《钢冶金学》_第3章炼钢原材料

钢冶金学重庆科技学院：王宏丹第三章炼钢原材料◆炼钢用原材料◆炼钢用耐火材料3.1炼钢用原材料炼钢用原材料气体：氧气、氩气、氮气金属料——铁水铁水是转炉炼钢的主要原材料，一般占装入量的70%~100%；铁水的物理热和化学热是转炉炼钢的主要热源。对铁水温度的要求：●铁水温度是铁水含物理热多少的标志，铁水物理热占转炉热量收入的50％左右。●铁水温度过低，会导致炉内热量不足，影响熔池升温和元素氧化进程，同时不利于化渣和去除杂质，还容易导致喷溅。●我国企业一般规定铁水入炉温度应大于1250℃，并且保持稳定。高炉出铁温度在1350～1450℃。金属料——铁水金属料——铁水对铁水化学成分的要求：●[Si]：发热元素，是铁水化学热的主要提供者。通常铁水中的硅含量为0.50%-0.80%为宜。现在的普遍观点：[Si]是有害的，应尽可能地降低铁水中的Si含量，原因如下：少渣冶炼，减少转炉冶炼过程的造渣量。铁水预处理脱磷的需要！要脱磷，得先脱硅！金属料——铁水对铁水化学成分的要求：●[Mn]：锰是弱发热元素，铁水中Mn氧化后形成的MnO能有效促进石灰溶解，加快成渣，减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀。同时铁水含Mn高，终点钢中余锰高，从而可减少合金化时所需的锰铁合金，有利于提高钢水纯净度。金属料——铁水对铁水化学成分的要求：●[P]：来源于矿石，100%还原进入铁水，是应该严格控制的元素，目前采取预处理、转炉脱磷等方式解决低P钢的冶炼问题。高P矿石的利用，是当今资源利用的主要研究方向，应予以密切关注！一般要求铁水[P]≤0.20%。●[S]：是高炉造渣操作应尽量降低的，脱硫率应高！高炉铁水炉外预处理脱硫是“解放高炉”的方向！我国炼钢技术规程要求入炉铁水的硫含量不超过0.05%。金属料——铁水对铁水化学成分的要求：0.05热脆S0.20发热元素、冷脆PMn/Si2.5~3.0发热元素、形成初期渣、保护炉衬、减少合金加入量Mn0.50~0.80发热元素、形成炉渣Si3.5发热元素C95主原料Fe含量（%）作用成分金属料——铁水对铁水带渣量的要求：●高炉渣中含S、SiO2、Al2O3量较高；●过多的高炉渣进入转炉内会导致石灰消耗量增多，转炉渣量增大，容易造成喷溅，金属收得率降低，降低炉衬寿命；●兑入转炉的铁水要求带渣量不得超过0.5%；●铁水带渣量大时，在铁水兑入转炉之前应进行扒渣。金属料——铁水高炉生产铁水供应方式●混铁炉调节和均衡高炉和转炉之间铁水供求储存铁水混匀铁水成份均匀温度金属料——铁水高炉生产铁水供应方式●混铁车（鱼雷罐车）热损失小。适应性强：转炉吨位的整数倍，并与高炉出铁量相匹配。金属料——铁水高炉生产铁水供应方式●铁水罐设备简单，投资省。流程短，减少了兑铁过程的温度降。铁水高炉铁水高炉用炼钢车间铁水罐在高炉接铁水用炼铁车间铁水罐在高炉接铁水在炼钢车间进行倒罐炼钢铁水罐铁水运输常规方式铁水运输一罐到底方式炼铁铁水罐金属料——废钢金属料——废钢转炉和电炉炼钢均使用废钢，氧气顶吹转炉用废钢作为冷却剂，一般是总装入量的10%～30%。废钢是电炉炼钢的主要原料（～100%）。金属料——废钢◆废钢资源情况自从有钢铁产品以来（1856），按全世界所生产的粗钢逐年相加，所得的积累钢产量（钢铁积累量）到2009年末已超过432亿吨。按废钢循环动态平衡的观点来分析，钢铁产品大约10～20年将转化为废钢（住宅寿命平均也就30年）。若按20年折旧计算，每年由此而产生的废钢量将超过20亿吨，该值超过2003年世界年粗钢总量的2倍。金属料——废钢◆废钢资源情况目前，废钢利用率较低，尤其中国＜30%，最高美国超过70%，若按50%的回收利用率，每年可利用的废钢超过10亿吨，除转炉用的部分废钢（＜2亿吨）外，其余可以生产电炉钢超过6亿吨。这说明就目前世界范围来看，废钢资源是不缺乏的，而且随着钢铁积累量的增加，废钢利用率的提高，可利用的废钢量将继续增加。金属料——废钢◆废钢资源情况但不过不同地区和国家是不均衡的，比如美、英、法、德及前苏联，每年出口废钢300～1000万吨不等。其中美国是最大的废钢净出口量国，平均每年出口约1000万吨，2010年2月净出口181万吨；就连资源缺乏的日本从1992年也开始出口废钢，其主要原因是汽车业的发展，2006年净出口765万吨，2009年11个月净出口871万吨。同时土耳其、西班牙、意大利、韩国、印度、印尼以及中国每年需要进口废钢100～1000万吨不等。金属料——废钢◆废钢资源情况中国解放前的钢产量很少，历经半个世纪钢铁积累量也不过几百万吨。1949年才15.8万吨，钢材产量仅14万吨。自1949年至2009年，积累钢产量超过50亿吨，加之钢产品变为废钢的折旧期很长（大多30～40多年还在使用），废钢利用率也很低，造成我国废钢短缺。此现象将随着每年5亿吨钢产量的增加，大量钢铁设备、流程改造更新，废钢再生流程的正常启动，而使得废钢循环进入动态平衡，并在不久的将来得到明显好转。金属料——废钢◆废钢的来源钢铁厂返回废钢：来自钢铁厂的冶炼和加工车间，包括废钢锭、汤道、注余、切头、切尾、废铸件、试样等。这类废钢的质量较好、形状较规则，一般都能直接装入炉内冶炼。外购废钢：来自机械加工厂的冲压边角料、车屑、料头等；来自各种废旧设备，如报废的车辆、船只、钢轨和建筑结构件等；来自城市回收的废品，如罐头盒铁筒等。这类废钢一般质量较差，常混有各种有害元素和非金属杂质，形状尺寸极不规则，需要专门加工处理。钢铁厂返回废钢钢铁厂返回废钢钢铁厂返回废钢外购废钢外购废钢金属料——废钢◆对废钢的一般要求废钢表面应清洁、少锈、少油污。废钢中不得混有Cu、As、Sn、Pb、Zn等有色金属。废钢中不得混入密封容器、易燃易爆物及有毒物。废钢化学成分应明确，S、P含量少。废钢要有合适的块度和外形尺寸。金属料——废钢◆对废钢的管理工作废钢进厂后，必须按来源、化学成分、大小分类堆放。废钢中的密封容器、爆炸物、有毒物、有色金属和泥砂应予以清除和处理。为使废钢能便于运送、装料和熔化，需将它加工成具有一定的尺寸和密度。渣钢中应尽量去除一些残渣，各种汤道也应尽量去除粘附的耐火砖。金属料——生铁与铁水相比，生铁没有显热，成分与铁水相似。一般情况下，转炉很少用大量生铁作炉料，在铁水不足时，可用生铁作为辅助原料。优质生铁还可以在转炉冶炼终点前用于增碳和预脱氧。生铁主要在电炉中使用，其主要目的在于提高炉料或钢中的碳含量，并解决废钢来源不足的困难。金属料——直接还原铁直接还原铁：DirectReducedIron—DRI，是以铁矿石或精矿粉球团为原料，在回转窑或竖炉内，在低于炉料熔点的温度下，以气体（CO或H2）或固体碳（焦炭）作还原剂，直接还原铁的氧化物而得到的金属铁产品。直接还原的铁产品有三种形式：海绵铁：块矿在竖炉或回转窑内直接还原得到的海绵状金属铁。金属化球团：使用铁精矿粉先造球，干燥后在竖炉或回转窑内直接还原得到的保持球团外形的直接还原铁。热压块铁：HotBriquetteIron—HBI，把刚刚还原出来的海绵铁或金属球团趁热加压成形。金属料——直接还原铁海绵铁金属化球团热压块铁金属料——铁合金铁合金：铁与一种或几种金属或非金属元素组成的中间合金，主要用于钢铁冶炼。在钢铁工业中一般还把所有炼钢用的中间合金，不论含铁与否（如硅钙合金），都称为“铁合金”。铁合金按用途分为脱氧剂与合金剂。脱氧剂：用来脱除钢中的（多余的）氧。常用的有：Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Al、Fe-V、Mn-Si、Ca-Si、Al-Mn-Si、Ba-Ca-Si、Ba-Al-Si等。合金剂：用来调整钢液的化学成分，种类取决于钢种的要求，有近40余种。常用的有：Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Al、Fe-V、Fe-Cr、Mn、Cr、Ni、Co、Fe-Co、Fe-Ti、Fe-B等。硅铁锰铁硅锰合金铬铁钨铁铝由上可见，有些合金如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Al等既可作脱氧剂，也可作合金剂。这主要取决于加入炉内的时间，其原则是：作为脱氧剂的合金要先加，作为合金剂调整成分的要后加，要在钢液脱氧良好的情况下加入，以提高合金的收得率。金属料——铁合金金属料——铁合金◆对铁合金的要求使用块状铁合金时，块度要合适，以控制在10～40mm为宜，这有利于减少烧损和保证钢水成分均匀；在保证钢质量的前提下，选用适当牌号的铁合金，以降低成本；铁合金使用前要经过烘烤，特别是冶炼含氢量要求严格的钢种，以减少带入钢中的气体；铁合金成分应符合技术标准规定，以避免炼钢操作失误；铁合金应按其成分严格分类保管，避免混杂；铁合金含非金属夹杂和有害杂质磷、硫及气体要少。造渣料——石灰石灰是碱性炼钢方法的造渣料，主要成分为CaO，是由石灰石煅烧而成，是脱P、脱S不可缺少的材料，用量比较大。对石灰的具体要求：%.3.0%,15.0%,3%,523232OHSOAlOFeMgO）电炉%2(%0.3%,852SiOCaO石灰的活度也称水活度是石灰反应能力的标志，也是衡量石灰质量的重要参数。石灰石造渣料——白云石白云石的主要成分CaCO3·MgCO3，经焙烧可成为轻烧白云石，其主要成分为CaO·MgO。氧气转炉采用生白云石或轻烧白云石代替部分石灰造渣，对减轻炉渣（因MgO的存在）对炉衬的侵蚀、提高炉衬寿命具有明显效果。溅渣护炉操作时，通过加入适量的生白云石或轻烧白云石保持渣中的MgO含量达到饱和或过饱和，使终渣能够做粘，出钢后达到溅渣的要求。白云石造渣料——萤石萤石的主要成分是CaF2，熔点约为930℃，在炼钢中用于化渣，降低氧化钙的熔点、改善炉渣的流动性，作助熔剂使用。萤石助熔的特点是作用快，时间短。但大量使用，会造成严重喷溅，加剧对炉衬的侵蚀。转炉炼钢规定萤石用量不大于4Kg/t。转炉吹炼高磷铁水回收炉渣做磷肥时，不允许加入萤石。萤石造渣料——合成造渣剂合成造渣剂是用石灰加入适量的氧化铁皮、萤石、氧化锰或其他氧化物等熔剂预先在炉外制成的低熔点造渣材料。合成渣因其熔点低、碱度高、成分均匀、粒度小，且在高温下易碎裂、成渣速度快，改善了冶金效果，减轻了炼钢造渣负荷，得到广泛采用，尤其是用在洁净钢的冶炼及炉外精炼过程中。高碱度烧结矿或球团矿也可做合成造渣剂使用，其化学成分和物理性能稳定，造渣效果良好。造渣料——火砖块火砖块是浇铸系统用的废旧耐火砖，其主要成分为SiO260％左右，Al2O335％左右。火砖块的作用是用于改善电炉炼钢炉渣的流动性，特别是对含MgO高的炉渣，稀释作用比萤石好。但由于它会降低炉渣碱度，对碱性炉衬有侵蚀作用，应控制其用量。火砖块氧化剂铁矿石：铁矿石作为氧化剂使用要求含铁量高((TFe)56%)，杂质量少，块度合适。因普遍采用氧气炼钢，所以，目前在炼钢中很少使用。氧气：转炉炼钢的主要氧源，其纯度应大于99.5%，氧气压力要稳定，氧气应脱除水分。电炉炼钢在熔化期要吹氧助熔，氧化期要吹氧脱碳，因此氧气也是电炉炼钢的最主要的氧化剂。氧化铁皮：亦称铁鳞，是钢坯连铸、轧制和加热过程中产生的氧化壳层，铁量约占70%～75%。氧化铁皮脱磷效果好，还有助于化渣和冷却作用，使用时应加热烘烤，保持干燥。冷却剂废钢：最主要的一种冷却剂，冷却效果稳定，利用率高，渣量少，不易造成喷溅；缺点是加入时占用冶炼时间，用于调节过程温度不方便。通常，氧气转炉的热量有富余，根据热平衡计算可加入一定数量的冷却剂，以准确地命中终点温度。氧气转炉用冷却剂主要为废钢、铁矿石、氧化铁皮。铁矿石和氧化铁皮：既是冷却剂，又是化渣剂和氧化剂。铁矿石和氧化铁皮在熔化后铁被还原，吸收热量，能起到调节熔池温度的作用。增碳剂氧气转炉用增碳法冶炼中、高碳钢时，也要用增碳剂。电炉冶炼时由于配料或装料不当以及脱碳过量等原因，造成冶炼过程中碳含量达不到预期要求，必须对钢液增碳。常用的增碳剂有沥青焦粉、电极粉、焦炭粉、生铁等。