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1、H:精品资料建筑精品网原稿ok（删除公文）建筑精品网5未上传百度第四章 氧气顶吹转炉炼钢工艺内容提要一炉钢的吹炼过程装入制度供氧制度造渣制度温度制度终点控制和出钢脱氧合金化吹损与喷溅操作事故及处理转炉炼钢仿真操作训练41 一炉钢的吹炼过程一.钢与铁的区别及炼钢的任务1. 钢与铁的性能比较钢和铁都是铁碳合金,同属于黑色金属,但它们的性质有明显不同.生铁硬而脆,焊接性差.钢具有很好的物理化学性能与力学性能,可进行拉,压,轧,冲,拔等深加工,其用途十分广泛;用途不同对钢的性能要求也不同,从而对钢的生产也提出了不同的要求.2. 钢与铁性能差别的原因:碳和其它合金元素的含量不同.在钢中碳元素和铁元素形成
2、Fe3C固熔体,随着碳含量的增加,其强度,硬度增加,而塑性和冲击韧性降低.钢和生铁含碳量的界限一般是:生铁: C=1.74.5%钢: C 1.7%生铁和钢的化学成分材料化学成分%CSiMnPS炼钢生铁3. 54.00.61.60.20.80.00.40.030.07碳素镇静钢0.061.500.10.370.250.800.0450.05沸腾钢0.050.270.070.250.700.0450.054. 炼钢的基本任务: 脱碳;将铁水中的碳大部分去除,同时随着脱碳的进行,产生大量CO气泡,在CO排出过程中,搅拌熔池促进化渣,同时脱除H,N和夹杂. 去除杂质(去P,S和其它杂质);铁水中P,S
3、含量高,而钢中P会造成冷脆,S造成热脆.一般大多数钢种对P,S含量均有严格要求,炼钢必须脱除P,S等有害杂质. 去除气体及夹杂物;在炼钢过程中经过熔池沸腾(碳氧反应,底吹惰性气体搅拌)脱除H,N和非金属夹杂物. 脱氧合金化;在炼钢过程中因为脱碳反应的需要,要向钢液中供氧,就不可避免地使后期钢中含有较高的氧,氧无论是以液体形态还是以氧化物形态存在于钢中都会降低钢的质量,因此必须在冶炼后期或出钢过程中将多余的氧去除掉.在冶炼过程中,铁水中的Si, Mn大部分氧化掉了,为了保证成品钢中的规定成分,要向钢水中加入各种合金元素,这个过程与脱氧同时进行,称为合金化.升温(保证合适的出钢温度).铁水温度一般
4、在12501300,而钢水的出钢温度一般在1650以上,才能顺利浇注成铸坯,因此炼钢过程也是一个升温过程.5. 完成炼钢各项任务的基本方法氧化为了将铁水等炉料中的硅,锰,碳等元素氧化掉,能够采用吹氧方法,即直接喷吹氧气,或加入其它氧化剂,如铁矿石,铁皮等.造渣为了去除炉料中的P,S等杂质,在炼钢过程中加入渣料(石灰,白云石,熔剂等),形成碱度合适,流动性良好,足够数量的炉渣,一方面完成脱除P,S的任务,同时减轻对炉衬对侵蚀.升温转炉主要是依靠碳,硅,锰等元素氧化放出等热量,以及铁水的物理热实现升温.加入脱氧剂和合金料经过向炉内或钢包内加入各种脱氧剂和合金料的方法,完成脱氧及合金化的任务.二.金
5、属成分和炉渣成分的变化规律1. Si在吹炼前期(一般在34分钟内)即被基本氧化.在吹炼初期,铁水中的Si和氧的亲和力大,而且Si氧化反应为放热反应,低温下有利于此反应的进行,因此,Si在吹炼初期就大量氧化.Si+O2=(SiO2) (氧气直接氧化)Si+2O= (SiO2) (熔池内反应)Si+(FeO)=(SiO2)+2Fe (界面反应)2(FeO)+(SiO2)=(2FeOSiO2)随着吹炼的进行石灰逐渐溶解,2FeOSiO2转变为2CaOSiO2,即SiO2与CaO牢固的结合为稳定的化合物,SiO2活度很低,在碱性渣中FeO的活度较高,这样不但使Si被氧化到很低程度,而且在碳剧烈氧化时,
6、也不会被还原,即使温度超过1530,C与O的亲和力也超过Si与O的亲和力,终因(CaO)与(SiO2)结合为稳定的2CaO.SiO2,C也不能还原(SiO2).硅的氧化对熔池温度,熔渣碱度和其它元素的氧化产生影响:Si氧化可使熔池温度升高;Si氧化后生成(SiO2),降低熔渣碱度,熔渣碱度影响脱磷,脱硫;熔池中C的氧化反应只有到%SiP0.喷嘴前氧压P0:其选用应考虑以下因素:A. 氧气流股出口速度要达到超音速(450530cms),即M=1.82.1.B. 出口的氧压应稍高于炉膛内气压.一般P0=0.7841.176MPa.出口氧压P:应稍高于或等于周围炉气的压力.一般P=0.1180.12
7、5MPa.六.枪位及其控制所谓枪位,是指氧枪喷头端面距静止液面的距离,常见H表示,单位是m.当前,一炉钢吹炼中的氧枪操作有两种类型,一种是恒压变枪操作,一种是恒枪变压操作.比较而言,恒压变枪操作更为方便,准确,安全,因而国内钢厂普遍采用.1. 枪位的变化范围和规律关于枪位的确定,当前的做法是经验公式计算,实践中修正.一炉钢冶炼中枪位的变化范围可据经验公式确定:H=(3746)PD出式中 P供氧压力,MPa;D喷头的出口直径,mm;H枪位,mm.具体操作中,枪位控制一般遵循高-低-高-低的原则: 前期高枪位化渣但应防喷溅.吹炼前期,铁水中的硅迅速氧化,渣中的(SiO2)较高而熔池的温度尚低,为了
8、加速头批渣料的熔化(尽早去P并减轻炉衬侵蚀),除加适量萤石或氧化铁皮助熔外应采用较高的枪位,保证渣中的(FeO)达到并维持在2530%的水平;否则,石灰表面生成C2S 外壳,阻碍石灰溶解.当然,枪位亦不可过高,以防发生喷溅,合适的枪位是使液面到达炉口而又不溢出. 中期低枪位脱碳但应防返干.吹炼中期,主要是脱碳,枪位应低些.但此时不但吹入的氧几乎全部用于碳的氧化,而且渣中的(FeO)也被大量消耗,易出现返干现象而影响S,P的去除,故不应太低,使渣中的(FeO)保持在1015%以上. 后期提枪调渣控终点.吹炼后期,C-O反应已弱,产生喷溅的可能性不大,此时的基本任务是调好炉渣的氧化性和流动性继续去
9、除硫磷,并准确控制终点碳(较低),因此枪位应适当高些. 终点前降枪点吹破坏泡沫渣.接近终点时,降枪点吹一下,均匀钢液的成分和温度,同时降低炉渣的氧化铁含量并破坏泡沫渣,以提高金属和合金的收得率.2. 枪位的调节 开吹前必须了解的情况A. 喷嘴的结构特点及氧气总管氧压情况;B. 铁水成分,主要是Si,P,S的含量;C. 铁水温度,包括铁水罐,混铁炉或混铁车内存铁情况及铁水包的情况;D. 炉役期为多少,是否补炉,相应的装入量是多少,上炉钢水是否出净,是否有残渣;E. 吹炼钢种及其对造渣和温度控制的要求;F. 上一班操作情况,并测量熔池液面高度.枪位的调节生产条件千变万化,因此具体操作中还应根据实际
10、情况对枪位进行适当的调节.A. 铁水温度:若遇铁水温度偏低,应先压枪提温,而后再提枪化渣,以防渣中(FeO)积聚引发大喷,即采用低-高-低枪位操作.铁水温度高时,碳氧反应会提前到来,渣中(FeO)降低,枪位可稍高些,以利成渣.B. 铁水成分:铁水硅,磷高时,若采用双渣操作,可先低枪位脱硅,磷,倒掉酸性渣;若单渣操作,由于石灰加入量大,应较高枪位化渣.铁水含锰高时,有利于化渣,枪位则可适当低些.C. 装入量变化:炉内超装时,熔池液面高,枪位应相应提高,否则,不但化渣困难而且易烧坏氧枪.D. 炉内留渣:采用双渣留渣法时,由于渣中(FeO)高,有利于石灰熔化,因此吹炼前期的枪位适当低些,以防渣中(F
11、eO)过高引发泡沫喷溅.E. 供氧压力:高氧压与低枪位的作用相同,故氧压高时,枪位应高些.F. 废钢中生铁块多导热性差,不易熔化,应降低枪位,以防吹炼后期没有完全熔化.G. 炉龄a 开新炉,炉温低,应适当降低枪位;b 炉役前期液面高,可适当提高枪位;c 炉役后期装入量增加,熔池面积增大,不易化渣,可在短时间内采用高低枪位交替操作以加强熔池搅拌,利于化渣.H. 渣料a 石灰质量差和加入量多,则渣量大,枪位应相应提高;b 使用活性石灰成渣快,整个过程枪位都能够稍低些;c 铁矿石,氧化铁皮和萤石用量多时,熔渣容易形成,同时流动性较好,枪位可适当低一些.I. 钢种炼高碳钢时,由于脱磷困难,应采用较高的
12、枪位,特别是在吹炼后期.同理,在吹炼含磷很低的钢种时,应采用较高枪位.七.恒压变枪操作的几种模式由于各厂的转炉吨位,喷嘴结构,原材料条件及所炼钢种等情况不同,氧枪操作也不完全一样.现介绍如下几种氧枪操作方式.1. 高低高的六段式操作开吹枪位较高,及早形成初期渣;二批料加入后适时降枪,吹炼中期炉渣返干时又提枪化渣;吹炼后期先提枪化渣后降枪;终点拉碳出钢.2. 高低高的五段式操作五段式操作的前期与六段式操作基本一致,熔渣返干时可加入适量助熔剂调整熔渣流动性,以缩短吹炼时间,见下图.3. 高一低一高一低的四段式操作在铁水温度较高或渣料集中在吹炼前期加入时可采用这种枪位操作.开吹时采用高枪位化渣,使渣
13、中含(FeO)量达2530%,促进石灰熔化,尽快形成具有一定碱度的炉渣,增大前期脱磷和脱硫效率,同时也避免酸性渣对炉衬的侵蚀.在炉渣化好后降枪脱高低高五段式操作示意图碳,为避免在碳氧化剧烈反应期出现返干现象,适时提高枪位,使渣中(FeO)保持在1015%,以利磷,硫继续去除.在接近终点时再降枪加强熔池搅拌,继续脱碳和均匀熔池成分和温度,降低终渣(FeO)含量.例:马钢一钢厂95T转炉氧枪操作A. 全程枪位:高低高式或高高低式过程枪位:要力求稳定,尽量少波动,每次动枪波动范围200mm.补吹枪位:必须按最低枪位控制(1.1m).B. 高枪位:1.72.0m;基本吹炼枪位:1.41.7m;拉碳枪位
14、:1.21.4m;吹炼中,高碳钢拉碳枪位应提高0.10.2m.例:马钢一钢厂95T转炉开吹枪位的确定(a)铁水Si0.70%时渣量大,易喷溅,枪位应比正常情况下低0.10.2m;铁水Si ,P含量低,特别是Si1%),P,S较高,或生产优质钢时采用.倒渣时机:这是双渣法操作的关键.选择在渣中含P量最高,含铁量最低的时刻,以获得高脱磷率和低铁损的效果.同时,应在Si已氧化完毕,炉渣已基本化好,P在渣钢之间的分配已接近平衡时进行.生产实践证明,顶吹转炉在吹炼时间25%左右,复吹转炉为30%左右时倒渣脱磷率最高;若是因铁水硫高而采用双渣法,则应在吹炼10min左右倒渣.注意:倒渣前1分钟适当提枪或加
15、些熔剂改进炉渣的流动性,以便于倒渣操作.3.双渣留渣法定义:将上一炉的终渣(高碱度,高温度和较高(FeO)含量)部分地留在炉内,并在吹炼中途倒出部分炉渣再造新渣的操作方法.特点:初渣早成而前期的去硫及去磷效率高,总去硫率可达60%70%,总去磷率更是高达95%,适合于吹炼中,高磷铁水.注意:装料时应先加一批石灰稠化所留炉渣,而且兑铁水时要缓慢进行,以防发生爆发性碳氧反应而引起喷溅.若上一炉钢终点碳过低,不宜进行留渣操作.应当指出,顶吹转炉虽能将高磷铁水炼成合格的钢,但技术经济指标较差,与吹炼中,低磷铁水相比,每吨钢的金属料消耗高30100kg,石灰多用40100kg,炉龄大幅降低;产量也仅为吹炼低磷铁水时
