炼钢生产及工艺知识

炼钢生产及工艺知识主编：李大平时间：2008年7月 目前唐山建龙炼钢厂生产钢材约200万吨/年，主要冶炼钢材种类有：耐侯钢系列SPA-H（09CuPCrNi ）；冷轧用钢08AL、深冲钢SPHD、MRT4；低合金高强度用钢（汽车大梁钢JL510L 、石油管线钢J55、X42）；普通碳素结构钢Q195、Q195L、Q215、Q235、Q345B、20#钢等。 主要生产设备为：铁水预处理1台，60吨顶底复吹转炉2座，LF钢包精炼炉1座，5机5流弧型方坯连铸机1台，2机2流板坯连铸机1台。炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识炼钢厂生产工艺流程如图1。图1 炼钢生产工艺流程图炼钢生产及工艺知识一、铁水预处理工序由高炉供给的铁水直接兑入混铁炉或经铁水预处理进行脱S处理后再兑入混铁炉。铁水预处理是指高炉铁水在进入转炉之前预先脱除某些杂质的预备处理过程。炼钢厂铁水预处理应用的是喷粉（钝化镁粉）脱硫工艺。铁水需要进行脱S 处理的钢种及出站S含量如表1所示。炼钢生产及工艺知识钢种SPHDMRT4X42J55JL510LSPA-H 出站铁水S要求0.0050.010表1 钢种及出站S含量唐山建龙炼钢厂生产系统分为铁水预处理、冶炼、精炼炉、连铸4道工序。炼钢生产及工艺知识 铁水预处理的意义铁水预处理对于优化钢的冶金工艺，提高钢材质量，发展优质钢种，提高钢铁冶金企业的综合效益起着重要作用，已经发展成为现代冶金中不可缺少的工序。炼钢生产及工艺知识铁水炉外处理，创造了最佳的冶金反应环境，既具有良好的热力学条件，又具有良好的动力学条件，即以较小的费用，获得较高效率，并将钢的冶炼工艺优化为：高炉还原分解铁矿石； 铁水预处理预脱硅、磷、硫；转炉脱碳、升温； 炉外精炼去夹杂、合金化。炼钢生产及工艺知识也就是使脱硅、磷、硫主要在炉外完成，这样既减轻了高炉的负担，有利于高炉稳定、顺行、降低成本；又解放了转炉，使其生产率进一步提高，为其生产优质钢和合金钢提供了条件。同时也提高了连铸比，实现全连铸，最终形成连铸及热装热送新工艺的最经济、可靠的技术保障。从而使钢铁冶金企业的综合效益得到提高，提高了市场竞争能力。炼钢生产及工艺知识主要规格及技术参数： 喷枪气化室最大直径 560mm 喷枪长度 8580 mm喷枪质量 1500Kg输镁软管公称通径 3/4”软管钢接头螺纹 3/4” 上极限时喷枪气化室下口距平台距离 800 mm喷枪升降速度 12m/min喷枪最大行程 5800 mm炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识脱硫原理硫能溶于液态铁中形成无限溶液。在工业生产中，硫在铁和钢中的含量约为0.0010.1%。一般认为硫以元素状态溶解于液态铁中。钢铁冶炼脱硫，就是要形成稳定的硫化物，并能与钢或铁水顺利分离，镁与硫的亲和能力很强，它是一种很有效的脱硫剂，根据计算，在1350时，用镁脱硫的平衡含硫量为1.6×10-6。唐山建龙炼钢厂使用镁系脱硫剂，优点是脱硫能力强，反应速度快，适用于大量处理铁水，能达到S0.005，而且渣量少，渣中带走的铁损和热量损失少，对环境污染亦小。脱硫基本反应方程式如下：Mg(g)+S=MgS(s) G=- 427367+180.67 T 镁与硫的亲和能力很强，它是一种很有效的脱硫剂，根据计算，在1350时，用镁脱硫的平衡含硫量为1.6×10-6。 我厂使用镁系脱硫剂，优点是脱硫能力强，反应速度快，适用于大量处理铁水，能达到S0.005，而且渣量少，渣中带走的铁损和热量损失少，对环境污染亦小，可以不进行预先除渣；采用包盐镁粒在贮藏和运输期间都比较安全。炼钢生产及工艺知识冶炼品种钢对铁水预处理的要求1、要保证铁水预处理的产量满足冶炼品种钢的需要；2、保证铁水预处理的生产节奏满足品种钢生产的需要；3、要求铁水预处理以后的铁水硫含量满足品种钢冶炼的需要。炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识二、冶炼工序冶炼作业区拥有公称容量60吨的顶底复吹转炉2座。顶底复吹转炉主要冶金特征：炉渣氧化性明显降低；钢液中残锰量明显提高；脱磷和脱硫反应非常接近平衡，有较高的磷和硫的分配系数；吹炼平衡、喷溅量少，金属收得率提高。1、炼钢用原材料 主原料：铁水、废钢、生铁块；辅原料：即造渣剂（活性石灰、轻烧白云石、生白云石等）；冷却剂：铁矿石、氧化铁球；铁合金：锰铁、硅铁、硅锰铁、铝铁、磷铁、铬铁、铜镍铁、铌铁、铝线、铝粉、铝粒等；其它材料：增碳剂、氧气、氮气、氩气、溅渣改质剂等。炼钢生产及工艺知识2、炼钢的基本任务 炼钢的基本任务包括：脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；去除有害气体和夹杂；提高温度；调整成分。炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢基本任务。通过控制供氧、造渣、调整温度、脱氧合金化等手段，获得合格的钢液，并浇铸成合格的铸坯。 图2 氧气吹炼转炉炼钢工艺操作1 吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化2 装入制度3 供氧制度4 造渣制度5 温度制度6 终点控制7 脱氧和合金化炼钢生产及工艺知识吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化 吹炼前期：指Si、Mn氧化期。 吹炼中期：指C氧化期。 终点控制：在拉碳的同时，确保P、S含量和温度符合钢种的出钢要求；综上所述，要炼好一炉钢，首先要造好渣，才能达到碳符合钢种要求范围，去除S、P有害元素，以及调整到合格的出钢温度。同时要组织好出钢，做好脱氧和合金化操作，确保化学成份符合钢种要求。炼钢生产及工艺知识装入制度装入制度是指转炉合理的装入量和合适的铁水与废 钢之比。装入量的过大或过小，直接影响到技术经济指标的 好坏。装入量过大，造成造渣困难，导致严重喷溅，不但降 低金属收得率和炉衬寿命，而且延长冶炼时间；装入量过小 ，不仅影响产量，同时由于装入量少，使熔池深度变浅，加 深氧气流股对炉底的冲击作用，炉底过早被损坏，甚至造成 了炉底烧穿所引起的穿炉事故。炼钢生产及工艺知识供氧制度供氧制度是指把氧气流股最合理地喷向熔池，使氧流与熔液间的物理化学反应具有良好的条件。其所研究的内容包括供氧强 度，供氧压力，枪位高低和喷嘴结构等方面。目的是为了确保正 常供氧和造渣，使铁液中的部分C、Si、Mn等元素均匀氧化，放 热升温，化好前期渣和过程渣，达到去除S、P有害元素。同时， 在一定炉容比的条件下，既要尽量提高供氧强度和冶炼强度，缩 短冶炼时间，提高生产率，又要减少喷溅，使冶炼过程正常进行 ，提高金属收得率和减少温度损失。炼钢生产及工艺知识造渣制度是研究造渣方法，加入渣料的种类、时间和数量，以及如何快速成渣，达到最大限度地去除钢液中的S、P，缓和冶炼过 程中的造渣速度与脱C速度之间的矛盾，在极短的时间内造出具 有一定碱度及氧化铁含量、适当粘度和数量的炉渣的操作工艺 。炉渣在冶炼过程中的作用：转炉炉渣必须保证有足够的碱度和流动性，以利去除金属液中的S、P；对耐材的侵蚀程度最小； 为分散的金属液滴脱C创造有利的条件；作为热量损失的保护层 和避免氧气流股强力冲击熔池，可减少热量损失和金属喷溅； 还可防止钢液从大气中吸收N2及H2O分等有害气体；利用炉渣强 力洗涤钢液，吸附外来及内在的细小非金属夹杂物。 炼钢生产及工艺知识温度制度是研究炼钢过程中的热化学和温度控制的问题，而温度控制主要是指过程温度及终点温度的控制。若出钢温度过低，将会造成钢包结冷钢、连铸结流和回炉等事故；出钢温度过高，往往使钢中气体含量和夹杂物含量增加，影响钢材质量。因此，控制好终点温度是转炉炼钢操作的重要环节之一。对于过程温度的过高或过低，直接影响到成渣速度与脱碳速度之间的关系，控制不当，造成喷溅，增加铁的烧损，以及降低炉龄，另外，过程温度的控制是达到理想终点温度的关键。炼钢生产及工艺知识终点控制主要是指终点的温度及成份的控制。铁水在炉内，通过炼钢生产及工艺知识供氧、造渣之后，经过了一系列物理化学反应，铁水经冶炼而达到所要求的钢种时，称之为“终点”。终点所具有的特点是： 钢中含C量达到所炼钢种的控制范围； 钢中含S、P量均低于规格下限所要求的值； 终点温度能达到确保顺利浇铸的温度。冶炼终点主要根据钢水的含C、S、P量及温度来确定。图3 终点取样看碳脱氧合金化 氧气顶吹转炉在吹炼过程中向熔池提供了大量的氧，以 供一系列的氧化反应，同时有一部分氧溶解于钢液中，在出 钢时若不脱氧，则钢液在浇铸过程中，随着温度的下降，引 起与碳的再氧化，生成的CO气泡使铸坯产生皮下气泡。另外 ，钢中的氧能使钢变脆，塑性下降，所以在冶炼终点时要进 行脱氧。把钢液中的氧去除过程，称之为“脱氧”。合金化：在炼钢的终点，与脱氧操作的同时，按钢种规 定成份范围配加一定量的合金元素，称之为合金化。脱氧和 合金化在炼钢过程中是同时完成的。炼钢生产及工艺知识炼钢生产及工艺知识3、转炉炼钢操作过程 （1）上一冶炼炉次溅渣护炉结束后，倒 出残渣，第一批料石灰在倒掉余渣后加入 ，其加入量为总量的1/22/3，废钢和铁 水由天车吊运至冶炼平台，通过炉口加入 炉内，炉体摇正后降氧枪吹炼，设定工作 氧压0.800.95MPa，氧气流量 1300015000m3/h，供氧强度控制在 3.674.0m3/t*min，开吹加入轻烧白云石 ，当氧气流与熔池接触，碳、硅、锰开始 氧化，随着硅、锰、碳、磷图4 兑铁水炼钢生产及工艺知识的氧化，熔池温度升高，火焰亮度增加，炉渣熔化，3min开始将剩余的石灰约1t分小批量、多批次加入，在吹炼开始后6min前加完。（2）吹炼中期碳氧反应剧烈，渣中氧化铁降低，致使炉渣熔点增高和黏度增大，并可能出现返干现象。此时视化渣情况,多批次加入铁矿石或氧化铁球，在吹炼开始后11min前加完。（3）吹炼末期根据炉口火焰状况，供氧数量和吹炼时间，按冶炼钢种成分和温度要求确定吹炼终点，纯供氧时间控制在13分钟左右。倒炉、测温、取样。钢水温度和成分合格即可倒炉出钢，在出钢过程中向钢包内加入铁合金，进行脱氧合金化，出钢完毕钢水开至氩站进行吹氩处理，转炉炉体摇正降氧枪使用高压氮气进行溅渣操作，余渣倒入渣盆中。冶炼周期30 min。炼钢生产及工艺知识三、精炼炉工序唐山建龙炼钢厂炉外精炼设备为1座60吨LF钢包精炼炉。 1、LF钢包精炼炉冶炼用辅料及设备简介辅料：石灰、萤石、硅钙粉、铁合金、铝线、铝粒、铝粉等。主要设备：机械设备（包括炉下钢包车、炉盖及其升降装置、电极臂及其升降装置、电极夹持器和测温、取样装置等）、液压设备（包括液压缸等）、喂丝机、钢包底部吹氩装置、电极接长装置、散状料加料系统设备、除尘系统设备、供电和电控系统设备、仪表设备。 2、LF精炼炉基本功能 均匀钢水成份和温度，精确控制钢水成份和温度，脱氧、脱硫、脱气，去除钢中夹杂物，控制夹杂物形态