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1、1,炼钢培训讲义,唐山港陆钢铁有限公司 2013年9月10日,2,目 录,第一章：炼钢主要任务、反应原理及工艺流程 第二章：氧气转炉的主要任务、附属设备 第三章:精炼炉 第四章：连铸（铁包、钢包、中间包） 第五章：氧气转炉喷溅的控制,3,炼钢的主要任务是将铁水、废钢等炼成具有所要求化学成分的钢，并使其具有一定的物理化学性能和力学性能，主要的任务概括为“四脱、两去、两调整” “四脱”： 脱碳、脱硫、脱磷、脱氧； “两去”: 去除有害气体、去除有害杂质； “两调整”：调整钢液温度，调整合金料成分。 脱碳并将其含量调整到一定的范围。钢中含碳量增加，则硬度、强度、脆性都将提高，而延展性能将下降；反之，
2、含碳量减少，则硬度、强度下降，而延展性提高。所以，炼钢过程必须按钢种规格将碳氧化至一定范围。 去除杂质，主要包括： 脱磷、脱硫：对绝大多数钢种来说，P、S均为有害杂质，P可引起钢的冷脆，而S则引起钢的热脆，因此，要求在炼钢过程中尽量除之。,第一章 炼钢的主要任务,硫、磷、氧、氮和夹杂物,4, 脱氧：由于在转炉冶炼过程中，向熔池中输入大量的氧以氧化杂质，致使钢液中溶入一定量的氧，它将大大影响钢的质量。因此，需降低钢中的含氧量。一般是向钢液中加入比铁有更大亲氧力的元素来完成（如Al、Si、Mn等合金）。 去除气体和非金属夹杂物：钢中气体主要指溶解在钢中的氢和氮；非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、磷化
3、物、氮化物以及它们所形成的复杂化合物。在转炉冶炼中，主要靠碳氧反应时产生CO气泡的逸出，引起熔池沸腾来降低钢中气体和非金属夹杂物。 调整钢液成份和温度。 为保证钢的各种物理、化学性能，除控制钢液的碳含量和降低杂质含量外，还应加入适量的合金元素使其含量达到钢种规格范围；为保证钢液能顺利浇铸，根据冶炼过程的要求不断将钢液温度调整到合适的范围。 将钢液浇铸成质量合格的钢坯。 通过连铸，将钢液浇铸成各种不同断面、不同尺寸的质量合格的钢坯。 炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、升温、搅拌等手段完成炼钢基本任务,第一章 炼钢的主要任务,5,第一章 炼钢的主要任务：,6,1.2炼钢反应的原理,炼钢的化学反应：
4、（1）硅的氧化与还原Si+O2(SiO2) Si+2(FeO)(SiO2)+2Fe （2）锰的氧化与还原 Mn+FeO(MnO)+Fe （3）脱碳反应 C+OCO （4）脱磷反应 P+2(FeO)=(P2O5)+2Fe 2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO P2O5)+5Fe （5）脱硫反应 FeS+(CaO)(CaS)+(FeO) FeS+(MnO)(MnS)+(FeO) FeS+(MgO)(MgO)+(FeO),7,1.3 钢和生铁的主要区别,钢和生铁最根本的区别是含碳量不同，钢中含碳量2，生铁含碳量2。,8,1.4 炼钢生产工艺及主要设备流程图,9,工艺流程图,1.5炼钢生产工艺
5、流程,10,第二章 氧气转炉主要任务,氧气转炉的主要任务： 以铁水和废钢为原料，向转炉熔池吹 入氧气，使杂质氧化，杂质元素氧化热提 高钢水温度，一般在25-35分钟内完成一 次精炼的快速炼钢法。包括混铁炉、顶底 吹转炉和炉后喂丝机三个部分。 特点：,钢中气体含量少,Ni、Cr、Mo、Cu、Sn等残余元素含量低,原材料消耗少，热效率高，成本低,11,2.1氧气转炉主要设备,混铁炉： 高炉和转炉之间的炼钢辅助设备。主要用于调节和均衡高炉和转炉之间铁水供求的设备，保证不间断地供给转炉需要的铁水，铁水在混铁炉中储存和混匀铁水成份及均匀温度，对转炉炼钢非常有利。,铁出铁铁炉,转炉兑铁,12,2.1 氧气
6、转炉炉体结构（主体结构）,13,炉底结构有两种类型，即固定式 炉底和可拆卸式活底。炉壳要具有足 够的强度和刚度，一般采用低合金钢 容器钢板制作 。 托圈、耳轴是用以支撑炉体和传 递动力矩的机构。转炉和托圈的全部 载荷都通过耳轴经轴承座传递给地基 炉底结构有两种类型，即固定式炉底 和可拆卸式活底。,2.2 氧气转炉炉体结构,14,2.2 氧气转炉炉体结构（倾动机构）,倾动机构：能使转炉炉体正反旋转360度，在启动、旋转和制动时，能保持平稳，并能准确的停在要求的位置上，安全可靠。 电动机 减速装置 内衬：,绝热层,永久层,填充层,工作层,15,2.3氧气转炉主要设备（氧枪）,氧枪由喷头、枪身和枪尾
7、组成，通常吹 氧装置都带两只氧枪，一只工作，一只 备用。 枪身由三层同心圆钢管组成，枪尾与 进水管、出水管和进氧管相连。 喷头 ：是将压力能转换成动能的能量器， 目前氧枪使用的喷头多为拉瓦喷头。,氧枪：氧气转炉炼钢中的主要工艺设备之一,16,2.4氧气转炉的辅助设备,炉料喷补设备：喷补方法分为湿法和干法两种。喷补机的驱动电机经减速器带动搅拌器旋转，将料斗内的补炉料进行搅拌，并通压缩空气使其搅拌充分、混合均匀。在输送胶管的出口接一根钢管并通水；混有补炉料的高速空气流将水雾化，被浸湿的补炉料由压缩空气喷射到炉衬需要修补的各个部位。 拆炉机：转炉炉衬在吹炼过程中，由于机械、化学和热力作用而逐渐被侵蚀
8、变薄，直到无法修补时，必须停止吹炼。此时，转炉即结束了一个炉役的使用周期，称一个炉役期，只有重新修砌炉衬才能继续炼钢。修炉操作包括炉衬的冷却、拆除旧炉衬和砌筑新炉衬等,炉料喷补,17,2.4氧气转炉的辅助设备,铁水包,鱼雷铁包车,炉渣盆,铁（钢）包车的作用是承载钢包、接受钢水并运送钢包过跨,18,2.5氧气转炉的气体,一、氧气 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，并脱除水分与皂液。 工业用氧是通过制氧机把空气中的氧气分离、提纯来实现的。炼钢用氧由制氧厂供给，用管道输送到炉前。要求氧压稳定，满足吹炼所要求的最低压力，并且安全可靠。 二、氮气和氩气 氮气和氩气是制氧机制取
9、氧气过程中的副产物，由于氮气和氩气的沸点都比氧气低，因此在液态空气加热精馏时，通过不同的分离塔，精确地控制精馏温度和压力，就可以得到工业氮气和氩气。氩气与氧气的沸点十分接近，制取氩气更困难一些。,19,2.5氧气转炉的气体,五、液化天然气 天然气是蕴藏在地下的烃和非烃气体混合物，通常所称的天然气多指油、气田气。绝大多数的天然气主要成分为甲烷，其含量达80% - 90%以上，是一种可燃性气体。,20,2.6氧气转炉附属设备,四、一氧化碳 一氧化碳是可燃性气体，它在燃气中得到广泛应用。要求其纯度很高。 转炉煤气回收要求：含氧量小于于2%（公司执行小于1.2%）；一氧化碳含量高于20%；总之，主要的
10、问题是防止爆炸和中毒，故应谨慎对待。,21,2.6氧气转炉附属设备,转炉煤气柜： 作用收储转炉煤气，平衡管网压力。,22,2.7氧气转炉的主要原料,转炉对铁水进行冶炼操作 转炉炼钢主要是以液态生铁为原料的炼钢方法。其主要特点是：靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如碳、锰、硅、磷等）与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。 转炉冶炼的炉料主要为铁水、造渣料（如石灰、石英、萤石等）、铁合金（如硅铁、锰铁等）、脱氧剂（如硅化铁等）以及增碳剂（如碳粉等），为调整温度，可加入废钢及少量的冷生铁块和矿石等。 转炉炼钢的原材料分为金属料、非金属料和气体。金属料包括铁水、
11、废钢、铁合金， 非金属料包括造渣料、熔剂、冷却剂， 气体包括氧气、氮气、氩气、二氧化碳等。,23,2.7氧气转炉的主要原料（铁水）,一、炼钢用原材料 炼钢用原材料分为主原料、辅原料和各种铁合金。氧气顶吹转炉炼钢用主原料为铁水和废钢（生铁块）。炼钢用辅原料通常指造渣剂（石灰、萤石、白云石、合成造渣剂）、冷却剂（铁矿石、氧化铁皮、烧结矿、球团矿）、增碳剂以及氧气、氮气、氩气等。炼钢常用铁合金有锰铁、硅铁、硅锰合金、硅钙合金、金属铝等。 一、铁水 铁水铁水是转炉炼钢的主要原料，一般占入炉量的70%-100%。铁水的物理热和化学热是转炉炼钢的基本热源, ，应努力保证入炉铁水温度大于1300摄氏度，以保
12、证炉内热源充足和成渣迅速 铁水成分：硅是重要的发热元素之一。锰是弱发热元素、磷是强发热元素 铁水带渣量高炉渣中含s、A2o3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，容易造成喷溅，降低炉衬寿命。因此，兑入转炉的铁水要求带渣量不得超过0.5%。,24,2.7氧气转炉的金属料（废钢）,二、废钢 目前我国的钢铁积累量达六亿多吨，按循环期“9” 年计算，每年有废钢)3000 万吨，若废钢的回收利用率以80%计算，则可供使用的废钢将有2400万吨。近年来，为了降低转炉炼钢的能耗，提高转炉废钢加入量是其主要措施之一。特别是顶底复合吹炼转炉工艺的出现，使废钢加入量进一步提高。 用普通吊
13、车加入废钢，将吊车的主钩和副钩吊起废钢料槽，像兑铁水那样依靠主、副钩的联合动作把废钢加入转炉。,25,2.7氧气转炉的合金料（散装料）,转炉常用的铁合金是锰铁、硅铁和铝。其它铁合金有钒铁、钛铁、硼铁、镍铁、铬铁、钼铁、钨铁等。对它们的基本要求是成分、数量准确，粒度适中（一般为15-50mm），干燥、无杂质。决不允许不明成分的铁合金入仓。冶炼优质钢或高合金时加入的铁合金需经加热。,26,2.7氧气转炉的非金属料（散装料）,轻烧石灰,废钢粒,轻烧白云石,27,2.8氧气转炉的非金属料（散装料）,有的转炉车间还设计了向钢水罐加入液态铁合金的系统。向钢水罐加入液态铁合金的系统包括加料机构，熔化合金的电
14、炉和运送铁合金的自行式铁合金平车。 有的钢厂冶炼钢种加铝量大，为改善铝的分布和准确控制钢中含铝量，设置了向钢水罐专门使用的插铝机。铝丝直径为5-20mm，铝丝插入速度为10-30米每秒 ，在加铝的同时还向钢液中吹入惰性气体。,28,2.8氧气转炉的工艺过程,重要的工艺节点： 兑铁 投料 吹氧 出钢 扒渣,29,2.8氧气转炉的工艺过程,4转炉加废钢,1、混铁炉兑入铁水,2、混铁炉出铁,3转炉兑铁水,30,2.8氧气转炉的工艺过程,转炉吹炼,5、转炉吹炼,6出钢,7出渣,31,2.8氧气转炉的工艺,1、吹炼过程 吹炼前期，也称硅锰氧化期； 吹炼中期，也称碳的氧化期； 终点控制，确保温度、成份、终
15、渣。 2、转炉冶炼的五大制度 炼钢过程冶炼工艺分为五大制度：装入制度 供氧制度、造渣制度、温度制度、 终点控制及脱氧合金化制度。 3、供氧制度 a、喷嘴的类型及特点 根据喷嘴的孔数可以分为单孔喷嘴和多孔喷嘴。大型转炉一般不用单孔氧枪，多孔氧枪有三、四、五、六孔等类型。 b、供氧制度中的几个工艺参数 氧气流量与供氧强度、氧压、枪位等 c、供氧操作 恒压变枪操作 恒枪变压操作,32,2.8氧气转炉的工艺,4、造渣制度 造渣就是要确定合适的造渣方法、渣料的加入数量和时间以及如何快速成渣。 转炉炼钢造渣的目的是：去除磷、硫，减少喷溅，保护炉衬，减少终点氧含量。 1、造渣方法 有单渣法、双渣法、留渣操作
16、等。 2、渣料加入量的确定 石灰加入量（t）= 铁矾土的加入量： 冶炼低碳钢时铁矾土加入量不大于1.0吨； 冶炼中高碳钢时铁矾土加入量不大于1.5吨。,33,2.8氧气转炉的工艺,5、温度制度 温度制度主要是指过程温度控制和终点温度控制，过程温度是确保终点温度合格的关键。 a、热量的来源 氧气顶吹转炉热量的主要来源是铁水的物理热和化学热。 b、出钢温度的确定 终点钢水温度主要根据以下原则确定： 1）钢种的凝固温度；2）浇注温度；3）钢水温降数值； 4）浇注方式 5）二次精炼方式及时间。 6、终点控制 钢水达到钢种成分和温度要求的时刻，称之为“终点”。 1）钢中碳含量达到所炼钢种控制要求； 2）钢中P、S含量低于规格以下的一定范围； 3）出钢温度能保证进行精炼和浇铸； 4）对于沸腾钢，钢水应具有一定的氧化性
