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1、转 炉 炼 钢,转炉炼钢的特点及发展趋势,转炉冶炼五大制度,炼钢原料,转炉炼钢原理、工艺流程及设备,目录,一、炼钢原料, 金属料：铁水、废钢、合金钢 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）、 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,【1】金属料,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） 硅是重要的发热元素，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
2、.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）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
3、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P0.20%。 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
4、温度应大于1250，并且要相对稳定。,2、废钢,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%。,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
5、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。,3、铁合金,常用的铁合金种类： 简单合金：Fe-Mn，Fe-Si，Fe-Cr，Fe-V等 复合脱氧剂：Ca-Si合金，Al-Mn-Si合金， Mn-Si合金等 纯金属：Mn、Ti、Ni、Al。,【2】非金属料,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，
6、石灰还应保持清洁、干燥和新鲜。,（2）萤石,萤石的主要成分是 CaF2，焙烧约930。 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。,（3）白云石,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,（4）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。,2
7、、 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。,3 、氧化剂,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。 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。 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%
8、。,二、GOR转炉冶炼五大制度 装料制度 供氧制度 造渣制度 温度制度 终点控制及合金化制度,(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。 （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%.,1.装料制度,2.供氧制度,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
9、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，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。,3.造渣制度,造渣是转炉炼钢的一项重要操作。所谓造渣，是指通过控制入炉渣料的种类和数量，使炉渣具有某些性质，以满足熔池内有关炼钢反应需要的工艺操作。由于转炉冶炼时间短，必须快速成渣，才能满足冶炼进程和强化冶炼的要求，同时造渣对避免喷溅、减少金属损失和提高炉衬寿命都有直接影响。,4.温度制度,在吹炼一炉钢的过程中，需要正确控制温度。温度制度主要是指炼钢过程温度控制和终点温度控制。,1、 终点 熔池中金属的成分和温度达到所炼钢种要求时，称为终点。
10、2 、终点的条件 吹炼到达终点的具体条件是： 钢中碳达到所炼钢种要求的控制范围； 钢中S、P低于规定下限要求一定范围； 出钢温度保证能顺利进行精炼和浇铸； 达到钢种要求控制的氧含量。 3、终点控制 终点控制是转炉吹炼末期的重要操作。终点控制主要是指终点温度和成分的控制。,5.终点控制,脱氧：向钢液加入某些脱氧元素，脱除其中多余氧的操作。 合金化：加入一种或几种合金元素，使其在钢中的含量达到钢种规格要求的操作。 区别：合金元素的价格通常较高，希望尽量少氧化；脱氧元素则比较便宜，先加入，让其充分脱氧以免后加入的合金元素氧化。 联系：二者都是向钢液加入铁合金，同时加入钢液的脱氧剂必然会有部分溶于钢液
11、而起合金化的作用，如使用Fe-Si、Fe-Mn脱氧的同时调整钢液的硅锰含量；加入钢液的合金元素，因其与氧的亲和力大于铁也势必有一部分被氧化而起脱氧作用。转炉的脱氧与合金化的操作常常是同时进行的。,脱氧及合金化,三、顶吹转炉炼钢原理、工艺流程及设备,1、原理： 转炉炼钢法同其他炼钢法主要区别在于不借助外加能源，仅靠吹入熔池的空气或氧气与生铁水中各种元素的放热氧化反应完成脱碳和脱除杂质的任务，并将钢液加热到出钢（1600或更高）温度。,2、氧气顶吹转炉工艺流程,归纳为： “四脱”（碳、氧、磷和硫） “二去”（去气和去夹杂） “二调整”（成分和温度） 采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂
12、和合金化操作。,上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理； 倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）； 降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉内噪声较大，从炉口冒出赤色烟雾，随后喷出暗红的火焰；35min后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉口的火焰变大，亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱） 35min后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约12min后火焰微弱，停吹）； 倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢； 出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。,顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程,氧化 当空气或氧气吹入铁水时，生铁中易氧化元素就开始氧化,产
13、生的氧化物和加入的石灰形成炉渣。各项元素按其与氧结合能力的顺序依次氧化。首先氧化的是硅、锰和少量的铁。开始时因温度低(12001300)，而且石灰溶解很慢，组成低氧化钙的铁-锰-硅酸渣。随着温度升高，碳开始激烈地进行氧化。随石灰逐渐溶解，炉渣转变为硅酸钙渣或磷酸钙渣,磷和硫亦被脱除,熔池铁液中各种元素氧化的先后顺序为硅、钒、锰、铬。碳随着温度的提高而分别先于有关元素。 脱氧 转炉吹炼终了时，钢液中存在着少量过剩的溶解氧，一般为0.010.08。其含量主要取决于终点钢水的碳含量。但在固体钢中氧的溶解度很低,仅为0.0020.003,因此在浇铸后的钢水凝固过程中，氧便以FeO形式析出,影响钢的质量
14、。所以,要炼成合格的钢,就必须脱氧。脱氧是将与氧亲和力较大的元素及其合金作为脱氧剂加入钢液中，利用脱氧产物不溶于钢液而析出上浮脱离钢液的原理,使钢中的含氧量降到规定限度之下。在生产中常用的脱氧元素锰、硅、铝,它们的脱氧能力依次递增。为提高脱氧效率,使脱氧产物易于形成大颗粒排出，脱氧剂的加入一般应采用由弱到强的顺序，即先加锰铁，再加硅铁，最后加铝（或铝铁）。,3、转炉炼钢主要工艺设备简介 （1）转炉 炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成，呈圆筒形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源，是最重要的炼钢设备，也可用于铜、镍冶炼。 （2）钢包精炼炉 用电弧炉熔化炉料
15、，然后将钢液倾入钢包精炼炉中，用氩气进行吹炼，能有效地清除钢液中的气体和夹杂物，提高钢液的质量。在钢包精炼炉基础上发展起来的氩氧脱碳（AOD）法和真空氩氧脱碳（VOD）法是冶炼高纯净度钢液，特别是低碳的高纯净度钢液的先进方法，特别适用于生产高强度钢、超高强度钢等钢种。,AOD精炼炉: AOD即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。AOD炉型根据容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。装备水平也由半自动控制发展到智能计算机控制来冶炼不锈钢。 VOD精炼炉: VOD即真空氩氧脱碳精炼炉是在真空状态下进行吹氧脱碳的炉外精炼炉，它以精炼铬镍不锈钢、超低碳钢、超纯铁素体不锈钢
16、及纯铁为主。将初炼钢液装入精炼包中放入密封的真空罐中进行吹氧脱碳、脱硫、脱气、温度调整、化学元素调整。 有三个阶段：1.吹氧阶段 2.吹氩-氧混合气体阶段 3.吹氩阶段,LF精炼炉: LF（ladle furnace)直流钢包炉是具有加热和搅拌功能的钢包精炼炉。加热一般通过电极加热，搅拌是通过底部透气砖进行的。,（3）氧枪 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/p00.528时形成超音速射流。,拉瓦尔型喷头示意图,枪身 为3根(双流氧枪为4根)同心的无缝钢管，下端连接喷头，上头端和枪尾相连。 枪尾 包括供氧、进水和排水支管及连接法兰和密封胶圈，通过枪尾和车间的氧气管网和高压水管网相连接。,倾炉系统：变频调速(变频器+电机
