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第四章转炉炼钢22019/8/17/00:03:032主要内容4.1炼钢用原材料4.2铁水预处理工艺4.3氧气转炉炼钢的发展4.4顶底复吹转炉炼钢的设备4.5复吹转炉吹炼工艺32019/8/17/00:03:0334.1炼钢用原材料4.1.1金属料铁水；废钢；铁合金；4.1.2辅助材料造渣材料；氧化剂；冷却剂；还原剂和增碳剂。42019/8/17/00:03:0344.1.1.1铁水（或生铁块）铁水是氧气转炉炼钢的基本原料，一般占金属料的70～100％；电炉只用生铁块作配碳用。铁水成分和铁水温度是否适当和稳定，对简化和稳定转炉操作并获得良好的技术经济指标非常重要。52019/8/17/00:03:035铁水成分Si：发热元素，转炉热量来源。[Si]一般在0.4～0.8％范围内Mn：有利元素。[Mn]一般在0.2～0.4％左右P：有害元素，强发热元素。P是高炉不能去除的元素，故只能要求[P]稳定，采用铁水预处理脱磷或相应的炼钢方法来去除。S：有害元素。[S]0.04％。采用铁水预处理脱硫，[S]0.015％。62019/8/17/00:03:036铁水温度铁水温度应1200～1300℃，且保持稳定，以利于炉子热行，迅速成渣。有铁水预处理工艺，铁水温度应适当提高。72019/8/17/00:03:0374.1.1.2废钢废钢是电炉炼钢的基本原料，用量占钢铁料的70％～90％。对转炉来说，既是金属料也是冷却剂。合金钢废钢应按所含合金分组堆放。应严防混入有害杂质和危险品，并减少带入的泥沙、耐火材料和炉渣等。对外形尺寸和单重过大的废钢，应预先进行解体和切割；对轻薄料要打包或压块，以缩短装料时间。82019/8/17/00:03:0384.1.1.3铁合金炼钢中广泛使用的各种脱氧和合金化元素与铁的合金。如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr；以及复合脱氧剂，如硅锰合金、硅钙合金、硅锰铝合金；还有铝、锰、镍等金属。铁合金应合理选用以降低成本，使用前应烘烤以减少气体带入。另外要纯净，不得混有其它夹杂物，块度要适当。92019/8/17/00:03:0394.1.2.1造渣材料石灰（CaO）。碱性炼钢方法的基本造渣材料，有强的脱磷、脱硫能力，对炉衬危害小。石灰要求含有效CaO大于80～85％，含S和SiO2低，块度小而均匀，且无细粉；生烧过烧率要小；不能潮解，应保持干燥、新鲜。萤石（CaF2）。熔点低（1418），能使CaO熔点显著降低，加速化渣，改善渣的流动性。萤石要求：CaF285%。白云石（MgO）。增加渣中Mg含量，以减少炉衬中MgO向炉渣中转移，且能促进前期化渣。102019/8/17/00:03:03104.1.2.2氧化剂氧气。炼钢中氧的重要来源。一般要求氧气纯度应大于98％，冶炼低氮钢种时，应大于99.5％。还应脱除水分。铁矿石、氧化铁皮。铁矿石要求含铁高，SiO2、P和水分少，使用前要加热。氧化铁皮要求杂质少，不含油污和水分，使用前必须烘烤。112019/8/17/00:03:03114.1.2.3冷却剂废钢。冷却效果稳定、喷溅少，价格低。富铁矿、团矿、烧结矿和氧化铁皮。利用它们所含FexOy氧化金属中的杂质时，需要吸收大量的热而起到冷却的作用。石灰石。缺少以上冷却剂时，可以使用，CaCO3分解时吸收大量热量。122019/8/17/00:03:03124.1.2.4还原剂和增碳剂电炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极、木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。氧气转炉冶炼中、高碳钢时，一般用含灰分很少的石油焦作增碳剂。132019/8/17/00:03:03134.2铁水预处理工艺铁水预处理是指铁水进入炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一种工艺。铁水预处理可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理，前者有脱硫、脱硅、脱磷或同时脱磷脱硫；后者有铁水提钒、提铌等。142019/8/17/00:03:0314铁水脱硫的优势铁水中的C、Si、P等元素的含量高，硫在铁水中的活度系数大；铁水中氧势低，有利于脱硫反应的进行；有利于直接使用一些强的脱硫剂如CaC2、金属镁等。152019/8/17/00:03:0315铁水预脱硫方法依据采用脱硫剂的种类及其搅拌方法，目前生产中采用的炉外脱硫方法可分为四类：铁流搅拌法、机械搅拌法、气体搅拌法和插入法。用得较多的为机械搅拌法(KR法)和气体搅拌法(顶部喷吹法)。KR法:用实心旋转器搅拌铁水，脱硫剂为CaC2和石灰粉加Na2CO3。顶部喷吹法:以载气（N2）将脱硫剂经顶部喷嘴喷入鱼雷型混铁车和铁水包的铁水中，脱硫剂为CaC2、Na2CO3。162019/8/17/00:03:0316KR法1－脱硫剂；2－搅拌器；3－至除尘顶部喷吹法1－喷呛；2－脱硫剂；3－料仓；4－称量料仓；5－载气（N2）铁水预脱硫方法172019/8/17/00:03:0317铁水预脱硫工艺182019/8/17/00:03:0318铁水脱硫反应铁水预处理脱硫常用的脱硫剂有CaC2、CaO、Na2CO3、Mg以及由它们组成的各种复合脱硫剂。脱硫剂与铁水中的硫反应为：Mg（g）+[S]=MgS（S）CaO（S）+[S]=CaS（S）+[O]192019/8/17/00:03:03194.3氧气转炉炼钢的发展现代转炉炼钢的发展大致分四个时期：1）顶吹转炉炼钢技术的创立(1948~1956)标志性技术：拉瓦尔型超音速顶吹喷枪。2）顶吹转炉炼钢技术的成熟与完善(1956~1967)标志性技术：转炉大型化；副枪动态控制技术3）氧气炼钢技术的繁荣与发展(1967~1993)标志性技术：氧气底吹转炉炼钢技术；转炉复合吹炼工艺技术4）现代转炉炼钢技术(1993~)标志性技术：溅渣护炉工艺；干法除尘与煤气回收技术202019/8/17/00:03:0320氧气顶吹转炉炼钢工艺冶金特点：反应速度快，和平炉相比脱碳速度提高100倍；热效率高，可以熔化20~25%的废钢；钢中气体含量（O、N、H）低。存在问题：钢渣反应不平衡，后期钢渣过氧化。212019/8/17/00:03:0421和纯氧顶吹转炉相比，底吹转炉的优点是：钢渣反应接近平衡，消除了过氧化现象，氧化铁含量约降低10%)；钢中氧含量低(约降低200ppm)；吹炼平稳，钢铁量消耗降低；脱硫效率高。缺点：熔池热效率低，化渣困难和炉底喷枪烧损严重、寿命低纯氧底吹转炉222019/8/17/00:03:0422顶底复吹转炉转炉复合吹炼工艺最初是沿袭顶吹和底吹两种吹炼工艺逐步发展完善：即在顶吹转炉底部喷吹惰性气体和在底吹转炉上部安装顶吹氧枪。实践证明，复吹转炉基本保留了顶吹转炉和底吹转炉的优点，避免各自的缺点，成为当代转炉的基本操作工艺。232019/8/17/00:03:0323顶底复吹转炉的冶金特点炉渣氧化性比顶吹转炉明显降低。因此钢的含氧量少，金属和合金元素收得率高，终点残锰量增加，炉衬侵蚀量下降。熔池搅拌强烈，使得脱磷、脱硫反应更加接近平衡，渣金间的磷、硫分配比高。吹炼平稳，喷溅量少。242019/8/17/00:03:03244.4顶底复吹转炉炼钢的设备顶底复吹转炉炼钢的设备由4个系统组成，每个系统又由各自的设备组成。炼钢容器的炉子系统；提供炼钢所需的氧气和底部搅拌气体的供气系统；提供炼钢所需的金属料和造渣材料的供料系统；对高温含尘烟气进行降温除尘处理，并回收余热和煤气的烟气处理系统。252019/8/17/00:03:03254.4.1炉子系统炉子系统由转炉﹑托圈﹑耳轴﹑倾动机构组成，是装入原料进行吹炼的容器。它由圆台形炉帽﹑圆筒形炉身和球缺形或截锥形炉底三部分组成在炉帽与炉身连接处有出钢口。262019/8/17/00:03:03264.4.2供气系统供氧系统由制氧机﹑储气罐﹑压氧机﹑输气管道及阀门、氧枪和底部供气元件组成。氧枪是供氧设备中的关键部件。由枪身和喷头组成。枪身是由三种不同直径的无缝钢管套装而成，通水冷却。喷头用导热良好的紫铜制成，孔形状一般采用拉瓦尔管的形状，大型转炉普遍应用了三孔﹑四孔﹑五孔喷头。272019/8/17/00:03:0427氧枪结构示意图282019/8/17/00:03:0328顶底复吹技术的关键部件是复吹转炉的底部供气元件。底部供气元件分为两大类，即喷嘴型和砖型。底部供气元件292019/8/17/00:03:03294.4.3供料系统1）铁水供应2）废钢供应3）造渣剂供应302019/8/17/00:03:03301）铁水供应混铁车（鱼雷罐车）方式流程为：高炉铁水→鱼雷罐车→铁水罐→转炉。这种供应方式投资省﹑铁水温降小和有较好的生产环境。适合于大型高炉向大型转炉（100t以上）供应铁水。312019/8/17/00:03:0331向转炉供应废钢一般采用废钢槽方式。流程：磁盘吊车装槽→桥式吊车+废钢槽→转炉。2）废钢供应322019/8/17/00:03:0332转炉的造渣剂采用以下的供应方式：地下储料仓→胶带运输机→高位料仓→称量漏斗→汇总漏斗→溜槽→转炉。3）造渣剂供应332019/8/17/00:03:03334.4.4烟气处理系统转炉炉内的气体称为炉气，炉气离开炉口进入烟罩后称为烟气。氧气转炉在吹炼期间产生大量含尘炉气，其温度高达1400~1600℃，炉气中含有大量CO和含铁60％左右的粉尘。转炉炉气的处理方法主要有燃烧法和未燃烧法。未燃法是在炉口上方采用可以升降的活动烟罩，使炉气在收集过程中尽量不与空气接触，经降温除尘净化后，通过风机抽入煤气回收系统中。342019/8/17/00:03:0334转炉全湿法（OG法）烟气净化系统352019/8/17/00:03:03354.5复吹转炉吹炼工艺4.5.1吹炼工艺流程4.5.2吹炼过程元素的变化4.5.3吹炼工艺制度362019/8/17/00:03:0436372019/8/17/00:03:03374.5.1吹炼工艺流程一炉钢的冶炼过程是指从装料到倒尽渣为止。顶底复吹转炉炼钢的冶炼周期一般是30～40min。其中的纯吹氧时间约15～20min。382019/8/17/00:03:0438392019/8/17/00:03:0439转炉操作进程402019/8/17/00:03:03404.5.2吹炼过程元素的变化根据[C]的氧化速度不同，炼钢过程可分为三个时期。氧化初期，脱碳速度由小变大。由于氧化初期熔池温度低，Si﹑Mn氧化量多，消耗了大部分的氧，[C]的氧化受到限制。脱碳速度d[C]/dt=-k1t，与吹炼时间成正比。这一时期称吹炼初期，又叫硅﹑锰氧化期，时间从开吹到约4～5min。氧化中期Si、Mn氧化结束，熔池温度升高，供给的氧几乎全部用于脱碳。脱碳速度达到最大且几乎不变。这一时期称为吹炼中期，又叫碳氧化期，w[c]=3.0%-3.5%时进入吹炼中期。氧化后期随着碳含量下降，在钢液与气相的边界层中,碳的浓度梯度逐渐下降，使得脱碳速度越来越小。脱碳速度由大变小。这一时期称吹炼末期，又叫碳氧化后期。除碳外其他元素变化不大，主要进行终点操作。当w[c]﹤0.3%-0.7%时，进入吹炼末期。吹炼过程中金属液和炉渣成分的变化432019/8/17/00:03:03434.5.3吹炼工艺制度顶底复吹转炉炼钢，根据底吹气体种类的不同，可分为底部吹入非氧化性气体的复吹工艺和底部吹入氧化性气体的复吹工艺。我国采用的是前一种工艺进行复吹转炉炼钢，即底部吹入氮气、氩气来搅拌熔池。氧气顶底复吹转炉炼钢工艺包括装料﹑供氧﹑底部供气、造渣﹑温度及终点控制﹑脱氧及合金化等内容。442019/8/17/00:03:03444.5.3.1装料制度1）装料次序一般来说是先装废钢后兑铁水，防止加入铁水时造成喷溅。到了炉役后期，或者废钢装入量比较多的转炉，可以先兑