平炉炼钢法

10平炉炼钢法近年来，随着氧气顶吹转炉和大型超高功率电炉的投产，平炉已逐渐被取代。日本已于1977年取消了平炉；美国平炉钢产量的比例，已从1980年的20％下降到1990年的3.6％；世界平炉钢产量占钢总产量的比例，50年代为82％，l990年仅占15.5％了。原苏联和东欧国家虽然平炉钢所占比例仍较高(1990年原苏联为5l.7％；捷克39.1％；匈牙利42.2％；波兰27.9％)，但已不再新建平炉。我国在大力发展氧气转炉的同时，根据国情，对平炉提出了“停止新建，适当改造，合理用氧，节能增产逐步取代”的方针。至1990年底，我国平炉钢占全国钢产量的比例，已由1964年的62.26％下降到19.83％。2004年我国大型钢厂均已改平炉为转炉或电炉。我国平炉的发展50年代中叶，鞍钢悄然掀起一场辩论，“平炉好?还是转炉好?”主张转炉好者只有少数人，鞍钢总工程师杨老（杨树棠）是其中之一。以后这个争论扩展到冶金部，平炉观点人仍然占优势。再以后捅到中南海，在周总理主持的一次会议上，转炉观点人作了“反攻”的发言。此前，化冶所的叶渚沛先生关于建氧气转炉的建议也分送到政治局委员手里。最后，1955年比利时共产党代表团来华访问，宣传奥钢联的转炉技术，提议中国采用，引起毛主席的关注，在全国先进生产者代表会上，他问参加会议的钢铁界人士“平炉好?还是转炉好?”得到的回答是“平炉好”!影响所及，转炉观点人不好说话了。平炉观点人大行其道。1957年鞍钢三炼钢、1958年武钢一炼钢、1959年包钢一炼钢几个大厂都采取了平炉方案。直到1963年当时任国务院副总理兼国家科委主任的聂荣臻元帅，力排众议，才在首钢建设起来中国第一个30吨转炉工厂，这是中国氧气转炉炼钢的开始。事实胜于雄辩，生产后情况正常，至今仍在工作。1970年后，攀钢、本钢就建炼钢采取了转炉方案。正如杨树棠沉痛地指出的“这样争论的结果，使我国应用大型氧气转炉炼钢工艺的时间，至少推迟了10年以上，技术水平也远远落在国外的后面。10.1平炉炼钢法的特点1)平炉供热必须依靠外来热源，2)平炉的供氧有炉气供氧、矿石供氧及氧气供氧等方式。3)加热金属所需的热量和氧化杂质元素所需的氧，都是通过炉渣向金属中传递的。4)熔池为浅碟形。11.3平炉废铜矿石法的熔炼工艺废钢矿石法是应用最广泛的平炉炼钢操作方法。金属料中生铁约占50～80％，由于生铁带入大量杂质，为加速供氧，在装料时装入约占金属料重12～20％的铁矿石作氧化剂，故称为废钢矿石法。其熔炼过程分为：补炉、装料(包括加热和兑铁水)、熔化、精炼、脱氧和出钢。在实际操作中，各期往往交错进行，不能截然分开。l补炉期通常从上炉出完钢至下炉加入第一槽料的一段时间，称为补炉期。补炉期主要对渣线以下、出钢口、炉坡等处进行修补。补炉操作必须做到高温、正压、快速、准确，以保证炉料烧结好。炉子的其它部分穿插在熔化末期和精炼、出钢过程中修补。常用的补炉料有镁砂、镁砂粉、熟白云石、氧化铁皮等。2装料期从装入冷料到兑完铁水，这段时间称为装料期。装料之前必须进行配料计算，确定矿石和石灰加入量，以保证得到合适的熔毕碳和熔毕炉渣碱度。熔毕碳是指炉料完全熔化后金属的含碳量。它通常应比所炼钢种平均含碳量高出0.25～0.80％，以保证精炼期能顺利进行各项操作。平炉装料期约占总熔炼时间的20～30％。炉料包括散状料(矿石、石灰到、石灰石等)和金属料(轻、重废钢及铁水或生铁块等)。炉料应按一定次序依次从几个炉门装入炉内，非金属。料导热性差，必须高温快装，铺平散开，分层烧透；金属料导热性好，要高温快装不必分层加热；若冷装生铁块则加在最上层；若热装铁水，则需待冷料装完并加热到表面开始熔化时，再将铁水兑入。3熔化期从兑完铁水到炉料全部熔化完毕，这段时间称为熔化期，约占总熔炼时间的30～50％。为缩短熔化期，应向平炉供给最大热量，并采用吹氧强化措施。熔化期的重要操作是及时放出初期渣和提前造渣，以达到去除磷、硫并获得合适熔毕碳的目的，同时为精炼操作创造良好条件。当炉料全部熔清后，取样分析C、P、S等含量，以确定精炼期操作。当温度和炉渣均达到规定要求时，熔化期结束进入精炼期。4精炼期自熔毕到脱氧(炉内脱氧)或出钢(炉外脱氧)，这段时间称为精炼期。精炼期主要任务是：调整钢液成分，使C、P、S含量达到脱氧前要求；充分去除钢中气体和非金属夹杂物；将钢液加热到出钢要求的温度。精炼期是炼好一炉钢的关键阶段，通常又将其分为矿石沸腾期和纯沸腾期。炉料熔毕后，当熔池加热至规定温度即可加矿进行精炼，同时提高炉渣碱度。利用碳-氧反应产生的沸腾作用，促进P、S的去除，排除钢中气体并均匀钢液温度和成分。这阶段称为矿石沸腾。最后一批矿石或渣料加完至脱氧前，保持熔池均匀沸腾一段时间，以进一步去除气体和非金属夹杂物，并加热熔池使其达到规定的出钢温度。这阶段称为纯沸腾。5脱氧和出钢纯沸腾结束，钢水温度和成分符合钢种规格要求时，即可进行脱氧和出钢。脱氧可在炉内或钢包内进行。10.2平炉构造概述1熔池熔池由炉门坎水平面以下的炉坡和炉底所组成，为浅碟形。熔池底部中央至后墙设有出钢口，与后墙外的出钢槽相连。2炉头及上升道平炉熔炼室两端各连有一个炉头。炉头与熔炼室以火焰喷出口为界，并包括一部分上升道，是平炉构造中最重要的一部分。3沉渣室沉渣室在上升道下面与蓄热室相连。其作用是排气时沉积废气中的渣尘，以免堵塞格子砖，影响热交换。废气自上升道进入沉渣室时，由于气流方向改变，体积扩大，使流速下降，因而使其夹带的大部分粗粒渣尘沉积下来。4蓄热室高温废气通过蓄热室时，将其大部分热量传给格子砖，使其加热；换向后，格子砖又将热量传给通入的冷空气或煤气，使其升温。这样不断循环地工作。5换向装置平炉是利用蓄热原理进行工作的，必须定时更换火焰方向，故需有换向设备。6烟道煤气、空气分别引入各自的蓄热室，并将废气送入总烟道，再由烟囱排空。烟囱靠自然抽力排烟，故平炉烟囱较高。1-煤气喷出口;2-熔炼室;3-空气喷出口;4-炉顶;5-煤气蓄热室;6-装料口;7-炉底;8-空气蓄热室;9-出钢槽;10-沉渣室;11-蓄热室;12-空气调节阀;13-空气换向阀;14-煤气换向阀;15-铁水槽;16-出渣槽;17-主煤气道;18-烟道;19-煤气调节阀11.4平炉的改造11.4.1平炉用氧强化(1)用氧强化燃料燃烧。如火焰富氧，使用炉顶氧-燃喷枪等。此类方法提高了火焰温度，强化了炉内热交换，但冶炼过程并没有发生实质性变化。(2)直接向熔池吹氧。一般有三种方法：炉门吹氧(从炉门插入吹氧管)、顶吹氧和埋入式深吹氧(氧枪埋入熔池下的后墙面)，目前最常用的是顶吹氧法。向熔池直接吹氧后，氧气代替了大量矿石，使碳-氧反应的热效应从原来的吸热变为放热反应：加冷时：△H＝＋4.4×105KJ吹氧脱碳：{O2}十2[C]＝2{CO}△H＝－2.2×107kJ因此，吹氧后加速了炉料的熔化和杂质的氧化；脱碳速度成倍增加；熔池升温迅速，升温速度可达2-2.5℃／min；同时，显著地改善了熔池反应的动力学条件，利于磷、硫的去除，缩短了冶炼时间。特别是顶吹氧法，采用水冷喷枪，提供了大幅度提高供氧强度的可能性，已成为平炉用氧强化的主要方法。我国从1979年全面推广平炉顶吹氧工艺，取得了增产节能的明显效果。11.4.2双床平炉双床平炉于1964年起先后在加拿大、原捷克斯洛伐克、南非、原苏联、波兰等园投入生产。我国鞍钢也曾于l966年将一座平炉改建为双床平炉，熔炼时间平均为2时26分，小时产钢量超过100吨。双床平炉有两个炉床，两床之间在熔池上部有通道连接，气流可经通道流通，每床各有一出钢口，可从炉前放渣。图11-4为双床平炉示意图。两个炉床的炉顶各设氧枪、氧-燃喷枪、喷吹固体微粒的喷枪。当A炉床吹氧精炼时，B床则利用精炼床排出的高温废气进行装料和加热，并可用氧-燃喷枪补充供给燃料。A床出钢补炉时，B床兑铁水，然后废气改由B床流向A床，加热A床炉料，如此交替进行。双床平炉与一般平炉相比，生产率高；省去了蓄热室，并将沉渣室改为活动渣车，使平炉结构大大简化；炉龄长，耐火材料消耗低；燃料消耗低、热效率高；基建费用低。但生产组织复杂，氧耗大，铁损高，开、堵出钢口频繁。