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1、1,炼钢工艺与设备概览,2,主要内容,一 炼钢的基本任务 二 炼钢用原材料 三 转炉炼钢工艺与设备 四 电弧炉炼钢工艺与设备 五 连续铸钢工艺与设备,钢铁生产流程,5,一 、炼钢的基本任务,炼钢的基本任务包括： 1.脱碳、脱磷、脱硫、脱氧； 2.去除有害气体和夹杂； 3.提高温度； 4.调整成分 炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢基本任务。 氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是以供入纯氧气，配合炉顶高位料仓加入石灰、白云山、氧化铁皮、出钢时加入合金材料等， 电弧炉炼钢主要是供入强大电流，炉内石墨电极与废钢（钢液）形成电弧热，通过熔化-氧化-还原等手段，以获得所要求的钢液， 浇成（
2、模铸、连铸）合格钢钢锭或铸坯。,6,二 、炼钢用原材料,炼钢用原材料一般分为主原料、辅原料和各种铁合金。,7,1.金属料,1)铁水：占金属料的（70100%） 主要要求 成分：Si、Mn、P、S 温度：12001350度,8,2)废钢,废钢是电弧炉炼钢的基本原料，用量约7090%；对氧气顶吹转炉炼钢，既是主原料之一，也是冷却效果稳定的冷却剂。通常占装入量的30以下，适当地增加废钢比，可以降低转炉钢消耗和成本。,9,废钢的分类：,10,3）铁合金,吹炼终点脱除钢中多余的氧，并调整成分达到钢种规格，需加入铁合金以脱氧合金化。 炼钢常用的合金有Fe-Mn、Fe-Si、Mn-Si合金、Ca-Si合金、
3、铝、Fe-Al、复合脱氧剂等。其化学成分及质量均应符合国家标准规定。,11,2.辅助材料,1）造渣剂,石灰（CaO）,萤石（CaF2）,生白云石（CaMg(CO3)2 ）,菱镁矿（MgCO3 ）,合成造渣剂,锰矿石,石英砂（主要成分是SiO2 ）,12,2) 冷却剂 氧气顶吹转炉炼钢过程热量有富余，因而根据热平衡计算加入一定数量的冷却剂，以准确地命中终点温度。冷却剂包括:废钢 、生铁块 、铁矿石和氧化铁皮 、石灰石等。,13,3）氧化剂,氧气,氧化铁皮,氧气是氧气转炉炼钢的主要氧化剂，要求含氧量达到99.5以上，并脱除水分。氧压为612105Pa。工业用氧是通过制氧机把空气中的氧气分离、提纯来
4、实现的。,氧化铁皮要求杂质含量少，不含油污和水分。,铁矿石,铁矿石要求含铁高，P和水分低；,14,4）还原剂和增碳剂,电炉炼钢中需要使用还原剂和增碳剂 包括：石墨电极、木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等； 转炉炼钢中冶炼中高碳钢时，一般使用含灰份少的石油焦做增碳剂。,15,三 氧气转炉炼钢原理及工艺,1.转炉炼钢生产模拟 2.铁水予处理 3.转炉炼钢过程,16,1.转炉炼钢车间生产模拟,17,2.铁水预处理过程,指铁水在兑入炼钢炉之前，为去除或提取某种成分而进行的处理过程。对铁水的炉外脱S、脱P和脱Si，即三脱技术就属于铁水预处理的一种。铁水进行三脱可以改善炼钢主原料的状况，实现少渣或无渣操作
5、，简化炼钢操作工艺，以经济有效地生产低P、S优质钢。,18,1)铁水予处理的类型,近年来，铁水预处理技术发展很快，内容也更加丰富，手段多样化。 铁水脱S 铁水脱Si 铁水同时脱P、脱S 铁水提V、提Nb,19,2)铁水脱硫预处理的设备,鱼雷罐车 喷粉罐 喷枪 扒渣机 铁水罐,20,3)铁水预处理生产模拟,21,4)铁水预处理生产工艺,脱S基本反应 脱S工艺 扒渣,常用铁水脱S剂:碳化钙、石灰、苏打、金属镁及其组成的复合脱S剂,基本反应: CaC2+S=CaS(s)+2C CaO(S)+S=CaS(s)+2O Na2O+S=Na2O(l)+O Mg(g)+S=MgS(s),广泛采用喷粉法,在混铁
6、车中采用喷吹金属镁+石灰粉的复合脱S剂脱S,双孔喷枪插入,深度为1.01.5m,处理时间810min,脱S率7582%.,扒除予处理渣,避免回P,回S.,22,3.转炉炼钢工艺,1)吹炼全程模拟,23,2)氧气转炉炼钢技术的发展可化分为三个时期：,转炉大型化时期（19501970年）,转炉复合吹炼时期（19701990年）,转炉综合优化时期（1990年以后）,以转炉大型化技术为核心，逐步完善了转炉炼钢工艺与设备。先后开发出大型化转炉设计制造技术、OG法除尘与煤气回收技术、计算机静态与副枪动态控制技术、镁碳砖综合砌炉与喷补挂渣等护炉工艺技术。,由于连铸技术的迅速发展，出现了全连铸的炼钢车间。对转
7、炉炼钢的稳定性和终点控制的准确性提出了更高的要求。为了改善转炉吹炼后期钢渣反应远离平衡，实现平稳吹炼的目标，综合顶吹、底吹转炉的优点，研究开发出各种顶底复合吹炼工艺技术，在世界上迅速推广。,围绕纯净钢生产，研究开发出铁水“三脱”预处理、高效转炉生产、全自动吹炼控制与溅渣护炉等重大新工艺技术。降低了生产成本、大幅度提高了生产效率。现代转炉炼钢采用的重大技术有：转炉大型化技术、转炉复合吹炼技术、煤气回收与负能炼钢技术、全自动转炉吹炼控制技术、溅渣护炉与转炉长寿技术。,24,3)转炉炼钢生产工艺,装料制度 造渣制度 供气制度 温度制度 出 钢 脱氧及合金化,25,装料制度,装入量是指每炉装入的铁水和
8、废钢的总量,一般废钢占1530%,装入量分为三种形式: 1.定量装入:整个炉役期保持每炉的金属装入量不变; 2.定深装入:随容积的扩大而增加装入量,保持熔池的深度不变; 3.分阶段定量装入:将整个炉役分为若干阶段,每阶段定量装入.,26,造渣制度,造渣制度包括以下内容: 1.炉渣碱度和石灰加入量:碱度指渣中碱性氧化物/酸性氧化物，一般为2.54.0，高S、P铁水控制在3.54.0,吨钢石灰消耗7080kg 2:炉渣氧化性:用(%FeO)表示,高利于成渣,脱P,但降低金属回收率.一般初期高,终点15%左右,C、P要求高时，控制在2025%。 3.渣中(MgO):为防止炉渣侵蚀炉衬,造渣时加入含镁
9、材料,一般终渣(MgO)为68%,采用溅渣护炉则810%. 4.造渣方法:单渣法、双渣法、双渣留渣法.渣料分批加入,开吹时加入1/21/3,其余分批加入.,27,供气制度,顶部供气,底部供气,28,供气制度(顶部供气),供氧操作控制以下参数: 氧气流量:单位时间向熔池吹入氧气体积; 供氧强度:单位时间向熔池吨钢提供氧气的体积; 氧气工作压力:设定压力测定点的氧气压力(0.81.2MPa); 枪位:喷头至静止金属熔池液面的距离(化渣枪位、基本吹炼枪位、拉碳枪位),29,供气制度(底部供气),底吹类型 非氧化性气体:Ar、N2 氧化性气体:O2、CO2、空气 底吹过程 吹炼前期N2搅拌,后期N2、
10、Ar切换;底部供气强度0.3Nm3/t.min,30,温度制度,随铁水中元素氧化,金属液相线温度升高,浇注也要求过热度,升温是炼钢重要任务之一. 出钢温度T的确定: T=浇注钢种液相线温度+浇注过热度+钢水镇静及炉外精炼温度降+出钢温度降,31,出钢,出钢过程 先测定C、P、S及T,判断是否满足出钢要求,否则补吹;采用挡渣技术与红包出钢.,32,脱氧及合金化,脱氧 吹炼终点钢水O=0.020.08%,向钢中加入一种(或几种)与氧亲和力比Fe大的元素,常用脱氧剂Fe-Si、Fe-Mn、Al、Si-Al-Ca、Si-Al-Ba等； 合金化 向钢水中加入合金元素使其达到成品钢成分要求,33,4)转炉
11、冶炼的物料平衡及热平衡,物料平衡,热平衡,34,5)转炉炼钢的主要设备,供料系统 转炉系统 供气系统 净化系统 辅助设备,35,供料系统,包括铁水供应、废钢供应、散状料和铁合金供应.高炉铁水直接装入鱼雷罐车运至炼钢车间.废钢用废钢槽运到炉前.散状料供应系统包括散状料场、地下料仓、运料设施、转炉上方高位料仓、称量和加料设备.铁合金料仓及称量和输送设备、向钢包加料设备组成。,36,转炉系统,转炉本体 炉底:分截锥型和球冠型; 炉帽:为截椎型,减少喷溅及热损失; 炉身:采用圆柱形; 转炉炉型 指转炉内部自由空间的几何形状,分为筒球型、锥球型、截锥型。,37,转炉系统,托圈 用以支撑转炉和传递倾动力矩
12、的金属构件。 耳轴 转炉左右耳轴是阶梯形圆柱体，由长侧耳轴低速转动将大扭矩从倾动机构传递给托圈。 耳轴与托圈的连接为法兰盘螺栓连接。,38,供气系统（1）,氧枪 枪身由三层无缝钢管套装而成；内层与中层管之间的环缝是冷却水进水通道，中层与外层间的环缝为出水通道。 氧气流速为4550m/s (氧气从氧枪出口处，经过拉瓦尔喷头，速度提升为2M)。 水速为67m/s。 枪头 喷孔为拉瓦尔管，可获得Ma=2.0左右的超音速气流。,39,供气系统（2）,升降机构 吹炼中用于调整枪位时,由卷扬机、平衡锤、滑轮、钢绳卷筒组成，当卷扬机提升平衡锤时，氧枪及升降小车因自重下降；当卷扬机防下平衡锤时，因氧枪和升降小
13、车的质量小于平衡锤而被提升。,40,供气系统（3）,底部供气元件 影响搅拌、炉子寿命、钢种质量及经济效益； 分三大类： 钢管型、砖型、细钢管多孔型（如图），不锈钢管内径为0.44mm，每块砖埋设10150根。耐火砖为高纯度镁砂+石墨并配加一定量的防氧化剂制成。,41,净化系统,活动烟罩,弯头脱水器,汽化冷却烟道,定径溢流文氏管,可调喉口文氏管,净化系统由以下部分组成：,42,净化系统-活动烟罩,炉口上方的烟罩用于烟气收集，需通水冷却。,由固定段与活动段组成，吹炼时活动段下降，缝隙用N2幕密封或采用微压差法以防止烟气外溢。转炉倾动时活动烟罩升起。,43,净化系统-弯头脱水器,利用烟气做旋转90的
14、运动时，含尘水滴在离心力的作用下被甩至脱水器叶片及器壁，通过排水槽排走。达到烟气净化的目的。,44,净化系统-汽化冷却烟道,其作用是将14001500的烟气冷却至8001000 .结构为密排式无缝钢管排列围成筒状,冷却水从烟道下部通入,流经无缝钢管时,由于吸收高温烟气的热量而汽化,从而将高温烟气冷却.,45,净化系统-定径溢流文氏管（一文）,属于两级全湿法除尘的第一级,起降温和粗除尘的作用,由收缩段、喉口、扩张段组成，烟气被收缩段加速并冲击水幕，迅速吸收热量汽化，使烟气温度由1000下降至7080，细小水滴捕集烟尘并去除，一文的效率为9095%。,46,净化系统-可调喉口文氏管（二文）,工作原
15、理与一文相似，不同在于喉口可调，可以随炉气量变化而变化，以维持喉口流速，主要用于精除尘，效率可达98%。,47,辅助设备副枪,副枪用于了解吹炼过程某一时刻成分与温度，实现动态控制。由枪身及探头组成，钢液由探头侧面小孔流入样杯。可测温、取样、定碳、测定熔池高度。,48,辅助设备挡渣机构,由于合金化过程将降低钢液的氧化性，因此，要防止炉内含有（P2O5）的高氧化性渣进入钢包造成回P，必须进行挡渣操作，采用挡渣机构在即将完成出钢前将挡渣球送入炉内，防止炉渣进入钢包。,4.电弧炉炼钢的设备及工艺,1）电弧炉的设备,49,三维电弧炉炉体图,50,放入“狗屋”里面的电弧炉,51,52,53,1高压电缆 2
16、隔离开关 3高压断路器 4电 抗 器 5电抗器开关 6电压转换开关 7变 压 器 8 短 网 9 电 弧 10钢 水 图主电路示意图,2018/12/20,54,电炉等值电路,2018/12/20,55,电炉理论电气特性曲线,2）电弧炉冶炼工艺,补炉、装料 通电熔化、吹氧助熔、喷燃料 加渣料、氧化脱磷，吹氧脱碳、升温 测温、取样，终点控制 出钢、合金化,56,57,2018/12/20,58,炉料熔化过程模型，基本可分为四个阶段（期），即点弧、穿井、主熔化及熔末升温。,UHP相关强化冶炼技术,废钢预热技术及装备 氧-燃助熔技术 二次燃烧及余热全量回收技术 短网优化及智能冶炼技术,59,2018/12/20,60,图6-24 双壳炉运行,2018/12/20,61,双壳炉工作原理图,2018/12/20
