炼钢工艺与设备

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2)废钢
废钢是电弧炉炼钢的基本原料，用量约 70~90%；对氧气顶吹转炉炼钢，既是主原 料之一，也是冷却效果稳定的冷却剂。通 常占装入量的30％以下，适当地增加废钢 比，可以降低转炉钢消耗和成本。
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返回料（废钢锭、轧钢切头）
本厂废钢
回收料（加工废料，报废设备）
废钢的分类：
加工工业的废料 （机械、造船、汽车等行业的废钢、车削等）
电弧炉炼钢主要是供入强大电流，炉内石墨电极与废钢（钢液） 形成电弧热，通过熔化-氧化-还原等手段，以获得所要求的钢液，
浇成（模铸、连铸）合格钢钢锭或铸坯。
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二 、炼钢用原材料
炼钢用原材料一般分为主原料、辅原 料和各种铁合金。
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1.金属料
• 1)铁水：占金属料的（70~100%） 主要要求 成分：[Si]、[Mn]、[P]、[S] 温度：1200——1350度
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2.辅助材料
石灰（CaO） 萤石（CaF2）
生白云石（CaMg(CO3)2 ）
1）造渣剂
菱镁矿（MgCO3 ）
合成造渣剂 锰矿石 石英砂（主要成分是SiO2 ）
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2) 冷却剂
氧气顶吹转炉炼钢过程热量有 富余，因而根据热平衡计算加入一 定数量的冷却剂，以准确地命中终 点温度。冷却剂包括:废钢 、生铁 块 、铁矿石和氧化铁皮 、石灰石 等。
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3.转炉炼钢工艺
1)吹炼全程模拟
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2)氧气转炉炼钢技术的发展可化分为三个时期： ①转炉大型化时期（1950～1970年）
炉炼钢工艺与设备。先后开发出大型化转炉设 计制造技术、 OG 法除尘与煤气回收技术、计 ③转炉综合优化时期（ 1990年以后） 由于连铸技术的迅速发展，出现了全连铸的炼 算机静态与副枪动态控制技术、镁碳砖综合砌 炉与喷补挂渣等护炉工艺技术。 钢车间。对转炉炼钢的稳定性和终点控制的准 确性提出了更高的要求。为了改善转炉吹炼后 围绕纯净钢生产，研究开发出铁水“三脱” 期钢——渣反应远离平衡，实现平稳吹炼的目 预处理、高效转炉生产、全自动吹炼控制与溅 标，综合顶吹、底吹转炉的优点，研究开发出 渣护炉等重大新工艺技术。降低了生产成本、 各种顶底复合吹炼工艺技术，在世界上迅速推 大幅度提高了生产效率。现代转炉炼钢采用的 广。 重大技术有：转炉大型化技术、转炉复合吹炼 技术、煤气回收与负能炼钢技术、全自动转炉 吹炼控制技术、溅渣护炉与转炉长寿技术。 以转炉大型化技术为核心，逐步完善了转 ②转炉复合吹炼时期（ 1970～1990年）
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供气系统（1）
• 氧枪
• 枪身由三层无缝钢管套装而 成；内层与中层管之间的环 缝是冷却水进水通道，中层 与外层间的环缝为出水通道。 • 氧气流速为45~50m/s (氧气从氧枪
出口处，经过拉瓦尔喷头，速度提升为2M)。
• 水速为6~7m/s。
• 枪头
• 喷孔为拉瓦尔管，可获得 Ma=2.0左右的超音速气流。
净化系统-可调喉口文氏管（二文）
• 工作原理与一文相
似，不同在于喉口
可调，可以随炉气 量变化而变化，以 维持喉口流速，主 要用于精除尘，效
率可达98%。
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辅助设备—副枪
• 副枪用于了解吹炼 过程某一时刻成分 与温度 ，实现动态 控制。由枪身及探 头组成 ，钢液由探 头侧面小孔流入样 杯。可测温、取样、 定碳、测定熔池高 度。
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3)转炉炼钢生产工艺
• • • • • •
装料制度 造渣制度 供气制度 温度制度 出 钢 脱氧及合金化
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装料制度
装入量是指每炉装入 的铁水和废钢的总量 ,一般 废钢占 15~30%, 装入量分 为三种形式: 1. 定量装入 : 整个炉役期保持 每炉的金属装入量不变; 2. 定深装入 : 随容积的扩大而 增加装入量,保持熔池的深 度不变; 3. 分阶段定量装入 : 将整个炉 役分为若干阶段,每阶段定 量装入.
炼钢工艺与设备概览
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主要内容
一 炼钢的基本任务
二 炼钢用原材料
三 转炉炼钢工艺与设备 四 电弧炉炼钢工艺与设备
五 连续铸钢工艺与设备
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钢铁生产流程
一 、炼钢的基本任务
炼钢的基本任务包括： 1.脱碳、脱磷、脱硫、脱氧； 2.去除有害气体和夹杂； 3.提高温度； 4.调整成分
炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢基 本任务。 氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是以供入纯氧气，配合炉顶高位料 仓加入石灰、白云山、氧化铁皮、出钢时加入合金材料等，
• 分三大类：
• 钢管型、砖型、细钢管多 孔型（如图），不锈钢管 内径为0.4~4mm，每块砖 埋设10~150根。耐火砖为 高纯度镁砂+石墨并配加 一定量的防氧化剂制成。
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净化系统
净化系统由以下部分组成：
活动烟罩
弯头脱水器
汽化冷却烟道
定径溢流文氏管
可调喉口文氏管
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净化系统-活动烟罩
• 炉口上方的烟罩用于 烟气收集，需通水冷 却。 由固定段与活动段组成， 吹炼时活动段下降，缝 隙用 N2 幕密封或采用 微压差法以防止烟气外 溢。转炉倾动时活动烟 罩升起。
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供气制度(底部供气)
底吹类型
非氧化性气体:Ar、N2 氧化性气体:O2、CO2、空气
底吹过程
吹炼前期N2搅拌,后期N2、 Ar 切 换 ; 底 部 供 气 强 度 ≯0.3Nm3/t.min
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温度制度
随铁水中元素氧 化 , 金属液相线温度升 高 , 浇注也要求过热度 , 升温是炼钢重要任务 之一. 出钢温度T的确定:
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辅助设备—挡渣机构
• 由于合金化过程将降 低钢液的氧化性，因 此，要防止炉内含有 （ P2O5 ）的 高 氧 化 性 渣进入钢包造成回 P， 必须进行挡渣操作， 采用挡渣机构在即将 完成出钢前将挡渣球 送入炉内，防止炉渣 进入钢包。
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4.电弧炉炼钢的设备及工艺
• 1）电弧炉的设备
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三维电弧炉炉体图
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转炉系统
转炉本体
炉底:分截锥型和球冠型; 炉帽:为截椎型,减少喷溅 及热损失; 炉身:采用圆柱形;
转炉炉型
指转炉内部自由 空间的几何形状 , 分为 筒球型、锥球型、截 锥型。
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转炉系统
• 托圈
• 用以支撑转炉和传递倾动 力矩的金属构件。
• 耳轴
• 转炉左右耳轴是阶梯形圆 柱体，由长侧耳轴低速转 动将大扭矩从倾动机构传 递给托圈。 • 耳轴与托圈的连接为法兰 盘螺栓连接。
①脱S基本反应 ②脱S工艺 ③扒渣
常用铁水脱S剂:碳化钙、石灰、苏打、金 属镁及其组成的复合脱S剂,基本反应: CaC2+[S]=CaS(s)+2[C] 广泛采用喷粉法 在混铁车中采用喷吹金属 CaO(S),+[S]=CaS (s)+2[O] 镁+石灰粉的复合脱 S剂脱 S,双孔喷枪插入, Na2O+[S]=Na 2O(l)+[O] 深度为1.0~1.5m, 处理时间 8~10min, 脱S率 Mg(g) +[S]=MgS (s) 75~82%. 扒除予处理渣,避免回P,回S.
合金化
向钢水中加入合金元素使其 达到成品钢成分要求
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4)转炉冶炼的物料平衡及热平衡
• 物料平衡 • 热平衡
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5)转炉炼钢的主要设备
• • • • • 供料系统 转炉系统 供气系统 净化系统 辅助设备
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供料系统
• 包括铁水供应、废钢 供应、散状料和铁合金供 应.高炉铁水直接装入鱼雷 罐车运至炼钢车间.废钢用 废钢槽运到炉前.散状料供 应系统包括散状料场、地 下料仓、运料设施、转炉 上方高位料仓、称量和加 料设备.铁合金料仓及称量 和输送设备、向钢包加料 设备组成。
T= 浇注钢种液相线温度 + 浇 注过热度 + 钢水镇静及炉 外精炼温度降 + 出钢温度 降
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出钢
出钢过程
先测定[C]、[P]、 [S]及T,判断是否满足 出钢要求,否则补吹;采 用挡渣技术与红包出 钢.
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脱氧及合金化
脱氧
吹 炼 终 点 钢 水 [O]=0.02~0.08%, 向 钢 中 加 入一种 ( 或几种 ) 与氧亲和力 比 Fe 大的元素 , 常用脱氧剂 Fe-Si 、 Fe-Mn 、 Al 、 Si-AlCa、Si-Al-Ba等；
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3）氧化剂
氧气
氧气是氧气转炉炼钢的主要氧 化剂，要求含氧量达到99.5％以上， 并脱除水分。氧压为6~12×105Pa。 工业用氧是通过制氧机把空气中的氧 气分离、提纯来实现的。
铁矿石
铁矿石要求含铁高，P和水分低；
氧化铁皮
氧化铁皮要求杂质含量少，不含油 污和水分。
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4）还原剂和增碳剂
电炉炼钢中需要使用还原剂和增碳剂 包括：石墨电极、木炭、焦炭、电石、 硅铁、硅钙、铝等；
外购废钢
钢铁制品的报废件 （船舶、车辆、机械设备、土建材料等）
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3）铁合金
吹炼终点脱除钢中多余的氧，并 调整成分达到钢种规格，需加入铁合 金以脱氧合金化。 炼钢常用的合金有 Fe-Mn 、 Fe-Si 、 Mn-Si 合金、 Ca-Si合金、铝、 Fe-Al 、 复合脱氧剂等。其化学成分及质量均 应符合国家标准规定。
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净化系统-弯头脱水器
• 利用烟气做旋转 90° 的运动时，含尘水滴 在离心力的作用下被
甩至脱水器叶片及器
壁，通过排水槽排走。 达到烟气净化的目的。
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净化系统-汽化冷却烟道
• 其 用 是 将 1400~1500℃ 的 烟 气 冷 却至 800~1000 ℃. 结构 为密排式无缝钢管排 列围成筒状 , 冷却水从 烟道下部通入 , 流经无 缝钢管时 , 由于吸收高 温烟气的热量而汽化 , 从而将高温烟气冷却.
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作
净化系统-定径溢流文氏管（一文）
• 属于两级全湿法除尘 的第一级 , 起降温和粗 除尘的作用 , 由收缩段、 喉口、扩张段组成， 烟气被收缩段加速并 冲击水幕，迅速吸收 热量汽化，使烟气温 度 由 1000℃ 下 降 至 70~80℃，细小水滴捕 集烟尘并去除，一文 的效率为90~95%。
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供气系统（2）
• 升降机构
• 吹炼中用于调整枪位时 , 由卷扬机、平衡锤、滑轮、 钢绳卷筒组成，当卷扬机 提升平衡锤时，氧枪及升 降小车因自重下降；当卷 扬机防下平衡锤时，因氧 枪和升降小车的质量小于 平衡锤而被提升。
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供气系统（3）
• 底部供气元件
• 影响搅拌、炉子寿命、钢 种质量及经济效益；
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1)铁水予处理的类型
• 近年来，铁水预处理技术发展很快，内容也更加丰富，手段多样化。
• • • •
铁水脱S 铁水脱Si 铁水同时脱P、脱S 铁水提V、提Nb
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2)铁水脱硫预处理的设备
• • • • • 鱼雷罐车 喷粉罐 喷枪 扒渣机 铁水罐
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3)铁水预处理生产模拟Байду номын сангаас
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4)铁水预处理生产工艺
转炉炼钢中冶炼中高碳钢时，一般使用含 灰份少的石油焦做增碳剂。
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三 氧气转炉炼钢原理及工艺
1.转炉炼钢生产模拟
2.铁水予处理 3.转炉炼钢过程
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1.转炉炼钢车间——生产模拟
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2.铁水预处理过程
指铁水在兑入炼钢炉之前，为去 除或提取某种成分而进行的处理过程。 对铁水的炉外脱 S 、脱 P 和脱 Si ，即三 脱技术就属于铁水预处理的一种。铁 水进行三脱可以改善炼钢主原料的状 况，实现少渣或无渣操作，简化炼钢 操作工艺，以经济有效地生产低 P、 S 优质钢。
2:炉渣氧化性:用∑(%FeO)表示,
3. 渣中 (MgO): 为防止炉渣侵蚀
4. 造渣方法 : 单渣法、双渣法、
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供气制度
• 顶部供气
• 底部供气
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供气制度(顶部供气)
供氧操作控制以下参数: 氧气流量:单位时间向熔池吹 入氧气体积; 供氧强度:单位时间向熔池吨 钢提供氧气的体积; 氧气工作压力:设定压力测定 点的氧气压力(0.8~1.2MPa); 枪位:喷头至静止金属熔池液 面的距离(化渣枪位、基本 吹炼枪位、拉碳枪位)
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造渣制度
造渣制度包括以下内容:
1. 炉渣碱度和石灰加入量 :
碱度指渣中碱性氧化物/酸性氧化 物，一般为 2.5~4.0 ，高 [S] 、 [P] 铁水控制在 3.5~4.0, 吨钢石灰消 耗70~80kg 高利于成渣,脱P,但降低金属回收 率.一般初期高,终点15%左右,[C]、 [P]要求高时，控制在20~25%。 炉衬 , 造渣时加入含镁材料 , 一般 终渣 (MgO) 为 6~8%, 采用溅渣护 炉则8~10%. 双渣留渣法 . 渣料分批加入 , 开吹 时加入1/2~1/3,其余分批加入.
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放入“狗屋”里面的电弧炉
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• • • • • • • • • •
1—高压电缆 2—隔离开关 3—高压断路器 4 —电 抗 器 5—电抗器开关 6—电压转换开关 7 —变 压 器 8— 短 网 9—电 弧 10—钢 水