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炼钢工序胡育新2010年11月前言目前唐山建龙炼钢厂生产粗钢约200万吨/年，主要冶炼钢材种类有：冷轧用钢08AL、深冲钢SPHD、汽车大梁钢JL510L、石油管线钢X42、J55、普通碳素结构钢Q195、Q195L、Q215、Q235、Q345B、20#钢等。拥有60吨转炉两座，铁水预处理一座，LF炉一台，五机五流方坯连铸机一台，规格为173*130mm、185*130mm，两机两流板坯连铸机一台，主要生产规格为：宽度450mm～710mm，厚度为150mm、180mm、200mm，目前主要生产规格为：180mm*（500mm～710mm）。唐山建龙炼钢厂生产工艺流程图：前言第一节概述铁水预处理是指高炉铁水在进入转炉之前预先脱除某些杂质的预备处理过程。它包括预脱硫、预脱硅、预脱磷。其中铁水预脱硫是最先发展成熟的工艺，我厂铁水预处理应用的是喷粉（钝化镁粉）脱硫工艺。第一部分铁水预处理铁水脱硫过程示意图：第一部分铁水预处理第二节喷粉脱硫工艺过程喷粉脱硫过程示意图：第一部分铁水预处理第三节脱硫原理硫能溶于液态铁中形成无限溶液。但工业生产中，硫在铁和钢中的含量约为0.001—0.1%。一般认为硫以元素状态溶解于液态铁中。钢铁冶炼脱硫，就是要形成稳定的硫化物，并能与钢或铁水顺利分离，脱硫基本反应方程式如下：Mg(g)+[S]=MgS(s)ΔGΘ=-427367+180.67T铁水炉外喷粉脱硫脱硫剂分为石灰系、碳化钙系、镁系三类脱硫剂，可以单独使用，可以复合应用，往往可以取得更好的冶金效果。第一部分铁水预处理表1-1各脱硫剂相对脱硫能力和平衡[S]含量（1350℃）脱硫剂CaOCaC2Mg平衡常数Ki6.4896.94×1052.06×104相对大小11.0×1053170平衡[%S]3.7×10-34.9×10-71.6×10-5第一部分铁水预处理镁与硫的亲和能力很强，它是一种很有效的脱硫剂，根据计算，在1350℃时，用镁脱硫的平衡含硫量为1.6×10-6。我厂使用镁系脱硫剂，优点是脱硫能力强，反应速度快，适用于大量处理铁水，能达到[S]≤0.005％，而且渣量少，渣中带走的铁损和热量损失少，对环境污染亦小，可以不进行预先除渣；采用钝化镁粒在贮藏和运输期间都比较安全。第一部分铁水预处理第二节喷粉脱硫工艺过程喷粉脱硫过程示意图：第一部分铁水预处理铁水预处理脱硫是铁水预处理过程的最重要的环节，其优点在于：1）有利于稳定高炉造渣制度，节约能耗；2）保证炼钢吃精料，有利于钢铁产品的结构改革，提高质量。3）有利于钢铁冶金的整个流程实现最优化。第一部分铁水预处理冶炼品种钢对铁水预处理的要求1、要保证铁水预处理的产量满足冶炼品种钢的需要；2、保证铁水预处理的生产节奏满足品种钢生产的需要；3、要求铁水预处理以后的铁水硫含量满足品种钢冶炼的需要。第一部分铁水预处理混铁炉混铁炉的主要作用就是储存铁水，通过向混铁炉里面喷吹煤气加热，对铁水进行保温，混铁炉是高炉与转炉的一个缓冲器，以免炼钢或者炼铁出现一些事故而影响对方的生产，目前唐山建龙有两座混铁炉，公称吨位各600吨，可以储存铁水一千吨以上。第一节概述第二部分顶底复吹转炉转炉的主要形式是氧气顶吹转炉，国外称LD（1952年奥地利的林茨城(Linz)和多纳维兹城(Donawitz)先后建成了30吨的氧气顶吹转炉车间并投入生产，所以此法也称为LD法）转炉，美国称BOF（BasicOxygenFurnace）炉。转炉在冶炼时炉子保持不动，从上部吹氧，但在装料和出钢时可以前后倾动。氧气顶吹转炉的形状如圆筒，外部是用钢板制成的炉壳，里面砌有镁炭砖等耐火砖。炼钢的原料主要是铁水、废钢。顶底复吹转炉主要冶金特征：（1）炉渣氧化性明显降低；（2）钢液中残锰量明显提高；（3）脱磷和脱硫反应非常接近平衡，有较高的磷和硫的分配系数；（4）吹炼平衡、喷溅量少，金属收得率提高；顶底复吹转炉2座。公称容量：60吨出钢量：66吨第二节炼钢用原材料（1）主原料：铁水，废钢，生铁块。（2）辅原料：造渣剂（活性石灰、轻烧白云石、生白云石、萤石、合成造渣剂、锰矿石等）；冷却剂（废钢、生铁块、铁矿石、烧结矿、氧化铁皮、生白云等）。（3）铁合金：Mn-Fe、Si-Fe、Si-Mn合金、Al-Fe、P-Fe、Cr-Fe、Cu-Ni-Fe、Nb-Fe等。（4）其它材料：增碳剂、氧气、氮气、氩气、溅渣改质剂等第二部分顶底复吹转炉第三节炼钢的基本任务炼钢就是在给定的原料条件下，根据钢种成分要求，冶炼出成分合格、有适当温度的钢水。（1）脱碳，通常铁水含C量较高，要通过氧化反应将碳降到所炼钢种的规定范围。（2）提温，为保证出钢后钢水能顺利地浇注，应通过金属氧化放出的热量（化学热）将钢液加热到所需要的温度（3）去除P、S等有害物质，P会使钢质产生冷脆现象，S会使钢质产生热脆现象（4）去除气体及杂质，钢中（H、O、N）以及非金属夹杂物（氧化物、硫化物、氮化物等）都直接影响钢的表面质量和内在质量，在钢成材后又影响其力学性能和金相组织（5）脱氧与合金化，在炼钢过程中因为脱碳反应的需要，要向钢液供氧，就不可避免的使钢含有较多的氧，氧无论是以气体形态还是以氧化物形态存在于钢中都会降低钢的质量第二部分顶底复吹转炉第四节炼钢的五大制度（1）装入制度：分阶段定量装入。（2）供氧制度：恒压变枪位（经常使用）；恒枪位变压；变压变枪位。（3）造渣制度：单渣操作；双渣操作（对P较高的铁水）；留渣操作。（4）温度制度：合适的过程温度和终点温度。（5）脱氧合金化：沉淀脱氧（加到钢液）；扩散脱氧；（加到熔渣中）；复合脱氧。第二部分顶底复吹转炉吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化⑴吹炼前期：指Si、Mn氧化期。⑵吹炼中期：指C氧化期。⑶终点控制：在拉碳的同时，确保P、S含量和温度符合钢种的出钢要求；综上所述，要炼好一炉钢，首先要造好渣，才能达到碳符合钢种要求范围，去除S、P有害元素，以及调整到合格的出钢温度。同时要组织好出钢，做好脱氧和合金化操作，确保化学成份符合钢种要求。装入制度装入制度是指转炉合理的装入量和合适的铁水与废钢之比。装入量的过大或过小，直接影响到技术经济指标的好坏。装入量过大，造成造渣困难，导致严重喷溅，不但降低金属收得率和炉衬寿命，而且延长冶炼时间；装入量过小，不仅影响产量，同时由于装入量少，使熔池深度变浅，加深氧气流股对炉底的冲击作用，炉底过早被损坏，甚至造成了炉底烧穿所引起的穿炉事故。供氧制度供氧制度是指把氧气流股最合理地喷向熔池，使氧流与熔液间的物理化学反应具有良好的条件。其所研究的内容包括供氧强度，供氧压力，枪位高低和喷嘴结构等方面。目的是为了确保正常供氧和造渣，使铁液中的部分C、Si、Mn等元素均匀氧化，放热升温，化好前期渣和过程渣，达到去除S、P有害元素。同时，在一定炉容比的条件下，既要尽量提高供氧强度和冶炼强度，缩短冶炼时间，提高生产率，又要减少喷溅，使冶炼过程正常进行，提高金属收得率和减少温度损失。造渣制度造渣制度是研究造渣方法，加入渣料的种类、时间和数量，以及如何快速成渣，达到最大限度地去除钢液中的S、P，缓和冶炼过程中的造渣速度与脱C速度之间的矛盾，在极短的时间内造出具有一定碱度及氧化铁含量、适当粘度和数量的炉渣的操作工艺。炉渣在冶炼过程中的作用：转炉炉渣必须保证有足够的碱度和流动性，以利去除金属液中的S、P；对耐材的侵蚀程度最小；为分散的金属液滴脱C创造有利的条件；作为热量损失的保护层和避免氧气流股强力冲击熔池，可减少热量损失和金属喷溅；还可防止钢液从大气中吸收N2及H2O分等有害气体；利用炉渣强力洗涤钢液，吸附外来及内在的细小非金属夹杂物。温度制度温度制度是研究炼钢过程中的热化学和温度控制的问题，而温度控制主要是指过程温度及终点温度的控制。若出钢温度过低，将会造成钢包结冷钢、连铸结流和回炉等事故；出钢温度过高，往往使钢中气体含量和夹杂物含量增加，影响钢材质量。因此，控制好终点温度是转炉炼钢操作的重要环节之一。对于过程温度的过高或过低，直接影响到成渣速度与脱碳速度之间的关系，控制不当，造成喷溅，增加铁的烧损，以及降低炉龄，另外，过程温度的控制是达到理想终点温度的关键。终点控制终点控制主要是指终点的温度及成份的控制。铁水在炉内，通过供氧、造渣之后，经过了一系列物理化学反应，铁水经冶炼而达到所要求的钢种时，称之为“终点”。终点所具有的特点是：⑴钢中含C量达到所炼钢种的控制范围；⑵钢中含S、P量均低于规格下限所要求的值；⑶终点温度能达到确保顺利浇铸的温度。冶炼终点主要根据钢水的含C、S、P量及温度来确定。脱氧和合金化氧气顶吹转炉在吹炼过程中向熔池提供了大量的氧，以供一系列的氧化反应，同时有一部分氧溶解于钢液中，在出钢时若不脱氧，则钢液在浇铸过程中，随着温度的下降，引起与碳的再氧化，生成的CO气泡使铸坯产生皮下气泡。另外，钢中的氧能使钢变脆，塑性下降，所以在冶炼终点时要进行脱氧。把钢液中的氧去除过程，称之为“脱氧”。合金化：在炼钢的终点，与脱氧操作的同时，按钢种规定成份范围配加一定量的合金元素，称之为合金化。脱氧和合金化在炼钢过程中是同时完成的。转炉炉衬的维护转炉的炉龄是衡量一个钢铁厂技术水平的一个重要指标，炉龄的长短直接影响着炼钢的生产与成本。转炉炉衬损坏的原因：1、机械作用。加废钢和兑铁水对炉衬的冲撞与冲刷，炉气与炉液流动对炉衬的冲刷与磨损，清理炉口结渣的机械损坏。2、高温作用。高温会使炉衬表面软化、熔融。3、化学侵蚀。高温炉渣与炉气对炉衬的氧化和化学侵蚀作用比较严重。4、炉衬剥落。由于温度急冷急热所引起的炉衬砖剥落；以及炉衬砖本身矿物组成分解引起的层裂。提高转炉炉龄的措施应用溅渣护炉，充分发挥护炉效果。优化转炉冶炼工艺。控制合适终点渣成分，减少高温钢。加强日常炉衬维护，及时测量炉衬厚度，做好喷补，做好动态管理。采用优质材质的炉衬砖，综合砌炉，确保炉衬的修砌质量。溅渣护炉介绍溅渣护炉技术是近年来开发的一种提高炉龄的新技术，溅渣护炉技术的基本原理，是在转炉出钢后，调整余留终点渣成分，利用MgO含量达到饱和或过饱和的终点渣，通过高压氮气的吹溅，在炉衬表面形成一层与炉衬很好烧结附着的高熔点溅渣层，这个溅渣层耐蚀性较好，并可减轻炼钢过程对炉衬的机械冲刷，从而保护了炉衬砖，减缓其损坏程度，使得炉衬寿命得以提高。第二部分顶底复吹转炉第五节挡渣出钢的方式挡渣球法第三部分炉外精炼炉外精炼方法大致可以分为以下五大类：（1）真空脱气；（2）钢包精炼；（3）钢包吹氩；（4）钢包喷粉；（5）喂丝技术。我厂炉外精炼设备为1座60吨LF钢包精炼炉。第一节概述第二节LF精炼炉基本功能基本功能：（1）均匀钢水成份和温度；（2）精确控制钢水成份和温度；（3）脱氧、脱硫；（4）脱气；（5）去除钢中夹杂物；（6）夹杂物形态的控制；（7）特殊元素的合金化。第三部分炉外精炼LF精炼过程主要操作：（1）根据钢液中酸溶铝的要求及钢液中的氧含量确定喂铝量的喂铝线操作；（2）考虑埋弧加热、脱硫、吸附夹杂物的造渣操作；（3）考虑防止吸气、卷渣以及加快夹杂物去除的吹氩搅拌操作；（4）考虑温度目标控制的供电操作；（5）考虑最低成本的钢液成分微调操作。第三部分炉外精炼第三节LF钢包精炼炉主要设备钢包炉有以下主要设备组成：机械设备（包括炉下钢包车、炉盖及其升降装置、电极臂及其升降装置、电极夹持器和测温、取样装置等）；液压设备（包括液压缸等）；喂丝机；钢包底部吹氩装置；电极接长装置；散状料加料系统设备；除尘系统设备；供电和电控系统设备；仪表设备。第三部分炉外精炼LF精炼作用与目的作用：充分均匀钢水成份、温度，去除夹杂，提高钢水纯净度，还可对成份进行微调。LF炉精炼时钢水中成份偏析很小，可将成份控制在极小的范围内，加上吹氩搅拌可使钢包内钢水温度偏差控制在±5℃。钢水温度满足连铸工艺要求；处理时间满足多炉连浇要求；成份微调能保证产品具有合格的成份及