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转炉炼钢原料及装入制度






一 .装 料
转炉炼钢原料及装入制度 1. 原料 钢水及部分配用废钢

70%以上 1.1 铁水一般占装入量的 70%以上 A; 对铁水温度的要求 铁水温度的高低,标志其物理热的多少,温度高则能保证物理和 化学热,增加废钢配加量,转炉吹炉顺行,降低转炉生产成本,一般 保证在 1250~1300℃以上

。 B; 对铁水成分的要求 (1)含硅量以 0.5%~0.8%为宜。低则不能正常吹炉,石灰溶解困难, 渣量较小,不利除硫和磷,金属飞测严重,影响成材率。高则增加造 渣材料的消耗,按理论计算,每增加 0.1%,吹炉 1t 铁水则多增 2kg 二氧化硅,6kg 石灰渣量增加 8kg; (2)铁水含量大多底于 0.3%。提高含量主要方法是配加锰矿石,但 产生炼铁焦比升高和生产率下降,因铁水中含锰量超过 1%时,炉渣太 稀,不利于吹炉; (3)铁水含磷量应小于 0.15%~0.2%,最高不能超过 0.4%,否则会导 致钢生产“冷脆”现象。如果含量过高,则应采用双渣发冶炼。应采 用控制炼前的选矿,配料措施来降低含磷量; (4)铁水的含硫量一般应低于 0.04%~0.05%,含量超标,钢易产生 “热脆”现象,冶炼前的预脱硫处理经济有效。

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元素 首钢 上钢一厂 武钢 马钢 攀钢 w[Si] 0.4~0.65 0.5~1.00 0.5~0.80 0.5~1.00 ≦1.25 0.30~0.50 w[Mn] 0.40~0.70 0.30~0.60 ≦0.30 w[P] 0.20 0.65


w [S] 0.0~0.05 0.04~ 0.07 ≦0.02 ≦0.07 0.0~0.07 0.2~0.30 0.2~0.60 0.50 w[v] W[Ti]

表 1-1 国内一些钢厂的铁水成分 %

≦0.15 ≦0.40 0.1~0.30

1.2 废钢 它是转炉炼钢的另一种金属炉料,作用为冷却剂消耗富余热量, 调控熔池温度。基本要求:情结、少锈、无混杂、不含有色金属,单 重波动范围为 150~2000kg。 2.转炉的装入制度 制度包括:装入量、废钢、装料顺序。 2.1 装入量的确定 ① 定量装入法; ② 定深装入法; ③ 分阶段定量装入法。
表 1-2 国内一些转炉的熔池深度表 装入量/t 熔池深度/mm 50 1050 80 1190 100 1250 200 1650

表 1-3 国内一些钢厂转炉炉容比 厂名 转炉容量/t 3 -1 炉容比/m .t 天钢 20 0.85 上钢 30 0.98 太钢 50 0.97 武钢 50 1.05 本钢 120 0.91 攀钢 120 0.90 鞍钢 150 0.86

表 1-4 太原钢厂原 50 吨转炉装入制度 炉龄 锭型/t 支数 装入量/t 熔池深度/mm 5.5 8 51 920 1 7.0 6 49 900 5.5 9 56.5 950~1000 20~50 7.0 7 55.5 950~1000 5.5 10 62.5 920~1040 >50 7.0 8 63.5 920~1040

2.2 废钢比 废钢的加入量占金属料装入量的百分比成为废钢比。管理水平及

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冶炼品种不同,废钢比大多波动在 10%~30%之间。 2.3 装料顺序 一般情况下是先加废钢后兑铁水。 在炉役后期, 炉衬较薄, 为免受 废钢直接冲击, 在确认废钢干燥及炉渣已倒净或已加入石灰稠化的前 提下, 可先兑铁水后加废钢。

二 .供 氧 氧在钢、渣两相中的溶解符合分配定律,即定温下平衡二者 之比为一常数。
( FeO ) = [O ] + Fe
(1-1)

1gk = 1g

w[O] = ?6320 + 2.734 w[ Fe]

(1-2)

1. 熔池内氧的来源 1.1 吹入氧气

直接吹氧是炼钢中向熔池供氧的主要方法。目前主要是工业 制氧,其含氧量不得低于 98.5%,水分不能超过 3g/m 。 供氧的主要内容为如何合理地向熔池吹氧。 转炉的主要原料为铁水,含碳量高达 4.0%以上。 电炉主要原料是废钢,工作氧压为 0.4~1.0MPa。
1.2 1.2 加入铁矿石和氧化铁皮 铁矿石主要有:① 赤铁矿; ② 磁铁矿; 氧化铁皮是锻钢和轧钢过程中从钢锭或钢坯上剥落下来的碎铁 皮, 又称为铁鳞。电炉炼钢中,加矿氧化仅是向熔池供氧的辅助手段;
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氧气炼钢中,铁矿石和氧化铁皮则是作为冷却剂或造渣剂使用。 1.3 炉气供氧 1.3 由化合物解压的概念可知,如炼钢炉内炉气中氧的分压,大于渣中
[ 氧化亚铁的分解压 PO2( FeO ) ,同时又大于钢液中氧化铁分解压 PO2FeO] ,即: [ PO2 ? PO2 ( FeO ) ? PO2FeO]

(1-1)

在氧气精炼过程中,炉内具备了炉气向熔池传氧条件,气相中的氧 气会不断地传入熔渣和钢液。 2.杂质元素的氧化方法 杂质元素指的是钢液中的硅、锰、碳、磷等其他元素。在目前 吹氧炼钢中。供氧方式为 ① 直接氧化; ② 间接氧化;液中的氧再 与其中的杂质元素作用而发生的氧化反应: (1) 在氧气射流作用区铁被氧化
2[ Fe] + {O2 } = 2( FeO)
(2-1)

(2) 渣中的氧化亚铁扩散进入钢液
( FeO ) = [O ] + [ Fe]
(2-2)

(3) 熔入钢液的氧气与杂质元素发生反应
[O ] + [ Mn] = ( MnO )
(2-3) (2-4) (2-5) (2-6) (2-7)

2[O] + [ Si ] = ( SiO2 ) 5[O] + 2[ P] = ( P2O5 )

2[O] + [C ] = {CO2 }
[O] + [C ] = (CO)

钢液中锰 [ Mn] 的氧化反应为
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(2-8)

( FeO ) + [ MnO ] = ( MnO ) + [ Fe]

3. 转炉的供氧制度 直接氧化 它指的是熔池的氧气直接与钢液中杂质元素作用而发生的氧化 反应。杂志元素的直接氧化反应在熔池中氧化射流作用区或射流破碎 成小气泡卷入金属内部。 间接氧化 它指吹入熔池的氧气先将钢液中铁元素氧化成氧化亚铁,并按 分配定律部分地扩散进入钢液,渣中氧化亚铁扩散进入钢液,然后溶 解到钢中的氧气与其他杂质反应。 3.2.1 供氧强度 它指单位时间内向每吨金属供给的标氧气量的多少。
供氧强度m3 /(t.min)= 每吨金属需氧量(m3 / t ) 供氧时间(min)
w[Mn] 0.40 0.20 w[P] 0.20 0.18 1.30 (3-1)

表 3-1 各元素的氧化量 项目 金属原料成分 终点钢液成分 各元素氧化量 w[C] 3.70 0.20 3.50 0.70 w[Si] 0.70 W[Fe]

表 3-2 各元素氧化时耗氧量 元素 C Si Mn P Fe 共计 氧化量 35.0 7.0 2.0 1.80 13.0 58.8 氧化产物 CO2 CO SiO2 MnO P 2O 5 FeO 耗氧量
35.0 ×15% × 32 12 = 1.40

35.0 × 85% × 16 12 = 39.6

7.0 × 32 28 = 8.00

2.0 ×16 55 = 0.58 1.8 × 80 62 = 2.32
13.0 ×16 56 = 3.71

68.27

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教 3.2.2 3.2.2 供氧压力



氧气的压力是转炉炼钢中供氧操作的一个重要参数。对同一氧枪 而言,提高氧气压力是指转炉车间内氧气压力测定点的表压值。又称 为使用压力,以 P用 表示,使用压力 P用 与喷头前压力 PO 间的关系为:
P用=PO ? 0.1 + (0.15 ~ 0.25) MPa
(3-2)

(1)

枪位及其控制 枪位指氧枪喷头至平静熔池液面的距离。枪位高低不仅与熔池

内钢液环流运动的强弱有直接关系,而且对炉内传氧情况有重要影 响。 a. 枪位与熔池内钢液环流的关系 转炉炼钢中,高压﹑超音速的氧气射流连续不断冲击熔池,在熔 池中央冲出一个“凹坑” ,称为冲击深度,坑口面积被称为氧气射流 的冲击面积。与此同时,到达坑底的氧气射流形成反射流,通过与钢 液间的摩擦力引起熔池内的钢液进行环流运动,逐形成反射流的运动 改善了炉内化学反应的动力学条件,对冶炼过程具有重要意义。 吹炼中,采用低枪位和高氧压的吹氧操作称为硬吹。反之,采用 高枪位或低氧压的吹氧操作称为软吹。 吹氧操作分三种类型:① 恒氧压变枪位操作; ② 恒枪位变氧 压操作;③ 变枪位变氧压操作。 b. 枪位对炉内传氧的影响 直接传氧: 直接传氧:① 通过金属液滴直接传氧;② 通过乳浊液直接传氧; 间接传氧:它指吹入炉内的氧气经熔渣传入钢液的传氧方式。 间接传氧:
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教 3.2.3 复吹转炉的底部供气制度 a. 复吹转炉简介



1979 年开始研究,近年普及,钢种已达 200 多个,按气体性质可 分为:底吹惰性气体,底吹氧气或石灰粉; ① 复合吹炼的基本工艺与原理 保持顶吹同过再配合低吹,可改善熔池搅拌情况,促进金属与炉 渣间的平衡,过程平稳,时间短。工艺操作一致。底吹气体种类选用 要以钢种质量要求﹑气体来源和价格而定。其总量不能大于顶吹气体 的 5%,供气压力在 0.5MPa 以上,供气强度为 0.01~0.15 m3 /(t.min) 。 ② 复合吹炼的冶金效果 复合吹炼终点时钢液残锰量较高,基本消除了熔池内成分与温度 不均匀的现象。加速杂质元素的氧化,减轻吹炼中的喷溅,冶炼过程 平稳迅速。CO 的二次燃烧率提高 6%左右,热效(炉子)提高,经济 效果显著。

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三.脱磷
1.磷对刚性能影响 1.1 钢中磷的危害 易产生“脆冷”现象,使钢的塑性和冲击韧性大为降低。钢中磷 的含量限制,普碳钢: w[ P] ≤ 0.045% ;优质碳素钢: w[ P] ≤ 0.035% ;高 级优质钢: w[ P] ≤ 0.030% 1.2 钢中磷的有益作用 磷有时可在某些钢中当作合金元素使用, 含磷量达到 0.08%左右 可增加低碳镀锡薄板强度。 MnPRe 钢, 含磷高达 0.08%~0.13%, Y15Pb 钢含磷 0.09%。 2.脱磷反应 氧化脱磷,还原性去磷; 2.1 氧化脱磷 使磷氧化生成 P2O2 进入炉渣,并固定其中。 2.1.1 钢中磷和氧气反应的可能性 钢中磷和氧气反应有下列几种: a. 直接氧化
2[ P ] + 5 {O2 } = {P2O5 } 2 ?G ( ? ) = ?1326119 + 520.91TJ / mol
(2-1)

b. 磷与钢中氧反应
2[ P] + 5{O2 } = { P2O5 } 2[ P] + 5{O2 } = { P2O5 }
?G ( ? ) = ?740359 + 535.34TJ / mol ?G ( ? ) = ?704418 + 558.94TJ / mol
(2-2) (2-3)

2.1.2 炉渣脱磷
-8-

教 渣中的( FeO )被氧化,反应式为:
2[ P] + 5( FeO) ? ( P2O5 ) + 5[ Fe]



?G ( ? ) = ?1495194 + 684.92TJ / mol

(2-4)

进入炉渣的 P2O5 和 FeO 结合成磷酸铁盐:
( P2O5 ) + 3( FeO ) ? (3FeO i P2O5 ) ?H
(?)

= ?128030 J / mol

(2-5)

上述反应式也可写成:
2[ P ] + 8( FeO ) = (3FeO i P2O5 ) + 5[ Fe]
(2-6)

在实际生产中,随着石灰的熔化,炉渣的碱度逐渐升高,渣中游 离的 CaO 逐渐增加,其置换反应为:
(3FeO i P2O5 ) + 3(CaO ) = (3CaO i P2O5 ) + 3FeO
(2-7) (2-8)

或 (3FeOi P2O5 ) + 4(CaO) = (4CaOi P2O5 ) + 3FeO 所以,碱性氧化渣脱磷总反应式为:
2[ P ] + 5( FeO ) + 3(CaO ) = (3CaO i P2O5 ) + 5[ Fe]

(2-9) (2-10)

或 2[ P] + 5( FeO) + 4(CaO) = (4CaOi P2O5 ) + 5[ Fe] 2.1.3 炉渣脱磷反应的平衡常数
Kp = a (4CaO i P2O5 ) a [ P ]ia 5 [ FeO ]ia 4 (CaO )
2

(2-11)

启普曼研究认为炉渣脱磷平衡常数与温度之间的关系为:
lgKp = lg x(4CaO i P2O5 ) 40067 = ? 15.06 5 4 w[ P ] %i x [ FeO ]i x (CaO ) T
2

(2-12)

温克勒将上式中的 x( FeO) 换算成 w[ P]2 % ,得出:
lgKp ' = lg x(4CaO i P2O5 ) 71667 = ? 28.73 4 w[ P ] %i w[ FeO ]i x (CaO ) T
2

(2-13)

2.1.4 炉渣成分的影响 其影响主要反映在渣中( FeO )含量和炉渣碱度上,脱磷的首要
-9-





条件依靠渣中的( FeO ) ,而( CaO )是脱磷的充分条件。但在炉渣中 ( FeO )和( CaO )含量不能任意提高,其间有个恰当比值,常压下及 温度为 1600C°时,B>3.0 以后再提高碱度对脱磷基本上不再发生作 用。

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