炼钢生产及工艺知识

1、炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 主编：李大平 时间：2008年7月 目前唐山建龙炼钢厂生产钢材约200万吨/年，主要冶炼钢材种 类有：耐侯钢系列spa-h（09cupcrni ）；冷轧用钢08al、深 冲钢sphd、mrt4；低合金高强度用钢（汽车大梁钢jl510l 、 石油管线钢j55、x42）；普通碳素结构钢q195、q195l、q215、 q235、q345b、20#钢等。 主要生产设备为：铁水预处理1台，60吨顶底复吹转炉2座，lf 钢包精炼炉1座，5机5流弧型方坯连铸机1台，2机2流板坯连铸 机1台。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识

2、炼钢厂生产工艺流程如图1。 图1 炼钢生产工艺流程图 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 一、铁水预处理工序一、铁水预处理工序 由高炉供给的铁水直接兑入混铁炉或经铁水预处 理进行脱s处理后再兑入混铁炉。铁水预处理是指高 炉铁水在进入转炉之前预先脱除某些杂质的预备处理 过程。炼钢厂铁水预处理应用的是喷粉（钝化镁粉） 脱硫工艺。铁水需要进行脱s 处理的钢种及出站s含 量如表1所示。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 钢种sphdmrt4x42j55jl510lspa-h 出站铁水s 要求 0.0050.010 表1 钢种及出站s含量 唐山建龙炼钢厂生产系统分为铁水预处理、冶 炼、精炼炉、连铸

3、4道工序。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 铁水预处理的意义铁水预处理的意义 铁水预处理对于优化钢的冶金工艺，提高钢材质量，发展 优质钢种，提高钢铁冶金企业的综合效益起着重要作用，已经 发展成为现代冶金中不可缺少的工序。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 铁水炉外处理，创造了最佳的冶金反应环境，既 具有良好的热力学条件，又具有良好的动力学条件， 即以较小的费用，获得较高效率，并将钢的冶炼工艺 优化为： 高炉还原分解铁矿石； 铁水预处理预脱硅、磷、硫； 转炉脱碳、升温； 炉外精炼去夹杂、合金化。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 也就是使脱硅、磷、硫主要在炉外完成，这样既 减轻了高

4、炉的负担，有利于高炉稳定、顺行、降低成 本；又解放了转炉，使其生产率进一步提高，为其生 产优质钢和合金钢提供了条件。同时也提高了连铸比， 实现全连铸，最终形成连铸及热装热送新工艺的最经 济、可靠的技术保障。从而使钢铁冶金企业的综合效 益得到提高，提高了市场竞争能力。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 主要规格及技术参数： 喷枪气化室最大直径 560mm 喷枪长度 8580 mm 喷枪质量 1500kg 输镁软管公称通径 3/4” 软管钢接头螺纹 3/4” 上极限时喷枪气化室下口距平台距离 800 mm 喷枪升降速度 12m/min 喷枪最大行程 5800 mm 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及

5、工艺知识 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 脱硫原理脱硫原理 硫能溶于液态铁中形成无限溶液。在工业生产中，硫在铁和钢中的含量约 为0.0010.1%。一般认为硫以元素状态溶解于液态铁中。钢铁冶炼脱硫， 就是要形成稳定的硫化物，并能与钢或铁水顺利分离，镁与硫的亲和能力 很强，它是一种很有效的脱硫剂，根据计算，在1350时，用镁脱硫的平 衡含硫量为1.610-6。唐山建龙炼钢厂使用镁系脱硫剂，优点是脱硫能 力强，反应速度快，适用于大量处理铁水，能达到s0.005，而且渣 量少，渣中带走的铁损和热量损失少，对环境污染亦小。脱硫基本反应方 程式如下： mg(g)+s=mgs(s) g=- 4273

6、67+180.67 t 镁与硫的亲和能力很强，它是一种很有效的脱硫剂， 根据计算，在1350时，用镁脱硫的平衡含硫量为 1.610-6。 我厂使用镁系脱硫剂，优点是脱硫能力强，反应速度 快，适用于大量处理铁水，能达到s0.005，而 且渣量少，渣中带走的铁损和热量损失少，对环境污 染亦小，可以不进行预先除渣；采用包盐镁粒在贮藏 和运输期间都比较安全。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 冶炼品种钢对铁水预处理的要求 1、要保证铁水预处理的产量满足冶炼品种钢的需要； 2、保证铁水预处理的生产节奏满足品种钢生产的需要； 3、要求铁水预处理以后的铁水硫含量满足品种钢冶炼 的需要。 炼钢生产及工艺知

7、识炼钢生产及工艺知识 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 二、冶炼工序二、冶炼工序 冶炼作业区拥有公称容量60吨的顶底复吹转炉2座。顶底复吹转炉主要冶 金特征：炉渣氧化性明显降低；钢液中残锰量明显提高；脱磷和脱硫反应非 常接近平衡，有较高的磷和硫的分配系数；吹炼平衡、喷溅量少，金属收得 率提高。 1 1、炼钢用原材料、炼钢用原材料 主原料：铁水、废钢、生铁块；辅原料：即造渣剂（活性石灰、轻烧白云石、 生白云石等）；冷却剂：铁矿石、氧化铁球；铁合金：锰铁、硅铁、硅锰铁、 铝铁、磷铁、铬铁、铜镍铁、铌铁、铝线、铝粉、铝粒等；其它材料：增碳 剂、氧气、氮气、氩气、溅渣改质剂等。 炼钢生产及工艺知识

8、炼钢生产及工艺知识 2 2、炼钢的基本任务、炼钢的基本任务 炼钢的基本任务包括：脱碳、脱磷、脱硫、 脱氧；去除有害气体和夹杂；提高温度；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。通过控制供氧、 造渣、调整温度、脱氧合金化等手段，获得合格 的钢液，并浇铸成合格的铸坯。 图2 氧气吹炼 转炉炼钢工艺操作 1 吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化 2 装入制度 3 供氧制度 4 造渣制度 5 温度制度 6 终点控制 7 脱氧和合金化 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化 吹炼前期：指si、mn氧化期。 吹炼中期：指c氧化期。 终

9、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； 综上所述，要炼好一炉钢，首先要造好渣，才能达到碳 符合钢种要求范围，去除s、p有害元素，以及调整到合格的 出钢温度。同时要组织好出钢，做好脱氧和合金化操作，确 保化学成份符合钢种要求。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 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。 装入量的过大或过小，直接影响到技术经济指标的 好坏。装入量过大，造成造渣困难，导致严重喷溅，不但降 低金属收得率和炉衬寿命，而且延长冶炼时间；装入量过小， 不仅影响产量，同时由于装入量少，使熔池深度变浅，加深 氧气流股对炉底的冲击作用，炉底过早

10、被损坏，甚至造成了 炉底烧穿所引起的穿炉事故。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 供氧制度 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。其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。目的是为了确保正 常供氧和造渣，使铁液中的部分c、si、mn等元素均匀氧化，放 热升温，化好前期渣和过程渣，达到去除s、p有害元素。同时， 在一定炉容比的条件下，既要尽量提高供氧强度和冶炼强度，缩 短冶炼时间，提高生产率，又要减少喷溅，使冶炼过程正常进行， 提高金属收得率和减少温度损失。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 造渣制度 是研究造渣方法

11、，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。 炉渣在冶炼过程中的作用：转炉炉渣必须保证有足够的碱度和 流动性，以利去除金属液中的s、p；对耐材的侵蚀程度最小； 为分散的金属液滴脱c创造有利的条件；作为热量损失的保护层 和避免氧气流股强力冲击熔池，可减少热量损失和金属喷溅； 还可防止钢液从大气中吸收n2及h2o分等有害气体；利用炉渣强 力洗涤钢液，吸附外来及内在的细小非金属夹杂物。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 温度制度 是

12、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。若出钢温度过低，将 会造成钢包结冷钢、连铸结流和回炉等事故；出钢温度过高， 往往使钢中气体含量和夹杂物含量增加，影响钢材质量。因此， 控制好终点温度是转炉炼钢操作的重要环节之一。对于过程温 度的过高或过低，直接影响到成渣速度与脱碳速度之间的关系， 控制不当，造成喷溅，增加铁的烧损，以及降低炉龄，另外， 过程温度的控制是达到理想终点温度的关键。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 终点控制 主要是指终点的温度及成份的控制。铁水在炉内，通过 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 供氧、造渣之后，经过了一系列物理

13、化学 反应，铁水经冶炼而达到所要求的钢种 时，称之为“终点”。终点所具有的特 点是： 钢中含c量达到所炼钢种的控制范围； 钢中含s、p量均低于规格下限所要求的值； 终点温度能达到确保顺利浇铸的温度。 冶炼终点主要根据钢水的含c、s、p量及温度来确定。 图3 终点取样看碳 脱氧合金化 氧气顶吹转炉在吹炼过程中向熔池提供了大量的氧，以 供一系列的氧化反应，同时有一部分氧溶解于钢液中，在出 钢时若不脱氧，则钢液在浇铸过程中，随着温度的下降，引 起与碳的再氧化，生成的co气泡使铸坯产生皮下气泡。另外， 钢中的氧能使钢变脆，塑性下降，所以在冶炼终点时要进行 脱氧。把钢液中的氧去除过程，称之为“脱氧”。

14、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，称之为合金化。脱氧和 合金化在炼钢过程中是同时完成的。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 3 3、转炉炼钢操作过程、转炉炼钢操作过程 （1）上一冶炼炉次溅渣护炉结束后，倒 出残渣，第一批料石灰在倒掉余渣后加入， 其加入量为总量的1/22/3，废钢和铁水 由天车吊运至冶炼平台，通过炉口加入炉 内，炉体摇正后降氧枪吹炼，设定工作氧 压0.800.95mpa，氧气流量 1300015000m3/h，供氧强度控制在 3.674.0m3/t*min，开吹加入轻烧白云石， 当氧气流与

15、熔池接触，碳、硅、锰开始氧 化，随着硅、锰、碳、磷 图4 兑铁水 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 的氧化，熔池温度升高，火焰亮度增加，炉渣熔化，的氧化，熔池温度升高，火焰亮度增加，炉渣熔化，3min3min开始将剩余的石灰开始将剩余的石灰 约约1t1t分小批量、多批次加入，在吹炼开始后分小批量、多批次加入，在吹炼开始后6min6min前加完。前加完。 （2）吹炼中期碳氧反应剧烈，渣中氧化铁降低，致使炉渣熔点增高和黏度增 大，并可能出现返干现象。此时视化渣情况,多批次加入铁矿石或氧化铁球， 在吹炼开始后11min前加完。 （3）吹炼末期根据炉口火焰状况，供氧数量和吹炼时间，按冶炼钢种成分和

16、 温度要求确定吹炼终点，纯供氧时间控制在13分钟左右。倒炉、测温、取样。 钢水温度和成分合格即可倒炉出钢，在出钢过程中向钢包内加入铁合金，进 行脱氧合金化，出钢完毕钢水开至氩站进行吹氩处理，转炉炉体摇正降氧枪 使用高压氮气进行溅渣操作，余渣倒入渣盆中。冶炼周期30 min。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 三、精炼炉工序三、精炼炉工序 唐山建龙炼钢厂炉外精炼设备为1座60吨lf钢包精炼炉。 1 1、lflf钢包精炼炉冶炼用辅料及设备简介钢包精炼炉冶炼用辅料及设备简介 辅料：石灰、萤石、硅钙粉、铁合金、铝线、铝粒、铝粉等。主要设备：机 械设备（包括炉下钢包车、炉盖及其升降装置、电极臂及其升

17、降装置、电极 夹持器和测温、取样装置等）、液压设备（包括液压缸等）、喂丝机、钢包 底部吹氩装置、电极接长装置、散状料加料系统设备、除尘系统设备、供电 和电控系统设备、仪表设备。 2 2、lflf精炼炉基本功能精炼炉基本功能 均匀钢水成份和温度，精确控制钢水成份和温度，脱氧、脱硫、脱气，去除 钢中夹杂物，控制夹杂物形态与特殊元素的合金化。 三、钢包炉工艺三、钢包炉工艺 主要优点： 精炼能力强，脱氧、脱硫、净化钢水效果好，钢的质量显著提 高；适宜生产超低硫，超低氧钢种。 具有电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高。 具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳 定性。 采用渣

18、钢精炼工艺，精炼成本低。 设备简单，投资较少。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 造白渣工艺：造白渣工艺： 1)1)转炉出钢，控制吨钢下渣量不大于转炉出钢，控制吨钢下渣量不大于5kg/t5kg/t； 2)2)钢包渣改质，控制钢包渣碱度钢包渣改质，控制钢包渣碱度r2.5r2.5，渣中；，渣中； 3)3)白渣精炼，处理周期有限，白渣形成越早，精炼时间越长，精白渣精炼，处理周期有限，白渣形成越早，精炼时间越长，精 炼效果越好，一般采用炼效果越好，一般采用cao-alcao-al2 2o o3 3-sio-sio2 2系渣，保持熔渣良好的流系渣，保持熔渣良好的流 动性和较高的渣温，钢包渣的最终控制

19、成分列于表。高碱度、动性和较高的渣温，钢包渣的最终控制成分列于表。高碱度、 低熔点、低氧化铁的精炼渣能有效脱硫，吸收夹杂物，降低钢低熔点、低氧化铁的精炼渣能有效脱硫，吸收夹杂物，降低钢 中中toto。 4)4)控制控制lflf炉内为还原气氛；炉内为还原气氛； 5)5)良好的底吹氩搅拌，保证炉内既有较高的传质速度。良好的底吹氩搅拌，保证炉内既有较高的传质速度。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 四、连铸工序四、连铸工序 1 1、方板坯铸机参数、方板坯铸机参数 连铸作业区拥有连铸作业区拥有2 2机机2 2流立弯式板坯连铸机流立弯式板坯连铸机1 1台，铸机弧

20、型半径：台，铸机弧型半径：6000mm6000mm，定尺，定尺 长度：长度：6500mm6500mm，铸机有效作业率：，铸机有效作业率：90%90%，年产量：，年产量：110110万吨万吨/ /年；年；5 5机机5 5流全弧形流全弧形 方坯连铸机方坯连铸机1 1台，铸机弧型半径：台，铸机弧型半径：r6000/12000mmr6000/12000mm，铸机有效作业率：，铸机有效作业率：85%85%，年，年 产量：产量：9090万吨万吨/ /年。年。 2 2、连铸工艺流程图、连铸工艺流程图3 3所示所示 图5 连铸工艺流程图 钢钢 包包 中中 间间 包包 结结 晶晶 器器 扇扇 形形 段段 火火

21、焰焰 切切 割割 出出 坯坯 系系 统统 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 转炉冶炼的钢水经过脱氧合金化和温度、成分的调整，调运到连铸回转台， 回转台旋转180，钢包包体处于中间包正上方。打开钢包滑板机构，钢液由 钢包下水口注入中间包内，中间包暂时储存钢液，再浇注到结晶器内，钢液 在结晶器内迅速冷却，形成外表为凝固坯壳内部未凝固的钢水的铸坯，随着 拉辊缓慢地将带液心的铸坯从结晶器拉出，中间包内的钢水也连续地注入结 晶器内，带液芯的铸坯在二次冷却区接受喷水的强制冷却，当拉到规定位置 时，铸坯内部完却凝固，然后将铸坯切割成规定的尺寸。板坯连铸结构图如 图6所示。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工

22、艺知识 图6 板坯连铸结构图 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 铸坯通过出坯装置热送到热轧厂进行轧制。 图6 铸坯切割 2 2、连铸钢水的温度要求：、连铸钢水的温度要求： 钢水温度过高的危害：出结晶器坯壳薄，容易漏钢； 耐火材料侵蚀加快，易导致铸流失控，降低浇铸安全性；增 加非金属夹杂，影响板坯内在质量；铸坯柱状晶发达；中 心偏析加重，易产生中心线裂纹。 钢水温度过低的危害：容易发生水口堵塞，浇铸中断；连 铸表面容易产生结疱、夹渣、裂纹等缺陷；非金属夹杂不易 上浮，影响铸坯内在质量。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 4 4、钢水过热度的确定、钢水过热度的确定 钢水过热度主要是根据铸坯

23、的质量要求和浇铸性 能来确定。 钢种类别 过热度 非合金结构钢 10-20 铝镇静深冲钢 15-25 高碳、低合金钢 5-15 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 5 5、结晶器的作用、结晶器的作用 在尽可能的拉速下，保证铸坯出结晶器是形成足够厚 度的坯壳，使连铸过程安全的进行下去，同时决定了 连铸机的生产能力； 结晶器内的钢水将热量平稳的传导给铜板，使周边坯 壳厚度能均匀的生长，保证铸坯表面质量。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 10、保护渣在结晶器内的行为 （1）绝热保温、防止钢液面结壳 在高温钢液面上加入低熔点的保护渣，一般要求保护渣形 成液渣层、烧结层和原渣层三层结构。 保护渣

24、三层温度，液渣层温度较高，同钢液温度相近，烧 结层在800900c左右，原渣层400500c。加入保护渣后， 钢水扩散的热量比裸露钢液散热小10倍，可以减少大量的热损 失，防止结壳。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 （2）隔绝空气防止二次氧化 （3）吸收钢水中的夹杂物 要求保护渣具有良好的吸收熔解夹杂物的能力。通过认为， 粘度低夹杂物熔解速度增加，液渣的高碱度、低sio2、al2o3、 高na2o、caf2有利于提高夹杂物的熔解度。 （4）渣膜的润滑作用 结晶器内钢水表面张力和铜壁的冷却作用，形成了向内弯 曲的凝固壳，加之结晶器振动和气隙的毛细管的作用，可把弯 月面上的液渣吸入坯壳与铜壁

25、间的气隙形成渣膜，起润滑作用。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 （5）改善结晶器传热 结晶器内坯壳的收缩产生了气隙，使热阻增加， 导致热流减少，如果气隙内充满均匀渣膜，气隙热阻 减少将改善传热，凝固坯壳均匀生长。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 12、二冷区冷却方式 目前广泛使用的二次冷却方式有两种，即水冷 和气水混合冷却。 气水混合冷却系统就喷嘴数量而言属于单喷 嘴系统，它最重要的特征是将压缩空气引入喷嘴，与 水混合，从而使这种混合介质在喷出喷嘴后能形成高 速“气雾”，而这“气雾”中包含大量颗粒小，速度 快，动能大的水滴，因而冷却效果大大改善。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知

26、识 气水混合冷却系统使用的压缩空气压力通常工作压力为 0.2mpa。 水滴的平均直径：水喷嘴200600m，气水喷嘴2060m。 水滴的表面积与体积比值从0.05增加到0.1。 计算时需要考虑以下几点： 与喷淋冷却相比，气水冷却的水流量仅为40%60%； 内弧与外弧的水分配比为1:1.1或1:1.2； 在二次冷却尾部，冷却水流量可相对大些。 炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识 1、连铸坯产量： 报告期内经质量检验部门判定合格的连铸坯，包括符合本企 业或客户轧制技术要求的短尺坯，但必须出具质量证明书； 经质量检验部门判定属于炼钢责任的加工后废品和退货废品， 不论是否过去年度生产品，均于发生月（

27、指判定月），将所 用连铸坯量在钢坯产量中扣除； 连铸坯产量应按实际度量数据计算，若因工艺原因无法实际 度量的，如炼钢热送坯生产工艺的连铸坯产量，可按理论重 量计算产量，但须由公司质量检验部门或计量部门规定理论 计算公式；也可按公式：月末厂内实际合格钢坯库存支数 （长宽高密度）轧钢收入量外销合格量上月 末厂内实际合格连铸坯。其中密度以生产中心公布的数据为 准。 常用经济技术指标 常用经济技术指标 2、新品种钢命中率（%）新品种钢合格炉数（炉）/ 新品种钢出钢炉数（炉）100%， 计算说明：新品种钢出钢炉数，包括新品种钢全炉钢 废品的炉数、全炉钢水回炉重炼、事故回炉，但不包 括洗炉和吹钒炉数。 3

28、、冶炼合格率(%)钢水检验合格量（吨）/钢水检验 总量（吨）100%， 计算说明：钢水检验合格量是指经质检部门判定为合 格品的重量，钢水检验总量钢水检验合格量冶炼 废品量。 4、连铸坯综合合格率（%）连铸坯合格量（吨）/连铸 坯检验总量（吨）100%， 连铸坯检验总量连铸坯合格量连铸坯废品量 （不含废钢水浇铸量）钢水废品量； 连铸坯合格量连铸坯实际检验合格量属于炼钢 责任的加工后退废量属于炼钢责任的用户退废量； 连铸坯切头、切尾、中间包更换接头与中间包粘钢 300毫米以下的不计算废品； 因钢水温度低不符合浇注要求等原因回炉重炼的钢 水不计算废品量； 常用经济技术指标 5、 转炉利用系数（吨/吨日）转炉钢合格产量（吨）/(转炉 查定吨位日历日数（吨/日）) 6、 转炉日历作业率（%）转炉各炉座炼钢实际