转炉炼钢工艺学.pptx

1 转炉炼钢的发展转炉炼钢发展的演变转炉炼钢工艺的特点 转炉主要冶炼品种2.转炉设备介绍2.1 炉体炉体（或反应器，或转炉体（或反应器，或转炉）是由内衬耐火砖炉）是由内衬耐火砖（镁砖或白云石质砖）（镁砖或白云石质砖）的钢壳组成，坚固的托的钢壳组成，坚固的托圈和耳轴是炉体支撑和圈和耳轴是炉体支撑和倾动系统，在吹炼过程倾动系统，在吹炼过程中，为了防止金属和泡中，为了防止金属和泡沫渣的喷溅，炉子的有沫渣的喷溅，炉子的有效容积比钢液体积大效容积比钢液体积大7到到12倍。倍。典型转炉炉体图显示有典型转炉炉体图显示有炉口炉口(N)、氧枪、氧枪(L)、耳轴、耳轴带带(B)、耳轴、耳轴(T)、倾动系、倾动系统统(M)和出钢口和出钢口(H)。转炉炉体剖面结构图2.2.氧枪 氧枪喷头的种类直筒型直筒型收缩型收缩型拉瓦尔型拉瓦尔型多孔拉瓦尔型（多孔拉瓦尔型（马赫数控制在马赫数控制在1.82.1）五孔拉瓦尔型熔池冲击深度3.转炉内的反应机理3.1 化学反应 装入的铁水与喷射的氧气接触发生快速的氧化反应，在此状态下，铁水中的其它元素离热力学平衡甚远。C+O2CO 在熔池上方，部分CO氧化成CO2(即二次燃烧)。这些气体通过烟罩排出。CO2/(CO+CO2)比值称为二次燃烧率(PCR)。冶炼过程中发生的其它氧化反应:Si+O2SiO22P+(5/2)O2P2O5Mn+O2MnOFe+O2FeO2Fe+(3/2)O2Fe2O3 这些氧化物与加入的（石灰、白云石）氧化物相结合形成液体渣并漂浮在金属溶池的表面3.2 顶吹转炉氧气作用区气固反应 图中显示在氧气顶吹转炉作用区脱碳和铁氧化之间的反应。在作用区元素的氧化与它们在钢液中的含量(Fe、C、Si等等)成正比。这些最初形成的氧化产物随即被排除，要么大部分经过金属溶液(硬吹、低枪位)要么直接进入渣中(软吹、高枪位)。任一含有FeO液滴在经过金属溶液时都会被碳还原，除非硅含量较高（吹炼初期）或碳含量较低（吹炼末期）时才有部分被还原。含有FeO液滴进入渣中则增加渣中FeO含量。泡沫渣与金属液滴发生强烈反应则导致喷溅。3.3 底吹转炉氧气作用区气固反应 图中显示在氧气底吹转炉作用区脱碳和铁氧化之间的反应。在作用区元素的氧化与它们在钢液中的含量(Fe、C、Si等等)成正比。这些最初形成的氧化产物漂移在金属溶液中，并被碳有效还原。仅在吹炼射流的末端FeO才能到达渣中并累积，也只有在这个阶段，脱磷渣才形成，不过，此时由于钢渣的强烈搅拌才使脱磷更加有效。3.4 钢渣界面反应 转炉炼钢系通常认为碱性氧气炼钢炉渣比较接近三元渣系即CaO-SiO2-FeO。但真正炉渣并不完全是三元的，而是超过三种成分，某些性质的合理估值可使用多元相图来得到。大家看到的相图是一范例，相图显示液相温度的变化随三元氧化物CaO、SiO2 和 FeO渣成分的变化而改变。1600、1650和1700C下，在CaO-SiO2-FeO-2%P2O5-1.5%Al2O3-3%MnO-5%MgO渣系中温度对液相渣的影响精炼渣相图 微量元素对硅酸盐2CaO-SiO2和 3CaO-SiO2溶解度的影响：1%MnO 相当于1%FeO，1%Al2O3 相当于1.5%FeO(针对C3S)和2.2%FeO(针对 C2S)1%CaF2(或 Na2O)相当于 1.5%FeO(针对 C3S)和 2.2%FeO(针对 C2S)MgO 饱和度(终渣):%MgO(sat)=8.5+0.006(T-1650)+0.25(%Fe)-2(%CaO/(%SiO2+%P2O5)磷的分配率 每升高50将使磷的分配率LP降低1.6倍(CaO/SiO2=3)到 1.4倍(CaO/SiO2=10)LP=(%P)slag/%Psteel(平衡时）1650 在CaO-SiO2-FeO-2%P2O5-1.5%Al2O3-3%MnO-5%MgO渣系下LP硫的分配率在液相渣中，LS 与温度关系不大。LS=(%S)slag/%Ssteel(平衡时)1650 在CaO-SiO2-FeO-2%P2O5-1.5%Al2O3-3%MnO-5%MgO渣系下LS锰的分配率每升高50C 将导致锰的分配率LMn 降低约1.25倍。LMn=(%Mn)slag/%Mnsteel(at equilibrium)1650 在CaO-SiO2-FeO-2%P2O5-1.5%Al2O3-3%MnO-5%MgO渣系下的LMn钢渣/钢液反应脱硅脱硅 硅的氧化非常迅速，在吹炼前期所有的硅就已反应完毕并进入渣中。脱磷和脱硫脱磷和脱硫 为了得到低硫、磷含量的钢，磷硫去除需要严格控制炉渣形成结构和终渣成分。两者中脱磷是重要的，在此会分析说明。为了冶炼成功并满足经济效益，炼钢工作者不得不考虑热力学和动力学方面的因素。渣的形成与组成吹炼期间渣成分变化路径吹炼期间渣成分变化路径:1-2:硅和铁（锰）氧化形成的酸性渣，此时石灰只有部分溶解，并且溶池的温度较低，所以只有部分磷被氧化。2-3:随着石灰逐渐溶解，溶于渣中CaO含量不断增多，则渣中FeO含量逐渐减少，并且在碳完全氧化时，FeO会被还原（特别是低枪位操作）。此时的炉渣成分不利于脱磷。3-4:反应渣，适合终脱磷。渣中氧化物来源于溶池的氧化反应的产物渣中氧化物来源于溶池的氧化反应的产物(SiO2、P2O5、FeO 和和 MnO),加入的溶剂加入的溶剂(CaO、MgO)和炉衬砖的熔损和炉衬砖的熔损(MgO)。吹炼期间炉渣成分的变化吹炼期间金属成分的变化4.转炉炼钢工艺4.1 炼钢用的原材料 铁水 废钢生铁块及烧结矿（氧化球团）4.2 炼钢用的辅料石灰 石灰的活性 我国炼钢用的石灰标准 萤石4.3 转炉耐火材料及护炉技术 耐火材料 转炉炉龄 护炉技术 溅渣护炉技术 溅渣护炉技术的特点4.4 转炉冶炼工艺 装料制度 供氧制度 100吨钢氧消耗量的计算 软吹与硬吹对熔池的影响 氧枪的操作方式 转炉氧枪枪位的控制 造渣制度 造渣方法 石灰的加入量 成渣速度 成渣的途径 CaO(+MgO)-FeO(MnO)-SiO2(P2O5)相图 炉渣的造渣制度 吹炼过程中熔池渣的变化 白云石造渣 喷溅 防止喷溅的方法 温度制度 熔池的温度控制 终点控制及合金化制度 终点控制方法 拉碳法 终点控制方法 增碳法 终点温度控制 钢水合金化 5 顶底复吹工艺特点 顶底复合吹炼技术特点 底部供气元件 细金属管多孔塞式供气元件 复吹转炉的使用效果 长寿复吹转炉冶炼工艺 底吹喷嘴的维护 工艺操作流程 LBE转炉吹炼过程加料和供氧操作示意图 6 转炉炼钢的物料平衡及热平衡 物料平衡 热平衡 工序能耗 负能耗炼钢 转炉节能 标准煤 中国钢铁能耗与主要钢铁生产国比较 宝钢能耗情况