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1、 第一节 炼钢用原材料 第二节 转炉炼钢过程控制 原材料是炼钢的基础 原材料的质量和供 应条件对炼钢生产的各项技术经济指标产 生重要影响 对炼钢原料的基本要求 既要保证原料具 有一定的质量和相对稳定的成分 又要因 地制宜充分利用本地区的原料资源 不宜 苛求 炼钢原料分为金属料 非金属料和 气体 金属料 铁水 废钢 合金 非金属料 造渣剂 石灰 萤石 铁矿石 冷却剂 废钢 铁矿石 氧化铁 烧结矿 球 团矿 增碳剂和燃料 焦炭 石墨籽 煤块 重油 氧化剂 氧气 铁矿石 氧化铁皮 入炉原料结构是炼钢进程及各项指标结构产 生重要影响 钢铁料结构 即铁水和废钢及废钢种类 的合理分配 造渣料结构 即石灰
2、白云石 萤石 铁矿石等的配比制度 充分发挥各种炼钢原料的功能使用效果 即钢铁料和选渣料的合理利用 1 铁 水 铁水是转炉炼钢的主要原材料 一般 占装入量的70 100 是转炉炼钢的主要 热源 对铁水要求有 1 成分 2 带渣量 3 温度 1 硅 Si 是重要的发热元素 铁水中含Si量高 炉内的化 学热增加 铁水中Si量增加0 10 废钢的加入量可 提高1 3 1 5 铁水含Si量高 渣量增加 有利于脱磷 脱硫 硅含量过高会使渣料和消耗增加 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0 30 0 60 为宜 2
3、 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0 8 1 0 目前 使用较多的为低锰铁水 锰的含量为0 20 0 80 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 0 20 炮弹钢或耐候钢则需要加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
4、超过0 05 对铁水带渣量的要求 高炉渣中含硫 SiO2 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0 5 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 氧气顶吹转 炉用废钢量一般是总装 入量的10 30 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
5、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0 050 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 常用的铁合金种类 简单合金 Fe Mn Fe Si Fe Cr Fe V Fe Ti Fe Mo Fe W等 复合脱氧剂 Ca Si合
6、金 Al Mn Si合金 Mn Si合金 Cr Si合金 Ba Ca Si合金 Ba Al Si合金等 纯金属 Mn Ti 海绵Ti Ni Al Cu 1 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 对转炉石灰块度要求一般为20 50mm 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2CaO SiO2外 壳的熔点显著降低 生
7、成低熔点3CaO CaF2 2SiO2 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5 50mm 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 白云石的主要成分CaCO3 MgCO3 经焙烧可成为轻烧 白云石 其主要成分为CaO MgO 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
8、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 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 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
9、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 1 0 S 0 5 水分 0 5 粒度在1 5mm 氧气是转炉炼钢的主要氧化剂 其纯度达到或超过99 5 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Fe2O3 Fe3O4和FeO其氧含量分 别是30 06 27 64 和22 28 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
10、 用 使用时应加热烘烤 保持干燥 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 一炉钢的吹氧时间通常 为12 18min 冶炼周期为 30min左右 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4 6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2 5 4 5m3 t min 120t以上的转炉一般为2 8 3 6m3 t min 开吹时氧枪枪位采用高枪位
11、 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 转炉吹炼过程中熔池内的炉渣成分和 温度影响着元素的氧化和脱除规律 而元 素的氧化和脱除又影响着
12、炉渣成分和熔池 温度的变化 综上所述 顶吹氧气转炉开吹以后 熔池温度 炉渣成分 金属成分相继发生 变化 它们各自的变化又彼此相互影响 形成高温下多相 多组元同时进行的极其 复杂的物理化学变化 二 装料制度 1 装料次序 对使用废钢的转炉 一般先装废钢后装铁水 先加洁净的轻废钢 再加入中型和重型废钢 以保护 炉衬不被大块废钢撞伤 而且过重的废钢最好在兑 铁水后装入 为了防止炉衬过分急冷 装完废钢后 应立即兑 入铁水 炉役末期 以及废钢装入量比较多的转炉也 可以先兑铁水 后加废钢 2 装入量 装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数 量 它是决定转炉产量 炉龄及其他技术经 济指标的主要因素之一 装入量
13、中铁水和废钢 配比是根据热平衡计算确定 通常 铁水配比为 70 90 其值取决于铁水温度和成分 炉容比 冶炼钢种 原材料质量和操作水平等 确定装入量时 考虑的因素 炉容比 它是指转炉内自由空间的容积与金属装 入量之比 m3 t 通常在0 7 1 0波动 我国转炉 炉容比一般0 75 熔池深度 合适的熔池深度应大于顶枪氧气射流 对熔池的最大穿透深度 以保证生产安全 炉底 寿命和冶炼效果 炉子附属设备 应与钢包容量 浇注吊车起重能 力 转炉倾动力矩大小 连铸机的操作等相适应 控制装入量的方法 目前国内采用三种即定量装入量 定深装入量 和分阶段定量装入法 定量装入量指整个炉役期间 保证金属料装入 量
14、不变 定深装入量指整个炉役期间 随着炉子容积的 增大依次逐渐增大装入量 保证每炉的金属熔池深 度不变 分阶段定量装入法指将整个炉按炉膛的扩大程 度划分为若干阶段 每个阶段实行定量装入法 分 阶段定量装入法兼有两者的优点 是生产中最常见 的装入制度 国内一些企业顶吹转炉的炉容比 厂名宝钢首钢鞍钢本钢攀钢首钢太钢 吨位 t3002101801201208050 炉熔比 m3 t 1 1 050 970 860 910 900 840 97 供氧制度的主要内容包括确定合理的喷头 结构 供氧强度 氧压和枪位控制 供氧是保 证杂质去除速度 熔池升温速度 造渣制度 控制喷溅去除钢中气体与夹杂物的关键操作
15、关系到终点的控制和炉衬的寿命 对一炉钢冶 炼的技术经济指标产生重要影响 氧枪是转炉供氧的主要设备 它是由喷头 枪身 和尾部结构组成 喷头是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加工而 成 也有用压力浇铸而成的 喷头的形状有拉瓦尔 型 直筒型和螺旋型等 目前应用最多的是多孔的 拉瓦尔型喷头 拉瓦尔型喷头是收缩 扩张收缩型 喷孔 当出口氧压与进口氧压之比p出 p010mm 不仅产生夹渣 和夹渣深度增大 而且铸坯表面 纵裂发生率将会 上升30 液面波动动范 围围 mm 皮下夹夹渣深 度 mm 20 2 40 4 40 7 可见 手动控制 易使铸坯产生夹 渣 表面纵裂发 生率大大增加 相反 如果实现 液位自动
16、控制 板坯质量就能得 以改善 缺陷 种类类 纵纵裂 横裂 针针孔 夹夹渣 手动动 1 0 1 0 1 0 1 0 自动动 0 9 0 4 0 5 0 6 二 结晶器漏钢预报装置 1 采集并显示结晶器工艺参数 直观反 映结晶器内部情况 2 工艺异常警报 衡量现有工艺的合理 性 控制连铸坯质量 3 漏钢预报 4 形成结晶器工艺参数数据库 帮助用 户建工作报表 总结连铸经验 所测量的参数如导辊间距 导辊 对弧状况 导辊旋转状况 喷嘴喷雾 状况 导辊表面温度等信号被采集并 存储在检测仪内置的计算机中 可以 通过信号线或无线的方式传输至笔记 本电脑中 测量分析得出的数据可以 传送至用户的局域网上 谢谢
