CH4 转炉炼钢

4.1炼钢用原材料 4.1.1 金属料 ‡ 铁水； ‡ 废钢； ‡ 铁合金； 4.1.2 辅助材料 ‡ 造渣材料； ‡ 氧化剂； ‡ 冷却剂； ‡ 还原剂和增碳剂。 4.1.1.1 铁水（或生铁块） ‡ 铁水是氧气转炉炼钢的基本原料，一般占金属 料的70～100％；电炉只用生铁块作配碳用。 ‡ 铁水成分和铁水温度是否适当和稳定，对简化 和稳定转炉操作并获 得良好的技术经济指 标非常重要。 铁水成分 ‡ Si：发热元素，转炉热量来源。根据[p]，[Si] 一般在0.4～0.8％范围内 ‡ Mn：有利元素。[Mn]一般在0.2～0.4％左 右 ‡ P：有害元素，强发热元素。P是高炉不能去除 的元素，故只能要求[P]稳定，采用铁水预处 理脱磷或相应的炼钢方法来去除。 ‡ S：有害元素。[S]<0.04％。采用铁水预处 理脱硫， [S]<0.015％。 铁水温度 ‡ 铁水温度应>1200～1300℃，且保持稳定， 以利于炉子热行，迅 速成渣。 ‡ 有铁水预处理工艺， 铁水温度应适当提高。 4.1.1.2 废钢 ‡ 废钢是电炉炼钢的基本原料，用量占钢铁料的 70％～90％。对转炉来说，既是金属料也是 冷却剂。 ‡ 合金钢废钢应按所含合金分组堆放。 ‡ 应严防混入有害杂质和危险品，并减少带入的 泥沙、耐火材料和炉渣等。 ‡ 对外形尺寸和单重过大的 废钢，应预先进行解体和 切割；对轻薄料要打包或 压块，以缩短装料时间。 4.1.1.3 铁合金 ‡ 炼钢中广泛使用的各种脱氧和合金化元素与铁 的合金。如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr；以及复 合脱氧剂，如硅锰合金、硅钙合金、硅锰铝合 金；还有铝、锰、镍等金属。 ‡ 铁合金应合理选用以降低成本，使用前应烘烤 以减少气体带入。另外要纯净，不得混有其它 夹杂物，块度要适当。 4.1.2.1 造渣材料 ‡ 石灰（CaO）。碱性炼钢方法的基本造渣材 料，有强的脱磷、脱硫能力，对炉衬危害小。石 灰要求含有效CaO大于80～85％，含S和SiO2 低，块度小而均匀，且无细粉；生烧过烧率要 小；不能潮解，应保持干燥、新鲜。 ‡ 萤石（CaF2）。熔点低（1418），能使CaO 熔点显著降低，加速化渣，改善渣的流动性。萤 石要求：CaF2>85%。 ‡ 白云石（MgO）。增加渣中Mg含量，以减少炉 衬中MgO向炉渣中转移，且能促进前期化渣。 4.1.2.2 氧化剂 ‡ 氧气。炼钢中氧的重要来源。一般要求氧气纯 度应大于98％，冶炼低氮钢种时，应大于 99.5％。还应脱除水分。 ‡ 铁矿石、氧化铁皮。 ¾ 铁矿石要求含铁高，SiO2、P和水分少，使用前要加热。 ¾ 氧化铁皮要求杂质少，不含油污和水分，使用 前必须烘烤。 4.1.2.3 冷却剂 ‡ 废钢。冷却效果稳定、喷溅少，价格低。 ‡ 富铁矿、团矿、烧结矿和氧化铁皮。利用它们 所含FexOy氧化金属中的杂质时，需要吸收大 量的热而起到冷却的作用。 ‡ 石灰石。缺少以上冷却剂时，可以使用， CaCO3分解时吸收大量热量。 4.1.2.4 还原剂和增碳剂 ‡ 电炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极、 木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。 ‡ 氧气转炉冶炼中、高碳钢时，一般用含灰分很 少的石油焦作增碳剂。 4.2 铁水预处理工艺 ‡ 铁水预处理是指铁水进入炼钢炉之前对其进行 脱除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一 种工艺。 ‡ 铁水预处理可分为普通铁水预处理和特殊铁水 预处理，前者有脱硫、脱硅、脱磷或同时脱磷 脱硫；后者有铁水提钒、提铌等。 铁水脱硫的优势 ‡铁水中的C、Si、P等元素的含量高，硫 在铁水中的活度系数大； ‡铁水中氧势低，有利于脱硫反应的进行； ‡有利于直接使用一些强的脱硫剂如 CaC2、金属镁等。 铁水预脱硫方法 ‡ 依据采用脱硫剂的种类及其搅拌方法，目前生产 中采用的炉外脱硫方法可分为四类：铁流搅拌 法、机械搅拌法、气体搅拌法和插入法。用得较 多的为机械搅拌法(KR法)和气体搅拌法(顶部喷 吹法) 。 ‡ KR法:用实心旋转器搅拌铁水，脱硫剂为CaC2和 石灰粉加Na2CO3。 ‡ 顶部喷吹法:以载气（N2）将脱硫剂经顶部喷嘴喷 入鱼雷型混铁车和铁水包的铁水中，脱硫剂为 CaC2、Na2CO3。 KR法 1－脱硫剂；2－搅拌器； 3－至除尘 顶部喷吹法 1－喷呛；2－脱硫剂；3－料仓； 4－称量料仓；5－载气（N2） 铁水预脱硫方法 铁水脱硫反应 ‡铁水预处理脱硫常用的脱硫剂有CaC2、 CaO、Na2CO3、Mg以及由它们组成 的各种复合脱硫剂。 ‡脱硫剂与铁水中的硫反应为： ¾ Mg（g）+[S]=MgS（S） ¾ CaO（S）+[S]=CaS（S）+[O] 4.3 氧气转炉炼钢的发展 ‡现代转炉炼钢的发展大致分四个时期： ¾ 1）顶吹转炉炼钢技术的创立(1948~1956) 标志性技术：拉瓦尔型超音速顶吹喷枪。 ¾ 2）顶吹转炉炼钢技术的成熟与完善(1956~1967) 标志性技术：转炉大型化；副枪动态控制技术 ¾ 3）氧气炼钢技术的繁荣与发展(1967~1993) 标志性技术：氧气底吹转炉炼钢技术； 转炉复合吹炼工艺技术 ¾ 4）现代转炉炼钢技术(1993~) 标志性技术： 溅渣护炉工艺； 干法除尘与煤气回收技术 ‚‚‚‚‚‚ 氧气顶吹转炉炼钢工艺 ‡冶金特点： ¾反应速度快，和平炉相 比脱碳速度提高100倍； ¾热效率高，可以熔化 20~25%的废钢； ¾钢中气体含量（O、 N、H）低。 ‡存在问题： ¾钢渣反应不平衡，后期 钢渣过氧化。 ‡ 和纯氧顶吹转炉相比，底吹转炉的优点是： ¾钢渣反应接近平衡，消除了过氧化现象，氧化铁含 量约降低10%)； ¾钢中氧含量低(约降低200ppm)； ¾吹炼平稳，钢铁量消耗降低； ¾脱硫效率高。 ‡ 缺点：熔池热效率低，化渣困难 和炉底喷枪烧损严重、寿命低 纯氧底吹转炉 顶底复吹转炉 …转炉复合吹炼工艺最初是沿 袭顶吹和底吹两种吹炼工艺逐 步发展完善：即在顶吹转炉底 部喷吹惰性气体和在底吹转炉 上部安装顶吹氧枪。 …实践证明，复吹转炉基本保 留了顶吹转炉和底吹转炉的优 点，避免各自的缺点，成为当 代转炉的基本操作工艺。 顶底复吹转炉的冶金特点 ‡ 炉渣氧化性比顶吹转炉明显降低。因此钢的含 氧量少，金属和合金元素收得率高，终点残锰 量增加，炉衬侵蚀量下降。 ‡ 熔池搅拌强烈，使得脱磷、脱硫反应更加接近 平衡，渣金间的磷、硫分配比高。 ‡ 吹炼平稳，喷溅量少。 4.4 顶底复吹转炉炼钢的设备 ‡ 顶底复吹转炉炼钢的设备由4个系统组成，每个 系统又由各自的设备组成。 ¾ 炼钢容器的炉子系统； ¾ 提供炼钢所需的氧气和底部搅拌气体的供气 系统； ¾ 提供炼钢所需的金属料和造渣材料的供料系 统； ¾ 对高温含尘烟气进行降温除尘处理，并回收 余热和煤气的烟气处理系统。 4.4.1 炉子系统 ‡ 炉子系统由转炉﹑托圈﹑耳轴﹑倾动机构组成， 是装入原料进行吹炼的容器。它由圆台形炉帽﹑ 圆筒形炉身和球缺形或截锥形炉底三部分组成在 炉帽与炉身连接处 有出钢口。 4.4.2 供气系统 ‡ 供氧系统由制氧机﹑储气罐﹑压氧机﹑输气管 道及阀门、氧枪和底部供气元件组成。 ‡ 氧枪是供氧设备中的关键部件。由枪身和喷头 组成。 ¾ 枪身是由三种不同直径的无缝钢管套装而成， 通水冷却。 ¾ 喷头用导热良好的紫铜制成，孔形状一般采用 拉瓦尔管的形状，大型转炉普遍应用了三孔﹑ 四孔﹑五孔喷头。 ‡ 顶底复吹技术的关键部件是复吹转炉的底部供 气元件。 ‡ 底部供气元件分为两大类，即喷嘴型和砖型。 底部供气元件 4.4.3 供料系统 1）铁水供应 2）废钢供应 3）造渣剂供应 1）铁水供应 ‡ 混铁车（鱼雷罐车）方式流程为：高炉铁水→鱼 雷罐车→铁水罐→转炉。 ‡ 这种供应方式投资省﹑铁水温降小和有较好的生 产环境。适合于大型高炉向大型转炉（100t以 上）供应铁水。 ‡ 向转炉供应废钢一般采用废钢槽方式。 ‡ 流程：磁盘吊车装槽→桥式吊车+废钢槽→转 炉。 2）废钢供应 ‡ 转炉的造渣剂采用以下的供应方式：地下储料仓 →胶带运输机→高位料仓→称量漏斗→汇总漏斗 →溜槽 →转炉。 ‡ 下图还给出了 向钢包中加入 铁合金的主要 设备。 3） 造渣剂供应 4.4.4 烟气处理系统 ‡ 转炉炉内的气体称为炉气，炉气离开炉口进入烟 罩后称为烟气。 ‡ 氧气转炉在吹炼期间产生大量含尘炉气，其温度 高达1400~1600℃，炉气中含有大量CO和含 铁60％左右的粉尘。 ‡ 转炉炉气的处理方法主要有燃烧法和未燃烧法。 ¾ 未燃法是在炉口上方采用可以升降的活动烟 罩，使炉气在收集过程中尽量不与空气接触， 经降温除尘净化后，通过风机抽入煤气回收系 统中。 342010-3-28/07:30:56 34 转炉全湿法（OG法）烟气净化系统 4.5.1 吹炼工艺流程 ‡一炉钢的冶炼过程是指从装料到倒尽渣为 止。顶底复吹转炉炼钢的冶炼周期一般是 30～40min。其中的纯吹氧时间约 15～20min。 转炉操作进程 4.5.2 吹炼过程元素的变化 ‡ 根据[C]的氧化速度不同，炼钢过程可分为三 个时期。 ‡ 氧化初期，脱碳速度由小变大。 ¾ 由于氧化初期熔池温度低，Si﹑Mn氧化量 多，消耗了大部分的氧，[C]的氧化受到限 制。 ¾ 脱碳速度d[C]/dt=-k1t，与吹炼时间成正 比。 ¾ 这一时期称吹炼初期，又叫硅﹑锰氧化期， 时间从开吹到约4～5min。 ‡ 氧化中期 ¾ Si、Mn氧化结束，熔池温度升高，供给的氧几 乎全部用于脱碳。 ¾ 脱碳速度达到最大且几乎不变。 ¾ 这一时期称为吹炼中期，又叫碳氧化期， w[c]=3.0%-3.5%时进入吹炼中期。 ‡ 氧化后期 ¾ 随着碳含量下降，在钢液与气相的边界层中,碳 的浓度梯度逐渐下降，使得脱碳速度越来越小。 ¾ 脱碳速度由大变小。这一时期称吹炼末期，又叫 碳氧化后期。 ¾ 除碳外其他元素变化不大，主要进行终点操作。 当w[c]﹤0.3%-0.7%时，进入吹炼末期。 4.5.3 吹炼工艺 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 ‡顶底复吹转炉炼钢，根据底吹气体种类的 不同，可分为底部吹入非氧化性气体的复 吹工艺和底部吹入氧化性气体的复吹工 艺。 ‡我国采用的是前一种工艺进行复吹转炉炼 钢，即底部吹入氮气、氩气来搅拌熔池。 ‡氧气顶底复吹转炉炼钢工艺包括装料﹑供 氧﹑底部供气、造渣﹑温度及终点控制﹑ 脱氧及合金化等内容。 4.5.3.1 装料制度 1）装料次序 ‡ 一般来说是先装废钢后兑铁水，防止加入铁水 时造成喷溅。 ‡ 到了炉役后期，或者废钢装入量比较多的转 炉，可以先兑铁水，后加废钢。 2）装入量 ‡ 不同吨位的转炉以及一座转炉在不同的生产条 件下，都有其不同的合理金属装入量。 ‡ 装入量过小，产量低，熔池浅，氧流易直接冲 击炉底，造成炉底破坏。装入量过大,熔池搅拌 不充分，吹炼时间增加，易造成喷溅。 4.5.3.2 供氧制度 ‡ 当氧气射流作用在金属熔池上时，一部分氧气 被金属液吸收，参与炼钢反应，来不及反应的 氧气沿冲击坑表面产生反射流动，另外由[C]- [O]反应产生的CO气体上升排除，使冲击坑 壁面附近的金属液向上运动，造成冲击坑四周 的金属液不断向冲击 坑底部补充，从而产 生了循环流动。 ‡ 在实际吹炼中，喷头结构﹑氧气工作压力和流量 通常保持一定，所以可以通过控制枪位来控制吹 炼过程向熔池中的供氧和熔池的搅拌。 ‡ 枪位指喷头到静止金属熔 池液面的距离。高枪位指 该距离大，低枪位指该距 离小。 ‡ 硬吹是氧枪枪位低或氧压 高时的供氧方式。 ‡ 软吹为枪位高或氧压低时 的供氧方式。 4.5.3.3 造渣制度 ‡造渣的要求 ¾ 氧气转炉的冶炼周期短，必须做到快速成渣， 使炉渣尽快具有适当的碱度、氧化性和流动 性，以便迅速把金属中的杂质去除。 ¾ 避免炉渣溢出和喷溅，减少原材料的损失。 ‡ 在生产中，一般根据铁水成分和所炼钢种来确 定造渣方法，包括单渣法、双渣法和双渣留渣 法。 4.5.3.4 温度控制 ‡ 在吹炼过程中，升温应均衡，在前期和中期， 为了脱磷，温度可控制低些，但应保证炉渣中 石灰的溶解，以形成具有一定碱度的炉渣。 ¾ 前期结束时温度可控制在1450~1550℃ ¾ 中期控制在1500~1600℃ ¾ 到吹炼后期应均匀升温，达到钢种要求的出 钢温度。 ‡ 复吹效果好坏的关键是看终渣的（T.Fe）是 否能降低。 ‡ 只有将终渣的（T.Fe）降低，才能减小铁 耗，降低钢水中的[O]，提高合金收得率，改 善钢的质量。 ‡ 为了降低终渣（T.Fe），一般多采用终吹前 大气量，强搅拌工艺，并且要掌握合适的强搅 拌时机。 4.5.3.5底吹气体供气模式 4.5.3.6终点控制和出钢 ‡ 终点控制内容包括钢水成分[C]﹑[P]﹑[S] 含量应满足出钢要求，钢水温度应达到出钢温 度。 ‡ 在终点都要测温取样，如果两者之一不满足出 钢要求，就要进行补吹。 ‡ 补吹会产生一些不良影响如铁损增加，气体含 量增高，炉衬侵蚀严重。补吹应尽量避免。 ‡ 钢水成分和温度达到出钢要求后，便可摇炉将钢 水通过出钢口倒入钢包中。 ¾ 为了减少转炉内的炉渣进入钢包，影响钢水成 分，应采用挡渣技术和在钢包中加入小粒石灰 基粉剂提高钢包顶渣碱度和降低渣中FeO含 量。 ¾ 常用的挡渣方法是用挡渣球挡渣和气动挡渣。 ¾ 为了减少钢水进入钢包时的热量损失，降低出 钢温度，应对钢包进行烘烤，达到红包出钢。 出钢操作 4.5.3.7脱氧和合金化 ‡ 在转炉炼钢中，到达吹炼终点时，钢水含氧量 一般比较高（w[O]为0.02%～0.08%）， 为了保证钢的质量和顺利浇注，必须对钢水进 行脱氧。 ‡ 为了使钢达到性能要求，还需向钢水中加入合 金元素，即所谓合金化操作。 4.5.3.8 溅渣护炉操作 ‡ 在出完钢后，利用高压N2将转炉内的炉渣溅到 炉壁上，形成一定厚度的溅渣层，作为下一炉 炼钢的炉衬，这一工艺称溅渣护炉。 ‡ 采用这一工艺，减少了炉衬的侵蚀速度，大幅 度提高转炉炉龄。 ‡ 溅渣护炉工艺主要涉及到吹N2、炉渣和炉衬。 ‡ 对溅渣护炉效果有重要影响的工艺参数有供N2 参数、炉渣性质及渣量和镁碳砖中的含碳量。 第四章 小结 ‡ 重点掌握内容： ¾ 炼钢用原材料：铁水的要求；废钢、铁合金的作 用；造渣材料的种类； ¾ 铁水预处理工艺：概念；铁水预处理功能；铁水 预处理脱硫的两种常用方法；脱硫反应； ¾ 顶底复吹转炉炼钢的设备：4个组成系统；炉衬 组成；氧枪结构； ¾ 复吹转炉吹炼工艺：吹炼工艺流程；吹炼过程元 素的变化（三期）；装料顺序；枪位、硬吹、软 吹；底吹气体种类；终点控制；溅渣护炉。 第四章 转炉炼钢 主要内容 4.1炼钢用原材料 4.1.1.1 铁水（或生铁块） 铁水成分 铁水温度 4.1.1.2 废钢 4.1.1.3 铁合金 4.1.2.1 造渣材料 4.1.2.2 氧化剂 4.1.2.3 冷却剂 4.1.2.4 还原剂和增碳剂 4.2 铁水预处理工艺 铁水脱硫的优势 铁水预脱硫方法 铁水预脱硫方法 铁水预脱硫工艺 铁水脱硫反应 4.3 氧气转炉炼钢的发展 顶底复吹转炉的冶金特点 4.4 顶底复吹转炉炼钢的设备 4.4.1 炉子系统 4.4.2 供气系统 氧枪结构示意图 底部供气元件 4.4.3 供料系统     1）铁水供应 2）废钢供应 3） 造渣剂供应 4.4.4 烟气处理系统 4.5 复吹转炉吹炼工艺 4.5.1 吹炼工艺流程 转炉操作进程 4.5.2 吹炼过程元素的变化 吹炼�过程�中金�属液�和炉�渣成�分的�变化 4.5.3 吹炼工艺制度 4.5.3.1 装料制度 4.5.3.2 供氧制度 4.5.3.3 造渣制度 4.5.3.4 温度控制 4.5.3.6终点控制和出钢 出钢操作 4.5.3.7脱氧和合金化 4.5.3.8 溅渣护炉操作 第四章 小结