冶金概论3转炉炼钢.pptx

12024/8/12 周一/14:57:591主要内容主要内容3.1 炼钢的基本任的基本任务3.2 炼钢炉渣炉渣(slag)3.3 炼钢过程的基本原理程的基本原理3.4 炼钢用原材料用原材料(raw materials)3.5 铁水水预处理工理工艺(hot metal pretreatment process)3.6 转炉炉炼钢22024/8/12 周一/14:58:0123.1 炼钢的基本任务炼钢的基本任务p四脱：四脱：C、S、P、O；p二去：气体、二去：气体、夹杂；p二二调整：温度、成分。整：温度、成分。p浇注。注。32024/8/12 周一/14:58:0233.2 炼钢炉渣炼钢炉渣3.2.1 炼钢炉渣的作用炉渣的作用3.2.2 炼钢炉渣的来源及其炉渣的来源及其组成成3.2.3 炼钢炉渣的主要性炉渣的主要性质42024/8/12 周一/14:58:0243.2.1 炼钢炉渣的作用炼钢炉渣的作用p作用作用：通通过对炉渣成分、性能及数量的炉渣成分、性能及数量的调整，可整，可以控制金属中各元素的氧化和以控制金属中各元素的氧化和还原原过程；程；向向钢中中输送氧以氧化各种送氧以氧化各种杂质；吸收吸收钢液中的非金属液中的非金属夹杂物，并防止物，并防止钢液液吸气（吸气（H、N）。）。其它作用。如：其它作用。如：稳定定电弧，保弧，保护渣。渣。p副作用：侵副作用：侵蚀炉炉衬；降低金属收得率。；降低金属收得率。52024/8/12 周一/14:58:0353.2.2 炼钢炉渣的来源及其组成炼钢炉渣的来源及其组成p炼钢炉渣的来源：炉渣的来源：加入的各种造渣材料及被侵加入的各种造渣材料及被侵蚀炉炉衬；炼钢中化学反中化学反应的的产物：氧化物和硫化物；物：氧化物和硫化物；废钢带入得泥沙和入得泥沙和铁锈；氧化物或冷却；氧化物或冷却剂带入的脉石。入的脉石。p炉渣的炉渣的组成以各种成以各种金属氧化物金属氧化物为主，并含有主，并含有少量少量硫化物硫化物和和氟化物氟化物。p炼钢炉渣的基本体系是炉渣的基本体系是CaO-SiO2-FeO。62024/8/12 周一/14:58:0463.2.3 炼钢炉渣的主要性质炼钢炉渣的主要性质p碱度碱度(basicity)：R1.31.5，低碱度渣；，低碱度渣；R1.82.0，中碱度渣；，中碱度渣；R2.5，高碱度渣；高碱度渣；p氧化性氧化性炉渣向金属熔池炉渣向金属熔池传氧的能力氧的能力，一般以，一般以渣中氧化渣中氧化铁（FeO）含量来表示。）含量来表示。p把把Fe2O3折合成折合成FeO有两种有两种计算方法：算方法：全氧法全氧法和和全全铁法法。全。全铁法法较合理。合理。p炉渣的氧化能力是个炉渣的氧化能力是个综合的概念，其合的概念，其传氧能力氧能力还受受炉渣粘度炉渣粘度、熔池熔池搅拌拌强度度、供氧速度供氧速度等因素的等因素的影响。影响。72024/8/12 周一/14:58:0673.3 炼钢过程的基本原理炼钢过程的基本原理3.3.1 炼钢熔池中氧的来源及熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式液中元素的氧化方式3.3.2 炼钢熔池中元素的氧化次序熔池中元素的氧化次序3.3.3 脱碳反脱碳反应(decabonization)3.3.4 硅的氧化硅的氧化3.3.5 锰的氧化与的氧化与还原原3.3.6 脱磷反脱磷反应(dephosphorization)3.3.7 脱硫反脱硫反应(desulphurization)3.3.8 钢的脱氧的脱氧(de-oxidation)3.3.9 脱气脱气(degassing)3.3.10 去除去除钢中中夹杂物物82024/8/12 周一/14:58:0783.3.1 炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式p氧的来源：氧的来源：直接向熔池中吹入工直接向熔池中吹入工业纯氧（氧（98）；）；向熔池中加入富向熔池中加入富铁矿；炉气中的氧炉气中的氧传入熔池。入熔池。p铁液中元素的氧化方式有两种：液中元素的氧化方式有两种：直接氧化直接氧化(direct oxidation)和和间接氧化接氧化(indirect oxidation)。92024/8/12 周一/14:58:089直接氧化方式直接氧化方式p直接氧化是指氧气直接与直接氧化是指氧气直接与铁液中的元素液中的元素产生氧化反生氧化反应。p当向当向铁液中吹入氧气液中吹入氧气时，如果在，如果在铁液与气相界面有液与气相界面有被溶解的元素如被溶解的元素如SiMnC,虽有大量的有大量的铁原子存在，但根据元素的氧化次序原子存在，但根据元素的氧化次序SiMnC将将优先于先于铁而被氧化。而被氧化。p反反应可写可写为：C+12O=CO Si+O2=（SiO2）Mn+12O2（MnO）在氧气在氧气转炉炉炼钢时氧气流股冲氧气流股冲击铁液形成一个冲液形成一个冲击坑，氧气与坑，氧气与铁液直接接触，易液直接接触，易产生元素的直接生元素的直接氧化。氧化。102024/8/12 周一/14:58:1010p吹入的氧气由于吹入的氧气由于动力学的原因首先与力学的原因首先与铁液中的液中的Fe原子反原子反应形成形成FeO进入炉渣同入炉渣同时使使铁液中溶解氧液中溶解氧O。炉渣中的（。炉渣中的（FeO）和溶解在）和溶解在铁液中的液中的O再与元素再与元素发生生间接氧化接氧化。p其反其反应为：O2+Fe=(FeO)(FeO)=Fe+O 如：如：2O+Si=(SiO2)或或 2(FeO)+Si=2Fe+(SiO2)在渣在渣-金界面上往往金界面上往往产生元素的生元素的间接氧化反接氧化反应。间接氧化方式间接氧化方式112024/8/12 周一/14:58:11113.3.2 炼钢熔池中元素的氧化次序炼钢熔池中元素的氧化次序p溶解在溶解在铁液中的元素的氧化次序可以通液中的元素的氧化次序可以通过与与1molO2的氧化反的氧化反应的的标准吉布斯自由能准吉布斯自由能变化化来判断。来判断。p在在标准状准状态下，反下，反应的的Go负值越多，越多，该元素元素被氧化的被氧化的趋势就越大，就越大，则该元素就元素就优先被大量先被大量氧化。氧化。p铁液中常液中常规元素与氧反元素与氧反应的的标准吉布斯自由能准吉布斯自由能变化与温度的关系化与温度的关系绘制成制成图。122024/8/12 周一/14:58:13121.CuNiMoW等元素氧化等元素氧化的的Go线都在线都在Fe氧化氧化Go线之上。线之上。从热力学角度来说，在炼钢吹氧过从热力学角度来说，在炼钢吹氧过程中这些元素将受到程中这些元素将受到Fe的保护而不的保护而不氧化。氧化。2.CrMnVNb等元素的氧等元素的氧化程度随冶炼温度而定。化程度随冶炼温度而定。3.AlTiSiB等元素氧化的等元素氧化的Go线在图中位于较低的位置，它线在图中位于较低的位置，它们最易氧化。在实际生产中，这些们最易氧化。在实际生产中，这些元素作为强脱氧剂使用。元素作为强脱氧剂使用。注意：虽然在炼钢温度下，注意：虽然在炼钢温度下，Fe氧化的氧化的Go线高于其它元素氧化的线高于其它元素氧化的Go线，但由于铁液中大多数为线，但由于铁液中大多数为Fe原子，氧与原子，氧与Fe原子接触机会多，故原子接触机会多，故在实际上在实际上Fe还是会氧化。还是会氧化。132024/8/12 周一/14:58:15133.3.3 脱碳反应脱碳反应p炼钢的一个重要任的一个重要任务是是利用氧化方法将利用氧化方法将铁液中液中过多多的碳去除，称的碳去除，称为脱碳脱碳。脱碳反。脱碳反应是是贯穿于冶穿于冶炼过程。程。p在高温下在高温下C主要氧化成主要氧化成为CO。pC与氧的反与氧的反应有：有：在渣在渣-金界面上：金界面上：C+（FeO）=CO+Fe C+O=CO在气在气-金界面上：金界面上：C+12O2=CO142024/8/12 周一/14:58:1614脱碳反应的作用脱碳反应的作用p脱碳反脱碳反应除了除了调整整钢液碳含量液碳含量的作用外，的作用外，其反其反应产物物CO气体的上浮排除气体的上浮排除使得脱碳使得脱碳反反应给炼钢带来独特的作用。来独特的作用。促促进熔池成分熔池成分温度均匀；温度均匀；提高化学反提高化学反应速度；速度；降低降低钢液中的气体含量和液中的气体含量和夹杂物数量：物数量：造成造成喷溅和溢出：和溢出：152024/8/12 周一/14:58:18153.3.4 硅的氧化硅的氧化p硅的直接氧化和硅的直接氧化和间接氧化反接氧化反应式式在气在气-金界面上金界面上Si+O2=（SiO2）在渣在渣-金界面上金界面上Si+2O=（SiO2）Si+2（FeO）=（SiO2）+2Fe162024/8/12 周一/14:58:19163.3.5 锰的氧化与还原锰的氧化与还原p铁液中的液中的锰反反应,形成在高温下是形成在高温下是稳定的定的MnO。pMn的氧化反的氧化反应式式为：在气在气-金界面上金界面上Mn+1/2O2=（MnO）在渣在渣-金界面上金界面上Mn+O=（MnO）Mn+（FeO）=（MnO）+Fe172024/8/12 周一/14:58:20173.3.6 脱磷反应脱磷反应p氧化脱磷：氧化脱磷：在在炼钢温度下，温度下，气化脱磷反气化脱磷反应是不能是不能进行行的的。由于。由于Fe优先于先于P氧化，通氧化，通过直接直接氧化反氧化反应的气化脱磷也是的气化脱磷也是难以以进行的行的。通通过加入石灰加入石灰造碱性渣可以将造碱性渣可以将铁液中的磷液中的磷脱出到炉渣中脱出到炉渣中。这是由于是由于P2O5时是酸性是酸性氧化物，遇到碱性氧化物如氧化物，遇到碱性氧化物如CaO能生成能生成稳定的化合物而定的化合物而进入炉渣。入炉渣。182024/8/12 周一/14:58:2118p用碱性炉渣用碱性炉渣进行脱磷的反行脱磷的反应为：在渣在渣-金界面金界面 3(CaO)+2P+5O=(3CaOP2O5)3(CaO)+2P+5(FeO)=(3CaOP2O5)+5Fe 在渣在渣-金金-气界面气界面 3(CaO)+2P+5/2O2=(3CaOP2O5)脱磷反应式脱磷反应式192024/8/12 周一/14:58:22193.3.7 脱硫反应脱硫反应p反反应热力学力学炉渣分子理炉渣分子理论认为，脱硫反，脱硫反应为：S+（CaO）=（CaS）+O 分子理分子理论解解释不了不了纯FeO渣也能脱硫的渣也能脱硫的现象，故炉渣离子理象，故炉渣离子理论认为，脱硫反，脱硫反应属于属于电化学反化学反应：S+（O2-）=（S2-）+O202024/8/12 周一/14:58:2320炉渣脱硫原理炉渣脱硫原理212024/8/12 周一/14:58:2421气化脱硫气化脱硫p气化脱硫主要通气化脱硫主要通过炉渣中硫的气化来炉渣中硫的气化来实现，即：，即：(S2-)+3/2O2=SO2+(O2-)或写或写为：6(Fe3+)+(S2-)+2(O2-)=6(Fe2+)+SO26(Fe2+)+3/2O2=6(Fe3+)+3(O2-)两个反两个反应式表明，渣中的式表明，渣中的铁离子充当气化脱硫所需离子充当气化脱硫所需氧的媒介。氧的媒介。需要明确的是，气化脱硫是以炉渣脱硫需要明确的是，气化脱硫是以炉渣脱硫为基基础的，的，首先硫从金属液被脱除到炉渣中，然后炉渣中的硫首先硫从金属液被脱除到炉渣中，然后炉渣中的硫再被气化脱除再被气化脱除进入炉气中。在入炉气中。在转炉炉炼钢中，有中，有约三三分之一的硫是以气化脱硫的方式去除的。分之一的硫是以气化脱硫的方式去除的。222024/8/12 周一/14:58:25223.3.8 钢的脱氧钢的脱氧p脱氧是向脱氧是向炼钢熔池或熔池或钢水中加入脱氧水中加入脱氧剂，脱氧，脱氧元素与氧反元素与氧反应，生成的脱氧，生成的脱氧产物或物或进入渣中入渣中或成或成为气相排出。气相排出。p脱氧脱氧剂应具有脱氧元素与氧的具有脱氧元素与氧的亲和力大、脱氧和力大、脱氧产物易排除、成本低和来源广等的特点。物易排除、成本低和来源广等的特点。p根据脱氧反根据脱氧反应发生的地点不同，脱氧方法分生的地点不同，脱氧方法分为沉淀脱氧沉淀脱氧扩散脱氧散脱氧和和真空脱氧真空脱氧。钢种钢种轿车面板轿车面板不锈钢板不锈钢板轴承钢轴承钢管线钢管线钢轮胎钢丝轮胎钢丝O/0.0030.0040.00050.0020.003232024/8/12 周一/14:58:2723沉淀脱氧沉淀脱氧p又叫又叫直接脱氧直接脱氧。把把块状脱氧状脱氧剂加入到加入到钢液液中，脱氧元素在中，脱氧元素在钢液内部与液内部与钢中氧直接反中氧直接反应，生成的脱氧，生成的脱氧产物上浮物上浮进入渣中的脱氧入渣中的脱氧方法称方法称为沉淀脱氧沉淀脱氧。p出出钢时向向钢包中加入硅包中加入硅铁锰铁铝铁或或铝块脱氧就是沉淀脱氧。脱氧就是沉淀脱氧。242024/8/12 周一/14:58:2924扩散脱氧扩散脱氧p又叫又叫间接脱氧。接脱氧。它是将粉状的脱氧它是将粉状的脱氧剂如如C粉粉Fe-Si粉粉CaSi粉粉Al粉加到炉渣中，降粉加到炉渣中，降低炉渣中的氧含量，使低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中液中的氧向炉渣中扩散，从而达到降低散，从而达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方液中氧含量的一种脱氧方法。法。p在在电炉炉炼钢的的还原期和炉外精原期和炉外精炼过程向渣中加程向渣中加入粉状脱氧入粉状脱氧剂进行脱氧操作就是行脱氧操作就是扩散脱氧。散脱氧。252024/8/12 周一/14:58:3025p是利用降低系是利用降低系统的的压力来降低力来降低钢液中氧含液中氧含量的脱氧方法量的脱氧方法。它只适用于脱氧。它只适用于脱氧产物物为气气体的脱氧反体的脱氧反应如如C-O反反应。p这种脱氧方法常用于炉外精种脱氧方法常用于炉外精炼中，如中，如RH真真空空处理理VADVD等精等精炼方法都可方法都可实现钢液的真空脱氧。液的真空脱氧。真空脱氧真空脱氧262024/8/12 周一/14:58:31263.3.9 脱气脱气p钢中气体（中气体（H、N）的来源：）的来源：金属料如金属料如废钢和和铁合金中含有的一定量的合金中含有的一定量的氢和氮。和氮。潮湿的造渣潮湿的造渣剂，加入炉内后分解，也使，加入炉内后分解，也使钢中气体增加。中气体增加。耐火材料用粘耐火材料用粘结剂含有含有8%9%的的氢。暴露在空气中的暴露在空气中的钢液，会从空气中吸收液，会从空气中吸收氢和氮。和氮。如果如果炼钢采用的氧气不采用的氧气不纯，也能造成，也能造成钢的增氮。的增氮。p气体的溶解反气体的溶解反应为：H2=H N2=N 272024/8/12 周一/14:58:3227降低钢中气体的措施降低钢中气体的措施p提高提高炼钢原材料原材料质量。如使用含气体量低的量。如使用含气体量低的废钢和和铁合金；合金；对含水分的原材料含水分的原材料进行烘烤干燥，采行烘烤干燥，采用高用高纯度的氧气等。度的氧气等。p尽量降低出尽量降低出钢温度，减小气体在温度，减小气体在钢中的溶解度。中的溶解度。p在冶在冶炼过程，程，应充分利用脱碳反充分利用脱碳反应产生的溶池沸生的溶池沸腾来降低来降低钢水中的气体含量。水中的气体含量。p用炉外精用炉外精炼技技术，降低，降低钢水中的气体含量。如采水中的气体含量。如采用用钢包吹包吹氩搅拌，真空精拌，真空精炼脱气，微气泡脱气等脱气，微气泡脱气等方法方法对钢水水进行脱气行脱气处理。理。p采用保采用保护浇注技注技术，防止，防止钢水从大气中吸收气体。水从大气中吸收气体。282024/8/12 周一/14:58:33283.3.10 去除钢中夹杂物去除钢中夹杂物p钢中中夹杂物的来源物的来源钢中存在着硫中存在着硫磷磷氧氧氮等氮等杂质元素，元素，这些些元素与元素与钢中的合金元素如硅中的合金元素如硅锰铝钛钒等形成非金属化合物，如氧化物等形成非金属化合物，如氧化物硫化物硫化物氮氮化物等。化物等。钢中的中的这些非金属化合物，些非金属化合物，统称称为非非金属金属夹杂物，也称物，也称为内生内生夹杂。在在炼钢过程中，程中，钢水与炉渣和炉水与炉渣和炉衬接触，炉渣接触，炉渣炉炉衬中的化合物被卷入到中的化合物被卷入到钢水中，也会造成非水中，也会造成非金属金属夹杂物，也称物，也称为外来外来夹杂。292024/8/12 周一/14:58:3529钢中夹杂物的分类钢中夹杂物的分类p按按夹杂物的化学成分分：氧化物物的化学成分分：氧化物夹杂；硫化物；硫化物夹杂；氮化物；氮化物夹杂。p按加工按加工变形后形后夹杂物的形物的形态分：塑性分：塑性夹杂；脆；脆性性夹杂；半塑性；半塑性夹杂。p按按夹杂物的来源分：内生物的来源分：内生夹杂和外来和外来夹杂。302024/8/12 周一/14:58:3630降低钢中夹杂物的措施降低钢中夹杂物的措施p在冶在冶炼中采取各种手段降低中采取各种手段降低钢中中杂质元素元素OSNP等的含量，提高等的含量，提高钢的的洁净度，从度，从根本上减少内生根本上减少内生夹杂物。物。p提高耐火材料提高耐火材料质量，提高其抗冲量，提高其抗冲击和耐侵和耐侵蚀的能力，减的能力，减少外来少外来夹杂物数量。物数量。p采用合理的脱氧制度，使脱氧采用合理的脱氧制度，使脱氧产物易于聚集上浮，从物易于聚集上浮，从钢液中排除。液中排除。p应用用钢包冶金如真空脱氧包冶金如真空脱氧吹吹Ar搅拌拌喷粉粉处理等和中理等和中间包冶金如采用堰、包冶金如采用堰、坝导流板流板过滤器器湍流控制器湍流控制器等控流装置，去除等控流装置，去除钢水中的水中的夹杂物。物。p采取保采取保护浇注技注技术，防止，防止钢水从周水从周围大气大气环境中吸收氧境中吸收氧氢氮。氮。312024/8/12 周一/14:58:38313.4 炼钢用原材料炼钢用原材料3.4.1 金属料金属料p铁水；水；p废钢；p铁合金；合金；3.4.2 辅助材料助材料p造渣材料；造渣材料；p氧化氧化剂；p冷却冷却剂；p还原原剂和增碳和增碳剂。322024/8/12 周一/14:58:40323.4.1.1 铁水（或生铁块）铁水（或生铁块）p铁水是氧气水是氧气转炉炉炼钢的基本原料，一般占金属的基本原料，一般占金属料的料的70100；电炉只用生炉只用生铁块作配碳用。作配碳用。p铁水成分水成分和和铁水温度水温度是否适当和是否适当和稳定，定，对简化化和和稳定定转炉操作并炉操作并获 得良好的技得良好的技术经济指指 标非常重要。非常重要。332024/8/12 周一/14:58:4133铁水成分铁水成分pSi：发热元素，元素，转炉炉热量来源。根据量来源。根据P，Si一般在一般在0.40.8范范围内内pMn：有利元素。：有利元素。Mn一般在一般在0.20.4左左右右pP：有害元素，：有害元素，强发热元素。元素。P是高炉不能去除是高炉不能去除的元素，故只能要求的元素，故只能要求P稳定，采用定，采用铁水水预处理脱磷或相理脱磷或相应的的炼钢方法来去除。方法来去除。pS：有害元素。：有害元素。S0.04。采用。采用铁水水预处理脱硫，理脱硫，S12001300，且保持，且保持稳定，定，以利于炉子以利于炉子热行，迅行，迅 速成渣。速成渣。p有有铁水水预处理工理工艺，铁水温度水温度应适当提高。适当提高。352024/8/12 周一/14:58:43353.4.1.2 废钢废钢p废钢是是电炉炉炼钢的基本原料，用量占的基本原料，用量占钢铁料的料的7090。对转炉来炉来说，既是金属料也是既是金属料也是冷却冷却剂。p合金合金钢废钢应按所含合金分按所含合金分组堆放。堆放。p应严防混入有害防混入有害杂质和危和危险品，并减少品，并减少带入的入的泥沙、耐火材料和炉渣等。泥沙、耐火材料和炉渣等。p对外形尺寸和外形尺寸和单重重过大的大的 废钢，应预先先进行解体和行解体和 切割；切割；对轻薄料要打包或薄料要打包或 压块，以，以缩短装料短装料时间。362024/8/12 周一/14:58:44363.4.1.3 铁合金铁合金p炼钢中广泛使用的各种脱氧和合金化元素与中广泛使用的各种脱氧和合金化元素与铁的合金的合金。如。如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr；以及复；以及复合脱氧合脱氧剂，如硅，如硅锰合金、硅合金、硅钙合金、硅合金、硅锰铝合合金；金；还有有铝、锰、镍等金属。等金属。p铁合金合金应合理合理选用以降低成本，使用前用以降低成本，使用前应烘烤烘烤以减少气体以减少气体带入。另外要入。另外要纯净，不得混有其它，不得混有其它夹杂物，物，块度要适当。度要适当。372024/8/12 周一/14:58:45373.4.2辅助材料辅助材料3.4.2.1 造渣材料造渣材料p石灰石灰（CaO）。碱性）。碱性炼钢方法的基本造渣材料，方法的基本造渣材料，有有强的脱磷、脱硫能力，的脱磷、脱硫能力，对炉炉衬危害小。石灰要危害小。石灰要求含有效求含有效CaO大于大于8085，含，含S和和SiO2低，低，块度小而均匀，且无度小而均匀，且无细粉；生粉；生烧过烧率要小；不率要小；不能潮解，能潮解，应保持干燥、新保持干燥、新鲜。p萤石石（CaF2）。熔点低（）。熔点低（1418 ），能使），能使CaO熔点熔点显著降低，加速化渣，改善渣的流著降低，加速化渣，改善渣的流动性。性。萤石要求：石要求：CaF285%。p白云石白云石（MgO）。增加渣中）。增加渣中Mg含量，以减少炉含量，以减少炉衬中中MgO向炉渣中向炉渣中转移，且能促移，且能促进前期化渣。前期化渣。382024/8/12 周一/14:58:47383.4.2.2 氧化剂氧化剂p氧气氧气。炼钢中氧的重要来源。一般要求氧气中氧的重要来源。一般要求氧气纯度度应大于大于98，冶，冶炼低氮低氮钢种种时，应大于大于99.5。还应脱除水分。脱除水分。p铁矿石、氧化石、氧化铁皮皮。铁矿石要求含石要求含铁高，高，SiO2、P和水分少，使用和水分少，使用前要加前要加热。氧化氧化铁皮要求皮要求杂质少，不含油少，不含油污和水分，使用和水分，使用前必前必须烘烤。烘烤。392024/8/12 周一/14:58:48393.4.2.3 冷却剂冷却剂p废钢。冷却效果。冷却效果稳定、定、喷溅少，价格低。少，价格低。p富富铁矿、团矿、烧结矿和氧化和氧化铁皮皮。利用它。利用它们所含所含FexOy氧化金属中的氧化金属中的杂质时，需要吸收大，需要吸收大量的量的热而起到冷却的作用。而起到冷却的作用。p石灰石石灰石。缺少以上冷却。缺少以上冷却剂时，可以使用，可以使用，CaCO3分解分解时吸收大量吸收大量热量。量。402024/8/12 周一/14:58:48403.4.2.4 还原剂和增碳剂还原剂和增碳剂p电炉炉炼钢使用的使用的还原原剂和增碳和增碳剂有石墨有石墨电极、极、木炭、焦炭、木炭、焦炭、电石、硅石、硅铁、硅、硅钙、铝等。等。p氧气氧气转炉冶炉冶炼中、高碳中、高碳钢时，一般用含灰分很，一般用含灰分很少的石油焦作增碳少的石油焦作增碳剂。412024/8/12 周一/14:58:49413.5 铁水预处理工艺铁水预处理工艺p铁水水预处理理是指是指铁水水进入入炼钢炉之前炉之前对其其进行行脱除脱除杂质元素元素或从或从铁水中水中回收有价回收有价值元素元素的一的一种工种工艺。p铁水水预处理可分理可分为普通普通铁水水预处理理和和特殊特殊铁水水预处理理，前者有，前者有脱硫、脱硅、脱磷脱硫、脱硅、脱磷或同或同时脱磷脱磷脱硫；后者有脱硫；后者有铁水水提提钒、提、提铌等。等。422024/8/12 周一/14:58:5042铁水脱硫的优势铁水脱硫的优势p铁水中的水中的C、Si、P等元素的含量高，硫等元素的含量高，硫在在铁水中的活度系数大；水中的活度系数大；p铁水中氧水中氧势低，有利于脱硫反低，有利于脱硫反应的的进行；行；p有利于直接使用一些有利于直接使用一些强的脱硫的脱硫剂如如CaC2、金属、金属镁等。等。432024/8/12 周一/14:58:5143铁水预脱硫方法铁水预脱硫方法p依据采用脱硫依据采用脱硫剂的种的种类及其及其搅拌方法，目前生拌方法，目前生产中中采用的炉外脱硫方法可分采用的炉外脱硫方法可分为四四类：铁流流搅拌法、拌法、机械机械搅拌法、气体拌法、气体搅拌法和拌法和插入法插入法。用得。用得较多的多的为机械机械搅拌法拌法(KR法法)和气体和气体搅拌法拌法(顶部部喷吹法吹法)。pKR法法:用用实心旋心旋转器器搅拌拌铁水，脱硫水，脱硫剂为CaC2和和石灰粉加石灰粉加Na2CO3。p顶部部喷吹法吹法:以以载气（气（N2）将脱硫）将脱硫剂经顶部部喷嘴嘴喷入入鱼雷型混雷型混铁车和和铁水包的水包的铁水中，脱硫水中，脱硫剂为CaC2、Na2CO3。442024/8/12 周一/14:58:5244KR法法 1脱硫脱硫剂；2搅拌器；拌器；3至除至除尘顶部喷吹法顶部喷吹法1喷枪；喷枪；2脱硫剂；脱硫剂；3料仓；料仓；4称量料仓；称量料仓；5载气（载气（N2）铁水预脱硫方法铁水预脱硫方法452024/8/12 周一/14:58:5345铁水预脱硫工艺铁水预脱硫工艺462024/8/12 周一/14:58:5446铁水预脱硫扒渣工艺铁水预脱硫扒渣工艺472024/8/12 周一/14:58:5547铁水脱硫反应铁水脱硫反应p铁水水预处理脱硫常用的脱硫理脱硫常用的脱硫剂有有CaC2、CaO、Na2CO3、Mg以及由它以及由它们组成成的各种复合脱硫的各种复合脱硫剂。p脱硫脱硫剂与与铁水中的硫反水中的硫反应为：Mg（g）+S=MgS（S）CaO（S）+S=CaS（S）+O 482024/8/12 周一/14:58:56483.6 转炉炼钢转炉炼钢p3.6.1 氧气氧气转炉炉炼钢的的发展展p3.6.2 顶底复吹底复吹转炉炉炼钢的的设备p3.6.3 复吹复吹转炉吹炉吹炼工工艺492024/8/12 周一/14:58:57493.6.1 氧气转炉炼钢的发展氧气转炉炼钢的发展p现代代转炉炉炼钢的的发展大致分四个展大致分四个时期：期：1）顶吹吹转炉炉炼钢技技术的的创立立(19481956)标志性技志性技术：拉瓦：拉瓦尔型超音速型超音速顶吹吹喷枪。2）顶吹吹转炉炉炼钢技技术的成熟与完善的成熟与完善(19561967)标志性技志性技术：转炉大型化；副炉大型化；副枪动态控制技控制技术3）氧气）氧气炼钢技技术的繁荣与的繁荣与发展展(19671993)标志性技志性技术：氧气底吹氧气底吹转炉炉炼钢技技术；转炉复合吹炉复合吹炼工工艺技技术4）现代代转炉炉炼钢技技术(1993)标志性技志性技术：溅渣渣护炉工炉工艺；干法除干法除尘与煤气回收技与煤气回收技术 502024/8/12 周一/14:58:5950顶底复吹转炉顶底复吹转炉转炉复合吹炼工艺最初是沿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袭顶吹和底吹两种吹炼工艺逐步发展完善：即在步发展完善：即在顶吹转炉底顶吹转炉底部喷吹惰性气体和在底吹转炉部喷吹惰性气体和在底吹转炉上部安装顶吹氧枪上部安装顶吹氧枪。实践证明，复吹转炉基本保实践证明，复吹转炉基本保留了顶吹转炉和底吹转炉的优留了顶吹转炉和底吹转炉的优点，避免各自的缺点，成为当点，避免各自的缺点，成为当代转炉的基本操作工艺。代转炉的基本操作工艺。512024/8/12 周一/14:59:00513.6.2 顶底复吹转炉炼钢的设备顶底复吹转炉炼钢的设备p顶底复吹底复吹转炉炉炼钢的的设备由由4个系个系统组成，每个成，每个系系统又由各自的又由各自的设备组成。成。炼钢容器的容器的炉子系炉子系统；提供提供炼钢所需的氧气和底部所需的氧气和底部搅拌气体的拌气体的供气供气系系统；提供提供炼钢所需的金属料和造渣材料的所需的金属料和造渣材料的供料系供料系统；对高温含高温含尘烟气烟气进行降温除行降温除尘处理，并回收理，并回收余余热和煤气的和煤气的烟气烟气处理系理系统。522024/8/12 周一/14:59:01523.6.2.1 3.6.2.1 炉子系统炉子系统p炉子系炉子系统由由转炉炉托圈托圈耳耳轴倾动机构机构组成，成，是装入原料是装入原料进行吹行吹炼的容器。它由的容器。它由圆台形台形炉帽炉帽圆筒形筒形炉身炉身和球缺形或截和球缺形或截锥形形炉底炉底三部分三部分组成在成在炉帽与炉身炉帽与炉身连接接处 有有出出钢口。口。532024/8/12 周一/14:59:03533.6.2.2 供气系统供气系统p供氧系供氧系统由制氧机由制氧机储气罐气罐压氧机氧机输气管气管道及道及阀门、氧氧枪和和底部供气元件底部供气元件组成。成。p氧氧枪是供氧是供氧设备中的关中的关键部件。由部件。由枪身和身和喷头组成。成。枪身身是由三种不同直径的是由三种不同直径的无无缝钢管管套装而成，套装而成，通水冷却。通水冷却。喷头用用导热良好的紫良好的紫铜制成制成，孔形状一般采用，孔形状一般采用拉瓦拉瓦尔管管的形状，大型的形状，大型转炉普遍炉普遍应用了三孔用了三孔四孔四孔五孔五孔喷头。542024/8/12 周一/14:59:0354氧枪结构示意图氧枪结构示意图552024/8/12 周一/14:59:0455p顶底复吹技底复吹技术的关的关键部件是复吹部件是复吹转炉的底部供炉的底部供气元件。气元件。p底部供气元件分底部供气元件分为两大两大类，即，即喷嘴型和嘴型和砖型型。底部供气元件底部供气元件562024/8/12 周一/14:59:05563.6.2.3 供料系统供料系统1）铁水供水供应2）废钢供供应3）造渣）造渣剂供供应572024/8/12 周一/14:59:06571）铁水供应）铁水供应p混混铁车（鱼雷罐雷罐车）方式流程）方式流程为：高炉：高炉铁水水鱼雷罐雷罐车铁水罐水罐转炉。炉。p这种供种供应方式投方式投资省省铁水温降小和有水温降小和有较好的生好的生产环境。适合于大型高炉向大型境。适合于大型高炉向大型转炉（炉（100t以上）以上）供供应铁水。水。582024/8/12 周一/14:59:0758p向向转炉供炉供应废钢一般采用一般采用废钢槽槽方式。方式。p流程：磁流程：磁盘吊吊车装槽装槽桥式吊式吊车+废钢槽槽转炉。炉。2）废钢供应）废钢供应592024/8/12 周一/14:59:0859p转炉的造渣炉的造渣剂采用以下的供采用以下的供应方式：地下方式：地下储料料仓胶胶带运运输机机高位料高位料仓称量漏斗称量漏斗汇总漏斗漏斗溜槽溜槽 转炉。炉。p下下图还给出了出了 向向钢包中加入包中加入 铁合金的主要合金的主要 设备。3）造渣剂供应造渣剂供应602024/8/12 周一/14:59:09603.6.2.4 烟气处理系统烟气处理系统p转炉炉内的气体称炉炉内的气体称为炉气，炉气离开炉口炉气，炉气离开炉口进入烟入烟罩后称罩后称为烟气烟气。p氧气氧气转炉在吹炉在吹炼期期间产生大量含生大量含尘炉气，其炉气，其温度温度高达高达14001600，炉气中含有大量，炉气中含有大量CO和含和含铁60左右的粉左右的粉尘。p 转炉炉气的炉炉气的处理方法主要有燃理方法主要有燃烧法和未燃法和未燃烧法。法。未燃法未燃法是在炉口上方采用可以升降的活是在炉口上方采用可以升降的活动烟罩，烟罩，使炉气在收集使炉气在收集过程中尽量不与空气接触，程中尽量不与空气接触，经降降温除温除尘净化后，通化后，通过风机抽入煤气回收系机抽入煤气回收系统中。中。612024/8/12 周一/14:59:0961转炉全湿法（转炉全湿法（OGOG法）烟气净化系统法）烟气净化系统 622024/8/12 周一/14:59:10623.6.3 复吹转炉吹炼工艺复吹转炉吹炼工艺3.6.3.1 吹吹炼工工艺流程流程3.6.3.2 吹吹炼过程元素的程元素的变化化3.6.3.3 吹吹炼工工艺制度制度632024/8/12 周一/14:59:1163642024/8/12 周一/14:59:12643.6.3.1 吹炼工艺流程吹炼工艺流程p一炉一炉钢的冶的冶炼过程是程是指从装料到倒尽渣指从装料到倒尽渣为止止。顶底复吹底复吹转炉炉炼钢的的冶冶炼周期一般是周期一般是3040min。其中的。其中的纯吹氧吹氧时间约1520min。652024/8/12 周一/14:59:1365662024/8/12 周一/14:59:1466转炉操作进程转炉操作进程672024/8/12 周一/14:59:15673.6.3.2 吹炼过程元素的变化吹炼过程元素的变化p根据根据C的氧化速度不同，的氧化速度不同，炼钢过程可分程可分为三三个个时期。期。p氧化初期，脱碳速度由小氧化初期，脱碳速度由小变大。大。由于氧化初期熔池温度低，由于氧化初期熔池温度低，SiMn氧化量氧化量多，消耗了大部分的氧，多，消耗了大部分的氧，C的氧化受到限的氧化受到限制。制。脱碳速度脱碳速度dC/dt=-k1t，与吹，与吹炼时间成正成正比。比。这一一时期称吹期称吹炼初期，又叫硅初期，又叫硅锰氧化期，氧化期，时间从开吹到从开吹到约45min。p氧化中期氧化中期Si、Mn氧化氧化结束，熔池温度升高，供束，熔池温度升高，供给的氧几的氧几乎全部用于脱碳。乎全部用于脱碳。脱碳速度达到最大且几乎不脱碳速度达到最大且几乎不变。这一一时期称期称为吹吹炼中期，又叫碳氧化期，中期，又叫碳氧化期，wc=3.0%-3.5%时进入吹入吹炼中期。中期。p氧化后期氧化后期随着碳含量下降，在随着碳含量下降，在钢液与气相的液与气相的边界界层中中,碳碳的的浓度梯度逐度梯度逐渐下降，使得脱碳速度越来越小。下降，使得脱碳速度越来越小。脱碳速度由大脱碳速度由大变小。小。这一一时期称吹期称吹炼末期，又叫末期，又叫碳氧化后期。碳氧化后期。除碳外其他元素除碳外其他元素变化不大，主要化不大，主要进行行终点操作。点操作。当当wc0.3%-0.7%时，进入吹入吹炼末期。末期。吹炼吹炼过程过程中中金金属液属液和和炉炉渣渣成成分的分的变化变化702024/8/12 周一/14:59:16703.6.3.3 吹炼工艺制度吹炼工艺制度 p顶底复吹底复吹转炉炉炼钢，根据底吹气体种，根据底吹气体种类的的不同，可分不同，可分为底部吹入非氧化性气体的复底部吹入非氧化性气体的复吹工吹工艺和和底部吹入氧化性气体的复吹工底部吹入氧化性气体的复吹工艺。p我国采用的是前一种工我国采用的是前一种工艺进行复吹行复吹转炉炉炼钢，即底部吹入氮气、，即底部吹入氮气、氩气来气来搅拌熔池。拌熔池。p氧气氧气顶底复吹底复吹转炉炉炼钢工工艺包括包括装料装料供供氧氧底部供气、造渣底部供气、造渣温度及温度及终点控制点控制脱氧及合金化脱氧及合金化等内容。等内容。712024/8/12 周一/14:59:17711 装料制度装料制度1）装料次序）装料次序p一般来一般来说是先装是先装废钢后后兑铁水，防止加入水，防止加入铁水水时造成造成喷溅。p到了炉役后期，或者到了炉役后期，或者废钢装入量比装入量比较多的多的转炉，炉，可以先可以先兑铁水，后加水，后加废钢。2）装入量）装入量p不同吨位的不同吨位的转炉以及一座炉以及一座转炉在不同的生炉在不同的生产条条件下，都有其不同的合理金属装入量。件下，都有其不同的合理金属装入量。p装入量装入量过小，小，产量低，熔池浅，氧流易直接冲量低，熔池浅，氧流易直接冲击炉底，造成炉底破坏。装入量炉底，造成炉底破坏。装入量过大大,熔池熔池搅拌拌不充分，吹不充分，吹炼时间增加，易造成增加，易造成喷溅。722024/8/12 周一/14:59:18722 供氧制度供氧制度p当氧气射流作用在金属熔池上当氧气射流作用在金属熔池上时，一部分氧气，一部分氧气被金属液吸收，参与被金属液吸收，参与炼钢反反应，来不及反，来不及反应的的氧气沿冲氧气沿冲击坑表面坑表面产生反射流生反射流动，另外由，另外由C-O反反应产生的生的CO气体上升排除，使冲气体上升排除，使冲击坑坑壁面附近的金属液向上运壁面附近的金属液向上运动，造成冲，造成冲击坑四周坑四周的金属液不断向冲的金属液不断向冲击 坑底部坑底部补充，从而充，从而产 生了循生了循环流流动。732024/8/12 周一/14:59:1973p在在实际吹吹炼中，中，喷头结构构氧气工作氧气工作压力和流量通力和流量通常保持一定，所以可以通常保持一定，所以可以通过控制控制枪位来控制吹位来控制吹炼过程向熔池中的供氧和熔池的程向熔池中的供氧和熔池的搅拌。拌。p枪位指位指喷头到静止金属熔到静止金属熔 池液面的距离。池液面的距离。高高枪位指位指 该距离大，低距离大，低枪位指位