2020年冶金概论转炉炼钢参照模板可编辑

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氧化中期
➢ Si、Mn氧化结束，熔池温度升高，供给的氧几 乎全部用于脱碳。
➢ 脱碳速度达到最大且几乎不变。
➢ 这一时期称为吹炼中期，又叫碳氧化期， w[c]=3.0%-3.5%时进入吹炼中期。
氧化后期
➢ 随着碳含量下降，在钢液与气相的边界层中,碳 的浓度梯度逐渐下降，使得脱碳速度越来越小。
第四章 转炉炼钢
主要内容
4.1 炼钢用原材料 4.2 铁水预处理工艺 4.3 氧气转炉炼钢的发展 4.4 顶底复吹转炉炼钢的设备 4.5 复吹转炉吹炼工艺
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4.1炼钢用原材料
4.1.1 金属料 铁水； 废钢； 铁合金； 4.1.2 辅助材料 造渣材料； 氧化剂； 冷却剂； 还原剂和增碳剂。
铁水中的C、Si、P等元素的含量高，硫在 铁水中的活度系数大；
铁水中氧势低，有利于脱硫反应的进行；
有利于直接使用一些强的脱硫剂如CaC2、 金属镁等。
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铁水预脱硫方法
依据采用脱硫剂的种类及其搅拌方法，目前生产 中采用的炉外脱硫方法可分为四类：铁流搅拌法、 机械搅拌法、气体搅拌法和插入法。用得较多的 为机械搅拌法(KR法)和气体搅拌法(顶部喷吹 法) 。
氧气转炉在吹炼期间产生大量含尘炉气，其温度 高达1400~1600℃，炉气中含有大量CO和含 铁60％左右的粉尘。
转炉炉气的处理方法主要有燃烧法和未燃烧法。 ➢ 未燃法是在炉口上方采用可以升降的活动烟罩， 使炉气在收集过程中尽量不与空气接触，经降 温除尘净化后，通过风机抽入煤气回收系统中。
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一炉钢的冶炼过程是指从装料到倒尽渣为 止。顶底复吹转炉炼钢的冶炼周期一般是 30～40min。其中的纯吹氧时间约 15～20min。
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转炉操作进程
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4.5.2 吹炼过程元素的变化
萤石（CaF2）。熔点低（1418），能使CaO 熔点显著降低，加速化渣，改善渣的流动性。萤 石要求：CaF2>85%。
白云石（MgO）。增加渣中Mg含量，以减少炉 衬中MgO向炉渣中转移，且能促进前期化渣。
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4.1.2.2 氧化剂
氧气。炼钢中氧的重要来源。一般要求氧气纯 度应大于98％，冶炼低氮钢种时，应大于 99.5％。还应脱除水分。
铁水成分
Si：发热元素，转炉热量来源。 [Si]一般在 0.4～0.8％范围内
Mn：有利元素。[Mn]一般在0.2～0.4％左 右
P：有害元素，强发热元素。P是高炉不能去除 的元素，故只能要求[P]稳定，采用铁水预处 理脱磷或相应的炼钢方法来去除。
S：有害元素。[S]<0.04％。采用铁水预处 理脱硫， [S]<0.015％。
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4.4 顶底复吹转炉炼钢的设备
顶底复吹转炉炼钢的设备由4个系统组成，每个 系统又由各自的设备组成。 ➢ 炼钢容器的炉子系统； ➢ 提供炼钢所需的氧气和底部搅拌气体的供气 系统； ➢ 提供炼钢所需的金属料和造渣材料的供料系 统； ➢ 对高温含尘烟气进行降温除尘处理，并回收 余热和煤气的烟气处理系统。
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4.2 铁水预处理工艺
铁水预处理是指铁水进入炼钢炉之前对其进行 脱除杂质元素或从铁水中回收有价值元素的一 种工艺。
铁水预处理可分为普通铁水预处理和特殊铁水 预处理，前者有脱硫、脱硅、脱磷或同时脱磷 脱硫；后者有铁水提钒、提铌等。
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铁水脱硫的优势
和炉底喷枪烧损严重、寿命低
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顶底复吹转炉
转炉复合吹炼工艺最初是沿 袭顶吹和底吹两种吹炼工艺逐 步发展完善：即在顶吹转炉底 部喷吹惰性气体和在底吹转炉 上部安装顶吹氧枪。 实践证明，复吹转炉基本保 留了顶吹转炉和底吹转炉的优 点，避免各自的缺点，成为当 代转炉的基本操作工艺。
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1）铁水供应
混铁车（鱼雷罐车）方式流程为：高炉铁水→鱼 雷罐车→铁水罐→转炉。
这种供应方式投资省﹑铁水温降小和有较好的生 产环境。适合于大型高炉向大型转炉（100t以上） 供应铁水。
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2）废钢供应
向转炉供应废钢一般采用废钢槽方式。 流程：磁盘吊车装槽→桥式吊车+废钢槽→转炉。
铁合金应合理选用以降低成本，使用前应烘烤 以减少气体带入。另外要纯净，不得混有其它 夹杂物，块度要适当。
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4.1.2.1 造渣材料
石灰（CaO）。碱性炼钢方法的基本造渣材料， 有强的脱磷、脱硫能力，对炉衬危害小。石灰要 求含有效CaO大于80～85％，含S和SiO2低， 块度小而均匀，且无细粉；生烧过烧率要小；不 能潮解，应保持干燥、新鲜。
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转炉全湿法（OG法）烟气净化系统
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4.5 复吹转炉吹炼工艺
4.5.1 吹炼工艺流程 4.5.2 吹炼过程元素的变化 4.5.3 吹炼工艺制度
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4.5.1 吹炼工艺流程
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4.1.1.1 铁水（或生铁块）
铁水是氧气转炉炼钢的基本原料，一般占金属 料的70～100％；电炉只用生铁块作配碳用。
铁水成分和铁水温度是否适当和稳定，对简化 和稳定转炉操作并获 得良好的技术经济指 标非常重要。
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铁矿石、氧化铁皮。 铁矿石要求含铁高，SiO2、P和水分少，使用
前要加热。 氧化铁皮要求杂质少，不含油污和水分，使用
前必须烘烤。
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4.1.2.3 冷却剂
废钢。冷却效果稳定、喷溅少，价格低。
富铁矿、团矿、烧结矿和氧化铁皮。利用它们 所含FexOy氧化金属中的杂质时，需要吸收大 量的热而起到冷却的作用。
存在问题： ➢ 钢渣反应不平衡，后期 钢渣过氧化。
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纯氧底吹转炉
和纯氧顶吹转炉相比，底吹转炉的优点是： ➢钢渣反应接近平衡，消除了过氧化现象，氧化铁含 量约降低10%)； ➢钢中氧含量低(约降低200ppm)； ➢吹炼平稳，钢铁量消耗降低； ➢脱硫效率高。 缺点：熔池热效率低，化渣困难
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3） 造渣剂供应
转炉的造渣剂采用以下的供应方式：地下储料仓 →胶带运输机→高位料仓→称量漏斗→汇总漏斗 →溜槽 →转炉。
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4.4.4 烟气处理系统
转炉炉内的气体称为炉气，炉气离开炉口进入烟 罩后称为烟气。
4）现代转炉炼钢技术(1993~) 标志性技术： 溅渣护炉工艺； 干法除尘与煤气回收技术
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氧气顶吹转炉炼钢工艺
冶金特点： ➢反应速度快，和平炉相 比脱碳速度提高100倍； ➢热效率高，可以熔化 20~25%的废钢； ➢钢中气体含量（O、N、 H）低。
根据[C]的氧化速度不同，炼钢过程可分为三 个时期。
氧化初期，脱碳速度由小变大。 ➢ 由于氧化初期熔池温度低，Si﹑Mn氧化量 多，消耗了大部分的氧，[C]的氧化受到限 制。 ➢ 脱碳速度d[C]/dt=-k1t，与吹炼时间成正 比。 ➢ 这一时期称吹炼初期，又叫硅﹑锰氧化期， 时间从开吹到约4～5min。
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4.4.1 炉子系统
炉子系统由转炉﹑托圈﹑耳轴﹑倾动机构组成， 是装入原料进行吹炼的容器。它由圆台形炉帽﹑ 圆筒形炉身和球缺形或截锥形炉底三部分组成在 炉帽与炉身连接处 有出钢口。
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4.4.2 供气系统
石灰石。缺少以上冷却剂时，可以使用， CaCO3分解时吸收大量热量。
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4.1.2.4 还原剂和增碳剂
电炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极、 木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。
氧气转炉冶炼中、高碳钢时，一般用含灰分很 少的石油焦作增碳剂。
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合金钢废钢应按所含合金分组堆放。 应严防混入有害杂质和危险品，并减少带入的
泥沙、耐火材料和炉渣等。 对外形尺寸和单重过大的
废钢，应预先进行解体和 切割；对轻薄料要打包或 压块，以缩短装料时间。
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4.1.1.3 铁合金
炼钢中广泛使用的各种脱氧和合金化元素与铁 的合金。如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr；以及复 合脱氧剂，如硅锰合金、硅钙合金、硅锰铝合 金；还有铝、锰、镍等金属。
KR法:用实心旋转器搅拌铁水，脱硫剂为CaC2和 石灰粉加Na2CO3。
顶部喷吹法:以载气（N2）将脱硫剂经顶部喷嘴喷 入鱼雷型混铁车和铁水包的铁水中，脱硫剂为 CaC2、Na2CO3。
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铁水预脱硫方法
KR法 1－脱硫剂；2－搅拌器；
3－至除尘
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氧枪结构示意图
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底部供气元件
顶底复吹技术的关键部件是复吹转炉的底部供 气元件。
底部供气元件分为两大类，即喷嘴型和砖型。
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4.4.3 供料系统
1）铁水供应 2）废钢供应 3）造渣剂供应
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供氧系统由制氧机﹑储气罐﹑压氧机﹑输气管 道及阀门、氧枪和底部供气元件组成。
氧枪是供氧设备中的关键部件。由枪身和喷头 组成。
枪身是由三种不同直径的无缝钢管套装而成， 通水冷却。
喷头用导热良好的紫铜制成，孔形状一般采用 拉瓦尔管的形状，大型转炉普遍应用了三孔﹑ 四孔﹑五孔喷头。
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铁水温度
铁水温度应>1200～1300℃，且保持稳定， 以利于炉子热行，迅 速成渣。
有铁水预处理工艺， 铁水温度应适当提高。
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4.1.1.2 废钢
废钢是电炉炼钢的基本原料，用量占钢铁料的 70％～90％。对转炉来说，既是金属料也是 冷却剂。
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顶底复吹转炉的冶金特点
炉渣氧化性比顶吹转炉明显降低。因此钢的含 氧量少，金属和合金元素收得率高，终点残锰 量增加，炉衬侵蚀量下降。
熔池搅拌强烈，使得脱磷、脱硫反应更加接近 平衡，渣金间的磷、硫分配比高。
吹炼平稳，喷溅量少。
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4.3 氧气转炉炼钢的发展
现代转炉炼钢的发展大致分四个时期：
1）顶吹转炉炼钢技术的创立(1948~1956) 标志性技术：拉瓦尔型超音速顶吹喷枪。
2）顶吹转炉炼钢技术的成熟与完善(1956~1967) 标志性技术：转炉大型化；副枪动态控制技术
3）氧气炼钢技术的繁荣与发展(1967~1993) 标志性技术：氧气底吹转炉炼钢技术； 转炉复合吹炼工艺技术
➢ 脱碳速度由大变小。这一时期称吹炼末期，又叫 碳氧化后期。
➢ 除碳外其他元素变化不大，主要进行终点操作。
顶部喷吹法 1－喷呛；2－脱硫剂；3－料仓； 4－称量料仓；5－载气（N2）
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铁水预脱硫工艺
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铁水脱硫反应
铁水预处理脱硫常用的脱硫剂有CaC2、 CaO、Na2CO3、Mg以及由它们组成 的各种复合脱硫剂。
脱硫剂与铁水中的硫反应为：
➢ Mg（g）+[S]=MgS（S） ➢ CaO（S）+[S]=CaS（S）+[O]