炼钢原材料

13炼钢原材料3.1金属料3.2造渣材料3.3氧化剂、冷却剂和增碳剂2■原材料是炼钢的重要物质基础，原材料的质量好坏对炼钢工艺和钢的质量有直接的影响，采用精料并保证质量稳定是提高炼钢各项技术经济指标的重要措施之一，是实现冶炼过程自动化的先决条件。■按性质分类，炼钢原材料可分为金属料、非金属料和气体。金属料包括铁水（生铁）、废钢、铁合金、直接还原铁及碳化铁（电炉使用）；非金属料包括石灰、白云石、萤石、合成造渣剂；气体包括氧气、氮气、氢气等。按用途分类，炼钢原材料可分为金属料、造渣剂、化渣剂、氧化剂、冷却剂、增碳剂等。33.1金属料3.1.1铁水3.1.2废钢■废钢是转炉炼钢的主要金属料之一，是电炉炼钢的基本原料。■废钢来源复杂，质量差异很大，按来源可分为钢铁厂返回废钢和外购废钢。返回废钢包括本厂生产过程中产生的废钢锭、坯，铸坯切头、切尾，轧钢切头等。外购废钢来源复杂，包括加工工业的废料（机械、造船、汽车等行业的废钢、车屑等）、钢铁制品报废件（船舶、车辆、机械设备、土建和民用材料等）4■废钢质量对炼钢技术经济指标有明显影响，从合理使用和冶炼工艺出发，对废钢的要求如下：（1）废钢表面应清洁、干燥、少锈，尽量避免带人泥土、沙石、耐火材料和炉渣等杂质；（2）废钢在人炉前应仔细检查，严防混人爆炸物、易燃物、密闭容器和毒品，严防混人铜、铅、锡、锑、砷等有色金属元素；（3）不同性质的废钢应分类堆放，以避免贵重元素损失和熔炼出废品；（4）废钢要有明确的化学成分；5（5）废钢要有合适的块度和外形尺寸；■对于电炉炼钢，过大、过小的废钢对冶炼都将造成不利的影响，必须对废钢进行加工处理。加工方法有两种：一种是对过大的废钢进行切割处理，另一种是对钢屑及轻薄料进行打包压块处理，使压块密度提高至2500可kg/m3以上63.1.3生铁■生铁在电炉中使用，其主要目的在于提高炉料或钢中的碳含量，并解决废钢来源不足的问题。由于生铁中含碳及杂质较高，因此，电炉钢炉料中生铁配比通常为10％一25%，最高不超过30％。电炉钢对生铁的要求较高，一般S、P含量要低，Mn含量不能高于2.5%,Si含量不能高于1.2％。73.1.4直接还原铁■直接还原铁（DRI）是以铁矿石或精矿粉球团为原料，在低于炉料熔点的温度下，以气体（CO和H2）或固体碳作还原剂，直接还原铁的氧化物而得到的金属铁产品。■直接还原铁的含铁量较高，S、P含量较低，杂质较少。电炉炼钢采用直接还原铁代替废钢，不仅可以解决废钢供应不足的问题，而且可以大大缩短冶炼时间，提高电炉钢的生产率，还可以满足冶炼优质钢的要求。83.1.5铁合金■铁合金主要用于调整钢液成分和脱除钢中杂质，主要作炼钢的脱氧剂和合金元素添加剂。铁合金的种类可分为铁基合金、纯金属合金、复合合金、稀土合金、氧化物合金。■电炉常用的铁合金有：Fe一Mn、Fe一Si、Fe一Cr、Fe一MO、Fe一W、Fe一Ti、Fe一V、Fe一B、Fe-Nb、Ni、AI等9■对铁合金的要求如下：（1）使用块状铁合金时，块度要合适，以控制在10一40mm为宜，这有利于减少烧损和保证钢水成分均匀。（2）在保证钢质量的前提条件下，选用适当牌号的铁合金，以降低成本。（3）铁合金使用前要经过烘烤，特别是冶炼含氢量要求严格的钢种，以减少带人钢中的气体。（4）铁合金成分应符合技术标准规定，以避免炼钢操作失误，如硅铁中的含铝、钙量，沸腾钢脱氧用锰铁的含硅量，都直接影响钢水的脱氧程度10（5）铁合金应按其成分严格分类保管，避免混杂。（6）铁合金中含非金属夹杂和有害杂质磷、硫及气体要少。113.2造渣材料3.2.1石灰3.2.1.1石灰的质量要求■石灰是炼钢用量最大且价格便宜的造渣材料。它具有很强的脱磷、脱硫能力，不损坏炉衬。对炼钢用石灰有下列基本要求：（1）石灰含CaO要高，含SiO2和S要低；（2）石灰应保证清洁、干燥、新鲜；（3）石灰的灼减率应控制在3％左右；（4）石灰应具有合适的块度，块度过大，溶解缓慢，甚至到吹炼终点还来不及溶解，影响成渣速度且不能发挥作用；过小的石灰容易被炉气带走，造成浪费。12（5）石灰活性度要高。石灰的活性，是指石灰同其他物质发生反应的能力，用石灰的溶解速度来表示，石灰在高温炉渣中的溶解能力称为热活性，目前在实验室还没有条件测定。因此，一般用石灰与水的反应，即石灰的水活性来近似地反映石灰在炉渣中的溶解速度。活性度越大，石灰溶解越快，成渣越迅速，反应能力越强。■对石灰的具体要求是：w(CaO）≥85%，w(SiO2）≤3%（电炉小于2%)，w（MgO）≤5%,w(Fe2O3＋A12O3）≤3%，w（S）≤0.15%,w(H20）≤0.3%133.2.1.2石灰的性质和反应能力■石灰通常由石灰石在竖窑或回转窑内煅烧而成。CaCO3的分解温度为880-910℃，分解反应的过程是：(1)CaCO3微粒破坏，在CaCO3中生成CaO过饱和溶体；(2）过饱和溶体分解，生成CaO晶体；(3)CO2气体解吸，随后向晶体表面扩散。14■影响石灰质量的因素很多，其中包括石灰石的化学成分、晶体结构及物理性质、装人煅烧窑的石灰石块度、煅烧窑类型、煅烧温度及其作用时间、所用燃料的类型和数量等■石灰石中SiO2、S含量高，则煅烧得到的石灰的有效CaO含量低，这样会增大石灰用量，增大渣量，增加热损失，降低钢水收得率。■煅烧温度和时间对CaCO3分解速度及石灰质量有重要影响。15■石灰性质对石灰质量也有显著影响，石灰性质包括物理和化学性质，主要有煅烧度、体积密度、孔隙率、比表面积、灼减和水活性等■文献中普遍把煅烧温度过低或煅烧时间过短、含有较多未分解的CaCO3的石灰，称为生烧石灰；把煅烧温度过高或时间过长而获得的晶粒粗大、孔隙率低和体积密度大的石灰，称为硬烧石灰（过烧石灰）；把煅烧温度在1100℃左右而获得的晶粒细小、孔隙率高、体积密度小的石灰，称为软烧石灰（活性石灰）；把介于硬烧石灰和软烧石灰两者性质之间的石灰，称为中烧石灰。16■由表3一3可以看出，软烧石灰的晶粒直径比较小（1-2μm）、比表面积大（大于1.0m2/g）、孔隙率高（46％一55%）、体积密度小，因而溶解速度快，反应能力强，也称为活性石灰。■回转窑可以严格控制温度，能保证石灰性质均匀，加之采用以辐射为主的加热方式，石灰吸硫率低，即使用劣质燃料也能烧成优质石灰。目前，活性石灰主要由回转窑、新型竖窑烧成。173.2.1.3石灰活性的检验■世界各国目前均采用石灰的水活性来表示石灰的活性。其基本原理是石灰与水化合生成Ca(OH)2，在化合反应时要放出热量和形成碱性溶液，测量此反应的放热量和中和其溶液所消耗的盐酸量，并以此结果来表示石灰的活性。（1）温升法（2）盐酸滴定法我国标准规定，盐酸溶液消耗量大于300mL者才属于活性石灰3.2.1.4活性石灰在炼钢中的应用183.2.2镁质石灰■镁质石灰是由白云石质石灰石或石灰石与白云石混合煅烧生产的，其石灰成分中含有5%一8％的MgO3.2.3白云石生白云石的主要成分为CaCO3·MgCO33.2.4萤石■萤石的主要成分是CaF2，熔点约为930℃，在炼钢中作助熔剂使用。19■萤石中的CaF2能与CaO组成共晶体，其熔点为1362℃，能使阻碍石灰溶解的2CaO·SiO2外壳熔点降低，加速石灰溶解，迅速改善炉渣流动性。萤石助熔的特点是作用快、时间短，但大量使用会造成严重喷溅，加剧对炉衬的侵蚀。■炼钢用萤石含CaF2要高，含Si02、S等杂质要低；应具有合适的块度，转炉为5一50mm，电炉为10一80mm；使用前应在100一200℃的低温下干燥4h以上；萤石需清洁干燥，不得混有泥沙等杂物。萤石的成分范围为：w(CaF2）≥85%，w(SiO2）≤5%，w（CaO）＜3%,w（S）＜0.10%,w(P）＜0.06%203.2.5合成造渣剂■合成造渣剂是将石灰和熔剂预先在炉外制成的低熔点造渣材料，然后用于炉内造渣，即把炉内石灰块造渣过程的一部分、甚至全部移到炉外进行。显然，这是一种提高成渣速度、改善冶金效果的有效措施。■合成造渣剂中的熔剂有氧化铁、氧化锰和其他氧化物、萤石等。可用一种或几种与石灰粉一起在低温下预制成形，这种预制料一般熔点较低、碱度高、颗粒小、成分均匀，在高温下容易碎裂，是效果较好的造渣料。213.2.6菱镁矿3.2.7火砖块■火砖块是浇注系统的废弃品，其主要成分为：SiO2约60%,A12O3约35％。它的作用是用于改善电炉炼钢炉渣的流动性，特别是对含Mgo高的炉渣，稀释作用比萤石好。火砖块中的A12O3可改善炉渣的透气性，使氧化渣形成泡沫而自动流出，促进了氧化期操作的顺利进行。在还原期炉渣碱度较高时，用一部分火砖块代替萤石是比较经济的，用炭粉还原炉渣时钢液也不易增碳。但因降低炉渣碱度，影响去磷、去硫效果，其用量不能太大。223.3氧化剂、冷却剂和增碳剂3.3.1氧化剂（1）氧气■电炉炼钢在熔化期要吹氧助熔，氧化期要吹氧脱碳，因此，氧气也是电炉炼钢的最主要的氧化剂。电炉炼钢要求氧气纯度大于98%，水分少于3g/m3耐，吹氧助熔时氧气压力应为0.3-0.7MPa，氧化脱碳时氧气压力为0.7一1.2MPa23（2）铁矿石■电炉用铁矿石的含铁量要高，因为含铁量越高，密度越大，人炉后越容易穿过渣层直接与钢液接触，加速氧化反应的进行。要求矿石成分为：w(TFe）≥55%，w(SiO2）≤8%，w（S）≤0.1%,w（P）≤0.10%,w（Cu）≤0.3%,w(H20）≤0.5%（3）氧化铁皮■电炉用氧化铁皮造渣，可以改善炉渣的流动性，提高炉渣的去磷能力。要求氧化铁皮的成分为：w(TFe）≥70%，w(SiO2）≤3%，w（S）≤0.04%,w（P）≤0.05%,w(H20）≤0.5%24■氧化铁皮的含铁量高、杂质少，但豁附的油污和水分较多，因此，在使用前必须在500℃以上的高温下烘烤4h以上。253.3.2冷却剂3.3.3增碳剂■电炉冶炼时由于配料或装料不当以及脱碳过量等原因，造成冶炼过程中碳含量达不到预期要求，必须对钢液增碳。■常用的增碳剂有沥青焦粉、电极粉、焦炭粉、生铁等