 三供氧时间和耗氧量当氧枪 装入量等条件不变的情况下 冶炼一炉钢的供氧时间和耗氧量是不变的 所以可以根据供氧时间和耗氧量判断终点碳 钢水中碳含量较低时脱碳速度变慢 某厂当碳含量小于0 15 时 6 8S脱0 01 终点温度判断 一是热电偶测温 二是经验判断 首先看炉况 炉膛白亮 渣面有气泡和火焰冒出 炉渣呈泡沫渣涌出是温度高 反之温度低 其次看钢流 钢流白亮 流动性好即温度高 反之温度低 还可以根据冷却水进出温差判断 红包出钢 就是指对钢包进行烘烤 使包衬温度达到800 1000 经减少钢包内衬吸热 达到降低出钢温度的目的 好处有 可以降低出钢温度 增加废钢比 提高炉龄 实践证明出钢温度降低10 可提高炉龄100次 钢包温度波动小稳定浇注 挡渣出钢 好处有 减少钢包中的渣量和回磷量 降低了钢水中夹杂物的含量 提高合金收得率 提高了包衬寿命 目前有挡渣球 挡渣锥 虹吸出钢口等多种挡渣方式 挡渣球密度在3 8 4 5g m3 浸入钢水深度为球直径的1 3左右 出钢结束前1min加入炉中 德龙新炼钢使用挡渣锥 挡渣效果较好 脱氧及合金化 我厂转炉合金化都在钢包中 钢水氧化性 指钢水的实际氧含量与碳氧平衡时钢水的氧含量之差 即 O O 实际 O 平衡 钢水的脱氧是选择一些与氧亲合力大的合金元素加入钢中以降低钢水氧化性 脱氧剂特点具有一定的脱氧能力 脱氧产物不溶于钢水中 并易于上浮排出 且价格低廉 脱氧方式 可分为炉内脱氧合金化和包中脱氧合金化两种 炉内脱氧合金化车般用于合金加入数量较多且加入难熔合金的情况 电炉上使用 转炉上采用包中脱氧合金化 在出钢过程中合金加在钢流的冲击部位 在出钢1 4 1 3时开始加入 到2 3时加完 合金加入顺序以先脱氧为主即常用合金顺序AL Si Mn 一般硅铁收得率为70 85 锰铁收得率为85 95 合金加入量 吨钢合金加入量 中限成分 钢中残余成分 合金含量 合金收得率影响合金收得率的因素有 钢水和炉渣氧化性 出钢口大小和出钢过程中的下渣量 合金及脱氧剂加入时机及顺序 合金及脱氧剂的质量 合金增碳量 合金加入量 合金含碳量 碳收得率 出钢量 化学成分 Al S 0 006 Mn S 20Mn Si 2 5Al 生成三氧化二铝 熔点高2005 造成水口结瘤S 在钢中以FeS形式存在 熔点为940 988 冷却过程中在晶界析出 造成铸坯裂纹缺陷 称为热裂 使用锰铁 先与S生成MnS 熔点为1620 取代FeS 杜绝裂纹的产生 Mn Si大于3 0可得到完全液态的脱氧产物 以改善钢水的流动性 脱氧产物为 MnO SiO2 否则得到是SiO2 熔点高 呈固态 炉后精炼 吹氩 主要作用是均匀成分和温度 去气去夹杂 氩气压力 0 8Mpa 软吹时间 8分钟 要求出钢过程中全程大气量吹氩 以便加强出钢过程中的搅拌 提高合金和碳粉收得率 提高上浮夹杂物效果 炉后喂线 就是指把铝线和用冷轧带钢包覆的金属钙 镁 钛等合金快速而连续地加入钢水中 实现脱氧和微合金化 提高合金收得率 降低钢水的氧含量 喂丝速度以100 200m min为宜 覆盖剂 出完钢后应向钢包中加入覆盖剂 既具有一定的保温性能又可以稀化炉渣 它的主要成分是铝渣粉和木屑 炉体及出钢口维护 溅渣护炉 是用高压氮气将炉渣吹到炉壁上而起到保护炉衬提高寿命的操作 要求炉内不准剩钢水 溅渣压力0 8 1 0Mpa 枪位300 600mm 根据终渣氧化性适量加入改质剂 改质剂的主要成分是MgO和碳 使碱度控制2 8 3 5 FeO 18 MgO控制在8 12 补炉原则 高温快补 勤补 均匀薄补 烧结牢固 出钢口 当出钢口直径 160mm或出钢时间小于2 5min 散流或钢流不正时应及时修补 补出钢口用钢管或管砖 先用镁碳砖将管塞紧 在外侧把缝隙堵好 在内侧用自流料填充 精炼炉部分 第一章概述第二章精炼炉的主要功能第三章精炼炉的基本工艺流程 LF钢包精炼炉是70年代初期在国内发展起来的精炼设备 由于它的设备简单 投资费用低 操作灵活和精炼效果好 而成为冶金行业精炼设备的后起之秀 在日本及世界各地得到了广泛的应用与发展 LF钢包精炼炉既可以与电炉配合 以取代电炉的还原期 还可以与氧气转炉配合 生产各种优质钢种 此外 LF钢包炉还是连铸车间 特别是合金钢连铸生产线上不可缺少的控制成分 温度及保存钢水的设备 因此 LF炉的出现形成了LD LF RH CC或EAC LF VD CC新的生产优质钢的联合生产线 第一章概述 LF炉精炼钢水的基本原理如后图所示 LF炉主要由装有底吹氩搅拌装置的钢包 水冷炉盖 电极加热系统 合金加料系统及除尘等装置组成 在保持钢包内还原性气氛条件下 用电弧加热高碱度炉渣 边造渣边完成脱氧 脱硫等一系列炉渣精炼 该工艺不仅能精确地控制化学成分和温度 而且通过合成渣精炼具有脱硫 脱氧及夹杂物变性等功能 LF炉配以真空系统时 还具有较好的去氢作用 另外 通过采用埋弧造渣加热的方法 在提供最佳热效率的基础上 有效地阻止了电极弧光对钢包壁的强辐射 对钢包渣线部分耐材起到很大的保护作用 从而提高了LF钢包的使用寿命 第二章LF精炼炉的主要功能 炉内还原性气氛LF炉本身一般不具备真空系统 通常在大气压下进行精炼 主要靠钢包包沿与水冷炉盖间的密封气幕起到隔离空气的密封作用 再加上在造还原渣过程中 渣料中的C及加热时的石墨电极与炉渣中的FeO MnO Cr2O3等氧化物作用生成CO气体 增加了炉气的还原性 并保待炉内微正压 使LF炉内气氛中的氧含量减为0 5 左右 阻止了外界及炉气中的氧向钢液传递 保证了精炼时炉内的还原性气氛 钢液在还原条件下精炼 可以进一步脱氧 脱硫及去除非金属夹杂物 有利于钢液质量的提高 氩气搅拌良好的氩气搅拌是LF炉精炼的又一特点 氩气搅拌有利于钢 渣间的化学反应 它可以加速钢 渣之间的物质传递 有利于钢液的脱氧 脱硫反应的进行 吹氩搅拌还可以去除非金属夹杂物 特别是对Al2O3类型的夹杂物上浮去除更为有利 值得提出的是LF炉的吹氩搅拌是在排除了大气密封还原气氛下进行的 因此可以适当加大吹氩流量 通常吹氩搅拌处理15min后 可使钢中大于20 m的Al2O3夹杂基本全部去除 残留钢中的只是小颗粒的Al2O3夹杂 吹氩搅拌的另一作用是可以加速钢液中的温度与成分均匀 能快速精确地调整复杂的化学组成 而这对优质钢来说又是必不可少的要求 电极埋弧加热LF精炼炉采用三根石墨电极进行加热 加热时电弧插入渣层中采用埋弧加热 这种方法的辐射热小 对炉衬有很大的保护作用 与此同时加热的热效率较高 热利用率好 通常升温幅度能达到3 5 min 可以大大降低初炼炉的出钢温度 同时考虑到LF炉进行的是电极物理升温 避免了如RH OB升温所产生大量Al2O3夹杂对钢内在质量的影响 C与渣中氧化物主要发生如下反应 C FeO Fe COC MnO Mn CO其结果不仅使渣中不稳定的氧化物减少 提高了炉渣的还原性 而且还可提高合金元素的收得率 合金元素的收得率都较电炉单独冶炼有了较大程度的提高 碳与氧化物作用的另一结果是生成CO气体 CO的生成使LF炉内气氛具有还原性 钢液在还原性气氛下精炼 可进一步提高质量 白渣精炼LF炉是利用白渣进行精炼的 它不同于主要靠真空脱气的其它精炼方法 白渣在LF炉内具有很强的还原性 这是LF炉内良好的还原气氛和氩气搅拌互相作用的结果 通过白渣的精炼作用可以降低钢中氧 硫及夹杂物的含量 LF炉各精炼功能的相互关系 保持还原渣的流动性 第三章精炼炉的基本工艺流程几种典型的LF炉操作程序如后图所示 LF基本工艺为 将转炉或电炉氧化末期的钢水 经过扒渣 去除50 90 的氧化性渣 并在LF炉加入合成渣料及脱氧剂 在还原性气氛下 通过电极埋弧造渣 完成钢液的脱硫 脱氧 合金化 温度及夹杂物的控制 连铸部分 第一章概述第二章连铸机的类型第三章连铸机的结构第四章连铸工艺第五章连铸坯的结构及主要缺陷第六章连铸坯质量及其产生原因 模铸与连铸工艺 二流连铸示意图 模铸与连铸工艺 二流连铸示意图 第一章概述 连铸是将钢液不断的注入水冷结晶器内 连续获得铸坯的工艺流程 1950年 容汉斯和曼内斯曼公司合作 建成世界上第一台能浇注5t钢水的连铸机 最近几年也是我国连铸技术快速发展的时期 利用以高质量铸坯为基础 高拉速为核心 实现高连浇率 高作业率的高效连铸技术 对现有连铸机的技术改造取得了很大进展 采用国产技术的第一台高效板坯连铸机已在攀钢投产 至2003年底 我国高效 较高效连铸机累计已达75 以上 而且我国在高效连铸技术小方坯领域已跻身世界先进之列 到2004年初 我国在生产的连铸机累计已超过550台 连铸比达96 大部分钢铁企业实现了全连铸 连铸的优势提高成材率 模铸84 88 连铸95 98 降低能耗 连铸省去开坯工艺的直接节能 以及由于提高成坯率和成材率的间接节能 连铸产品的均一性高 质量好 模铸锭凝固时间长 元素偏析显著 连铸坯断面小 冷却速度大 树枝晶间距小 偏析程度较轻 易于实现机械化自动化 占地面积小 生产周期快 吨坯成本低 第二章连铸机的类型 按连铸机外形结构可分为 立式连铸机 弧形连铸机 立弯式连铸机 水平式连铸机 椭圆形连铸机按连铸坯断面可分为 板坯连铸机 方坯连铸机 圆坯连铸机 异形坯连铸机 连铸机型a立式 b立弯式 c直结晶器弧形 d弧形 e椭圆形 f水平式 连铸坯 板坯 圆坯 方坯 连铸机台数 机数 流数 台数 凡共用一个钢包 盛钢桶 或同时浇注几根铸坯的连铸装置 称为一台连铸机 机数 凡是具有独立的传动和工作系统 可独立进行正常工作的连铸系统 称为一个机组 一机 流数 凡是不经切割而连续浇注一根长的铸坯 称为一流 每台连铸机所能同时浇注的铸坯总根数 称为连铸机的流数 第三章连铸机的结构 以通用的板坯弧形连铸机为例 包括 钢包及回转台 中间包及中间包车 结晶器 扇形段 二冷段 拉矫机 切割装置 引锭杆 钢包及回转台 钢包作用 存储钢水 将钢水由精炼炉运送到连铸机上 在钢包底部设有Ar管进行吹Ar搅拌 起到精炼作用 钢包结构 钢包由钢包本体 滑动水口连接板 透气砖等组成 滑动水口由上座砖 下座砖 上水口 下水口 上滑板 下滑板组成 依靠滑板的滑动来控制注流大小 长水口用于钢包和中间包之间 保护钢水浇注时不受二次氧化 防止钢流飞溅 对提高铸坯质量有明显效果 中间包 中间包介于钢包和结晶器之间 它接受来自钢包的钢水 并向结晶器分流 其作用包括 稳定钢流 减少钢流的静压力和对结晶器中坯壳的冲刷 均匀钢水温度 促进非金属夹杂物上浮去除 多流连铸机由中间包对钢水进行分流 多炉连浇换包时起缓冲衔接作用 结构 由中间包本体 中间包盖 塞棒 中间包滑动水口组成 中间包挡墙 挡墙 在中间包内设置的高出钢液面的墙称为挡墙 其作用为 隔离冲击区与浇铸水口区 形成循环流 有利去处夹杂 减少死区 有利于钢水温度分布均匀 坝 设置在中间包内钢液面以下的障碍物 其作用 与挡墙配合起倒流 促进夹杂物上浮 达到精炼钢水的作用 中间包车 中间包车作用 将中间包从预热位置运输至浇注位置 浇注完毕后 由浇注位置运回到预热位置的运载装置 同时浇注时起着支撑中间包的作用 浇注平台设两台中间包车 一台浇注 一台预热 可以快速更换中间包实现多炉连浇 浸入式水口 浸入式水口用来防止钢液从中间包进入结晶器内的二次氧化 结晶器 作用 结晶器是连铸机的心脏 其作用是使钢水在结晶器内形成所需的断面形状 并凝固成一定厚度和强度的均匀坯壳 以保证出结晶器后的铸坯不变形 不被拉裂 结晶器本体 四块冷却壁由铜板和钢板水箱组成 冷却水从一端进入 从另一端流出 结晶器振动台 作用 结晶器振动装置位于结晶器下方 振动装置工作时 可使结晶器在浇注时不间断地上下移动 防止拉坯时坯壳与结晶器粘结而发生漏钢事故 扇形段 二冷段 作用 铸坯被拉出结晶器后 坯壳还很薄 内部仍为液态钢水 为了较快地凝固合顺利拉坯 在快速更换台后设置了二冷导向装置 即扇形段 其作用为喷水迅速冷却铸坯 并支持和导向铸坯 使其能顺利出坯 连铸机二冷方式有喷水冷却和气水喷雾冷却两种 扇形段 二冷段 拉矫机 在二冷段夹棍辊道末端设置拉坯矫直机 作用 控制拉速 将铸坯拉出结晶器 对铸坯进行表面平整矫直 切割装置 切割小车 用来夹持主割枪和副割枪 一台切割机设有一台切割小车 由装有两支切割枪的底板 传动装置和切割枪夹持器组成切割枪 由枪体和割嘴组成 预热氧和燃气在单孔道喷出割嘴后在空气中混合燃烧 引锭杆 作用 浇注开始时堵住结晶器的下口 钢水凝固后 坯头与引锭头凝结在一起 通过拉矫机将铸坯从结晶器中引出 结构 由引锭杆本体和引锭头两部分组成 第四章连铸工艺 1 连铸工艺流程 1 上引锭杆 2 开浇与脱锭 3 多炉连浇 4 停机2 连铸工艺参数 1 浇注温度 2 拉坯速度 3 结晶器和二冷区冷却制度 1 上引锭杆 2 开浇与脱锭 3 多炉连浇 4 停机 1 浇注温度 连铸时 浇注温度通常是指中间包的钢液温度 温度过高 铸坯容易产生表面裂纹 柱状晶发达 易导致内裂 并且中心疏松和中心偏析加剧 温度过低 不利于夹杂物上浮 还易堵塞水口使浇注无法进行 必须根据浇注钢种 铸坯断面 浇注条件等因素确定合适的钢水过热度 T 浇注温度 液相线温度 实际生产中 T约为5 35 低温快注 为宜 2 拉坯速度 拉坯速度 每分钟从结晶器拉出的铸坯长度 m min 拉坯速度根据铸坯断面 厚度 钢种和浇注温度来确定 确定拉速的主要依据是要保证结晶器出口处铸坯有适当的坯壳厚度 能承受拉坯力和钢水静压力 使坯壳不会被拉裂和不出现明显的 鼓肚 变形 3 结晶器和二冷区冷却制度 结晶器冷却强度应保证钢液在短时间内形成坚固的外壳 冷却强度过低 影响拉速提高 并影响结晶器寿命 反之 铸坯过早收缩 形成气隙 减少传热 影响拉速提高 二冷区冷却强度随钢种 断面尺寸及拉速等因素而改变 为提高铸坯凝固速度 应尽可能提高二冷强度 但强度过大 铸坯会产生裂纹 随着铸坯热送和直接轧制技术的出现 二冷普遍倾向于弱冷 以提高铸坯热送温度 第五章连铸坯的结构及主要缺陷 1 连铸坯结构 2 表面缺陷 3 内部缺陷 4 形状缺陷 1 连铸坯结构 1 中心等轴晶 2 柱状晶带 3 细小等轴晶带 2 表面质量 3 内部缺陷 4 形状缺陷 鼓肚 板坯 菱变 方坯 第六章连铸坯质量及其产生原因连铸坯质量是指得到合格产品所允许的铸坯缺陷严重程度 它的含义是 铸坯纯净度 夹杂物数量 形状 分布 铸坯表面缺陷 裂纹 夹渣 气孔等 铸坯内部缺陷 裂纹 偏析 夹杂等 一 连铸坯的质量特征对铸坯质量要求而言 主要有四项指标 即连铸坯几何形状 表面质量 内部组织致密性和钢的清洁性 而这些质量要求与连铸机本身设计 采取的工艺以及凝固特点密切相关 二 连铸坯缺陷的分类连铸坯上可见到多种多样的缺陷 而铸坯缺陷的发生状况也因机型 铸坯断面尺寸和形状 钢种以及操作条件不同而异 三 连铸坯质量标准与连铸工艺的关系通常主要是根据连铸坯的纯净度 连铸坯表面质量 连铸坯内部质量以及连铸坯的断面形状 几何尺寸 来判定铸坯质量 应当指出 这些质量要求和连铸的工艺过程有一定的对应关系 连铸钢液的纯净度是由结晶器之上的液态钢所决定的 换句话来说就是连铸坯的纯净度 应着眼于未进入结晶器前钢水纯净度的控制 铸坯的表面质量主要是受结晶器内钢水凝固过程所影响 这是因为铸坯表面是在结晶器中形成的 而铸坯的内部致密度则是由结晶器以下的凝固过程多决定的 关于铸坯的断面形状和尺寸则和铸坯冷却以及设备状态有关 四 减少夹杂物的方法根据钢种和产品质量 把钢中夹杂物降到所要求的水平 应尽可能降低钢中 O 含量 防止钢液与空气作用 减少钢液与耐火材料的相互作用 减少渣子卷入钢液内 改善流动状况促进钢液中夹杂物上浮 在工艺操作上应采取以下措施 1 无渣出钢 转炉采用挡渣球 挡渣锥 防止出钢时 渣大量下到钢包 2 钢包精练 根据钢种选择合适的精练方法 以均匀温度 微调成分 降低氧含量 去除气体夹杂物等 3 无氧化浇注 钢液经钢包处理后 钢中总氧含量大幅下降 如钢包到中间包不保护或保护不良 则中间包钢液中总氧含量又上升许多 恢复到炉外精练前的水平 使炉外精练的效果前功尽弃 4 中间包冶金 中间包采用大容量 加挡渣墙和坝等是促进夹杂物上浮的有效措施 5 浸入式水口加保护渣 保护渣应能充分吸收夹杂物 侵入式水口材料 水口形状和插入深度应有利于夹杂物上浮分离 五 表面纵裂纹表面纵裂纹是铸坯表面沿轴向 拉坯方向 形成的裂纹 多发生在板坯的宽面中央部位 方坯出现于面部 严重时裂纹将高达10mm以上 发生纵裂纹是由于初生坯壳厚度不均匀 在坯壳薄的地方应力集中 当应力超过其抗拉强度时 产生裂纹 造成纵向裂纹的常见原因和防止措施 1 结晶器质量及磨损 变形 结晶器合适的倒锥度对减少热纵裂 提高拉速 避免漏钢起一定的作用 因为合适的倒锥度 可以避免出现不均匀的气隙和不均匀的冷却 倒锥度过大会增加拉坯阻力 2 选用性能合适的保护渣浇注 保护渣的熔化性能 熔化速度选用不当 造成结晶器和坯壳之间局部流入渣子过多 减慢了传热 使局部凝壳变薄产生纵裂 相反 合适的保护渣的熔融层 对结晶器壁有润滑作用 使拉坯阻力减少 对解决宽板的热纵裂也很有效 3 结晶器内液面波动过大 直接影响坯壳的均匀性 由于侵入式水口伸入钢液面以下浇注 减轻了注流对坯壳的冲刷作用 能在结晶器内形成厚薄均匀的坯壳 4 C在包晶区纵裂几率增加 Mn S比低纵裂几率增加 5 中包温度过高 六 表面横向裂纹在铸坯表面沿振动谷底所发生的开裂 也称为角裂 板坯角横裂的原因 1 振痕深且不规则2 保护渣性能不好 润滑效果差3 结晶器倒锥度偏大4 矫直点温度低 在两相区矫直5 二冷水大且不均匀6 设备精炼保证不好 如对接弧精度不满足工艺要求 辊子不平或磨损严重 辊缝偏差大等 德龙炼钢厂主要经济技术指标完成情况 2011年5月 2012年5月 第一章主要成本指标完成情况第二章主要经济技术指标完成情况一 质量异议二 轧钢退废二级品三 中包温度达标率四 钢种内控成分合格率五 钢种命中率六 中包寿命 第一章主要成本指标完成情况2012年各项指标完成理想 均突破历史最好记录 特别是工序成本 钢铁料消耗及合金成本屡创新低 1 2012年炼钢工序成本完成情况 2 钢铁料消耗完成情况 自2012年3月份后 钢铁料消耗稳定1060kg 吨以下 主要采取措施 在混铁安装矿石加入料斗 提高矿石用量 混铁炉出铁时随铁流逐渐冲入返矿 为还原返矿提供了良好的动力学条件 在出铁过程中 返矿中的氧化铁被Si Mn C等元素还原 有效降低了钢铁料消耗 另外 1kg返矿可降Si0 004 即0 4个Si 即转炉可以降低石灰等渣料消耗 采取钢渣自回收方式 且改变自回收钢渣入炉方式 提高入炉钢渣品位 减少入炉渣量 从而进一步提高矿石用量 降低钢铁料消耗 采取钢渣热回收 且稳定钢渣热回收比例 降低连铸工序消耗 在满足各钢种质量要求的前提下 严格控制中包浇余及切头 切尾 严格过程控制 减少钢水絮流 进而降低连铸机钢铁料消耗 中包浇余 含渣270mm 工艺要求200 300mm Q235BZ切头长 900mm 工艺要求0 7 1 0m 2 2012年造渣料消耗完成情况 在保证炉况及品种钢生产要求的前提下 降低渣料成本及消耗 主要采取措施如下 优化渣料结构 提高轻烧白云石用量 降低白灰用量 且使用部分价格较低的石灰石 降造渣料成本 在新 老炼钢推行全留渣操作 提高转炉操作水平 在满足内控成分要求的情况下适当降低终渣R 目前新炼钢低碳钢比例日渐提高 占60 以上 炉况压力很大 为维护好炉况 适当提高终渣R 使渣料消耗控制略高 3 2012年合金成本完成情况 降低合金本主要采取措施如下 新 老炼钢推行推迟加合金及窄成分控制 降低合金成本 提高一倒出钢率 控制好终点 降低钢水氧化性 充分利用终点残锰 降低合金成本 目前新炼钢一倒率已稳定在60 以上 减少过精炼及冲棒炉次 进而降低执行Q235B产量 优化Q235B过精炼工艺 推行渣洗提温工艺 优化转炉脱氧工艺 采取出钢过程利用廉价的碳粉及硅铁进行预脱氧 旨在减少铝镁钙等高成本脱氧剂用量 与同一中包原工艺炉次对比 试验炉次可降低合金成本约3 60元 t 且试验过程钢水流动性正常 通过金相 力学性能等检测 可满足带钢质量要求 降低Q235BZ成品锰含量 由原来的0 30 0 35 降低至0 27 0 33 降低0 03 将Q235BZ Q215 Q235B3 20 钢等钢种由原规程的2 5kg t钢渣洗料改为加入石灰及萤石 合金成本降低5 28元 吨钢 金相检验结果表明 带钢夹杂物可稳定在2 0级以下 4 2012年耐材成本完成情况如下 主要通过优化生产组织 减少事故 提高中间包寿命降低耐材成本 2012年中包平均平均使用寿命18 33小时 其次为配合公司年度招标 降低各类耐材价格 进而降低耐材成本 合理搭配现场库存量 对不能满足炼钢厂生产要求的耐材 及时退货或索赔 督促厂家改进 控制各类事故 减少中包提前拉下 5 2012年电耗完成情况如下 主要采取控制精炼炉用电 优化过精炼工艺 对Q195 Q235BZ等钢种 采取渣洗提温工艺 缩短精炼周期 控制非计划过精炼比例 将非计划过精炼比例控制在8 以下 进而降低精炼炉用电 其它对二次除尘 混铁炉除尘风机等大型设备调速运行 第二章主要经济技术指标完成情况一 质量异议 二 轧钢退废二级品 三 中包温度达标率 四 钢种内控成分合格率 五 钢种命中率 六 中包寿命 常见事故及处理方法一 转炉漏炉二 铸机漏钢三 钢包穿包漏钢四 氧枪粘枪无法正常吹炼五 大包滑板刺钢六 中包机构刺钢七 开浇失败八 塞棒断棒九 电极断十 大包钢水不流及中包絮流 一 转炉漏炉1 事故描述 多从炉底与炉身接缝处漏炉 有时也从底吹透气砖孔漏 2 漏炉原因 炉底太深 未做好日常护炉工作 连续生产低碳钢 生产上未安排有效护炉 砌炉后合炉底未合好 缝隙大 开炉前未对透气砖与供气元件之间的缝隙用砂灌好缝 3 防范措施 与日常钢种相结合 尤其在生产低碳钢时必须安排护炉时间 从砌筑方式上改变 变为连续砌炉 不再有合炉底工序 将透气砖与供气元件之间的缝隙用砂灌好缝 保证合理炉型 做到炉衬均匀侵蚀 保证溅渣护炉效果 终渣MgO控制在8 12 之间 适当提高终渣R 二 铸机漏钢1 事故描述 铸坯在出结晶器后漏钢 有少部分也在二冷段或扇形段漏钢 2 漏钢原因 大部分为粘结造成 粘结原因有 保护渣性能不符合要求或吸附夹杂后变性而未及时换渣 液面波动过大 在液渣层厚度或渣耗量不满足要求的情况下提拉速 卷渣漏钢 渣条过大而未及时挑出 下水口中的絮流物大块脱落 开浇漏钢 提拉速过快 送引锭操作或加钉屑等冷却物质不合理 3 防范措施 提高保护渣性能 保证液渣层厚度及渣耗量 在保护渣变性或结团时及时换渣 避免液面波动