转炉炼钢工艺2005-121页-bd教学提纲.ppt
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1、转炉炼钢工艺2005-121页-BD1 转炉炼钢的发展 n18551856年英国人亨利年英国人亨利.贝塞麦贝塞麦(Henly)开发了酸性开发了酸性底吹空气转炉炼钢法;底吹空气转炉炼钢法;n1878年英国人托马斯年英国人托马斯(S.G.Thomas)碱性底吹空气转炉炼碱性底吹空气转炉炼钢法;钢法;n1940年廉价获得氧气后,瑞士、奥地利开发了顶吹氧气年廉价获得氧气后,瑞士、奥地利开发了顶吹氧气转炉,转炉,1952年在奥地利林茨年在奥地利林茨(Linz)和多纳维茨城和多纳维茨城(Donawitz)建成第一座建成第一座30吨碱性顶吹氧气转炉吨碱性顶吹氧气转炉(LD转炉转炉);或称或称BOF(Basi
2、cOxygenFurnace)。n1970年开发顶底复合吹炼转炉。年开发顶底复合吹炼转炉。n我国的炼钢发展史。我国的炼钢发展史。氧气转炉的种类n氧气顶吹转炉氧气顶吹转炉n氧气底吹转炉(或氧气侧吹转炉氧气底吹转炉(或氧气侧吹转炉)n氧气顶底复合转炉氧气顶底复合转炉转炉炼钢方法的发展演变 顶吹氧气转炉炼钢工艺特点n完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热;n生产率高(冶炼时间在生产率高(冶炼时间在2020分钟以内);分钟以内);n质质量量好好(*气气体体含含量量少少:(因因为为COCO的的反反应应搅搅拌拌,将将N N、H H除除去去)可可以以生生产产超超纯纯净净钢钢
3、,有有害害成成份份(S S、P P、N N、H H、O O)80ppm80ppm;n冶炼成本低,耐火材料用量比平炉及电炉用量低;冶炼成本低,耐火材料用量比平炉及电炉用量低;n 原材料适应性强,高原材料适应性强,高P P、低、低P P都可以。都可以。转炉设备n1、转炉本体系统包括:转炉炉体及其支撑系统、转炉本体系统包括:转炉炉体及其支撑系统托圈、耳轴、耳轴轴承和支撑座,以及倾动装置。托圈、耳轴、耳轴轴承和支撑座,以及倾动装置。n2.氧枪及其升降、换枪装置氧枪及其升降、换枪装置n3.副枪装置副枪装置n4.散状料系统散状料系统n5.烟气净化系统烟气净化系统转炉炉体及转炉倾动系统转炉炉体及转炉倾动系统
4、氧气顶吹转炉炉型设计氧气顶吹转炉炉型设计炉型定义炉型定义如下图所示,转炉由炉帽、炉身和炉底三部分组成如下图所示,转炉由炉帽、炉身和炉底三部分组成。按熔池形状来分,常见的氧气顶吹转炉炉型由筒球型、锥按熔池形状来分,常见的氧气顶吹转炉炉型由筒球型、锥球型和截锥型三种。球型和截锥型三种。炉型选择炉型选择(1)筒球型:其熔池形状由一圆筒体和一球缺体组成。这种炉型筒球型:其熔池形状由一圆筒体和一球缺体组成。这种炉型衬砌筑简单,炉壳易于制作,其形状比较接近于金属流的循衬砌筑简单,炉壳易于制作,其形状比较接近于金属流的循环轨迹。环轨迹。(2)锥球型:其熔池形状由一倒锥体和一球缺体组成,倒锥角度锥球型:其熔池
5、形状由一倒锥体和一球缺体组成,倒锥角度一般为一般为1230。这种炉型的形状更符合钢渣环流的要求,。这种炉型的形状更符合钢渣环流的要求,炉衬蚀损后,其形状变化较小,对操作较为有利。炉衬蚀损后,其形状变化较小,对操作较为有利。(3)截锥型:该炉型的熔池形状为一倒锥体。在装入量和熔池直截锥型:该炉型的熔池形状为一倒锥体。在装入量和熔池直径相同的情况下,其熔池最深。因此不适应于大容量转炉。径相同的情况下,其熔池最深。因此不适应于大容量转炉。炉型设计炉型设计n炉型设计的主要任务是确定所选炉型各部位的主炉型设计的主要任务是确定所选炉型各部位的主要参数和尺寸,据此再绘制出工程图。氧气顶吹要参数和尺寸,据此再
6、绘制出工程图。氧气顶吹转炉的主要尺寸如下图:转炉的主要尺寸如下图:(1)熔池尺寸的确定:应根据)熔池尺寸的确定:应根据装入量、供氧强度、喷嘴类型、装入量、供氧强度、喷嘴类型、冶炼动力学条件以及对炉衬蚀冶炼动力学条件以及对炉衬蚀损的影响综合考虑。损的影响综合考虑。(2)熔池直径)熔池直径D:熔池直径通:熔池直径通常指熔池处于平静状态时金属常指熔池处于平静状态时金属液面的直径。它主要取决于金液面的直径。它主要取决于金属装入量和吹氧时间。属装入量和吹氧时间。转炉炉容比(转炉炉容比(V/TV/T)n是指转炉腔内的自由空间的容积是指转炉腔内的自由空间的容积V(V(单位单位m m3 3)与金属装入量与金属
7、装入量(铁水铁水+废钢废钢+生铁块生铁块 单位单位t)t)之比。之比。n装入量过大,则炉容比相对就小,在吹炼过程中可能导致喷溅装入量过大,则炉容比相对就小,在吹炼过程中可能导致喷溅增加、金属损耗增加、易烧枪粘钢;增加、金属损耗增加、易烧枪粘钢;n装入量过小,则熔池变浅,炉底会因氧气射流对金属液的强烈装入量过小,则熔池变浅,炉底会因氧气射流对金属液的强烈冲击而过早损坏,甚至造成漏钢,并会降低转炉的金属料种类冲击而过早损坏,甚至造成漏钢,并会降低转炉的金属料种类等因素有关。等因素有关。n大型转炉的炉容比一般在大型转炉的炉容比一般在0.90.91.051.05米米3 3/吨之间,而小型转炉吨之间,而
8、小型转炉的炉容比在的炉容比在0.80.8米米3 3/吨左右。吨左右。n通常当转炉容量小、或铁水含磷高、或供氧化强度大、喷孔数通常当转炉容量小、或铁水含磷高、或供氧化强度大、喷孔数少、用铁矿石或氧化铁皮做冷却剂等情况,则炉容比应选取上少、用铁矿石或氧化铁皮做冷却剂等情况,则炉容比应选取上限。反之则选取靠下限。限。反之则选取靠下限。转炉高径比(转炉高径比(H/DH/D)n是指转炉腔内的自由空间的高度是指转炉腔内的自由空间的高度(单位单位m)m)与熔池与熔池直径比直径比m m之比。之比。n 高径比一般为高径比一般为0.8-1.8;0.8-1.8;n决定转炉氧枪的吹炼强度,冶炼时间等;决定转炉氧枪的吹
9、炼强度,冶炼时间等;n同时影响溅渣的好坏;同时影响溅渣的好坏;n决定氧枪喷头的设计参数,如喷头的射流角等决定氧枪喷头的设计参数,如喷头的射流角等.2 氧气射流及熔池搅拌n氧氧枪枪吹吹炼炼参参数数决决定定转转炉炉的的冶冶炼炼过过程程及及冶冶炼炼结果结果n氧枪心藏是氧枪喷头;氧枪心藏是氧枪喷头;n有有关关氧氧枪枪及及氧氧枪枪喷喷头头设计有专门介绍设计有专门介绍n氧氧气气射射流流属属于于气气体体动动力学的范畴。力学的范畴。氧气射流对熔池的物理作用n 转转炉炉实实际际上上是是一一个个黑黑箱箱,对对炉炉内内的的运运动动状状态态是是冷态实验的分析结果。冷态实验的分析结果。n氧流作用下熔池的循环运动,动量传
10、递,氧压或氧流作用下熔池的循环运动,动量传递,氧压或氧速越高,凹坑越深,搅拌加剧氧速越高,凹坑越深,搅拌加剧。氧气射流对熔池的化学作用n直直接接氧氧化化-氧氧气气射射流流直直接接与与杂杂质质元元素素产产生生氧氧化反应;化反应;n间间接接氧氧化化-氧氧气气射射流流先先与与FeFe反反应应生生成成后后FeO FeO,FeOFeO传氧给杂质元素。传氧给杂质元素。n是直接氧化还是间接氧化为主呢?是直接氧化还是间接氧化为主呢?是是间间接接氧氧化化为为主主,最最主主要要一一点点是是由由于于氧氧流流是是集集中中于于作作用用区区附附近近(4 4的的面面积积),而而不不是是高度分散在熔池中。高度分散在熔池中。氧
11、枪喷头的种类n 直简型直简型n 收缩型收缩型n 拉瓦尔型拉瓦尔型n 多多孔孔拉拉瓦瓦尔尔型型。(马马赫赫数数控控制在制在1.8-2.11.8-2.1)多孔拉瓦尔喷嘴氧枪喷头及氧枪喷头设计需考虑的因素n主主要要根根据据炼炼钢钢车车间间生生产产能能力力大大小小、原原料料条条件件、供供氧氧能能力力、水冷条件和炉气净化设备的能力来决定。水冷条件和炉气净化设备的能力来决定。n考考虑虑到到转转炉炉的的炉炉膛膛高高度度、直直径径大大小小、熔熔池池深深度度等等参参数数确确定其孔数、喷孔出口马赫数和氧流股直径。定其孔数、喷孔出口马赫数和氧流股直径。n对对于于原原料料中中废废钢钢比比高高、高高磷磷铁铁水水冶冶炼炼
12、或或需需二二次次燃燃烧烧提提温温等情况,则其氧枪喷头的设计就需特殊考虑。等情况,则其氧枪喷头的设计就需特殊考虑。喉口直径的计算喉口直径的计算n当当供供氧氧量量Q Q和和喷喷嘴嘴前前氧氧压压确确定定后后,就就可可以以按按弗弗林林公公式式计计算喉口直径,即:算喉口直径,即:n式中式中 T T0 0氧气滞止温度,氧气滞止温度,k k;nAA喉口断面积,喉口断面积,cmcm2 2;nP P0 0喷喷嘴嘴前前压压力力(吹吹损损时时允允许许正正偏偏离离20%20%),MpaMpa(绝对)。(绝对)。n此此外外喷喷嘴嘴加加工工的的光光洁洁度度对对流流量量也也有有一一定定的的影影响响,因因粗粗糙糙表面必定增加
13、附面层高度。表面必定增加附面层高度。枪位高度范围枪位高度范围n枪枪位位高高低低,对对氧氧枪枪喷喷头头出出口口马马赫赫数数M M的的选选取取有有着着直接影响。直接影响。n在在一一定定的的氧氧射射流流出出口口速速度度下下,枪枪位位高高可可避避免免烧烧枪枪,但但为为保保持持射射流流对对熔熔化化的的搅搅拌拌能能力力,即即保保证证一一定定的的冲击深度,需要降枪;冲击深度,需要降枪;n射流出口马赫数射流出口马赫数M M决定枪位。决定枪位。喷枪高度的确定喷枪高度的确定n根据所取的冲击深度和喷头设计得到的各项参数,就可以根据所取的冲击深度和喷头设计得到的各项参数,就可以确定喷枪高度。确定喷枪高度。n现以计算三
14、孔喷头为例,计算喷枪高度。由于现以计算三孔喷头为例,计算喷枪高度。由于P P0 0=8kg/cm=8kg/cm2 2,M M出出=1.845=1.845,d d*=23.2mm=23.2mm,d d出出=28.4mm=28.4mm,T T0 0=303K=303K,设熔池深,设熔池深度为度为1000mm1000mm,假定取平均冲击深度为熔池深度的,假定取平均冲击深度为熔池深度的25%25%,则,则h=250mmh=250mm,喷枪高度喷枪高度H H为为:1050mm:1050mm熔池冲击深度熔池冲击深度 n 氧气射流深入熔池的深度(即冲击深度)对吹炼工艺影氧气射流深入熔池的深度(即冲击深度)对
15、吹炼工艺影响很大,必须保证氧流对熔池具有合适的冲击深度,使熔响很大,必须保证氧流对熔池具有合适的冲击深度,使熔池得到均匀而强烈的搅拌,即有较大的脱碳速度,同时又池得到均匀而强烈的搅拌,即有较大的脱碳速度,同时又具有一定的化渣能力。具有一定的化渣能力。n当当L/h0.3L/h0.71/h0.7时,即冲击深度过深,有可能损坏炉底和金属时,即冲击深度过深,有可能损坏炉底和金属喷溅严重喷溅严重.熔池冲击深度熔池冲击深度冲击深度的确定冲击深度的确定n在适合的炉容比情况下,如果熔池装入量过浅,可在适合的炉容比情况下,如果熔池装入量过浅,可考虑将熔池砌成台阶形。考虑将熔池砌成台阶形。n 对对于于单单孔孔喷喷
16、头头,平平均均冲冲击击深深度度可可取取熔熔池池深深度度的的25-25-50%50%,而而最最大大冲冲击击深深度度可可取取熔熔池池深深度度的的50-75%50-75%。对对于于三三孔孔或或四四孔孔喷喷枪枪,平平均均冲冲击击深深度度可可取取熔熔池池深深度度的的25-40%25-40%,最大冲击深度可取熔池深度的,最大冲击深度可取熔池深度的60-70%60-70%。射流熔池穿透深度计算射流熔池穿透深度计算用弗林公式计算最大穿透深度用弗林公式计算最大穿透深度 式中式中h h:穿透深度(:穿透深度(cmcm),),H H:枪位高度(:枪位高度(cmcm)d d:喷喷头头喉喉口口直直径径(cmcm),P
17、P0 0:滞滞止止压压力力(MPaMPa)本公式是经验式,最适合单孔射流氧枪。本公式是经验式,最适合单孔射流氧枪。氧枪的长度氧枪的长度氧枪的控制系统氧枪的控制系统n氧枪在吹炼过程中需要频氧枪在吹炼过程中需要频繁升降,而且要求位置准繁升降,而且要求位置准确,因此氧枪的升降机构确,因此氧枪的升降机构是转炉上的重要设备之一。是转炉上的重要设备之一。氧枪的升降机构,更换装氧枪的升降机构,更换装置,枪位控制,安全联销,置,枪位控制,安全联销,检测仪表等,应由炼钢专检测仪表等,应由炼钢专业提出要求和提供必要的业提出要求和提供必要的数据,而由有关专业来设数据,而由有关专业来设计完成。计完成。3 顶吹转炉的过
18、程描述n上上炉炉出出钢钢-倒倒完完炉炉渣渣(或或加加添添加加剂剂)-)-补补炉炉或或溅溅渣渣-堵堵出出钢钢口口-兑兑铁铁水水-装装废废钢钢-下下枪枪-加加渣渣料料(石石灰灰、铁铁皮皮)-点点火火-熔池升温熔池升温-脱脱P P、Si Si、Mn-Mn-降枪脱碳。降枪脱碳。n看看炉炉口口的的火火,听听声声音音。看看火火亮亮度度-加加第第二二批批(渣渣料料)-提提枪枪化渣,控制化渣,控制“返干返干”。n降枪控制终点(降枪控制终点(FeOFeO),倒炉取样测温,出钢。),倒炉取样测温,出钢。n技技术术水水平平高高的的炉炉长长,一一次次命命中中率率高高。50%50%。(宝宝钢钢是是付付枪枪)根据分析取样
19、结果根据分析取样结果-决定出钢(或补吹)决定出钢(或补吹)-合金化合金化。不要补吹的就是通常说的一次命中。不要补吹的就是通常说的一次命中。冶炼技巧n钢液碳的判断方法钢液碳的判断方法 取样分析、磨样、看火花、付枪。取样分析、磨样、看火花、付枪。n钢液磷的判断方法钢液磷的判断方法 取样分析、渣的颜色及气孔;取样分析、渣的颜色及气孔;n钢液温度判断方法钢液温度判断方法 接触热电偶、看炉口火焰、看钢液颜色、读秒表。接触热电偶、看炉口火焰、看钢液颜色、读秒表。钢液颜色:白亮、青色、浅兰、深兰、红色钢液颜色:白亮、青色、浅兰、深兰、红色冶炼过程渣、钢成份变化冶炼过程钢中NO成份变化4 炼钢用原辅材料n铁水
20、:铁水:n废钢:废钢:n生铁块:生铁块:n烧结矿烧结矿铁水铁水n成分:成分:70-85%(%C=4,%Si=0.4-1.0,%Mn=0.5,70-85%(%C=4,%Si=0.4-1.0,%Mn=0.5,%P=0.02-0.15,%S=0.001-0.050)%P=0.02-0.15,%S=0.001-0.050)n铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志,铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志,这部分热量是转炉热量的重要来源之一。因此,这部分热量是转炉热量的重要来源之一。因此,铁水温度不能过低,否则热量不足,影响熔池的铁水温度不能过低,否则热量不足,影响熔池的温升速度和元素氧化过程,也影响
21、化渣和去除杂温升速度和元素氧化过程,也影响化渣和去除杂质,还容易导致喷溅。要保证转炉铁水温度大于质,还容易导致喷溅。要保证转炉铁水温度大于12501250。废钢:废钢:n废废钢钢是是转转炉炉主主要要金金属属料料之之一一,是是冷冷却却效效果果稳稳定定的的冷冷却却剂剂。适适当当的的增增加加废废钢钢比比,可可以以降降低低转转炉炉炼炼钢钢成成本本、能耗、和炼钢辅助材料消耗。能耗、和炼钢辅助材料消耗。n废钢主要来源于本厂的返回废钢和社会外购废钢。废钢主要来源于本厂的返回废钢和社会外购废钢。如铸坯的切头切尾;轧钢厂的切头切尾、轧后废品如铸坯的切头切尾;轧钢厂的切头切尾、轧后废品等;另外机械加工废品、车屑;
22、钢管和钢板的切边等;另外机械加工废品、车屑;钢管和钢板的切边等;以及废旧设备。等;以及废旧设备。n加入加入15-30%(厚度小于厚度小于150mm,清洁,清洁)生铁块及烧结矿(改性铁)生铁块及烧结矿(改性铁)n生铁是调温及配碳生铁是调温及配碳n烧结矿可提高金属收得率,造渣等烧结矿可提高金属收得率,造渣等铁合金:品种较多,但是生产成本高,因此要选用适当牌铁合金:品种较多,但是生产成本高,因此要选用适当牌号的铁合金,以降低钢的成本。转炉常用的铁合金有号的铁合金,以降低钢的成本。转炉常用的铁合金有Fe-Fe-MnMn、Fe-SiFe-Si、Mn-SiMn-Si合金、合金、Ca-SiCa-Si合金、铝
23、、合金、铝、Fe-AlFe-Al、Ca-Al-Ca-Al-BaBa合金等。其化学成分及质量均应符合国家标准规定合金等。其化学成分及质量均应符合国家标准规定。4 炼钢用原辅材料辅助材料:辅助材料:石灰:有效石灰:有效CaO成分,块度,控制石灰吸水成分,块度,控制石灰吸水萤石:萤石:CaF2,能改善炉渣流动性,能改善炉渣流动性生白云石:生白云石:CaMg(CO3)2,造渣及护炉造渣及护炉菱镁矿:菱镁矿:MgCO3调渣剂调渣剂铁合金、冷却剂及增碳剂铁合金、冷却剂及增碳剂石灰石灰n石石灰灰是是转转炉炉炼炼钢钢用用量量最最大大的的廉廉价价造造渣渣材材料料,主主要要成成分分是是CaOCaO,具具有有很很强
24、强的的脱脱磷磷、脱脱硫硫能能力力,不不损损害害炉炉衬。衬。n石石灰灰的的渣渣化化速速度度是是转转炉炉炼炼钢钢成成渣渣速速度度的的关关键键,因因此此炼炼钢钢用用石石灰灰除除了了有有效效CaOCaO含含量量要要高高,SiOSiO2 2和和S S含含量量低低,适适当当的的块块度度要要求求之之外外,对对其其活活性性度度也也要要提提出出要要求求。石石灰灰的的活活性性度度是是石石灰灰反反应应能能力力的的标标志志,也也是是衡衡量量石石灰灰质质量量的的重重要要参参数数。活活性性度度大大的的石石灰灰反反应应能能力力强,成渣速度快。强,成渣速度快。n此此外外石石灰灰极极易易水水化化潮潮解解,生生成成CaCa(OH
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