【钢铁精品文档】钢铁冶金概论(四)------钢冶金ppt课件

1、冶金概论-转炉炼钢主讲:孙丽娜教授冶金工程系.主要内容一 炼钢的根本义务二 炼钢用原资料三 转炉炼钢原理与工艺.一 、炼钢的根本义务 炼钢的根本义务包括：1.脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；2.去除有害气体和夹杂；3.提高温度；4.调整成分 炼钢过程经过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢根本义务。 氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是降碳、升温、脱磷、脱硫以及脱氧和合金化等高温物理化学反响的过程，其工艺操作那么是控制供氧、造渣、温度及参与合金资料等，以获得所要求的钢液，并浇成合格钢钢锭或铸坯。.二 、炼钢用原资料 原资料是炼钢的根底，原资料的质量对炼钢工艺和钢的质量有直接影响。倘假设原资料质量不合技

2、术要求，势必导致耗费添加，产质量量变差，有时还会出现废品，呵斥产品本钱的添加。国内外实际证明，采用精料以及原料规范化，是实现冶炼过程自动化的先决条件，也是改善各项技术经济目的和提高经济效益的根底。 炼钢用原资料普通分为主原料、辅原料和各种铁合金。.1.金属料1)铁水：占金属料的70100%主要要求成分：Si、Mn、P、S温度：转炉炼钢重要发热元素，Si0.1%，废钢比1.31.5%； Si过高，渣量添加，引起喷溅；渣中SiO2，炉龄；高炉焦比锰是弱发热元素，铁水中锰氧化后构成的(MnO)可促进石灰溶解，加快成渣；减少氧枪粘钢，终点钢中余锰高，可以减少合金用量，利于提高金属收得率；锰在降低钢水硫

3、含量和硫的危害方面起到有利作用。Mn/Si的比值为0.81.00时对转炉的冶炼操作控制最为有利。当前运用较多的为低锰铁水，普通铁水中Mn=0.200.40。 磷是强发热元素，磷会使钢产生“冷脆景象，通常是冶炼过程要去除的有害元素。磷在高炉中是不可去除的，氧气顶吹转炉的脱磷效率在8595，铁水中磷含量越低，转炉工艺操作越简化，并有利于提高各项技术经济目的。如运用P1.50的铁水炼钢时，炉渣可以用作磷肥。除了含硫易切钢(要求S=0.080.30)以外，绝大多数钢中硫是有害元素。转炉中硫主要来自金属料和熔剂资料等，而其中铁水的硫是主要来源。在转炉内氧化性气氛中脱硫是有限的，脱硫率只需3540。由于低

4、硫s0.01的优质钢需求量增长，因此用于转炉炼钢的铁水要求s0.020。这种铁水很少，为此必需进展预处置，降低入炉铁水硫含量。铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志，铁水物理热约占转炉热收入的50。因此，铁水的温度不能过低，否那么热量缺乏，影响熔池的温升速度和元素氧化过程，也影响化渣和去除杂质，还容易导致喷溅。入炉铁水温度应大于1250，以利于转炉的热行，成渣迅速，减少喷溅。小型转炉和化学热量不富有的铁水，保证铁水的高温入炉极为重要;转炉炼钢时入炉铁水的温度还要相对稳定，假设相邻几炉的铁水入炉温度有大幅的变化，就需求在炉与炉之间对废钢比作较大的调整，这对消费管理和冶炼操作都会带来不利影响。.

5、2)废钢 废钢是电弧炉炼钢的根本原料，用量约7090%；对氧气顶吹转炉炼钢，既是主原料之一，也是冷却效果稳定的冷却剂。通常占装入量的30以下，适当地添加废钢比，可以降低转炉钢耗费和本钱。.废钢的分类：本厂废钢前往料废钢锭、轧钢切头回收料加工废料，报废设备外购废钢加工工业的废料机械、造船、汽车等行业的废钢、车削等钢铁制品的报废件船舶、车辆、机械设备、土建资料等.3铁合金 吹炼终点脱除钢中多余的氧，并调整成分到达钢种规格，需参与铁合金以脱氧合金化。 炼钢常用的合金有Fe-Mn、Fe-Si、Mn-Si合金、Ca-Si合金、铝、Fe-Al、复合脱氧剂等。其化学成分及质量均应符合国家规范规定。 .2.辅

6、助资料1造渣剂石灰CaO萤石CaF2生白云石CaMg(CO3)2 菱镁矿MgCO3 合成造渣剂锰矿石石英砂主要成分是SiO2 石灰是炼钢主要造渣资料，具有脱P、脱S才干，也是用量最多的造渣资料。其质量好坏对冶炼工艺操作，产质量量和炉衬寿命等有着重要影响。特别是转炉冶炼时间短，要在很短的时间内造渣去除磷、硫，保证各种钢的质量。 对石灰质量的要求： (1)有效CaO含量高;(2) 硫含量低; (3) 剩余CO2少;(4) 活性度高造渣参与萤石可以加速石灰的溶解，萤石的助熔作用是在很短的时间内可以改善炉渣的流动性，但过多的萤石用量，会产生严重的泡沫渣，导致喷溅，同时加剧炉衬的损坏，并污染环境 。焙烧

7、后为熟白云石，其主要成分CaO与MgO。坚持渣中有一定的MgO含量，以减轻初期酸性渣对炉衬的侵蚀，提高炉衬寿命，生白云石也是溅渣护炉的调渣剂。 菱镁矿也是天然矿物，主要成分是MgCO3，焙烧后用作耐火资料，也是目前溅渣护炉的调渣剂。 合成造渣剂是将石灰和熔剂预先在炉外制成的低熔点造渣资料，然后用于炉内造渣。是改善冶炼效果的有效措施。作为合成造渣剂中熔剂的物质有：氧化铁、氧化锰或其它氧化物、萤石等。参与锰矿石有助于化渣，也有利于维护炉衬，假设是半钢冶炼更是必不可少的造渣资料。要求Mn18，P0.20，S0.20，粒度在2080mm。石英砂也是造渣资料，其主要成分是SiO2，用于调整碱性炉渣流动性

8、。对于半钢冶炼，参与石英砂利于成渣，调整炉渣碱度以去除P、S。要求运用前应烘烤枯燥水分应小于3。.2) 冷却剂 氧气顶吹转炉炼钢过程热量有富余，因此根据热平衡计算参与一定数量的冷却剂，以准确地命中终点温度。冷却剂包括:废钢 、生铁块 、铁矿石和氧化铁皮 、石灰石等。.3氧化剂氧气氧化铁皮 氧气是氧气转炉炼钢的主要氧化剂，要求含氧量到达99.5以上，并脱除水分。氧压为612105Pa。工业用氧是经过制氧机把空气中的氧气分别、提纯来实现的。氧化铁皮要求杂质含量少，不含油污和水分。铁矿石铁矿石要求含铁高，P和水分低；.4复原剂和增碳剂 电炉炼钢中需求运用复原剂和增碳剂 包括：石墨电极、木炭、焦炭、电

9、石、硅铁、硅钙、铝等； 转炉炼钢中冶炼中高碳钢时，普通运用含灰份少的石油焦做增碳剂。.三 氧气转炉炼钢原理及工艺1.转炉炼钢车间巡视与消费模拟2.铁水予处置3.转炉炼钢过程.1.转炉炼钢车间巡视.转炉炼钢车间消费模拟.2.铁水的予处置过程 指铁水在兑入炼钢炉之前，为去除或提取某种成分而进展的处置过程。对铁水的炉外脱S、脱P和脱Si，即三脱技术就属于铁水预处置的一种。铁水进展三脱可以改善炼钢主原料的情况，实现少渣或无渣操作，简化炼钢操作工艺，以经济有效地消费低P、S优质钢。.1)铁水予处置的类型铁水脱Si铁水脱S铁水同时脱P、脱S铁水提V、提Nb降低铁水硅含量可以减少转炉炼钢的炉渣量，实现少渣或

10、无渣工艺，并为炉外脱磷发明了条件。炉外脱硅技术是将氧化剂加到流动的铁水中，硅的氧化产物构成熔渣。处置后铁水中的si可达0.100.15以下。铁水予处置脱S,可以减轻高炉炼铁和转炉炼钢的脱S负担,简化操作提高经济目的,降低高炉炉渣碱度及焦比,可防止炼钢过程炉内高氧化性对脱S的影响,提高钢材质量.当铁水含P高及冶炼极低和超低P时,采用脱P或同时脱P,S以降低铁水中的S,P含量.采用氧化法脱P,普通要求先进展脱Si处置,铁水中的Si应小于0.2%.对于含V,Nb的铁水,为回收有益元素,在T1400条件下,经过氧化法将V,Nb氧化入炉渣,然后从炉渣中提取V,Nb.2)铁水予处置的设备鱼雷罐车喷粉罐喷枪

11、扒渣机铁水罐.3)铁水予处置消费模拟.4)铁水予处置消费工艺脱S根本反响脱S工艺扒渣常用铁水脱S剂:碳化钙、石灰、苏打、金属镁及其组成的复合脱S剂,根本反响:CaC2+S=CaS(s)+2CCaO(S)+S=CaS(s)+2ONa2O+S=Na2O(l)+OMg(g)+S=MgS(s)广泛采用喷粉法,在混铁车中采用喷吹金属镁+石灰粉的复合脱S剂脱S,双孔喷枪插入,深度为1.01.5m,处置时间810min,脱S率7582%.扒除予处置渣,防止回P,回S.3.转炉炼钢过程1)吹炼全程模拟.2)转炉炼钢的开展历史 1856年，英国人贝塞麦发明了底吹酸性空气转炉炼钢法。吹炼过程中不能去除P、S。18

12、79年英国人托马斯又发明了碱性底吹空气转炉炼钢法，改用碱性耐火资料作炉衬，在吹炼过程中参与石灰造碱性渣，此法适宜于处置高磷铁水，并可得到优质磷肥。二十世纪40年代初，制氧技术得到了迅速开展。1952年在林茨Linz城，1953年在多纳维茨Donawltz城先后建成了30t氧气顶吹转炉车间并投入消费，称为LD法。.氧气转炉炼钢技术的开展可化分为三个时期：转炉大型化时期19501970年转炉复合吹炼时期19701990年转炉综合优化时期1990年以后 以转炉大型化技术为中心，逐渐完善了转炉炼钢工艺与设备。先后开发出大型化转炉设计制造技术、OG法除尘与煤气回收技术、计算机静态与副枪动态控制技术、镁碳

13、砖综合砌炉与喷补挂渣等护炉工艺技术。由于连铸技术的迅速开展，出现了全连铸的炼钢车间。对转炉炼钢的稳定性和终点控制的准确性提出了更高的要求。为了改善转炉吹炼后期钢渣反响远离平衡，实现平稳吹炼的目的，综合顶吹、底吹转炉的优点，研讨开发出各种顶底复合吹炼工艺技术，在世界上迅速推行。 围绕纯真钢消费，研讨开发出铁水“三脱预处置、高效转炉消费、全自动吹炼控制与溅渣护炉等艰苦新工艺技术。降低了消费本钱、大幅度提高了消费效率。现代转炉炼钢采用的艰苦技术有：转炉大型化技术、转炉复合吹炼技术、煤气回收与负能炼钢技术、全自动转炉吹炼控制技术、溅渣护炉与转炉长寿技术。.3)转炉炼钢消费工艺装料制度造渣制度供气制度温

14、度制度出 钢脱氧及合金化.装料制度 装入量是指每炉装入的铁水和废钢的总量,普通废钢占1530%,装入量分为三种方式:1.定量装入:整个炉役期坚持每炉的金属装入量不变;2.定深装入:随容积的扩展而添加装入量,坚持熔池的深度不变;3.分阶段定量装入:将整个炉役分为假设干阶段,每阶段定量装入.造渣制度 造渣制度包括以下内容:1.炉渣碱度和石灰参与量:碱度指渣中碱性氧化物/酸性氧化物，普通为2.54.0，高S、P铁水控制在3.54.0,吨钢石灰耗费7080kg2:炉渣氧化性:用(%FeO)表示,高利于成渣,脱P,但降低金属回收率.普通初期高,终点15%左右,C、P要求高时，控制在2025%。3.渣中(

15、MgO):为防止炉渣侵蚀炉衬,造渣时参与含镁资料,普通终渣(MgO)为68%,采用溅渣护炉那么810%.4.造渣方法:单渣法、双渣法、双渣留渣法.渣料分批参与,开吹时参与1/21/3,其他分批参与.供气制度顶部供气底部供气.供气制度(顶部供气)供氧操作控制以下参数:氧气流量:单位时间向熔池吹入氧气体积;供氧强度:单位时间向熔池吨钢提供氧气的体积;氧气任务压力:设定压力测定点的氧气压力(0.81.2MPa);枪位:喷头至静止金属熔池液面的间隔(化渣枪位、根本吹炼枪位、拉碳枪位).供气制度(底部供气)底吹类型非氧化性气体:Ar、N2氧化性气体:O2、CO2、空气底吹过程 吹炼前期N2搅拌,后期N2

16、、Ar切换;底部供气强度0.3Nm3/t.min.温度制度 随铁水中元素氧化,金属液相线温度升高,浇注也要求过热度,升温是炼钢重要义务之一.出钢温度T确实定:T=浇注钢种液相线温度+浇注过热度+钢水镇静及炉外精炼温度降+出钢温度降.出钢出钢过程 先测定C、P、S及T,判别能否满足出钢要求,否那么补吹;采用挡渣技术与红包出钢.脱氧及合金化脱氧 吹炼终点钢水O=0.020.08%,向钢中参与一种(或几种)与氧亲和力比Fe大的元素,常用脱氧剂Fe-Si、Fe-Mn、Al、Si-Al-Ca、Si-Al-Ba等；合金化 向钢水中参与合金元素使其到达废品钢成分要求.4)转炉冶炼的根本原理 -熔池元素氧化规

17、律Si的变化规律Mn的变化规律C的变化规律P的变化规律S的变化规律.Si的变化规律 开吹时Si大量氧化,并结合为(2FeO.SiO2),随石灰溶解转变为稳定化合物(2CaO.SiO2).Mn的变化规律 吹炼初期迅速氧化,中后期被C复原,后期由于渣中氧化性提高,Mn被再次氧化.C的变化规律 熔池中氧与碳生成CO气泡上浮,%C%O=m(常数0.0020.0025),C与O成反比. 吹炼初期由于Si、Mn的氧化，脱碳速度小，中期脱碳速度最快，后期C浓度低，脱碳速度下降.P的变化规律低温、适宜的高碱度、高氧化性利于脱P,吹炼前期应使石灰快速成渣,将(3FeO.P2O5)置换为(3CaO.P2O5)和(

18、4CaO.P2O5)稳定化合物,使P去除.S的变化规律高温利于脱S,渣中(CaO) 活度大,利于脱S,但转炉渣的氧化性高,因此转炉的脱S效率低.4)转炉冶炼的根本原理 -物料平衡及热平衡物料平衡热平衡. 5)转炉设备供料系统转炉系统供气系统净化系统辅助设备.供料系统 包括铁水供应、废钢供应、散状料和铁合金供应.高炉铁水直接装入鱼雷罐车运至炼钢车间.废钢用废钢槽运到炉前.散状料供应系统包括散状料场、地下料仓、运料设备、转炉上方高位料仓、称量和加料设备.铁合金料仓及称量和保送设备、向钢包加料设备组成。.转炉系统转炉本体炉底:分截锥型和球冠型;炉帽:为截椎型,减少喷溅及热损失;炉身:采用圆柱形;转炉

19、炉型 指转炉内部自在空间的几何外形,分为筒球型、锥球型、截锥型。.转炉系统托圈用以支撑转炉和传送倾动力矩的金属构件。耳轴转炉左右耳轴是阶梯形圆柱体，由长侧耳轴低速转动将大扭矩从倾动机构传送给托圈。耳轴与托圈的衔接为法兰盘螺栓衔接。.供气系统1氧枪枪身由三层无缝钢管套装而成；内层与中层管之间的环缝是冷却水进水通道，中层与外层间的环缝为出水通道。氧气流速为4550m/s，水速为67m/s。枪头喷孔为拉瓦尔管，可获得Ma=2.0左右的超音速气流。.供气系统2升降机构吹炼中用于调整枪位,由卷扬机、平衡锤、滑轮、钢绳卷筒组成，当卷扬机提升平衡锤时，氧枪及升降小车因自重下降；当卷扬机防下平衡锤时，因氧枪和升降小车的质量小于平衡锤而被提升。.供气系统3底部供气元件影响搅拌、炉子寿命、钢种质量及经济效益；分三大类：钢管型、砖型、细钢管多孔型如图，不锈钢管内径为0.44mm，每块砖埋设10150根。耐火砖为高纯度镁砂+石墨并配加一定量的防氧化剂制成。.净化系统活动烟罩弯