轉(zhuǎn)爐煉鋼新技術(shù) 文檔.doc

轉(zhuǎn)爐煉鋼及新技術(shù) 摘要 當(dāng)前，主要有二種煉鋼工藝，較為普遍的是以高爐鐵水和廢鋼為原料的頂吹氧氣工藝或底吹氧氣工藝也稱為轉(zhuǎn)爐），其次是以預(yù)還原球團(tuán)礦或高質(zhì)量的工業(yè)廢鋼為原料的電?。t）工藝。（平爐工藝曾占粗鋼產(chǎn)量的100，現(xiàn)已縮減到幾乎為零）。在氧氣煉鋼工藝中，把來自于高爐的含飽和碳的鐵水兌人一個容量約為100一300噸的轉(zhuǎn)爐中，然后用氧氣從金屬熔池上面向熔池噴吹約I5分鐘（頂吹），或者通過熔池底部噴嘴噴入氧氣和丙烷的混合氣體（底吹）。當(dāng)前頂吹比底吹工藝更普遍采用，但新鋼廠中逐漸被底吹氧氣煉鋼工藝所代替。頂一底復(fù)吹工藝也被實際應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼 氧槍 濺渣護(hù)爐技術(shù) 1前言 轉(zhuǎn)爐煉鋼法的特點是設(shè)備簡單、投資少收效快；生產(chǎn)周期短、產(chǎn)量高；原材料為鐵水，不需要從外部引進(jìn)熱源，而是向鐵水吹入氧氣，與鐵水中的碳、錳、磷、硅等元素氧化而放熱，使鋼熔熔池獲得必要的冶煉溫度（一般為1600攝氏度左右）。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼主要有頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，此外還有底吹轉(zhuǎn)爐和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼。生產(chǎn)的鋼種主要是低碳鋼和部分合金鋼。 2 氧氣煉鋼工藝氧氣煉鋼工藝主要對以鐵水（生鐵液）和廢鋼組成的金屬填裝料進(jìn)行精煉，并通過使用高純度氧氣快速生產(chǎn)所需要的含碳量和溫度的鋼。在精煉過程中，加入各種煉鋼熔劑以去除金屬熔池中的硫和磷，使成份達(dá)到所需要的水平。具有代表性的氧氣工藝，每爐次生產(chǎn)熔煉量為180噸的鋼液需要45分鐘，其中，僅有l(wèi)5分鐘時間用于實際的精煉過程。其余時間（30分鐘）為爐子裝料、取樣并檢測鋼液成分、以及測量鋼液溫度、出鋼、倒渣等各過程所需時間之和。在氧氣煉鋼工藝中，硅、碳、錳、磷和鐵等元素的氧化所釋放的熱量）為熔化廢鋼、造渣和提升熔化溫度到所需要的溫度提供能量。對給定爐次的鐵水、廢鋼和熔劑的裝人量需經(jīng)計算而定，以便在達(dá)到規(guī)定氧量的吹煉終點，鋼液熔池的含碳量和溫度均達(dá)到合格的(出鋼）要求。各煉鋼工藝的主要區(qū)別在于采用不同的方法以控制熔池的供氧量來進(jìn)行冶煉。氧氣和不需要的元素硫除外）不可避免地和一部分鐵元素形成氧化物，這些氧化物或以氣體形式脫離熔池，或進(jìn)人渣中。脫硫機(jī)理不涉及與氧的直接反應(yīng)而是直接地依賴于渣況（主要有堿度、氧化狀況和溫度）。在精煉鐵水和脫碳過程中，熔池熔點升高。為了保持熔池的熔化狀態(tài)必須由氧化反應(yīng)提供足夠的熱量。氧氣工藝的原理和類型氧氣煉鋼是氣體煉鋼的一個分支。在氧氣煉鋼工藝中，高純度氧氣在燃燒壓力下噴入熔池或噴向熔池表而，將熔池中的鐵水、廢鋼和熔劑吹煉成鋼。有很多不同的提供氧化性氣體的方法。當(dāng)前在工業(yè)化工藝方面有三種方法。其中一種為轉(zhuǎn)爐頂吹法，氧化性氣體由噴管或噴槍的特殊噴嘴以超音速氣流輸送到氧槍噴嘴出口處。該噴管或氧槍為水冷式并通過敞開的爐口降入轉(zhuǎn)爐內(nèi)。在底吹工藝中，氧氣通過轉(zhuǎn)爐底部的若干個風(fēng)口噴入熔池，氧氣通過由兩個同心管組成的風(fēng)口吹入。氧氣通道為內(nèi)管的中心、而碳?xì)浠衔锢鋮s劑則通過同心管的圓環(huán)通道噴入。許多底吹工藝使用甲烷或丙烷作為碳?xì)淅鋮s劑，而其他底吹工藝使用燃油。碳?xì)淅鋮s劑在鋼液溫度下分解并在離開風(fēng)口末端時吸收熱量從而保護(hù)氧氣風(fēng)口免遭早期過熱和過度燒蝕。2.1 氧槍和吹煉條件氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐裝置，包括氧槍、副槍和提升轉(zhuǎn)移裝置，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。例如，一座大型現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐的氧槍（連同冷卻水及管道）重約1.5噸。氧槍提升及轉(zhuǎn)移裝置位于轉(zhuǎn)爐上部。一副氧槍應(yīng)以一定的流速供氧并形成預(yù)期的射流，有足夠高的壽命且設(shè)計簡單。供氧速率一般為5 - 8m3/min/t,即相當(dāng)于每分鐘在1-1.5MPa的壓力下，向一座350噸的轉(zhuǎn)爐供氧2800m3。氧槍有單噴嘴式（小型轉(zhuǎn)爐）和多噴嘴式。大型轉(zhuǎn)爐的氧槍有5-7個噴嘴。噴嘴的軸線與氧槍的軸線成15-20度的夾角。噴嘴通常有一個8-10度的錐度。噴嘴的尺寸、數(shù)量和形狀的選擇應(yīng)考慮下列因素：(1)在特定的供熱期間氧氣射流應(yīng)盡可能穿入金屬熔池中（金屬熔池需要碳的氧化和對金屬的良好攪拌）；(2)相反在其他期間,氧氣射流必須作用于熔池表面而不是深層，以便加速渣中石灰的溶解并形成一定堿度的流動渣；(3)氧氣射流對熔池表面的作用應(yīng)避免金屬和渣的噴濺對爐襯造成危害。（即實施所謂的軟吹是必要的）；(4)氧槍結(jié)構(gòu)應(yīng)趨于簡單目操作可靠。綜上所述，氧槍應(yīng)滿足各種不同的要求。在轉(zhuǎn)爐中，兩副氧槍同時使用或交替使用的試驗表明這些方法使轉(zhuǎn)爐操作相當(dāng)復(fù)雜。通過使用一種兩階段氧槍（第二階段供氧使從熔池中逸出的一氧化碳二次燃燒）可取得一定的積極效果。但這種方法由于氧槍的生產(chǎn)和操作存在一定的困難而并不普及。原則上能夠在理論上計算出氧氣射流和熔池的相互作用關(guān)系。例如，空氣動力學(xué)可以分析一個相對簡單的問題，即氣體射流射人一種氣體介質(zhì)中時，氣體射流對非彈性流體表面的作用。這一問題與轉(zhuǎn)爐吹煉過程可類比，但只適用于吹煉的最初時刻。一旦吹煉開始，通過噴嘴的冷氧氣流將與從熔池表面產(chǎn)生的熱的廢氣流產(chǎn)生相互作用。這些氣體的成分、溫度和粉塵含量在很寬的范圍內(nèi)變化。一定的氧氣和這些氣體反應(yīng)并氧化粉塵中的金屬顆粒和一氧化碳，O2+2CO =2CO2，這個反應(yīng)改變了氣流的成分和溫度。熔池中發(fā)生一定的變化：氣體射流在熔池表面形成波動并攪拌金屬，進(jìn)而熔池表面出現(xiàn)渣層，其厚度不斷變化，因此，氣體射流所沖擊的介質(zhì)變?yōu)榉菑椥?。這一問題可以通過實驗室條件下的模擬來解決，然后對各種制式的氧槍在轉(zhuǎn)爐操作中通過試驗進(jìn)行測試。模擬結(jié)果可用來導(dǎo)出經(jīng)驗計算公式。在生產(chǎn)過程中,氧槍連續(xù)不斷地進(jìn)行水冷。氧槍端部在最惡劣的條件下工作，其頭部是可換的，并由具有高的導(dǎo)熱系數(shù)的銅材料制成（其導(dǎo)熱系數(shù)幾乎是鋼的8倍）。有兩種形式的氧槍：中心供氧式和中心水冷式，后一形式的氧槍可保證較高的熔池吹煉強(qiáng)度和較好的端部冷卻條件，但前一種形式的氧槍因其安裝和修理比較容易而應(yīng)用比較廣泛。氧槍端部經(jīng)焊接（大多數(shù)）鍛造或鑄造制成，氧槍和氧槍頭在工廠中由特殊工序生產(chǎn)，一副氧槍的平均壽命為300爐次，因此，一座轉(zhuǎn)爐的氧槍一個月可更換數(shù)次，氧槍尺寸比較大（長度可達(dá)25米），通過使用帶有兩個支座的特殊裝置（一個為短的、可移動支座，另一個為長的緊固于車間金屬結(jié)構(gòu)框架之上的固定支座），可以消除氧槍的不可控震動。此外，還可通過安裝于車間頂部的機(jī)械裝置使氧槍對中，來削減其振幅。 2.2氧槍精確定位控制 定位數(shù)據(jù)的處理采用點線結(jié)合的方法，對于極限位、待吹位、開氧/閉氧位、變速位等需精確定位的關(guān)鍵點，采用10次往返計數(shù)值加權(quán)平均的方法，以抵消提升加速和下降加速引起的卷揚鋼繩彈性形變所造成的定 位誤差。對于縱軸線上的槍位顯示數(shù)據(jù)，則采用自動定量補(bǔ)償和人工校準(zhǔn)相結(jié)合的方法予以處理:即當(dāng)氧槍提升和下降的過程中，在編碼器讀數(shù)的基礎(chǔ)上，分別加或減一個補(bǔ)償量，這個補(bǔ)償量是對氧槍1000次往返讀數(shù)與實測槍位誤差的統(tǒng)計處理結(jié)果，用這一數(shù)據(jù)補(bǔ)償，在氧槍的工作行程上，可以達(dá)到2CM的定位精度，完全能夠滿足槍位指示的精度要求。另外，為提高系統(tǒng)的可靠性，通過MMI設(shè)置了槍位校準(zhǔn)按鈕，當(dāng)控制誤差較大時，可以把氧槍下降到校準(zhǔn)點，按下校槍按鈕進(jìn)行軟手動校槍，此時定位系統(tǒng)自動初始化，恢復(fù)設(shè)定精度。 槍位計算公式如下: L升=(W+M-N升)(3.1416D)S L降=(W+M+N降)(3.1416D)S 其中: L升:提升過程實際槍位; L降:下降過程實際槍位; W:計數(shù)模板當(dāng)前計數(shù)值; N升:提升過程補(bǔ)償量; N降:下降過程補(bǔ)償量; M:校準(zhǔn)點初始計數(shù)讀數(shù); S:編碼器每周脈沖數(shù); D:提升裝置卷揚輥直徑。 2.3 氧氣轉(zhuǎn)爐熱平衡某種冷卻劑的選擇取決于技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素，冷卻劑通常主要用廢鋼。一定量的鐵礦石也被加入轉(zhuǎn)爐中，用來彌補(bǔ)鐵的氧化損失，并加速渣的形成。料中廢鋼的比例既可通過增加熱輸入項，也可通過減少熱輸出項來增加。下列技術(shù)已在實踐中得到應(yīng)用：(1)提高兌入轉(zhuǎn)爐中的鐵水溫度（主要通過減少鐵水由高爐至轉(zhuǎn)爐過程中的熱損失）；（2）通過氧燃燒嘴（或氧油燒嘴）進(jìn)行轉(zhuǎn)爐廢鋼預(yù)熱；(3)應(yīng)用添加劑（煤、焦炭、碳化鈣等）在其氧化時放出較多的熱；(4)通過合理組織生產(chǎn)，縮短設(shè)備修理時間和取樣時間等來減少熱損失。廢氣余熱預(yù)熱廢鋼也是一種有前途的方法，但其技術(shù)上尚不完善。 3 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn) 通過多年的氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實踐，通常采用下列轉(zhuǎn)爐裝料順序。上爐出鋼完畢首先裝人廢鋼（廢鋼料預(yù)先稱量，并被運至轉(zhuǎn)爐，由起重機(jī)吊起，傾斜倒入爐中），廢鋼加入后，立刻將需要量的鐵水兌入爐中（鐵水包小車應(yīng)在預(yù)定時間內(nèi)運至轉(zhuǎn)爐車間），兌鐵水完畢，轉(zhuǎn)爐搖至垂直位置，氧槍下降，吹煉開始。成渣劑和其他添加劑以磨屑態(tài)加入(粒度大小為20-25mm);這些材料組合在一起，通常稱為松散料，它們可由三種不同的方式加入：(1)所有松散料在兌入鐵水之前或在廢鋼加入之前一次性加入轉(zhuǎn)爐中；(2）松散料在吹煉過程中由轉(zhuǎn)爐頂部連續(xù)加入；(3)部分松散料（約為總料量的一半）在吹煉開始時加入，剩余的部分在吹煉過程中幾分鐘之內(nèi)連續(xù)加入。第二種方法最普遍。一座300噸的現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐，其冶煉周期平均約為42分鐘，時間分配如下：加入廢鋼和兌人鐵水 10 min吹氧17 min傾爐取樣6 min出鋼、出渣、修補(bǔ)爐襯 9min從吹氧開始一個典型的轉(zhuǎn)爐爐次可由圖表說明。雜質(zhì)氧化、熔池加熱和爐渣形成等過程同時進(jìn)行。它們相互影響，整個過程取決于爐料和成渣劑的成分、特性、氧槍設(shè)計、氧氣壓力和流量及吹煉過程。3.1 爐料成分為了與貝塞麥生鐵（高硅含量）和堿性貝塞麥生鐵（高磷含量）相區(qū)別，轉(zhuǎn)爐煉鋼用的生鐵通常被叫做平爐生鐵或平爐成分生鐵。氧氣轉(zhuǎn)爐原則上可用各種成分的生鐵進(jìn)行冶煉，但為了操作方便，必須對硅、錳、磷、硫含量進(jìn)行一定限制。（1）硅含量硅能被氧化形成二氧化硅并放出熱量，所以二氧化硅加速了渣中石灰的溶解及渣的熔化進(jìn)程，釋放出的熱被用于熔化廢鋼。然而，硅含量特別高時形成二氧化硅數(shù)量太高，必須加人大量的石灰。此外，渣中二氧化硅濃度過高損害爐襯。由于以上原因，生鐵中硅含量應(yīng)限制在0.3-0.8之間。特別推薦高爐低溫操作以確保生鐵中低的硅含量。但是如果想得到更低的硫含量則比較困難。所以低硅生鐵在高爐車間使用無硫焦碳進(jìn)行生產(chǎn)。（2）錳含量生鐵中最佳錳含量應(yīng)考慮用以下因素加以解決：1)錳的氧化生成熱：2)錳的氧化物能降低堿性渣的熔點，會加速渣的形成。3)在轉(zhuǎn)爐吹氧過程中錳幾乎被完全氧化，高濃度的錳意味著高的氧化損失，降低鋼的收得率；4)在高爐中由普通礦石生產(chǎn)的生鐵中錳含量可以通過往高爐中加錳礦的方法加以提高，但這樣做增加了生鐵成本；5)生鐵中存在的錳能促進(jìn)金屬脫硫。在大多數(shù)情況卜，氧氣轉(zhuǎn)爐用的生鐵含有0.3-0.8的錳。（3）磷和硫的含量生鐵中硫和磷的含量應(yīng)盡量低。通常生鐵中含有不超過0.2的磷和不超過0.04的硫。轉(zhuǎn)爐中的廢鋼應(yīng)該滿足對有害元素含量的限制要求,此外，也要限制廢鋼塊料的尺寸，使其不損害爐襯。渣料和固體氧化物必須滿足一般要求。特別注意避免使用粉末狀材料，因為廢氣很容易將此種材料帶走。3.2 轉(zhuǎn)爐鋼的脫氧和合金化轉(zhuǎn)爐工藝有兩個典型特點，它們決定了轉(zhuǎn)爐鋼脫氧和合金化的種類：(1)氧被連續(xù)供應(yīng)，如在整個加熱過程中氣相被氧化；(2)在冶煉末期，含有大量的渣（占金屬重量的13 -15%），此渣中氧化鐵活性高，例如氧化物含量高，渣中含有大量磷。如果不采取措施，由于金屬和氧化性渣的相互作用，前期脫氧工作將前功盡棄。由于終渣氧化性和堿性降低，部分磷可能被還原并且從爐渣進(jìn)入金屬。為避免此問題，采用以下技術(shù)脫氧和合金化：1)采用各種方式盡可能阻止出鋼時終渣進(jìn)入鋼包（此技術(shù)有時稱為“渣分離）。此問題絕非簡單，因為轉(zhuǎn)爐翻轉(zhuǎn)較慢，導(dǎo)致渣先從出鋼口流出，一段時間后，金屬開始流出；此外，部分渣隨同最后的金屬流入鋼包；有許多技術(shù)用于阻止渣進(jìn)入鋼包。例如，出鋼前用石棉塞堵住出鋼口，往轉(zhuǎn)爐中投入一個比鋼水輕比渣重的耐火塞，它浮于渣鋼界面，金屬流完后可堵上出鋼口。向鋼包中加入白云石以增加渣層厚度等。這些技術(shù)不能完全阻止渣流入鋼包，但減少了包中渣含量。2）脫氧過程完全轉(zhuǎn)移至鋼包中進(jìn)行。3）生產(chǎn)低合金鋼的情況下，大量的脫氧劑和合金添加劑加入到金屬中，比鋼水密度高的鐵合金部分直接加入轉(zhuǎn)爐中；然后，轉(zhuǎn)爐搖爐數(shù)分鐘以最終均勻鋼水中的添加劑。4)脫氧劑和合金添加劑在一個單獨的容器中熔化（通常如電爐）并在轉(zhuǎn)爐出鋼時倒入鋼包中，合金添加劑的預(yù)先熔化使在轉(zhuǎn)爐中生產(chǎn)低、中合金鋼成為可能，而且在某些情況下，甚至能生產(chǎn)高合金鋼。鋼包中的鋼水通過惰性氣體攪拌，達(dá)到均勻溫度和成份的目的。碳氧化生成的一氧化碳攪拌熔池，促進(jìn)鋼水中氣體和非金屬夾雜的去除，從而提高鋼的質(zhì)量。如果嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，并且爐料的成份穩(wěn)定，那么向鋼包中添加的碳的氧化程度將變化很少，增碳操作可取得很好的效果。4 轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)現(xiàn)狀及特點 轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)與復(fù)吹煉鋼技術(shù)，并列為現(xiàn)代煉鋼工藝的兩項重大新技術(shù)。我國冶金工作者借鑒國外轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐的技術(shù)思想，迅速開發(fā)了適合于中國國情的各種轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)，涂層測厚儀廣泛推廣采用，并獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國采用轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)的幾年里，爐齡發(fā)生了質(zhì)的飛躍，與采用濺渣技術(shù)前相比，我國轉(zhuǎn)爐齡提高了5-10倍，轉(zhuǎn)爐爐齡已不是制約轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力發(fā)展的瓶頸。目前我國轉(zhuǎn)爐平均爐齡已接近萬爐，最高爐齡已達(dá)267萬爐(武鋼)，同時我國涂層測厚儀在小型轉(zhuǎn)爐、半鋼冶煉轉(zhuǎn)爐及復(fù)吹轉(zhuǎn)爐領(lǐng)域的濺渣護(hù)爐技術(shù)，走在世界前列，形成具有中國特色的專利技術(shù)。4.1 我國轉(zhuǎn)爐涂層測厚儀濺渣護(hù)爐技術(shù)現(xiàn)狀濺渣前我國中小轉(zhuǎn)爐爐齡僅為1000-2000爐，中型轉(zhuǎn)爐爐齡僅為3000-4000爐。轉(zhuǎn)爐爐齡低已成為制約我國轉(zhuǎn)爐發(fā)揮能力、降低成本的“瓶頸”。近年來我國結(jié)合國情開發(fā)下列濺渣護(hù)爐技術(shù)：(1) 具有增壓、調(diào)峰及防泄漏涂層測厚儀功能的氮氣供應(yīng)、檢測及檢測控制設(shè)備；(2) 適用高TFe、高溫爐渣的調(diào)質(zhì)、改質(zhì)材料；(3) 適用高TFe、高溫爐渣的調(diào)質(zhì)、改質(zhì)工藝； (4) 濺渣氮氣噴吹工藝及濺渣氧槍的維護(hù)技術(shù)； (5) 結(jié)合濺渣技術(shù)的優(yōu)采用，降低煉鋼終點溫度及提高終點碳含量的工藝優(yōu)化。4.2 半鋼冶煉轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù) (1) 半鋼冶煉的特點 轉(zhuǎn)爐半鋼冶煉工藝在我國攀鋼、承鋼涂層測厚儀等鋼廠采用。經(jīng)提釩后的鐵水(半鋼)具有以下特點： -鐵水含碳低，一般小于35，造成煉鋼熱量不足；-鐵水Si為痕跡，煉鋼化渣困難；-上述原因造成半鋼冶煉爐渣堿度高，為了將降低爐渣的涂層測厚儀粘度和熔點，采用高FeO化渣工藝，加劇對爐襯侵蝕。(2) 半鋼冶