第三章炼钢主原料与装料

炼钢主原料与装料徐祥斌2013-09-193.1转炉炼钢主原料原材料是炼钢的基础，原材料的质量对炼钢工艺和钢的质量有直接影响。倘若原材料质量不合技术要求，势必导致消耗增加，产品质量变差，有时还会出现废品，造成产品成本的增加。国内外实践证明，采用精料以及原料标准化，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指标和提高经济效益的基础。

炼钢用原材料一般分为主原料、辅原料和各种铁合金。也可根据成分分金属料和非金属料脱氧剂：锰铁硅铁铝：石灰萤石白云石：废钢铁矿石氧化铁皮炼钢原料主原料辅助原料铁水废钢造渣剂冷却剂氧化剂（氧气）41.主原料1)铁水：是转炉炼钢的基本原料（70~100%），铁水的物理热与化学热是氧气转炉炼钢的基本热源。主要要求成分：[Si]、[Mn]、[P]、[S]、[C]温度：转炉炼钢重要发热元素，[Si]↑0.1%，废钢比↑1.3~1.5%；[Si]过高，渣量增加，引起喷溅；渣中（SiO2）↑，炉龄↓；高炉焦比↑锰是弱发热元素，铁水中锰氧化后形成的(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，能够减少合金用量，利于提高金属收得率；锰在降低钢水硫含量和硫的危害方面起到有利作用。Mn/Si的比值为0.8～1.00时对转炉的冶炼操作控制最为有利。当前使用较多的为低锰铁水，一般铁水中[Mn]=0.20％～0.40％。磷是强发热元素，磷会使钢产生“冷脆”现象，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85％～95％，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指标。如使用ωP＞1.50％的铁水炼钢时，炉渣可以用作磷肥。除了含硫易切钢(要求ωS=0.08％～0.30％)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材料等，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，脱硫率只有35％～40％。由于低硫ωs＜0.01％的优质钢需求量增长，因此用于转炉炼钢的铁水要求ωs＜0.020％。这种铁水很少，为此必须进行预处理，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，否则热量不足，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裕的铁水，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，如果相邻几炉的铁水入炉温度有大幅的变化，就需要在炉与炉之间对废钢比作较大的调整，这对生产管理和冶炼操作都会带来不利影响。转炉中主要发热元素。铁水中3.5%-4.5%对铁水带渣量的要求：

高炉渣中含SiO2、和Al2O3量较高，过多的高炉渣进入转炉内会导致转炉钢渣量大，石灰消耗增加，造成喷溅，降低炉衬寿命，因此，铁水在进转炉前应进行预处理，进入转炉的铁水要求带渣量不得超过0.5%。废钢的来源分类

废钢本厂废钢本厂废钢本厂废钢返回料（废钢锭、轧钢切头等）回收料（加工废料、报废设备等）外购废钢加工工业的废料（机械、造船、汽车等）钢铁制品报废件（船舶、车辆、机械设备、土建材料）3.1.2废钢

转炉和电炉炼钢均使用废钢，废钢是电弧炉炼钢的基本原料，用量约70~90%；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10%～30％以下，适当地增加废钢比，可以降低转炉钢消耗和成本。

随着炼钢的精料化，铁水化学热和物理热减少，废钢比也降低。■转炉炼钢对废钢的要求：1)废钢的外形尺寸和块度

应保证能从炉口顺利加入转炉。废钢的长度应小于转炉口直径的1/2，废钢单重一般不应超过300kg。国标要求废钢的长度不大于1000mm，最大单件重量不大于800kg。2）废钢中不得混有铁合金

严禁混入铜、锌、铅、锡等有色金属和橡胶，不得混有封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。废钢的硫、磷含量均不大于0.050%。3）废钢应清洁干燥

不得混有泥沙，水泥，耐火材料，油物等。4）不同性质的废钢分类存放

非合金钢、低合金钢废钢可混放在一起，不得混有合金废钢和生铁。合金废钢要单独存放，以免造成冶炼困难，产生熔炼废品或造成贵重合金元素的浪费5）废钢的预热目的：提高废钢比，降低生产成本。方法及效果：利用铁水罐余热和燃料燃烧加热。（首钢）将废钢装入铁水罐中，置于煤气烘烤器下烘烤30～40min，然后接铁水一并倒入转炉，废钢比提高10%。铁合金：吹炼终点脱除钢中多余的氧，并调整成分达到钢种规格，需加入铁合金以脱氧合金化。作用：脱氧剂、合金剂。种类：主要是Fe-Si、Fe-Mn、Mn-Si及Al，根据常炼钢种不同还可能有Fe-Cr、Fe-W、Fe-Mo、Ni等合金。要求：化学成分及质量均应符合国家标准规定；

块度合适（10～50mm）；保持干燥，洁净，用前烘烤；保证钢质量的前提下，选用价格便宜的铁合金。3、辅助材料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材料，具有脱P、脱S能力，也是用量最多的造渣材料。其质量好坏对冶炼工艺操作，产品质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)残余CO2少;(4)活性度高造渣加入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能够改善炉渣的流动性，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。焙烧后为熟白云石，其主要成分CaO与MgO。保持渣中有一定的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，焙烧后用作耐火材料，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材料，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。加入锰矿石有助于化渣，也有利于保护炉衬，若是半钢冶炼更是必不可少的造渣材料。要求ωMn≥18％，ωP<0.20％，ωS<0.20％，粒度在20～80mm。石英砂也是造渣材料，其主要成分是SiO2，用于调整碱性炉渣流动性。对于半钢冶炼，加入石英砂利于成渣，调整炉渣碱度以去除P、S。要求使用前应烘烤干燥水分应小于3％。2）增碳剂

冶炼过程中，由于配料或装料不当以及脱碳过量等原因，有时造成钢中碳含量没有达到预期的要求，这时要向钢液中增碳。常用的增碳剂有增碳生铁、电极粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭粉。转炉冶炼中，高碳钢种时，使用含杂质很少的石油焦作为增碳剂。3）钢包渣改质剂

稀释法改质剂：石灰、萤石、锰铁粉或碳化硅粉等原料配成合成渣料，出钢后放到钢包顶渣上，达到降低钢包渣氧化铁的作用，常用脱氧效果最好的电石基钢包渣改质剂，产物是气体。但会增碳。

渣洗法改质剂：将改质剂在出钢前放在钢包底部或出钢时加到钢流冲击处，利用钢流的冲击动能，使改质剂与钢水快速混合，溶化且与钢水发生脱硫、脱氧、吸收并促使夹杂上浮、改善夹杂形态等反应，同时起到改变钢包顶渣作用。4）氧化剂氧气是转炉炼钢的主要氧化剂，其纯度达到或超过99.6%，氧气压力要稳定，并脱除水分。氧化铁亦称铁磷，是钢坯加热，轧制和连铸过程中产生的氧化壳层，铁量约占70%-75%。氧化铁皮还有助于化渣和冷却作用，使用时应加热烘烤，保持干燥。铁矿石中铁的氧化物存在形式是Fe2O3、Fe3O4和FeO其氧含量分别是30.06%，27.64%和22.28%。3.2转炉炼钢原料供应系统铁水供应的方式（1）铁水罐车供应铁水（2）混铁炉供应铁水（3）混铁车供应铁水（4）“一罐到底”供应铁水1、转炉用铁水的供应方式及特点：主要由铁水包或鱼雷罐车或铁水罐运送。鱼雷罐车容量大，热损少。是铁水的输送和中间贮存设备，以协调高炉与转炉之间铁水供求的不一致性，保证供应及时。同时还有均匀不同高炉和不同时间的铁水作用。工艺流程：高炉—鱼雷罐车—铁水包—称量—铁水预处理—扒渣—转炉铁水包直接热送，减少温降：高炉—铁水包—扒渣—铁水预处理—扒渣—称量—转炉。铁水罐直接热送，温度波动大：高炉—铁水罐—扒渣—前翻铁水支座或吊车—铁水包—称量—预处理—扒渣—转炉。混铁炉的构造：

（1）炉体；

（2）炉盖开闭机构；

（3）炉体倾动机构

混铁炉容量和座数的配置混铁车混铁车由罐体、罐体支撑机构、倾翻机构和车体等部分组成，如图所示。3.2.2废钢的供应①用桥式吊车吊挂废钢槽向转炉倒入：吊车可共用，速度慢。②用落地式加料机：速度，避免了与兑铁水吊车的干扰铁合金的供应组成：由贮存、运送、称量和向钢包加料等用途：铁合金用于钢水的脱氧和合金化类型：锰铁、硅铁、硅锰铁和铝等。3.2.2.2废钢的加入设备

A、废钢料槽3.2.2.2废钢的加入设备

B、废钢加料车3.3转炉炼钢的装料制度转炉炼钢的装料制度包括装入量、废钢比和装料操作三方面的内容。3.3.1装入量的确定3.3.3.1确定依据：1）溶池深度要合理；2）炉容比要合适。3.3.3.2装入制度的类型：1）定量装入；2）定深装入；3）分阶段定量装入3.3.2废钢比废钢比——废钢的加入量占金属料装入量的百分比，称为废钢比废钢比的重要性：提高废钢比可以减少铁水的用量，从而有助于降低转炉的生产成本，同时可减少石灰的用量和渣量，有利于减轻吹炼中的喷溅，提高冶炼收得率；另外，还可以缩短吹炼的时间，减少氧气消耗，增加产量。废钢比的影响因素：贴水的温度和成分、所炼钢种、冶炼中的供氧强度和枪位、转炉容量和炉衬的厚度。3.3.3装料操作：先兑铁水，后加废钢。

1、装料次序

对使用废钢的转炉，一般先装废钢后装铁水。先加洁净的轻废钢，再加入中型和重型废钢，以保护炉衬不被大块废钢撞伤，而且过重的废钢最好在兑铁水后装入。

为了防止炉衬过分急冷，装完废钢后，应立即兑入铁水。炉役末期,以及废钢装入量比较多的转炉也可以先兑铁水,后加废钢。

2、装入量装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量，它是决定转炉产量、炉龄及其他技术经济指标的主要因素之一。装入量中铁水和废钢配比是根据热平衡计算确定。通常，铁水配比为70%-90%，其值取决于铁水温度和成分，炉容比、冶炼钢种、原材料质量和操作水平等。

确定装入量时，考虑的因素：

炉容比：它是指转炉内自由空间的容积与金属装入量之比(m3/t)，通常在0.7-1.0波动，我国转炉炉容比一般0.75。熔池深度：合适的熔池深度应大于顶枪氧气射流对熔池的最大穿透深度，以保证生产安全，炉底寿命和冶炼效果。炉子附属设备：应与钢包容量、浇注吊车起重能力、转炉倾动力矩大小、连铸机的操作等相适应。控制装入量的方法目前国内采用三种即定量装入量、定深装入量和分阶段定量装入法。◆定量装入量指整个炉役期间，保证金属料装入量不变；◆定深装入量指整个炉役期间，随着炉子容积的增大依次逐渐增大装入量，保证每炉的金属熔池深度不变；◆分阶段定量装入法指将整个炉按炉膛的扩大程度划分为若干阶段，每个阶段实行定量装入法。分阶段定量装入法兼有两者的优点，是生产中最常见的装入制度。

目前，国内的大中型转炉均采用混铁炉（转炉容量的15～20倍）供应铁水，即高炉来的铁水储存在混铁炉中，用时倒入铁水罐天车兑入（解决高炉出铁与转炉用铁不一致的矛盾，同时保证铁水的温度稳定，成分波动小）；废钢则是事先按计算值装入料斗，用时天车加入。目前国内各厂普遍采用溅渣护炉技术，因而多为先加废钢后兑铁水，可避免兑铁喷溅。但补炉后的第一炉钢应先加铁水后兑加废钢。3.4电弧炉炼钢的主原料钢铁料：废钢、生铁、直接还原铁、热压块铁、脱碳粒铁；合金材料：铁合金、纯金属合金等；造渣材料：石灰、萤石、火砖块等；氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮；脱氧剂：块状、粉状；单一、复合；一般是Fe-Mn块、Fe-Si块、Al块、Mn-Si块、Ca-Si块、电石、C粉、Fe-Si粉、Al粉，等等；增碳剂：焦炭粉、电极粉、低P、S生铁块；电极：石墨电极（分为一般功率用和超高功率用）一、废钢按来源分类：返回废钢：包括废钢锭、汤道、注余、切头、切尾、废铸件、试样等；外来废钢：包括废旧设备、冲压边角料、车屑、生活废品等。按化学成分：碳素废钢：包括普碳钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、碳素弹簧钢等；合金废钢：一般为合金钢的返回料，包括滚珠钢、合金结构钢、合金工具钢、低合金高强度钢、不锈钢、耐热钢、高速工具钢等。按尺寸及单重分：重型废钢：100～2000kg；中型废钢：10～100kg；小型废钢：1～10kg；轻型废钢：需打包成压块钢屑、渣钢等：需打包或切割。废钢一般要求：①、清洁少锈，少油污；②、Cu、As、Sn、Pb、Zn等有色金属严禁带入；③、严禁炉料中混入密封容器、易燃易爆物及有毒物；④、S、P含量少；⑤、尺寸合适。二、生铁、废铁和软铁生铁：用途：（1）配料：配入量：10~20%，生铁牌号：P08、P10；（2）增C：采用优质低P、S生铁，生铁牌号：S10、S15。废铁：用途：配料，代替生铁；包括废钢锭模、浇注底盘、中注管外套、废铸铁件等，配入量≤配料量的10%。软铁（工业纯铁）：用于还原期调低C。↑打包轻废→重废三、直接还原铁（DRI）、热压铁块（HBI）和脱碳粒铁：

直接还原铁：DirectReducedIron—DRI，是以铁矿石或精矿粉为原料，在直接还原炉内，在低于炉料的熔化温度下，以CO或H2（气基）或煤炭（煤基）作还原剂，所还原得到的金属铁产品。

热压铁块：HotBriquetteIron—HBI，由海绵铁或金属化球团趁热压制成形是产品，称为热压块铁。HBI比DRI密度高，不易氧化和破碎。脱碳粒铁：高炉生铁粒化后，在回转窑中被CO2脱碳后的产品，称为脱碳粒铁。C：0.2~2.0%，粒度5~15mm