第三章煉鋼主原料與裝料

煉鋼主原料與裝料徐祥斌2013-09-193.1轉(zhuǎn)爐煉鋼主原料原材料是煉鋼的基礎(chǔ)，原材料的質(zhì)量對(duì)煉鋼工藝和鋼的質(zhì)量有直接影響。倘若原材料質(zhì)量不合技術(shù)要求，勢(shì)必導(dǎo)致消耗增加，產(chǎn)品質(zhì)量變差，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)廢品，造成產(chǎn)品成本的增加。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐證明，采用精料以及原料標(biāo)準(zhǔn)化，是實(shí)現(xiàn)冶煉過(guò)程自動(dòng)化的先決條件，也是改善各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和提高經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。

煉鋼用原材料一般分為主原料、輔原料和各種鐵合金。也可根據(jù)成分分金屬料和非金屬料脫氧劑：錳鐵硅鐵鋁：石灰螢石白云石：廢鋼鐵礦石氧化鐵皮煉鋼原料主原料輔助原料鐵水廢鋼造渣劑冷卻劑氧化劑（氧氣）41.主原料1)鐵水：是轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本原料（70~100%），鐵水的物理熱與化學(xué)熱是氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本熱源。主要要求成分：[Si]、[Mn]、[P]、[S]、[C]溫度：轉(zhuǎn)爐煉鋼重要發(fā)熱元素，[Si]↑0.1%，廢鋼比↑1.3~1.5%；[Si]過(guò)高，渣量增加，引起噴濺；渣中（SiO2）↑，爐齡↓；高爐焦比↑錳是弱發(fā)熱元素，鐵水中錳氧化后形成的(MnO)可促進(jìn)石灰溶解，加快成渣；減少氧槍粘鋼，終點(diǎn)鋼中余錳高，能夠減少合金用量，利于提高金屬收得率；錳在降低鋼水硫含量和硫的危害方面起到有利作用。Mn/Si的比值為0.8～1.00時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)爐的冶煉操作控制最為有利。當(dāng)前使用較多的為低錳鐵水，一般鐵水中[Mn]=0.20％～0.40％。磷是強(qiáng)發(fā)熱元素，磷會(huì)使鋼產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象，通常是冶煉過(guò)程要去除的有害元素。磷在高爐中是不可去除的，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的脫磷效率在85％～95％，鐵水中磷含量越低，轉(zhuǎn)爐工藝操作越簡(jiǎn)化，并有利于提高各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。如使用ωP＞1.50％的鐵水煉鋼時(shí)，爐渣可以用作磷肥。除了含硫易切鋼(要求ωS=0.08％～0.30％)以外，絕大多數(shù)鋼中硫是有害元素。轉(zhuǎn)爐中硫主要來(lái)自金屬料和熔劑材料等，而其中鐵水的硫是主要來(lái)源。在轉(zhuǎn)爐內(nèi)氧化性氣氛中脫硫是有限的，脫硫率只有35％～40％。由于低硫ωs＜0.01％的優(yōu)質(zhì)鋼需求量增長(zhǎng)，因此用于轉(zhuǎn)爐煉鋼的鐵水要求ωs＜0.020％。這種鐵水很少，為此必須進(jìn)行預(yù)處理，降低入爐鐵水硫含量。鐵水溫度的高低是帶入轉(zhuǎn)爐物理熱多少的標(biāo)志，鐵水物理熱約占轉(zhuǎn)爐熱收入的50％。因此，鐵水的溫度不能過(guò)低，否則熱量不足，影響熔池的溫升速度和元素氧化過(guò)程，也影響化渣和去除雜質(zhì)，還容易導(dǎo)致噴濺。入爐鐵水溫度應(yīng)大于1250℃，以利于轉(zhuǎn)爐的熱行，成渣迅速，減少?lài)姙R。小型轉(zhuǎn)爐和化學(xué)熱量不富裕的鐵水，保證鐵水的高溫入爐極為重要;轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)入爐鐵水的溫度還要相對(duì)穩(wěn)定，如果相鄰幾爐的鐵水入爐溫度有大幅的變化，就需要在爐與爐之間對(duì)廢鋼比作較大的調(diào)整，這對(duì)生產(chǎn)管理和冶煉操作都會(huì)帶來(lái)不利影響。轉(zhuǎn)爐中主要發(fā)熱元素。鐵水中3.5%-4.5%對(duì)鐵水帶渣量的要求：

高爐渣中含SiO2、和Al2O3量較高，過(guò)多的高爐渣進(jìn)入轉(zhuǎn)爐內(nèi)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐鋼渣量大，石灰消耗增加，造成噴濺，降低爐襯壽命，因此，鐵水在進(jìn)轉(zhuǎn)爐前應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)入轉(zhuǎn)爐的鐵水要求帶渣量不得超過(guò)0.5%。廢鋼的來(lái)源分類(lèi)

廢鋼本廠(chǎng)廢鋼本廠(chǎng)廢鋼本廠(chǎng)廢鋼返回料（廢鋼錠、軋鋼切頭等）回收料（加工廢料、報(bào)廢設(shè)備等）外購(gòu)廢鋼加工工業(yè)的廢料（機(jī)械、造船、汽車(chē)等）鋼鐵制品報(bào)廢件（船舶、車(chē)輛、機(jī)械設(shè)備、土建材料）3.1.2廢鋼

轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼均使用廢鋼，廢鋼是電弧爐煉鋼的基本原料，用量約70~90%；對(duì)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，既是主原料之一，也是冷卻效果穩(wěn)定的冷卻劑。通常占裝入量的10%～30％以下，適當(dāng)?shù)卦黾訌U鋼比，可以降低轉(zhuǎn)爐鋼消耗和成本。

隨著煉鋼的精料化，鐵水化學(xué)熱和物理熱減少，廢鋼比也降低?！鲛D(zhuǎn)爐煉鋼對(duì)廢鋼的要求：1)廢鋼的外形尺寸和塊度

應(yīng)保證能從爐口順利加入轉(zhuǎn)爐。廢鋼的長(zhǎng)度應(yīng)小于轉(zhuǎn)爐口直徑的1/2，廢鋼單重一般不應(yīng)超過(guò)300kg。國(guó)標(biāo)要求廢鋼的長(zhǎng)度不大于1000mm，最大單件重量不大于800kg。2）廢鋼中不得混有鐵合金

嚴(yán)禁混入銅、鋅、鉛、錫等有色金屬和橡膠，不得混有封閉器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。廢鋼的硫、磷含量均不大于0.050%。3）廢鋼應(yīng)清潔干燥

不得混有泥沙，水泥，耐火材料，油物等。4）不同性質(zhì)的廢鋼分類(lèi)存放

非合金鋼、低合金鋼廢鋼可混放在一起，不得混有合金廢鋼和生鐵。合金廢鋼要單獨(dú)存放，以免造成冶煉困難，產(chǎn)生熔煉廢品或造成貴重合金元素的浪費(fèi)5）廢鋼的預(yù)熱目的：提高廢鋼比，降低生產(chǎn)成本。方法及效果：利用鐵水罐余熱和燃料燃燒加熱。（首鋼）將廢鋼裝入鐵水罐中，置于煤氣烘烤器下烘烤30～40min，然后接鐵水一并倒入轉(zhuǎn)爐，廢鋼比提高10%。鐵合金：吹煉終點(diǎn)脫除鋼中多余的氧，并調(diào)整成分達(dá)到鋼種規(guī)格，需加入鐵合金以脫氧合金化。作用：脫氧劑、合金劑。種類(lèi)：主要是Fe-Si、Fe-Mn、Mn-Si及Al，根據(jù)常煉鋼種不同還可能有Fe-Cr、Fe-W、Fe-Mo、Ni等合金。要求：化學(xué)成分及質(zhì)量均應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；

塊度合適（10～50mm）；保持干燥，潔凈，用前烘烤；保證鋼質(zhì)量的前提下，選用價(jià)格便宜的鐵合金。3、輔助材料1）造渣劑石灰（CaO）螢石（CaF2）生白云石（CaMg(CO3)2

）菱鎂礦（MgCO3

）合成造渣劑錳礦石石英砂（主要成分是SiO2

）石灰是煉鋼主要造渣材料，具有脫P(yáng)、脫S能力，也是用量最多的造渣材料。其質(zhì)量好壞對(duì)冶煉工藝操作，產(chǎn)品質(zhì)量和爐襯壽命等有著重要影響。特別是轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)間短，要在很短的時(shí)間內(nèi)造渣去除磷、硫，保證各種鋼的質(zhì)量。對(duì)石灰質(zhì)量的要求：(1)有效CaO含量高;(2)硫含量低;(3)殘余CO2少;(4)活性度高造渣加入螢石可以加速石灰的溶解，螢石的助熔作用是在很短的時(shí)間內(nèi)能夠改善爐渣的流動(dòng)性，但過(guò)多的螢石用量，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的泡沫渣，導(dǎo)致噴濺，同時(shí)加劇爐襯的損壞，并污染環(huán)境。焙燒后為熟白云石，其主要成分CaO與MgO。保持渣中有一定的MgO含量，以減輕初期酸性渣對(duì)爐襯的侵蝕，提高爐襯壽命，生白云石也是濺渣護(hù)爐的調(diào)渣劑。菱鎂礦也是天然礦物，主要成分是MgCO3，焙燒后用作耐火材料，也是目前濺渣護(hù)爐的調(diào)渣劑。合成造渣劑是將石灰和熔劑預(yù)先在爐外制成的低熔點(diǎn)造渣材料，然后用于爐內(nèi)造渣。是改善冶煉效果的有效措施。作為合成造渣劑中熔劑的物質(zhì)有：氧化鐵、氧化錳或其它氧化物、螢石等。加入錳礦石有助于化渣，也有利于保護(hù)爐襯，若是半鋼冶煉更是必不可少的造渣材料。要求ωMn≥18％，ωP<0.20％，ωS<0.20％，粒度在20～80mm。石英砂也是造渣材料，其主要成分是SiO2，用于調(diào)整堿性爐渣流動(dòng)性。對(duì)于半鋼冶煉，加入石英砂利于成渣，調(diào)整爐渣堿度以去除P、S。要求使用前應(yīng)烘烤干燥水分應(yīng)小于3％。2）增碳劑

冶煉過(guò)程中，由于配料或裝料不當(dāng)以及脫碳過(guò)量等原因，有時(shí)造成鋼中碳含量沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的要求，這時(shí)要向鋼液中增碳。常用的增碳劑有增碳生鐵、電極粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭粉。轉(zhuǎn)爐冶煉中，高碳鋼種時(shí)，使用含雜質(zhì)很少的石油焦作為增碳劑。3）鋼包渣改質(zhì)劑

稀釋法改質(zhì)劑：石灰、螢石、錳鐵粉或碳化硅粉等原料配成合成渣料，出鋼后放到鋼包頂渣上，達(dá)到降低鋼包渣氧化鐵的作用，常用脫氧效果最好的電石基鋼包渣改質(zhì)劑，產(chǎn)物是氣體。但會(huì)增碳。

渣洗法改質(zhì)劑：將改質(zhì)劑在出鋼前放在鋼包底部或出鋼時(shí)加到鋼流沖擊處，利用鋼流的沖擊動(dòng)能，使改質(zhì)劑與鋼水快速混合，溶化且與鋼水發(fā)生脫硫、脫氧、吸收并促使夾雜上浮、改善夾雜形態(tài)等反應(yīng)，同時(shí)起到改變鋼包頂渣作用。4）氧化劑氧氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要氧化劑，其純度達(dá)到或超過(guò)99.6%，氧氣壓力要穩(wěn)定，并脫除水分。氧化鐵亦稱(chēng)鐵磷，是鋼坯加熱，軋制和連鑄過(guò)程中產(chǎn)生的氧化殼層，鐵量約占70%-75%。氧化鐵皮還有助于化渣和冷卻作用，使用時(shí)應(yīng)加熱烘烤，保持干燥。鐵礦石中鐵的氧化物存在形式是Fe2O3、Fe3O4和FeO其氧含量分別是30.06%，27.64%和22.28%。3.2轉(zhuǎn)爐煉鋼原料供應(yīng)系統(tǒng)鐵水供應(yīng)的方式（1）鐵水罐車(chē)供應(yīng)鐵水（2）混鐵爐供應(yīng)鐵水（3）混鐵車(chē)供應(yīng)鐵水（4）“一罐到底”供應(yīng)鐵水1、轉(zhuǎn)爐用鐵水的供應(yīng)方式及特點(diǎn)：主要由鐵水包或魚(yú)雷罐車(chē)或鐵水罐運(yùn)送。魚(yú)雷罐車(chē)容量大，熱損少。是鐵水的輸送和中間貯存設(shè)備，以協(xié)調(diào)高爐與轉(zhuǎn)爐之間鐵水供求的不一致性，保證供應(yīng)及時(shí)。同時(shí)還有均勻不同高爐和不同時(shí)間的鐵水作用。工藝流程：高爐—魚(yú)雷罐車(chē)—鐵水包—稱(chēng)量—鐵水預(yù)處理—扒渣—轉(zhuǎn)爐鐵水包直接熱送，減少溫降：高爐—鐵水包—扒渣—鐵水預(yù)處理—扒渣—稱(chēng)量—轉(zhuǎn)爐。鐵水罐直接熱送，溫度波動(dòng)大：高爐—鐵水罐—扒渣—前翻鐵水支座或吊車(chē)—鐵水包—稱(chēng)量—預(yù)處理—扒渣—轉(zhuǎn)爐?；扈F爐的構(gòu)造：

（1）爐體；

（2）爐蓋開(kāi)閉機(jī)構(gòu)；

（3）爐體傾動(dòng)機(jī)構(gòu)

混鐵爐容量和座數(shù)的配置混鐵車(chē)混鐵車(chē)由罐體、罐體支撐機(jī)構(gòu)、傾翻機(jī)構(gòu)和車(chē)體等部分組成，如圖所示。3.2.2廢鋼的供應(yīng)①用橋式吊車(chē)吊掛廢鋼槽向轉(zhuǎn)爐倒入：吊車(chē)可共用，速度慢。②用落地式加料機(jī)：速度，避免了與兌鐵水吊車(chē)的干擾鐵合金的供應(yīng)組成：由貯存、運(yùn)送、稱(chēng)量和向鋼包加料等用途：鐵合金用于鋼水的脫氧和合金化類(lèi)型：錳鐵、硅鐵、硅錳鐵和鋁等。3.2.2.2廢鋼的加入設(shè)備

A、廢鋼料槽3.2.2.2廢鋼的加入設(shè)備

B、廢鋼加料車(chē)3.3轉(zhuǎn)爐煉鋼的裝料制度轉(zhuǎn)爐煉鋼的裝料制度包括裝入量、廢鋼比和裝料操作三方面的內(nèi)容。3.3.1裝入量的確定3.3.3.1確定依據(jù)：1）溶池深度要合理；2）爐容比要合適。3.3.3.2裝入制度的類(lèi)型：1）定量裝入；2）定深裝入；3）分階段定量裝入3.3.2廢鋼比廢鋼比——廢鋼的加入量占金屬料裝入量的百分比，稱(chēng)為廢鋼比廢鋼比的重要性：提高廢鋼比可以減少鐵水的用量，從而有助于降低轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)成本，同時(shí)可減少石灰的用量和渣量，有利于減輕吹煉中的噴濺，提高冶煉收得率；另外，還可以縮短吹煉的時(shí)間，減少氧氣消耗，增加產(chǎn)量。廢鋼比的影響因素：貼水的溫度和成分、所煉鋼種、冶煉中的供氧強(qiáng)度和槍位、轉(zhuǎn)爐容量和爐襯的厚度。3.3.3裝料操作：先兌鐵水，后加廢鋼。

1、裝料次序

對(duì)使用廢鋼的轉(zhuǎn)爐，一般先裝廢鋼后裝鐵水。先加潔凈的輕廢鋼，再加入中型和重型廢鋼，以保護(hù)爐襯不被大塊廢鋼撞傷，而且過(guò)重的廢鋼最好在兌鐵水后裝入。

為了防止?fàn)t襯過(guò)分急冷，裝完廢鋼后，應(yīng)立即兌入鐵水。爐役末期,以及廢鋼裝入量比較多的轉(zhuǎn)爐也可以先兌鐵水,后加廢鋼。

2、裝入量裝入量指煉一爐鋼時(shí)鐵水和廢鋼的裝入數(shù)量，它是決定轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量、爐齡及其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主要因素之一。裝入量中鐵水和廢鋼配比是根據(jù)熱平衡計(jì)算確定。通常，鐵水配比為70%-90%，其值取決于鐵水溫度和成分，爐容比、冶煉鋼種、原材料質(zhì)量和操作水平等。

確定裝入量時(shí)，考慮的因素：

爐容比：它是指轉(zhuǎn)爐內(nèi)自由空間的容積與金屬裝入量之比(m3/t)，通常在0.7-1.0波動(dòng)，我國(guó)轉(zhuǎn)爐爐容比一般0.75。熔池深度：合適的熔池深度應(yīng)大于頂槍氧氣射流對(duì)熔池的最大穿透深度，以保證生產(chǎn)安全，爐底壽命和冶煉效果。爐子附屬設(shè)備：應(yīng)與鋼包容量、澆注吊車(chē)起重能力、轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)力矩大小、連鑄機(jī)的操作等相適應(yīng)?？刂蒲b入量的方法目前國(guó)內(nèi)采用三種即定量裝入量、定深裝入量和分階段定量裝入法?！舳垦b入量指整個(gè)爐役期間，保證金屬料裝入量不變；◆定深裝入量指整個(gè)爐役期間，隨著爐子容積的增大依次逐漸增大裝入量，保證每爐的金屬熔池深度不變；◆分階段定量裝入法指將整個(gè)爐按爐膛的擴(kuò)大程度劃分為若干階段，每個(gè)階段實(shí)行定量裝入法。分階段定量裝入法兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)中最常見(jiàn)的裝入制度。

目前，國(guó)內(nèi)的大中型轉(zhuǎn)爐均采用混鐵爐（轉(zhuǎn)爐容量的15～20倍）供應(yīng)鐵水，即高爐來(lái)的鐵水儲(chǔ)存在混鐵爐中，用時(shí)倒入鐵水罐天車(chē)兌入（解決高爐出鐵與轉(zhuǎn)爐用鐵不一致的矛盾，同時(shí)保證鐵水的溫度穩(wěn)定，成分波動(dòng)?。粡U鋼則是事先按計(jì)算值裝入料斗，用時(shí)天車(chē)加入。目前國(guó)內(nèi)各廠(chǎng)普遍采用濺渣護(hù)爐技術(shù)，因而多為先加廢鋼后兌鐵水，可避免兌鐵噴濺。但補(bǔ)爐后的第一爐鋼應(yīng)先加鐵水后兌加廢鋼。3.4電弧爐煉鋼的主原料鋼鐵料：廢鋼、生鐵、直接還原鐵、熱壓塊鐵、脫碳粒鐵；合金材料：鐵合金、純金屬合金等；造渣材料：石灰、螢石、火磚塊等；氧化劑：氧氣、鐵礦石、氧化鐵皮；脫氧劑：塊狀、粉狀；單一、復(fù)合；一般是Fe-Mn塊、Fe-Si塊、Al塊、Mn-Si塊、Ca-Si塊、電石、C粉、Fe-Si粉、Al粉，等等；增碳劑：焦炭粉、電極粉、低P、S生鐵塊；電極：石墨電極（分為一般功率用和超高功率用）一、廢鋼按來(lái)源分類(lèi)：返回廢鋼：包括廢鋼錠、湯道、注余、切頭、切尾、廢鑄件、試樣等；外來(lái)廢鋼：包括廢舊設(shè)備、沖壓邊角料、車(chē)屑、生活廢品等。按化學(xué)成分：碳素廢鋼：包括普碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、碳素彈簧鋼等；合金廢鋼：一般為合金鋼的返回料，包括滾珠鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高速工具鋼等。按尺寸及單重分：重型廢鋼：100～2000kg；中型廢鋼：10～100kg；小型廢鋼：1～10kg；輕型廢鋼：需打包成壓塊鋼屑、渣鋼等：需打包或切割。廢鋼一般要求：①、清潔少銹，少油污；②、Cu、As、Sn、Pb、Zn等有色金屬?lài)?yán)禁帶入；③、嚴(yán)禁爐料中混入密封容器、易燃易爆物及有毒物；④、S、P含量少；⑤、尺寸合適。二、生鐵、廢鐵和軟鐵生鐵：用途：（1）配料：配入量：10~20%，生鐵牌號(hào)：P08、P10；（2）增C：采用優(yōu)質(zhì)低P、S生鐵，生鐵牌號(hào)：S10、S15。廢鐵：用途：配料，代替生鐵；包括廢鋼錠模、澆注底盤(pán)、中注管外套、廢鑄鐵件等，配入量≤配料量的10%。軟鐵（工業(yè)純鐵）：用于還原期調(diào)低C?！虬p廢→重廢三、直接還原鐵（DRI）、熱壓鐵塊（HBI）和脫碳粒鐵：

直接還原鐵：DirectReducedIron—DRI，是以鐵礦石或精礦粉為原料，在直接還原爐內(nèi)，在低于爐料的熔化溫度下，以CO或H2（氣基）或煤炭（煤基）作還原劑，所還原得到的金屬鐵產(chǎn)品。

熱壓鐵塊：HotBriquetteIron—HBI，由海綿鐵或金屬化球團(tuán)趁熱壓制成形是產(chǎn)品，稱(chēng)為熱壓塊鐵。HBI比DRI密度高，不易氧化和破碎。脫碳粒鐵：高爐生鐵?；?，在回轉(zhuǎn)窯中被CO2脫碳后的產(chǎn)品，稱(chēng)為脫碳粒鐵。C：0.2~2.0%，粒度5~15mm