第2章 炼钢用原材料

第二章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)1炼钢用原材料金属料：生铁、废钢、废钢代用品及铁合金；非金属料：造渣料、氧化剂、增碳剂、冷却剂等；气体：氧气、氮气、氩气、及二氧化碳等。耐火材料(不讲)2第一节金属料一.生铁：主要指铁水是转炉炼钢的基础原料，一般占入炉量的70~100%。电炉炼钢≯50%。铁水的物理热和化学热是转炉炼钢的基本热源，因此对铁水的成分和温度都有一定的要求。3金属料（1）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1250~1350℃T<1250℃

①造成炉内热量不足，影响熔池升温和元素氧化的进程;②不利于化渣和去除杂质，还容易导致喷溅。小型转炉入炉温度取上限，大型转炉入炉温度可取下限，以满足炼钢工艺的需求。4金属料Tt（铁水凝固点）=1536-(∑iCi%)i：1%某元素使纯铁熔点降低值。（有表可查）铁水物理热Q=G[△Cs(Tt-25)+△H+△Cl(1250-Tt)]式中：G—铁水总量,(kg);△Cs—固态铁热熔,(kJ/kg℃

);△H—铁的熔化潜热,(kJ/kg

)；△Cl—液态铁热熔,(kJ/kg℃

)。5金属料

（2）铁水成分

级别成分%特类一类二类三类硅0.45>0.45~0.85>0.85~1.25锰0.30>0.30~0.50>0.50磷0.15>0.15~0.25>0.25~0.40硫0.02>0.02~0.03>0.03~0.05>0.05~0.076金属料碳：一般在4.0~4.5%之间，是转炉炼钢的主要发热元素。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0.3~0.8%为宜。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。7金属料磷：

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。8金属料各元素的反应热：[C]+1/2{O2}={CO}△H=-11639kJ/kg[C]+{O2}={CO2}△H=-34834kJ/kg[Si]+{O2}=(SiO2)△H=-29202kJ/kg[Mn]+1/2{O2}=(MnO)△H=-6594kJ/kg2[P]+5/2{O2}=(P2O5)△H=-18980kJ/kg炉渣脱S反应是弱吸热。15%的S气化9金属料二.废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。10废钢按来源可分类如下：（1）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。11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：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0.06%；不得混有铜、锌、铅、锡、锑、砷等有色金属。12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。1314金属料三.废钢代用品用于电炉炼钢主要有下列三类（1）直接还原铁（DRI__DirectReductionIron）（2）碳化铁（Fe3C）（3）脱碳粒铁15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,还原剂有煤基和气基两类.根据工艺不同有三种产品：海绵铁、金属化球团及热压块铁。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。16金属料碳化铁（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——高炉→铁水→经高压水淬火→直径为3~4mm的粒化铁→回转窑加热至1000℃→通入氧化性气体脱碳（含碳量在0.2~3.0%范围内任意可调，出炉温度为800℃)。17金属料四.铁合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。18金属料种类：1).铁合金——锰铁、硅铁、铬铁、钨铁、钼铁、钛铁、钒铁、硼铁等；2).合金——硅锰、硅钙、硅铝钡等；3).纯金属——铝、锰、铬、镍等；4).化合物——稀土化合物等。19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（<200℃）。熔点高和不易氧化的合金应在高温下烘烤（>800℃）并保证足够的烘烤时间。20第二节非金属料一.石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5~40mm为宜。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：2.5~3.0%。21非金属料石灰的活性度：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。石灰在高温炉渣中的熔解能力称为热活性。目前还没有能力测定其热活性，用石灰的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。22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%；SiO2≤4%；S≤0.05%；CO2≤2%；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：880~910℃。石灰石的煅烧温度Td应控制在1050~1150

℃的范围内为宜。23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；*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。（成分、活性度）一般软烧石灰即为活性石灰。介于两者性质之间的叫中烧石灰。24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/cm31.5~1.81.8~2.2>2.2比表面,cm2/g17800~197003200~5800400~980气孔率,%46~5534~46<34晶粒直径,m1~23~6晶粒连接活性度,ml>310110~310<11025二.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：CaF2：75~85%,SiO2：5~20%,CaO<3%，S<0.2%。萤石的块度为5~50mm。在实际炼钢过程中，萤石的主要代用品是废的粘土砖,氧化铁皮等。26非金属料三.白云石生白云石的主要成分为:CaCO3+MgCO3转炉炼钢采用部分白云石造渣对减轻炉渣对炉衬的侵蚀、提高炉衬寿命具有显著效果。此外，白云石还有利于石灰的溶解。转炉用白云石，对MgO含量应有一的要求，块度应适中。注：与轻烧白云石相比，生白云石在炉内分解吸热多，用转炉宝贵的热量加热生白云石，显然是不合理的，但轻烧白云石需要专门的焙烧设备。27非金属料四.合成渣根据不同目的分为：1、转炉复合造渣剂将石灰和溶剂等预先在炉外制成的低熔点、碱度高、颗粒小、成分均匀的造渣材料，然后用于炉内造渣。转炉污泥（约含56%的铁和2%的CaO）为基制备复合造渣剂，可使转炉固体废弃物循环使用作为合成造渣剂中熔剂的物质有：氧化铁、氧化锰、萤石等。282、铁水预处理用渣剂如：脱硫剂CaO系、Na2CO3系、CaC2系、Mg系等；脱磷剂CaO系、BaO系等；脱硅剂以O2、氧化铁皮和烧结矿为多。3、炉外精炼渣剂CaO_CaF系、CaO_AI2O3系、CaO_AI2O3_CaF系等。294、钢水覆盖剂碳化稻壳、酸性或中性覆盖剂、碱性和复合覆盖剂。5、连铸保护渣按化学成分有：酸、中性和碱性保护渣，含碳和无碳保护渣；按生产方式有：机械混合渣、易熔或烧结渣、喷雾造粒渣（外径＜1mm的球形空心颗粒）。30非金属料五.增碳剂炼钢用增碳剂有焦炭粉、碎电极、生铁块、石油焦、煤粉等。要求杂质含量P、S等尽可能低.(出钢前用含C>96%的石油焦,有一定粒度要求)。31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32第三节炼钢用气体一.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