第二章 转炉炼钢设备与工艺讲解

第二章转炉炼钢设备与工艺

一、炼钢原理

1、根据所炼钢种的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素的含量减少或增加到

规定范围的过程。

2、简单地说，是对生铁降碳、去硫、磷、调硅、锰含量的过程。这一过程基本上是一个氧化过

程，是用不同来源的氧(如空气中的氧、纯氧气、铁矿石中的氧)来氧化铁水中的碳、硅、锰等元素。反应生成的一氧化碳很容易从铁水排至炉气中而被除掉。生成的二氧化硅、氧化锰、氧化亚铁互相作用成为炉渣浮在钢水面上。

3、化学反应主要有：2FeO+Si ——2Fe+SiO2 FeO+Mn—— Fe+MnO

4、生铁中硫、磷这两种元素在一般情况下对钢是有害的，在炼钢过程中必须尽可能除去。在炼

钢炉中加入石灰(CaO)，可以去除硫、磷：2P+5FeO+3CaO—— 5Fe+Ca2(PO4)2(入渣)

5、在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧，是有害的杂质，使钢塑性变坏，轧

制时易产生裂纹。故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂(例如锰铁、硅铁和铝等)，以除去钢液中多余的氧：Mn＋FeO ——MnO＋Fe Si＋2FeO—— SiO2＋2Fe Al＋3FeO ——Al2O3＋3Fe

6、同时调整好钢液的成分和温度，达到要求可出钢，把钢水铸成连铸坯或钢锭。

二、炼钢方法

1、炼钢的方法主要有转炉、电炉和平炉三种。

（1）平炉炼钢的主要特点是可搭用较多的废钢(可搭用钢铁料的20—50％的废钢)，原料适应性强，所用的原料有废钢、废铁、铁矿石和溶剂（石灰石和生石灰）。反应所需的热量是由燃烧气体燃料（高炉煤气，发生炉煤气）或液体燃料（重油）所提供。但冶炼时间长，已被淘汰。

（2）转炉炼钢广泛采用氧气顶吹转炉或顶底复吹转炉，生产速度快(1座300吨的转炉吹炼时间不到20分钟，包括辅助时间不超过1小时，而300吨平炉炼1炉钢要7个小时)，品种多、质量好，可炼普通钢，也可炼合金钢。

（3）电炉炼钢是用电能作热源进行冶炼。原料可以是废钢、也可以是海绵铁，现代电弧炉甚至可以用大量铁水。主要用于冶炼特殊合金钢。

2、转炉炉型

（1）转炉炉型：指用耐火材料砌成的炉衬内形。转炉的炉型是否合理直接影响着工艺操作、炉衬寿命、钢的产量与质量以及转炉的生产率.

合理炉型的要求：

A、要满足炼钢的物理化学反应和流体力学的要求，使熔池有强烈而均匀的搅拌

B、符合炉衬被侵蚀的形状以利干提高炉龄；

C、减轻喷溅和炉口结渣，改善劳动条件；

D、炉壳易于制造炉衬的砌筑和维修方便。

炉型类型：按金属熔池形状的不同，转炉炉型可分为筒球型、锥球型和截锥型三种。

A 筒球型: 熔池形状由一个球缺体和一个圆筒体组成。它的优点是炉型形状简单，砌筑方

便炉壳制造容易。熔池内型比较接近金属液循环流动的轨迹，在熔池直径足够大时，能保证在较大的供氧强度下吹炼而喷溅最小，也能保证有足够的熔池深度，使炉衬有较高的寿命。大型转炉多采用这种炉型

B 锥球型: 熔池由一个锥台体和一个球缺体组成。这种炉型与同容量的筒球型转炉相比若熔

池深度相同则熔池面积比筒球型大，有利于冶金反应的进行，同时，随着炉衬的侵蚀熔池变化较小，对炼钢操作有利。欧洲生铁含磷相对偏高的国家采用此种炉型的较多。我国20 ~80t 的转炉多采用锥球型。对筒球型与锥球型的适用性，看法尚不一致。有人认为锥球型适用于大转炉（奥地利），有人却认为适用于小转炉（前苏联）。但世界上已有的大型转炉多采用筒球型。

C 截锥型: 截锥型熔池为上大下小的圆锥台。其特点是构造简单且平底熔池便于修砌这种

炉型基本上能满足炼钢反应的要求适用于小型转炉。我国30t 以下的转炉多用这种炉型。

国外转炉容量普遍较大故极少采用此种形式。此外，有些国家（如法国、比利时、卢森堡等）的转炉，为了吹炼高磷铁水，在吹炼过程中用氧气向炉内喷入石灰粉。为此他们采用了所谓大炉膛炉型，这种炉型的特点是：炉膛内壁倾斜，上大下小，炉帽的倾角较小（约

50 °）。因为炉膛上部的反应空间增大，故适应吹炼高磷铁水时渣量大和泡沫化严重的特点。

这种炉型的砌砖工艺比较复杂，炉衬寿命也比其他炉型低，故一般很少采用。

（2）转炉的公称容量

转炉的公称容量又称公称吨位，是炉型设计、计算的重要依据，但其含义目前尚未统一，有以下三种表示方法：①用转炉的平均铁水装入量表示公称容量；②用转炉的平均出钢量表示公称容量；③用转炉年平均炉产良坯（锭）量表示公称容量

由于出钢量介于装人量和良坯（锭）量之间，其数量不受装料中铁水比例的限制，也不受浇铸方法的影响，所以大多数采用炉役平均出钢量作为转炉的公称容量。根据出钢量可以计算出装入量和良坯〔锭）量

出钢量＝装人量/金属消耗系数

装人量＝出钢量*金属消耗系数

金属消耗系数：指吹炼1t 钢所消耗的金属料数量。视铁水含硅、含磷量的高或低，波动于1.1 一1.2 之间

（3）炉容比

转炉的炉容比是转炉的有效容积与公称容量之比，其单位m3／t 。

炉容比的大小决定了转炉吹炼容积的大小，它对转炉的吹炼操作、喷溅、炉衬寿命、金属收得率等都有比较大的影响。如果炉容比过小，即炉膛反应容积小，转炉就容易发生喷溅和溢渣，造成吹炼困难，降低金属收得率并且会加剧炉渣对炉衬的冲刷侵蚀，降低炉衬寿命；同时也限制了供氧量或供氧强度的增加，不利于转炉生产能力的提高。反之，如果炉容比过大，就会使设备重量、倾动功率、耐火材料的消耗和厂房高度增加使整个车间的投资增大。

选择炉容比时应考虑以下因素：

A、铁水比、铁水成分。随着铁水比和铁水中硅磷、硫含量的增加炉容比应相应增大。若采

用铁水预处理工艺时，炉容比可以小些

B、供氧强度。供氧强度增大时，吹炼速度较快，为了不引起喷溅就要保证有足够的反应空

间，炉容比相应增大些。

C、冷却剂的种类。采用铁矿石或氧化铁皮为主的冷却剂，成渣量大，炉容比也需相应增大；

若采用以废钢为主的冷却剂成渣量小，则炉容比可适当选择小些目前使用的转炉，炉容比波动在0.85 ~0.95之间（大容量转炉取下限）。近些年来为了在提高金属收得率的基础上提高供氧强度，新设计转炉的炉容比趋于增大，一般为0.9 ~1.05 。

（4）高宽比

高宽比是指转炉总高（H总）与炉壳外径（D 壳）之比是决定转炉形状的另一主要参数。

它直接影响转炉的操作和建设费用。因此高宽比的确定既要满足工艺要求，又要考虑节省建设费用口在最初设计转炉时高宽比选得较大。生产实践证明，增加转炉高度是防止喷溅，提高钢水收得率的有效措施。但过大的高宽比不仅增加了转炉的倾动力矩，而且厂房高度增高使建筑造价也上升。所以，过大的高宽比没有必要。目前，新设计转炉的高宽比一般在1.35 ~1.65 的范围内选取，小转炉取上限，大转炉取下限。

（5）熔池深度

熔池深度是指转炉熔池在平静状态时，从金属液面到炉底的深度。

3、转炉炼钢工艺

（1）工艺操作过程

l ）上炉钢出完并倒完炉渣后，迅速检查炉体，必要时进行补炉，然后堵好出钢口及时加料。

2）在兑入铁水和装人废钢后，摇正炉体。在下降氧枪的同时，由炉口上方的辅助材料溜槽向炉中加人第一批渣料（石灰、萤石、氧化铁皮、铁矿石），其量约为总量的2/3一l/2左右。当氧枪降至规定的枪位时吹炼过程正式开始。

3）吹炼中期脱碳反应剧烈，渣中氧化铁降低，致使炉渣的熔点增高和翁度增大，并可能出现稠渣（即返干）现象。此时，应适当提高氧枪枪位，井可分批加人铁矿石和第二批造渣材料，以提高炉渣中的氧化铁含量及调整炉渣。第三批造渣料为萤石，用以调整炉渣的流动性但是否加第三批造渣材料，其加人量如何，要视各厂生产的情况而定。

4）吹炼末期，由于熔池金属中含碳最大大降低，则使脱碳反应减弱，炉内火焰变得短而透明，最后根据火焰状况、供氧数量和吹炼时间等因素，按所炼钢种的成分和温度要求，确定吹炼终点并且提高氧枪停止供氧（称之为拉碳）、倒炉、测温、取样根据分析结果，决定出钢或补吹时间。

5）当钢水成分和温度均已合格，打开出钢口，即可倒炉出钢。在出钢过程中，向钢包内加人铁合金，进行脱氧和合金化（有时可在打开出钢口前向炉内投人部分铁合金）。出钢完毕将炉子摇正，降枪溅渣护炉，余渣倒入渣罐。

（2）装入制度