炼钢工艺简介

宝钢集团新疆八一钢铁有限公司制造管理部2011年7月炼钢工艺技术简介更好的钢铁更好的环境更好的生活BetterSteel,BetterLife.一.氧气顶吹转炉炼钢法的发展•氧气顶吹转炉炼钢是20世纪50年代发展起来的•1952年在林茨城建成两座30t氧气顶吹•1953年初在多那维茨城又建成两座30t氧气顶吹•1954年我国开始氧气顶吹转炉试验工作•1964年建成第一座氧气顶吹转炉•1855年亨利•贝塞麦发明酸性底吹转炉炼钢法，第一次解决了大规模生产液态钢的问题。贝塞麦炼钢法的出现是现代炼钢法的开始。但由于它是酸性炉衬，不能造碱性渣，因而不能脱磷和脱硫。•1878年托马斯发明了间碱性炉衬的转炉炼钢法，解决了高磷生铁炼钢的问题。•由于大型空气分离工业的成功，用纯氧炼钢才成为可能，1952年发明的氧气顶吹转炉标志着转炉炼钢新的时代的到来。氧气顶吹转炉炼钢法的发展氧气顶吹转炉钢法在我国的发展也比较早，在1955年就开始了小型试验研究工作。1962年进行了工业性试验。在试验取得成功的基础上，我国第一个30吨氧气顶吹转炉炼钢车间于1964年在首钢建成并投入生产。以后又在唐山、上海、杭州、鞍山、攀枝花和本溪等地相继建成了一些大、中、小型氧气顶吹转炉车间。上海宝钢在1985年9月建成并投产了300吨的氧气顶吹转炉车间。1986年氧气顶吹转炉钢产量占全国钢产量的54％。二.转炉的分类1、空气转炉•⑴酸性空气底吹转炉（又称贝塞麦炉）•⑵碱性空气底吹转炉（又称托马斯炉）•⑶酸性空气侧吹转炉（又称小贝塞麦炉）•⑷碱性空气侧吹转炉转炉的分类2、氧气转炉•氧气底吹转炉•氧气侧吹转炉（原一炼钢）•氧气顶吹转炉转炉的分类三.氧气顶吹转炉炼钢法的特点•吹炼速度快、生产率高氧气顶吹转炉由于采用含量在99％以上的氧气进行吹炼，反应激烈，脱碳、升温速度很快，冶炼周期很短，一般转炉生产周期在30~40分钟，如宝钢300吨转炉平均冶炼周期为36分钟／炉，。我们目前在20~30分钟，而平炉则要5～6小时（吹氧）才能炼一炉钢。氧气顶吹转炉炼钢的生产率为平炉的6～8倍，是一种效率极高的炼钢炉。氧气顶吹转炉炼钢法的特点•原料适应性好•主原料以铁水为主，可以吃80％以上的铁水，氧气顶吹转炉对原料的适应性比较强，能吹炼中磷（P＝0.50～1.50％）生铁和高磷（P＞1.50％）生铁，还能吹炼含钒、钛等特殊成分的生铁。•热量来源是铁水的物理热和元素的氧化放热，不需要外来热源。氧气顶吹转炉炼钢法的特点•品种多、质量好•氧气顶吹转炉能冶炼平炉熔炼的全部钢种和电炉熔炼的部分钢种。从钢中含碳量来看，氧气顶吹转炉可以冶炼微碳（C＜0.015％）、低碳、中碳、直到含碳达1.30～1.50％的高碳钢种；以钢中含合金元素来看，从含微量元素的工业纯铁、低合金钢、中合金钢、直到镍铬含量高达30％的超低碳不锈钢等，都能冶炼。•氧气顶吹转炉钢的质量：气体和夹杂含量一般均低于平炉钢和电炉钢。氧气顶吹转炉钢的深冲性能和延展性好，适宜轧制板、管、丝、带等钢材，而这类钢材往往占钢材总量的50～60％或更高。氧气顶吹转炉炼钢法的特点•原料消耗少，热效率高、成本低•氧气顶吹转炉炼钢的金属消耗一般为1100～1140公斤／吨钢，稍高于平炉（但在良好燥作情况下，金属消耗与平炉接近）。但由于顶吹转炉的热源是利用铁水本身的物理热和化学热，热效率高，不需外加热源，因此在燃料和动力消耗方面均较平炉、电炉低。由于氧气顶吹转炉炼钢法具有高的生产率和低的消耗，所以钢的成本也较低。氧气顶吹转炉炼钢法的特点•利于自动化生产和开展综合利用•氧气顶吹转炉炼钢冶炼时间短，生产率高，其机械化程度较高，有利于实现生产过程的自动化，也有利于开展综合利用，如回收煤气、炉尘（做烧结矿原料）等。氧气顶吹转炉炼钢法的特点一、什么叫钢一般把碳小于2.11％的铁碳合金称为钢。二、什么叫炼钢所谓炼钢就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质，在根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其他特殊性能的钢。炼钢基本原理四、炼钢基本原理三、炼钢的基本任务钢和铁都是以铁元素为基本成分的铁碳合金。生铁和钢所以在性能上有较大的差异，主要原因是由于含碳量的不同是铁碳合金的组织结构不同而造成的。生铁含碳高，硬而脆，冷热加工性能差；而钢则具有较好的韧性，强度高，热加工性能和焊接性能比生铁好，才能加工成各种类型的钢材而使用。生铁除含有较高的碳外，还含有一定量的其他杂质。炼钢基本原理炼钢的基本任务可归纳为：（1）脱碳并将其含量调整到一定范围。碳含量的不同不但是引起生铁和钢性能差异的决定性因素，同样也是控制钢性能的最主要元素。钢中含碳量增加，则硬度、强度、脆性都将提高，而延展性能将下降；反之，含碳量减少，则硬度、强度下降而延展性能提高。所以，炼钢过程必须按钢种规格将碳氧化至一定范围。（2）去除杂质，主要包括：•脱磷、脱硫：对绝大多数钢种来说，P、S均为有害杂质。P可引起钢的冷脆，而S则引起钢的热脆，因此，要求在炼钢过程中尽量除之。•脱氧：由于在氧化精炼过程中，向熔池输入大量氧以氧化杂质，至使钢液中溶入一定量的氧，它将大大影响钢的质量。因此，需降低钢中的含氧量。一般是向钢液中加入比铁有更大亲氧力的元素来完成（如Al、Si、Mn等合金）。炼钢基本原理•去除气体和非金属夹杂物：钢中气体主要指溶解在钢中的氢和氮。非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、磷化物、氮化物以及它们所形成的复杂化合物。在一般炼钢方法中，主要靠碳-氧反应时产生CO气泡的逸出，所引起的熔池沸腾来降低钢中气体和非金属夹杂物。•调整钢液成分和温度。为保证钢的各种物理、化学性能，除控制钢液的碳含量和降低杂质含量外，还应加入适量的合金元素使其含量达到钢种规格范围。炼钢基本原理12t转炉冶炼第一炼钢厂第一炼钢厂现有两座20吨和两座40吨顶吹转炉，另有两座25吨钢包精炼炉，2台三机三流小方坯连铸机，2台四机四流小方坯连铸机，主要生产的断面：120mm2、150mm2、200×240mm2连铸坯；平均日产钢水7500吨左右，平均出钢量为23吨和42吨，冶炼的钢种主要有普碳钢、低合金钢、焊条钢、打包丝钢、拉丝钢、中碳钢及一些合金结构钢，同时已具备生产优质工业用钢的能力，40t转炉平均炉龄20859炉，最高25229炉。作业率为86%，4座转炉年产量已具备280万吨钢的生产能力。工艺状况及装备简介坯库1第一炼钢厂转炉工艺流程图连铸工序修包位修炉区废钢存放区混铁炉渣位辅料存放区Ar1LD3Ar2LD1中包砌包区中包存放区备用品存放区345612烘烤位坯库3坯库2连铸垮CC0:4strand150×150mm2CC1:4strand150×150mm2CC2:3strand150×150mm2CC3:3strand150×150mm2天车：2部转炉垮LD：20t×2+40t×2混铁炉：300t东西CC0CC1CC3铁水废钢合金及渣料钢水钢水连铸钢水连铸坯输出输出输出LD2炼钢工序精炼工序LD3Ar2Ar2CC2一、转炉炼钢生产工艺要点炼钢原材料准备：转炉用原材料分为金属料（铁水、废钢、生铁块、）、造渣材料（石灰、萤石、白云石、合成渣等）、氧化剂（氧气、铁矿石等）、增碳剂等。转炉工艺：装入制度（铁水、废钢装入量）、供氧制度（控制氧气流量、供氧强度、氧枪枪位）、造渣制度（炼钢就是炼渣）、终点控制（控制碳含量、氧含量）、温度制度（控制出钢温度）、脱氧合金化（采用脱氧方式、合金化操作）。精炼工艺：精炼工序主要是去气去夹杂、脱硫、微合金化调整温度的作用。连铸工艺：温度制度（控制中包温度）、拉速制度（根据温度制定拉速表）、配水制度（根据不同的钢种、断面、拉速制定出合理的冷却方案）。一、转炉炼钢厂冶炼工艺特点转炉的顶吹工艺：转炉炼钢厂采用顶吹冶炼工艺，加速了炉内脱碳反应接近平衡状态，缩短了冶炼周期，同时在节约氧气、降低消耗、节约合金方面取得良好的效果。音频化渣技术：2000年转炉与上海工业大学合作开发的音频化渣技术，该项技术能根据炉内反应的声音，分析炉渣的性质，及时指导氧枪枪位控制，促进化渣转炉数据静态模拟控制：2001年，转炉与上海阿塞克自动化公司合作，开发出转炉数据静态模拟控制系统，使小转炉炼钢局部实现自动化，降低了劳动强度，改善了生产环境，提高了转炉作业率及生产效率。全程底吹氩技术：在出钢时开始吹氩，搅拌钢水，均匀成份和温度，降低钢水中气体和夹杂物含量，以达到净化钢水的目的。溅渣护炉：转炉采用溅渣护炉技术，减少补炉次数，提高转炉有效作业：时间和转炉炉衬寿命，2007年40t转炉平均炉龄达到了20859炉，20t转炉平均炉龄达到了6008炉，取得较好的经济效益，但与先进企业相比仍有较大底差距。三、一炼钢厂连铸工艺特点自动配水系统：采用JX-300型集散控制系统（DCS），结合自身连铸机的工艺特点，设计开发出合理的配水曲线，与控制系统结合，实现全程自动配水，保证产品质量。连铸快换中间包：在不中断生产的前提下，迅速更换中间包，保证连铸生产的连续性，使连铸作业率及连浇炉数大幅提高，平均连浇炉数大幅度提高。连铸快换水口：快速更换中包上水口，提高中包寿命，降低耐材成本，现中包寿命最高达25小时（1500吨钢/包）连铸坯热送：转炉于1998年开始连铸坯热送，目前转炉炼钢厂的平均热送率已达60%以上，吨钢综合成本降低15元左右。连铸自动浇注技术：本技术采用结晶器液位检测系统和伺服电机模糊控制技术，通过信号反馈，实现了小方坯连铸的塞棒自动浇注功能，并具备溢流防止、塞棒自动清洗等功能，排除了人为对产品质量的影响，降低了劳动强度。三、一炼钢产品大纲代表品种优质碳素钢：30＃-45#低碳拉丝用钢：Q215A、Q195、棉打钢、H08A、LS低合金低合金高强度：Q345A等普碳：Q235A、挡板专用钢等低合金类建筑用钢：20MnSi、20MnSiNb、20MnSiV等轧辊钢：70Mn2Mo四、一炼钢技术经济指标一炼钢在今年前几个月与国内部分同类生产厂指标相比，在钢铁料消耗、日历作业率上差别较大.而与全国平均水平相比各项指标均好于同时期的全国平均水平。钢铁料消耗比莱钢高21kg/t，比全国平均低了7.4kg/t日历作业率上比南京低15.56%，比全国平均高2.64％氧气消耗比莱钢高３.７８m3/t，比全国平均低3.85m3/t。转炉冶炼周期比安阳多１.５６min,比全国平均低6.9min。炉衬寿命比莱钢略低。具体对比数据见附表。电炉炼钢电炉炼钢是利用电能作热源来进行冶炼的。最常用的有电弧炉和感应炉两种。而电弧炉炼钢占电炉炼钢产量的绝大部分，一般所说的电炉即指电弧炉。电炉炼钢的特点•热效率高，一般可达65％以上•温度高，电弧区温度高达3000度以上，可使钢水加热到1600度以上，满足冶炼不同钢种的需要。•在冶炼不同阶段，炉内不不仅能造氧化气氛还能造还原气氛，能使炉渣成分相对稳定，有利于去除钢中有害杂质和非金属夹杂物，回收合金元素，钢的成分容易控制。•设备简单，占地少，投资省，建厂快，电炉炼钢的特点•目前世界上发展的新型电炉主要有超高功率电炉、直流电弧炉、双壳电炉、竖炉电炉等，随着炉外精炼技术的发展，电炉作为初炼炉的功能更加突出，电炉－精炼炉的联合操作，使电炉的冶炼周期大大缩短，有生产节奏转炉化的趋势，生产效率液大为提高。电炉炼钢的特点•电炉原料•电炉可全部用废钢作金属原料，可冶炼力学性能和化学成分要求严格的钢。•对原料废钢的要求•清洁，即废钢中的泥沙等杂质要少，由于这些杂质呈酸性在冶炼过程可降低炉渣碱度影响去P、侵蚀炉衬、增加消耗。•废钢中铜、锌、铅、锡、砷等都是有害元素。铜和锡留在钢内在轧制或锻制时产生热裂，铅的密度大沉到炉底裂缝中就会造成漏钢事故。锌蒸发成氧化锌会降低炉盖寿命。•密闭容器和爆炸物会引起爆炸事故，成为安全隐患。电炉炼钢的特点第二炼钢厂第二炼钢厂简介•第二炼钢厂现有公称容量为70t直流电弧炉一座，120吨顶底复吹转炉三座。•70t直流电弧炉配备有一座75tLF钢包精炼炉及一台四机四流合金钢方坯连铸