冶金工程概论第七章氧气转炉炼钢(工艺部分).

第七章氧气转炉炼钢（工艺）7.3氧气转炉炼钢工艺转炉冶炼一炉钢的过程：上炉钢出钢完毕，溅渣护炉，倒尽炉渣，堵出钢口，兑铁水加废钢，摇正炉体，降枪吹炼，开吹同时加入第一批渣料（占2/3），开吹4-6min后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果化渣不好，则需加入第三批萤石渣料。当吹炼达到所炼钢种要求终点范围时，停吹，倒炉取样、测温，快速分析钢水成分，当温度和成分满足要求，即出钢（否则需补吹）。出钢时，当钢水流出总量的1/4时，向钢包中加脱氧剂，进行脱氧合金化出钢，至此，一炉钢冶炼完毕。7.3.1转炉炼钢五大操作制度转炉包括五大操作制度：装料制度、造渣制度、供氧制度、温度制度、终点控制与出钢合金化制度。装料制度（a）装入量1）选择合适的炉容比（V/T）炉容比小（装入量大），喷溅增加、金属损耗增加、易粘枪；炉容比大（装入量小），熔池浅、氧气射流冲击炉底，易造成漏钢；顶吹炉容比：0.85-1.0m3/t；复吹：0.85-0.95m3/t2）保证一定的熔池深度为保护炉底炉衬，熔池深度h必须大于氧气射流最大穿透深度。一般认为L/h=0.4-0.6例如：300t（1949mm），210t（1650mm），100t（1250mm）3）对于模铸车间，装入量应与锭型相匹配。扣除铁损应是钢锭质量整数倍。（b）装入方式由于冶炼过程中，炉衬不断被侵蚀，炉膛空间在不断扩大，因此不同炉役期，装入量也应做相应的调整。目前国内装入方式可分为三类：定深装入、定量装入、分阶段定量装入其中分阶段定量装入各厂普遍采用。（c）装入顺序一般先加废钢，后兑铁水。先加轻废钢、后加重废钢，以保护炉衬。炉役末期，也可采用先兑铁水，后加废钢。废钢装入量较多时，先兑铁水，后加废钢供氧制度（a）氧气射流与熔池的相互作用氧枪流出的超音速射流从上而下吹入熔池，供氧的同时还搅动熔池，加快钢液的传质和传热。当射流压力大于维持液面静平衡状态的炉内压力时，渣层被吹开，并把铁水挤开而形成凹坑。其特征用以下参数描述：冲击面积：熔池内氧气射流冲击凹坑的上沿面积。穿透深度：射流冲击凹坑的最底点到熔池表面的距离。硬吹时，射流穿透深度大、冲击面积小、搅拌强烈。软吹时，射流穿透深度小、冲击面积大、搅拌微弱。（c）供氧参数1）氧气压力：供氧制度中指定的测定点的压力。应保证射流出口速度达到超音速，并使喷头出口处氧压稍高于炉膛内炉气压力。大型转炉一般为：0.8-1.2MP2）氧气流量：单位时间内熔池供氧量。单位m3/t,常以标态下体积量度。3）供氧强度：单位时间内每吨钢的耗氧量。单位m3/(t.min)目前国内120t以上转炉供氧强度：2.8-3.6m3/(t.min)（d）供氧方式供氧方式包括三种：恒压变枪、恒枪变压、分阶段恒压变枪其中，在国内分阶段恒压变枪方式普遍采用。造渣制度a）概念：是确定合适的造渣方法、渣料的种类、渣料的加入数量和时间以及加速成渣的措施，以达到去除磷硫、减少喷溅、保护炉衬、减少终点氧及金属损失的目的。b）熔渣的形成炉渣一般由铁水中的Si、P、Mn、Fe的氧化物及加入的石灰溶解而生成，另外还有少量的其他渣料（白云石、萤石）、带入炉内的高炉渣、侵蚀的炉衬等。开吹后，铁水中的Si、Mn、Fe等元素氧化成FeO、SiO2、MnO等氧化物进入渣中，相互作用产生（Fe、Mn、Mg、Ca）SiO4和玻璃体SiO2随着炉渣中石灰溶解，CaO逐渐取代橄榄石中的氧化物，形成硅酸钙（CaO.SiO2、3CaO.2SiO2、2CaO.SiO2、3CaO.SiO2）。到吹炼后期，FeO增加，石灰进一步溶解，渣中可能产生铁酸钙。c）成渣途径：铁质成渣，常采用高枪位操作，炉衬侵蚀小、前期脱S脱P效果差、适用于低P、S铁水吹炼低碳钢。钙质成渣，常采用低枪位操作，炉衬侵蚀较严重，易产生喷溅，前期脱S脱P效果好、高P、S原料吹炼中高碳钢d）造渣方式：常用造渣方法包括：单渣法、双渣法、双渣留渣法①单渣法：整个吹炼过程中只造一次渣中途不倒渣、不扒渣，直到吹炼终点出钢(低Si、P)。②双渣法：整个吹炼过程个需要倒出或扒出约1/2～1/3炉渣，然后加入料渣重新造渣(高Si、P)。③双渣留渣法：将双渣法操作的高碱度、高氧化铁、高温流动性好的终渣留一部分在炉内，然后在下一炉吹炼第一期结束时倒出，重新造渣。温度制度a）定义：主要指炼钢过程温度控制和终点温度控制。1）吹炼过程熔池温度，保证使吹炼过程升温均衡，保证操作顺利进行。2）终点钢水温度的控制，保证合格的出钢温度。b）温度控制措施1）熔池升温：降枪脱C、氧化熔池金属铁；熔池降温：加冷却剂(矿石、球团矿、氧化铁皮、废钢)；c）终点温度要求：1）出钢温度过低，浇铸时会造成断浇，甚至使全炉钢回炉处理；2）出钢温度过高，钢中气体和非金属夹杂物增加，炉衬和氧枪寿命降低，甚至造成浇铸时漏钢；终点控制与出钢合金化制度a）终点控制1）终点：2）终点控制实质：终点温度控制和C含量控制3）C含量的控制：自动控制法和经验法经验法：增碳法和拉碳法b）出钢采用红包出钢和挡渣出钢，出钢时间约2-6min。常见挡渣方法包括：挡渣球法、挡渣塞法、气动挡渣器法和气动吹渣法等c）脱氧合金化1）脱氧脱氧方法：扩散脱氧、沉淀脱氧、真空脱氧脱氧剂：Fe-Mn、Si-Fe、Al等2）合金化合金化和脱氧操作不能截然分开，而是紧密相连的。合金化的关键问题是合金元素加入原则：7.3.2吹炼过程概述吹炼前期：Si、Mn含量高，熔池温度低（1500℃以下)，Si、Mn优先于C剧烈氧化，直至很低含量继续吹炼不再氧化。而碳的氧化则受到抑制，随Si、Mn含量的降低，熔池温度迅速上升，脱碳速度逐渐增大。此时，渣中含有较高的SiO2、MnO和FeO，随着温度的升高，石灰熔化，渣中氧化钙不断上升，SiO2含量相对下降，炉渣碱度增大，P可被大量氧化，含量迅速降低；而S则变化不大。吹炼中期：Si、Mn含量很低，熔池温度上升到1500℃，脱碳反应剧烈进行，同时由于泡沫渣和乳化液的形成，加速了传质过程，使脱碳速度达最大值且几乎为定值。吹入的氧全部消耗于碳的氧化，而且渣中的(FeO)也被消耗于脱碳，因而使渣中(FeO)含量降低，引起回锰和回磷。由于温度升高，(FeO)含量降低，再加上脱碳反应对钢渣的强烈搅拌，均有利于脱硫，因此硫含量明显下降。吹炼后期：金属中的含碳量已降低到0.5%以下，脱碳速度减小，并随吹炼时间的推移而直线下降。钢中的[O]及渣中(FeO)相应增加，使钢液中的Mn和P再次被氧化而含量降低。同时，由于温度高，炉渣碱度高、流动性好，故后期硫含量下降。金属成分的变化[Si]：吹炼初期大量氧化，一般在5min内氧化到很低，直到吹炼终点，不发生Si的还原，产生稳定的2CaO。SiO2[Mn]：吹炼初期迅速氧化，但不如[Si]快，随着吹炼进行，CaO含量增加，大量MnO游离出来，吹炼后期，炉温升高，FeO减少，MnO被部分还原，称作“回锰”[C]：前期脱C速度慢，不断增大，中期脱C速度快，速度为定值，后期脱C速度逐渐降低。7.3.3转炉吹炼过程及熔池内的变化[S]:前期温度碱度低，氧化性高，渣流动性差，脱S速度慢；中期温度高，碱度高，氧化性低，脱S速度快；后期搅拌不足，脱S速度低于中期。[P]：前期，温度低、碱度低，氧化性高，速度慢；中期：温度较高，碱度较高，氧化性较低，速度较快；后期：温度高、氧化性高、碱度高，速度低于中期。炉渣及熔池温度变化a）（FeO）：input：枪位、加矿石量；output：脱c速度1）枪位：枪位低，搅拌剧烈，渣金乳化好，脱c速度快，FeO低枪位高、搅拌微弱，渣金乳化差，脱c速度慢，FeO高2）矿石：炉渣中加矿量大，FeO高3）脱碳速度：脱碳速度快，FeO低；脱碳速度慢，FeO高故现场有：“提枪化渣，降枪脱碳”的说法。b）熔渣碱度吹炼初期：温度低，石灰未大量熔化，而[Si]大量氧化成SiO2，碱度不高，平均水平：R=2.0吹炼中期：温度升高，促进石灰熔化、而[Si]氧化完，有利于形成高碱度渣。吹炼后期：温度更高、利于石灰熔化、易得到高碱度、流动性好的熔渣c）熔池温度吹炼初期：input：铁水物理热、元素氧化放热；output：废钢吸热、渣料分解吸热，综合作用：前期终了，温度可达1500℃吹炼中期：[C]和[P]继续氧化放热，熔池温度可升高到：1500-1550℃吹炼后期：熔池温度接近出钢温度，可达：1650-1680℃转炉冶炼特点①完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热；②生产率高(冶炼时间在30分钟左右)；③质量好(气体含量少，CO的反应搅拌，将N、H除去)可以生产超纯净钢,有害成份(S、P、N、H、O)＜80ppm；④冶炼成本低，耐火材料用量比平炉及电炉用量低；⑤原材料适应性强，高P、低P都可以。⑥冶炼品种多达400多种。冶炼一炉钢的操作过程？何为转炉炼钢五大操作制度？转炉冶炼供氧方式？转炉装入方式？转炉冶炼造渣方式？成渣途径？何为“冲击面积”和“冲击深度”？试述软吹及硬吹时冲击面积和冲击深度如何变化？挡渣方法？终点控制方法？