转炉炼钢工艺

1、朱朱 荣荣炼钢工艺部分授课内容 转炉炼钢工艺；转炉炼钢工艺；(4) 铁水预处理工艺；铁水预处理工艺；(2) 电炉炼钢工艺；电炉炼钢工艺；(4) 钢水炉外精炼处理工艺。钢水炉外精炼处理工艺。(4)建筑是艺术之母，冶金是科学之父。建筑是艺术之母，冶金是科学之父。冶金工业是迁移不是灭亡。冶金工业是迁移不是灭亡。氧气转炉的种类：氧气转炉的种类： 氧气顶吹转炉氧气顶吹转炉 氧气底吹转炉氧气底吹转炉 氧气侧吹转炉氧气侧吹转炉 氧气顶底复合转炉氧气顶底复合转炉1、顶吹氧气转炉炼钢 特点特点 生产率高（冶炼时间在生产率高（冶炼时间在2020分钟以内）；分钟以内）； 质量好（质量好（* *气体含量少：（因为气体

2、含量少：（因为COCO的反应搅拌，的反应搅拌，将将N N、 H H除去）可以生产超纯净钢；除去）可以生产超纯净钢； 有害成份（有害成份（S S、P P、N N、H H、O O）80PPm80PPm； 冶炼成本低，耐火材料用量比平炉电炉用量低；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，高原材料适应性强，高P P、低、低P P都可以；都可以； 设备少，平炉的设备少，平炉的2/32/3，比电炉多。，比电炉多。 氧气射流及熔池搅拌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；氧枪的心藏是氧枪喷头； 有关氧枪

3、及氧枪喷头设计，在单元设计中阐述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。氧气射流属于气体动力学的范畴。氧枪喷头的种类 直简型直简型 收缩型收缩型 拉瓦尔型拉瓦尔型 多孔拉瓦尔型。多孔拉瓦尔型。基本概念基本概念 枪位枪位 操作氧压操作氧压 氧气流量氧气流量 射流穿透深度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。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。压或氧速越高，凹坑越深，搅拌加

4、剧。操作俗语软吹：低压、高枪位，吹入的氧在渣层中，软吹：低压、高枪位，吹入的氧在渣层中，渣中渣中FeOFeO升高、有利于脱磷；升高、有利于脱磷；硬吹：高压低枪位硬吹：高压低枪位( (与软吹相反与软吹相反) )，脱，脱P P不好，不好，但脱但脱C C好，穿透能力强，脱好，穿透能力强，脱C C反应激烈反应激烈 。软吹与硬吹对熔池的影响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 直接氧化与间接氧化是针对除铁元素之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）。外的元

5、素氧化的（即所谓的杂质）。直接氧化直接氧化-氧气射流直接与杂质元素产生氧化氧气射流直接与杂质元素产生氧化反应；反应；间接氧化间接氧化-氧气射流先与氧气射流先与FeFe反应生成后反应生成后FeO FeO ，FeOFeO传氧给杂质元素。传氧给杂质元素。是直接氧化还是间接氧化为主呢？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，而不是高度分由于氧流是集中于作用区附近，而不是高度分散在熔池中。散在熔池中。 顶吹转炉的操作过程 上炉出钢上炉出钢- - 倒完炉渣倒完炉渣( (或加添加剂或加添加剂)- )- 补炉或溅补炉或溅渣渣- - 堵

6、出钢口堵出钢口-兑铁水兑铁水-装废钢装废钢-下枪下枪-加渣料（石灰、铁皮）加渣料（石灰、铁皮）- - 点火点火- - 熔池升温熔池升温-脱脱P P、Si Si 、Mn-Mn-降枪脱碳。降枪脱碳。 （看炉口的火，听声音，看渣中稠不稠）看炉口的火，（看炉口的火，听声音，看渣中稠不稠）看炉口的火，听声音。看火亮度听声音。看火亮度-加第二批（渣料）加第二批（渣料）-倒炉倒炉-取样测温。取样测温。 技术水平高的炉长，一次命中率高。技术水平高的炉长，一次命中率高。50%50%。（宝钢是。（宝钢是付枪）根据分析取样结果付枪）根据分析取样结果-决定出钢（或补吹）决定出钢（或补吹）-合金化。合金化。 不要补吹的

7、就是通常说的一次命中。不要补吹的就是通常说的一次命中。冶炼技巧 钢液碳的判断方法钢液碳的判断方法 取样分析、磨样、看火花、付枪。取样分析、磨样、看火花、付枪。 钢液磷的判断方法钢液磷的判断方法 取样分析、渣的颜色及气孔；取样分析、渣的颜色及气孔； 钢液温度判断方法钢液温度判断方法 接触热电偶、看炉口火焰、看钢液颜色、接触热电偶、看炉口火焰、看钢液颜色、读秒表。读秒表。 钢液颜色：白亮、青色、浅兰、深兰、红色钢液颜色：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 比装 料 是 指 装 铁 水 及 废 钢

8、 。 装 入 量 是 由 炉 容 比(V/T,m(V/T,m3 3/t)/t)决定的。装入量过大，喷溅增加，冶炼时间决定的。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，通常炉容比为延长。装入量小生产能力下降，通常炉容比为0.7-1.050.7-1.05。 定量装入定量装入 优点：便于稳定操作，自动控制，适合大型优点：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，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。氧枪不易控制。 定深装入定深装入 优点：主要是熔池深度不变，氧枪操作稳定优点：主要是熔池深度不变，氧枪操作稳定 缺点：装入

9、量变化，辅料也变。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 分阶段定量装入。分阶段定量装入。 150炉，炉，51200炉，炉，200炉以上，枪位每天要校正。交接班看枪位。炉以上，枪位每天要校正。交接班看枪位。废钢量的确定废钢量的确定 转炉炼钢不需要外来热源；转炉炼钢不需要外来热源； 热量来源于：热量来源于： 铁水物理热及元素氧化化学热。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铁水及废钢的合理配比须根据炉子的热平衡计算确定。计算确定。 硅的作用硅的作用 优点：因发热量大，增大废钢加入量，一般铁优点：因发热量大，增大废钢加入量，一般铁水中水中SiSi增

10、加增加0.1%0.1%，废钢比增大，废钢比增大1%1%。 缺点：增大渣量，侵蚀炉衬一般控制在缺点：增大渣量，侵蚀炉衬一般控制在0.40.40.60.6以下。以下。供氧制度 氧气流量大小氧气流量大小(Nm3/h)： 装入量，C、Mn、Si的含量，由物料平衡计算得到，50-65Nm3/h。氧压氧压(Mpa) 喷头的喉口及马赫数一定，P大，流量大,有一范围 0.81.1Mpa。枪位，枪位，由冲击深度决定，1/3-1/2。供氧强度供氧强度(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。氧枪操作就是调节氧压和枪位。 氧枪的操作方

11、式：氧枪的操作方式： 衡枪变压衡枪变压 ：压力控制不稳定，阀门控：压力控制不稳定，阀门控制不好；制不好； 恒压变枪：压力不变，枪位变化。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，控制脱炼钢就是炼渣。通过造渣，控制脱P P。 石灰的熔解石灰的熔解： 开始吹氧时渣中主要是开始吹氧时渣中主要是SiOSiO，MnOMnO，FeO,FeO,是酸是酸性渣，加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表性渣，加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表 J J K K （ C a O + 1 . 3 5 M g O -C a O + 1 . 3 5 M g O -1.09SiO1.09SiO2 2+2.75

12、FeO+1.9MnO-39.1+2.75FeO+1.9MnO-39.1） 2CaO2CaO* *SiOSiO2 2，难熔渣，难熔渣， FeO,MnO,MgOFeO,MnO,MgO加速石灰熔化是因为：降低炉渣加速石灰熔化是因为：降低炉渣粘度，破坏了粘度，破坏了2CaO2CaO* *SiOSiO2 2的存在的存在 。 加矿石，吹氧。加矿石，吹氧。 成渣途径 钙质成渣钙质成渣 低枪位操作，渣中低枪位操作，渣中FeO含量下降很快，碳接近含量下降很快，碳接近终点时，渣中铁才回升。终点时，渣中铁才回升。 适用于低磷铁水、对炉衬寿命有好处。适用于低磷铁水、对炉衬寿命有好处。 铁质成渣过程铁质成渣过程 高枪位

13、操作，渣中高枪位操作，渣中FeO含量保持较高水平，含量保持较高水平，碳接近终点时，渣中铁才下降。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；适用于高磷铁水、对炉衬侵蚀严重；FeO高，高，炉渣泡沫化严重，易产生喷溅。炉渣泡沫化严重，易产生喷溅。CaO(+MgO)-FeO(+MnO)-SiO2(+P2O5)相图相图 ABCABC钙质成渣钙质成渣 ADCADC铁质成渣铁质成渣白云石造渣白云石造渣 提高渣中提高渣中MgO的含量，延长炉衬寿命；的含量，延长炉衬寿命； 渣中饱和渣中饱和MgO的概念；的概念； 一般根据冶炼情况，一般根据冶炼情况，MgO控制在控制在610。大喷 溅 选择逃跑

14、路线选择逃跑路线 喷溅的产生喷溅的产生 低温吹氧，氧位低温吹氧，氧位较高，吹入的氧成为较高，吹入的氧成为FeOFeO，而，而C C反应较慢当温反应较慢当温度升高后度升高后 C-OC-O反应激烈；反应激烈； 操作中防止喷溅的措施：操作中防止喷溅的措施：控制温度，不能一直高控制温度，不能一直高枪位操作。枪位操作。吹炼过程的温度控制 升温升温 降枪、脱降枪、脱C、氧化熔池金属铁。金属收到、氧化熔池金属铁。金属收到率低；率低； 降温降温 加冷却剂加冷却剂(矿石、球团矿、氧化铁皮、废钢矿石、球团矿、氧化铁皮、废钢)；废钢冶炼时一般不加。废钢冶炼时一般不加。终点成份控制 终点成份控制的元素：终点成份控制的

15、元素：Mn Si P C SMn Si P C S； N H O N H O 的控制；的控制； 合金的加入方式。合金的加入方式。 脱C曲线及冶炼控制模型第一阶段：脱第一阶段：脱C C速度逐渐增大，速度逐渐增大，SiSi、MnMn的反应控制了的反应控制了脱脱C C反应、先脱反应、先脱SiSi、MnMn，后脱，后脱C C。 VcVcdC/dt=KdC/dt=K1 1t t第二阶段：脱第二阶段：脱C C速度与速度与C C含量基本无关。如含量基本无关。如Vc Vc 变快，变快，说明脱说明脱C C速度随氧流量的变化而变化。速度随氧流量的变化而变化。 Vc= Vc= dC/dt=KdC/dt=K2 2k

16、k2 2 Q QO2O2 K K2 2=(1.89Q=(1.89QO2O2-0.048h-0.048h枪位枪位-28.5)-28.5)1010-3-3( (试验试验数据数据) )3. 3. 第三阶段：碳下降到一定后，碳的传质成了限制第三阶段：碳下降到一定后，碳的传质成了限制环节。环节。 VcVcdC/dt=KdC/dt=K3 3%C%C脱碳速度与时间的关系脱碳速度与时间的关系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

17、模型 静态控制是动态控制的基础，根据物料平衡和静态控制是动态控制的基础，根据物料平衡和热量平衡；热量平衡； 静态控制的原理是：质量守恒；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；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；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；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，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；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。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。修正的一种控制方法。 钢液中的钢液中的CC和温度测定，钢液中的和温度测定，钢液中的CC和温度是和温度是随时间推移而变化的。随时间推移而变化的。 动态控制的条件：点测的条件动态控制的条件：点测的条件, , 部份连续检测；部份连续检测；控制主要项目：控制主要项目： 能测定其轨道（途中测定