搜索
中冶京诚工程技术有限公司工程设计部员工培训教材各设计阶段设计经理工作流程15炼钢5.1炼钢概述5.1.1炼钢生产的基本工序(1)合格钢水的熔炼；(2)将钢水浇注成合格钢坯。5.1.2炼钢的主要生产设备通常设有炼钢炉、炉外精炼装置和连铸机。(1)炼钢炉：主要有氧气转炉和电炉两类。过去还有平炉，由于需外加热源，热效率低，生产效率也低，现已淘汰。1)氧气转炉炼钢是以铁水和少量废钢等为原料，以石灰、白云石、萤石、铁矿石（氧化铁皮）、铁合金等为辅料，在转炉内用氧气进行吹炼的炼钢方法。根据冶炼期间向炉内喷吹氧气、惰性气体的部位不同，转炉又分为顶吹转炉、底吹转炉和顶底复吹转炉三种。顶吹是从炉顶吹氧，底吹是从炉底吹氧，顶底复吹是从炉顶吹氧、炉底吹惰性气体（如氩气/氮气）。2)电炉炼钢：通常指电弧炉炼钢，其他类型电炉如感应电炉、电渣炉，电子束炉等，炼钢数量很少。电炉炼钢是以废钢和其它炉料（如直接还原铁）为原料，靠电极通电后与炉料间产生电弧热，加热、熔化废钢和其它炉料。加入铁矿石（氧化铁皮）、石灰、萤石和吹氧，去除金属中的杂质，然后用铝、铁合金等使钢水脱氧和合金化。为减少钢水中有色金属元素的含量和节省能源、降低生产成本，现在有些电炉炼钢厂加30~50%的铁水，不加直接还原铁。为强化冶炼，现在有些厂，除靠电弧加热，熔化废钢和其它炉料而外，还在三支电极两两之间加了三支氧油烧咀和在上炉壳下部四周加了若干碳、氧喷吹装置。(2)炉外精炼装置：为冶炼优质钢种，提高生产效率和连铸机顺利工作，中冶京诚工程技术有限公司工程设计部员工培训教材各设计阶段设计经理工作流程2转炉/电炉炼钢车间一般设有钢包炉，脱气装置、喂丝机等精炼设备，对转炉/电炉初炼钢水进行升温、化学成分调整、脱气和去陈杂质等操作。炉外精炼是近些年来发展起来的一项炼钢新技术，是优化冶金生产工艺流程、提高产品质量、扩大品种、提高效率、节能降耗的重要手段，是实现连铸多炉连浇和铸坯热送、热装的必要工艺措施。(3)连铸机：将合格钢水铸成适合于轧钢和锻造加工所需要的一定形状的合格铸坯。按铸坯形状，有板坯、方坯、圆坯、方/圆坯、矩形坯、异形坯等连铸机。采用连铸法生产钢坯比过去采用模铸法生产钢锭，省去了初轧开坯的工序和钢锭在均热炉中加热用的燃料，同时可提高钢坯质量、金属收得率和成材率。2005年我国连铸比已达到97.51%。5.1.3炼钢的基本任务(1)合格钢水熔炼的基本任务合格钢水熔炼的基本任务在于去除生铁中的碳、锰、硫、磷、硅等杂质，同时根据钢种的要求加入适量的合金元素，使之成为以铁为基体的合金——钢。具体的任务：1)脱碳：在高温熔融状态下进行氧化熔炼，将生铁中的碳氧化，使之降低到所炼钢号的规格范围内。它是炼钢过程中的一项最主要任务（铁中含碳＞2.11%，钢中含碳＜2.11%）。2)去磷和去硫：把生铁中的有害杂质磷、硫等降低到所炼钢号的规格范围内。3)去气和去非金属杂质物：把熔炼过程中进入钢水中的有害气体和非金属夹杂物排除掉。4)脱氧与合金化：把氧化熔炼过程中生成的对钢质有害的过量氧从钢水中排除掉；同时加入合金元素，将钢水中各种合金元素的含量调整到所中冶京诚工程技术有限公司工程设计部员工培训教材各设计阶段设计经理工作流程3炼钢号的规格范围内。5)调温：按照熔炼工艺的需要，适时地提高和调整钢水温度到出钢温度。(2)连铸的基本任务把熔炼好的成分、温度合格钢水，连续浇注成一定尺寸和形状的合格铸坯，供下一步轧制或锻造成钢材产品。5.2炼钢生产工艺流程现代大中型企业炼钢生产，一般采用铁水预处理——转炉（或电炉）初炼——炉外精炼装置精炼——连铸机连续铸坯的基本工艺路线，其生产工艺流程见下图所示。中冶京诚工程技术有限公司工程设计部员工培训教材各设计阶段设计经理工作流程4转炉炼钢生产工艺流程图注：在本流程图中，精炼是按LF+RH（或VD）+FW画的，连铸是按方坯、圆坯画的，烟气一次除尘是按湿法画的，熔渣处理是按焖渣法画的，一次、二次除尘以外的除尘末在流程图中表示。中冶京诚工程技术有限公司工程设计部员工培训教材各设计阶段设计经理工作流程-5-5.2.1转炉初炼工艺流程及相关情况简述5.2.1.1转炉初炼工艺流程转炉初炼以顶底复吹转炉为例，主要设有主辅原料加料设施、冶炼工艺设施、钢水熔渣处理设施、烟气冷却净化回收设施等，各设施的工艺流程和相关情况分别简述如下：(1)铁水、废钢、散状料、铁合金上料设施1)铁水：一般由炼铁车间用鱼雷罐车运来，先至倒罐站，将铁水倒入炼钢用的兑铁水罐，经脱磷、脱硫、脱硅预处理后（具体脱什么根据来的铁水成分决定，如仅脱硅在炼铁车间进行）运至转炉加料跨，由兑铁水铸造起重机将铁水倒入转炉内。铁水装入转炉前先进行预处理的目的，是为了提高钢的质量，并可减少转炉造渣料的加入量和吹氧时间。注：由于高炉出铁周期与炼钢周期不一致，为贮存铁水、混匀铁水成分和保持铁水温度（1250℃~1400℃），过去在炼钢车间入口设混铁炉。鉴于混铁炉需消耗大量热能，并且在装入和倒出铁水过程中产生大量氧化铁和片状烟尘，严重污染环境，现已很少采用，而以200t~400t的鱼雷罐车代替。2)废钢：一般在废钢加工间或废钢堆场分类堆存并进行切割和打包，然后用汽车运至配料间，用电磁盘起重机按规定配比装入废钢运输车上的料槽内，运至转炉加料跨，由废钢料槽起重机将废钢装入炉内。3)活性石灰、轻烧白云石、萤石、铁矿石、铁合金等散状料：一般由本公司石灰锻烧车间、原料场、铁合金库提供合格料，先运至炼钢车间地下受料槽，然后由槽下胶带运输机转运至转炉高位料仓分类贮存（铁合金转运至中位料仓贮存）。使用时，铁合金经称量斗、炉后旋转溜槽加入钢水罐内；活性石灰、轻烧白云石、萤石、铁矿等散状料，经给料机、称量斗、汇总斗、溜槽加入转炉内和将顶渣料加入钢水罐内。(2)转炉冶炼主要工艺设施中冶京诚工程技术有限公司工程设计部员工培训教材各设计阶段设计经理工作流程-6-转炉冶炼主要设有转炉本体，氧、氩（氮）吹入装置，副枪检测装置等。1)转炉本体：是炼钢的主体工艺设备。其机械设备包括转炉和氧枪两部分。转炉吹炼时，氧气和铁水中的碳发生化学变化，产生大量含CO的炉气（转炉煤气）；同时铁水中的杂质和氧化铁与溶剂相化合生成钢渣。在吹炼结束取样化验合格后排渣出钢。2)氧氩（氮）吹入装置：一般设有氧气阀门站、底吹阀门站；氧氩氮管道，氧枪及其升降横移机构。氧气阀门站及其控制仪表，主要负责转炉顶部氧枪吹氧和溅渣护炉吹氮。底吹阀门站及其控制仪表，主要负责转炉底部吹氩/氮。顶吹氧气的主要目的是通过氧化反应降低铁中的碳，使之成为粗钢。底部吹氩/氮的主要目的是通过吹氩/氮搅拌，均匀熔池内的钢水，抑制钢水喷溅，缩短吹炼时间。3)副枪检测装置：具有以下5项功能：—测定钢水温度；—测定钢水含碳量；—测定钢水含氧量；—取试样，供分析钢水化学成分；—测定熔池液面高度。副枪用于转炉吹炼中间测量和转炉吹炼终点测量，一项测量仅用110~120秒钟，与过程计算机配合，可实现对转炉冶炼的动态控制，同时可减轻工人劳动强度，缩短冶炼周期，提高转炉生产能力。中冶京诚工程技术有限公司工程设计部员工培训教材各设计阶段设计经理工作流程-7-(3)钢与渣处理设施1)出钢系统：主要设钢水罐及其底部吹氩装置，铁合金加入装置。在出钢过程中，向钢水罐底部吹入氩气，可均匀钢水成分和温度，加快夹杂物上浮。在此期间，通过炉后铁合金旋转溜槽，将预先按设定称量好的铁合金加入钢水罐内，可供钢水脱氧和合金化。此外，为进行挡渣出钢，在炉后还设置出钢挡渣棒（塞）投放装置。当出钢至3/4~4/5时，通过此装置将挡渣棒（塞）放入转炉出钢口中，进行出钢终了的挡渣，可大大减少进入钢水罐的渣量。2)溅渣护炉与渣处理系统：在转炉炉役前期，出完钢后转炉由炉后摇向炉前出渣，全部倒入炉下的渣罐中，运往炉渣跨进行处理。在转炉炉役中后期，出完钢后的渣经调整温度和成分后进行溅渣护炉，多余的渣则倒入炉下渣罐中，运往炉渣跨进行处理。溅渣护炉技术的采用，大幅度提高了转炉炉龄，既降低了耐火材料消耗，又大大提高了转炉的生产能力。注：溅渣护炉技术是利用MgO含量达到饱和或过饱和的炼钢终点渣，通过高压氮气的吹溅，使其在炉衬表面形成一层高熔点的熔渣层，并与炉衬很好地粘结附着（转炉炉衬的永久层为烧成镁砖，工作层为镁碳砖），从而大大提高了炉衬使用寿命。2005年重点企业一个炉役内炼钢的炉数平均为5647炉，据说个别厂达25561炉。运至炉渣跨的液态渣，常采用滚筒粒化、焖渣等方法处理。滚筒粒化法的流程：用吊车将渣罐移放在倾翻台上，经自动倾翻装置将熔渣倒入粒化器，粒化器高速旋转将熔渣打碎，并抛射至弧形撞击板落入渣池，进行二次水淬、冷却，池中的粒化渣先经提升脱水器提升脱水，然后由提升、运输设备送高位仓，装车外运；粒化过程中产生的中冶京诚工程技术有限公司工程设计部员工培训教材各设计阶段设计经理工作流程-8-蒸汽则由屋顶收集装置的烟筒向天空排放。焖渣法的流程：用吊车将渣罐移至焖渣池上空，利用副钩倾翻渣罐，将熔渣分层倒入焖渣池，倒一炉渣喷淋一阵水，渣池倒满后，连续至少焖24小时，钢渣即自行破裂粒化，然后用铲斗车装汽车运第二渣处理场，进行磁选、筛分，选出的废钢运回炼钢废钢跨做炉料，选出的干渣由用户运走加以综合利用。(4)烟气冷却净化回收设施由转炉排出的烟气温度高（转炉出口~1600℃）并富含可燃成分（CO~56.3%），为利用其显热和潜热，需对烟气进行汽化冷却和净化处理。国内外常用的处理方法有湿法、干法两种。1)湿法：以日本“OG”法为代表，现已发展到第四代，即“一塔、一文系统“。由以下四部分组成（详见转炉烟气湿法除尘工艺流程图）：中冶京诚工程技术有限公司工程设计部员工培训教材各设计阶段设计经理工作流程-9-中冶京诚工程技术有限公司工程设计部员工培训教材各设计阶段设计经理工作流程-10-①烟道汽化冷却系统：由冷却烟罩、冷却烟道、汽包、除氧器、蓄热器、冷凝水回收装置、给水泵、高压与低压循环泵等组成，其任务是将烟气温度由1600℃降至1000℃~800℃，利用烟气显热回收蒸汽。②烟气净化系统：由喷淋塔、环隙文氏管、脱水器、主引风机和放散烟囱等组成，其任务是经“一塔一文”将烟气温度降至~70℃，同时将烟气含尘量降至＜100mg/Nm3。③煤气回收系统：包括三通阀、旋转水封、U形水封等装置，其任务是回收烟气潜热，将合格煤气送入煤气柜。④浊环水处理系统：包括沉淀池、冷却塔、加压泵（压滤机）等设施，水经处理后循环使用，泥浆（泥饼）送烧结作原料。湿法的优点是技术设备成熟可靠，投资省；缺点是除尘效率比干法差，煤气供用户使用前需经电除尘进一步净化；系统阻力大，主引风机装机容量大，能耗高；用水多；需建污水处理设施，占地多。据资料介绍，湿法可回收蒸汽60kg/t钢，可回收煤气~80Nm3/t钢（热值7520KJ/Nm3）。2)干法：以德国“LT”法为代表，由以下五部分组成（详见转炉烟气干法除尘工艺流程图）：中冶京诚工程技术有限公司工程设计部员工培训教材各设计阶段设计经理工作流程-11-①中冶京诚工程技术有限公司工程设计部员工培训教材各设计阶段设计经理工作流程-12-①烟道汽化冷却系统：其组成和任务与湿法的相同。②烟气净化系统：由蒸发冷却器、电除尘器、粗粉与细粉输送系统，主引风机和放散烟囱等组成，其任务是先经蒸发冷却器将烟气温度降至~170℃，并使粗粒烟尘沉降下来；再经电除尘器将烟气含尘量降至~20mg/Nm3。③煤气回收系统：包括切换阀站、煤气冷却设施，其任务是回收烟气潜热，将合格煤气送入煤气柜（设置煤气冷却器具有双重作用：一是进一步降低烟气温度至~70℃，可少占用煤气柜的体积；二是进一步减少含尘量至≤10mg/Nm3，可供用户直接使用）。④循环水系统：对蒸发冷却器，只供水无回水。对煤气冷却器，水用后水温升高并含少量灰尘。多数厂采用浊循环系统，回水先上冷却塔降温，然后用泵加压并经出水总管上的管道过滤器过滤后循环使用。⑤烟尘压块设施：目的是就地将除下来的粗、细粉尘压成块，可避免在装运过程中对环境产生二次污染，同时压块含铁品位较高，可供转