转炉炼钢工艺朱荣2014.

炼钢工艺授课内容参考书：钢铁冶金学（陈家祥）转炉炼钢学（徐文派）,现代电弧炉炼钢（李士琦）氧气转炉炼钢工艺与设备(王雅贞)，特殊钢炉外精炼(知水)转炉炼钢工艺(4学时)铁水预处理工艺(2学时)电炉炼钢工艺(4学时)钢水炉外精炼工艺(2学时)朱荣Tel:01-62332515，62332122，Email:[e-mail]ocess1转炉炼钢的发展1855－1856年英国人亨利.贝塞麦(Henly)开发了酸性底吹空气转炉炼钢法；1878年英国人托马斯(S.G.Thomas)碱性底吹空气转炉炼钢法；1940年廉价获得氧气后，瑞士、奥地利开发了顶吹氧气转炉，1952年在奥地利林茨(Linz)和多纳维茨城(Donawitz)建成第一座30吨碱性顶吹氧气转炉(LD转炉)；或称BOF(BasicOxygenFurnace)。1970年开发顶底复合吹炼转炉。我国的炼钢发展史。氧气转炉的种类氧气顶吹转炉氧气底吹转炉（或氧气侧吹转炉）氧气顶底复合转炉转炉炼钢方法的发展演变顶吹氧气转炉炼钢工艺特点完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热;生产率高（冶炼时间在20分钟以内）；质量好（*气体含量少：（因为CO的反应搅拌，将N、H除去）可以生产超纯净钢,有害成份（S、P、N、H、O）〈80ppm；冶炼成本低，耐火材料用量比平炉及电炉用量低；原材料适应性强，高P、低P都可以。转炉设备转炉炉体及转炉倾动系统铁水、废钢、散状材料设备氧枪提升机构转炉烟气净化与回收设备转炉炉体及转炉倾动系统转炉炉容比（V/T）是指转炉腔内的自由空间的容积V(单位m3)与金属装入量(铁水+废钢+生铁块单位t)之比。装入量过大，则炉容比相对就小，在吹炼过程中可能导致喷溅增加、金属损耗增加、易烧枪粘钢；装入量过小，则熔池变浅，炉底会因氧气射流对金属液的强烈冲击而过早损坏，甚至造成漏钢，并会降低转炉的金属料种类等因素有关。大型转炉的炉容比一般在0.9～1.05米3/吨之间，而小型转炉的炉容比在0.8米3/吨左右。通常当转炉容量小、或铁水含磷高、或供氧化强度大、喷孔数少、用铁矿石或氧化铁皮做冷却剂等情况，则炉容比应选取上限。反之则选取靠下限。转炉高径比（H/D）是指转炉腔内的自由空间的高度(单位m)与熔池直径比m之比。高径比一般为0.8-1.8;决定转炉氧枪的吹炼强度，冶炼时间等；同时影响溅渣的好坏；决定氧枪喷头的设计参数，如喷头的射流角等.2氧气射流及熔池搅拌氧枪吹炼参数决定转炉的冶炼过程及冶炼结果氧枪心藏是氧枪喷头；有关氧枪及氧枪喷头设计有专门介绍氧气射流属于气体动力学的范畴。氧气射流对熔池的物理作用转炉实际上是一个黑箱，对炉内的运动状态是冷态实验的分析结果。氧流作用下熔池的循环运动，动量传递，氧压或氧速越高，凹坑越深，搅拌加剧。氧气射流对熔池的化学作用直接氧化---氧气射流直接与杂质元素产生氧化反应；间接氧化---氧气射流先与Fe反应生成后FeO，FeO传氧给杂质元素。是直接氧化还是间接氧化为主呢？是间接氧化为主，最主要一点是由于氧流是集中于作用区附近（4％的面积），而不是高度分散在熔池中。氧枪喷头的种类直简型收缩型拉瓦尔型多孔拉瓦尔型。（马赫数控制在1.8-2.1）多孔拉瓦尔喷嘴喷头设计需考虑的因素主要根据炼钢车间生产能力大小、原料条件、供氧能力、水冷条件和炉气净化设备的能力来决定。考虑到转炉的炉膛高度、直径大小、熔池深度等参数确定其孔数、喷孔出口马赫数和氧流股直径。对于原料中废钢比高、高磷铁水冶炼或需二次燃烧提温等情况，则其氧枪喷头的设计就需特殊考虑。喉口直径的计算当供氧量Q和喷嘴前氧压确定后，就可以按弗林公式计算喉口直径，即：式中T0——氧气滞止温度，k；A——喉口断面积，cm2；P0——喷嘴前压力（吹损时允许正偏离20%），Mpa（绝对）。此外喷嘴加工的光洁度对流量也有一定的影响，因粗糙表面必定增加附面层高度。004.176TPACqD孔枪位高度范围枪位高低，对氧枪喷头出口马赫数M的选取有着直接影响。在一定的氧射流出口速度下，枪位高可避免烧枪，但为保持射流对熔化的搅拌能力，即保证一定的冲击深度，需要降枪；射流出口马赫数M决定枪位。喷枪高度的确定根据所取的冲击深度和喷头设计得到的各项参数，就可以确定喷枪高度。现以计算三孔喷头为例，计算喷枪高度。由于P0=8kg/cm2，M出=1.845，d*=23.2mm，d出=28.4mm，T0=303K，，设熔池深度为1000mm，假定取平均冲击深度为熔池深度的25%，则h=250mm，喷枪高度H为:1050mm)(8.33420cmhdPH喉22出出出hdgHe熔池冲击深度氧气射流深入熔池的深度（即冲击深度）对吹炼工艺影响很大，必须保证氧流对熔池具有合适的冲击深度，使熔池得到均匀而强烈的搅拌，即有较大的脱碳速度，同时又具有一定的化渣能力。当L/h0.3时，即冲击深度过浅，则脱碳速度和氧的利用率会大为降低，增加渣中FeO，还会导致出现终点成份及温度不均匀的现象；当1/h0.7时，即冲击深度过深，有可能损坏炉底和金属喷溅严重.熔池冲击深度冲击深度的确定在适合的炉容比情况下，如果熔池装入量过浅，可考虑将熔池砌成台阶形。对于单孔喷头，平均冲击深度可取熔池深度的25-50%，而最大冲击深度可取熔池深度的50-75%。对于三孔或四孔喷枪，平均冲击深度可取熔池深度的25-40%，最大冲击深度可取熔池深度的60-70%。射流熔池穿透深度计算用弗林公式计算最大穿透深度式中h：穿透深度（cm），H：枪位高度（cm）d：喷头喉口直径（cm），P0：滞止压力（MPa）本公式是经验式，最适合单孔射流氧枪。81.37.3460HPdh3顶吹转炉的过程描述上炉出钢--倒完炉渣(或加添加剂)--补炉或溅渣--堵出钢口--兑铁水--装废钢--下枪--加渣料（石灰、铁皮）--点火--熔池升温--脱P、Si、Mn----降枪脱碳。看炉口的火，听声音。看火亮度--加第二批（渣料）--提枪化渣，控制“返干”。降枪控制终点（FeO），倒炉取样测温，出钢。技术水平高的炉长，一次命中率高。50%。（宝钢是付枪）根据分析取样结果--决定出钢（或补吹）－-合金化。不要补吹的就是通常说的一次命中。冶炼技巧钢液碳的判断方法取样分析、磨样、看火花、付枪。钢液磷的判断方法取样分析、渣的颜色及气孔；钢液温度判断方法接触热电偶、看炉口火焰、看钢液颜色、读秒表。钢液颜色：白亮、青色、浅兰、深兰、红色冶炼过程渣、钢成份变化冶炼过程钢中[N][O]成份变化4炼钢用原辅材料原材料铁水：加70-85%(%C=4,%Si=0.4-1.0,%P=0.02-0.15,%S=0.001-0.050)废钢：加15-30%(厚度小于150mm，清洁)生铁块：调温及配碳烧结矿（改性铁）4炼钢用原辅材料辅助材料：石灰：有效CaO成分，块度，控制石灰吸水萤石：CaF2，能改善炉渣流动性生白云石：CaMg(CO3)2,造渣及护炉菱镁矿：MgCO3调渣剂铁合金、冷却剂及增碳剂耐火材料分类：碱性耐火材料(MgO)酸性耐火材料(SiO2)中性耐火材料(碳质及铬质)耐火材料的主要性质：耐火度、荷重软化温度、耐压强度、抗热震性、热膨胀性、导热性、抗渣性、气孔率等。5转炉耐火材料及护炉技术炉衬寿命：炉衬寿命影响转炉的工作时间及生产成本。炉龄是钢厂一重要生产技术指标。炉衬损坏的原因：铁水、废钢及炉渣等的机械碰撞和冲刷炉渣及钢水的化学侵蚀炉衬自身矿物组成分解引起的层裂急冷急热等因素。5转炉耐火材料及护炉技术5转炉耐火材料及护炉技术提高炉龄的措施：耐材质量；系统优化炼钢工艺；补炉工艺新工艺：溅渣护炉工艺，九十年代，美国开发成功转炉溅渣护炉技术，在我国达到最高效益，炉龄30000。5转炉耐火材料及护炉技术溅渣护炉的基本原理：是利用高速氮气把成分调整后的剩余炉渣喷溅在炉衬表面形成溅渣层。溅渣层固化了镁碳砖表层的脱碳层，抑制了炉衬表层的氧化，并减轻了高温炉渣对砖表面的冲刷侵蚀。6转炉冶炼工艺转炉冶炼五大制度装料制度供氧制度造渣制度温度制度终点控制及合金化制度6.1装料制度确定合理的装入量，需考虑的两个参数：炉容比：(V/T,m3/t),0.8-1.05(30-300t转炉)；熔池深度：需大于氧气射流的冲击深度800-2000mm(30-300t转炉)装料制度：定量装入、定深装入；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。供氧强度Nm3/t.min氧气流量Nm3/h操作氧压Mpa氧枪枪位m基本操作参数6.2供氧制度6.2供氧制度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。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，50-65Nm3/h。氧压(Mpa)喷头的喉口及马赫数一定，P大，流量大,有一范围0.8－1.2Mpa。氧枪枪位，由冲击深度决定，1/3-1/2。6.2供氧制度吨钢耗氧量计算％CSiMnPS铁水成分４.３0０.８００.２００.１３０.０４成品成分０.２００.２７０.５００.０２０.０２转炉公称容量为100吨时，炉渣量为：100×10％＝10吨铁损耗氧量10×15％×16/(16＋56)＝0.33吨［C］→[CO]耗氧量100×(4.30%-0.20%)×90%×16/12=4.92吨［C］→[CO2]耗氧量100×(4.30%-0.20%)×10%×32/12=1.09吨［Si］→[SiO2]耗氧量100×0.8%×32/28=0.914吨［Mn］→[MnO]耗氧量100×0.2%×16/55=0.058吨［P］→[P2O5]耗氧量100×0.13%×(16×5)/(31×2)=0.168吨[S]1/3被气化为SO2,2/3与CaO反应生成CaS进入渣中,则［S］不耗氧。总耗氧量＝0.33+4.92+1.09+0.914+0.058+0.168=7.48吨/1.429＝5236Nm3实际耗氧量＝5236/0.9/99.5%=5847Nm3实际吨钢耗氧量＝5847/100=58.37Nm3/t两种操作方式：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。6.2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：衡枪变压：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，目前主要操作方式6.2供氧制度6.3造渣制度炼钢就是炼渣。造渣的目的：通过造渣，脱P、减少喷溅、保护炉衬。造渣制度：确定合适的造渣方式、渣料的加入数量和时间、成渣速度。渣的特点：一定碱度、良好的流动性、合适的FeO及MgO、正常泡沫化的熔渣。造渣方式单渣法：铁水Si、P低，或冶炼要求低。双渣法：铁水Si、P高，或冶炼要求高。留渣法：利用终渣的热及FeO，为下炉准备。石灰加入量确定石灰加入量是根据铁水中Si、P含量及炉渣碱度R确定。铁水含磷小于0.30%时：石灰加入量(kg/t)=2.14×W[Si]×R×1000/AA为石灰中的有效氧化钙A=W（CaO)－R×W（SiO2)R×W（SiO2)W为石灰自身SiO2占用的CaO。当Si、P高时，需计算石灰补加量。成渣速度转炉冶炼时间短，快速成渣是非常重要的，石灰的溶解是决定冶炼速度的重要因素。石灰的熔解：开始吹氧时渣中主要是SiO，MnO，FeO,是酸性渣，加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表J＝K（CaO+1.35MgO-1.09SiO2+2.75FeO+1.9MnO-39.1）形成2CaO*SiO2，难熔渣。F