转炉炼钢工艺简介

1转炉炼钢主要工艺介绍2015年1月28日2主要内容一炼钢的基本任务二转炉炼钢特点及工艺流程三炼钢用主要原材料四转炉炼钢主要工艺制度3一、炼钢的基本任务1.脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；2.去除有害气体和夹杂；3.调整温度；4.调整成分。炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢基本任务。氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是脱碳、升温、脱磷、脱硫以及脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺操作则是控制供氧、造渣、温度及加入合金材料等，以获得所要求的钢液，并浇成合格钢钢锭或铸坯。归纳：四脱、二去、两调整4二、转炉炼钢特点及工艺流程转炉炼钢特点：1.生产率高（吹氧时间在20分钟以内）；2.质量好：气体含量少（因为CO的反应强搅拌，将N、H除去）可以生产超纯净钢；3.有害成份（S、P、N、H、O）〈100PPm；4.冶炼成本低，耐火材料用量比平炉电炉用量低；5.原材料适应性强，高P、低P都可以；6.设备少，投资节省。5送往高炉利用吸滤池渣罐水封逆止阀进入煤气柜不回收时放空洗涤塔炉顶料仓带式运输机电动机传动机构振动给料器电子称实心轴风机烟道支架溜槽文氏管脱水器密封料仓转炉氧枪氧气顶吹转炉工艺流程示意图回收煤气汽包沉淀池6二、转炉炼钢用主要原材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。合格原料是实现冶炼过程顺行的先决条件，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、辅料和各种铁合金。71.金属料•1)铁水：占钢铁料的（75~100%）主要要求成分：[Si]、[Mn]、[P]、[S]温度：T8铁水成分及温度影响•Si影响•转炉炼钢重要发热元素，[Si]↑0.1%，废钢比↑1.0%。•铁水合适的[Si]0.3-0.5%。•[Si]＞0.6%，渣量增加并引起喷溅；渣中（SiO2）↑。•石灰加入量=（2.14×R×[Si]）×1000/（石灰CaO含量—R×石灰SiO2含量）渣量=（石灰+镁球或熟白）×（2-3）9铁水成分及温度影响•Mn的影响•锰是弱发热元素，铁水中Mn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％。10铁水成分及温度影响P的影响磷是强发热元素，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。一般要求转炉铁水[P]≤0.15%。11铁水成分及温度影响•S的影响除了含硫易切钢(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20％～40％。由于低硫[s]＜0.010％的优质钢需求量增长，因此用于转炉炼钢的铁水要求[s]＜0.010％。这种铁水很少，为此必须进行预处理，降低入炉铁水硫含量。12铁水成分及温度影响•温度影响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1250-1350℃，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。132)废钢废钢是电弧炉炼钢的基本原料，用量约40~100%；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，适当地增加废钢比，可以降低能源消耗。14废钢的分类本厂废钢返回料（废连铸坯及头尾、轧钢切头）回收料（加工废料，报废设备）外购废钢工业废钢（机械、造船、汽车等行业的废钢等）社会废钢（报废的船舶、车辆、机械设备、土建材料等）153）铁合金吹炼终点脱除钢中多余的氧，并调整成分达到钢种要求，需加入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、Fe-Cr、BaCaSi合金、铝、复合脱氧剂等。其化学成分及质量均应符合国家标准规定。162.辅助材料1）造渣剂石灰（CaO）萤石（CaF2）生白云石（CaMg(CO3)2）镁球（MgO）轻烧白云石(CaO+MgO)锰矿石石英砂（主要成分是SiO2）17石灰作用及要求•石灰作用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。•石灰质量要求(1)有效CaO含量高，不小于85%。(2)硫含量低，不大于0.05%。(3)生过烧率低，不大于5%。(4)活性度高，大于330ml。（5）粒度：5-50mm18镁球或轻烧白云石要求•作用其主要成分为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，也是溅渣护炉的调渣剂。•质量要求•镁球：MgO≥65%，SiO2≤6%。•轻烧白云石：MgO≥30%，CaO≥45%，SiO2≤8%。•粒度：5-50mm19萤石作用及要求•作用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，会加剧炉衬的损坏，并污染环境。•质量要求•CaF2≥75%，SiO2≤23%，S≤0.20%，P≤0.08%，H2O≤3.0%•粒度：5-60mm202)冷却剂氧气顶吹转炉炼钢过程热量有富余，因而根据热平衡计算加入一定数量的冷却剂，以准确地命中终点温度。冷却剂包括:废钢、生铁块、铁矿石（高炉返矿、球团返矿）和氧化铁皮、石灰石、生白云石等。213）氧化剂氧气氧化铁皮氧气是氧气转炉炼钢的主要氧化剂，要求含氧量达到99.5％以上，并脱除水分。总管氧压达到1.2MPa以上。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；224）增碳剂转炉炼钢中冶炼中高碳钢时，一般使用含灰份少的石油焦做的低氮增碳剂（C≥96.0%，N≤300ppm）。生产建材普通钢种时使用煅烧煤炭做的普通增碳剂（C≥93.0%）23三氧气转炉炼钢工艺制度1.转炉冶炼过程概述2.转炉炼钢工艺制度3.溅渣护炉操作制度241.转炉冶炼过程概述从装料到出钢，溅渣护炉、倒渣，转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧出钢、溅渣护炉和倒渣几个阶段。一炉钢的吹氧时间通常为11-18min，冶炼周期为22-35min左右。25冶炼过程概述上炉钢出完钢后，溅渣护炉，倒净炉渣，堵出钢口，兑铁水和加废钢，降枪供氧，开始吹炼。在送氧开吹的同时，加入第一批渣料，加入量相当于全炉总渣量的三分之二，开吹4-6分钟后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果炉内化渣不好，需加入第三批萤石渣料。吹炼过程中的供氧强度：小型转炉为2.5-4.5m3/(t·min)；120t以上的转炉一般为2.8-3.6m3/(t·min)。26冶炼过程概述◆开吹时氧枪枪位采用高枪位，目前是为了早化渣，多去磷，保护炉衬；◆在吹炼过程中适当降低枪位的保证炉渣不“返干”，不喷溅，快速脱碳与脱硫，熔池均匀升温为原则；◆在吹炼末期要降枪，主要目的是熔池钢水成分和温度均匀，加强熔池搅拌，稳定火焰，便于判断终点，同时使降低渣中Fe含量，减少铁损，达到溅渣的要求。当吹炼到所炼钢种要求的终点碳范围时，即停吹，倒炉取样，测定钢水温度，取样快速分析[C]、[S]、[P]的含量，当温度和成分符合要求时，就出钢。◆当钢水流出总量的四分之一时，向钢包中的脱氧合金化剂，进行脱氧，合金化，由此一炉钢冶炼完毕。272、转炉炼钢生产工艺制度•装料制度•造渣制度•供氧制度•温度制度•终点控制•脱氧及合金化282.1装料制度装料制度就是确定转炉合理的装入量和合适的铁水废钢比。装入量是由炉容比(V/T,m3/t)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0.7-1.05。定量装入优点：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，氧枪不易控制。定深装入优点：主要是熔池深度不变，氧枪操作稳定缺点：装入量变化，辅料也变。分阶段定量装入分阶段定量装入。1－50炉，51－200炉，200炉以上，枪位每天要校正。交接班看枪位。292.1装料制度：废钢量的确定•热量来源于：•转炉炼钢不需要外来热源；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计算确定。•硅的作用优点：因发热量大，增大废钢加入量，一般铁水中Si增加0.1%，废钢比增大1%。缺点：增大渣量，侵蚀炉衬一般控制在0.3－0.5％。30转炉兑铁水操作现场图示312.2造渣制度•造渣制度就是确定合适的造渣方法、渣料加入量和时间，以及如何快速成渣。•炼钢就是炼渣。通过造渣，快速脱P、脱S，减少喷溅，保护炉衬，降低终点氧含量。•石灰的熔解：开始吹氧时渣中主要是SiO2，MnO，FeO,是酸性渣，加石灰后，由2FeO·SiO2→CaO·FeO·SiO2→2CaO·SiO2，2CaO·SiO2难熔渣，石灰溶解有些停滞，出现返干。•FeO,MnO,MgO加速石灰熔化是因为：形成低熔点化合物，破坏了2CaO*SiO2、3CaO*SiO2的存在。•加矿石，吹氧。322.2造渣制度：炉渣要求炉渣要求包括以下内容:1.炉渣碱度和石灰加入量:碱度指渣中碱性氧化物/酸性氧化物，一般为2.5~3.5，高[S]、[P]铁水控制在3.0~3.5,石灰消耗30~50kg/t。2:炉渣氧化性:用∑(%FeO)表示,高利于成渣和脱P,但降低金属回收率.一般初期高,终点15%左右,[C]、[P]要求高时，控制在20~30%。3.渣中(MgO):为防止炉渣侵蚀炉衬,造渣时加入含镁材料,一般终渣(MgO)为6~10%。4.造渣方法:单渣法、双渣法、双渣留渣法.渣料分批加入,开吹时加入1/2~1/3,其余分批加入。33吹炼过程熔池渣的变化342.3供氧制度•供氧制度就是氧气流股最合理的供给熔池，创造良好的物理化学条件。包括合理的喷嘴结构、供氧强度、氧压和枪位操作。•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，50-60Nm3/t。•氧压(Mpa)喷头的喉口及马赫数一定，P大，流量大,有一范围0.75－1.1Mpa。•枪位，由冲击深度决定，1/3-1/2。•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。35氧枪氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身和尾部结构组成。喷头是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加工而成，也有用压力浇铸而成的。喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等。目前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。36多孔拉瓦尔喷嘴372.3供氧制度：氧枪操作方式•氧枪操作就是调节氧压和枪位。•氧枪的操作方式：•恒枪变压：压力控制不稳定，阀门控制不好；•恒压变枪：压力不变，枪位变化。软吹：低压、高枪位，吹入的氧在渣层中，渣中FeO升高、有利于脱磷。硬吹：高压、低枪位(与软吹相反)，脱P不好，但脱C好，穿透能力强，脱C反应激烈。38软吹与硬吹对熔池的影响39•在吹炼一炉钢的过程中，需要正确控制温度。温度制度主要是指炼钢过程温度控制和终点温度控制。•转炉吹炼过程的温度控制相对比较复杂，如何通过加冷却剂和调节枪位，使钢水的升温和成分变化协调起来，同时达到吹炼终点的要求，是温度控制