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转炉炼钢温度控制论文


转炉炼钢的温度控制

测控技术与仪器 李亚斌

前言 通过对全连铸生产过程中监测,钢水浇铸温度是一个重要参数, 温度制度主要是指过程温度控制和终点温度控制。吹炼任何钢种,对 其出钢温度都有一定的要求。 对钢水过热度的控制是影响铸坯产量和 质量的重要因素。当钢水过热度控制合适时,将促使铸坯的等轴晶区 增长,铸坯组织结构致密,这样有利于减少铸

坯中心偏析和疏松,从 而使铸坯质量和产量最佳化。 钢水过热度过低, 会造成铸坯表面裂纹, 严重时可造成浇铸中断而停产;当过热度高时,将迫使铸坯降低拉速 来避免漏钢,使铸机产量下降,且会促使铸坯的柱状晶发展,这样会 造成铸坯中心偏析和疏松,还会引起浇注前期模内不沸腾,后期大翻, 造成坚壳带过薄等。由于铸坯生产工艺流程长,环节多,过程温度控 制难度大,最终造成中包钢水温度波动大,目标温度实现率低。为制 订一个合理的浇铸温度, 确保合适的过热度, 直接采用现场实际数据, 借助计算机,分步骤对其进行回归分析,建立全过程温度控制数学模 型, 因此,控制好终点温度也是顶吹转炉冶炼操作的重要环节之一。 控制好过程温度是控制好终点温度的关键。 本文叙述转炉钢水温度偏 高对各项经济指标的影响和对过程温度控制、终点温度控制作了介 绍。

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目录 一
二 三 (1) (2) (3) 四 五 六 七 八 九 温度控制的重要性 影响钢液温度的因素 炼钢过程温度的控制 吹炼前期 吹炼中期 吹炼末期 温度对浇注操作和锭坏质量的影响 温度对成分控制的影响 温度对冶炼操作的影响 出钢温度的确定 熔池温度的测量 终点温度控制



总结



温度对炼钢的重要性

在冶炼钢时,钢的温度是一个重要参数。温度控制主要是过程温度控制和终点温度 控制。 终点温度控制的好坏会接影响到冶炼过程中的能量、合金元素的收得率、炉衬使用 寿命及成品钢的质量等技术经济指标; 而科学合理的控制熔池温度又是调控冶金反应进行的 方向和限度的重要工艺手段, 如果适当低的温度有利于脱磷、 较高的温度有利于碳的氧化等。 概括的讲,熔池温度对炼钢生产的影响主要表现在冶炼操作、成分控制、浇注过程和锭抷质 量等方面。



影响钢液温度的因素
在生产条件下影响钢液温度的因素很多,必须经综合考虑,再确定冷却剂加入的数量。 1. 铁水成分 铁水中 Si、P 是强发热元素,若其含量过高时,可以增加热量,但也会给冶炼带 来诸多问题,因此有条件应进行铁水预处理脱 Si、P。据 30t 转炉测定,当增加 W(si) =0.1%时,可升高炉温 15℃。 2. 铁水温度 铁水温度的高低关系到物理热的多少,所以在其他条件不变的情况下,入炉铁水 温度的高低影响终点温度的高低。当铁水温度每升高 10℃,钢水终点温度可提高 6C。 3. 铁水装入量 由于铁水装入量的增加或减少,均使其物理热和化学热有所变化,若其他条件 一定的情况下,铁水比越高,终点温度也越高。30t 转炉铁水量每增加 lt,终点温度可 提高 8℃。 4. 炉龄 转炉新炉衬温度低、出钢口又小,因此炉役前期终点温度要比正常吹炼炉次高 20~30℃,才能获得相同的浇注温度。所以冷却剂用量要相应减少。炉役后期炉衬薄, 炉口大,热损失多,所以除应适当减少冷却剂用量外,还应尽量缩短辅助时间。 5. 终点碳自量 碳是转炉炼钢重要发热元素。根据某厂的经验,终点碳在 0.24%以下时,每增 减碳 0.01%,则出钢温度也要相应减增 2~3℃,因此,吹炼低碳钢时应考虑这方面的 影响。 6. 炉与炉的间隔时间 间隔时间越长,炉衬散热越多。在一般情况下,炉与炉的间隔时间在 4~10min。 间隔时间在 10min 以内,可以不调整冷却剂用量:超过 10min 时,要相应减少冷却剂 的用量。 另外,由于补炉而空炉时,根据补炉料的用量及空炉时间,来考虑减少冷却利用 量。据 30t 转炉测定,空炉 1h 可降低终点温度 30℃。 7. 枪位 如果采用低枪位操作,会使炉内化学反应速度加快,尤其是脱碳速度加快,供氧 时间缩短,单位时间内放出的热量增加,热损失相应减少。 8. 喷溅 喷溅会增加热损失,因此对喷溅严重的炉次,要特别注意调整冷却剂的用量。 9. 石灰用量

石灰的冷却效应与废钢相近,石灰用量大则渣量大,造成吹炼时间长,影响终点温度。所 以当石灰用量过大时,要相应减少其他冷却剂用量。据 30t 转炉测算,每多加 100kg 石灰降 低终点温度 5.7℃。可根据上一炉钢出钢温度的高低来调节本炉的冷却剂用量。



炼钢过程的温度控制

在吹炼过程中,对炉况的判断来调整温度。吹炼前期,如果碳焰上来的早,表明溶池的 温度教高。 可以通过适当提前加入二批料控制; 反之, 如果碳焰上来的晚, 表明前期温度低, 应该降枪提高溶池的温度。在吹炼中期,可根据炉口火焰来判断溶池温度,如果温度过高, 应加入矿石来进行调整。 通过计算和调整结果加入冷却剂, 基本上可保证终点时钢液的温度达到出钢所需要的温 度。不过,吹炼过程中还应仔细观察炉况,准确判断炉内温度的高低,并采取相应的措施, 如增减冷却剂的用量、调整枪位等进行调整 ,以满足炉内各个时期冶金反应的需要,同时 准确控制终点时的温度。 1) 吹炼初期 如果碳火焰上来的早(之前是硅、锰氧化的火焰,颜色发红) ,表明炉内温度已较高,头批 渣料也已化好,可适当的提前加入二批渣料;反之,若碳火焰迟迟上不来,说明开吹以来温 度一直偏低,则应适当压枪,加强各元素的氧化,提高熔池的温度,而后再加二批渣料。 (2) 吹炼中期 通常是根据炉口火焰的亮度及冷却水(氧枪进、退的水)的温度来判断炉内温度的高低, 若熔池温度偏高,可再加少量矿石,反之,应压枪提温。 如果吹炼过程中发生喷溅,会损失大量的热量,应视喷溅的程度适当减少矿石的用量,必 要时需加入提温剂提温。 (3) 吹炼末期

接近终点(根据耗氧量及吹氧时间判断)时,停吹测温,并进行相应的调整操作,使 钢液温度进入钢种要求的出钢温度范围。 若温度偏高, 可加适量的石灰或生白云石进行降温。


度。

温度对浇注操作和锭坏质量的影响
对浇注操作和锭坏质量产生影响的主要是氧化终点温度,亦即转炉炼钢法的出钢温

出钢温度过高,不仅增加冶炼中的能量消耗,而且在出钢和浇注过程中钢水极易吸收 气体,二次氧化严重,并对钢包和浇注系统的耐火材料侵蚀加剧,从而增加外来夹杂物;同 时,增加炉后连铸前的调温时间等。 若出钢温度低, 将被迫缩短镇静时间, 钢中夹杂物不能充分上浮, 影响钢的内在质量; 严重时导致浇注温度过低,造成钢坏质量问题,甚至发生钢包冷钢结底、水口粘结等浇注事 故,使整炉钢报废。



温度对成分控制的影响

炼钢生产中,如果成品钢的化学成分不合格,轻者被迫改钢号,严重时将直接判废。 造成成分不合格的因素很多, 但温度条件是主要因素之一。 温度对成分控制的影响主要体现 在以下三方面: (1) 影响合金元素的收得率。温度不同,合金元素的收得率也不同。例如。较 高的温度下加入易氧化元素铝、钛、硼时,它们的烧损很大,收得率低;如果熔池温度低, 对于一些熔点高、密度大的元素钨、钼等合金,有可能未能完全熔化而沉积炉底,同样造成 收得率下降,这些都将影响钢液成分控制的准确性。 (2)影响有害元素磷、硫的去除。温度过高时,脱磷的热力学条件差,不仅不能脱 磷,反而可能造成回磷;温度过低时,则会恶化脱磷和脱硫的动力学条件,这些都是易导致 成品钢的硫、磷含量出格。 (3)影响熔池内元素氧化的次序。通常情况下,较高的温度下吹氧时有利于脱碳而 会抑制磷的去除;反之,若温度过低,铬、钒将先于碳氧化;反之,较高的温度下吹氧时, 碳先优于铬、钒氧化。



温度对冶炼操作的影响
合适的温度是熔池中所有炼钢反应的首要条件,所以温度会对冶炼操作产生直接的

影响。 转炉的开新炉操作,要求快速升温以烧结炉衬,如果操作不当,升温缓慢,不仅冶炼 时间长,严重时会因炉衬崩裂而影响冶炼操作的正常进行;转炉吹炼过程中,由于元素氧化 放热,会导致炉内升温过快而影响脱磷操作,如果加入大量的冷却剂降温,又易造成喷溅。 电弧炉冶炼时, 温度的控制贯穿于整个熔炼期, 但氧化末期扒渣温度的控制尤为重要。 由于还原期渣面平静, 弧光外露使熔池升温不易且代价颇高, 所以扒渣温度的高低决定了还 原期的温度。如果还原期温度过高,易导致钢液脱氧不良、白渣不稳定且容易变黄,而且炉 渣稀、钢液吸气严重;同时,炉衬侵蚀加剧,既影响炉龄又容易增加外来及杂物。温度太低 时,炉渣流动性差,钢、渣间的脱氧、脱硫等物化反应不能正常进行,钢中的夹杂物不易上 浮;同时,为了把温度调整到出钢温度,必须将造成还原期大功率送电,而还原期后升温不 仅会使熔池温度不均匀,即上层温度高,下层温度低,而且会严重损坏炉墙、炉盖,并延长 冶炼时间。 在真空精炼过程中,如果钢水温度过高,在低压条件下,耐火材料中氧化物的稳定性 减弱,炉衬极易受钢液和炉渣侵蚀,从而影响精炼操作。



出钢温度的确定

无论哪一种炼钢方法、 采用何种冶炼工艺, 其温度控制的任务之一是保证冶炼结束时 钢液的温度达到钢种要求的温度。而出钢温度的高低,取决于钢的熔点、浇注所需的过热度 及出钢和浇注过程中钢液的温度降低值: T出=t熔+△t过热+△t降



熔池温度的测量

冶炼过程中,应适测量熔池温度并进行相应的调整,使之满足炉内反应的需要。因此, 准确测量熔池的温度是进行温度控制的必要条件。 测量熔池温度的方法很多,大致可分为仪表测温和目测估温两大类。

九 终点温度的控制
控制终点温度的办法是加入一定数量的冷却剂, 消耗吹炼中产生的富余热量, 使得吹炼 过程达到终点时钢液的温度正好达到出钢要求的温度范围。 终点钢水温度主要根据以下原则确定: (1)所炼钢种的凝固温度。而凝固温度是根据钢种的化学成分而定。 (2)合适的浇注温度。 一般要求开浇温度应高出钢种凝固温度 50~100℃, 小炉子偏上限, 大炉子偏下限。 (3)出钢过程中、钢水在盛钢桶内镇静直至浇注时钢水的降温数。这些数值主要是根据 各厂的生产条件和经验确定的。一般讲与出钢时间、镇能时间、盛钢捅的大小和新旧 程度及烘烤温度等因素有关。 (4)所浇钢锭锭型的大小。若浇小钢锭,出钢温度要偏高些。 (5)浇注方法。模注或连铸,上注或下注,出钢温度都有不同。

总结 对于转炉炼钢工艺来说,温度就是生命,温度不仅是炼钢过程的基 础,更是获得良好铸坏质量的基础。转炉炼钢系统温度控制水平的高 低关系到钢铁钢铁料的消耗、合金料消耗、耐火材料消耗等多项指标 的好坏,直接决定炼钢成本的高低。低温均衡有效的系统温度控制对 保证生产顺行、提高产品质量具有重大意义。

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参考文献 郑金星主编,王振光,王庆春主编,炼钢工艺及设备,北京:冶金工业出版社,2011 刘根来主编,炼钢原理与工艺,北京:冶金工业出版社,2008 王庆义主编,冶金技术概论,北京:冶金工业出版社,2006 王庆春主编,冶金通用机械与冶金设备,北京:冶金工业出版社,2004 冯聚和主编,炼钢设计原理,北京:化学工业出版社,2005 郑金星主编,转炉炼钢工,北京:化学工业出版社,2010 张芳主编,转炉炼钢 500 问,北京:化学工业出版社,2010 雷亚,杨治立,任正德主编,北京:冶金工业出版社,2010 陈家祥主编,钢铁冶金学,北京:冶金工业出版社,2007 李光强,朱诚意,钢铁冶金的环保与节能,北京:冶金工业出版社,2010 王令福主编,炼钢设备及车间设计,北京:冶金工业出版社,2007 张承武主编,炼钢学,北京:冶金工业出版社,1991 高泽平主编,炼钢工艺学,北京:冶金工业出版社,2008 张岩,张红文主编,氧气转炉炼钢工艺及设备,北京:化学工业出版社,2008 徐文摄主编,转炉炼钢学,冶金工业出版社,1988


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