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1、炼钢工艺和设备 2008年7月 一 炼钢概述 钢的定义 含碳量小于2 的铁合金 钢的分类 普碳钢和特殊钢 优质碳素钢 合金钢 高合金钢 合金含量大于10 炼钢 将高炉生产出来的铁水炼成适合各种用途的钢的过程 炼钢方法 平炉法 转炉法 电炉法 炼钢流程 高炉 铁水 铁水预处理 铁水 转炉 钢水 炉外精炼 钢水 连铸或模铸 钢坯或钢锭 二 铁水预处理 1 铁水预处理流程 高炉铁水 前扒渣 铁水脱硫 受铁 深脱硫 铁水包扒渣 转炉 二 铁水预处理 2 铁水脱硫主要工艺利用脱硫剂和铁水中的硫反应 生成物去除到脱硫渣中 主要的脱硫剂有电石粉 CaC2 和石灰粉 CaO 发生如下反应 CaC2 固 FeS
2、 CaS 固 Fe 2CCaC2 S CaS 2C2FeS 4CaO Si 2Fe 2CaS Ca2SiO42FeS 2CaO Si 2Fe 2CaS SiO2 二 铁水预处理 电石粉的特点 1 分解出的钙离子与 S 有极强的亲和力 因此CaC2有很强的脱硫能力 耗量少 渣量也较少 2 生成物CaS熔点高 形成固体渣 防止回硫 扒渣容易 对耐材侵蚀较轻 3 脱硫生成的碳除饱和于铁水外 其余以石墨态析出 同时还有少量CO C2H2气体 以及少量电石粉和石灰粉会污染环境 因此必须设置除尘设备 4 电石粉极易吸潮劣化 在大气下与水分接触迅速发生反应 生成C2H2 乙炔 气体易爆 应采取安全措施 5
3、电石粉价格昂贵 二 铁水预处理 石灰粉的特点 1 当铁水中的 Si 氧化后 生成Ca2SiO4和SiO2 相应消耗有效CaO 降低了脱硫效率 2 脱硫渣为固体渣 对耐材侵蚀较轻微 扒渣方便 但渣量大 3 石灰粉流动性差 易受潮及结块 4 由于脱硫反应中在石灰粉颗粒表面生成致密的硅酸二钙 阻碍了硫向石灰粉颗粒中的扩散 故脱硫效率仅为电石粉的1 3 1 4 5 价格低廉 二 铁水预处理 脱硫剂的组成 为了降低脱硫剂成本 减少电石粉消耗 脱硫剂的组成常根据铁水条件 脱硫要求作适当调整 其原则是既满足脱硫的要求 又要尽量降低脱硫成本 二 铁水预处理 3 铁水脱硫主要设备喷吹法脱硫是把脱硫剂吹入铁水中以
4、粉状料的流态化气力输送技术为基础的 1 脱硫剂输送设备 受料设备 给料设备 喷吹设备 2 脱硫喷枪及喷枪升降装置 喷枪工作时必须插入混铁车的铁水内 喷枪底部为喷口 两个喷口成一直线水平布置 3 混铁车测温取样装置 二 铁水预处理 铁水预处理喷枪插入示意图 二 铁水预处理 混铁车脱硫设备TDS装置说明设置地点脱硫间1 线处理能力42车 日脱硫剂CaC2 CaO贮料仓数量2个容积90m3 2喷粉罐数量4个容积2m3 4喷粉速度40 70Kg min氮气压力Max 39 2 104Pa喷枪尺寸390 6650mm插入深度1200 1400mm测温取样装置数量1套2线共用型式自动旋转式升降速度10 3
5、0m min旋转角度 360 附属设备试样切断机探头贮藏箱 二 铁水预处理 铁水包脱硫设备 三 转炉 1 转炉冶炼流程装入废钢和铁水 副原料投入 吹炼 副枪测定温度和成分 出钢 脱氧及合金化 倒渣2 炼钢原料 1 主原料 铁水和废钢 主要铁源 2 副原料 用于造渣去除P S等杂质和调节钢水温度 3 铁合金 用于脱氧和调整钢水成分 转炉操作室 转炉进废钢 转炉进铁水 三 转炉 3 炼钢原理 铁中的各种元素 也包括铁本身 与氧结合 氧化 从铁中去除 比铁与氧容易结合的元素 按照其结合能力 从铁中去除 与氧结合比铁弱的元素 则不能通过氧化去除 因此要在原料阶段对不能氧化去除而又有害是元素进行处理或不
6、让其进入炉内 三 转炉 4 炼钢反应铁中主要元素 C Si Mn P S发生如下氧化反应 C O CO Si 2 O SiO2 Mn O MnO 2 P 5 O p2O5 FeS CaO CaS FeO 表示铁水 或钢水 中溶解的 表示存在于渣中 表示变为气体逃掉 三 转炉 5 冶炼要点 1 脱C和温度随着C的下降 熔池的温度不断上升 为此要向熔池充分的供氧来促进脱碳反应 这时产生的CO促进了熔池的搅拌 熔池的沸腾亦能有效地排出H2 N2等有害气体 三 转炉 2 脱PP是有害元素 是低温加工时产生表面缺陷 冷脆 的原因 并且在钢锭中易产生偏析 当CaO未充分溶解在渣中时脱P按下式进行 2 P
7、5 FeO 5 Fe P2O5 2 P 8 FeO 5 Fe 3FeO P2O5 当CaO足量时按下式进行 P2O5 4 CaO 4CaO P2O5 P2O5生成稳定的 4CaO P2O5 防止回P反应 三 转炉 脱P反应放出相当多的热 低温有利于放热反应的进行 故脱P反应应在低温下进行 脱P反应的有利条件归纳如下 A CaO 要多B FeO 要多C P2O5 要少D 熔池温度低 三 转炉 3 脱硫S和P同样是有害元素 S对钢材的影响是在热轧时造成表面裂纹 热脆 由于FeS的熔点低 当其在溶解状态下轧制 就产生了缺陷 此外S同P一样易偏析 一般认为炉内脱硫反应有三个 A 钢液内脱硫 FeS M
8、n MnS Fe B 钢液和炉渣之间的脱S FeS MnO MnS FeO 三 转炉 C 熔池和炉气间的脱S根据现场的经验 吹入大量氧时能脱S 通常认为这是钢水中的S与氧气反应 生成SO2 SO3的缘故 脱硫反应的有利条件归纳如下 A CaO 要多B FeO 要少C CaS 要少D 熔池温度要高E Mn要多 三 转炉 冶炼时要注意以下几点 以取得满意的结果 A 应随着C的降低 把熔池温度正常的升高 B 应在C低到钢种的目标值之前 先使P S降低到目标值以下 C 吹炼终点各元素的含量应符合其钢种的要求 钢水的温度也应调整到符合下工序的要求 三 转炉 4 脱氧加入比 C 更易与 O 结合的元素 如
9、Al Si等使 O 去除的过程 把氧脱到何种程度 根据钢的使用目的而异 如沸腾钢 钢中的 O 是要利用的 而镇静钢则要完全脱氧 但脱氧产物对钢的性能有不良影响 三 转炉 6 转炉设备 1 转炉本体及倾动设备由炉体 倾动装置 耳轴轴承座 托圈及润滑装置组成 还有一套空气冷却系统 炉体可分为炉帽 炉身 炉底三个部分 炉体约重290吨 倾动装置主要由一次减速机 二次减速机和扭力杆系统组成 公称容量 T 300t转炉炉壳高度 H 11 5m转炉炉壳直径 D1 8 5m倾动速度0 15 1 5cpm倾动角度 270 三 转炉 2 氧枪及其升降装置氧枪的工作环境恶劣 高温 多尘 易燃 易爆 因此必须十分可
10、靠 氧枪由三根钢管相套而成 内管为氧气通道 内管与中管之间是冷却水进水通道 中管与外管之间是冷却水的出水通道 氧枪的端部是五孔拉瓦尔喷嘴 为脱氧铸铜制作 具有良好的导热性 升降装置由升降小车 横移台车 升降卷扬装置及升降轨道组成 三 转炉 3 副枪装置为了提高吹炼终点控制的命中率 在吹炼过程中获得钢水温度 成分 炉内造渣情况等信息 可装上不同的探头达到不同的检测目的 枪体采用水冷 使用寿命较长 运行安全可靠 测定速度快 精度高 副枪装置由旋转框架及其驱动装置 副枪及升降小车 升降小车驱动装置 探头供给及装着装置 探头提取及试样切断装置 刮渣装置及副枪孔密封装置 副枪枪体矫直装置 探头回收溜槽等
11、 三 转炉 4 副原料系统由进料 上料 加料等三个系统组成 A 进料流程 原料场 皮带机 中转料仓 1 皮带机 2 皮带机 3 皮带机 梭式皮带机 地下料仓B 上料流程 地下料仓给料器 1 皮带机 2 皮带机 3 皮带机 卸料小车 炉顶料仓C 加料流程 炉顶料仓 给料器 称量斗 密封阀 中间料斗 切断阀 密封阀 固定溜槽 转炉 三 转炉 5 铁合金系统分为输送系统和投料系统 输送系统 自卸卡车 地下料仓 1 皮带机 2 皮带机 3 皮带机 卸料小车 炉上料仓投料系统 炉上料仓 称量斗 卸料闸阀 皮带给料器 中间料斗 截止阀 振动给料器 中间溜槽 投料溜槽 钢包 三 转炉 6 OG系统吹炼中从炉
12、口大量冒出含有CO和氧化铁的高温炉气 通过裙罩 烟罩等收集 经过热交换 由锅炉系统收集蒸汽 冷却 一次除尘和二次除尘 在IDF风机的吸引下 将一定CO含量的转炉煤气回收到煤气罐中 而达不到回收条件的炉气则由烟囱放散 三 转炉 系统计算机控制画面 三 转炉 OG的主要设计指标 工艺条件 炉容量300t铁水比 89 吹炼时间 16min冶炼周期 36min 吹氧流量 70000Nm3 h 矿石 45kg t s烟尘排放浓度 100mg Nm3煤气回收量 50 60Nm3 t sCO浓度 55 65 蒸气回收量 35kg t s氧化铁尘回收量 16kg t s耗水量 2t t s耗电量 3 3Kwh
13、 t s 三 转炉 7 其他系统转炉设备还包括蒸汽回收系统 锅炉汽包 锅炉循环泵 蒸汽蓄热器等 二次除尘系统 除尘管道 风机 布袋除尘机等 挡渣棒投入装置 炉后测温取样装置等 三 转炉 转炉顶底复吹LD CB设施规格 四 炉外精炼 炉外精炼的定义 把粗精炼的钢水导入另一简便的精炼装置 为得到比粗精炼更高的生产率 更高的质量 而进行的冶金操作 炉外精炼的目的 脱氢 脱氧 去除夹杂物 脱碳 脱硫 非金属夹杂物的形态控制 成分调整 添加合金 钢水成分及温度的微调及均匀化 脱氮 和 脱磷 宝钢现有的炉外精炼装置有 RH OB 1 RH RH KTB 3 RH RH MFB 2 RH VD CAS OB
14、 KIP IR UT LF炉和喂丝等 四 炉外精炼 1 RH真空脱气的基本原理和工艺为了减少钢中的有害气体和夹杂 净化钢水 提高钢材的内在质量 改善机械性能 国内外各大钢厂均采用了各种脱气方法 其中RH真空循环脱气法生产能力大 脱气效果好 能使用于高生产率的氧气顶吹转炉 钢水的脱气就是溶解在钢中的气体向气相迁移的过程 其步骤为 A 通过扩散 钢水中的气体原子逐渐迁移到钢水表面 B 原子由溶解状态转变为表面吸附状态 C 吸附在钢水表面的同类原子相互作用生产气体分子 D 吸附的气体分子进入气相后被真空泵吸走 四 炉外精炼 RH的真空槽由以下几部分组成 A 浸渍管B 下部槽C 上部槽D 热顶盖或热弯
15、管E 排气口 四 炉外精炼 钢水循环原理 脱气处理时 将浸渍管插入钢水 在真空槽内抽真空形成的压力差使钢水通过浸渍管进入真空槽 同时在两根浸渍管之一 称为上升管 吹入驱动气体 通常为氩气 利用气泡泵原理 随着气泡上升带动钢水上升 使钢水进入脱气室 在真空槽内钢水被脱气后比重增加 通过两根浸渍管的另一根 称为下降管 回到钢包内 这样就形成了不断的钢水循环运动 四 炉外精炼 RH工艺流程 转炉出钢 钢包到达处理位 液压顶升 浸渍管插入钢水 测温 定氧 排气开始 按规定开启各级真空泵 成分 温度调整 测温取样 成分 温度微调 处理结束 破坏真空 测温取样 液压下降 钢包离开 浇注 四 炉外精炼 2
16、RH真空脱气的主要设备A 真空槽本体及槽移动台车 B 真空排气系统 1 RH为六级八台泵 2 RH为四级六台泵 C 铁合金投料系统 D 钢包升降液压装置 E OB 1 RH 或顶枪 2 RH 系统 F 水处理系统 G 机械冷却水系统 H 煤气加热系统 I 其它设备 钢包台车 测温取样设备 保温剂投入设备 浸渍管维护设备 四 炉外精炼 宝钢1 RH设备能力 四 炉外精炼 3 CAS OB原理和工艺在大气压下 将氩气通过钢包底部透气砖吹入 将浸渍管插入钢液表面吹氩口的上方 并挡掉炉渣 可通过浸渍管加入各种合金调整钢水成分 并且在浸渍管上插入氧枪 加热钢水 CAS OB可以调整和均匀钢水的温度和成分 减少钢中氧化物夹杂的含量及改善钢水的凝固性能 四 炉外精炼 CAS OB工艺流程 转炉出钢 钢包到达处理位 接吹氩管 测温 定氧 取样 吹氩搅拌 浸渍管下降 成分 温度调整 测温取样 成分 温度微调 浸渍管上升 吹氩停止 测温取样 拔吹氩管 钢包离开 浇注 四 炉外精炼 4 CAS OB的主要设备A 浸渍管及其升降夹持装置 B 合金上料 储藏 称量 输送 投入和回收装置 C 吹氩装置 D 测温取
