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。节能、减排是首要措施节能、减排是首要措施。(钢铁冶金特点:原料适应设备原料适应设备)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

2、却剂等冷却剂等； 气体气体：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。（铁水渣量铁水渣量）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 锰锰

3、0.30 0.300.50 0.50 磷磷 0.15 0.150.25 0.250.40 硫硫 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，在铁水不经深度预处理时，转炉铁水硅含量在0.30.6%为宜。8金属料锰锰 ：锰是钢中的有益元素，铁水锰含量高对炼钢有好处，但冶炼高锰生铁会导致高炉焦比提高，生产率下降。锰在炼钢中的有益作用是：加速石灰熔化，促进成渣并减少萤石用量；有利于减少顶枪粘枪和提高炉龄；有

4、利于提高终点钢水残锰量和提高脱硫效果。由于锰资源缺乏，我国铁水锰含量不高，通常在0.5%左右。9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。10金属料各元素的反应热：各元素的反应热： C+1/2O2=CO H= -11639 kJ/kg C+O2=CO2

5、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 炉渣脱炉渣脱S反应是弱吸热。反应是弱吸热。10%的S气化:S+O2=SO211金属料二二.废废钢钢电炉炼钢的主要金属料，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。12金属料废钢按来源可分类如下：（1）普通废钢）普通废钢这类废钢来源较广，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

6、废件（船舶、车辆、机械设备，土建和民用建材等，09年年11月，美海军一新军舰月，美海军一新军舰“纽约号纽约号”船头熔铸进了从船头熔铸进了从“9.11”世贸双子塔的世贸双子塔的7.5吨钢材吨钢材）c生活用品废钢。13金属料（2）返回废钢）返回废钢 这类废钢质量较好，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。14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，不同性质的废钢应废钢要有明确的化学成分，不同性质的废钢应分类存放。分类存放。废钢中有用的合金元素应尽可能在冶炼过程中回收废钢中有用的合金元素应尽可能在冶炼

7、过程中回收利用，对有害元素要限制在一定范围内。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。15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。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、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。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，

8、重废钢应加工、切割，以便顺利装料压块后使用，重废钢应加工、切割，以便顺利装料并保证熔化期快速熔化。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。广泛采用。1617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）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18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、

9、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。19金属料碳化铁（碳化铁（Fe3C）铁矿粉铁矿粉回转炉回转炉(预热至预热至700) 流化床流化床通入还通入还原性气体原性气体H2、CH4还原得到：还原得到： 3Fe2O3 + 5H2 + 2CH4 = 2Fe3C + 9H2O 脱碳粒铁脱碳粒铁高炉高炉铁水铁水经高压水淬火经高压水淬火直径为直径为34mm的粒化的粒化铁铁回转窑加热至回转窑加热至1000 通入氧化性气体脱碳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 )。20金属料四

10、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。21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。22金属料对铁合金材料的要求：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）合金元素的含量要高，以减少熔化时的热量消耗；消耗； （2）有确切和稳定的化学成分，入炉块度、粒度）有确切和稳定的化学成分，入炉块度、粒度合

11、适，以便控制钢的成分和合金的收得率；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）合金中含非金属夹杂和有害杂质磷、硫及气体要少；体要少；23金属料 （4）、对熔点较低和易氧化的合金，可在低温下烘）、对熔点较低和易氧化的合金，可在低温下烘烤（烤（800 ）并保证足够的烘烤时间。并保证足够的烘烤时间。电炉炼钢所用的合金种类较多，根据不同的钢种，加入的合金顺序及时间都有具体的要求。炼钢用的铁合金由专门的铁合金工厂生产。各种合金都有成分及性能的具体要求，有铁合金手册和铁合金冶金学等书籍。24第二节 非金属料一一.石石灰灰石灰是转炉炼钢和碱性电弧炉炼钢的主要造石灰是

12、转炉炼钢和碱性电弧炉炼钢的主要造渣材料。它具有很强的脱磷、脱硫能力，渣材料。它具有很强的脱磷、脱硫能力，不损害炉衬。不损害炉衬。石灰的化学成分、质量及物理性能直接影响石灰的化学成分、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。着炼钢工艺的各项技术经济指标。一般要求石灰中一般要求石灰中:C a O9 0 % ， S i O2 2 % , M g O 5 % , Fe2O3+Al2O33%, S0.15%, P0.02%, H2O300ml才属于优质石灰。才属于优质石灰。27因转炉炼钢周期短，石灰质量已受到各国转炉炼钢因转炉炼钢周期短，石灰质量已受到各国转炉炼钢厂的重视厂的重视,并一致认为

13、必须采用活性石灰。我国的并一致认为必须采用活性石灰。我国的活性石灰标准为：活性石灰标准为：CaO +MgO 90%；SiO24%；S0.05%；CO22%；活性度；活性度 300ml(10min)。石灰是由石灰石煅烧生成的，其反应为：石灰是由石灰石煅烧生成的，其反应为：CaCO3 CaO+CO2在大气中，在大气中，CaCO3的分解温度的分解温度Tf为：为：880910。石灰石的煅烧温度石灰石的煅烧温度Td应控制在应控制在10501150 的范围的范围内为宜。内为宜。 28非金属料根据石灰的煅烧条件，根据石灰的煅烧条件，一般把煅烧温度过高或煅烧时一般把煅烧温度过高或煅烧时间过长说获得的晶粒粗大、

14、气孔率低或体积密度大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的石灰称为硬烧石灰硬烧石灰；*将煅烧温度在将煅烧温度在1100左右获得的晶粒细小、气孔率高左右获得的晶粒细小、气孔率高或体积密度小的石灰称为或体积密度小的石灰称为软烧石灰软烧石灰。（成分、活性。（成分、活性度）度）一般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介于两者性质之间的叫中烧石灰中烧石灰。电炉炼钢用石灰在没有炉外精炼的情况下，应注意氧电炉炼钢用石灰在没有炉外精炼的情况下，应注意氧化期和还原期用的石灰要在化期和还原期用的石灰要在700高温下烘烤后使用高温下烘烤后使用.29表表2-1 不同煅

15、烧度石灰的物理性质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,%465534463101103101103031非金属料二二.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，使初期渣中石灰块表面形成的2CaO.SiO2加速溶解，改善炉渣的流动性。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。32非金属料炼钢用萤石成分范

16、围如下：CaF2：7585%, SiO2：520%, CaO3%， S96%的石油焦,有一定粒度要求)。39电极是电炉炼钢的导体，它是短网中最重要的组成部分。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。电极要传导很大的电流，电极上的电能损失约占整个短网上的电能损失的40%左右。 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。六、炼钢用电极炼钢用电极40非金属料对电极物理性能的要求对电极物理性能的要求：（1）导电性能良好，电流密度大（1528A/cm2），电阻系数小(810mm2/m)，以减少电能损失。（2）电极的导热系数大，热

17、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。目前炼钢用电极主要是石墨电极石墨电极，为了降低电极消耗，采用了涂层、浸渍等措施，效果良好。41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

18、求氧压稳定，满足吹炼要求的最低压力，并且安全可靠。42炼钢用气体二二.氮气氮气和和氩气氩气氮气氮气和氩气氩气是制氧机制取氧气过程中的副产物.由于氮气和氩气的沸点沸点都氧气，因此在液态空气加热精馏时，通过不同的分离塔，精确地控制精馏温度和压力，就可以得到工业氮气和氩气。炼钢生产中要求氮气纯度达氮气纯度达99%，氩气纯度在氩气纯度在95%以上。以上。氮气和氩气是复吹转炉炼钢的底部搅拌气源，氩气是炉外精炼的常用气体。43第四节 炼钢耐火材料耐火材料能在高温（1580 1580 以上）条件下,承受各种机械和化学侵蚀等作用的材料叫做耐火材料耐火材料。441、化学、化学特性特性酸性酸性耐火材料以SiO2质为主中性中性耐火材料以A2lO3、Cr2O3和碳质为主碱性碱性耐火材料CaO、MgO质为主2、耐火、耐火度度普通普通耐火材料15801770高级高级耐火材料17702000特殊特殊耐火材料2000以上耐火材料的分类耐火材料的分类453、制制造造工工艺艺及及形形态态定型耐定型耐火材料火材料烧成砖（成型砖坯经烧制而成）烧成砖（成型砖坯经烧制而成）不烧成砖（高压成型）不烧成砖（高