转炉炼钢工艺流程

转炉炼钢工艺流程内容摘要：

耗增加，易引起喷溅，金属收得率降低，同时渣中过量的 SiO2，也会加剧对炉衬的侵蚀， 影响石灰渣化速度，延长吹炼时间。 通常铁水中的硅含量为 %%为宜。 2）锰（ Mn） 锰是发热元素，铁水中 Mn 氧化后形成的 MnO 能有效促进石灰溶解，加快成渣，减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀。 同时铁水含 Mn 高，终点钢中余锰高，从而可以减少合金化时所需的锰铁合金，有利提高钢水纯净度。 转炉用铁水对锰与硅比值要求为 ，目前使用较多的为低锰铁水，锰的含量为 %%。 3）磷（ P）。 磷是高发热元素，对一般钢种来说是有害元素，因此要求铁水磷含量越低越好，一般要求铁水 [P]≤%。 4）硫（ S）。 除了含硫易切削以外，绝大多数钢种要求去除硫这一有害元素。 氧气转炉单渣操作的脱硫效率只有 30%40%。 我国炼钢技术规程要求入炉铁水的硫含量不超过 %。 对铁水带渣量的要求： 高炉渣中含硫、 SiO和 Al2O3 量较高，过多的高炉渣进入转炉内会导致转炉钢渣量大，石灰消耗增加，造成喷溅，降低炉衬寿命，因此，进入转炉的铁水要求带渣量不得超过 %。 对铁水温度的要求： 铁水温度是铁水含物理量多少的标志，铁水物理热得占转炉热收入的 50%。 应努力保证入炉铁水的温度，保证 炉内热源充足和成渣迅速。 我国炼钢规定入炉铁水温度应大于 1250℃ ，并且要相对稳定。 转炉和电炉炼钢均使用废钢，如图 2 所示。 氧气顶吹转炉用废钢量一般是总装入量的 10%30%。 废钢分为一般废钢、轧辊、次废铁、车等。 （二）转炉炼钢对废钢的要求： 1)废钢的外形尺寸和块度应保证能从炉口顺利加入转炉。 废钢的长度应小于转炉口直径的 1/2，废钢单重一般不应超过 300kg。 国标要求废钢的长度不大于 1000mm，最大单件重量不大于 800kg。 2）废钢中不得混有铁合金，严禁混入铜、锌、铅、锡等有色金属和橡胶，不得 混有封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。 废钢的硫、磷含量均不大于 %。 3）废钢应清洁干燥不得混有泥沙，水泥，耐火材料，油物等。 4）不同性质的废钢分类存放。 非合金钢、低合金钢废钢可混放在一起，不得混有合金废钢和生铁。 合金废钢要单独存放，以免造成冶炼困难，产生熔炼废品或造成贵重合金元素的浪费。 （三）转炉炼钢对铁合金的要求： 1）生铁 主要在电炉炼钢中使用，其主要目的在于提高炉料或钢中的碳含量，并解决废钢或重料来源不足的困难。 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%25%，最高不超过 30%。 电炉炼钢对生铁的质量要求较高，一般 S、 P 含量要低， Mn 不能高于%， Si 不能高于 %。 2）海绵铁 海绵铁是用氢气或其他还原性气体还原精铁矿而得。 一般是将铁矿石装入反应器中，通入氢气或 CO 气体或使用固体还原剂，在低于铁矿石软化点以下的温度范围内反应，不生成铁水，也没有熔渣，仅把氧化铁中的氧脱掉，从而获得多孔性的金属铁即海绵铁。 海绵铁中金属铁含量较高， S、 P 含量较低，杂质较少。 电炉炼钢直接采用海绵铁代替废钢铁料，不仅可以解决钢铁料供应不足的困难，而且可以 大大缩短冶炼时间，提高电炉钢的生产率。 此外，以海绵铁为炉料还可以减少钢中的非金属夹杂物及氮含量。 由于海绵铁具有较强的吸水能力，因此使用前须保持干燥或以红热状态入炉。 3）铁合金 常用的铁合金种类： ◆ 简单合金： FeMn， FeSi， FeCr， FeV， FeTi， FeMo， FeW 等 ◆ 复合脱氧剂： CaSi 合金， AlMnSi 合金， MnSi 合金， CrSi 合金，BaCaSi 合金， BaAlSi 合金等 ◆ 纯金属： Mn、 Ti（海绵 Ti）、 Ni、 Al。 1）对块要求 加入钢包 中的尺寸为 550mm，加入炉中的尺寸为 30200mm。 往电炉中加 Al 时常将其化成铝饼，用铁杆穿入插入钢液。 2）烘烤温度 锰铁、铬铁、硅铁应 ≥800℃ ，烘烤时间应＞ 2 小时；钛铁、钒铁、钨铁加热近 200℃ ，时间大于 1 小时。 二、非金属料 （一）造渣剂 1）石灰 碱性炼钢方法的造渣料，主要成分为 CaO，由石灰石煅烧而成，是脱P、脱 S 不可缺少的材料，用量比较大。 其质量好坏对吹炼工艺、产品质量和炉衬寿命等产生主要影响。 因此，石灰 CaO 含量高， SiO2 和 S 含量低，生过烧率低，活性高，块度适中， 此外，石灰还应保持清洁、干燥和新鲜。 对石灰的具体要求： 对转炉石灰块度为 2050mm，电炉为 2060mm 石灰的活度也称水活度是石灰反应能力的标志，也是衡量石灰质量的重要参数。 常用盐酸滴定法来测量水活性，当盐酸消耗大于 300ml 时才属优质活性石灰。 通常把在 10501150℃ 温度下焙烧的石灰，具有高反应能力的体积密度小，气孔率高，比表面积大，晶粒细小的优质石灰叫活性石灰，也称软性石灰。 活性石灰的水活性度大于 310ml，体积密度 ㎝ 3，气孔率高达 40%，比表面积为。 活性石灰能减少石灰、萤石消耗量和转炉渣量，有利于提高脱 S，脱 P 效果，减少转炉热损失和对炉衬的侵蚀。 2）萤石 萤石的主要成分是 CaF2，焙烧约 930℃。 萤石能使 CaO 和阻碍石灰溶解的 2CaOSiO2 外壳的熔点显著降低，生成低熔点 3CaOCaF22SiO2（熔点 1362℃ ），加速石灰溶解，迅速改善炉渣动性。 萤石助熔的特点是作用快，时间短。 但大量使用萤石会增加喷溅，加剧炉衬侵蚀，污染环境。 转炉用萤石要求 : 块度在 550mm，且要干燥，清洁。 近年来，萤石供应不足，各钢厂从环保角度考 虑，使用多种萤石代用品，如铁锰矿石，氧化铁皮，转炉烟尘，铁矾土等。 3）白云石 白云石的主要成分 CaCO3MgCO3。 经焙烧可成为轻烧白云石，其主要成分为 CaOMgO。 转炉采用生白云石或轻烧白云石代替部分石灰造渣。 可减轻炉渣对炉衬的侵蚀，提高炉衬寿命具有明显效果。 溅渣护炉操作时，通过加入适量的生白云石或轻烧白云石保持渣中的MgO 含量达到饱和或过饱和，使终渣能够做黏，出钢后达到溅渣的要求。 对生白云石的要求 : 4）火砖块 火砖块是浇铸系统的废弃品，它的作用是改善熔渣的流动性，特别是对 含 MgO 高的熔渣，稀释作用优于萤石。 火砖块中含有约 30%的 Al2O3，易使熔渣起泡并具有良好的透气性。 但火砖块中还含有 55%—70%的 SiO2，能大大降低熔渣的碱度及氧化能力，对脱磷、脱硫极为不利。 因此，在电炉炼钢的氧化期应绝对禁用。 在还原期要适量少用，只用在冶炼不锈钢或高硫钢时才稍用多一些。 5）合成造渣剂 合成造渣剂是用石灰加入适量的氧化铁皮、萤石、氧化锰或其他氧化物等熔剂，在低温下预制成型。 合成渣剂熔点低、碱度高、成分均匀、粒度小，且在高温下易碎裂，成渣速度快，因而改善了冶金效果，减轻了转炉 造渣负荷。 高碱度烧结矿或球团矿也可做合成造渣剂使用，其化学成分和物理性能稳定，造渣效果良好。 三、增碳剂 在冶炼过程中，由于配料或装料不当以及脱碳过量等原因，有时造成钢中碳含量没有达到预期的要求，这时要向钢液中增碳。 常用的增碳剂有增碳生铁、电极粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭粉。 转炉冶炼中，高碳钢种时，使用含杂质很少的石油焦作为增碳剂。 对顶吹转炉炼钢用增碳剂的要求是固定碳要高，灰分，挥发分和硫，磷，氮等杂质含量要低，且干燥，干净，粒度适中。 其固定碳 C≥96%，挥发分 ≤%， S≤%，水分 ≤%，粒度在 15mm。 四、氧化剂 氧气是转炉炼钢的主要氧化剂，其纯度达到或超过 %，氧气压力要稳定，并脱除水分。 铁矿石中铁的氧化物存在形式是 Fe2O Fe3O4 和 FeO 其氧含量分别是 %， %和 %。 在炼钢温度下， Fe2O3 不稳定，在转炉中较少使用。 铁矿石作为氧化剂使用要求高（全铁 56%），杂质量少，块度合适。 氧化铁亦称铁磷，是钢坯加热，轧制和连铸过程中产生的氧化壳层，铁量约占 70%75%。 氧化铁皮还有助于化渣和冷却作用，使用时应加热烘烤，保持干燥。 思 考 题 转炉和电炉炼钢用的原材料各有哪些。 转炉炼钢对铁水成分和温度有何要求。 什么是活性石灰，它有哪些特点。 萤石在炼钢中起什么作用。 什么是合成造渣剂。 它有何作用。 第二节 氧气转炉炼钢 ◆ 按炉衬耐火材料性质 —碱性转炉和酸性转炉。 ◆ 按供入氧化性气体种类 —空气和氧气转炉。 ◆ 按供气部位 —顶吹、底吹、侧吹及复合吹转炉。 ◆ 按热量来源 —自供热和外加热燃料转炉。 自贝塞麦发明酸性空气底吹转炉炼钢法起，开始了转炉大量生产钢水的历史，如图 3 所示。 上世纪 50 年代用氧气代替空 气炼钢是炼钢史上的一次重大变革， 70 年代出现的氧气底吹转炉和顶吹复合转炉，是氧气转炉在发展和完善通路上取得的丰硕成果，如图 4 所示。 图 3 自供热转炉的发展演变过程 图 4 由传统供热向外加燃料联合供热转炉的发展演变过程 一、吹炼过程元素氧化规律 （一）炉钢吹炼过程和元素的氧化规律 1）冶炼过程概述 从装料到出钢，倒渣，转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧出钢、溅渣护炉和倒渣几个阶段，如图 5 所示。 一炉钢的吹氧时间通常为 1218min，冶炼周期为 30min 左右。 图 5 吹炼一炉钢过程中金属、炉渣成分的变化 上炉钢出完钢后，倒净炉渣，堵出钢口，兑铁水和加废钢，降枪供氧，开始吹炼。 在送氧开吹的同时，加入第一批渣料，加入量相当于全炉总渣量的三分之二，开吹 46 分钟后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。 如果炉内化渣不好，则许加入第三批萤石渣料。 吹炼过程中的供氧强度： 小型转炉为 (tmin)； 120t 以上的转炉一般为 (tmin)。 ◆ 开吹时氧枪枪位采用高枪位，目前是为了早化渣，多去磷，保护炉衬； ◆ 在吹炼过程中适当降低枪位的保证炉 渣不 “返干 ”，不喷溅，快速脱碳与脱硫，熔池均匀升温为原则； ◆ 在吹炼末期要降枪，主要目的是熔池钢水成分和温度均匀，加强熔池搅拌，稳定火焰，便于判断终点，同时使降低渣中 Fe 含量，减少铁损，达到溅渣的要求。 ◆ 当吹炼到所炼钢种要求的终点碳范围时，即停吹，倒炉取样，测定钢水温度，取样快速分析 [C]、 [S]、 [P]的含量，当温度和成分符合要求时，就出钢。 ◆ 当钢水流出总量的四分之一时，向钢包中的脱氧合金化剂，进行脱氧，合金化，由此一炉钢冶炼完毕。 （ 1）硅的氧化规律 在吹炼初期，铁水中的 [Si]和氧的亲和 力大，而且 [Si]氧化反应为放热反应，低温下有利于此反应的进行，因此， [Si]在吹炼初期就大量氧化。 [Si]+O2=(SiO2) (氧气直接氧化 ) [Si]+2[O]= (SiO2) (熔池内反应 ) [Si]+(FeO)=(SiO2)+2[Fe] (界面反应 ) 2(FeO)+(SiO2)=( 2FeOSiO2) 随着吹炼的进行石灰逐渐溶解， 2FeOSiO2 转变为 2CaOSiO2，即 SiO2 与 CaO 牢固的结合 为稳定的化合物， SiO2 活度很低，在碱性渣中FeO 的活度较高，这样不仅使 [Si]被氧化到很低程度，而且在碳剧烈氧化时，也不会被还原，即使温度超过 1530℃ ， [C]与 [O]的亲和力也超过 [Si]与 [O]的亲和力，终因（ CaO）与（ SiO2）结合为稳定的 2CaOSiO2， [C]也不能还原（ SiO2）。 硅的氧化对熔池温度，熔渣碱度和其他元素的氧化产生影响： ▼ [Si]氧化可使熔池温度升高； ▼ [Si]氧化后生成（ SiO2），降低熔渣碱度，熔渣碱度影响脱磷，脱硫； ▼ 熔池中 [C]的氧化反应只有到 [%Si] 时，才能激烈进行。 影响硅氧化规律的主要因素： [Si]与 [O]的亲和力，熔池温度，熔渣碱度和 FeO 活度。 （ 2）锰的氧化规律 在吹炼初期， [Mn]也迅速氧化，但不如 [Si]氧化的快。 其反应式可表示为： [Mn]+[O]=(MnO) （熔池内反应） [Mn]+[O2]=(MnO) （氧气直接氧化反应） [Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe] (界面反应 ) (SiO2)+(MnO)=MnOSiO2 余锰或残锰。