《炼钢生产工艺及安全技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《炼钢生产工艺及安全技术.ppt（35页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、炼钢生产工艺及安全技术,2012年3月,本次讲课主要简单介绍一下炼钢的基本生产工艺，以及相关的安全知识。作为炼钢工艺来讲，它的工艺环节多，作业环境恶劣，有高温、高空、粉尘、大型机械设备、吊具、煤气等等，属于立体交叉作业的工作环境，同时还存在爆炸、灼伤、烫伤等安全因素，所以炼钢的安全生产也是炼钢健康发展的重要一环。,1、基本知识1.1 基本概况：1856年英国人亨利贝塞麦发明了空气转炉炼钢法10年后法国人发明了平炉炼钢法（利用蓄热池原理）1952年奥地利建成了30t氧气顶吹转炉（是目前最主要的炼钢方法），实现了规模的工业生产20世纪初发展出电炉炼钢，该工艺一直为特殊钢和高合金钢的熔炼方法。目前转
2、炉炼钢围绕洁净钢生产、铁水“三脱”预处理、全自动控制、长寿炉龄（以溅渣技术为核心）等重大新工艺技术。目前世界最高炉龄是莱钢37000炉；（萍钢目前最高炉龄已达3.3万炉，但补护炉材料消耗高）。,1.2钢和铁钢和铁都是铁和碳组成的合金，属于黑色金属，但生铁硬而脆，焊接性差；而钢的强度、塑性等综合性能较好。本质的区别是碳含量的不同：C2%的铁碳合金叫生铁，C2%的铁碳合金叫钢。1.3炼钢的基本任务脱碳。将铁水、生铁中的碳氧化，2C+O22CO去除杂质。钢中的P、S是有害元素，要尽可能低，废钢中的夹杂、杂质等的去除。升温。铁水温度约12501350，钢水出钢温度在16001700。脱氧。转炉炼钢是一
3、个氧化过程，钢水中含大量氧。合金化。即根据钢种的要求配加各种成份元素。,1.4转炉炼钢的工艺流程：,铁水、废钢入炉,氧气顶吹,吹练,辅助原材料,倒炉、测温、取样,出钢,脱氧合金化,钢包吹气、测温,连铸,回炉,温度不合格,温度合格,转炉炼钢示意图,氧气,转炉炼钢机械主要设备系统转炉本体系统；氧枪及其升降、氧气装置及配套装置；散装料系统；活动烟罩及提升装置；烟气净化处理系统。,2、炼钢原材料主要有：铁水、废钢、冷却剂、造渣剂、铁合金、氧气等。2.1入炉废钢：（属冷却剂）块度、重量合适。保证顺利入炉、及时熔化。成份。成份不宜复杂。不允许夹带密封容器、爆炸物。不得夹有铜、锌等有色金属及橡胶（橡胶S高，
4、影响钢质）。废钢保持清洁、干燥，以防发生爆炸。,2.2造渣材料石灰(CaO)。主要造渣料白云石(MgCO3.CaCO3)萤石(CaF2)。2.3铁合金：调整钢水成份，有Mn-Si、Mn-Fe等2.4氧气：纯度99.5%,3转炉炼钢工艺3.1装入制度：可分为定量装入、定深装入、分阶段定量装入3.2供氧制度：是冶炼过程中最重要的操作，直接影响到冶炼的效果和钢的质量。它是保证杂质去除速度、熔池升温速度、造渣速度、控制喷溅等的关键操作。（1）供氧制度的内容有：枪位、操作氧压、供氧时间等。（2）理论上，每吨金属的耗氧量为4555m3。（3）氧枪喷头一般采用拉瓦尔型，我厂的喷头数目采用3孔（或4孔），出口
5、的氧气流速达到超音速400500m/s，将压力能转换为动能，搅拌钢水。,3.3造渣制度“炼钢即是炼渣”，即通过造渣料与铁水中的有害元素发生复杂的物理化学反应，以实现却除杂质的目的。主要是P、S的去除。CaO（石灰）的脱P反应：2P+5（FeO）+4（CaO）=（4 CaOP2O5）+5Fe可做P肥CaO（石灰）的脱S反应：（CaO）+FeS=（CaS）+（Fe0）吹炼的过程：吹炼初期，铁水中的Si、Mn、Fe等元素氧化生成SiO2、MnO、FeO进入炉渣促使石灰的熔化，随着C-O反应加速，熔池温度升高，石灰进一步熔化，在CO气体的作用下，开成固液气相的乳化液（炉渣泡沫化程度提高），这也是炉内化
6、学反应的主要场所。一旦炉型不规则、操作不到位，则可能造成剧烈的喷溅。冶炼后期，脱碳速度进一步降低，炉渣乳化和泡沫现象减弱，当熔池温度和钢水成份达到要求时，则提枪、倒炉、测温、取样、即达到了终点。,3.4温度制度：主要是指吹炼的过程温度和终点温度的控制，目标是吹炼过程中均衡升温，吹炼终点时钢水的温度达到钢种要求范围。（熔池温度由开吹的1200左右，经过反应化学热达到出钢1660左右（我厂）菜钢的出钢温度T=1630左右）。温度来源：铁水物理热+铁水、生铁中元素氧化产生的化学热量组成。（C、Si、P、Mn等都是氧化放热）。3.5脱氧合金化制度：转炉吹炼过程中，由于不断向熔池吹氧，使终点金属熔液中残
7、留一定的溶解氧，因此出钢中必须脱氧（因为氧在液态钢中的溶解度较大，在固态钢中的溶解度较小，在钢水凝固过程氧将析出，从而影响正常浇注以及合理的组织结构。）合金化过程即通过计算不同合金的加入量，从而使钢水成份达到所炼钢种的要求。（目前我公司的钢种主要有普通碳素钢、低合金钢、低C低S系列钢等）。,转炉炼钢安全生产、事故的相关知识,1、转炉吹炼过程遇到哪些情况必须提枪停吹？答：（1）氧枪漏水成线；（2）汽化冷却烟道、烟罩严重漏水；（3）转炉水冷炉口、炉帽漏水或冒水蒸气；（4）氧气压力低于规定数值；（5）氧枪粘粗超过规定值或不能从氧枪孔提出氧枪；（6）加料溜槽、氧枪孔密封用氮气压力低于规定值；（7）氧气
8、压力、氧气流量、高压水压力、高压水流量等检测异常或失灵；（8）除尘文氏管水量异常或堵塞；（9）吹炼过程发生大喷溅；（10）炉内出现异常声响；（11）连锁项目之一达到报警提枪条件。,2、转炉摇炉有哪些安全要求？答：（1）2 个倾动操作台只有操作时才能选至转炉倾动操作位置，不操作时选在非操作位置。（2）摇炉工要掌握炉子与氧枪、烟罩的连锁装置情况；要确认氧枪是否提出炉口、烟罩是否抬起；兑铁完毕，要确认铁水包嘴是否离开炉口；加完废钢后，要确认料槽是否离开炉口。在确认上述情况之后，方可摇炉。（3）倾动机械、电器有故障时，不得强行摇炉。（4）炉下有人员工作时，禁止摇炉。（5）炉内有水，待水全部蒸发后，方可
9、摇炉。（6）取样和倒炉倒渣时，禁止快速摇炉。,3、为使转炉炼钢安全顺行，哪些情况必须停炼？答：（1）氧枪出水温度高于60度；（2）氧枪冷却水压低于0.9Mpa；（3）氧气工作压力低于0.6Mpa；（4）水冷炉口冷却水出水流量低于规定；（5）氧枪孔冷却水出水流量低于规定值；（6）氧枪漏水成线、水箱漏水，炉内有积水；（7）发生爆发性大喷溅；（8）凡接到转炉系统给炉前的事故信号；（9）炉下积水严重；（10）发生氧枪回火、橡胶管爆裂等。,4、氧枪漏水或其他原因造成炉内进水如何处理？答：吹炼过程发现氧枪漏水或其他原因造成炉内进水，应立即提枪停吹，切断氧枪或其他部件漏水水源，将氧枪移出氧枪孔。严禁摇炉，待
10、炉内积水全部蒸发后方可动炉。重新更换氧枪或消除漏水并恢复供水后，方能继续吹炼。,5、如何提高烟罩寿命和防止烟罩漏水？答：未燃法烟气净化系统的烟罩由活动罩裙和固定烟罩组成。罩裙可用水冷却也可用汽化冷却，烟道广泛采用汽化冷却方式。烟罩、烟道漏水不但影响安全而且减少钢产量，烟罩漏水成流应停止炼钢进行处理。为提高烟罩寿命、防止漏水可从如下几个方面进行改善和强化：（1）烟道、烟罩的材料全部选用标准锅炉钢管，按锅炉的要求进行焊接和制作，管道焊接完毕后进行射线无损探伤。（2）新烟罩或经长期使用后的烟罩须进行酸洗、漂洗、钝化处理，在干净的金属内表面预设一层保护膜。（3）采用质量合格的软化水并进行除氧，以防水垢
11、的生成和减少氧对金属的腐蚀。（4）薄弱部位喷涂导热性、耐磨性好且耐高温的新型喷涂材料。（5）改进炼钢工艺，改善供氧和造渣操作，减少喷溅，防止烟罩粘钢、粘渣。,6、如何防止转炉漏钢，转炉漏钢如何处理？答：转炉炉衬修砌质量不合要求、吹炼操作不当、炉衬维护不及时或因漏水造成炉衬砖局部粉化等形成的薄弱部位有时会出现漏钢。对可拆卸炉底的转炉，炉底与炉身接缝处的修砌质量不好，接缝处也会漏钢。吹炼中软吹时间长，钢水过氧化，形成高温、高氧化铁熔渣，对炉衬蚀损严重部位，也可能发生漏钢。生产中可采用炉衬激光测厚仪及时测量炉衬厚度，动态调整溅渣操作和补护炉工作，同时炼钢工每炉都应观察炉况，防止炉衬维护不及时引起薄弱
12、部位发生漏钢。生产中还应加强设备的维护，避免冷却水漏进炉内而导致炉衬砖粉化造成漏钢。漏钢前在漏钢部位的炉壳会出现发红的现象，根据发红部位决定处理办法。若发红部位在炉体上部，可继续吹炼，出钢后处理；发红部位靠近熔池，应迅速组织出钢，所出钢水按回炉钢处理。出钢后要仔细观察漏钢部位及漏钢孔洞大小，决定是否停炉或组织修补。漏钢孔洞小，可采用投补加喷补修复，但一定要保证烧结时间；若漏钢孔洞大，要多次投补和喷补，一次先堵住洞口，待烧结牢固后，兑铁吹炼12 炉提高温度后，再次修补炉衬。,7、冶炼低碳钢后为什么必须倒净炉内液体残渣？答：吹炼低碳钢时，冶炼后期的氧化速度较低，熔池搅拌速度相应减弱，终渣中氧化铁含
13、量增高，钢中的氧含量增加。如果炉内液体渣未倒净就兑入铁水，此时处于高温状态，铁水中的碳被熔渣中氧化铁剧烈氧化，瞬时产生大量CO气体排出，发生爆发性喷溅，威胁人身与设备安全。因此，吹炼低碳钢后必须倒净炉内液体残渣方能兑铁炼钢。8、为什么不准低氧压吹炼和过高枪位“吊吹”？答：低氧压吹炼和过高枪位吊吹，熔池搅拌弱，在与氧流接触的液面处积聚了大量（FeO），熔池渣钢界面处也积聚了C，炉温一旦升高渣中的（FeO）与钢液中的C容易产生爆发性反应，生成大量CO 气体，而引起大喷事故，威胁人身和设备安全；也影响炉衬寿命，降低钢水收得率、合金吸收率；对钢质量不利。因此，炼钢中应禁止低氧压吹炼和过高枪位“吊吹”。
14、,9、转炉内有剩余钢水时应如何处理？答：因特殊情况造成炉内有剩余钢水时，禁止将剩余钢水倒入渣罐，首先把炉内熔渣尽量倒入渣罐，而后向炉内加入一定量的石灰，前后摇炉，再加入废钢，废钢加毕再向后、向前摇炉，确认炉内无液体钢与渣时，缓慢兑入铁水。10、“钢包大翻”的原因是什么，有哪些预防措施？答：在钢包较深层，成团合金裹渣未熔化，当合金熔开，有可能是合金所含水分形成的蒸汽或者是钙形成的钙蒸气，在高温下急剧膨胀，推开钢水向外排出；也有可能因为其他原因发生突发性反应，急剧产生大量气体，引起钢包大翻。预防措施如下：,（1）出钢脱氧合金化时，出钢前不得将合金加在钢包包底或出钢过程不要过早加入大量合金。（2）维
15、护好出钢口，不得使用大出钢口出钢。（3）合金溜槽位置合适，合金应加到钢流冲击区。（4）避免钢包包底渣过多。（5）避免使用粘有高合金钢的钢包受钢。（6）在终点碳低时，不要先加增碳剂增碳。（7）提高终点碳控制水平，减少低碳出钢。（8）出钢过程采用钢包底吹氩搅拌。,11、氧气管道爆炸原因是什么，如何预防氧气管道爆炸事故？答：氧气管道爆炸原因如下：可燃物、氧气、着火温度是燃烧必须具备的三个要素。氧气是一种助燃气体，遇可燃物及火种引起强烈的燃烧，并放出大量的热。氧气管道爆炸是由于急剧的燃烧，管壁达到熔化状态，气体体积瞬间急剧膨胀而引起的。（1）氧气在管道内流速过高，因摩擦产生大量火种。（2）管道内如有金
16、属碎屑或砂石，在高速氧流的带动下，冲击管壁，产生火花，引起燃烧。（3）管道内壁生锈，增加摩擦。（4）当氧气输送管道上的截止阀开启时，如阀前后压力差很大，氧气流速瞬间可达200m/s，一般碳钢就会燃烧起火引起爆炸。（5）氧流在管道急转弯处冲击管壁，产生高温。（6）管道接口处，因加工工艺不好，存有突尖或粗糙之处，氧气流过摩擦过强，可产生高热。,（7）氧气管道对接法兰等处漏氧，外来火源引燃爆炸。（8）氧气管道和氧枪在制造和安装时，使用的润滑油脂未清除干净。（9）剥落的橡胶管碎屑及其他外来可燃物进入管内。（10）裸露的电线头搭在管道，产生静电感应，因静电火花引起急剧燃烧，导致爆炸。防止办法如下：（1）
17、氧气的流速应符合国家有关规范要求。氧气输送管（碳钢）内氧气流速必须小于15m/s，氧枪内管氧气流速在40-55m/s，不得大于60m/s。（2）氧气管道应清洁施工，管道焊接时，不准有渣粒、铁粒和任何其他物品留在管道内，接缝处不得有焊肉尖刺等出现。管道内壁不得含有任何油污和异物。（3）氧气管道在安装、检修后或长期停用后再投入使用前，应将管内残留的水分、铁屑、杂物,等用无油干燥空气或氮气吹扫干净，直至无铁锈、尘埃及其他杂物为止。吹扫气体速度应不小于20m/s。（4）氧气管网上设置的各种阀门都要采用氧气专用阀门。直径大于70mm 的氧气手动阀门，只有阀前、后压差在0.3MPa 以内，才允许工作。可采
18、用降压、充气或设置旁通阀等方法缩小压差。（5）氧气管道转弯应平缓过渡，避免急转弯。（6）避免氧气流超速撞击主管壁。如果急转弯不能避免时，受冲击的管件要选用铜合金件，免除产生火花。（7）氧气管道及阀门安装完毕后，应按规定进行系统强度、严密性及泄漏量试验。（8）氧气管道应有良好的导除静电的装置。（9）连接氧枪的软管采用金属软管。,12、转炉煤气发生爆炸的条件是什么？答：转炉煤气是CO含量为60%-80%的易燃易爆的有毒气体，转炉煤气发生爆炸需要同时具备3个条件：（1）气体混合比在爆炸范围内，甲co12%,o24%。（2）温度在610以下，即在混合气体最低着火点以下，否则只能燃烧。（3）遇有火种。,
19、13、CO对人体有何危害，如何防止CO中毒？答：转炉煤气中的CO，在标准状态下密度是1.23kg/m3，是一种无色无味的气体，对人体有毒害作用。CO被人吸入后，经肺部而进入血液，它与红色素的亲和力比氧的亲和力大210倍，很快形成碳氧血色素，使血液失去送氧能力，并引起全身组织，尤其是中枢神经系统严重缺氧，致使中毒，严重者可致死。为了防止煤气中毒，必须注意以下几点：（1）净化回收系统要严密，杜绝煤气的外漏；并在有关地区设置CO 浓度报警装置，以防中毒。（2）加强煤气管沟、风机房和煤气加压站的通风措施。（3）不得在煤气区域长时间停留，从事煤气工作的操作人员，必须由两人以上进行监护工作。（4）清理烟道前，转炉呈90停位，风机应继续运转30min 以上，并经鉴定确认烟道内不存在煤气或其他有害气体，方可进行清理。,14、煤气点火时为什么要先点火后开煤气？答：如果不先点火而先开煤气，会使管嘴内外形成煤气和空气混合的爆炸性气体，遇火就会发生爆炸造成事故。另外，煤气扩散也容易使人中毒，所以必须先点火后开煤气，以使送出的煤气立即燃烧，防止事故的发生。,
