冶金概論轉(zhuǎn)爐煉鋼

第四章轉(zhuǎn)爐煉鋼主要內(nèi)容4.1煉鋼用原材料4.2鐵水預(yù)處理工藝4.3氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展4.4頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的設(shè)備4.5復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉工藝4.1煉鋼用原材料4.1.1金屬料鐵水；廢鋼；鐵合金；4.1.2輔助材料造渣材料；氧化劑；冷卻劑；還原劑和增碳劑。4.1.1.1鐵水（或生鐵塊）鐵水是氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本原料，一般占金屬料的70～100％；電爐只用生鐵塊作配碳用。鐵水成分和鐵水溫度是否適當(dāng)和穩(wěn)定，對簡化和穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐操作并獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)非常重要。鐵水成分Si：發(fā)熱元素，轉(zhuǎn)爐熱量來源。[Si]一般在0.4～0.8％范圍內(nèi)Mn：有利元素。[Mn]一般在0.2～0.4％左右P：有害元素，強(qiáng)發(fā)熱元素。P是高爐不能去除的元素，故只能要求[P]穩(wěn)定，采用鐵水預(yù)處理脫磷或相應(yīng)的煉鋼方法來去除。S：有害元素。[S]<0.04％。采用鐵水預(yù)處理脫硫，[S]<0.015％。鐵水溫度鐵水溫度應(yīng)>1200～1300℃，且保持穩(wěn)定，以利于爐子熱行，迅速成渣。有鐵水預(yù)處理工藝，鐵水溫度應(yīng)適當(dāng)提高。4.1.1.2廢鋼廢鋼是電爐煉鋼的基本原料，用量占鋼鐵料的70％～90％。對轉(zhuǎn)爐來說，既是金屬料也是冷卻劑。合金鋼廢鋼應(yīng)按所含合金分組堆放。應(yīng)嚴(yán)防混入有害雜質(zhì)和危險(xiǎn)品，并減少帶入的泥沙、耐火材料和爐渣等。對外形尺寸和單重過大的廢鋼，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行解體和切割；對輕薄料要打包或壓塊，以縮短裝料時(shí)間。4.1.1.3鐵合金煉鋼中廣泛使用的各種脫氧和合金化元素與鐵的合金。如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr；以及復(fù)合脫氧劑，如硅錳合金、硅鈣合金、硅錳鋁合金；還有鋁、錳、鎳等金屬。鐵合金應(yīng)合理選用以降低成本，使用前應(yīng)烘烤以減少氣體帶入。另外要純凈，不得混有其它夾雜物，塊度要適當(dāng)。4.1.2.1造渣材料石灰（CaO）。堿性煉鋼方法的基本造渣材料，有強(qiáng)的脫磷、脫硫能力，對爐襯危害小。石灰要求含有效CaO大于80～85％，含S和SiO2低，塊度小而均勻，且無細(xì)粉；生燒過燒率要??；不能潮解，應(yīng)保持干燥、新鮮。螢石（CaF2）。熔點(diǎn)低（1418），能使CaO熔點(diǎn)顯著降低，加速化渣，改善渣的流動(dòng)性。螢石要求：CaF2>85%。白云石（MgO）。增加渣中Mg含量，以減少爐襯中MgO向爐渣中轉(zhuǎn)移，且能促進(jìn)前期化渣。4.1.2.2氧化劑氧氣。煉鋼中氧的重要來源。一般要求氧氣純度應(yīng)大于98％，冶煉低氮鋼種時(shí)，應(yīng)大于99.5％。還應(yīng)脫除水分。鐵礦石、氧化鐵皮。鐵礦石要求含鐵高，SiO2、P和水分少，使用前要加熱。氧化鐵皮要求雜質(zhì)少，不含油污和水分，使用前必須烘烤。4.1.2.3冷卻劑廢鋼。冷卻效果穩(wěn)定、噴濺少，價(jià)格低。富鐵礦、團(tuán)礦、燒結(jié)礦和氧化鐵皮。利用它們所含F(xiàn)exOy氧化金屬中的雜質(zhì)時(shí)，需要吸收大量的熱而起到冷卻的作用。石灰石。缺少以上冷卻劑時(shí)，可以使用，CaCO3分解時(shí)吸收大量熱量。4.1.2.4還原劑和增碳劑電爐煉鋼使用的還原劑和增碳劑有石墨電極、木炭、焦炭、電石、硅鐵、硅鈣、鋁等。氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉中、高碳鋼時(shí)，一般用含灰分很少的石油焦作增碳劑。4.2鐵水預(yù)處理工藝鐵水預(yù)處理是指鐵水進(jìn)入煉鋼爐之前對其進(jìn)行脫除雜質(zhì)元素或從鐵水中回收有價(jià)值元素的一種工藝。鐵水預(yù)處理可分為普通鐵水預(yù)處理和特殊鐵水預(yù)處理，前者有脫硫、脫硅、脫磷或同時(shí)脫磷脫硫；后者有鐵水提釩、提鈮等。鐵水脫硫的優(yōu)勢鐵水中的C、Si、P等元素的含量高，硫在鐵水中的活度系數(shù)大；鐵水中氧勢低，有利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行；有利于直接使用一些強(qiáng)的脫硫劑如CaC2、金屬鎂等。鐵水預(yù)脫硫方法依據(jù)采用脫硫劑的種類及其攪拌方法，目前生產(chǎn)中采用的爐外脫硫方法可分為四類：鐵流攪拌法、機(jī)械攪拌法、氣體攪拌法和插入法。用得較多的為機(jī)械攪拌法(KR法)和氣體攪拌法(頂部噴吹法)

。KR法:用實(shí)心旋轉(zhuǎn)器攪拌鐵水，脫硫劑為CaC2和石灰粉加Na2CO3。頂部噴吹法:以載氣（N2）將脫硫劑經(jīng)頂部噴嘴噴入魚雷型混鐵車和鐵水包的鐵水中，脫硫劑為CaC2、Na2CO3。KR法1－脫硫劑；2－攪拌器；3－至除塵頂部噴吹法1－噴嗆；2－脫硫劑；3－料倉；4－稱量料倉；5－載氣（N2）鐵水預(yù)脫硫方法鐵水預(yù)脫硫工藝鐵水脫硫反應(yīng)鐵水預(yù)處理脫硫常用的脫硫劑有CaC2、CaO、Na2CO3、Mg以及由它們組成的各種復(fù)合脫硫劑。脫硫劑與鐵水中的硫反應(yīng)為：Mg（g）+[S]=MgS（S）CaO（S）+[S]=CaS（S）+[O]

4.3氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展大致分四個(gè)時(shí)期：1）頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的創(chuàng)立(1948~1956)標(biāo)志性技術(shù)：拉瓦爾型超音速頂吹噴槍。2）頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的成熟與完善(1956~1967)標(biāo)志性技術(shù)：轉(zhuǎn)爐大型化；副槍動(dòng)態(tài)控制技術(shù)3）氧氣煉鋼技術(shù)的繁榮與發(fā)展(1967~1993)標(biāo)志性技術(shù)：氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)；

轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉工藝技術(shù)4）現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)(1993~)標(biāo)志性技術(shù)：濺渣護(hù)爐工藝；干法除塵與煤氣回收技術(shù)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝冶金特點(diǎn)：反應(yīng)速度快，和平爐相比脫碳速度提高100倍；熱效率高，可以熔化20~25%的廢鋼；鋼中氣體含量（O、N、H）低。存在問題：鋼渣反應(yīng)不平衡，后期鋼渣過氧化。和純氧頂吹轉(zhuǎn)爐相比，底吹轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點(diǎn)是：鋼渣反應(yīng)接近平衡，消除了過氧化現(xiàn)象，氧化鐵含量約降低10%)；鋼中氧含量低(約降低200ppm)；吹煉平穩(wěn)，鋼鐵量消耗降低；脫硫效率高。缺點(diǎn)：熔池?zé)嵝实停щy和爐底噴槍燒損嚴(yán)重、壽命低純氧底吹轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉工藝最初是沿襲頂吹和底吹兩種吹煉工藝逐步發(fā)展完善：即在頂吹轉(zhuǎn)爐底部噴吹惰性氣體和在底吹轉(zhuǎn)爐上部安裝頂吹氧槍。實(shí)踐證明，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐基本保留了頂吹轉(zhuǎn)爐和底吹轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的缺點(diǎn)，成為當(dāng)代轉(zhuǎn)爐的基本操作工藝。頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐的冶金特點(diǎn)爐渣氧化性比頂吹轉(zhuǎn)爐明顯降低。因此鋼的含氧量少，金屬和合金元素收得率高，終點(diǎn)殘錳量增加，爐襯侵蝕量下降。熔池?cái)嚢鑿?qiáng)烈，使得脫磷、脫硫反應(yīng)更加接近平衡，渣金間的磷、硫分配比高。吹煉平穩(wěn)，噴濺量少。4.4頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的設(shè)備頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的設(shè)備由4個(gè)系統(tǒng)組成，每個(gè)系統(tǒng)又由各自的設(shè)備組成。煉鋼容器的爐子系統(tǒng)；提供煉鋼所需的氧氣和底部攪拌氣體的供氣系統(tǒng)；提供煉鋼所需的金屬料和造渣材料的供料系統(tǒng)；對高溫含塵煙氣進(jìn)行降溫除塵處理，并回收余熱和煤氣的煙氣處理系統(tǒng)。

4.4.1爐子系統(tǒng)爐子系統(tǒng)由轉(zhuǎn)爐﹑托圈﹑耳軸﹑傾動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，是裝入原料進(jìn)行吹煉的容器。它由圓臺(tái)形爐帽﹑圓筒形爐身和球缺形或截錐形爐底三部分組成在爐帽與爐身連接處有出鋼口。4.4.2供氣系統(tǒng)供氧系統(tǒng)由制氧機(jī)﹑儲(chǔ)氣罐﹑壓氧機(jī)﹑輸氣管道及閥門、氧槍和底部供氣元件組成。氧槍是供氧設(shè)備中的關(guān)鍵部件。由槍身和噴頭組成。槍身是由三種不同直徑的無縫鋼管套裝而成，通水冷卻。噴頭用導(dǎo)熱良好的紫銅制成，孔形狀一般采用拉瓦爾管的形狀，大型轉(zhuǎn)爐普遍應(yīng)用了三孔﹑四孔﹑五孔噴頭。氧槍結(jié)構(gòu)示意圖頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)的關(guān)鍵部件是復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的底部供氣元件。底部供氣元件分為兩大類，即噴嘴型和磚型。底部供氣元件4.4.3供料系統(tǒng)

1）鐵水供應(yīng)2）廢鋼供應(yīng)3）造渣劑供應(yīng)1）鐵水供應(yīng)混鐵車（魚雷罐車）方式流程為：高爐鐵水→魚雷罐車→鐵水罐→轉(zhuǎn)爐。這種供應(yīng)方式投資省﹑鐵水溫降小和有較好的生產(chǎn)環(huán)境。適合于大型高爐向大型轉(zhuǎn)爐（100t以上）供應(yīng)鐵水。向轉(zhuǎn)爐供應(yīng)廢鋼一般采用廢鋼槽方式。流程：磁盤吊車裝槽→橋式吊車+廢鋼槽→轉(zhuǎn)爐。2）廢鋼供應(yīng)轉(zhuǎn)爐的造渣劑采用以下的供應(yīng)方式：地下儲(chǔ)料倉→膠帶運(yùn)輸機(jī)→高位料倉→稱量漏斗→匯總漏斗→溜槽→轉(zhuǎn)爐。3）造渣劑供應(yīng)4.4.4煙氣處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)的氣體稱為爐氣，爐氣離開爐口進(jìn)入煙罩后稱為煙氣。氧氣轉(zhuǎn)爐在吹煉期間產(chǎn)生大量含塵爐氣，其溫度高達(dá)1400~1600℃，爐氣中含有大量CO和含鐵60％左右的粉塵。轉(zhuǎn)爐爐氣的處理方法主要有燃燒法和未燃燒法。未燃法是在爐口上方采用可以升降的活動(dòng)煙罩，使?fàn)t氣在收集過程中盡量不與空氣接觸，經(jīng)降溫除塵凈化后，通過風(fēng)機(jī)抽入煤氣回收系統(tǒng)中。轉(zhuǎn)爐全濕法（OG法）煙氣凈化系統(tǒng)

4.5復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉工藝4.5.1吹煉工藝流程4.5.2吹煉過程元素的變化4.5.3吹煉工藝制度4.5.1吹煉工藝流程一爐鋼的冶煉過程是指從裝料到倒盡渣為止。頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的冶煉周期一般是30～40min。其中的純吹氧時(shí)間約15～20min。轉(zhuǎn)爐操作進(jìn)程4.5.2吹煉過程元素的變化根據(jù)[C]的氧化速度不同，煉鋼過程可分為三個(gè)時(shí)期。氧化初期，脫碳速度由小變大。由于氧化初期熔池溫度低，Si﹑Mn氧化量多，消耗了大部分的氧，[C]的氧化受到限制。脫碳速度d[C]/dt=-k1t，與吹煉時(shí)間成正比。這一時(shí)期稱吹煉初期，又叫硅﹑錳氧化期，時(shí)間從開吹到約4～5min。氧化中期Si、Mn氧化結(jié)束，熔池溫度升高，供給的氧幾乎全部用于脫碳。脫碳速度達(dá)到最大且?guī)缀醪蛔?。這一時(shí)期稱為吹煉中期，又叫碳氧化期，w[c]=3.0%-3.5%時(shí)進(jìn)入吹煉中期。氧化后期隨著碳含量下降，在鋼液與氣相的邊界層中,碳的濃度梯度逐漸下降，使得脫碳速度越來越小。脫碳速度由大變小。這一時(shí)期稱吹煉末期，又叫碳氧化后期。除碳外其他元素變化不大，主要進(jìn)行終點(diǎn)操作。當(dāng)w[c]﹤0.3%-0.7%時(shí)，進(jìn)入吹煉末期。吹煉

過程

中金

屬液

和爐

渣成

分的

變化4.5.3吹煉工藝制度頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，根據(jù)底吹氣體種類的不同，可分為底部吹入非氧化性氣體的復(fù)吹工藝和底部吹入氧化性氣體的復(fù)吹工藝。我國采用的是前一種工藝進(jìn)行復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，即底部吹入氮?dú)?、氬氣來攪拌熔池。氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝包括裝料﹑供氧﹑底部供氣、造渣﹑溫度及終點(diǎn)控制﹑脫氧及合金化等內(nèi)容。

4.5.3.1裝料制度1）裝料次序一般來說是先裝廢鋼后兌鐵水，防止加入鐵水時(shí)造成噴濺。到了爐役后期，或者廢鋼裝入量比較多的轉(zhuǎn)爐，可以先兌鐵水，后加廢鋼。2）裝入量不同噸位的轉(zhuǎn)爐以及一座轉(zhuǎn)爐在不同的生產(chǎn)條件下，都有其不同的合理金屬裝入量。裝入量過小，產(chǎn)量低，熔池淺，氧流易直接沖擊爐底，造成爐底破壞。裝入量過大,熔池?cái)嚢璨怀浞?，吹煉時(shí)間增加，易造成噴濺。4.5.3.2供氧制度當(dāng)氧氣射流作用在金屬熔池上時(shí)，一部分氧氣被金屬液吸收，參與煉鋼反應(yīng)，來不及反應(yīng)的氧氣沿沖擊坑表面產(chǎn)生反射流動(dòng)，另外由[C]-[O]反應(yīng)產(chǎn)生的CO氣體上升排除，使沖擊坑壁面附近的金屬液向上運(yùn)動(dòng)，造成沖擊坑四周的金屬液不斷向沖擊坑底部補(bǔ)充，從而產(chǎn)生了循環(huán)流動(dòng)。在實(shí)際吹煉中，噴頭結(jié)構(gòu)﹑氧氣工作壓力和流量通常保持一定，所以可以通過控制槍位來控制吹煉過程向熔池中的供氧和熔池的攪拌。槍位指噴頭到靜止金屬熔池液面的距離。高槍位指該距離大，低槍位指該距離小。硬吹是氧槍槍位低或氧壓高時(shí)的供氧方式。軟吹為槍位高或氧壓低時(shí)的供氧方式。4.5.3.3造渣制度造渣的要求氧氣轉(zhuǎn)爐的冶煉周期短，必須做到快速成渣，使?fàn)t渣盡快具有適當(dāng)?shù)膲A度、氧化性和流動(dòng)性，以便迅速把金屬中的雜質(zhì)去除。避免爐渣溢出和噴濺，減少原材料的損失。在生產(chǎn)中，一般根據(jù)鐵水成分和所煉鋼種來確定造渣方法，包括單渣法、雙渣法和雙渣留渣法。

4.5.3.4溫度控制在吹煉過程中，升溫應(yīng)均衡，在前期和中期，為了脫磷，溫度可控制低些，但應(yīng)保證爐渣中石灰的溶解，以形成具有一定堿度的爐渣。前期結(jié)束時(shí)溫度可控制在1450~1550℃中期控制在1500~1600℃到吹煉后期應(yīng)均勻升溫，達(dá)到鋼種要求的出鋼溫度。復(fù)吹效果好壞的關(guān)鍵是看終渣的（T.Fe）是否能降低。只有將終渣的（T.Fe）降低，才能減小鐵耗，降低鋼水中的[O]，提高合金收得率，改善鋼的質(zhì)量。為了降低終渣（T.Fe），一般多采用終吹前大氣量，強(qiáng)攪拌工藝，并且要掌握合適的強(qiáng)攪拌時(shí)機(jī)。4.5.3.5底吹氣體供氣模式4.5.3.6終點(diǎn)控制和出鋼終點(diǎn)控制內(nèi)容包括鋼水成分[C]﹑[P]﹑[S]含量應(yīng)滿足出鋼要求，鋼水溫度應(yīng)達(dá)到出鋼溫度。在終點(diǎn)都要測溫取樣，如果兩者之一不滿足出鋼要求，就要進(jìn)行補(bǔ)吹。補(bǔ)吹會(huì)產(chǎn)生一些不良影響如鐵損增加，氣體含量增高，爐襯侵蝕嚴(yán)重。補(bǔ)吹應(yīng)盡量避免。鋼水成分和溫度達(dá)到出鋼要求后，便可搖爐將鋼水通過出鋼口倒入鋼包中。為了減少轉(zhuǎn)爐內(nèi)的爐渣進(jìn)入鋼包，影響鋼水成分，應(yīng)采用擋渣技術(shù)和在鋼包中加入