转炉炼钢炉外精炼与连铸工艺

转炉炼钢炉外精炼与连铸工艺第1页/共41页生产工艺流程第2页/共41页转炉炼钢BOFSteelMaking第3页/共41页2座铁水脱硫扒渣工位、三座100吨顶吹转炉第4页/共41页1）机械搅拌法：将搅拌器沉入铁水内部旋转，在铁水中形成锥形旋涡，使铁水与脱硫剂充分混合作用。

2）喷吹法：用干燥的空气或惰性气体为载体将脱硫剂与气体混合吹入铁水中，同时也搅动了铁水，达到脱硫目的，我厂采用以氮气为载流的喷吹法进行铁水脱硫。

喷吹的粉剂主要有电石粉（CaC2）、石灰粉（CaO）、石灰石粉（CaCO3）、金属镁和镁基材料，我厂所用的粉剂为石灰粉和镁基材料（主要是钝化镁）。铁水预处理的基本工艺

铁水预处理是指铁水在兑入炼钢炉之前，为去除或提取某种成分而进行的处理过程，例如对铁水的炉外脱硫、脱磷和脱硅，脱硫方法最广泛的是搅拌法和喷吹法。

第5页/共41页倾翻系统（包括转炉炉体、倾动电机等）、氧枪系统（采用多孔拉瓦尔喷头氧枪、氧枪升降机构、横移机构等）、散状原料及铁合金下料系统、底吹系统（介质采用N2和Ar）、锅炉系统（烟气冷却功能）、除尘系统（一次除尘、二次除尘及煤气回收等）及副枪、质谱仪、活动升降烟罩、挡渣机等。转炉的基本设备组成

第6页/共41页第7页/共41页炼钢用原材料原材料是炼钢的基础，原材料质量的好坏对炼钢工艺和钢的质量有直接影响。

炼钢用原料一般分为主原料、辅原料和各种铁合金等。

其中：

主原料：铁水和废钢。

辅原料：造渣剂（石灰、铁皮球、轻烧白云石、菱镁石等）

冷却剂（废钢、生铁块、铁矿石等）

升温剂（硅铁、碳化硅等）

各种合金：常用的合金有Fe-Mn、Si-Fe、SiMn、AL、ALMnTi、

SiBaSrAl等

其它材料：增碳剂、焦炭、氧气等。第8页/共41页氧气顶吹转炉炼钢工艺

1、炼钢的基本任务

脱碳、脱硫、脱磷、脱氧法除有害气体和夹杂；提高温度；调整成分。简言之：三脱、二去、调成份。

炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、升温、搅拌等手段完成炼钢基本任务。

2、吹炼过程

吹炼前期，也称硅锰氧化期；

吹炼中期，也称碳的氧化期；

终点控制，确保温度、成份、终渣。第9页/共41页3、转炉冶炼的五大制度

炼钢过程冶炼工艺分为五大制度：

装入制度

供氧制度

造渣制度

温度制度

终点控制及脱氧合金化制度。

第10页/共41页装入制度

1、装入制度内容及依据

要有合适的炉容比

合适的炉池深度

与连铸工艺相配合

2、装入制度类型

定量装入制度定深装入制度分阶段定量装入制度我厂主要采用定量装入制度和分阶段定量装入制度。第11页/共41页供氧制度

1、喷嘴的类型及特点

根据喷嘴的孔数可以分为单孔喷嘴和多孔喷嘴。大型转炉一般不用单孔氧枪，多孔氧枪有三、四、五、六孔等类型。

2、供氧制度中的几个工艺参数

氧气流量与供氧强度、氧压、枪位等

3、供氧操作

恒压变枪操作

恒枪变压操作

第12页/共41页造渣制度

造渣就是要确定合适的造渣方法、渣料的加入数量和时间以及如何快速成渣。

转炉炼钢造渣的目的是：去除磷、硫，减少喷溅，保护炉衬，减少终点氧含量。

1、造渣方法

有单渣法、双渣法、留渣操作等。

2、渣料加入量的确定

石灰加入量（t）=

铁矾土的加入量：

冶炼低碳钢时铁矾土加入量不大于1.0吨；

冶炼中高碳钢时铁矾土加入量不大于1.5吨。

石灰有效CaO%2.14×铁水含Si%×碱度（R）×铁水量（t）第13页/共41页温度制度

温度制度主要是指过程温度控制和终点温度控制，过程温度是确保终点温度合格的关键。

1、热量的来源

氧气顶吹转炉热量的主要来源是铁水的物理热和化学热。

2、出钢温度的确定

终点钢水温度主要根据以下原则确定：

1）钢种的凝固温度；2）浇注温度；3）钢水温降数值；

4）浇注方式5）二次精炼方式及时间。

第14页/共41页出钢温度可由下式计算：

T出=T凝+△t1+△t2+△t3+△t4+△t5+α

式中：△t1—出钢过程温降，℃

△t2—出钢完毕至精炼开始的温降，℃

△t3—钢水精炼过程温降，℃

△t4—钢水精炼完毕至开浇前的温降，℃

△t5—钢水从钢包至中间包的温降，℃

α—连铸要求的钢水过热度，℃

第15页/共41页终点控制

钢水达到钢种成分和温度要求的时刻，称之为“终点”。

1）钢中碳含量达到所炼钢种控制要求；

2）钢中P、S含量低于规格以下的一定范围；

3）出钢温度能保证进行精炼和浇铸；

4）对于沸腾钢，钢水应具有一定的氧化性。

另外，终渣粘度、(FeO)含量、碱度等也应控制在合理范围内。

第16页/共41页1、终点控制方法

终点控制方法有三种：一次拉碳法、增碳法及高拉补吹法。

2、人工判断方法

碳的判断——看火焰、看火花、取钢样

温度的判断——火焰判断、取样判断、氧枪冷却水判断、

根据炉膛情况判断

3、自动化炼钢

将铁水、原材料的温度和成份，副枪和质谱仪取得的数据输入转炉炼钢模型后，由计算机自动控制冶炼终点。第17页/共41页脱氧及合金化制度

钢水中氧含量超标，影响钢坯质量，降低钢的性能，加剧钢的热脆，因此钢水必须脱氧，并调整钢水成分同时进行脱氧合金化。

1、脱氧方法

沉淀脱氧、扩散脱氧和真空脱氧

目前普遍采用沉淀脱氧，可用单独脱氧法和复合脱氧法。

2、脱氧合金加入原则

脱氧剂条件

脱氧剂加入原则：先弱后强

3、脱氧操作

钢包内脱氧合金化

真空精炼炉内脱氧合金化

第18页/共41页炼钢的基本反应

1.成渣过程

[Si]+[O]→(SiO2)Fe+[O]→(FeO)[Mn]+[O]→(MnO)

(FeO)+(SiO2)+CaO→(CaO·FeO·SiO2)

2.脱磷反应

2[P]+5(FeO)+n(CaO)→(nCaO·P2O5)+5Fe

3.脱硫反应

[FeS]+(CaO)→(CaS)+(FeO)

4.脱碳反应

[C]+[O]=CO↑

[C]+2[O]=CO2↑

5.脱氧反应

2Al+3[O]=(Al2O3)第19页/共41页II.炉外精炼SecondaryRefining第20页/共41页主要炉外精炼方式：1座100吨RH-TB真空循环脱气精炼

3座100吨LF钢包精炼炉1座100吨VD炉第21页/共41页RH-TB的基本设备钢包旋转系统:正常情况下为电机驱动，大罐转台可以旋转270度，回转直径8m，事故状态下为气动马达驱动钢包顶升系统:大罐的顶升距离最大为2450mm，为液压顶升真空室:总高度10.5m,循环管内径690mm,真空室壳体外径3200mm。真空泵:为四级蒸气喷射泵，所使用的蒸气为饱合蒸气由转炉余热锅炉供应，为确保RH真空处理装置生产用汽要求，由一发电中压管网供应一路备用汽源。合金下料系统等第22页/共41页真空室第23页/共41页真空泵第24页/共41页RH(Ruhrstahl和Heraeus于1957年开发)的基本工艺原理：将真空室的插入管插入钢水内，向上升管内通入Ar气，使上升管和下降管内的钢液产生密度差，在抽真空的过程中，由于钢液的密度差，使钢液在真空室和钢水罐之间产生循环，钢液在流经真空室的过程中，钢液中的气体排出钢液，从而达到净化钢液的目的。第25页/共41页RH-TB的基本功能1、脱碳：在深真空状态下促使了碳氧反应的进一步发生2、脱气：可以有效地去除钢水中的[H]、[N]、[O]等气体3、加热：利用Al和O2的化学反应热来加热钢水4、合金化：成份微调5、均匀钢液：钢液的循环，起到强化搅拌的作用6、生产组织中的缓冲：平衡转炉和铸机之间的生产组织节奏第26页/共41页LF炉（LadleFurnace)是70年代未期日本发展起来的钢包精炼型炉外精炼设备，它具有许多有效的炉外精炼手段，如合成渣处理、加热、搅拌和合金成份微调等。第27页/共41页LF炉的基本设备2座LF工位，变压器容量为40MVA。电极升降装置，最大行程3.5m。速度为：自动升4.8/降3.6m/min；手动升降6.4m/min。

加热桥架及炉盖提升机构和水冷炉盖，水冷炉盖行程600mm。钢车走行系统、下料系统、氩气系统、氮气系统、冷却水系统等第28页/共41页LF钢包精炼炉的基本原理LF与电弧炉的原理相同，是通过石墨电极与钢液之间的电弧作为热源来加热钢水的。同时采用底吹氩搅拌钢液，在钢液表面造还原渣脱硫，等对钢液进行加热的炉外精炼处理方式。第29页/共41页LF的基本功能1、脱硫：利用造碱性还原渣和电弧的高温区进行脱硫2、加热：采用电极放电加热钢水3、合金化：成份微调4、均匀钢液和去除夹杂：采用底吹Ar气搅拌钢液5、生产组织中的缓冲：平衡转炉和铸机之间的供钢节奏。第30页/共41页喂线工艺在RH-KTB工位和LF工位都设有喂线装置，线的种类为Ca-Si线和Ca-Al线。喂线的基本作用：1、夹杂物变性（Al2O3、MnS等）2、脱氧和脱硫第31页/共41页III.连续铸钢ContinuousCasting第32页/共41页连铸基本工艺原理钢水由大罐经中间包稳流、分配后进入结晶器，受到结晶器水冷铜壁的冷却形成坯壳，为了避免坯壳与结晶器粘结，结晶器做上下往复振动，并加入保护渣或其他起到润滑效果的材质。铸坯经弯曲进入弧形段，再经矫直成水平状态，由切割机切割成一定长度的铸坯，输送至轧钢厂。

第33页/共41页连铸工艺示意图第34页/共41页连铸工艺的优点简化工艺流程，提高生产效率

连铸省掉了脱模、整模、钢锭均热和开坯等工序。提高金属收得率

连铸的切头、切尾损失为1％-2％，可提高金属收得率10％-14％。降低能耗

由于提高了成坯率，省掉均热、开坯等能耗。劳动条件好，易于实现自动化操作安全、污染小、自动化程度高、操作人员数量少。铸坯质量好，连铸钢种不断扩大

成分偏析小，纯净度高，组织致密等。几乎所有钢种都可以用连铸生产。

第35页/共41页连铸机的主要设备简介结晶器、振动装置等关键设备由国外引进，其它设备国内制造

蝶式回转台（回转半径6m）、容量为65吨的中间罐、半龙门型中间罐车、中间罐塞棒机构（液压自动或手动杠杆操作）、钢包水口机械手（液压提升）、浸入式水口快速更换装置（液压缸控制）、中间罐渣罐及溢流槽、结晶器专家系统、液面自动检测装置、下装式引锭杆、及火焰切割机等。第36页/共41页结晶器：冷却水缝设在背板上的可铸中自动调宽的平直结晶器。铜板高度为1000mm，铜板材质：Cu-Cr-Zr合金，表面镀铬，有Ni-Fe或Ni-Co镀层。夹紧方式：弹簧夹紧，液压放松。在铜板下有足辊，其数量为宽边一对，窄边两对，直径为100mm。窄边液压缸（4个/每台结晶器）调整传动；结晶器振动装置（伺服液压振动，板簧垂直导向）；振动曲线为正弦及最大系数0.7的非正弦曲线；

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浇注过程中钢水凝固过程示意图第3