试谈转炉炼钢法的分类

转炉炼钢工艺

转炉炼钢工艺

绪论

1、转炉炼钢法的分类

转炉是以铁水为主要原料的现代炼钢方法。该种炼钢炉由圆台型炉帽、圆柱型炉身和球缺型炉底组成。炉身设有可绕之旋转的耳轴，以满足装料和出钢、倒渣操作，故而得名。

酸性空气底吹转炉——贝塞麦炉（英国1856年）

空气转炉{ 碱性空气底吹转炉——托马斯炉（德国1878年）

碱性空气侧吹转炉（中国1952年）

转炉{ 氧气顶吹转炉——LD（奥地利1952年）

氧气转炉{ 氧气底吹转炉——OBM（德国1967年）

顶底复吹转炉（法国1975年）

2、氧气顶吹转炉炼钢法简介

(1) 诞生的背景及简称

现代炼钢生产首先是一个氧化精炼过程，最初的贝氏炉和托马斯炉之所以采用空气吹炼正是利用其中的氧。二次世界大战以后，工业制氧机在美国问世，使利用纯氧炼钢成为可能，但原来的底吹方式炉底及喷枪极易烧坏。美国联合碳化物公司于1947年在实验室进行氧气顶吹转炉的实验并获成功，命名为BOF。奥地利闻之即派有关专家前往参观学习，回来后于1949年在2吨的转炉上进行半工业性实验并获成功，1952年、1953年30吨氧气顶吹转炉分别在Linz和Donawitz建成投产，故常简称LD。

1967年12月德国与加拿大合作发明了氧气底吹转炉，使用双层套管喷嘴并通以气态碳氢化合物进行冷却。

1975年法国研发了顶底复吹转炉，综合了LD和OBM的优点，77年在世界年会上发表。

(2) 氧气顶吹转炉的特点

1）优点

氧气顶吹转炉一经问世就显示出了极大的优越性，世界各国竟相发展，目前成为最主要的炼钢法。其优点主要表现在：

（1）熔炼速度快，生产率高（一炉钢只需20分钟）；

（2）热效率高，冶炼中不需外来热源，且可配用10%～30%的废钢；

（3）钢的品种多，质量好（高低碳钢都能炼，S、P、H、N、O及夹杂含量低）；

（4）便于开展综合利用和实现生产过程计算机控制。

2）缺点

当然，LD尚存在一些问题，如吹损较高（10%，）、所炼钢种仍受一定限制（冶炼含大量难熔元素和易氧化元素的高合金钢有一定的困难）等。

3 氧气转炉的发展趋势

对于氧气顶吹转炉的推广和普及首推日本迅速，且引导了LD的发展趋势：

（1）容量大型化（相对投资较小）；

（2）配加炉外精炼以增加品种，提高质量（理论上可炼任何钢种）；

（3）引入底吹技术，实施复合吹炼（减少喷溅，降低吹损）；

（5）实现冶炼过程计算机控制。

1转炉炼钢的原材料

引言

转炉炼钢所用原材料可分为金属料和非金属料两大类。原材料质量的好坏，不仅关系到吹炼操作的难易，而且会影响钢的产量、质量和生产成本。

1.1 金属料

转炉炼钢的金属料主要是铁水、废钢和铁合金。

1.1.1铁水

1 作用：转炉炼钢的主原料，一般占装入量的70%以上。

2 要求

铁水应符合一定要求，以简化和稳定操作并获得良好技术经济指标。

1）温度≥1250℃而且稳定

铁水温度的高低，标志着其物理热的多少。较高的铁水温度，不仅能保证转炉吹炼顺利进行，同时还能增加废钢的配加量，降低生产成本。因此，希望铁水的温度尽量高些，一般应保证入炉时仍在1250℃～1300℃以上。

另外，还希望铁水温度相对稳定，以利于冶炼操作和生产调度。

2）成分合适而且波动小

转炉炼钢的适应性较强，可将各种成分的铁水吹炼成钢。但是，为了方便转炉操作及降低生产成本，铁水的成分应该合适而稳定。

（1）铁水的含磷量≤0.4%：磷会使钢产生“冷脆”现象，是钢中的有害元素之一。转炉单渣法冶炼时的脱磷效果为85%～95%，普碳钢的含磷量通常要求≤0.04%,因此，国标规定铁水的含磷量小于0.4%。

需要指出的是，高炉内不能去磷，如果铁水的含磷量超过0.4%,或者吹炼低磷钢，则需采用双渣法冶炼或对铁水进行预脱磷处理。

（2）铁水的含硫量≤0.07%：硫会使钢产生“热脆”现象，也是钢中的有害元素。转炉的脱硫效果不理想，单渣法冶炼时的脱硫率仅为30%～35%，而通常要求钢液的含硫量在0.05%以下，因此国标规定铁水含硫量≤0.07%。

如果铁水含硫量超过0.07%或吹炼低硫钢，则需采用双渣法冶炼或对铁水进行预脱硫处理。（3）铁水的含硅量：铁水中的硅是转炉炼钢的主要发热元素之一，含硅量每增加0.1%，废钢比可增加1.3%～1.5%。对于大、中型转炉，铁水含硅量以0.5%～0.8%为宜。小型转炉的热损较大，铁水的含硅量可以高些。

若含硅量低于0.5%,铁水的化学热不足,会导致废钢比下降,小容量转炉甚至不能正常吹炼；反之，如果铁水含硅量高于0.8%,不仅会增加造渣材料的

消耗，而且使炉内的渣量偏大，过多的渣量容易引起喷溅，增加金属损失。

另外，铁水含硅量高时，初期渣子的碱度低，对炉衬的侵蚀作用加剧；同时，初期渣中的二氧化硅含量高，这会使渣中的FeO、MnO含量相对降低，容易在石灰块表面生成一层熔点为2130℃的2CaO•SiO2外壳，阻碍石灰熔化，降低成渣速度，不利于早期的去磷。

应该指出的是，一些钢厂铁水的含硅量超过了1.2%，个别的甚至达到了1.5%，对此应进行预脱硅处理，以减轻转炉的负担。

（4）铁水的含锰量：铁水中的锰是一种有益元素，主要体现在锰氧化后生成的氧化锰能促

使石灰溶解，有利于提高炉龄和减轻氧枪粘钢。

我国大多数钢铁厂所用铁水的含锰量都不高，多为0.2%～0.4%。提高铁水含锰量的方法主要是向高炉的原料中配加锰矿石，但这将会使炼铁生产的焦比升高和高炉的生产率下降。对于铁水增锰的合理性还需要做详细的技术经济对比，因此，目前对铁水含锰量不提硬性要求。（5）铁水的含碳量：碳也是转炉炼钢的主要发热元素，≥3.5%的含碳量即可满足冶炼要求，而通常铁水含碳4%左右，故一般不做要求。

国内一些转炉炼钢厂对铁水成分的控制见表（6）1-1。

3）带渣量≤0.5%

高炉渣中含有大量的S、SiO2，因此希望兑入转炉的铁水尽量少带渣，以减轻脱硫任务和减少渣量，通常要求带渣量不得超过0.5%。

3 铁水的预处理

定义：铁水在兑入转炉之前进行的脱硫、脱磷或脱硅操作叫做铁水预处理。

目的：减轻高炉、转炉的负担，提高生产率。

1）铁水炉外脱硫

铁水脱硫的条件比钢水优越（铁水中碳、硅、磷等元素的含量高，硫的活度系数大，同时铁水中的氧含量低），脱硫效率比钢水脱硫高4～6倍，经济上比转炉双渣法合算，因此铁水预脱硫技术已被国内外广泛采用。

基本思路：向铁水中加入脱硫剂使之化合入渣。

（1）脱硫剂及其特点：目前常用的铁水预脱硫剂主要有以下四种。

①电石粉（CaC2）

脱硫反应：CaC2（S）+[S]=CaS(S)+2[C]

特点：脱硫能力强，但脱硫过程中有少量CO和C2H2逸出，并带出电石粉，污染环境，因而必须安装除尘装置；价格较贵。

②石灰粉（CaO）

脱硫反应：2CaO(S)+[S]+1/2[Si]=CaS(S)+1/22CaO•SiO2（S）

特点：价格便宜，脱硫成本低，但单独使用时脱硫能力差，而且石灰表面会出现C2S，阻碍脱硫反应继续进行，降低脱硫速度和效率，为此，常配加适量的铝或苏打粉避免C2S的生成：

CaO(S)+[S]+2/3[Al]=CaS(S)+1/3Al2O3（S）

使脱硫速度和效率明显提高，如8图1-1。

③苏打粉（Na2CO3）

脱硫反应：Na2CO3（l）+[S]+[Si]=Na2S(l)+SiO2(S)+{CO}

特点：脱硫能力很强，且产生的气体具有搅拌作用，脱硫速度快，但价格贵且污染严重，现已很少使用，有时与其它粉剂配成复合脱硫剂。

④金属镁

脱硫反应：金属镁的沸点仅为1107℃，铁水温度下为气体，故脱硫反应为：

{Mg}+[S]=MgS(S)

特点：金属镁直接加入铁水时，会发生爆发式气化反应，不仅导致镁的利用率大大降低，而且还会引起铁水喷溅而造成事故，因此不能单独使用，常与其它粉剂组成复合脱硫剂。

在相同的铁水条件下，各脱硫剂的能力强弱顺序为：Na2CO3、CaC2、Mg、CaO，见9表1-3。

以上脱硫剂有的可单独使用，但多为几种配合使用，如电石粉+石灰粉、金属镁+电石粉、石灰粉+苏打粉、金属镁+石灰粉等，其脱硫能力有较大差别。

（2）脱硫的方法及效果：铁水预脱硫的基本工艺是向铁水中加入脱硫剂并使之混合而发生