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1、转炉炼钢工艺,朱 荣,Tel:01-62332515，Email:,炼钢工艺授课内容,参考书：钢铁冶金学（陈家祥） 转炉炼钢学（徐文派） 氧气转炉炼钢工艺与设备（王雅贞）,转炉炼钢工艺(4学时) 电炉炼钢工艺(4学时) 铁水预处理工艺(2学时) 钢水炉外精炼工艺(2学时),1 转炉炼钢的发展,18551856年英国人亨利.贝塞麦(Henly)开发了酸性底吹空气转炉炼钢法； 1878年英国人托马斯(S.G.Thomas)碱性底吹空气转炉炼钢法； 1940年廉价获得氧气后，瑞士、奥地利开发了顶吹氧气转炉，1952年在奥地利林茨(Linz)和多纳维茨城(Donawitz)建成第一座30吨碱性顶吹氧气
2、转炉(LD转炉)；或称BOF(Basic Oxygen Furnace)。 1970年开发顶底复合吹炼转炉。 我国的炼钢发展史。,氧气转炉的种类,氧气顶吹转炉 氧气底吹转炉 氧气侧吹转炉 氧气顶底复合转炉,顶吹氧气转炉炼钢工艺特点,完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热; 生产率高（冶炼时间在20分钟以内）； 质量好（*气体含量少：（因为CO的反应搅拌，将N、 H除去）可以生产超纯净钢,有害成份（S、P、N、H、O）80ppm； 冶炼成本低，耐火材料用量比平炉及电炉用量低； 原材料适应性强，高P、低P都可以。,转炉炼钢的热平衡及物料平衡,热平衡是计算炼钢过程的热量收入（铁水的物理及化学热）及热量
3、支出（钢液、炉渣、炉气、冷却剂、热量损失） 物料平衡是计算炼钢过程中加入炉内和参予炼钢过程的全部物料（铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料和耐材等）及炼钢过程中产物（钢液、炉渣、炉气及烟尘等）,“负能炼钢”,转炉炼钢是一个能量有富裕的炼钢方法，衡量转炉炼钢的重要指标之一，转炉工序能耗及炼钢厂能耗。 当炉气回收的总热量转炉生产消耗的能量时，实现了转炉工序“负能炼钢”；当炉气回收的总热量炼钢厂生产消耗的总能量时，实现了炼钢厂“负能炼钢”。日本君津钢厂、我国宝钢、武钢三炼钢厂均已实现炼钢厂“负能炼钢”。,转炉设备,转炉炉体及转炉倾动系统 铁水、废钢、散状材料设备 氧枪提升机构 转炉烟气净化与回收设备,2
4、氧气射流及熔池搅拌,氧枪吹炼参数决定转炉的冶炼过程及冶炼结果 氧枪心藏是氧枪喷头； 有关氧枪及氧枪喷头设计有专门介绍 氧气射流属于气体动力学的范畴。,氧气射流对熔池的物理作用,转炉实际上是一个黑箱，对炉内的运动状态是冷态实验的分析结果。 氧流作用下熔池的循环运动，动量传递，氧压或氧速越高，凹坑越深，搅拌加剧。,氧气射流对熔池的化学作用,直接氧化-氧气射流直接与杂质元素产生氧化反应； 间接氧化-氧气射流先与Fe反应生成后FeO ，FeO传氧给杂质元素。 是直接氧化还是间接氧化为主呢？ 是间接氧化为主，最主要一点是由于氧流是集中于作用区附近（4的面积），而不是高度分散在熔池中。,氧枪喷头的种类,直
5、简型 收缩型 拉瓦尔型 多孔拉瓦尔型。（马赫数控制在1.8-2.1）,喷头设计需考虑的因素,主要根据炼钢车间生产能力大小、原料条件、供氧能力、水冷条件和炉气净化设备的能力来决定。 考虑到转炉的炉膛高度、直径大小、熔池深度等参数确定其孔数、喷孔出口马赫数和氧流股直径。 对于原料中废钢比高、高磷铁水冶炼或需二次燃烧提温等情况，则其氧枪喷头的设计就需特殊考虑。,3 顶吹转炉的过程描述,上炉出钢-倒完炉渣(或加添加剂)- 补炉或溅渣-堵出钢口-兑铁水-装废钢-下枪-加渣料（石灰、铁皮）- 点火- 熔池升温-脱P、Si 、Mn-降枪脱碳。 看炉口的火，听声音。看火亮度-加第二批（渣料）-提枪化渣，控制“
6、返干”。 降枪控制终点（FeO），倒炉取样测温，出钢。 技术水平高的炉长，一次命中率高。50%。（宝钢是付枪）根据分析取样结果-决定出钢（或补吹）-合金化。 不要补吹的就是通常说的一次命中。,冶炼技巧,钢液碳的判断方法 取样分析、磨样、看火花、付枪。 钢液磷的判断方法 取样分析、渣的颜色及气孔； 钢液温度判断方法 接触热电偶、看炉口火焰、看钢液颜色、读秒表。 钢液颜色：白亮、青色、浅兰、深兰、红色,冶炼过程渣、钢成份变化,冶炼过程钢中NO成份变化,4 炼钢用原辅材料,原材料 铁水：加70-85%(%C=4,%Si=0.4-1.0,%P=0.02-0.15,%S=0.001-0.050) 废钢：
7、加15-30%(厚度小于150mm，清洁) 生铁块：调温及配碳 烧结矿（改性铁）,4 炼钢用原辅材料,辅助材料： 石灰：有效CaO成分，块度，控制石灰吸水 萤石：CaF2，能改善炉渣流动性 生白云石：CaMg(CO3)2,造渣及护炉 菱镁矿：MgCO3调渣剂 铁合金、冷却剂及增碳剂,耐火材料分类： 碱性耐火材料(MgO) 酸性耐火材料(SiO2) 中性耐火材料(碳质及铬质) 耐火材料的主要性质： 耐火度、荷重软化温度、耐压强度、抗热震性、热膨胀性、导热性、抗渣性、气孔率等。,5 转炉耐火材料及护炉技术,炉衬寿命：炉衬寿命影响转炉的工作时间及生产成本。炉龄是钢厂一重要生产技术指标。 炉衬损坏的原
8、因： 铁水、废钢及炉渣等的机械碰撞和冲刷 炉渣及钢水的化学侵蚀 炉衬自身矿物组成分解引起的层裂 急冷急热等因素。,5 转炉耐火材料及护炉技术,5 转炉耐火材料及护炉技术,提高炉龄的措施： 耐材质量； 系统优化炼钢工艺； 补炉工艺 新工艺：溅渣护炉工艺，九十年代，美国开发成功转炉溅渣护炉技术，在我国达到最高效益，炉龄30000。,5 转炉耐火材料及护炉技术,溅渣护炉的基本原理： 是利用高速氮气把成分调整后的剩余炉渣喷溅在炉衬表面形成溅渣层。 溅渣层固化了镁碳砖表层的脱碳层，抑制了炉衬表层的氧化，并减轻了高温炉渣对砖表面的冲刷侵蚀。,6 转炉冶炼工艺,转炉冶炼五大制度 装料制度 供氧制度 造渣制度
9、 温度制度 终点控制及合金化制度,6.1 装料制度,确定合理的装入量，需考 虑的两个参数： 炉容比：(V/T,m3/t),0.8-1.05(30-300t转炉)； 熔池深度：需大于氧气射流的冲击深度 800-2000mm (30-300t转炉) 装料制度：定量装入、定深装入； 分阶段定量装入。 分阶段定量装入：150炉，51200炉，200炉以上，枪位每天要校正。交接班看枪位。,供氧强度Nm3/t.min 氧气流量 Nm3/h 操作氧压 Mpa 氧枪枪位 m,基本操作参数,6.2 供氧制度,6.2 供氧制度,供氧强度(Nm3/t.min) 决定冶炼时间，但太大，喷溅可能性增大，一般3.0-4.
10、0。 氧气流量大小(Nm3/h)： 装入量，C、Mn、Si的含量，由物料平衡计算得到，50-65Nm3/h。 氧压(Mpa) 喷头的喉口及马赫数一定，P大，流量大,有一范围 0.81.2Mpa。 氧枪枪位，由冲击深度决定，1/3-1/2。,6.2 供氧制度 吨钢耗氧量计算, C Si Mn P S 铁水成分 .0 . . . . 成品成分 . . . . . 转炉公称容量为100吨时，炉渣量为 ：1001010吨 铁损耗氧量 101516/(1656)0.33吨 CCO 耗氧量 100(4.30%-0.20%)90%16/12=4.92吨 CCO2 耗氧量 100(4.30%-0.20%)10
11、%32/12=1.09吨 SiSiO2耗氧量 1000.8%32/28=0.914吨 MnMnO耗氧量 1000.2%16/55=0.058吨 PP2O5 耗氧量 1000.13%(165)/(312)=0.168吨 S 1/3被气化为SO2, 2/3与CaO反应生成CaS进入渣中, 则S不耗氧。 总耗氧量 0.33+4.92+1.09+0.914+0.058+0.168=7.48吨/1.4295236Nm3 实际耗氧量5236/0.9/99.5%=5847Nm3 实际吨钢耗氧量5847/100=58.37Nm3/t,两种操作方式： 软吹：低压、高枪位，吹入的氧在渣层中，渣中FeO升高、有利于
12、脱磷； 硬吹：高压低枪位(与软吹相反)，脱P不好，但脱C好，穿透能力强，脱C反应激烈 。,6.2 供氧制度,氧枪操作方式,氧枪操作就是调节氧压和枪位。 氧枪的操作方式： 衡枪变压 ：压力控制不稳定，阀门控制不好； 恒压变枪：压力不变，枪位变化，目前主要操作方式,6.2 供氧制度,6.3造渣制度,炼钢就是炼渣。 造渣的目的：通过造渣，脱P、减少喷溅、保护炉衬。 造渣制度：确定合适的造渣方式、渣料的加入数量和时间、成渣速度。 渣的特点：一定碱度、良好的流动性、合适的FeO及MgO、正常泡沫化的熔渣。,造渣方式,单渣法：铁水Si、P低，或冶炼要求低。 双渣法：铁水Si、P高，或冶炼要求高。 留渣法：
13、利用终渣的热及FeO，为下炉准备。,石灰加入量确定,石灰加入量是根据铁水中Si、P含量及炉渣碱度R确定。 铁水含磷小于0.30%时： 石灰加入量(kg/t)=2.14WSiR1000/A A为石灰中的有效氧化钙 A= W（CaO) R W（SiO2) R W（SiO2) W为石灰自身SiO2占用的CaO。 当Si、P高时，需计算石灰补加量。,成渣速度,转炉冶炼时间短，快速成渣是非常重要的，石灰的溶解是决定冶炼速度的重要因素。 石灰的熔解： 开始吹氧时渣中主要是SiO，MnO，FeO,是酸性渣，加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表 JK（CaO+1.35MgO-1.09SiO2+2.75FeO+1
14、.9MnO-39.1） 形成2CaO*SiO2，难熔渣。FeO,MnO,MgO可加速石灰熔化。因为可降低炉渣粘度，破坏2CaO*SiO2的存在。 采用软烧活性石灰、加矿石、萤石及吹氧加速成渣。,成渣途径,钙质成渣 低枪位操作，渣中FeO含量下降很快，碳接近终点时，渣中铁才回升。 适用于低磷铁水、对炉衬寿命有好处。 铁质成渣过程 高枪位操作，渣中FeO含量保持较高水平，碳接近终点时，渣中铁才下降。 适用于高磷铁水、对炉衬侵蚀严重；FeO高，炉渣泡沫化严重，易产生喷溅。,CaO(+MgO)-FeO(+MnO) -SiO2(+P2O5)相图,ABC钙质成渣 ADC铁质成渣,白云石造渣,提高渣中MgO
15、的含量，延长炉衬寿命； 渣中饱和MgO的概念；一般根据冶炼情况，MgO控制在610 采用白云石造渣应注意加入时间，防止涨炉底及粘氧枪。,大喷 溅,转炉喷溅分：爆发性喷溅、金属喷溅及泡沫渣喷溅。 喷溅的主要原因 低温吹氧，氧位较高，碳氧反应不平衡，吹入的氧成为FeO，脱C反应较慢，当温度升高后 C-O反应激烈； 渣粘稠，金属喷溅。,操作中防止喷溅的措施,控制渣量 吹氧脱碳的温度控制 控制枪位，保证渣中FeO在一定范围(1520) 保持合适的炉容比,6.4 温度制度,温度控制就是确定冷却剂加入的数量和时间 影响终点温度的因素： 铁水成分:%Si=0.1,升高炉温约15 铁水温度：铁水温度提高10，钢水温度约提高6 （30t） 铁水装入量：每增加1吨铁水，终点钢水温度约提高8 （30t） 废钢加入量：每增加1吨废钢，终点钢水温度约下降45 （30t） 此外，炉龄、终点碳、吹炼时间、喷溅等有影响。,6.4 温度制度,温度控制措施 熔池升温 降枪脱C、氧化熔池金属铁。金属收到率降低； 熔池降温 加冷却剂(矿石、球团矿、氧化铁皮、废钢)；废钢冶炼时一般不加。,6.5 终点控制及合金化制度,终点控制指终点温度和成分的控制 终点标志： 钢中碳含量达到所炼钢种的控制范围 钢中P达到要求 出钢温度达到要求,终点控制方法,终点碳控制的方法： 一次拉碳法、增碳法、高拉补吹法。 一次拉
