《转炉炼钢工艺2004.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《转炉炼钢工艺2004.ppt（96页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、炼钢工艺授课内容参考书：钢铁冶金学（陈家祥）参考书：钢铁冶金学（陈家祥）转炉炼钢学（徐文派）转炉炼钢学（徐文派）,现代电弧炉炼钢（李士琦）现代电弧炉炼钢（李士琦）氧气转炉炼钢工艺与设备氧气转炉炼钢工艺与设备(王雅贞王雅贞)，特殊钢炉外精炼，特殊钢炉外精炼(知知水水)n转炉炼钢工艺转炉炼钢工艺(4学时学时)n铁水预处理工艺铁水预处理工艺(2学时学时)n电炉炼钢工艺电炉炼钢工艺(4学时学时)n钢水炉外精炼工艺钢水炉外精炼工艺(2学时学时)朱朱 荣荣Tel:01-62332515，62332122，Email:Converter Steelmaking Process1 转炉炼钢的发展 n18551
2、856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(BasicOxygenFurnace)。n1970年开发顶底复合吹炼转炉。年
3、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,有有害害成成份份（S S、P P、N N、H H、O O）80pp
4、m80ppm；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n转炉炉体及转炉倾动系统转炉炉体及转炉倾动系统n铁水、废钢、散状材料设备铁水、废钢、散状材料设备n氧枪提升机构氧枪提升机构n转炉烟气净化与回收设备转炉烟气净化与回收设备转炉炉体及转炉倾动系统转炉炉体及转炉倾动系统转炉炉容比（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装入量(铁水铁水+废钢废钢+生铁块生铁块 单位单位t)t
5、)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，而小型转炉的炉容比在的炉容比在0.80.8米米3 3/吨左
6、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
7、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
8、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FeOFeO ，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
9、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
10、。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
11、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决定决定枪位。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
12、 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=28.4=28.4mmmm，T T0 0=303K=303K，设熔池深设熔池深度为度为10001000mmmm，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 :1050:1050mmmm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
13、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/h0.7h0.7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%5
14、0%，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 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
15、式是经验式，最适合单孔射流氧枪。3 顶吹转炉的过程描述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、SiSi 、MnMn-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）-提提枪化渣，控制枪化渣，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
16、%50%。（宝宝钢钢是是付付枪枪）根据分析取样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钢液碳钢液碳的的判断方法判断方法 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
17、炼过程钢中NO成份变化4 炼钢用原辅材料原材料原材料n铁水：加铁水：加70-85%(%C=4,%Si=0.4-1.0,%P=0.02-0.15,%S=0.001-0.050)n废钢：加废钢：加15-30%(厚度小于厚度小于150mm，清洁清洁)n生铁块：调温及配碳生铁块：调温及配碳n烧结矿（改性铁）烧结矿（改性铁）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调调渣剂渣剂铁合金、冷却剂及增
18、碳剂铁合金、冷却剂及增碳剂n耐火材料分类：耐火材料分类：碱性耐火材料碱性耐火材料(MgOMgO)酸性耐火材料酸性耐火材料(SiOSiO2 2)中性耐火材料中性耐火材料(碳质及铬质碳质及铬质)n耐火材料的主要性质：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。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n炉衬寿命：炉衬寿命影响转炉的工作时间及生产炉衬寿命：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。成本。炉龄是钢厂一重要生产技术指标。n炉衬损坏的原因：炉衬损坏的
19、原因：铁水、废钢及炉渣等的机械碰撞和冲刷铁水、废钢及炉渣等的机械碰撞和冲刷炉渣及钢水的化学侵蚀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炉衬自身矿物组成分解引起的层裂急冷急热等因素。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：提高炉龄的措施：耐材质量；耐材质量；系统优化炼钢工艺；系统优化炼钢工艺；补炉工艺补炉工艺新工艺：溅渣护炉工艺，新工艺：溅渣护炉工艺，九十年代，美国开发九十年代，美国开发成功转炉溅渣护炉技成功转炉溅渣护炉技术，在我国达到最高术，在我国达到最高效益，炉龄效益，炉龄3000030000。5 转炉耐火材料及护炉技术溅渣护炉的基本原理
20、：溅渣护炉的基本原理：n 是利用高速氮气把成分调整后的剩余炉渣喷溅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。在炉衬表面形成溅渣层。n 溅渣层固化了镁碳砖表层的脱碳层，抑制了炉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衬表层的氧化，并减轻了高温炉渣对砖表面的冲刷侵蚀。刷侵蚀。6 转炉冶炼工艺n转炉冶炼五大制度转炉冶炼五大制度 装料制度装料制度 供氧制度供氧制度 造渣制度造渣制度 温度制度温度制度 终点控制及合金化制度终点控制及合金化制度 6.1 装料制度n 确定合理的装入量，需考确定合理的装入量，需考虑的两个参数：虑的两个参数：炉容比：
21、炉容比：(V/T,m3/t),0.8-1.05(30-300t转炉转炉)；熔池深度：需大于氧气射流的冲击深度熔池深度：需大于氧气射流的冲击深度800-2000mm(30-300t转炉转炉)n装料制度：定量装入、定深装入；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。n分分阶阶段段定定量量装装入入：150炉炉，51200炉炉，200炉以上，枪位每天要校正。交接班看枪位。炉以上，枪位每天要校正。交接班看枪位。n供氧强度供氧强度Nm3/t.minn氧气流量氧气流量Nm3/hn操作氧压操作氧压Mpan氧枪枪位氧枪枪位m基本操作参数基本操作参数6.2 供氧制度6.2 供氧制度n供供氧氧强
22、强度度(NmNm3 3/t.min)/t.min)决决定定冶冶炼炼时时间间，但但太太大大，喷溅可能性增大，一般喷溅可能性增大，一般3.0-4.03.0-4.0。n氧气流量大小氧气流量大小(NmNm3 3/h)/h)：装装入入量量，C C、MnMn、SiSi的的含含量量，由由物物料料平平衡衡计算得到，计算得到，50-6550-65NmNm3 3/h/h。n氧压氧压(MpaMpa)喷喷头头的的喉喉口口及及马马赫赫数数一一定定，P P大大，流流量量大大,有一范围有一范围 0.80.81.21.2MpaMpa。n氧枪枪位，由冲击深度决定氧枪枪位，由冲击深度决定，1/3-1/21/3-1/2。6.2 供
23、氧制度 吨钢耗氧量计算吨钢耗氧量计算 C Si Mn P S铁水成分 .0 .成品成分 .n 转炉公称容量为100吨时，炉渣量为：1001010吨n 铁损耗氧量101516/(1656)0.33吨nCCO 耗氧量100(4.30%-0.20%)90%16/12=4.92吨 CCO2 耗氧量 100(4.30%-0.20%)10%32/12=1.09吨nSiSiO2耗氧量 1000.8%32/28=0.914吨nMnMnO耗氧量1000.2%16/55=0.058吨nPP2O5 耗氧量1000.13%(165)/(312)=0.168吨nS 1/3被气化为SO2,2/3与CaO反应生成CaS进入
24、渣中,则S不耗氧。n总耗氧量 0.33+4.92+1.09+0.914+0.058+0.168=7.48吨/1.4295236Nm3n实际耗氧量5236/0.9/99.5%=5847Nm3n实际吨钢耗氧量5847/100=58.37Nm3/t两种操作方式：两种操作方式：软软吹吹：低低压压、高高枪枪位位，吹吹入入的的氧氧在在渣渣层层中中，渣中渣中FeOFeO升高、有利于脱磷；升高、有利于脱磷；硬吹：高压低枪位硬吹：高压低枪位(与软吹相反与软吹相反)，脱，脱P P不好，不好，但脱但脱C C好，穿透能力强，脱好，穿透能力强，脱C C反应激烈反应激烈 。6.2 供氧制度氧枪操作方式n 氧枪操作就是调节
25、氧压和枪位。氧枪操作就是调节氧压和枪位。n 氧枪的操作方式：氧枪的操作方式：衡枪变压衡枪变压 ：压力控制不稳定，阀门控制不好；：压力控制不稳定，阀门控制不好；恒压变枪：压力不变，枪位变化，目前主要操恒压变枪：压力不变，枪位变化，目前主要操作方式作方式6.2 供氧制度6.3造渣制度n炼钢就是炼渣。炼钢就是炼渣。n造造渣渣的的目目的的：通通过过造造渣渣，脱脱P P、减减少少喷喷溅溅、保保护护炉衬。炉衬。n造造渣渣制制度度：确确定定合合适适的的造造渣渣方方式式、渣渣料料的的加加入入数数量和时间、成渣速度。量和时间、成渣速度。n渣渣的的特特点点：一一定定碱碱度度、良良好好的的流流动动性性、合合适适的的
26、FeOFeO及及MgOMgO、正常泡沫化的熔渣。正常泡沫化的熔渣。造渣方式造渣方式n单渣单渣法：铁水法：铁水SiSi、P P低，或冶炼要求低。低，或冶炼要求低。n双渣法：铁水双渣法：铁水SiSi、P P高，或冶炼要求高。高，或冶炼要求高。n留渣法：利用终渣的热及留渣法：利用终渣的热及FeOFeO，为下炉准备为下炉准备。石灰加入量确定石灰加入量确定n石灰加入量是根据铁水中石灰加入量是根据铁水中Si、P含量及炉渣碱度含量及炉渣碱度R确定。确定。铁水含磷小于铁水含磷小于0.30%时：时：石灰加入量石灰加入量(kg/t)=2.14WSiR1000/AA为石灰中的有效氧化钙为石灰中的有效氧化钙A=W（C
27、aO)RW（SiO2)RW（SiO2)W为为石灰自身石灰自身SiO2占用占用的的CaO。当当Si、P高时，需计算石灰补加量。高时，需计算石灰补加量。成渣成渣速度速度 转转炉炉冶冶炼炼时时间间短短，快快速速成成渣渣是是非非常常重重要要的的，石石灰灰的的溶解是决定冶炼速度的重要因素。溶解是决定冶炼速度的重要因素。n石灰的熔解石灰的熔解：开开始始吹吹氧氧时时渣渣中中主主要要是是SiOSiO，MnOMnO，FeOFeO,是是酸酸性性渣渣，加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表 J JK K（CaOCaO+1.35MgO-1.09SiO+1.35MgO-1.09SiO2 2
28、+2.75FeO+1.9MnO-+2.75FeO+1.9MnO-39.139.1）n形形成成2 2CaOCaO*SiO*SiO2 2，难难熔熔渣渣。FeOFeO,MnOMnO,MgOMgO可可加加速速石石灰灰熔化。因为可降低炉渣粘度，破坏熔化。因为可降低炉渣粘度，破坏2 2CaOCaO*SiO*SiO2 2的存在。的存在。n采用软烧活性石灰、加矿石、萤石及吹氧加速成渣。采用软烧活性石灰、加矿石、萤石及吹氧加速成渣。成渣途径n 钙质成渣钙质成渣低低枪枪位位操操作作，渣渣中中FeO含含量量下下降降很很快快，碳碳接接近近终终点时，渣中铁才回升。点时，渣中铁才回升。适用于低磷铁水、对炉衬寿命有好处。适
29、用于低磷铁水、对炉衬寿命有好处。n 铁质成渣过程铁质成渣过程 高枪位操作，渣中高枪位操作，渣中FeO含量保持较高水平，碳含量保持较高水平，碳接近终点时，渣中铁才下降。接近终点时，渣中铁才下降。适用于高磷铁水、对炉衬侵蚀严重适用于高磷铁水、对炉衬侵蚀严重；FeO高，高，炉渣泡沫化严重，易产生喷溅。炉渣泡沫化严重，易产生喷溅。CaO(+MgO)-FeO(+MnO)-SiO2(+P2O5)相图相图nABCABC钙质成渣钙质成渣nADCADC铁质成渣铁质成渣炉渣造渣制度炉渣造渣制度 “铁质铁质”成渣路线的成渣过成渣路线的成渣过程程“钙质钙质”成渣路线的成渣过程成渣路线的成渣过程 炉渣造渣制度炉渣造渣制
30、度 吹炼过程熔池渣的变化白云石造渣n提高渣中提高渣中MgO的含量，延长炉衬寿命；的含量，延长炉衬寿命；n渣中饱和渣中饱和MgO的概念；一般根据冶炼情况，的概念；一般根据冶炼情况，MgO控制在控制在610n采用白云石造渣应注意加入时间，防止涨炉底采用白云石造渣应注意加入时间，防止涨炉底及粘氧枪及粘氧枪。大喷 溅n转转炉炉喷喷溅溅分分：爆爆发发性性喷喷溅溅、金金属属喷喷溅溅及及泡泡沫沫渣渣喷溅。喷溅。n喷溅的主要原因喷溅的主要原因 低低温温吹吹氧氧，氧氧位位较较高高，碳碳氧氧反反应应不不平平衡衡，吹吹入入的的氧氧成成为为FeOFeO，脱脱C C反反应应较较慢慢，当当温温度度升升高高后后 C-OC-
31、O反应激烈；反应激烈；渣粘稠，金属喷溅。渣粘稠，金属喷溅。操作中防止喷溅的措施n控制渣量控制渣量n吹氧脱碳的温度控制吹氧脱碳的温度控制n控制枪位，保证渣中控制枪位，保证渣中FeOFeO在一定范围在一定范围(15(152020)n保持合适的炉容比保持合适的炉容比6.4 温度制度n温度控制就是确定冷却剂加入的数量和时间温度控制就是确定冷却剂加入的数量和时间n影响终点温度的因素：影响终点温度的因素：铁水成分铁水成分:%Si=0.1,升高炉温约升高炉温约15铁水温度：铁水温度提高铁水温度：铁水温度提高10，钢水温度约提高，钢水温度约提高6（30t）铁水装入量：每增加铁水装入量：每增加1吨铁水，终点钢水
32、温度约提吨铁水，终点钢水温度约提高高8（30t）废钢加入量：每增加废钢加入量：每增加1吨废钢，终点钢水温度约下吨废钢，终点钢水温度约下降降45（30t）此外，炉龄、终点碳、吹炼时间、喷溅等有影响。此外，炉龄、终点碳、吹炼时间、喷溅等有影响。6.4 温度制度 温度控制措施温度控制措施n熔池升温熔池升温降枪脱降枪脱C、氧化熔池金属铁。金属收到率降低；氧化熔池金属铁。金属收到率降低；n熔池降温熔池降温加加冷冷却却剂剂(矿矿石石、球球团团矿矿、氧氧化化铁铁皮皮、废废钢钢)；废钢冶炼时一般不加。废钢冶炼时一般不加。6.5 终点控制及合金化制度n终点控制指终点温度和成分的控制终点控制指终点温度和成分的控制
33、n终点标志：终点标志：钢中碳含量达到所炼钢种的控制范围钢中碳含量达到所炼钢种的控制范围钢中钢中P达到要求达到要求出钢温度达到要求出钢温度达到要求终点控制方法n终点碳控制的方法：终点碳控制的方法：一次拉碳法、增碳法、高拉补吹法。一次拉碳法、增碳法、高拉补吹法。n一次拉碳法：一次拉碳法：按出钢要求的终点碳和温度进行吹炼，当按出钢要求的终点碳和温度进行吹炼，当达到要求时提枪。操作要求较高。达到要求时提枪。操作要求较高。优点：终点渣优点：终点渣FeOFeO低，钢中有害气体少，不低，钢中有害气体少，不加增碳剂，钢水洁净。氧耗较小，节约增碳剂。加增碳剂，钢水洁净。氧耗较小，节约增碳剂。终点控制方法n增碳增
34、碳法：所有钢种均将碳吹到法：所有钢种均将碳吹到0.05%左右，按左右，按钢种加增碳剂。钢种加增碳剂。优点：操作简单，生产率高，易实现自动控优点：操作简单，生产率高，易实现自动控制，废钢比高。制，废钢比高。n高拉补吹法：当冶炼中，高碳钢种时，终点按高拉补吹法：当冶炼中，高碳钢种时，终点按钢种规格略高一些进行拉碳，待测温、取样后按钢种规格略高一些进行拉碳，待测温、取样后按分析结果与规格的差值决定补吹时间。分析结果与规格的差值决定补吹时间。终点温度确定n所所炼钢种熔点：炼钢种熔点：T1538TjT:钢中某钢中某元素含量增加元素含量增加1时使铁的熔点降时使铁的熔点降低值，低值，j钢中某元素含量。钢中某
35、元素含量。n考虑到钢包运行、镇静吹氩、连铸等要求考虑到钢包运行、镇静吹氩、连铸等要求钢水合金化钢水合金化n满足脱氧的要求满足脱氧的要求n满足钢种的要求满足钢种的要求n有精炼的转炉，作为预脱氧及初步合金化。有精炼的转炉，作为预脱氧及初步合金化。n合金加入原则：脱氧能力先弱后强，先难熔。合金加入原则：脱氧能力先弱后强，先难熔。n合金加入量合金加入量(kg)(钢种规格中限终点残余成分钢种规格中限终点残余成分)/AA=(铁合金中合金元素含量铁合金中合金元素含量合金元素收得率合金元素收得率)1000 7 7 转炉炼钢的物料平衡及热平衡转炉炼钢的物料平衡及热平衡 n炼钢过程的物料平衡和热平衡计算是建立在物
36、质与能炼钢过程的物料平衡和热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上的。量守恒的基础上的。n比较整个冶炼过程中物料、能量的收入项和支出项，比较整个冶炼过程中物料、能量的收入项和支出项，为改进操作工艺制度，确定合理的设计参数和提高炼为改进操作工艺制度，确定合理的设计参数和提高炼钢技术经济指标提供某些定量依据。钢技术经济指标提供某些定量依据。n通过物料平衡和热平衡的计算可以全面的掌握转炉的通过物料平衡和热平衡的计算可以全面的掌握转炉的物料和能量的利用情况，了解转炉的工作能力和热效物料和能量的利用情况，了解转炉的工作能力和热效率，从而为改进工艺、实现转炉最佳操作探索途径，率，从而为改进工艺、实现转炉最
37、佳操作探索途径，并未降低原材料消耗及合理利用能源和节能提供方向。并未降低原材料消耗及合理利用能源和节能提供方向。物料平衡物料平衡 物物料料平平衡衡是是计计算算炼炼钢钢过过程程中中加加入入炉炉内内和和参参与与炼炼钢钢过过程程的的全全部部物物料料（铁铁水水、废废钢钢、氧氧气气、冷冷却却剂剂、渣渣料料和和耐耐材材等等）及及炼炼钢钢过过程程中中产产物物（钢钢液液、炉渣、炉气及烟尘等）之间的平衡关系。炉渣、炉气及烟尘等）之间的平衡关系。元素，%CSiMnPS铁水4.280.850.580.1500.037钢水0.1800.170.0150.025氧化量4.100.850.410.1350.012表4.2
38、3吨钢物料平衡收入支出项目质量kg项目质量kg铁水98176.96钢水100078.25废钢113.38.89炉渣136.3610.67石灰54.44.28炉气105.18.22白云石29.42.31烟尘15.701.23矿石9.80.77喷溅9.810.77萤石3.90.31铁珠10.910.86氧气76.766.02氮气1.150.09炉衬4.90.37总计1274.6100.00总计1277.88100.00吨钢物料平衡表吨钢物料平衡表 热平衡热平衡 热热平平衡衡是是计计算算炼炼钢钢过过程程的的热热量量收收入入（铁铁水水的的物物理理及及化化学学热热）及及热热量量支支出出（钢钢液液、炉炉渣
39、渣、炉炉气气、冷冷却却剂剂、热热量量损损失失）之之间间的的平衡关系。平衡关系。表4.24热平衡表热收入热支出项目热kJ%项目热量，kJ%铁水物理热11455353.12钢水物理热129770.160.17元素放热和成渣热9413543.72炉渣物理热31079.914.41C5455825.34矿石物理热4242.51.97Si2406711.18烟尘物理热2614.71.21Mn2878.21.34炉气物理热17337.38.04P2554.61.19铁珠物理热1602.30.74Fe4145.71.93喷溅物理热1450.10.67SO24355.32.02吹炼物理热10782.95.00
40、P2O51576.30.73废钢物理热16779.17.78烟尘氧化热6304.42.93炉衬C放热332.70.15共计215326100.00共计215326.2100热平衡计算热平衡计算“负能炼钢负能炼钢”n转炉炼钢是一个能量有富裕的炼钢方法，衡量转炉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。炼钢的重要指标之一，转炉工序能耗及炼钢厂能耗。工序能耗工序能耗n当炉气回收的总热量当炉气回收的总热量 转炉生产消耗的能量时，实现转炉生产消耗的能量时，实现了了转炉工序转炉工序“负能炼钢负能炼钢”；当炉气回收的总热量；当炉气回收的总热量 炼炼钢厂生产消耗
41、的总能量时，实现了炼钢厂钢厂生产消耗的总能量时，实现了炼钢厂“负能炼负能炼钢钢”。日本君津钢厂、我国宝钢、武钢三炼钢厂均。日本君津钢厂、我国宝钢、武钢三炼钢厂均已实现已实现炼钢厂炼钢厂“负能炼钢负能炼钢”。转炉节能手段转炉节能手段 每生产每生产1 1吨钢需要产生吨钢需要产生20203232吨原材料，同时消吨原材料，同时消耗大量的能源。我国钢铁工业能源消耗量，占全国能耗大量的能源。我国钢铁工业能源消耗量，占全国能耗的耗的9 9左右，比发达国家水平高左右，比发达国家水平高20-3020-30以上。以上。吨钢综合能耗吨钢综合能耗 生产计算中使用生产计算中使用“标准煤标准煤”作为能耗指标的单位。作为能
42、耗指标的单位。每每1 1kgkg标准煤的发热量为标准煤的发热量为29.3129.31MJMJ。8 转炉冶炼的自动控制n在计算机时代，如何提高炼钢效率，降低炼钢在计算机时代，如何提高炼钢效率，降低炼钢成本，使炼钢由经验向科学转化，成本，使炼钢由经验向科学转化，是炼钢技是炼钢技术发展的必然。术发展的必然。n转炉吹炼的技术特点：转炉吹炼的技术特点：脱碳速度快，准确控制吹炼终点比较困难：脱碳速度快，准确控制吹炼终点比较困难：热效率高，升温速度快；热效率高，升温速度快；容易发生炉渣或金属喷溅；容易发生炉渣或金属喷溅；吹吹炼炼后后期期脱脱碳碳速速度度减减慢慢，金金属属炉炉渣渣之之间间远远离离平平衡衡，容易
43、造成钢渣过氧化。容易造成钢渣过氧化。转炉冶炼的自动控制1对氧气顶吹转炉控制的要求对氧气顶吹转炉控制的要求铁水质量稳定，能准确知道铁水成份和重量；铁水质量稳定，能准确知道铁水成份和重量；废钢量稳定，有害残余元素含量低；废钢量稳定，有害残余元素含量低；石灰等其他造渣剂的化学成份及块度稳定。石灰等其他造渣剂的化学成份及块度稳定。2.控制方案控制方案静态控制模型静态控制模型动态控制模型动态控制模型全自动控制模型全自动控制模型转炉自动化控制的具体要求（1 1）能能实实现现远远程程预预报报，根根据据目目标标钢钢种种要要求求和和铁铁水水条件，能确定基本命中终点的吹炼工艺方案；条件，能确定基本命中终点的吹炼工
44、艺方案；（2 2）能能精精确确命命中中吹吹炼炼终终点点，通通常常采采用用动动态态校校正正方方法，修正计算误差，保证终点控制精度和命中率；法，修正计算误差，保证终点控制精度和命中率；（3 3）具具备备容容错错性性，可可消消除除各各种种系系统统误误差差，随随机机误误差和检测误差；差和检测误差；（4 4）响应迅速，系统安全可靠。）响应迅速，系统安全可靠。静态控制模型n 静静态态控控制制是是动动态态控控制制的的基基础础，根根据据物物料料平平衡衡和和热量平衡；热量平衡；n 静态控制的原理是：质量守恒；静态控制的原理是：质量守恒；n先先确确定定出出终终点点的的目目标标成成份份和和温温度度及及出出钢钢量量，
45、并并选选择适当的操作条件，进行装入量的计算；择适当的操作条件，进行装入量的计算；n确定物料收支和热收支的关系输入计算机；确定物料收支和热收支的关系输入计算机；n铁水、废钢、生铁块、铁皮、铁矿石等；铁水、废钢、生铁块、铁皮、铁矿石等；n可可计计算算需需要要的的氧氧气气量量，在在单单位位时时间间内内的的氧氧气气流流量量，从所需的氧量可计算出所需要的冶炼时间；从所需的氧量可计算出所需要的冶炼时间；n用热收支方面进行分析定论。用热收支方面进行分析定论。模型基础脱C曲线 1.1.第第一一阶阶段段：脱脱C C速速度度逐逐渐渐增增大大，SiSi、MnMn的的反反应应控控制制了了脱脱C C反应、先脱反应、先脱
46、SiSi、MnMn，后脱后脱C C。VcVcdC/dC/dtdt=K=K1 1t t2.2.第第二二阶阶段段：脱脱C C速速度度与与C C含含量量基基本本无无关关。如如VcVc 变变快快，说说明脱明脱C C速度随氧流量的变化而变化。速度随氧流量的变化而变化。VcVc=dC/dC/dtdt=K=K2 2k k2 2 Q QO2O2 K K2 2=(1.89Q=(1.89QO2O2-0.048h-0.048h枪位枪位-28.5)10-28.5)10-3-3(试验数据试验数据)3.3.第三阶段：碳下降到一定后，碳的传质成了限制环节。第三阶段：碳下降到一定后，碳的传质成了限制环节。VcVcdC/dC/
47、dtdt=K=K3 3%C%C脱碳速度与时间的关系动态模型控制n 是是在在运运行行途途中中对对轨轨道道进进行行计计算算和和检检测测。并并给给予予修正的一种控制方法。修正的一种控制方法。n钢钢液液中中的的 CC和和温温度度测测定定，钢钢液液中中的的 CC和和温温度度是是随时间推移而变化的。随时间推移而变化的。n动态控制的条件：动态控制的条件：点测的条件点测的条件,部份连续检测部份连续检测n能测定其轨道（途中测定钢液中能测定其轨道（途中测定钢液中 CC和温度）；和温度）；n途途中中测测定定时时，如如果果测测定定值值和和预预测测的的值值不不同同，采采取取修正的手段。修正的手段。控制轨道修正手段n1
48、1、温度、碳合适，按、温度、碳合适，按原轨道控制；原轨道控制；n2 2、温度低及碳低，脱、温度低及碳低，脱碳升温、当温度合适，碳升温、当温度合适，终点碳低，加增碳剂；终点碳低，加增碳剂；n3 3、温度高碳高，脱碳、温度高碳高，脱碳升温、当终点碳合适，升温、当终点碳合适，终点温度太高，加冷终点温度太高，加冷却剂；却剂；动态控制采用的两种方法n副枪动态控制技术副枪动态控制技术在在吹吹炼炼接接近近终终点点时时（供供O2量量85左左右右），插插入入副副枪枪测测定定熔熔池池C和和温温度度，校校正正静静态态模模型型的的计计算算误误差差并并计计算算达达到终点所需的供到终点所需的供O2量或冷却剂加入量。量或冷
49、却剂加入量。n炉气分析动态控制技术炉气分析动态控制技术通通过过连连续续检检测测炉炉口口逸逸出出的的炉炉气气成成分分，计计算算熔熔池池瞬瞬时时脱脱碳碳速速度度和和Si、Mn、P氧氧化化速速度度，进进行行动动态态连连续续校校正正，提提高控制精度和命中率。高控制精度和命中率。动态控制技术未解决的问题n不不能能对对吹吹炼炼造造渣渣过过程程进进行行有有效效监监测测和和控控制制，不不能降低转炉喷溅率；能降低转炉喷溅率；n不不能能对对终终点点 SS、PP进进行行准准确确控控制制，由由于于 SS、PP成分不合格，造成成分不合格，造成“后吹后吹”；n不不能能实实现现计计算算机机对对整整个个吹吹炼炼过过程程进进行
50、行闭闭环环在在线线控制。控制。模型控制的发展模型控制的精度全自动转炉吹炼技术 全自动吹炼控制技术，通常包括以下控制模型：全自动吹炼控制技术，通常包括以下控制模型：n 静态模型静态模型确定吹炼方案，保证基本命中终点；确定吹炼方案，保证基本命中终点；n 吹吹炼炼控控制制模模型型利利用用炉炉气气成成分分信信息息，校校正正吹吹炼炼误误差差，全程预报熔池成分（全程预报熔池成分（C C、SiSi、MnMn、P P、S S）和炉渣成分变化；和炉渣成分变化；n 造造渣渣控控制制模模型型利利用用炉炉渣渣检检测测信信息息，动动态态调调整整顶顶枪枪枪枪位和造渣工艺，避免吹炼过程位和造渣工艺，避免吹炼过程“喷溅喷溅”