转炉炼钢

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1、材料科学一班材料科学一班沈恒、姚莹、田源、李璐沈恒、姚莹、田源、李璐转炉炼钢的特点及发展趋势转炉炼钢的特点及发展趋势转炉冶炼五大制度转炉冶炼五大制度炼钢原料炼钢原料转炉炼钢原理、工艺流程及设备转炉炼钢原理、工艺流程及设备转炉炼钢技术的发展简史转炉炼钢技术的发展简史目录参考文献参考文献 依照历史发展进程，按转炉炉衬性质的不同分为依照历史发展进程，按转炉炉衬性质的不同分为酸性转酸性转炉炉与与碱性转炉碱性转炉；按其气体引入的部位不同，分为；按其气体引入的部位不同，分为底吹转炉底吹转炉、侧吹转炉侧吹转炉和和顶吹转炉顶吹转炉；根据供给气体的氧化性不同又可分为；根据供给气体的氧化性不同又可分为空气转炉空气

2、转炉和和氧气转炉氧气转炉。转炉的分类如下：。转炉的分类如下：一、钢铁冶炼技术的发展简史一、钢铁冶炼技术的发展简史18561856年德国人贝斯麦就发明了年德国人贝斯麦就发明了底吹酸性转炉炼钢法底吹酸性转炉炼钢法，这种方法是，这种方法是近代炼钢法的开端近代炼钢法的开端. . 1879 1879年出现了托马斯底吹年出现了托马斯底吹碱性转炉炼钢法碱性转炉炼钢法，它使用带有碱性炉，它使用带有碱性炉衬的转炉来处理高磷生铁。衬的转炉来处理高磷生铁。 法国人马丁利用蓄热原理，在法国人马丁利用蓄热原理，在18641864年创立了平炉炼钢法，年创立了平炉炼钢法，18801880年年, ,出现了出现了碱性平炉碱性平

3、炉。 19521952年在奥地利出现年在奥地利出现纯氧顶吹转炉纯氧顶吹转炉。 2020世纪世纪5050年代初奥地利的年代初奥地利的Voest Voest AlpineAlpine公司才将氧气炼钢用于工业公司才将氧气炼钢用于工业生产，从而诞生了生产，从而诞生了氧气顶吹转炉氧气顶吹转炉，亦称亦称LD LD 转炉。转炉。LD转炉转炉 19701970年后，由于发明了用年后，由于发明了用碳氢化合物保护的双层套管碳氢化合物保护的双层套管式底吹氧枪式底吹氧枪 而出现了而出现了底吹底吹法法，各种类型的底吹法转炉，各种类型的底吹法转炉（如（如OBM,Q-BOP,LSWOBM,Q-BOP,LSW等）在等）在实际

4、生产中显示出许多优于实际生产中显示出许多优于顶吹转炉之处，使一直居于顶吹转炉之处，使一直居于首位的顶吹法受到挑战和冲首位的顶吹法受到挑战和冲击。击。OBM装置装置继奥地利人继奥地利人Dr.EdaurdDr.Edaurd等等于于19731973年研究转炉年研究转炉顶底复顶底复吹炼钢吹炼钢之后，世界各国普之后，世界各国普遍开展了转炉复吹的研究遍开展了转炉复吹的研究工作，出现了各种类型的工作，出现了各种类型的复吹转炉复吹转炉，到，到2020世纪世纪8080年年代初开始正式用于生产。代初开始正式用于生产。顶底复吹装置顶底复吹装置传统的转炉炼钢过程是将高炉来的铁水经混铁炉混匀后兑入转炉，并按一定比例装入

5、废钢，然后降下水冷氧枪以一定的供氧、枪位和造渣制度吹氧冶炼。当达到吹炼终点时，提枪倒炉，测温和取样化验成分，如钢水温度和成分达到目标值范围就出钢。否则，降下氧枪进行再吹。在出钢过程中，向钢包中加入脱氧剂和铁合金进行脱氧、合金化。然后，钢水送模铸场或连铸车间铸锭。 1951年碱性空气侧吹转炉炼钢法首先在我国唐山钢厂试验成功，并于1952年投入工业生产。1954年开始厂小型氧气顶吹转炉炼钢的试验研究工作，1962年将首钢试验厂空气侧吹转炉改建成3t氧气顶吹转炉，开始了工业性试验。在试验取得成功的基础上，我国第1个氧气顶吹转炉炼钢车间（2x30t）在首钢建成，于1964 年12月26日投入生产。近几

6、年中国年产钢量钢产量达到钢产量达到4.89亿亿t2002钢产量首次突破钢产量首次突破2亿亿t，达到，达到2.234亿亿t2005钢产量达到钢产量达到3.5亿亿t2007年产钢量为年产钢量为1.82亿亿t20032009粗钢产量达到粗钢产量达到5.678亿亿t预计预计20102010年年将突破将突破6 6亿亿t t序号序号 500500强企业排名企业名称强企业排名企业名称 地区地区 营业收入（万元）营业收入（万元）1 1 1212 上海宝钢集团公司上海宝钢集团公司 上海上海 12041545120415452 2 3434 首钢总公司首钢总公司 北京北京 479133847913383 3 49

7、 49 鞍山钢铁集团公司鞍山钢铁集团公司 辽宁辽宁 314747631474764 4 55 55 本溪钢铁（集团）公司本溪钢铁（集团）公司 辽宁辽宁 294853029485305 5 59 59 武汉钢铁（集团）公司武汉钢铁（集团）公司 北京北京 273131627313166 6 6363 攀枝花钢铁（集团）公司攀枝花钢铁（集团）公司 四川四川 263453326345337 7 8080 广州钢铁企业集团公司广州钢铁企业集团公司 广东广东 210298121029818 8 8383 太原钢铁（集团）公司太原钢铁（集团）公司 山西山西 207398520739859 9 8686 江苏

8、沙钢集团公司江苏沙钢集团公司 江苏江苏 204019820401981010 8787 邯郸钢铁集团公司邯郸钢铁集团公司 河北河北 20189002018900国内知名钢铁企业在中国国内知名钢铁企业在中国500500强中的排名强中的排名 二、炼钢原料二、炼钢原料 金属料金属料：铁水、废钢、合金钢：铁水、废钢、合金钢 非金属料非金属料：造渣剂造渣剂（石灰石灰、萤石、铁矿石）、萤石、铁矿石）、 冷却剂冷却剂（废钢废钢、铁矿石、氧化铁）、铁矿石、氧化铁）、 增碳剂和燃料增碳剂和燃料（焦炭焦炭、石墨籽、煤块、重油）、石墨籽、煤块、重油） 氧化剂氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮：氧气、铁矿石、氧化铁皮【1

9、 1】金属料金属料 1 1、铁、铁 水水 铁铁水水是是转转炉炉炼炼钢钢的的主主要要原原材材料料，一一般般占占装装入入量量的的70%-100%70%-100%。是转炉炼钢的主要热源。是转炉炼钢的主要热源。 对铁水要求有：对铁水要求有： （1 1）成分；）成分； （2 2）带渣量；）带渣量； （3 3）温度。）温度。 1 1）硅（）硅（SiSi） 硅硅是是重重要要的的发发热热元元素素，铁铁水水中中含含SiSi量量高高，炉炉内内的的化化学学热热增增加加，铁铁水水中中SiSi量量增增加加0.10%0.10%，废钢的加入量可提高，废钢的加入量可提高1.3%-1.5%1.3%-1.5%。 铁水含铁水含Si

10、Si量高量高，渣量增加，渣量增加，有利于脱磷、脱硫有利于脱磷、脱硫。 硅硅含含量量过过高高会会使使渣渣料料和和消消耗耗增增加加，易易引引起起喷喷溅溅，金金属属收收得得率率降降低低，同同时时渣渣中中过量的过量的SiOSiO2 2，也会，也会加剧对炉衬的侵蚀加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰渣化速度影响石灰渣化速度，延长吹炼时间延长吹炼时间。 通常通常铁水中的硅含量为铁水中的硅含量为0.30%-0.60%0.30%-0.60%为宜为宜。 2）锰（锰（Mn） 锰是发热元素锰是发热元素，铁水中，铁水中Mn氧化后形成的氧化后形成的MnO能有效能有效促进石灰溶解促进石灰溶解，加快成加快成渣渣，减少助熔剂的用量和炉

11、衬侵蚀。减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀。 同时铁水含同时铁水含MnMn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。利提高钢水纯净度。 转炉用铁水对锰与硅比值要求为转炉用铁水对锰与硅比值要求为0.8-1.00.8-1.0，目前使用较多的为低锰铁水，锰的含目前使用较多的为低锰铁水，锰的含量为量为0.20%-0.80%0.20%-0.80% 3 3）磷（磷（P P）。磷是高发热元素，对一般钢种来磷是高发热元素，对一般钢种来说是有害元素，因此要求铁水磷含量越低越好，说是有害元素，因此要求铁水磷含量越低越好，一般要求铁

12、水一般要求铁水P0.20%P0.20%。 4 4）硫（硫（S S）。除了含硫易切削以外，绝大多数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作的脱硫效率只有30%-40%30%-40%。我国炼钢技术规程要。我国炼钢技术规程要求入炉铁水的求入炉铁水的硫含量不超过硫含量不超过0.05%0.05%。 u 对铁水带渣量的要求对铁水带渣量的要求： 高炉渣中含硫、高炉渣中含硫、SiOSiO2 2、和、和AlAl2 2O O3 3量较高，过多的高炉渣量较高，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，造成喷进入转

13、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，溅，降低炉衬寿命，因此，进入转炉的铁水要求带渣量不进入转炉的铁水要求带渣量不得超过得超过0.5%0.5%。u 对铁水温度的要求对铁水温度的要求： 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占转炉热收入的50%50%。应努力保证入炉铁水的温度，保证。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。我国炼钢规定炉内热源充足和成渣迅速。我国炼钢规定入炉铁水温度应入炉铁水温度应大于大于12501250，并且要相对稳定。，并且要相对稳定。2 2、废钢、废钢 转炉和电炉

14、炼转炉和电炉炼钢均使用废钢，钢均使用废钢，氧气顶吹转炉用氧气顶吹转炉用废钢量一般是总废钢量一般是总装入量的装入量的10%-30%10%-30%。转炉炼钢对废钢的要求转炉炼钢对废钢的要求：1)1)废钢的外形尺寸和块度废钢的外形尺寸和块度 应应保保证证能能从从炉炉口口顺顺利利加加入入转转炉炉。废废钢钢的的长长度度应应小小于于转转炉炉口口直直径径的的1/21/2，废废钢钢单单重重一一般般不不应应超超过过300kg300kg。国国标标要要求求废钢的长度不大于废钢的长度不大于1000mm1000mm，最大单件重量不大于，最大单件重量不大于800kg800kg。2 2）废钢中不得混有铁合金）废钢中不得混有

15、铁合金 严严禁禁混混入入铜铜、锌锌、铅铅、锡锡等等有有色色金金属属和和橡橡胶胶，不不得得混混有有封封闭闭器器皿皿、爆爆炸炸物物和和易易燃燃易易爆爆品品以以及及有有毒毒物物品品。废废钢钢的硫、磷含量均不大于的硫、磷含量均不大于0.050%0.050%。3 3）废钢应清洁干燥）废钢应清洁干燥 不得混有泥沙，水泥，耐火材料，油物等。不得混有泥沙，水泥，耐火材料，油物等。4 4）不同性质的废钢分类存放）不同性质的废钢分类存放 非非合合金金钢钢、低低合合金金钢钢废废钢钢可可混混放放在在一一起起，不不得得混混有有合合金金废废钢钢和和生生铁铁。合合金金废废钢钢要要单单独独存存放放，以以免免造造成成冶冶炼困难

16、炼困难，产生熔炼废品或造成贵重合金元素的浪费产生熔炼废品或造成贵重合金元素的浪费。3 3、铁合金、铁合金 常用的常用的铁合金种类铁合金种类： 简单合金：简单合金：Fe-Fe-MnMn，Fe-SiFe-Si，Fe-CrFe-Cr，Fe-VFe-V等等 复合脱氧剂复合脱氧剂：Ca-SiCa-Si合金，合金，Al-Al-MnMn-Si-Si合金，合金， MnMn-Si-Si合金等合金等 纯金属纯金属：MnMn、TiTi、NiNi、AlAl。 【2 2】非金属料非金属料1 1、 造渣剂造渣剂 （1 1）石灰）石灰 碱性炼钢方法的造渣料，主要成分为碱性炼钢方法的造渣料，主要成分为CaOCaO，由石，由石

17、灰石煅烧而成，是脱灰石煅烧而成，是脱P P、脱、脱S S不可缺少的材料，用量比不可缺少的材料，用量比较大。较大。 其质量好坏对吹炼工艺、产品质量和炉衬寿命等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，产生主要影响。因此，石灰石灰CaOCaO含量高，含量高，SiOSiO2 2和和S S 含含量低，生过烧率低，活性高，块度适中，此外，石灰量低，生过烧率低，活性高，块度适中，此外，石灰还应保持清洁、干燥和新鲜还应保持清洁、干燥和新鲜。 （2 2）萤石）萤石 萤石的主要成分是萤石的主要成分是 CaFCaF2 2，焙烧约，焙烧约930930。 萤石助熔的特点是作用快，时间短。但大量使萤

18、石助熔的特点是作用快，时间短。但大量使用萤石会增加用萤石会增加喷溅喷溅，加剧，加剧炉衬侵蚀炉衬侵蚀，污染环境污染环境。 （3 3）白云石）白云石 白云石的主要成分白云石的主要成分CaCO3.MgCO3CaCO3.MgCO3。经焙烧可成为轻。经焙烧可成为轻烧白云石，其主要成分为烧白云石，其主要成分为CaO.MgOCaO.MgO。 转炉采用转炉采用生白云石或轻烧白云石生白云石或轻烧白云石代替部分石灰造代替部分石灰造渣。可减轻炉渣对炉衬的侵蚀，渣。可减轻炉渣对炉衬的侵蚀，提高炉衬寿命提高炉衬寿命具有明具有明显效果显效果（4 4）合成造渣剂）合成造渣剂 合成造渣剂是用合成造渣剂是用石灰石灰加入适量的加

19、入适量的氧化铁皮氧化铁皮、萤石萤石、氧化锰氧化锰或其他氧化物等熔剂，或其他氧化物等熔剂，在低温下预在低温下预制成型制成型。 合成渣剂熔点低、碱度高、成分均匀、粒度合成渣剂熔点低、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。了冶金效果，减轻了转炉造渣负荷。 2 2、 增碳剂增碳剂 在在冶冶炼炼过过程程中中，由由于于配配料料或或装装料料不不当当以以及及脱脱碳碳过过量量等等原原因因，有有时时造造成成钢钢中中碳碳含含量量没没有有达达到到预预期期的的要要求求，这这时时要要向向钢钢液液中中增增碳碳。常常用用的的增

20、增碳碳剂剂有有增增碳碳生生铁铁、电电极极粉粉、石石油油焦焦粉粉、木木炭炭粉粉和和焦焦炭炭粉。粉。 转转炉炉冶冶炼炼中中，高高碳碳钢钢种种时时，使使用用含含杂杂质质很很少的少的石油焦作为增碳剂石油焦作为增碳剂。3 3 、氧化剂、氧化剂氧气氧气是转炉炼钢的主要氧化剂，其纯度达到或超过是转炉炼钢的主要氧化剂，其纯度达到或超过99.5%99.5%，氧气压力要稳定，并脱除水分。，氧气压力要稳定，并脱除水分。氧化铁氧化铁亦称亦称铁磷铁磷，是钢坯加热，轧制和连铸过程中，是钢坯加热，轧制和连铸过程中产生的氧化壳层，产生的氧化壳层，铁量约占铁量约占70%-75%70%-75%。氧化铁皮还有。氧化铁皮还有助于化渣

21、和冷却作用，助于化渣和冷却作用，使用时应加热烘烤，保持干使用时应加热烘烤，保持干燥燥。铁矿石铁矿石中铁的氧化物存在形式是中铁的氧化物存在形式是FeFe2 2O O3 3、FeFe3 3O O4 4和和FeOFeO其氧含量分别是其氧含量分别是30.06%30.06%，27.64%27.64%和和22.28%22.28%。三、转炉冶炼五大制度三、转炉冶炼五大制度1.装料制度装料制度2.供氧制度供氧制度3.造渣制度造渣制度4.温度制度温度制度5.终点控制及合金化制度终点控制及合金化制度(1)(1)、装料次序、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，对使用废钢的转炉，一般先

22、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。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。为了防止炉衬过分急冷，装完废钢后，应立即兑入铁水。（2 2）装入量）装入量 装装入入量量指指炼炼一一炉炉钢钢时时铁铁水水和和废废钢钢的的装装入入数数量量，它它是是决决定定转转炉炉产产量量、炉炉龄龄及及其其他他技技术术经经济济指指标标的的主主要要因因素素之之一一。装装入入量量中中铁铁水水和和废废钢钢配配比比是是根根据据热热平平衡衡计计算算确确定定

23、。通常，铁水配比为通常，铁水配比为70%-90%.70%-90%.1.1.装料制度装料制度2.2.供氧制度供氧制度 供供氧氧制制度度的的主主要要内内容容包包括括确确定定合合理理的的喷喷头头结结构构、供供氧氧强强度度、氧氧压压和和枪枪位位控控制制。供供氧氧是是保保证证杂杂质质去去除除速速度度、熔熔池池升升温温速速度度、造造渣渣制制度度、控控制制喷喷溅溅去去除除钢钢中中气气体体与与夹夹杂杂物物的的关关键键操操作作，关关系系到到终终点点的的控控制制和和炉炉衬衬的的寿寿命命，对对一一炉炉钢钢冶冶炼的技术经济指标产生重要影响。炼的技术经济指标产生重要影响。3.3.造渣制度造渣制度 造渣是转炉炼钢的一项重

24、要操作。所谓造渣，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有某些性质，以满足熔池内有关炼钢反应需要的工艺操作工艺操作。由于转炉冶炼时间短，必须。由于转炉冶炼时间短，必须快速成渣快速成渣，才能满足冶炼进程和强化冶炼的要求，同时造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对避免喷溅、减少金属损失和提高炉衬寿命都有直接影响。直接影响。 4 4.温度制度温度制度在吹炼一炉钢的过程中，需要正确控制温在吹炼一炉钢的过程中，需要正确控制温度

25、。温度制度主要是指炼钢过程温度控制度。温度制度主要是指炼钢过程温度控制和终点温度控制。和终点温度控制。1、 终点终点 熔池中熔池中金属的成分和温度达到所炼钢种要求金属的成分和温度达到所炼钢种要求时，时，称为终点。称为终点。2 、终点的条件、终点的条件吹炼到达终点的具体条件是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；钢中碳达到所炼钢种要求的控制范围；钢中钢中S、P低于规定下限要求一定范围；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；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。达到钢种要求控制的氧含量。3、终点控制、终点控制终点控制是转炉吹炼末期的

26、重要操作。终点控制主要终点控制是转炉吹炼末期的重要操作。终点控制主要是指是指终点温度和成分终点温度和成分的控制。的控制。 5. 5.终点控制终点控制 脱氧：向钢液加入某些脱氧：向钢液加入某些脱氧元素脱氧元素，脱除其中多余氧的操作。，脱除其中多余氧的操作。合金化：加入一种或几种合金化：加入一种或几种合金元素合金元素，使其在钢中的含量达到钢种规格要，使其在钢中的含量达到钢种规格要求的操作。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。宜，先加入，让其充分脱氧以免

27、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而起合金化的作用，如使用分溶于钢液而起合金化的作用，如使用Fe-SiFe-Si、Fe-Fe-MnMn脱氧的同时调整钢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。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转炉的脱氧与合金化的操作常常是同时进行的。进行的。脱氧及合金化脱氧及合金化四、四、转炉炼钢原理、工

28、艺流程及设备转炉炼钢原理、工艺流程及设备1 1、原理：、原理： 转炉炼钢法转炉炼钢法同其同其他炼钢法主要区别在他炼钢法主要区别在于于不借助外加能源不借助外加能源，仅靠吹入熔池的空气仅靠吹入熔池的空气或氧气与生铁水中各或氧气与生铁水中各种元素的种元素的放热氧化反放热氧化反应应完成脱碳和脱除杂完成脱碳和脱除杂质的任务，并将钢液质的任务，并将钢液加热到出钢（加热到出钢（16001600或更高）温度。或更高）温度。2、氧气顶吹转炉工艺流程、氧气顶吹转炉工艺流程归纳为：归纳为：“四脱四脱”（碳、（碳、氧、磷和硫）氧、磷和硫）“二去二去”（去气（去气和去夹杂）和去夹杂）“二调整二调整”（成（成分和温度）分

29、和温度）采用的主要采用的主要技技术手段术手段为：供氧，为：供氧，造渣，升温，加造渣，升温，加脱氧剂和合金化脱氧剂和合金化操作。操作。 l上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；并进行必要的修补和修理；l倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）；直位置）；l降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉降枪开吹，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，随后内噪声较大，从炉口冒出赤色烟雾，随后喷出暗红的火焰；喷出暗红的火焰；35min后硅锰氧接近结后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉口的火焰变

30、大，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）亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱）l35min后加入第二批渣料继续吹炼（随后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约吹炼进行钢中碳逐渐降低，约12min后火焰后火焰微弱，停吹）；微弱，停吹）；l倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢；钢；l出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。进行脱氧合金化。顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程顶吹转炉冶炼视频顶吹转炉冶炼视频u氧化氧化 当空气或氧气吹入铁水

31、时，生铁中易氧化元素就开始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产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(1200(12001300)1300)，而且石灰溶解很慢，组成低氧化钙的铁，而且石灰溶解很慢，组成低氧化钙的铁- -锰锰- -硅酸渣。随着硅酸渣。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

32、渣或磷酸钙渣钙渣或磷酸钙渣, ,磷和硫亦被脱除磷和硫亦被脱除, ,熔池铁液中各种元素氧化的先后顺序熔池铁液中各种元素氧化的先后顺序为为硅、钒、锰、铬硅、钒、锰、铬。碳随着温度的提高而分别先于有关元素。碳随着温度的提高而分别先于有关元素。u脱氧脱氧 转炉吹炼终了时，钢液中存在着少量过剩的溶解氧，一般转炉吹炼终了时，钢液中存在着少量过剩的溶解氧，一般为为0.010.010.080.08。其含量主要取决于终点钢水的碳含量。但在固体钢中。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氧的溶解度很低, ,仅为仅为0.0020.0020.0030.003, ,因此在浇铸后的钢水凝固过程中，因

33、此在浇铸后的钢水凝固过程中，氧便以氧便以FeOFeO形式析出形式析出, ,影响钢的质量。所以影响钢的质量。所以, ,要炼成合格的钢要炼成合格的钢, ,就必须脱氧。就必须脱氧。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, ,它们的脱氧能力它们的脱氧能力依次递增。为提高脱氧效率依次递增。为提高脱氧效率,

34、 ,使脱氧产物易于形成大颗粒排出，脱氧剂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）。（或铝铁）。3、转炉炼钢主要工艺设备简介、转炉炼钢主要工艺设备简介（1 1）转炉转炉 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，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，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。是最重要的炼钢设备

35、，也可用于铜、镍冶炼。（2 2）钢包精炼炉钢包精炼炉用电弧炉熔化炉料，然后将钢液倾入钢包精炼炉中，用氩气进行吹用电弧炉熔化炉料，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，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炼炉基础上发展起来的氩氧脱碳（氩氧脱碳（AOD）法）法和和真空氩氧脱碳（真空氩氧脱碳（VOD）法）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。用于生产高强度钢、超高强度钢

36、等钢种。AOD精炼炉精炼炉:AOD即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。AOD炉型根据容量有炉型根据容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。装备水等。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。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、超纯铁素体不锈钢及外精炼炉，它以精炼铬镍不锈钢、超低碳钢、超纯铁素体不锈钢及纯铁为主。将初炼钢液装

37、入精炼包中放入密封的真空罐中进行吹氧纯铁为主。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。脱碳、脱硫、脱气、温度调整、化学元素调整。 有三个阶段：有三个阶段：1.1.吹氧吹氧阶段阶段 2.2.吹氩吹氩- -氧混合气体氧混合气体阶段阶段 3.3.吹氩吹氩阶段阶段LF精炼炉精炼炉:LF（ladle furnace)直流钢包炉是直流钢包炉是具有加热和搅拌功能的具有加热和搅拌功能的钢包精炼炉。加热一般钢包精炼炉。加热一般通过电极加热，搅拌是通过电极加热，搅拌是通过底部透气砖进行的。通过底部透气砖进行的。（3 3）氧枪氧枪 氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由氧

38、枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头喷头、枪身枪身和和尾部结构尾部结构组成。组成。喷头喷头 是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加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瓦尔型喷头是收缩扩张收缩型喷孔，当扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比出口氧压与进口氧压之比p p出出/p/p0 00.5280.528时时形成超音速射流。形成超音速射流。拉瓦尔型喷头示意图拉瓦尔型喷头示意

39、图枪身枪身 为为3 3根根( (双流氧枪为双流氧枪为4 4根根) )同心的无缝钢管，下端连接喷头，上头端和枪尾相连。同心的无缝钢管，下端连接喷头，上头端和枪尾相连。枪尾枪尾 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。管网和高压水管网相连接。倾炉系统：变频调速倾炉系统：变频调速( (变频器变频器+ +电机电机+ +减速机减速机+ +大齿轮大齿轮) ) 倾炉机构倾炉机构：倾炉机构由轨道、倾炉机构由轨道、倾炉油缸、摇架平台、水平支倾炉油缸、摇架平台、水平支撑机构和支座等组成。撑机构和支座

40、等组成。（4）转炉倾炉系统）转炉倾炉系统1、氧气转炉炼钢法的优点、氧气转炉炼钢法的优点 吹炼速度快，生产率高吹炼速度快，生产率高品种多，质量好品种多，质量好原材料消耗少，热效率高，成本低原材料消耗少，热效率高，成本低基建投资少，建设速度快基建投资少，建设速度快容易与连续铸钢相匹配容易与连续铸钢相匹配 氧气转炉钢具有钢中气体含量少氧气转炉钢具有钢中气体含量少 的特点的特点五、转炉炼钢的特点及发展趋势五、转炉炼钢的特点及发展趋势各种精炼炉的炼钢效率各种精炼炉的炼钢效率1- 碱性转炉炼钢法，碱性转炉炼钢法，2- 纯氧顶吹转炉纯氧顶吹转炉炼钢法；炼钢法；3- 氧气侧吹转炉炼钢法，氧气侧吹转炉炼钢法，4

41、- 平炉（氧气使用量平炉（氧气使用量1040Nm3t），）， 5- 电炉，电炉，6- 平炉平炉 与平炉、电炉与平炉、电炉炼钢法相比，氧气炼钢法相比，氧气转炉炼钢法具有转炉炼钢法具有生生产率高产率高等特点。等特点。 顶吹氧气转炉顶吹氧气转炉炼钢法的小时产钢炼钢法的小时产钢量为平炉炼钢法的量为平炉炼钢法的68倍，是效率极高倍，是效率极高的炼钢方法。的炼钢方法。纯氧氧顶吹吹转炉炉既能既能炼普通普通钢，也能，也能炼普通低碳普通低碳钢。如首都。如首都钢厂采用厂采用这种方法成种方法成功地功地试炼了一百多种了一百多种钢材。由于用材。由于用纯氧吹氧吹炼，钢中氮、中氮、氢等有害气体含量等有害气体含量较低。低。低

42、碳钢板，轴承钢低碳钢板，轴承钢 由于氧气顶吹转炉由于氧气顶吹转炉反应反应速度快速度快，生产生产率及热效率很高率及热效率很高，可使用约可使用约20203030的废钢以及的废钢以及便于自便于自动化控制动化控制，又克服，又克服了空气吹炼时钢质了空气吹炼时钢质量差、品种少的缺量差、品种少的缺点；点； 冶冶炼成本低成本低，耐火材料用量比平耐火材料用量比平炉炉电炉用量低。炉用量低。转炉炼钢示意图 基建投基建投资和生和生产费用低用低 纯氧氧顶吹吹转炉的基建炉的基建投投资相当于同相当于同样生生产量的平炉量的平炉车间的的6070，生生产费用也低于平炉。用也低于平炉。铁水预处理铁水预处理转炉吹炼转炉吹炼炉外精炼炉

43、外精炼连铸连铸与连铸匹配：与连铸匹配：宝钢远景宝钢远景各种炼钢法和气体含量各种炼钢法和气体含量项目目炼钢炉炉H，ppmN，ppmpH2pH2O大气大气压PCO大气大气压PN2大气大气压O%碱性平炉碱性平炉3.07.0 (b)3060 0.20 ，吹蒸汽，吹蒸汽 0.650.040.07碱性碱性电炉炉（氧化期）（氧化期）3.07.0 (b)3080 0.20 ，吹蒸汽，吹蒸汽 0.800.040.07酸性平炉酸性平炉3.06.02560 0.15 ，吹空气，吹空气 0.700.030.05碱性碱性电炉炉（还原期）原期）c3.10.0 36(a) 61060150 0.04 0.60PCO2 0.

44、02PN2；平衡；平衡0.0040.01氧气氧气顶吹吹转炉炉1.03.01020 0.0 1000.040.06注：注： （a）普通法，）普通法， （b）矿石法）矿石法2、氧气转炉炼钢法的缺点、氧气转炉炼钢法的缺点 冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差昂贵的合金元素也易被氧化而损耗昂贵的合金元素也易被氧化而损耗废气铁尘损失大废气铁尘损失大冶炼超低碳钢困难冶炼超低碳钢困难 3 3、转炉炼钢技术的发展趋势转炉炼钢技术的发展趋势 合理优化工艺流程，形成紧凑式连续化的专业合理优化工艺流程，形成紧凑式连续化的专业生产线生产线转炉高速吹炼工艺技术转炉高速吹炼工艺技术建立

45、大规模、廉价生产洁净钢的生产体系建立大规模、廉价生产洁净钢的生产体系节能与环境保护节能与环境保护3.13.1合理优化工艺流程合理优化工艺流程 主要技术措施主要技术措施100%100%铁水采用“三脱”与处理工艺技术；转炉实现高速吹炼，冶炼周期达到20min,20min,在此基础上实现各工序快节奏均衡工艺；100%100%钢水炉外精炼，其中真空精炼比将大幅度提高；采用高速连铸技术，厚板坯的拉速将提高到3.54.5m/min,3.54.5m/min,单流产量达到300300万吨/ /年；100%100%连铸坯高温热送、热装；采用无头连续轧制。已由单纯用转炉冶已由单纯用转炉冶炼发展炼发展:铁水预处理铁

46、水预处理转炉吹炼转炉吹炼炉外精炉外精炼炼连铸连铸这一新的工这一新的工艺流程。艺流程。 这一流程以这一流程以设备大设备大型化、现代化和连续化型化、现代化和连续化为特点。氧气转炉已由为特点。氧气转炉已由原来的主导地位变为新原来的主导地位变为新流程的一个环节，主要流程的一个环节，主要承担钢水脱碳和升温的承担钢水脱碳和升温的任务。任务。原矿原煤熔 剂及 辅助材料选矿洗煤破碎筛分铁矿粉造块炼焦炉化工副产品筛分熄焦高炉直接还原或熔融还原矿煤氧氧气转炉电炉连铸铸锭轧机成品钢材海绵铁或铁水水铁废钢炉渣热风精煤返矿尾矿碎焦钢铁联合企业的生产工艺流程钢铁联合企业的生产工艺流程3.23.2实现转炉高速吹炼工艺实现转

47、炉高速吹炼工艺 主要技术措施主要技术措施100%100%铁水采用铁水采用“三脱三脱”预处理工艺，处理后铁水预处理工艺，处理后铁水P P和和S S0.01%0.01%；转炉采用转炉采用少渣冶炼工艺少渣冶炼工艺，渣量，渣量30kg/t30kg/t；快速吹炼快速吹炼，供氧强度从，供氧强度从3.5m3.5m /(t/(tmin)min)提高到提高到5.0 5.0 m m /(t/(tmin)min)，供氧时间缩短到，供氧时间缩短到10min10min以内；以内；采用采用全自动吹炼控制技术全自动吹炼控制技术，喷溅率，喷溅率1%1%；快速出钢快速出钢，从终点到出钢结束时间缩短到，从终点到出钢结束时间缩短到

48、5min5min内；内；采用炉龄长寿技术，消除补炉操作采用炉龄长寿技术，消除补炉操作，使转炉炉龄提，使转炉炉龄提 高到高到1500015000炉以上。炉以上。3.33.3建立大规模的生产体系建立大规模的生产体系 主要技术措主要技术措施施100%100%铁水采用铁水采用“三脱三脱”预处理工艺；预处理工艺；转炉高速吹炼，少渣冶炼，转炉高速吹炼，少渣冶炼，严格控制终点钢水严格控制终点钢水OO的含量的含量；分渣出钢分渣出钢（钢包下渣量（钢包下渣量3kg/t3kg/t），出钢时），出钢时炉渣改炉渣改质质（渣中（渣中（% %FeO+MnOFeO+MnO）3%3%）; ;100%100%钢水采用钢水采用炉外

49、精炼炉外精炼工艺生产工艺生产洁净钢洁净钢; ;钢水钢水保护浇注保护浇注和和中间包冶金中间包冶金；结晶器电磁制动去除大型夹渣物。结晶器电磁制动去除大型夹渣物。采用采用铁水脱硅铁水脱硅工艺，减少炉渣生成量工艺，减少炉渣生成量精炼渣、炼钢炉渣返回利用，资源再生；精炼渣、炼钢炉渣返回利用，资源再生；烟气粉尘回收处理烟气粉尘回收处理，提倡采用干法除尘工艺，提倡采用干法除尘工艺，综合利用；综合利用；推进推进煤气回收煤气回收技术，余能发电；技术，余能发电；不用混铁炉，并控制好各种无序排放物。不用混铁炉，并控制好各种无序排放物。3.43.4节能与环境保护节能与环境保护 主要技术措施主要技术措施六、参考文献六、参考文献1陈韧,鲁平,林君,王辉,任刚.转炉炉尘综合利用探讨J.高等理科教育，2000（Vol.2No.4）：11-28.2刘浏,余志祥,萧钟敏.转炉炼钢技术的发展与展望J.高等理科教育，2001（1）：17-23.R.D.佩尔克等著，邵象华、楼盛赫等译校：氧气顶吹转炉炼钢，冶金工业出版社，北京，（上册）1980，（下册）1982。(R.D.Pehlke,ed.,BOFSteelmakin,AIME,19741977.黑色冶金设计总院技术通讯科编译：转炉吹氧炼钢，冶金工业出版社，北京，1958参考书目：参考书目：参考期刊参考期刊：