炼钢工艺培训讲义

炼钢工艺讲义高小波2012/08/28铁与钢的区别炼钢工艺流程介绍图片赏析目录铁和钢的区别化学成分：纯铁、钢、生铁通常以碳含量的多少来划分。一般含碳量0.02-2%为钢，含碳量＞2%为生铁，含碳量＜0.02%为纯铁。性能：铁：硬、脆、耐磨、焊割困难、不可锻造钢：硬、韧、耐磨、可焊割、可锻造、用途广泛目前炼铁铁水成分：铁：C4.1~5.0%，Si0.2~0.40%，Mn0.2~0.4%，P≤0.12%，S≤0.040%钢的化学成分：例：HRB335C0.17~0.26%，Si0.35~0.80%，Mn1.15~1.60%，P≤0.045%，S≤045%钢的种类•⑴根据化学成分可以分类为碳素钢和合金钢①碳素钢：是铁碳合金，其中含有少量的有害杂质，如硫、磷等，以及脱氧需要而加入的一些硅和锰。根据碳含量不同又常把碳素钢分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。低碳钢：含碳量小于0.25%，建筑结构钢多属此类；中碳钢：含碳量0.25-0.60%，机械结构钢多属此类；高碳钢：含碳量大于0.60%，弹簧钢、工具钢多属此类。②合金钢：是含有一定量的一种或多种适量合金元素的钢。根据所含合金元素的多少，可分为低合金钢、中合金钢和高合金钢。合金钢按钢中主要合金元素的种类，由可分为二元、三元和多元合金钢，例如分为锰钢、锰钒钢、硅锰钢等。低合金钢：合金元素总量小于5%；中合金刚：合金元素总量在5-10%；高合金钢：合金元素总量大于10%。炼钢的方法及特点•方法：转炉炼钢法、平炉炼钢法、电弧炉炼钢法及其他炼钢法。•转炉炼钢法特点：以热铁水为主要原料，以吹入气体作氧化剂来氧化铁中元素及杂质，利用铁水中C、Mn、Si、P等元素氧化是发生的化学热及铁水中的物理热作为热源，炉子可以360°旋转。炼钢的基本任务•炼钢就是在给定的原料条件下，根据钢种成分要求，冶炼出成分合格、有适当温度的钢水。•主要任务分为：脱碳、去除P、S及其他杂质、去除气体及夹杂、脱氧和合金化、保证合适的出钢温度。龙钢炼钢厂主要工艺设备简介•目前炼钢厂正在使用的有60t顶吹转炉4座，120t顶底复吹转炉2座；450t、750t、1300t混铁炉各一座；5机5流连铸机3台，8机8流连铸机2台；LF、VD精炼炉各一座。龙钢炼钢工艺流程炼钢主要工艺流程：混铁炉-转炉-吹氩站-LF炉-连铸炼钢厂基本工艺流程图废钢库高炉散装料仓铁合金料仓废钢区配料铁水罐地下散料料仓皮带及炉顶料仓氧气阀门站顶枪吹O2溅渣吹N2下料系统合金小车2×120t顶底复吹转炉渣盘钢包旋转溜槽煤气柜环保公司LF精炼炉吹氩站污泥送污泥球厂混铁炉大包回转台铁水包冷床拉矫机二冷室中间包结晶器推钢机火焰切割出坯辊道装车炼钢过程五大制度•装入制度•供氧制度•造渣制度•温度制度•终点控制及脱氧合金化制度以120T转炉为例•1、装入制度•实行分阶段定量装入，装入量140～150t/炉，废钢消耗5～15t/炉。•测量抢位炉次，先兑铁（测量枪位），后加废钢。•正常冶炼炉次，先加废钢，后兑铁，加废钢。2、供氧制度•实行恒压变枪位操作法。•①氧枪参数：五孔拉瓦尔喷头；M＝2.0；外管φ273×13mm；中管φ219×6mm；内管φ168×7mm；工作氧压0.85Mpa；D喉＝38.3mm；D出＝49.8mm；喷孔倾角α＝13；供氧强度＝3.86m3/min·t；氧气流量≤29500m3/h，冷却水流量≥170t/h。•②参考枪位：基本枪位：5#：1.7m、6#1.5m，最高枪位：2.0m、最低枪位：5#：1.4m、6#1.3m。•③严禁过低氧压操作，工作氧压不得小于0.75MPa。•④供氧时间：约13~15分钟，在规定的装入量供氧压力范围内，如果供氧时间长于规定上限或短于规定下限，生产组织要采取相应措施调整。•⑤为确定合适枪位，金属液面高度应及时测量，从炉龄第二炉起，接班后第一炉由炉长组织测定炉底高度及枪位。此外每逢装入量变化、更换新氧枪或操作异常时，都要由炉长组织测定金属液面调整枪位，并记录在原始记录上。•⑥枪龄控制：铸造：200炉，锻造：400炉，控制炉次之前必须更换。3、造渣制度•⑴造渣原则：初期渣早化，过程渣化好，终渣化透。•⑵造渣方式：少批量，多批次，单渣法。但在铁水Si≥0.8%或铁水S≥0.070%时，可采用双渣法。•⑶炉渣碱度：CaO%/SiO2%=2.8～3.5。终渣（MgO）控制，目标值8—12%；TFe目标控制在8—15%。•⑷正常冶炼时，每班前两炉中取一炉终渣样，分析TFe、MgO和R，不合适时及时调整渣料。•⑸双渣操作法：当铁水硅≥0.8％时，吹炼至4—6分钟，停吹，观察炉口火焰情况，待火焰稳定后，倒出渣量约1/3—1/2，再加入适量石灰，继续吹炼至终点。4、温度制度（过程温度控制及终点温度控制）转炉冶炼过程，要求有一个合适的温度，过高或过低都会产生不利影响。如何使转炉冶炼过程有一个合适的温度：①稳定铁水成分及入炉温度是搞好转炉冶炼温度制度的基础，成分及温度波动过大，控制温度就很困难；②加入冷却剂（废钢或矿石）是控制温度的重要手段，因而要求合理使用冷却剂、配料准确；③造渣材料也将大量吸热，影响冶炼过程的温度，因而必须要有一个合理的造渣制度。④适时造渣是保证冶炼过程中温度稳定上升的重要条件，如果化渣过晚，将出现过程温度高二终点温度低的情况，从而被迫采用调温或拉后吹的提温措施。⑤当温度过低时，采用加发热合金（如硅铁、铝等）调温或延长后吹，是Fe大量氧化，可以提高温度，但这些是补救办法，会增加钢铁料消耗，影响经济技术指标。所以炉长应根据以上情况及出钢口，钢包等生产实际情况，确定合适的出钢温度，并且确保各钢种氩后温度要求。普碳钢：连铸第一炉氩后温度≥1630，连浇炉次氩后温度1590～1615。低合金钢：连铸第一炉氩后温度≥1620，连浇炉次氩后温度1580～1595。5、终点控制及脱氧合金化•⑴终点控制：根据火焰结合供氧量来判断吹炼终点，理想的终点控制是温度和化学成分同步达到所炼钢种要求，采用高拉补吹法进行拉碳操作，终点C≥0.06%。各钢种终点P≤0.020，S≤0.040%，T≤1700℃.•⑵、合金加入量计算公式：（中限%—残余%）加入量=---------------------------------×1000×出钢量（t)合金含量%×吸收率%•⑶、合金加入顺序：先加硅锰，再加硅铁，最后加硅钡。•⑷、加入时机：钢水出至1/4时开始加入，总加入时间≥1´30。一、混铁炉功能：•1：炼钢与炼铁之间的炼钢辅助设备•2：调节和均衡高炉与转炉之间铁水的供求，不间断的供给转炉需要的铁水•3：混匀铁水成分及均匀温度铁水准备铁水示意图铁水二、转炉•1：功能：脱碳、升温、去S,P、脱H,O,N去夹杂物、合金化•2：顶底复吹，顶枪吹氧，底吹N2•3:渣料：石灰、白云石、高镁灰、烧结矿、污泥球等，岀钢时加入合金主要原材料工艺技术规程•铁水：铁水化学成份Si≤1.25%S≤0.070%P≤0.150%;铁水温度≥1250℃、带渣量≤0.5%;含氧量≥99.5%H2O≤0.5%。•废钢：废钢的切割按块度≯500×500×500mm3,最大边长≤800ｍｍ，单重≤800ｋg。回炉钢坯、回炉钢材边长≤1000ｍｍ。•石灰：CaO≥80、SiO2≤3.5、S≤0.080、活性度≥210、生过烧活性灰≤15%转炉冶炼转炉吹炼示意图O2底吹（N2）熔池钢水氧气流股冲击区乳浊液（CO气泡、炉渣、铁粒）炉气（CO+CO2）氧气流股氧枪石灰、污泥球烧结矿、高镁灰、白云石氧枪喷头•钢水包•挡渣•脱氧合金化•底吹氩•加废钢，兑铁水•120吨转炉•吹炼结束•造渣料•温度、原材料和氧量•计算并确认•铁水、废钢和熔剂准备•底吹N2•氧枪吹O2•测温取样•出钢•补吹•调节温度•测温枪、样勺•倒渣•溅渣炼钢反应•1/2O2(g)=[O]•1/3Fe2O3(s)=2/3Fe(l)+[O]•[O]+[C]→CO(g)•2[O]+[Si]→(SiO2)•[O]+[Mn]→(MnO)•5[O]+2[P]→(P2O5)•[O]+Fe(l)→(FeO)•[S]+(CaO)→[O]+(CaS)与造渣剂（CaO）反应生成渣碳氧化特点碳氧化反应是炼钢过程中最主要的反应。它不仅是炼钢的主要任务之一，而且由于脱碳反应的产物-CO气泡的排出，造成熔池的沸腾，促进钢渣反应的进行，使熔池温度均匀并有利于排出钢中的气体和夹杂物。碳氧反应具有一定的开始氧化温度。在炼钢过程中，当温度小于1400℃时，铁液中的硅首先被氧化，同时还有部分的锰被氧化；当温度大于1400℃时，就开始有少量的碳被氧化生成CO，知道温度大于1523℃时，碳才被大量氧化。（实际操作：在顶吹转炉供氧十分充足的情况下，氧流冲击区局部温度较高，所以在吹炼开始也会有碳的氧化，不过是少量的、局部的）脱碳对炼钢过程中的重要意义⑴铁液中的碳通过脱碳反应被氧化到接近或等于出钢时钢液中碳的规格范围内。⑵在脱碳反应过程中产生大量的CO气泡，这些气泡对金属熔池起着搅拌作用。这些强烈的搅拌均匀了钢液的成分和钢液的温度，改善了各种化学反应的动力学条件，有利于炼钢各种化学反应的进行。⑶碳氧反应所生成的CO气泡，钢中的气体（H、N）很容易扩散到这些CO气泡中并排除到大气中去，所以脱碳是去除钢中气体所必须的。⑷碳氧反应造成金属熔池强烈的循环，促进了非金属夹杂的碰撞，使夹杂聚集长大从而提高了上浮速度，有利于非金属夹杂物的排除。⑸碳与氧的化学反应是强放热反应，所以碳氧反应为转炉炼钢提供了大部分热源。综上所述，碳氧反应决定了转炉炼钢的操作是否正常、冶炼周期长短、生产率的高低以及钢水的质量，所以它是转炉炼钢中最重要的反应。硅、锰氧化特点硅的氧化特点：1、硅于氧的亲和力很强，特别是在低温下，所以硅在任何炼钢法中都是在熔炼的最初阶段被氧化。2、硅的氧化反应是十分完全、彻底的，最后残留在钢液中的硅很少。3、硅反应是强放热反应，因此，硅元素是转炉吹炼过程中重要的发热元素。锰的氧化特点：1、在低温下，锰对氧的亲和力仅次于硅而大于碳，所以低温有利于锰的氧化，在冶炼初期锰便开始大量氧化。2、随着熔池温度的上升，锰与氧的亲和力下降，而碳与氧的亲和力上升，在温度大于1400℃时，碳氧亲和力超过锰氧的亲和力，从而碳的氧化代替了锰的进一步氧化，因而冶炼前期锰不像硅那样快的被氧化完。3、MnO是碱性氧化物，与渣中酸性氧化物结合的能力比较小，因此渣中大部分的（MnO）呈自由状态。因此在吹炼过程中，由于温度上升及强烈的脱碳反应，可使部分MnO还原，钢中的Mn有所提高。最后随着脱碳反应的减弱，Mn又有所下降。三、钢水精炼吹氩的作用均匀钢水成分均匀钢水温度排除夹杂物及有害气体钢水精炼钢包吹氩钢包底吹氩钢水精炼钢包喂线铝线包芯线（碳线、硅钙线等）钢水根据钢种要求，采用不同的喂线工艺。Ar四、LF炉•1：功能：电弧加热，造高碱度还原渣、脱氧脱硫，精确调整成分，转炉与连铸的缓冲器•2：加入石灰、精炼渣、萤石造渣•3：缺点：增碳、增硅、回磷、增氮LF炉工艺描述钢液经过LF炉电弧加热获得新的热能，这不但能使钢包精炼时可补加合金和调整成分，也可补加渣料，便于钢液深脱硫和脱氧。通过装在钢包底部的透气砖向钢液中吹氩，钢液获得一定的搅拌动能，因此钢包炉可以完成以下精炼任务：a、调整钢液温度和均匀钢液成分；b、脱氧、脱硫；c、去除钢液中夹杂物提高钢水纯净度；d、控制夹杂物形态。而且使连铸要求的钢液开浇温度得到保证，有利于铸坯质量的提高。LF工艺流程图钢水包钢水包座入台车钢水包到达处理位LF处理调整处理处理结束电极准备设备准备通电准备冷却水准备合金及辅料准备液压准备测温取样供电操作造渣操作吹氩操作合金调整温度调整测渣厚吹氩操作炉盖下降温度微调喂丝操作炉盖上升台车开出加覆盖剂吊钢包五、连铸机功能：将液态钢水浇铸变成合格的铸坯连铸工艺：•1.连铸机主要技术参数及技术要求•2.浇铸温度控制•3.拉速控制•4.冷却控制•5.液面控制•6.连铸新技术、新措施1、连铸机主要技术参数及技术要求•生产工艺流程:•大包——