转炉炼钢原理汇总.docx

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1、2.2转炉炼钢的原理2.2.1 转炉炼钢原理简介：这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锌等氧化。在氧 化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度上升200摄氏度），可使炉内到达 足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。转炉炼钢是在转炉里进展。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有很多小孔风 口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。开头时，转炉处于水平，向内注入 1300摄氏度的液态生铁，并参加肯定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。 这时液态生铁外表猛烈的反响，使铁、硅、镒氧化（FeO,SiCMnO）生成炉渣，利用熔 化的钢铁和

2、炉渣的对流作用，使反响普及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与 镒时，碳开头氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液猛烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃 烧而消灭巨大的火焰。最终，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反 应生 成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。当磷于硫渐渐削减，火焰退落，炉口消灭四氧化三铁的褐色蒸汽时，说明钢已炼成。这 时应马上停顿鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进展脱氧。 整个过程只需15分钟左右。假设空气是从炉低吹入，那就是低吹转炉。2.2.2 转炉冶炼的具体原理 m熔池元素氧化规律Si的变化规律开吹时Si 大量氧化，并结合为（

3、2/eOSi。?）,随石灰溶解转变为稳定化合物 （2CaOSiO2） Mn的变化规律吹炼初期快速氧化，中后期被复原,后期由于渣中氧化性提高,血被再次氧化.C的变化规律熔池中氧与碳生成 CO气泡上浮,%。乂%。=17常数0.0020.0025）,。与。 成反比.吹炼初期由于Si、的氧化，脱碳速度小，中期脱碳速度最快，后期浓度 低，脱碳速度下降.P的变化规律低温、适宜的高碱度、高氧化性利于脱P,吹炼前期应使石灰快速成渣，将（3/e。-P。）2 5 置换为（3CO-PO ）和（4COP。）稳定化合物，使P去除.2 52 5S的变化规律高温利于脱S ,渣中（CaO）活度大，利于脱S ,但转炉渣的氧化性

4、高，因此转炉的脱S 效率低.口（2）转炉中各种元素具体的反响机理aSi的变化规律钢液中硅的氧化特点在任何一种炼钢方晶中，硅的氧化反响都进展得很剧烈。由于硅是易氧化元素，在所 有的杂质元素中，硅和氧的亲和力最大，硅的氧化产物是只溶于炉渣的酸性氧化物2，它的分解压力比碳、镐、磷的氧化物分解压力都低，从而使得生成的8。2很稳定。所以，硅 极易被氧化，且氧化时放出大量的热量。2在氧气转炉中开吹几分钟内硅即被氧化完毕；在超高功率电炉大量用氧的状况下，在熔化末期或氧化初期,硅几乎氧化完毕；在一般电炉中熔化期硅将被氧化掉70%,少量的剩余硅在氧化初期也能降低到最低限 度；硅的氧化反响的反响产物简洁从反响区排

5、出。硅的氧化反响（1）硅的氧化反响方程式当金属炉料未被炉渣掩盖,或氧流直接吹入金属熔池时，炉料中的硅被气态氧直接氧化Si + 。2 =q ) + 740645/ 当炉渣形成后或金属液瑞和气泡与在接触时，硅的氧化主要在炉渣与金属界面上进展2(FeO)+Si = (SiOj + 2Fe + 341224J(2)金属液中的si和o的反响2网+0=图。2)+ 817448，留意：硅的氧化都是较强的放热反响。2(2)硅的氧化产物是分。2Si氧化时产生的(Si。？)病初与(FeO)结合生成硅酸铁(2FeO SiO2)：(SiO2) + 2(FeO) = (2FeO - SiO)在碱性渣炼钢操作中，随着石灰

6、的渐渐熔化，(2/e。, Si。)中的FeO被强碱性的CaO 所置换得到氧化产物硅酸钙：22(FeO-SiO ) + 2(CaO) = (2CaO - SiO ) + 2(FeO) (5)硅酸钙(2CaOSi()2)很稳%，所以在碱性炼钢操作中，/炼前期Si几乎全部被氧化，不 会再被复原。2硅的复原在酸性炼钢操作中，当熔池温度上升到肯定程度后，将发生硅的复原反响。(SiO2)+ 2C = Si + 2CO从反响式可看出，当有产生co之气泡核心的条件时,就有可能发生Si的复原反响。影响硅的氧化和复原反响的因素主要因素是温度、炉渣成分、金属液成分和炉气氧分压。(1)温度低有利于硅的氧化；(2)增加

7、CaO、FeO含量，有利于硅的氧化。(3)金属液中增加硅元素含量，有利于硅的氧化；(4)炉气中氧分压越高，越有利于硅的氧化。硅的氧化对冶炼的影响(1)硅的氧化有利于保持或提高钢液的温度。硅氧化是强放热反响。在转炉吹炼初期，由于硅大量氧化，熔池温度上升，进入碳氧 化期。在钢液脱氧过程中，由于含硅脱氧剂的氧化，可补偿一些钢包的散热损失。(2)硅氧化反响的产物影响炉渣成分Si()2降低了炉渣碱度，不利于钢液脱磷、脱硫，侵蚀炉衬耐火材料，降低炉渣氧化性， 增加造渣的消耗。Q Mn的变化规律钢液中镒的氧化状况镜的氧化反响也在冶炼初期进展的。锦的氧化剧烈程度不及硅，钵被氧化成只溶于炉 渣的弱碱性氧化物Mn

8、O,且其氧化过程所放出热较少，在电炉炼钢熔化期的料中镒约半数以 上被氧化，而氧气转炉吹炼的铁水中约80%铳在开吹后几分钟被氧化掉了。镒的氧化反响式直接氧化Mn+1/ 2O = (MnO) +385186J 被钢液中的氧氧化2Mn+O = (MnO) +361623J (8)在炉渣一金属界面上的氧化一一锦氧化的主要反响Mn + FeO)= (MnO)+F+123511J留意：镒的间接和直接氧化都是放热反响渣中的镒被复原的反响式(MnO) +C = Mn +C0 (10)炼钢中Mn的氧化程度也取决于其氧化产物”。在渣中的存在状态，碱性渣炼钢操作 中渣中存在大量强碱性氧化物(CaO)，而显弱碱性的氧

9、化锦大局部故以自由的(MnO)存在, 故Mn的氧化不如Si氧化得彻底。氧气转炉吹炼后期熔池温度上升还会发生Mn的复原。熔渣的碱度越高、(FeO)含量越 底及池温越高，复原出的越多，在吹炼完毕时钢液中残“量(或“余镒”)就越高。影响镒的氧化和复原反响的因素主要因素有温度、炉渣和金属液成分、炉气氧分压。(1)温度低有利于镒的氧化。(2)炉渣碱度高，使(MnO)的活度提高，不利于镒的氧化。(3)炉渣氧化性强，则有利于铳的氧化。(4)炉气氧分压越高，越有利于镒的氧化。镒的氧化对冶炼的影响在转炉吹炼初期，锦氧化生成M”。可帮助化渣，并减轻初期渣中。对炉衬耐火材 2 料的侵蚀。镒的复原对冶炼的影响在碱性转

10、炉炼钢过程中，当脱碳反响剧烈进展时，炉渣中(脱。)大量削减，温度上升， 这样使钢液中Mn 上升，这就是产生所谓的钵复原。炼钢过程中，应尽量掌握镒的氧化， 以提高钢水残(余)镒量，发挥残铸的作用。案例：转炉镒矿直接合金化可行性争论 简介钵矿直接合金化就是指直接用镒合金元素氧化物(锦矿)作为合金化添加剂，参加炼 钢转炉内，在肯定的工艺条件下，通过钢中元素或配加复原剂复原，使镒矿中的铳在吹炼终 点时尽可能进入钢液，从而到达合金化的目的。它与传统的使用铁合金方法相比，可省去特 地炼制铁合金的设备和能源消耗，降低钢的合金化本钱。同时，使用较低品位的镒矿资源和 废弃矿渣，对资源的综合利用，也具有格外重要的

11、意义。近年来在此根底上进展起来的镒烧 结矿直接合金化是一项创技术，目前只在国外较先进的冶金企业如日铁、JFE、P0SC0等钢厂 进展了试验，在国内还未见报道。(1)镐矿直接合金化原理镒矿复原原理钵矿中铺的存在形式随产地而不同，主要有MC。矿，矿，MnO矿， 32M3+、M4+混合矿等。镒的低价氧化物较高价氧化物稳定，把镒矿参加到转炉内，随着 温度的上升和炉内。复原性气氛增加，镒的高价氧化物逐级分解和被复原成低价。 由于在高温下很稳定，不易分解，也不能被C。复原；在转炉内不参加其他复原剂 的状况下，MnO只能被复原，复原产物为镒和碳化镒o(MnO) +C = Mn + CO (11)2(MnO)

12、 + 8 / 39=2 / 3Mn C + 2CO (12)3(11)式初始反响温度为1 420 , (12)式初始反响温度为1 226o可见(12)式开 始反响温度低，较(11)式更易进展。由于成的同样，故也增加钢中的3 钵含量。(2)影响镒矿复原效果的主要因素 终点C对镒收得率的影响由(11)、( 12)式看出，提高终点C含量有利于提高钵的收得率。钵矿复原试验 说明：当0. 08%时，钵的复原程度受控于碳，此时钵矿不能充分复原，钵的收得率 较低。渣中(FeO)对锌收得率的影响钢中残镒可用反响式表示为：Mn+ (FeO) = Fe+ (MnO) (13)(13)式说明，随着(Fe。)含量增加

13、，会加速氧化，使镒的收得率降低。渣量对铸收得率的影响在碱度一样的状况下，渣量与收得率成反比，即渣量越大，镒的收得率越低。因此，实 施少渣炼钢再配加镒矿合金化，是降低消耗、提高镒收得率的有效途径。碳的氧化碳氧反响的意义碳氧反响是炼钢过程中最重要的一个反响。一方面，把钢液中的碳含量降到了所炼钢 种的规格范围内。另一方面，碳氧反响时产生的大量co气泡从熔池中逸出时，引起熔池的 猛烈沸腾和搅拌，对炼钢过程起到了极为重要的作用，具体如下：(1)加速了熔池内各种物理化学反响的进展；(2)强化了传热过程；(3) CO气泡的上浮有利于钢中气体H、N和非金属夹杂物的去除；(4)促进了钢液和熔渣温度和成分的均匀，

14、并大大加速成渣过程；(5)大量的CO气泡通过渣层，有利于形成泡沫渣。碳的氧化反响氧气流股与金属液间的C-0反响在氧气炼钢中，金属中一少局部碳可以受到直接氧化。1C+ - O = CO +136000J22该反响放出大量的热，是转炉炼钢的重要热源。在氧射流的冲击区，氧气流股直接作 用于钢液，发生此类反响。流股中的气体氧与钢液中的碳原子直接接触，反响生成气体产物一氧 化碳，脱碳速度受供氧强度的直接影响，供氧强度越大，脱碳速度越快。金属熔池内部的C0反响金属熔池中大局部的碳是同溶解在金属中的氧相作用而被间接氧化。ci + roi = co该反响微弱放热反响，温度降低有利于反响的进展。在转炉和电炉炼钢

15、吹氧脱碳时， 气体氧会使熔池内的铁原子大量氧化成(Fe(),或由参加矿石或氧化铁皮在钢、渣界面上复原形 成(FeO),然后FeO)集中并溶解于钢中，钢中C溶解的O发生作用。金属液与渣液界面的C一。反响当渣中(FeO)含量较高时，渣中的(FeO), 一方面会向钢液中集中，发生其次类反响， 另一方面也会直接发生界面反响，如下：C + (FeO) = CO + Fe。P的变化规律在钢中磷是以Fe。或Fe P形式存在，为便利起见，均用尸表示。52脱磷反响的步骤首先是尸被氧化成P。)，然后与Cq。)结合成稳定的磷酸钙，并放出大量 2 5的热。脱磷的根本反响式：2P + 5(FeO) + 3(CaO) =

16、 (3CaO - P 0 ) + 5Fe (14)或2 52P + 5(FeO) + 4(Cq。) = (4Cq。-P0 + 5Fe 15)从热力学的角度来考虑，炉渣脱磷的根本条件是：高Fe。)、高(CaO)和低温度。影响脱磷的主要因素影响脱磷反响的因素很多，依据脱磷反响的热力学条件和动力学条件,主要影响因素有 炉渣组成、钢液成分和温度；此外炉渣粘度、渣量和炉料原始含磷量等也有肯定的影响。1、炉渣成分的影响2、钢液成分的影响3、温度的影响4、炉料含磷量和渣量5、炉渣粘度结论：炉渣脱磷的根本条件是：高碱度、高氧化铁含量氧化性)、良好流淌性熔渣、充分 的熔池搅动、适当的温度和大渣量。氧气转炉吹炼过

17、程中磷的变化规律(1)吹炼初期熔池温度较低。硅，镒先氧化，脱磷速度不大，此阶段应适当地提高枪位，以得到良好 的成渣状况。(2)吹炼中期硅、钵的氧化已根本完毕，碳和磷进入剧烈的氧化，只要化渣良好，脱磷速度可以大于 脱碳速度。但是留意随着熔池温度的渐渐上升,碳的氧化速度增大到峰值会消耗渣中的大量 氧化铁，而易使炉渣会消灭“返干”现象，甚至发生回磷。因此吹炼中期应适当提高枪位， 并掌握熔池的温度,一般为16001630o(3)吹炼后期钢液中磷含量已较低，熔池温度已上升，石灰充分溶解，熔渣碱度进一步提高，钢中的 磷含量还会连续降低，但去磷速度却很低。此时终点钢液中的含磷量与停吹前熔渣的碱度, 渣中 (

18、FeO)的含量,熔池的温度,终渣的数量和是否倒渣等因素有关。回磷1、回磷现象回磷现象就是磷从熔渣中又返回到钢液中或成品钢中磷含量高于终点钢液的磷含量。熔渣碱度或氧化铁含量降低，或石灰化渣不好，或温度过高等均会引起回磷现象。出 钢过程中由于脱氧合金参加不当，或出钢下渣，或合金中磷含量较高等因素，也会导致成品钢 中磷高于终点P含量。2、回磷反响回磷反响主要是钢液中的金属元素与渣中的磷酸盐在钢渣界面上的反响。(4CaO - P O ) + 5Mri = 2P + 5(MnO) + 4(CaO) (16)2 52(4CaO - P O ) + 5Si = 4P + 5(SiO ) + 8(CaO) (

19、17)2 523(4COPO ) + 10A/ = 6P + 5(A/ O ) + 8(CqO) (18)2 52 3S的变化规律脱硫的根本反响在炼钢过程中，钢液的脱硫主要是通过两种途径来实现，即炉渣脱硫和气化脱硫。在一 般炼钢操作条件下，炉渣脱硫占主导。但在氧气转炉或超高功率电炉甚至一般功率电炉吹氧的状 况下气化脱硫也占有肯定比例。1、熔渣脱硫(1)熔渣脱硫反响的步骤第一步：硫由钢液向熔渣中集中FeS = (FeS)(19)其次步：在熔渣中的硫与碱性氧化物化合形成稳定的化合物(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO)20)(FeS) + (MnO) = (MnS) + (Fe

20、O)21(FeS + (MgO) = (MgS) + (FeO) (22)(2)熔渣脱硫的总反响式(FeS + (CqO) = (CaS) + (FeO)23)由于碱性熔渣的主要成分是CaO,且各种硫化物中以CaS稳定性最强,所以炼钢过程中 的脱硫反响主要以此反响式来表示。2、气化脱硫的反响气化脱硫主要也是通过熔渣进展的，脱硫产物S。2直接进入气相。一般有两种状况：(1)吹入的氧气与炉渣中的硫发生反响2(CqS)+ 3/ 20 = 6。2) + (CqO)(24)(2)通过熔渣进展22(CqS+ (Fe。)=S。+6(在e。) + (Cq。)25)2 323、熔渣脱硫反响占主导地位实际冶炼中，

21、脱硫主要是熔渣脱硫。影响脱硫的主要因素影响熔渣脱硫既有热力学方面的因素,又有动力学方面的因素。1、炼钢温度的影响2、炉渣碱度的影响3、炉渣中(用。)的影响4、金属液成分的影响5、炉料原始含硫量和渣量的影响6、熔池搅拌结论：脱硫的根本条件：高温，高碱度，低(FeO,好的流淌性渣。硫在转炉炼钢中的变化规律(1)吹炼前期熔池温度较低，渣中X FeO)含量高，石灰成渣尚少，所以熔渣脱硫力量很低。(2)吹炼中期是脱硫最好的时期。熔池温度已上升,石灰成渣也多，渣碱度显著提高；同时，碳氧反响剧 烈，熔池乳化现象加剧，使渣钢接触面积大大增加，并且渣中(脱。)有所降低，都有利于 脱硫。但此时应掌握好渣中( Fe。)的含量不能过低，否则渣消灭“返干”，脱硫效果会下降。(3)吹炼后期熔池含碳量大大降低，脱碳速度减慢，熔池搅拌程度减弱，但熔池温仍高,石灰溶解快， 熔渣碱度高且流淌性良好,故仍有较强的脱硫力量。结论：依据上述硫的变化规律,在氧气转炉炼钢时,特别是吹炼高硫铁水或冶炼硫极低 的钢种时,应实行一切措施提前造渣，即造好温度较高,碱度较高和流淌性良好的前期渣，以 减轻吹炼中期的脱硫负担,更有效的提高脱硫效率。