电炉炼钢工艺ppt课件.ppt

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1、2023年3月13日星期一,电炉炼钢工艺课件,1 电炉炼钢工艺的发展历程,1905年第一台5吨工业炼钢电炉建成（德国人R.Linberg）1936年德国制造了可炉盖旋转的炼钢电炉 1936年美国建成了当时最大的100吨炼钢电炉 1964年美国碳化物公司(W.E.Schwabe)和西北钢铁线材公司(C.GRobinson)提出电炉超高功率概念(Ultra High Power简称UHP)，电炉工业开始走向辉煌。开始与转炉竞争。1990年后，电炉炼钢技术取得了重大进展。炼钢技术的进步主要进步集中在电炉炼钢领域。,世界电炉生产迅速发展动力,社会废钢积累的增长，环境压力。低生产成本的经济刺激，廉价废钢

2、及廉价电力。对提高劳动生产率的追求。采用废钢作原料的电弧炉工艺，流程短，生产率高，全员劳动生产率高达27004000 t/（人a），几乎是高炉转炉流程的34倍。,我国钢铁行业2010年能耗构成的预测值，矿石经高炉/转炉流程而成粗钢的单位能耗高于600kgce/t，其中氧气转炉炼钢工序能耗仅为10kgce/t，主要能耗是高炉和炼焦工序。铁前系统烧结、炼焦和高炉炼铁是能耗大户，也是污染环境的大户。相比之下，废钢经电炉熔炼所生产的粗钢吨钢能耗仅为270kgce/t，而污染的产生及其治理更远优于高炉/转炉流程。,电炉炼钢的其它优势,世界粗钢产量增长情况,世界钢产量预测,电弧炉技术的发展,2 电炉炼钢主

3、体设备介绍,机械设备,炉壳、炉门、出钢槽或偏心炉底出钢、炉盖，分水冷和耐材 电极夹持器、电极升降装置 炉盖提升旋转机构、炉体旋转或开出 排烟除尘装置 炉顶加料装置,电气设备,变压器 电抗器 短网 隔离开关及高压断路器 电极升降自动调节装置,3 电炉炼钢的能量来源,电能 化学能。包括炉料带来的物理热及氧化带来的化学热、外来输入的燃料。,传统电炉总能量平衡,现代电炉总能量平衡(装铁水),3.1 供 电,供电技术发展,普通功率与超高功率电弧炉工作点,配电操作,冶炼阶段根据工艺要求输入的功率是不相同的，在各个阶段调节输入功率大小，电功率的调节称为配电操作。配电操作分：送电、停电、调换电压、调节电流及电

4、气设备的监护。配电分手动及自动调节，好的配电制度对缩短冶炼时间及降低电耗是非常重要的。,供电时间确定,C 吨钢电耗，kWh/tW 钢水总重，tP电炉变压器容量，kV.A变压器利用率，非通电时间，min,3.2 供 氧,炉门人工吹氧 从1根氧管到3根氧管；炉门吹氧机械手 强化供氧及安全生产；炉壁氧燃枪(可加二次燃烧)辅助能量;EBT氧枪 解决偏心炉的冷区及成分均匀；炉壁氧气碳粉喷吹模块 可伸入式及固定式；炉壁及烟道的二次燃烧氧枪 利用余热、能量极限利用,电炉供氧示意图,北京科大电炉炼钢用氧专利技术内容,电炉炉门多功能吹氧装置电炉炉壁氧燃助熔及二次燃烧氧枪电炉炉壁及EBT氧枪电炉炉顶氧枪电炉炉壁氧

5、气及碳粉喷吹模块（集束氧枪）电炉泡沫渣技术电炉用氧诊断电炉用氧模块化控制技术,在吹氧条件下，熔池中 各元素氧化1kg时所产生的理论热值,在电炉采用多种供氧方式以后，如何做到炉内均衡供氧是非常重要的。目的：1、控制吨钢耗氧；2、提高金属收得率；3、解决除尘冷却装置及电极等氧化。控制方式：1、结合热平衡及物料平衡；2、结合原有炉次的供氧曲线；3、根据冶炼状况，分解不同供氧方式的供氧量；4、检测冶炼过程炉气成分的变化，调整供氧量。,电炉用氧模块化控制技术,4 电炉炼钢的原料,传统的电弧炉炼钢是全废钢工艺以冷废钢为主，配加10左右的生铁块；现代电弧炉炼钢使用的其它原料还有：除冷生铁外，直接还原铁（DR

6、I，HBI）、热铁水、碳化铁等；电弧炉炼钢的原料构成对其工艺、装备、指标等有决定性影响；不同原料结构下的生产过程是不可比的。或者说只有原料结构相当的情况下才是可比较的。,废 钢,电炉炼钢是一种铁资源回收再利用过程，也是一种处理污染的环保技术。仅就电炉炼钢工序而言，废钢是基本原料，废钢原料需进行鉴别、分类管理和打包、剪切等预处理。当前电炉炼钢使用废钢原料的最大问题是金属残留元素，主要是残留的Ni，Cr，Mo等合金元素和Cu，Sn，Bi，Sd，Pb等有害元素。它们在电炉炼钢过程中尚无有效方法去除，残留在钢材中造成种种危害，并在废钢循环再利用过程中不断积累。目前采用的对策主要有：加强废钢管理；在废钢

7、预加工过程中挑选或分离；冶炼过程配加其他铁源，稀释残留元素的浓度。,其它金属料,冷生铁：配碳、稀释残留元素、渣量增加直接还原铁：粒状直接还原铁（DRI）和块状热压块（HBI）铁水：配加10的热铁水，带入的物理热约为25kwh/t-steel，化学热约25kwh/t-steel，（而氧耗67m3/t-steel）碳化铁(Fe3C)：技术问题，不能大量生产,5 电炉冶炼工艺,传统冶炼工艺(三段工艺)熔化期、氧化期、还原期 现代冶炼工艺(二段工艺)熔化期、氧化期、加炉外处理；或称熔氧脱磷期、脱碳升温期 操作步骤：补炉、装料（配料）、熔化期、氧化期、精炼(或还原期)、出钢,5.1 补 炉,电炉补炉工作

8、量是很大的，补炉的重点是：渣线(渣的浸蚀)；靠电极(最容易跑钢的地方)；电弧的辐射；补炉用大铲或喷枪。,5.2装料(配料),对废钢的要求（1）不允许有有色金属。（2）不允许有封闭器皿、易爆炸物。（3）入炉的钢铁料块度要合适，不能太大。装料量要求 二次进料：第1次，60；第2次，40；三次进料：第1次，40；第2、3次，30；四次进料：第1、2次，30；第3、4次，20。,配碳的重要性,重要性：废钢铁氧化、氧化期去气(N、H)、去夹杂；最低配C计算：配C量%=0.50%(熔化期损失)+0.2-0.3%(氧化需要)+氧化终了碳含量。装料原则：大、中、小料配合；重料在下、轻料在上；大块在中、轻料在边

9、。,5.3 废钢熔化阶段操作,熔化期是电炉工艺中能源消耗的大头，冶炼时间的50-80%，因此，电炉的节能降耗主要在熔化期。废钢熔化过程：从中心向四周、从热区向冷区、从下向上。熔化期操作原则：合理供电、合适吹氧、提前造渣。吹氧方式：自耗式：可切割、可吹渣钢界面；水冷式：只能吹渣钢界面。,优化的供电曲线,5.4 电炉氧化期操作,氧化期的任务：继续脱P、脱C 去气(N、H)、去夹杂 钢液升温电炉熔氧期操作：熔化废钢与氧化期脱碳结合，提前造渣脱磷。,元素氧化方式,铁矿石氧化：吸热、有利于脱磷、增加金属量 Fe 2O3+3C=2Fe+3CO吹氧气氧化：放热、对脱磷不利、但可部分脱硫，渣中氧化铁增加。矿石

10、加吹氧,氧化期操作,熔清、取样分析(全分析)、加石灰、吹氧化渣、流渣脱P、加石灰、测温,视钢中含碳量吹氧脱碳；看P：取样分析、看渣子的颜色（黑亮P高、灰黑P低）、看渣子的泡沫化；看C：取样分析、看火花、砂轮对比、副枪；看温度：蓝白亮、浅蓝、深蓝、浅红、深红；取样全分析、测温，静沸腾等待出钢；传统工艺：扒除氧化渣，为还原期造渣做准备。,氧化期的造渣,氧化期的造渣要根据脱磷及脱碳的要求、具有合适的炉渣成分及流动性 渣中FeO含量一般控制在1020，碱度控制在2.5-3.0，总渣量在24。,磷的控制,3个关键因素：炉渣氧化性、石灰含量、温度。Healy经验式：lg(%P)/%P=22350/T-16

11、.0+0.08%(CaO)+2.5lg%(TFeO)常规工艺%P0.030以下脱磷的主要工艺：强化吹氧提高初渣氧化性 提前造高碱度渣 流渣造新渣 喷粉技术的应用,氧化期喷粉脱磷,碳的控制,作用：减少金属烧损、降低熔池温度、促进钢渣反应、促进脱磷、促进泡沫渣形成、去气去夹杂。,温度控制,T出钢=t1+t过程 t加热 t浇铸 t1 液相线温度t过程 过程降温 t加热 钢包温度补偿 t浇铸 浇铸降温,氧化终点特别情况处理,（1）碳高磷低，温度低，吹氧；温度高，低功率操作；（2）碳高磷高，先脱P后脱C(可加部分矿石)；（3）碳低磷高，温度合适，造FeO渣；温度高(加矿石)，停电；(4)低磷低温，性碳低

12、，加大电功率,造泡沫渣；碳高，吹氧，一般功率。,5.5 冶炼过程造泡沫渣,泡沫渣是指在不增大渣量的情况下，使炉渣呈很厚的泡沫状泡沫渣的作用采用长弧泡沫渣操作可以增加电炉输入功率，提高功率因数及热效率；降低电炉冶炼电耗，缩短了冶炼时间；减少了电弧热辐射对炉壁及炉盖的热损失；泡沫渣有利于炉内化学反应，特别有利于脱P、C及去气（N、H）,泡沫渣对电能输入的影响,对炉渣泡沫渣高度的影响,泡沫渣新工艺,1、设备要求 性能稳定及易操作的喷粉设备 碳粉喷吹量、粒度及喷粉速度控制 稳定干燥的喷吹气源及定期的设备检查,泡沫渣技术,2、造泡沫渣的新思路-解决喷吹区域 炉门区及炉后区域同时喷碳，全熔池区域泡沫化及全

13、程泡沫渣冶炼。3、热装铁水后的泡沫渣 有丰富的碳源，喷碳任务减轻，但喷碳粉在冶炼前期及后期作用是很大的。铁水热装的终渣FeO高达30。,5.6 电炉还原期,还原期是转炉炼钢没有的。还原期的主要任务是：1 去除钢液中的氧 2 去除钢液中的硫 3 调整钢液的温度，成份到规定成分；4 合金化 这四点是相互联系及同时进行的。脱O与脱S的关系，合金化与脱O、S，脱O、S时加入的合金Mn，就是成品需要的合金。进入还原或采用炉外精炼的条件是无渣出钢。,无渣出钢,残余氧化渣的危害：降低脱硫脱氧能力；降低合金收得率；降低钢包搅拌强度；降低包衬寿命。偏心炉底出钢彻底解决了这一问题。传统电炉需扒渣。,传统出钢虹吸出

14、钢,还原期操作,扒除氧化渣后加石灰和莹石 化渣、加碳粉造白渣或电石渣 还原5-10分钟推渣，取样全分析、测温 补加渣料加C粉 成份温度合格、加合金测温度、看脱氧、出钢。,还原白渣及电石渣,白渣：是用C粉和Si粉还原的炉渣，冷却后呈白色，过一会儿会粉化；电石渣：过量的C粉（或加CaC2），在渣中有大量存在，冷却后呈灰色；白渣与电石渣的比较：电石渣的脱氧、脱S能力强（在S、O高时，采用）电石渣增C。增Si 电石渣和钢液性湿润性较好，钢水，中易产生夹杂，所以，不能电石渣出钢，如何破电石渣：加渣料炉盖留一条线,6 近年主要电炉炼钢新工艺,竖式电炉 双壳电炉 consteel 电炉 铁水热装及强化供氧,

15、竖炉电弧炉,竖炉电弧炉是Fuchs System 在1992年推出的。它有一个废钢预热系统，竖炉电弧炉可以是单竖炉或双竖炉，也可以是直流的或交流的。它用废气（1000以上）的潜热和化学热，加上在竖炉底部的氧燃烧嘴预热装在水冷竖炉内的废钢料柱。与普通的炉子比较，其氧燃烧嘴的热效更高。竖炉里至少可装全炉废钢的40%，剩下的废钢在开始熔化前直接加入炉内。,双壳电弧炉,双壳炉内有两个炉壳，共用一套电源。双壳炉的技术特点是将废钢预热和节省非通电时间相结合：当一个炉壳内在熔化炉料时，另一炉壳就加入第一篮炉料。当第一个炉壳要出钢时电极就转向另一个炉壳，开始送电。这样停电时间可缩短610分钟，生产率大大提高。

16、有些设计中，当一个炉壳在熔炼时将排出的热废气通入第二个炉壳，以预热废钢。预热炉料的优点是缩短给电时间和节电，日本Nippon Steel估计预热25分钟可节电35KWh/t。,Consteel电炉,废钢原料预热和加料过程的连续化，显然 对电弧炉炼钢过程是非常有利的：电弧非常平稳，闪烁、谐波和噪音很低过程连续进行，非通电操作时间减至最少不必周期性加料，热损失和排放大大减少便于稳定控制生产过程和产品质量,钢液炉外精炼工艺,冶金学院 朱 荣,炉外精炼,1 炉外精炼的产生,半世纪以来迅速发展的钢铁冶金重要技术；提高生产率的需要；提高钢质量的需要；满足不同钢种的特殊要求。,炉外精炼发展历程,20世纪30

17、40年代，合成渣洗、真空模铸50年代，大功率蒸汽喷射泵技术的突破，发明了钢包提升脱气法(DH)及循环脱气法(RH)6070年代，高质量钢种的要求，产生了各种精炼方法8090年代，连铸的发展，连铸坯对质量的要求及炼钢炉与连铸的衔接21世纪，更高节奏及超级钢的生产。,炉外精炼的内容,脱氧、脱硫去气、去除夹杂调整钢液成分及温度,2 炉外精炼的手段,渣洗 最简单的精炼手段；真空 目前应用的高质量钢的精炼手段；搅拌 最基本的精炼手段；喷吹 将反应剂直接加入熔体的手段；调温 加热是调节温度的一项常用手段。,合成渣洗,根据要求将各种渣料配置成满足某种冶金功能的合成炉渣；通过在专门的炼渣炉中熔炼，出钢时钢液与

18、炉渣混合，实现脱硫及脱氧去夹杂功能；不能去除钢中气体；必须将原炉渣去除；同炉渣洗、异炉渣洗。,真空处理,脱气的主要方法 提高真空度可将钢中C、H、O降低；日本真空技术，真空度到1 torr；C10ppm,H1ppm,O5ppm中国真空技术，真空度到3 torr；C20ppm,H2ppm，O15ppm。新开发了脱硫功能：KTB 代表性装置：RH、VD、VOD。,喷吹技术,喷吹实现脱碳、脱硫、脱氧、合金化、控制夹杂物形态；单一气体喷吹 VOD；混合气体喷吹 AOD；粉气流的喷吹 TN；固体物加入 喂线。,升温工艺,提高生产率的需要；升温装置：LF加热 CAS化学加热。,3 主要的精炼工艺,LF(L

19、adle Furnace process)；AOD(Argon-oxygen decaburizition process);VOD(Vacuum oxygen decrease process);RH(Ruhrstahl Heraeus process);CAS-OB(Composition adjustments by sealed argon-oxygen blowing process)；喂线(Insert thread)；钢包吹氩搅拌(Ladle argon stirring)；喷粉(powder injection)。,3.1 LF炉,最常用的精炼方法取代电炉还原期解决了转炉冶炼优

20、钢问题具有加热及搅拌功能脱氧、脱硫、合金化,LF炉精炼原理1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口,1-电极；2-合金料斗；3-透气砖；4-滑动水口,精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高；具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性；采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低；设备简单，投资较少。,工艺优点,常规 LF炉工艺操作,电炉EBT出钢，出钢过程加合金、加渣料(石灰、萤石等2%)，底吹氩、通电升温、化渣，10分钟取样分析，加渣料(1)，测温取样，加合金看脱氧，准备出钢。一般3050分钟，电耗5080kwh/t；现代转炉、

21、电炉与连铸联系的纽带。,3.2 AOD 炉,目的：主要是冶炼高质量的不锈钢(C20ppm,S,P50ppm)使用更廉价的原料(采用高碳铬代低碳铬)；使用情况：6070的不锈钢产量；我国太钢有国内第一台AOD;不锈钢的冶炼方法 电炉；电炉或转炉AOD；电炉或转炉VOD.,AOD工艺过程,炉料：废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍铁吹炼过程温度及氩氧比的控制分不同温度及碳含量控制吹炼氩氧比:O2：Ar=4:1(3:1)，C下降为0.2%、T1680；O2：Ar=2:1，C下降为0.1%、T1700；O2：Ar=1:2，C下降为0.02%、T1730；O2：Ar=1:3，C下降为0.01%、T175

22、0；,3.3 VD/VOD炉,VD 的功能仅是真空加搅拌，VOD 是Vacuum and stir and injection oxygen；VD主要应用于轴承钢脱氧；VOD 主要用于不锈钢冶炼；,VD工艺,轴承钢最重要的性能指标是疲劳寿命。影响轴承钢寿命的重要指标是钢中氧含量，钢中O控制在10ppm为好。最好水平O 35ppm。国内10ppm左右。控制钢中非金属夹杂物和碳化物级别。GCr15是最常用轴承钢：%C：0.95-1.05%Mn:0.9-1.20%Si:0.40-0.65%Cr:1.30-1.65 S,P0.020,以轴承钢冶炼为例,冶炼工艺：UHPLF+VD（或RH）+CC：LF出

23、钢后，扒渣（倒渣）2/3，渣层厚度应保持4070mm，扒渣时间3min。扒渣完毕LF钢包入VD处理工位，接通氩气，调节流量5080NL/min，同时测温、取样，加入硅石2 kg/mm，调整炉渣碱度R=1.21.5。测温、取样后VD加盖密封，抽真空。真空泵启动期间，调整氩气流量保持30 40NL/min。,VD工艺,以轴承钢冶炼为例,真空保持时间：真空启动后，工作压力达到67 Pa时，保持时间15min。真空保持期间调整氩气流量 70NL/min左右，并通过观察孔观察钢水沸腾情况，及时调整，保持均匀沸腾。终脱氧后解除真空、开盖、测温，软吹1525min，氩气流量 70-100NL/min左右，控

24、制渣面微动为宜。软吹结束后，测温、取样，加保温剂出钢，出钢温度15301540。,以轴承钢冶炼为例,VD工艺,VOD 工艺,初炼炉将碳控制在0.20.5，P0.03%以下；钢液温度为1630；初炼炉除渣后，将VOD钢包吊入真空室，接底吹氩，开始抽真空，此时温度1550-1580;当真空度达到1320kpa时，开始吹氧脱碳；碳含量降低的同时，提高真空度，保铬不氧化；当碳合格时，停止吹氧，加大真空到100Pa以下，并加大搅拌，进一步脱碳，钢液温度达到16701750；加合金、微调成分、加铝吹氩搅拌几分钟后，破真空浇铸。,以冶炼超低碳不锈钢为例,3.4 RH真空精炼,Ruhrstahl 公司和Her

25、aeus公司1957年开发的。也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处理。主要冶炼高质量产品，如轴承钢、LF钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。国内RH设备主要依靠进口。,RH工艺特点,反应速度快，表观脱碳速度常数kC可达到3.5min-1。处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可生产H0.510-6，N2510-6，C1010-6的超纯净钢。可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降；可进行喷粉脱硫，生产S510-6的超低硫钢。,RH工艺参数,处理容量：大炉子比小炉子好(50t以上)；处理时间：钢包在真空位的停留时间；Tc/Vt Tc允许温降，Vt

26、平均温降/min；循环因数：C(t/min).t(min)/Q(ton)循环流量、t脱气时间、Q处理容量循环流量：主要由上升管与驱动气体流量决定；真空度：60100pa；抽气能力。,RH真空工艺过程,出钢后，钢包测温取样；下降真空室，插入深度为150-200mm；起动真空泵，一根插入管输入驱动气体；当真空室的压力降到2610kpa后，循环加剧；钢水上升速度为5m/s、下降速度为12m/s；气泡在钢液中将气体及夹杂带出。,RH的发展,-OB(Oxygen Blowing)，真空室下部吹氧-KTB(Kawasaki Top Blowing)日本川崎，顶吹氧-PB(Powder Blowing)，真

27、空室下部喷粉脱P、S。,工艺优点：钢液升温和精确控制钢水温度 促进夹杂物上浮，提高钢水纯净度 精确控制钢液成分，实现窄成分控制 均匀钢水成分和温度 与喂线配合，可进行夹杂物的变性处理 冶炼节奏快，适合转炉的冶炼节奏。,3.5 CAS、CASOB精炼工艺,CASOB的冶炼效果,加热；升温速度56/min；钢液成分：吹氧前后变化不大；钢水洁净度：O基本不变，可降低N含量。,CAS工艺的操作过程,CAS-OB工艺的操作过程,3.6 喷粉工艺,效果最好投资及使用成本最低也是最不好掌握的技术；可脱硫、脱磷、合金化、夹杂变性；工艺参数：喷枪插入深度；h=H(钢液深)-hc(喷入深)；喷吹压力：大于钢液、炉

28、渣及大气压；喷吹时间：喷粉设备及钢液容纳粉剂的能力；供料速度：设备能力及钢液化学反应速度；载气能力与粉气比。,4 典型精炼设备的功能,冶金效果,典型精炼方法达到的洁净度,5 洁净钢(purity steel),60年代：S+P+N+O+H900ppm；70年代：S+P+N+O+H800ppm；80年代：S+P+N+O+H600ppm；90年代：S+P+N+O+H100ppm；2000年代：S+P+N+O+H50ppm。洁净钢除S+P+N+O+H五大元素外，随废钢量的增加。还包括Cu、Zr、Sn、Bi、Pb等伴生元素。,洁净钢是一个相对概念某一杂质含量降低到什么水平决定于钢种和产品用途不同的年代

29、，对洁净钢有不同的要求有害元素降低程度决定于装备和工艺现代化水平。高附加值产品对洁净度的要求是：TO要低20ppm；夹杂物数量要少；夹杂物尺寸要小50m；夹杂物形态要合适。,洁净钢的定义,洁净钢生产技术,初炼炉低氧钢精炼技术 出钢炉渣改质与预脱硫工艺 出钢挡渣技术与下渣检测 渣洗精炼工艺 夹杂物改性技术 Ca处理技术 超低碳钢冶炼技术 低N钢冶炼技术 夹杂物控制技术 钢水保护技术 无缺陷连铸坯生产工艺 连铸坯表面质量的控制 大型夹杂物的控制,铁 水 预 处 理 工 艺,朱 荣,铁水预处理技术,铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进行的各种处理。分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。普通铁水预处

30、理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱P。特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用，如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺。,铁水预处理容器的选择,根据铁水预处理容器的选择，脱硫工艺可分为：混铁车喷吹法 铁水罐法 铁水包法 发展趋势：采用铁水包作为铁水脱硫预处理的容器,1.2铁水预处理的化学冶金学意义,化学冶金学意义：创造最佳的冶金反应环境!钢铁冶金工艺优化：高炉 分离脉石、还原铁矿石 铁水预处理 脱硅、脱磷、脱硫 转炉 脱碳、升温 钢水炉外精炼 去夹杂、合金化,1.3 铁水预处理(脱硫)的优越性,(1)满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展高附加值钢种：如：船板钢、油井管钢

31、：S、P0.005%管线钢、Z向钢、IF钢：S 0.0020.004%(2)减轻高炉脱硫负担，放宽对硫的限制，提高产量，降低焦比；(3)炼钢采用低硫铁水冶炼，可获得巨大的经济效益。,铁水脱硫工艺方法,投掷法，将脱硫剂投入铁水中脱硫 喷吹法，将脱硫剂喷入铁水中脱硫 搅拌法（KR法），通过中空机械搅拌器 向铁水内加入脱硫剂，搅拌脱硫,脱硫工艺的技术比较,2 铁水预处理发展的技术经济背景与现状,2.1国外铁水预脱硫技术的发展背景与现状历史背景：60年代，氧枪转炉炼钢的崛起工业的发展给钢铁材料质量提出了更高要求。钢材质量：强度高、低温韧性好；冷成型和焊接性能好；抗腐蚀和高温性能好。用户需求：降低钢中杂

32、质：硫、磷含量越低越好。,国外脱硫现状,世界各国都致力于降低钢中硫含量80年代初期欧洲钢材市场：大批量产品含硫量S 0.02%；小量产品S 0.01%；极少的优质钢S 0.005%。90年代中期：约70%的产品S 0.015%；约50%的产品S 0.01%。约28%的产品S 0.005%；约10%的产品S 0.002%。,我国脱硫现状,整体差距太大：生铁一类的质量标准：S 0.03%宝钢、本钢等企业水平与国外一致结果：高炉脱硫，操作保守 焦比高、产量低 国外预脱硫工艺发展趋势 铁水罐、混铁车喷吹法(CaO、CaC2系)、镁系喷吹脱硫法,2.2铁水预处理的发展趋势,预脱硫 预脱硅 预脱磷(同时脱

33、磷脱硫)未来以喷吹法为主脱硫剂受原料经济和钢材产品要求而波动发展方向：高效、廉价、易得的复合脱硫剂；CaO系、CaC2系、Mg系“并驾齐驱”铁水预脱硫处理愈来愈普遍，各种级别钢种都可处理，特别是优质钢或特殊钢种。铁水预处理(脱硫)是提高钢材质量的最经济手段!,3 铁水预脱硫,3.1 四大系列以及复合脱硫剂苏打(Na2CO3)系：炉前铁水沟铺撒法，宣钢、包钢做过喷吹工艺试验。电石(CaC2)系：主要是喷吹法，攀钢、宝钢、武钢用过。石灰(CaO)系：喷吹法，鞍钢、宝钢、武钢、酒钢、宣钢、重钢、太钢等。金属Mg系复合脱硫剂：90年代起步，喷吹法。如鞍钢、宝钢、本钢等。,3.2 四种主要脱硫剂及其脱硫

34、原理,苏打(Na2CO3)系：(+氧化剂，同时脱磷脱硫)Na2CO3(l)=Na2O(l)+CO2 Na2O(l)+S+C=(Na2S)+CO 价格贵，挥发损失严重，环境污染大，侵蚀包衬 目前只作号外铁补救脱硫之用！,石灰(CaO)系,(+CaCO3+CaF2+C，+CaC2，+Al)CaO(S)+S+C=(CaS)+CO当 Si 0.05%时，CaO(S)+S+1/2Si=(CaS)+1/2(SiO2)价廉易得，高温、细磨、活性高脱硫效果较好。石灰易吸水，脱硫渣夹带铁，不能进行深度脱硫。,碳化钙(CaC2，电石)系,CaC2(+CaO+CaCO3+CaF2)、(CaC2+CaCO3)CaC2

35、(S)+S=(CaS)+2C相对较便宜，高温、细磨、深喷，脱硫效率较高 脱硫效率受温度和粒度影响较大，安全性不高！,镁(Mg)系,种类：镁焦(Magcoke)；镁合金(MgFeSi)；覆膜镁粒：覆膜混合镁粒：含Mg3080%，余为CaO。Mg+S=MgS(固)Mg(气)+S=MgS(固)镁脱硫的热力学：受铁水温度和镁的蒸气压影响Log Mgsat=7000 T+Log PMg 5.1(低温和高压有利！),镁脱硫的动力学,主要受镁蒸汽的溶解速度影响。措施：铁水温度低些有利 加入惰性物质减缓镁的气化速度 喷枪插入铁水液面以下23m处 镁的脱硫效率和消耗量：S为0.06%脱到0.01%，脱硫效率达6

36、3%，当S降至0.005%时，每吨铁水耗镁300500g。,镁脱硫剂的优缺点,镁和硫的亲和力极高，对低温铁水，镁脱硫最好,用量少，对高炉渣不敏感；铁损少，无环境问题。脱硫处理用的设备投资低。但镁价格高。关键要保证插枪深度，精心控制，提高镁的收得率。我国有便宜镁资源。,铁水脱硫剂的选择,元素的脱硫能力，由高到低依次为：CaC2、NaO2、Mg、BaO、CaO、MnO、MgO 工业中常用的脱硫剂有：CaO系、CaO+CaC2系、CaC2、CaO+Mg系、Mg等。,铁水脱硫剂性能比较,4 铁水脱Si工艺技术,铁水脱Si的重要意义 是铁水脱磷的必要条件 利于减少石灰加入量和渣量 可在低碱度下实现脱Si

37、，成本低 铁水脱Si的工艺方法 铁水沟连续脱硅，分为一段法和 两段法 铁水罐脱硅,铁水脱硅站示意图,铁水脱硅方法的比较,5 铁水预处理脱磷及同时脱磷脱硫,5.1脱磷同时脱硫的化学原理电化学反应：阳极：P+4(O2)=(PO43)+5e 阴极：S+2e=(S2)喷吹法同时脱磷脱硫反应的实质：在喷枪附近，氧位较高(Po2=10121011kPa)，进行着氧化脱磷反应；在铁水罐壁和顶渣与铁水界面处，氧位较低(Po21013kPa)，进行着还原脱硫反应。因此，喷吹预处理工艺是在实行了熔池的氧位再分布后，才达到同时脱除磷、硫的，即是“同时不同位”。,5.2脱磷前的铁水预脱硅,脱磷过程中硅比磷优先氧化。这

38、样形成的SiO2势必会大大降低脱磷渣的碱度。因此，为了减少脱磷剂用量、提高脱磷效率，脱磷前必须优先将铁水Si氧化脱除至0.10%0.15%。预脱硅方法：主要有高炉炉前铁水沟上置或顶喷固体氧化剂脱硅法和铁水罐、混铁车内喷吹脱硅法(顶吹O2)两种。高炉要冶炼低硅生铁。,铁水脱磷预处理的工艺优点,铁水预处理脱磷，反应温度低，热力学条件好，易于脱磷。铁水中C、Si含量高提高了铁水中磷的活度，有利于脱磷。由于铁水预处理脱磷具备良好的化学热力学条件，渣钢间磷的分配系数是炼钢脱磷的510倍，因而渣量小，可以控制较低的渣中FeO含量，脱磷成本低。和炼钢相比，不会因脱磷造成钢水过氧化，影响钢质量。,5.3两类脱

39、磷剂,苏打系：Na2CO3(+氧化剂)2P+3(Na2O)+5(FeO)=(3Na2OP2O5)+5Fe石灰系：CaO+氧化剂+助熔剂(CaF2)2P+5(FeO)+3(CaO)=(3CaOP2O5)+5Fe 氧化剂：气体O2和/或固体氧化剂固氧剂：轧钢铁皮、铁精矿粉、烧结返矿粉助熔剂：萤石(CaF2)、CaCl2等,6 铁水深度预处理与纯净钢冶炼,6.1铁水预处理对纯净钢生产的意义铁水含磷、硫可降到低或超低含量水平。提高转炉生产率、降低成本、节约能耗。增加极低碳钢的清洁度。钢中TO、N、H含量降低。有利于复吹转炉冶炼高碳钢时的“提碳出钢技术”。有效地提高铁、钢、材系统的综合经济效益。,6.2

40、基于铁水预处理的纯净钢冶炼工艺,基于铁水深度预脱硫的纯净钢冶炼工艺：(北美、欧洲、宝钢、武钢)铁水深脱硫 转炉强化脱磷 钢水喷粉脱磷、脱硫、升温、真空精炼基于铁水三脱预处理的纯净钢冶炼工艺：日本(NSC、Sumitomo、Kobe、Kawasaki、NKK)铁水三脱(Si、P、S)处理 复吹转炉少渣吹炼 钢水喷粉脱硫、升温、真空精炼,6.3铁水预处理与纯净钢生产实践,高炉铁水常规(轻)脱硫(S 0.02%)复吹转炉(脱磷、脱碳、升温)钢水精炼(脱氧、去气体、去夹杂)普通钢水，此即常规流程(生产普通钢种)。高炉铁水深度脱硫(S0.005%)复吹转炉(脱磷、脱碳、升温)钢水精炼(脱硫、去气体、去夹

41、杂)低硫钢水(S0.005%)，此即纯净钢流程。其中生产超低硫钢(S0.002%)，铁水则要深脱硫至S0.002%0.003%。,7 结语,铁水预处理脱硫：适度脱硫：补救措施，将硫脱至0.030.05%，在炉前铁水沟中用简单设施进行处理。常规脱硫：一般铁水炼钢之用，将硫脱至0.02%，在铁水罐喷入石灰系或碳化钙系脱硫剂进行处理。深度脱硫：转炉炼优质或合金钢种(纯净钢)，将硫脱至“双零”水平。在铁水罐中用喷枪喷入镁基脱硫剂进行处理。,铁水深度预处理+纯净钢生产,铁水镁系脱硫剂深脱硫处理+转炉脱磷、脱碳+钢水炉外喷粉脱磷、脱硫。铁水三脱处理+复吹转炉少渣吹炼+钢水炉外喷粉脱硫。铁水深度三脱处理：铁

42、水罐或专用转炉分期脱磷(石灰系脱磷剂)、脱硫(镁系或电石系脱硫剂)。,转炉炼钢工艺,朱 荣,Tel:01-62332515，Email:,转炉炼钢工艺,炼钢工艺授课内容,参考书：钢铁冶金学（陈家祥）转炉炼钢学（徐文派）氧气转炉炼钢工艺与设备（王雅贞）,转炉炼钢工艺(4学时)电炉炼钢工艺(4学时)铁水预处理工艺(2学时)钢水炉外精炼工艺(2学时),1 转炉炼钢的发展,18551856年英国人亨利.贝塞麦(Henly)开发了酸性底吹空气转炉炼钢法；1878年英国人托马斯(S.G.Thomas)碱性底吹空气转炉炼钢法；1940年廉价获得氧气后，瑞士、奥地利开发了顶吹氧气转炉，1952年在奥地利林茨(

43、Linz)和多纳维茨城(Donawitz)建成第一座30吨碱性顶吹氧气转炉(LD转炉)；或称BOF(Basic Oxygen Furnace)。1970年开发顶底复合吹炼转炉。我国的炼钢发展史。,氧气转炉的种类,氧气顶吹转炉 氧气底吹转炉 氧气侧吹转炉 氧气顶底复合转炉,顶吹氧气转炉炼钢工艺特点,完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热;生产率高（冶炼时间在20分钟以内）；质量好（*气体含量少：（因为CO的反应搅拌，将N、H除去）可以生产超纯净钢,有害成份（S、P、N、H、O）80ppm；冶炼成本低，耐火材料用量比平炉及电炉用量低；原材料适应性强，高P、低P都可以。,转炉炼钢的热平衡及物料平衡,热

44、平衡是计算炼钢过程的热量收入（铁水的物理及化学热）及热量支出（钢液、炉渣、炉气、冷却剂、热量损失）物料平衡是计算炼钢过程中加入炉内和参予炼钢过程的全部物料（铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料和耐材等）及炼钢过程中产物（钢液、炉渣、炉气及烟尘等）,“负能炼钢”,转炉炼钢是一个能量有富裕的炼钢方法，衡量转炉炼钢的重要指标之一，转炉工序能耗及炼钢厂能耗。当炉气回收的总热量转炉生产消耗的能量时，实现了转炉工序“负能炼钢”；当炉气回收的总热量炼钢厂生产消耗的总能量时，实现了炼钢厂“负能炼钢”。日本君津钢厂、我国宝钢、武钢三炼钢厂均已实现炼钢厂“负能炼钢”。,转炉设备,转炉炉体及转炉倾动系统铁水、废钢、散状材

45、料设备氧枪提升机构转炉烟气净化与回收设备,2 氧气射流及熔池搅拌,氧枪吹炼参数决定转炉的冶炼过程及冶炼结果氧枪心藏是氧枪喷头；有关氧枪及氧枪喷头设计有专门介绍 氧气射流属于气体动力学的范畴。,氧气射流对熔池的物理作用,转炉实际上是一个黑箱，对炉内的运动状态是冷态实验的分析结果。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。,氧气射流对熔池的化学作用,直接氧化-氧气射流直接与杂质元素产生氧化反应；间接氧化-氧气射流先与Fe反应生成后FeO，FeO传氧给杂质元素。是直接氧化还是间接氧化为主呢？是间接氧化为主，最主要一点是由于氧流是集中于作用区附近（4的面积），而不是高度分

46、散在熔池中。,氧枪喷头的种类,直简型 收缩型 拉瓦尔型 多孔拉瓦尔型。（马赫数控制在1.8-2.1）,喷头设计需考虑的因素,主要根据炼钢车间生产能力大小、原料条件、供氧能力、水冷条件和炉气净化设备的能力来决定。考虑到转炉的炉膛高度、直径大小、熔池深度等参数确定其孔数、喷孔出口马赫数和氧流股直径。对于原料中废钢比高、高磷铁水冶炼或需二次燃烧提温等情况，则其氧枪喷头的设计就需特殊考虑。,3 顶吹转炉的过程描述,上炉出钢-倒完炉渣(或加添加剂)-补炉或溅渣-堵出钢口-兑铁水-装废钢-下枪-加渣料（石灰、铁皮）-点火-熔池升温-脱P、Si、Mn-降枪脱碳。看炉口的火，听声音。看火亮度-加第二批（渣料）

47、-提枪化渣，控制“返干”。降枪控制终点（FeO），倒炉取样测温，出钢。技术水平高的炉长，一次命中率高。50%。（宝钢是付枪）根据分析取样结果-决定出钢（或补吹）-合金化。不要补吹的就是通常说的一次命中。,冶炼技巧,钢液碳的判断方法 取样分析、磨样、看火花、付枪。钢液磷的判断方法 取样分析、渣的颜色及气孔；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。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,原材料铁水：加70-85%(%C=4,%Si=0.4-1.0,%P=0.02-0.15,%S=0.001-0.050)废钢

48、：加15-30%(厚度小于150mm，清洁)生铁块：调温及配碳烧结矿（改性铁）,4 炼钢用原辅材料,辅助材料：石灰：有效CaO成分，块度，控制石灰吸水萤石：CaF2，能改善炉渣流动性生白云石：CaMg(CO3)2,造渣及护炉菱镁矿：MgCO3调渣剂铁合金、冷却剂及增碳剂,耐火材料分类：碱性耐火材料(MgO)酸性耐火材料(SiO2)中性耐火材料(碳质及铬质)耐火材料的主要性质：耐火度、荷重软化温度、耐压强度、抗热震性、热膨胀性、导热性、抗渣性、气孔率等。,5 转炉耐火材料及护炉技术,炉衬寿命：炉衬寿命影响转炉的工作时间及生产成本。炉龄是钢厂一重要生产技术指标。炉衬损坏的原因：铁水、废钢及炉渣等的

49、机械碰撞和冲刷 炉渣及钢水的化学侵蚀 炉衬自身矿物组成分解引起的层裂 急冷急热等因素。,5 转炉耐火材料及护炉技术,5 转炉耐火材料及护炉技术,提高炉龄的措施：耐材质量；系统优化炼钢工艺；补炉工艺新工艺：溅渣护炉工艺，九十年代，美国开发成功转炉溅渣护炉技术，在我国达到最高效益，炉龄30000。,5 转炉耐火材料及护炉技术,溅渣护炉的基本原理：是利用高速氮气把成分调整后的剩余炉渣喷溅在炉衬表面形成溅渣层。溅渣层固化了镁碳砖表层的脱碳层，抑制了炉衬表层的氧化，并减轻了高温炉渣对砖表面的冲刷侵蚀。,6 转炉冶炼工艺,转炉冶炼五大制度 装料制度 供氧制度 造渣制度 温度制度 终点控制及合金化制度,6.

50、1 装料制度,确定合理的装入量，需考虑的两个参数：炉容比：(V/T,m3/t),0.8-1.05(30-300t转炉)；熔池深度：需大于氧气射流的冲击深度 800-2000mm(30-300t转炉)装料制度：定量装入、定深装入；分阶段定量装入。分阶段定量装入：150炉，51200炉，200炉以上，枪位每天要校正。交接班看枪位。,供氧强度Nm3/t.min氧气流量 Nm3/h操作氧压 Mpa 氧枪枪位 m,基本操作参数,6.2 供氧制度,6.2 供氧制度,供氧强度(Nm3/t.min)决定冶炼时间，但太大，喷溅可能性增大，一般3.0-4.0。氧气流量大小(Nm3/h)：装入量，C、Mn、Si的含