炼钢流程及合金辅料【谷风研究】

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1、炼钢工艺流程及炼钢用合金辅料知识,1,技术研究,一、简介,矿山,煤矿,烧结厂、球团厂 焦化厂,烧结矿、球团矿 高炉 铁水 焦炭,1.铁水 铁水预处理 转炉炼钢 钢水精炼 连铸 连铸坯 2.废钢+铁水 电弧炉 钢水精炼 连铸 连铸坯,方坯 板坯 圆坯,轧机,棒材、线材、型材 平板、厚板、薄板 无缝钢管,铁前系统,炼铁厂,炼钢厂,轧钢厂,2,技术研究,炼钢简述,1.首先在矿山要对铁矿石和煤炭进行采选，将精炼焦煤 和品位达到要求的铁矿石，通过陆路或水运送到钢铁企业的 原料厂进行配煤或配矿、混匀、再分别在焦化厂和烧结厂炼 焦和烧结，获得符合高炉炼铁质量要求的焦炭和烧结矿。 2.高炉是炼铁的主要设备，使

2、用的原料有铁矿石（包括 烧结矿、球团矿和块矿）、铁水送炼钢厂炼钢； 高炉煤气主 要用来烧热风炉，同时供炼钢厂和轧钢厂使用；高炉渣经水 淬后送水泥厂生产水泥,3,技术研究,3.炼钢，目前主要有两条工艺路线，即转炉炼钢工艺流 程和电弧炉炼钢流程。通常将“高炉铁水预处理转 炉精炼连铸”称为长流程，而将“废钢电弧 炉精炼连铸”称为短流程。 4.炼钢厂的最终产品是连铸坯。按照形状，连铸坯分为 方坯、板坯和圆坯。在轧钢厂，方坯分别被棒材、线材和型 材轧机轧制成棒材、线材和型材；板坯被轧制成中厚板和薄 板；圆坯被穿孔、轧制成无缝钢管,炼钢简述,4,技术研究,烧结机,焦炉,转炉,高炉,电弧炉,铁水导入转炉,钢

3、包,中间包,结晶器,5,技术研究,6,技术研究,二、详细介绍,1.铁前系统 （1）烧结厂 主要任务：将粉状铁矿石（包括富粉矿、精矿粉等）和钢铁厂二次含铁粉 尘，通过烧结机的烧结过程，加工成符合高炉要求的人造富块矿烧结矿。在 烧结混合料中，通过调整加入的熔剂（如消石灰、石灰石、白云石等）和燃料 （焦粉、无烟煤粉）的数量，通过烧结可以控制烧结矿的化学成分（如碱度MgO 等）和冶金性能。通过烧结还能去除烧结原料中80%以上的硫。 （2）焦化厂 焦炭是高炉炼铁不可缺少的燃料和还原剂，生产设备为焦炉。焦炭生产过程 分为洗煤、配煤、炼焦、熄焦及煤气和化工产品回收处理等工序。炼焦的副产品 是高热值的高炉煤气

4、及作为化工原料的焦油、粗苯等,7,技术研究,2.高炉炼铁 （1）主要任务：是用铁矿石和焦炭冶炼出合格的铁水供转炉炼钢，同时 产生大量高炉煤气供炼铁厂热风炉、烧结厂、炼钢厂、轧钢厂使用。 （2）过程：高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)， 从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷 吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化 碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水 从铁口放出。铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。 产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦

5、炉、锅炉等的燃料。 （3）主要化学反应: Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2 2Fe2O3+3C=4Fe+3CO2,8,技术研究,4)造渣： 炉炼铁过程中，熔剂同矿石的脉石和焦炭的灰分相互作用，将不进入生铁 和煤气的物质溶解、汇集和熔化成液态炉渣的过程。矿石的脉石和焦炭的灰分多 系SiO2、Al2O3等酸性氧化物，它们的熔点都很高，分别为1723和2060， 不可能在高炉中熔化。由SiO2和化合物3 Al2O32 SiO2组成的共晶体，其熔化 温度仍然很高(约1545)，在高炉中只能形成非常黏稠的物质，难于流动，造成 渣铁不分。这样，高炉冶炼就不能进行。

6、为此需加入助熔物质熔剂，如石灰 石(CaCO3)、白云石(CaCO3MgCO)等。尽管由石灰石、白云石分解生成的碱性 氧化物CaO、MgO自身的熔化温度也很高(CaO2570，MgO2800)，但它们 与SiO2和Al2O3结合生成的低熔点(1400)化合物在高炉内能充分熔化，形成 流动性良好的熔渣，并由于密度不同(铁水6870gcm，熔渣22 32gcm)而与铁水分离，使高炉冶炼得以正常进行,9,技术研究,5）脱硫： 高炉中的硫主要来自其原燃料，如矿石、烧结矿、球团 矿、焦炭和喷吹燃料等。通常硫以硫化物和硫酸盐形式存在。 硫的热脆和冷脆性对于炼钢的危害是很大的，因此炼铁必须 脱硫。 硫在铁中

7、以FeS的形式存在 FeS+CaO=FeO+CaS（渣） CaO就是石灰石，是一种良好的脱硫剂,10,技术研究,3.炼钢,1）铁水预处理： 铁水预处理主要是预脱硫。通常高炉铁水含硫在0.03%-0.07%，而钢水的硫 含量一般小于0.025%，有些钢种的硫要求控制在0.005%以下。铁水预处理的任务 就是将铁水进转炉前的硫含量降低到0.005%-0.010%，以减轻炼钢脱硫负担。钢厂 目前主要采用喷吹钝化石灰和钝化镁粉脱硫工艺。 铁水预处理技术包括铁水脱硫和铁水“三脱”(脱硅、脱硫、脱磷)两大类技 术，是近十年来国外逐渐发展成熟的经济、高效和清洁的钢铁生产工艺。 技术特点： 1.采用“全量”铁

8、水(即100%)预处理； 2、采用Mg复合脱硫剂在铁水包内实现高效脱硫预处理； 3、采用O2脱硅，提高铁水温度； 4、采用转炉实现铁水脱磷和脱硅、脱硫； 5、“三脱”铁水低氧冶炼技术,11,技术研究,2）转炉吹炼,钢与生铁的区别： 炼钢任务：脱碳，脱磷，脱硫，升温，脱氧，合金化，去 除N、H等气体杂质元素，去除非金属夹杂凝固成型。 其中的脱硫、磷、碳、氧等就需要相应的脱硫剂、脱氧剂等冶金辅料,12,技术研究,合金化：一方面加入合金（像我们的硅铝铁、硅铝钡等）作为脱 氧剂使用，其中的铝、钡等金属元素与氧发生反应，达到脱氧的目的。 另一方面加入合金可改善钢的某些性能成为合金化。 C:控制钢材强度、

9、硬度的重要元素，每1%C可增加抗拉强度月980MPa。 Si：也是增大强度、硬度的重要元素，每1% Si可增加抗拉强度月 98MPa。 Mn（锰）：增加淬透性，提高韧性，降低硫的危害等。 Al：细化钢材组织，控制冷轧钢板退火结构。 V（钒）：细化钢材组织，增加强度、韧性。 Cr（铬）：增加强度、韧性、耐腐蚀性能,13,技术研究,3）精炼,精炼的基本任务是进一步脱硫、脱氧去夹杂，合金化和 温度调整，一般在钢包或其他容器中进行。根据生产品种的 不同，各厂的精炼设备不尽相同。如LF、RH、CAS等。常 用的有合金脱氧剂、渣洗料、精炼渣、脱硫剂等辅料,14,技术研究,4）连铸,连铸的工艺流程：钢包 中

10、间包 结晶器 将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇 注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配 到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使 铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作 用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成 一定长度的板坯。 此工艺中使用的辅料有：钢包引流剂、钢包覆盖剂、中 间包覆盖剂、结晶器保护渣等,15,技术研究,连铸工艺流程,16,技术研究,5）轧钢,轧钢厂是钢铁联合企业生产最终产品钢材的加工厂。 轧钢是利用旋转的轧辊与钢坯间的接触摩擦将金属咬入轧辊 缝隙间，同时在轧辊的压力作用下使金属发生塑性变形的过 程。产品一般有

11、棒线材、型材、板材（包括中厚板、热轧薄 板、镀层板和涂层板）、钢管等,17,技术研究,第二部分：铁合金和辅料知识,一、铁合金 铁合金：铁与一种或几种元素组成的中间合金，主要用于钢铁冶炼。 在钢铁工业中一般还把所有炼钢用的中间合金，不论含铁与否（如硅钙 合金），都称为“铁合金”。习惯上还把某些纯金属添加剂及氧化物添 加剂也包括在内。 铁合金一般作用：脱氧剂。在炼钢过程中脱除钢水中的氧，某些 铁合金还可脱除钢中的其他杂质如硫、氮等。合金添加剂。按钢种成 分要求，添加合金元素到钢内以改善钢的性能。孕育剂。在铸铁浇铸 前加进铁水中，改善铸件的结晶组织,18,技术研究,品种用途：作为炼钢脱氧剂，应用最广

12、泛的是硅锰、锰 铁和硅铁。强烈的脱氧剂为铝(铝铁)、硅钙、硅锆等（见钢 的脱氧反应）。用作合金添加剂的常用品种有：锰铁、铬铁、 硅铁、钨铁、钼铁、钒铁、钛铁、镍铁、铌(钽)铁、稀土铁 合金、硼铁、磷铁等。各种铁合金又根据炼钢需要，按合金 元素含量或含碳高低规定许多等级，并严格限定杂质含量。 含有两种或多种合金元素的铁合金叫做复合铁合金，使用这 类铁合金可同时加入脱氧或合金化元素，对炼钢工艺有利， 且能较经济合理地综合利用共生矿石资源。常用的有：锰硅、 硅钙、硅锆、硅锰铝、硅锰钙和稀土硅铁等,19,技术研究,几种常见铁合金,1.硅钙： 硅钙合金是由元素硅、钙和铁组成的复合合金，是一种较为理想的复

13、合脱氧剂、脱硫 剂。被广泛应用于优质钢、低碳钢、不锈钢等钢种和镍基合金、钛基合金等特殊合金的生 产当中；并适合作转炉练钢车间用的增温剂；还可以作铸铁的孕育剂和球墨铸铁生产中的 添加剂。 钙和硅与氧都有很强的亲和力。特别是钙，不仅与氧有极强的亲和力，而且与硫、氮 都有很强的亲和力。所以硅钙合金是一种较理想的复合胶氧剂、脱硫剂。硅合金不仅脱氧 能力强，脱氧产物易于上浮，易于排出，而且还能改善钢的性能，提高钢的塑性、冲击韧 性和流动性。目前硅钙合金可以代替铝进行终脱氧。被应用于优质钢。特殊钢和特殊合金 生产中。例如低碳钢、不锈钢等钢种和镍基合金、钛基合金等特殊合金,均可用硅钙合金作 脱氧剂。硅钙合金

14、也适合作转炉练钢车间用的增温剂，硅钙合金还可用作铸铁的孕育剂和 球墨铸铁生产中的添加剂,20,技术研究,硅钙合金牌号及化学成份,牌号 化学成份% Ca Si C Al P S Ca31Si60 31 5565 1.0 2.4 0.04 0.05 Ca28Si60 28 5565 1.0 2.4 0.04 0.05 Ca24Si60 24 5565 1.0 2.5 0.04 0.04 Ca20Si55 20 5060 1.0 2.5 0.04 0.04,21,技术研究,2.硅钙钡,碳化钙、二氧化硅、硫酸钡 硅钡钙是炼钢中很好的新型脱氧剂，并且有很好的脱硫、磷能力,对冶 炼含硫、磷较低的钢种起着非

15、常重要的作用，在炼钢系统有着广阔的应用 前景。 性能与用途： （1）硅钡钙合金是钡系合金中高效新型复合合金，是炼钢的脱氧剂、 脱硫剂、还兼有脱磷的作用；是铸造中的孕育剂和变质剂。 （2）钡在炼钢温度范围内有效地降低钙的蒸气压，增加钙在钢液中的 溶解度。同硅钙合金相比，用硅钡钙合金作为钙源加入钢液中，加入的钙 量即使是硅钙合金加入量的一半时，钢液中的钙含量却是硅钙合金的两倍 左右，钙在钢液中也显著提高。充分显示钡在钢液中有效地保护了钙，降 低了钙的氧化，从而达到了对钢液钙处理的目的,22,技术研究,主要牌号和化学成份,23,技术研究,3.硅铝铁,硅铝铁合金是用于炼钢生产中的一种脱氧剂，改善夹杂

16、物形态减少钢液中气体元素含量，是提高钢质量、降低成本、 节约用铝的有效新技术。特别适用于连铸钢水脱氧要求，实 践证明，它不仅满足炼钢脱氧要求，还具有脱硫性能且具有 比重大，穿透力强等优点。 主要指标： AL63%；Si25%；P0.02%； Mn0.2%；C0.2%；S0.02% 粒度20-60mm；产品无杂质,24,技术研究,二、冶金辅料,冶金辅料: 作为炼钢中的辅助产品，是炼钢过程中重要 的添加物品，在整个炼钢过程中，利用不同来源的氧来氧化 炉料所含有的复杂金属。采用各种复杂的工艺，利用好冶金 炉料来去除硅、磷、碳、脱氧和合金化物等。常用的冶金炉 料产品有：脱氧剂、覆盖剂、脱硫剂、脱碳剂、脱磷剂等,25,技术研究,1、增碳剂,主要分炼钢用增碳剂（中华人民共和国黑色冶金行业标 准，YB/T 192-2001炼钢用增碳剂）和铸铁用增碳剂，以及 其他一些添加材料也有用到增碳剂，增碳剂属于外加炼钢、 炼铁增碳原料。优质增碳剂是生产优质钢材必不可少的辅助 添加剂。 增碳剂的原料有很多种，生产工艺也各异，主要有煅烧 煤、石油焦、石墨类,26,技术研究,石油焦增碳剂,石油焦增碳剂采用生石油焦煅烧