炼钢业务基础知识讲座-陈卫强

2013年5月炼钢连铸工艺基础知识培训主讲人：陈卫强2内容摘要一、钢铁生产工艺流程简介二、炼钢、连铸工艺及设备三、炼钢连铸工程设计对辅助专业的一般要求四、炼钢所专业产品3钢铁生产工艺流程分类长、短流程优、缺点第一部分钢铁生产工艺流程简介41 钢铁生产工艺流程分类1.1长流程以矿石和煤为主要原料，通过烧结(或球团)、焦化、高炉、炼钢连铸和轧钢等工序生产钢材的流程。在我国主要钢铁联合企业中，长流程的产量占主导地位。有的联合企业长短流程兼有。有的钢铁联合企业还包括矿山、选矿、耐火材料、热电站和某些副产品加工及其它钢铁产品的深加工等。钢铁生产的工艺流程可分为两大类：长流程短流程5钢铁生产长流程示意框图6钢铁生产长流程优点☺长流程的优势在于其工艺成熟可靠；☺效率高、生产规模大；☺产品质量好；☺能源消耗高。至今乃至今后相当长的一段时间内仍是钢铁生产的主导工艺。钢铁产品的主要部分和一些重要品种都要依靠它生产，大型联合企业(200～1000万t/a)都采用这种流程。7钢铁生产长流程缺点长流程的生产链长，建设投资大，周期长，生产灵活性差、建厂条件(水电、运输及原材料供应等)要求高而且复杂；焦化、烧结及高炉等，环境污染比较严重；高炉冶炼必须使用日趋紧缺的冶金焦。因此，长流程正面临着环境保护要求不断提高以及焦煤资源短缺的挑战。为此，近20年来研发了熔融还原流程，以迎接上述挑战。熔融还原流程只采用的能源介质为煤和氧气，基本上不使用冶金焦。它的主要产品是铁水和热值较高的煤气。熔融还原取代高炉的前景还在经受考验中。81.2钢铁生产短流程以废钢或海绵铁(直接还原铁)为原料通过电炉炼钢和轧钢等工序生产钢材的流程。国外称这种电炉——连铸——轧钢这样的短流程生产工艺为小钢厂的短流程，其生产工艺流程如下：钢铁生产短流程示意框图9钢铁生产短流程优点①生产规模适中。一般为50～100万t/a，现在薄板坯连铸连轧生产带钢技术成熟后，其规模已扩大至150～200万t/a；②建设投资省。根据生产规模及钢材品种，吨钢建设投资约为常规长流程的35%～50%；③生产成本低。在工业发达国家，废钢资源充裕，其价格低于生铁，电费也不高，而且流程短，工序少，吨钢所耗劳动工时也少；④热能消耗少；⑤环境污染小。因不建严重污染环境的烧结、焦化、高炉工序，烟尘和污水排放量少；⑥生产灵活性大。规模可大可小，可靠近钢材用户地区建设，减少运输费用，也能随市场变化调整生产，容易适应地区对钢材的需求。10采用电炉——连铸——轧钢短流程的条件是必须有充足的废钢来源和相对低廉的电价。电炉冶炼中以海绵铁作为废钢代用品，主要目的在于补充废钢数量的不足和提高入炉原料的质量。因为海绵铁中微量元素的含量极低，对于冶炼微量元素含量要求严格的特殊用途钢种，配加一定比例的海绵铁是完全必要的。我公司在上世纪90年代设计建设投产的短流程有天津无缝钢管厂、张家港润忠及沙景、淮阴、江阴兴澄、苏钢、抚钢、韶关等厂。目前电炉多以热装铁水为主：30～60%，以降低生产成本。11第二部分炼钢、连铸工艺及设备炼钢的基本任务主要炼钢方法炼钢原料铁水预处理转炉炼钢生产工艺及主要设施钢水炉外精炼连铸12①脱C②去磷和去硫③去除冶炼过程中进入钢液的有害气体及非金属夹杂物④脱氧及合金化：把冶炼过程中生成的对钢质量有害的过量氧(以FeO形式有存在)从钢液中排出。加入合金元素，把钢液中的各种合金元素含量调整到所炼钢号的范围内；⑤调温：按冶炼工艺要求，调整钢液温度到出钢温度；⑥浇铸：把冶炼好的合格钢水浇铸成一定形状的铸坯，供下步工序轧钢轧材。2.1炼钢的基本任务132.2主要炼钢方法氧气转炉炼钢氧气转炉炼钢是以铁水及少量废钢等为原料，加入熔剂(活性石灰石、萤石、白云石等)及铁合金。在转炉内用氧气进行吹炼的炼钢方法。根据冶炼期间向炉内喷吹氧气、惰性气体的部位不同，转炉炼钢又可分为顶吹、底吹和顶底复合吹转炉。电炉炼钢通常所说的电炉炼钢主要指电弧炉炼钢。电炉炼钢是以电能为热源，以废钢为主要原料，辅助料铁矿石、铁合金、石灰、萤石等。电弧炉炼钢是靠电极和炉料产生的电弧热，加热、熔化废钢和其它炉料，加入铁矿石(氧化铁皮)、石灰、萤石和吹氧，去除金属中的杂质，然后用铁合金、铝等使钢水脱氧和合金化的炼钢方法。142.3炼钢原料炼钢原料金属料铁水生铁废钢铁合金辅助原料造渣材料氧气铁矿石氧化铁皮氧化剂增碳剂15铁水铁水是转炉炼钢的主要原料，一般占装入量的80%以上。在废钢供应不足时，电炉炼钢中如有条件可用铁水代替部分废钢，此时铁水配入量可达30%左右。转炉炼钢对铁水的要求：①铁水温度：铁水的物理热和化学热是转炉炼钢的基本热源。铁水温度是铁水带入转炉物理热多少的标志，铁水物理热约占转炉热量收入的50%，一般要求铁水物理温度大于1250℃。②化学成分：国家标准对炼钢生铁的成份有具体规定(GB/T17-1998),但在实际生产中，各钢厂都根据本厂具体情况对炼钢生铁的成分提出比国家更严格的规定。16国内部分钢厂用铁水成分(%)0.070.400.40~2.00.45~0.85≥3.5国标1400≤0.04≤0.10≥0.400.4~0.84~4.4邯钢12500.050.0350.200.734~4.2本钢14500.03≤0.15≤0.300.4~0.64.1~4.23武钢―≤0.04≤0.12≥0.300.25~0.30≥4.2宝钢T(℃)SPMnSiC成分厂名另外，为提高钢水质量，降低消耗指标，铁水兑入转炉之前，还需要对铁水进行预处理，脱硫或三脱(脱硅、脱硫、脱磷)。17生铁块在电炉炼钢中，生铁矿一般用来提高炉料中的配碳量，通常配入量为10%左右。低磷、低硫生铁也可作为转炉炼钢的冷却剂。铁合金铁合金是脱氧及合金化材料。用于钢液脱氧的铁合金及硅钙合金等。用于调整钢液成分的铁合金叫做合金剂，常用的有锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钛铁和镍铁等。炼钢对铁合金的要求是成分应符合标准规定，块度适宜(一般为10～50mm)。废钢废钢是电弧炉炼钢最主要的金属料，其用量约占金属料的70%～90%。氧气转炉炼钢时，由于热量富裕，可加入10%～25%的废钢，作为调吹炼温度的冷却剂。废钢在入炉前要进行加工处理，使其达到冶炼的质量要求。18项目化学成分%活性度块度烧碱过烧率CaOSiO2Smlmm%%指标≥90≤3≤0.1＞3005~40＜4≤14造渣材料包括活性石灰、萤石、轻烧白云石等各种造渣材料都必须满足炼钢要求条件。如成分、粒度等要求。如我国顶吹转炉用石灰标准如下表：氧化剂炼钢用的氧化剂主要有氧气、铁矿石和氧化铁皮等。氧气是转炉炼钢的主要氧化剂，炼钢过程中，一切元素的氧化都是直接或间接与氧作用的结果。对氧气的要求是纯度应大于99.5%，氧压稳定且不含水分。一般都安装中压球形贮罐，采用专线管道输入氧气顶吹阀门站。19铁矿石是电炉炼钢常用的氧气剂，在转炉炼钢还起冷却剂的作用，要求铁含量高(TFe＞56%)，杂质少(SiO2＜10%，S＜0.2%)，块度适宜。氧化铁皮主要用来调整炉渣的化学成分，提高炉渣的FeO含量，降低炉渣的熔点，改善流动性。在炉渣碱度合适的情况下，还可提高去磷效果。增碳剂转炉用增碳法冶炼中、高碳钢时，一般采用石油焦作为增碳剂，也有采用焦炭或废电极制成粉状用惰性气体喷吹输入到钢水中。增碳剂碳含量应不小于95%，灰分、挥发物和硫含量应尽可能低。202.4铁水预处理铁水预处理通常指：铁水脱硫、脱磷和脱硅(即三脱)处理。现代炼钢工艺中，铁水预处理已成为炼钢前一道独立的工序。铁水脱硫：广泛运用的有搅拌法和喷吹法。①机械搅拌法：将搅拌器浸入铁水中旋转，使脱硫剂和铁水充分混合发生反应，称KR法。使用的脱硫剂为电石粉，用量为2～3Kg/t铁水，搅拌时间10～15min，处理周期为30～40min，脱硫高达96%。主要缺点是设备复杂，铁水罐内衬和搅拌器的耐火材料使用寿命短。②喷吹法：以惰性气体为载流体、将脱硫剂与气体混合吹入铁水中，同时也搅拌了铁水。目前喷吹法采用较普遍。喷吹法可在铁水罐内进行，也可在混铁车(鱼雷罐)内进行处理，采用铁水罐处理，容器形状较合理，效果较好，可设置在主厂房内，混铁车则要设置在高炉与炼钢之间的独立厂房内。21铁水脱硅铁水脱硅目的在于脱磷，在转炉生产不锈钢和越低磷钢时(P＜0.01%以下)，铁水需进行三脱(脱S、脱P和脱Si)。由于Si的氧化势比P低，冶炼中脱P加入氧化剂后，Si比P先氧化成SiO2，大大降低炉渣的碱度，影响脱磷效果，所以必须先脱Si。生产实践证明，铁水中的硅含量小于0.20%有利于脱P，脱P剂消耗少。①高炉出铁沟中投入固体氧化剂连续脱硅：这是早期使用的方法，脱硅效率比较低，一般在50%左右。②喷吹法：在铁水罐或混铁车喷吹脱硅剂(吹氧和固体氧化剂)吹氧是防止温降大。目前使用的脱硅剂主要是氧化铁皮和烧结矿粉。22铁水脱磷铁水预脱磷主要是为了稳定和改善转炉冶炼工艺操作，降低消耗和成本、提高钢的质量，冶炼超低磷钢。①喷吹法:是借助于载流体把脱磷剂喷吹于铁水内脱磷。可在铁水罐和混铁车中进行。使用的喷枪与脱硫类似。②转炉法脱磷:优点是具有足够的反应空间和强烈的搅拌动力学条件、氧气、温度和碱度的热力学条件，使铁水中的磷容易进入渣中。已有多家采用，如京唐钢厂就是采用转炉脱磷的方法。目前使用最多的脱磷剂主要是石灰系。主要成分是CaO，配一定比例的氧化铁皮或烧结矿粉和萤石。23铁水预处理使用的粉剂的组成和粒度消耗量20～30kg/t粒度≤1mm75%25%铁皮(或烧结矿)石灰脱硅剂消耗量50kg/t占80%粒度≤0.15mm氯化钙0%～5%萤石5%～10%铁皮(或烧结矿)60%～70%石灰30%～40%脱磷剂消耗量8～12kg/t粒度≤0.1mm碳粉(或其他)约4%萤石粉约6%石灰粉(CaO≥85%)90%混合粉剂消耗量0.5kg/t粒度0.6～1.5mmMg粉镁粉消耗2～3kg/t占80%粒度≤0.1mm碳粉0%～15%石灰石粉15%～25%萤石粉0%～5%电石粉40%～60%电石粉脱硫剂242.5转炉炼钢生产工艺及主要设施炼钢工艺设备流程图1234567825铁水供应方式铁水罐车供应方式：选用标准铁罐车（35t、65t、100t和140t），也有采用转炉兑铁水罐直接运输的。（京唐钢厂）混铁车供应方式：高炉铁水流到混铁车鱼雷罐中，由铁路运送到转炉车间倒罐站，转炉铁水罐车通过地坑连接铁水倒罐站和加料跨。混铁车兼有运输铁水和贮存铁水的作用。混铁车的容量根据转炉容量选择标准系列并应与高炉出铁量相适应。目前国内使用的混铁车公称吨位最大320t。原料系统铁水废钢散状料铁合金供应2.5.1原料系统26废钢供应废钢作为转炉钢铁料和冷却剂通常在废钢配料间装入废钢料槽中，然后运入加料跨，用废钢加料吊车或废钢加料车加入转炉中。散状原料供应散状原料是造渣剂和冷却剂，主要有活性石灰、轻烧白云石、萤石、铁化铁皮、铁矿石、烧结矿和焦碳等。散状料种类多、用量大，而转炉冶炼周期短，要求供应及时，称量准确。散状料供应系统包括由低位料仓至高位料仓的上料系统和高位料仓至转炉的加料系统。①低位料仓（也称地下料仓）在主厂房附近接收由火车或汽车运进来的散状原料。料仓容积及贮存量根据原料性质、产地远近、使用量等具体情况而定。27②由低位料仓至转炉跨高位料仓之间，通过倾斜胶带通廊和高位料仓上的带卸料小车的水平胶带运输机，将散状料由地下送入高位料仓。③加料系统是从高位料仓起，通过振动给料机、称量斗、中间汇总斗、密封闸门、溜管等环节将散状料加入转炉为止。转炉高位料仓的储存量一般要供转炉16～24小时使用。每座转炉都有专用的炉顶料仓，数量约10个，分别设在转炉中心线两侧，大部分转炉车间都采用分散称量，两侧加料的方式，以减少对炉衬侵蚀的不均匀性。另外在加料系统中还设防爆或和防煤气泄漏的措施。加料系统29铁合金供应铁合金供应方式随炼钢车间规模大小而异。供应系统由运输、贮存、称量和投料等部分组成。大型转炉车间铁合金用量较多，上料系统一般为：自卸卡车→铁合金地下料仓→振动给料器→皮带机上料系统→转炉跨中位料仓贮存待用