第2章 炼钢用原材料

1、1第二章第二章 炼钢用原材料炼钢用原材料原材料是炼钢的物质基础，它的质量和供应条件对炼钢生产的各项技术经济指标都有重要影响。质量要求；1.化学成分和物理性能符合技术标准；2.化学成分和物理性能保持相对稳定。随着市场对钢品种、质量要求的提高，目前普遍对入炉入炉原料进行预处理（精料原料进行预处理（精料），），进一步提高炼钢生产的各项技术经济指标。是节能、减排首要措施。(钢铁冶金特点:原料适应设备)2炼炼钢钢用用原原材材料料 金属料金属料：生铁、废钢、废钢代用品及铁生铁、废钢、废钢代用品及铁合金；合金； 非金属料非金属料：造渣料、氧化剂、增碳剂、造渣料、氧化剂、增碳剂、冷却剂等冷却剂等； 气体气体：

2、氧气、氮气、氩气、及二氧化碳氧气、氮气、氩气、及二氧化碳等。等。 耐火材料耐火材料(不讲)3第一节第一节 金属料金属料一一.生生铁铁：主要主要指铁指铁水水是是转炉炼钢的基础原料，转炉炼钢的基础原料，一般占入炉量一般占入炉量的的70100%。电炉炼钢电炉炼钢 50%。铁水的铁水的物理热物理热和和化学热化学热是转炉炼钢的是转炉炼钢的基本热源基本热源，因此对铁水的成分成分和温度温度都有一定的要求。4金属料（1）铁水温度）铁水温度(T)温度是铁水带入炉转炉内物理热多少的标志。一般要求：铁水入炉温度应在12501350 T0.450.85 0.851.25 锰 0.30 0.300.50 0.50 磷

3、0.15 0.150.25 0.250.40 硫 0.02 0.020.03 0.030.05 0.050.077金属料碳碳：一般在4.04.5%之间，是转炉炼钢的主要发热元素。硅硅：硅是铁水中主要发热元素之一，生成的SiO2是渣中的主要酸性成分，是决定炉渣碱度和石灰消耗量的关键因素。通常，转炉铁水硅含量在0.30.8%为宜。锰锰 ：锰是钢中的有益元素，铁水锰含量高对炼钢有好处。我国铁水锰含量不高，通常在0.5%左右。8金属料磷磷： 磷Fe2P是大多数钢种中的有害元素，因此铁水中的磷Fe2P越低越好。铁水中的磷含量主要取决于矿石条件，目前由于各种炉外脱磷工艺技术的开发，使得入炉铁水的含磷量大大

4、降低。硫硫： 硫在大多数钢种中FeS是有害元素。在转炉氧化性气氛下，脱硫率不高。因此，转炉希望铁水硫含量越低越好。近年来，随着转炉钢品种及质量的提高铁水炉外脱硫工艺已成为重要的手段。电炉的还原性气氛则有利于脱硫。9金属料各元素的反应热： C+1/2O2=CO H= -11639 kJ/kg C+O2=CO2 H= -34834 kJ/kg Si+ O2=(SiO2) H= -29202 kJ/kg Mn+ 1/2O2=(MnO) H= -6594kJ/kg 2P+5/2 O2=(P2O5) H= -18980kJ/kg 炉渣脱S反应是弱吸热。15%的S气化10金属料二二.废废钢钢电炉炼钢的主要

5、金属料，部分用于转炉炼钢。是效果比较好的的冷却剂，其质量直接影响着炼钢的各项技术经济指标。11废钢按来源可分类如下：（1）普通废钢）普通废钢来源较广，成分和规格较复杂，质量差异大。主要包括：a种加工工业废料（机械、造船、汽车等行业废钢、车屑等）；b钢铁制品报废件（船舶、车辆、机械设备，土建和民用建材等）c生活用品废钢。（2）返回废钢）返回废钢 质量较好，形状较规则，大都能直接入炉冶炼。主要包括：废钢锭、坯、轧钢切头、切尾及废铸件等。12金属料为了合理使用废钢并保证冶炼工艺顺行，对废钢有如下要求：如下要求：a.废钢要有明确的化学成分，不同性质的废钢应分类存放。废钢中有用的合金元素应尽可能在冶炼过

6、程中回收利用，对有害元素要限制在一定范围内。如：磷、硫应小于磷、硫应小于0.06%；不得混有铜、锌、铅、锡、锑、砷等有色金属不得混有铜、锌、铅、锡、锑、砷等有色金属。13金属料b入炉前要仔细检查，严禁混入封闭器皿，爆炸物品和毒品，以保证安全生产。c应清洁干燥、少锈，应尽量避免带入泥土砂石、油污、耐火材料和炉渣等杂质。d废钢应具有合适的外形尺寸和单重。轻薄料应打包或压块后使用，重废钢应加工、切割，以便顺利装料并保证熔化期快速熔化。为缩短冶炼周期，节能降耗，目前废钢预热措施已被广泛采用。1415金属料三.废废钢钢代代用用品品 用于电炉炼钢用于电炉炼钢 主要有下列三类主要有下列三类（1）直接还原铁）

7、直接还原铁（DRI_Direct Reduction Iron）（2）碳化铁）碳化铁（Fe3C）（3）脱碳粒铁）脱碳粒铁16金属料 DRI指铁矿石在低于熔化温度下还原得到的海绵状金属,还原剂有煤基煤基和气基气基两类.根据工艺不同有三种产品：海绵铁海绵铁、金属化球团金属化球团及热压块铁热压块铁。DRI是拥有廉价天然气和煤的发展中国家的重要电炉原料，也是发达国家生产高附加值的纯净钢的必备品。17金属料碳化铁（碳化铁（Fe3C）铁矿粉回转炉预热至700 流化床通入还原性气体H2、CH4还原得到： 3Fe2O3 + 5H2 + 2CH4 = 2Fe3C + 9H2O 脱碳粒铁脱碳粒铁高炉铁水经高压水淬

8、火直径为34mm的粒化铁回转窑加热至1000 通入氧化性气体脱碳（含碳量在0.23.0%范围内任意可调，出炉温度为800 )。18金属料四四.铁铁合合金金为了使钢具有所需的力学性能、物理性能和化学性能，必须向钢液中加入合金材料以满足钢的化学成分和质量要求。在钢的脱氧和合金化过程中广泛使用多种铁合金和脱氧剂。19金属料种类：1).铁合金铁合金锰铁、硅铁、铬铁、钨铁、 钼铁、钛铁、钒铁、硼铁等； 2).合金合金硅锰、硅钙、硅铝钡等； 3).纯金属纯金属铝、锰、铬、镍等； 4).化合物化合物稀土化合物等。20对铁合金材料的要求：（1）合金元素的含量要高，以减少熔化时的热量消耗； （2）有确切和稳定的

9、化学成分，入炉块度、粒度合适，以便控制钢的成分和合金的收得率；（3）合金中含非金属夹杂和有害杂质磷、硫及气体要少；（4）、对熔点较低和易氧化的合金，可在低温下烘烤（800 ）并保证足够的烘烤时间。21第二节 非金属料一一.石石灰灰石灰炼钢的主要造渣材料。它具有很强的脱磷、脱硫能力，不损害炉衬。石灰的化学成分、质量及物理性能直接影响着炼钢工艺的各项技术经济指标。非喷粉用石灰应具有合适的快度，一般以540mm为宜。烧减烧减即石灰中残余CO2量应控制在合适的范围内，一般要求石灰烧减量为：2.53.0%。22非金属料石灰的活性度石灰的活性度：是指石灰同其它物质发生反应的能力，用石灰的溶解速度来表示。

10、石灰在高温炉渣中的熔解能力称为热活性热活性。目前还没有能力测定其热活性，用石灰的水活性水活性近似反映石灰在炉渣中的熔解速度。石灰的活性度用盐酸滴定法测，即：CaO+H2O= Ca(OH)2反应进行时要放出热量和形成碱性溶液，测量此反应的放热量和中和其溶液所消耗的盐酸量（HCl） ，来表示石灰的活性。盐酸消耗量300ml才属于优质石灰。23因转炉炼钢周期短，必须采用活性石灰。我国的活性石灰标准为：CaO +MgO 90%；SiO24%；S0.05%；CO22%；活性度 300ml(10min)。石灰是由石灰石煅烧生成的，其反应为：CaCO3 CaO+CO2在大气中，CaCO3的分解温度Tf为：8

11、80910。石灰石的煅烧温度Td应控制在10501150 的范围内为宜。 24非金属料根据石灰的煅烧条件，一般把煅烧温度过高或煅烧时间过长说获得的晶粒粗大、气孔率低或体积密度大的石灰称为硬烧石灰硬烧石灰；*将煅烧温度在1100左右获得的晶粒细小、气孔率高或体积密度小的石灰称为软烧石灰软烧石灰。（成分、活性度）一般软烧石灰即为活性石灰软烧石灰即为活性石灰。介于两者性质之间的叫中烧石灰中烧石灰。25表2-1 不同煅烧度石灰的物理性质类 别软烧石灰中烧石灰硬烧石灰密度,g/cm31.51.81.82.22.2比表面,cm2/g178001970032005800400980气孔率,%46553446

12、31011031011026二二.萤萤石石萤石萤石又叫氟石，主要成分是CaF2，有黄、绿黑、玫瑰等多种原色的晶体，熔点约为930 。在炼钢过程中，萤石作为助溶剂使用，它可与石灰生成低熔点共晶物质，降低石灰熔点。但萤石分解后的氟离子有强腐蚀性，对炉衬和设备有侵蚀作用，应限量使用。炼钢用萤石成分范围如下：CaF2：7585%, SiO2：520%, CaO3%， S96%的石油焦,有一定粒度要求)。32电极是电炉炼钢的导体。电极的作用：将电流导入炉内，并与炉料之间产生电弧，将电能转化为热能。电极工作时要受到高温、炉气氧化及塌料撞击等作用，这就要求电极能在冶炼的恶劣条件下正常工作。对电极物理性能的要

13、求对电极物理性能的要求：（1）导电性能良好，电流密度大，电阻系数小，以减少电能损失。（2）电极的导热系数大，热膨胀系数小，弹性模量小，以提高电极耐急冷急热的性能。（3）体积密度大，气孔率小，抗氧化性好，在空气中开始强烈氧化的温度就有所提高。（4）在高温下有足够的机械强度和抗弯强度。（5）几何形状规整，以保证电极和电极夹头之间接触良好。六、炼钢用电极炼钢用电极33第三节 炼钢用气体一一.氧氧气气氧气氧气是炼钢过程中主要的氧化剂（电炉炼钢用部分矿石），它可使钢液迅速升温，加速杂质的氧化速度和脱碳速度。一般要求含氧量达99.5%以上。工业用氧是通过制氧机把空气中的氧气分离、提纯来实现的。炼钢用氧是由厂内附设的制氧车间供给，用管道输送到炉前。要求氧压稳定，满足吹炼要求的最低压力，并且安全可靠。34炼钢用气体二二.氮气氮气和和氩气氩气氮气氮气和氩