转炉冶炼工艺讲义q.ppt

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1、转炉冶炼工艺,氧气顶吹转炉的炼钢工艺过程，也就是冶炼采用五大制度的过程。,装入制度,供氧制度,造渣制度,温度制度,终点控制及脱氧合金化制度,在讲几大制度之前我们首先要了解：,炼钢即炼渣 氧化渣过稠，会使钢、渣间反应减慢，流渣困难，对去磷与脱碳反应均不利。氧化渣过稀，不仅对去磷不利，而且钢液难于升温，炉衬侵蚀加剧。 如何判断渣样？ 好的氧化渣还应是泡沫状，流出炉门时呈鱼鳞状，冷却后的断面有蜂窝状的小孔，这样的炉渣碱度合适，氧化性强，流动性好，夹杂物易被炉渣吸附，气体易排出，且有利于加热熔池和保护炉衬。氧化渣一般为黑色，有金属光泽，断口致密，在空气中不会自行破裂。 不好的氧化渣取出渣样观察，炉渣表

2、面粗糙呈浅棕色，表明渣中FeO太低，高碳钢易出现这种情况，在操作上应作重补加矿石和铁皮。当炉渣表面呈黑亮色，且粘附的样杆上的渣很薄，表明渣中FeO含量很高，一般低碳易出现这种情况，操作上应重补加石灰。如果炉渣断面光滑甚至呈玻璃状，说明碱度低，也应补加石灰。,一炉钢的吹炼过程,（一）炼钢的基本任务： 1、脱碳； 2、去除P、S及杂质； 3、去除气体及夹杂； 4、保证合适的出钢温度； 5、脱氧和合金化。,1、碳是决定钢强度的主要元素，各钢种根据性能要求的不同决定成品碳含量不同，C主要以碳化物（Fe3C）形式存在于钢中，同时碳含量是区分工业纯铁、钢、生铁的标准（国家标准规定：碳含量2%为钢和生铁的分

3、界点，小于0.0218%的为工业纯铁）；其次脱碳的目的还是为了升温。 2、磷在钢中以Fe3P或Fe2P形式存在，使钢的塑性、韧性降低，尤其在低温状态下使钢的性能下降，易造成“冷脆”。 硫在钢中以FeS形式存在，硫含量高的钢会产生“热脆”。钢水凝固时，FeS和Fe形成低熔点共晶体（985），因此硫含量高的钢在热轧温度下（800-1200）低熔点共晶体熔化，轧制时产生裂纹。,任务目的：,3、氮在钢中以氮化物（Fe4N)的形式存在，氮含量高的钢长时间放置，性能将变脆，这一现象称为“老化”和“时效”；钢中氮含量高时，易出现“蓝脆”现象。 氢会引起钢材以下缺陷：发裂引起“氢脆”现象、白点等。 4、合适的

4、出钢温度是保证精炼过程、连铸连续浇铸过程的首要前提条件。 5、氧含量高，连铸坯会产生皮下气泡等缺陷。,（二）吹炼过程,一炉钢的吹炼过程分为：前期、中期和后期,碳氧反应趋势图,脱碳速度,1、吹炼前期（硅锰氧化期） 吹炼前期的任务：早化渣、化好渣、均匀升温，及早形成具有一定R、FeO、MgO含量，有适当流动性的初期渣。 Si氧化反应如下： Si+O2=(SiO2) Si+2O=( SiO2) Si+2(FeO)=( SiO2)+2Fe Si氧化的特点：(1)最初被氧化；(2)完全、彻底；(3)强放热反应。 提示： A、铁水含Si量较高时（0.60%），开吹枪位应比正常枪位稍低，并且头批料的加入量要

5、增加，等化开渣温度上来后，要及时提枪，减缓CO反应速度。目的：(1)减少渣中FeO（铁水Si高，化渣容易）；(2)控制好前期温度不能过高。 B、根据前期溢渣情况判断前期渣碱度和温度（渣子稀碱度低、渣子亮温度高，反之温度低），相应调整渣料。,Mn的氧化反应如下： Mn+O2=(MnO) Mn+O=(MnO) Mn+(FeO)=(MnO)+Fe Mn氧化的特点：(1)最初被大量氧化；(2)不完全彻底（残锰是铁水锰的40%）；(3)放热反应。 提示： 铁水Mn含量较高对冶炼有益，可以促进初期渣早化，改善熔渣流动性，利于脱S和提高炉衬寿命等（及时减少铁矾土用量）。 FeS+(MnO)=(FeO)+(M

6、nS) 要求：铁水中Mn/Si比值为0.81.0，目前我公司铁水一炼铁Si含量0.60%，Mn含量0.40%，Mn/Si比值为0.67左右；二炼铁Si含量0.30%，Mn含量0.30%，Mn/Si比值为1.0左右。 因铁水Mn含量高，对化渣，去S都利，一炼钢的脱S能力在30%左右，二炼钢的脱S能力在20%左右。,2、吹炼中期（碳的剧烈氧化期） 这个阶段的主要任务是控制碳的氧化反应均衡进行，在脱碳的同时去除P和S。 CO反应过程不仅是脱碳的过程，同时还包含其它作用：加速物理化学反应；搅拌溶池均匀温度和成分；有利于夹杂物的上浮和有害气体的排出；放热升温等。 提示：在碳激烈氧化期，(FeO)含量往往

7、较低，容易出现炉渣“返干”现象，因此，操作的关键主要是温度的控制和枪位的控制（这两点在后面的供氧制度和温度制度中再详细讲解），现在不详细讲了。,3、吹炼后期（终点控制） 终点的任务是在拉碳的同时确保钢水中C、P、S、温度以及炉渣氧化性、流动性都要符合出钢要求（同样有一个合适的枪位很重要，在后面终点控制中详讲）。,一、装入制度 转炉的装入制度，包括装入量、废钢比及装料顺序。,这样一炉钢的吹炼过程已经简单给大家说了一下.在这里提醒大家一下，要炼好一炉钢必须抓住各阶段的关键，精心操作。 下面我们把冶炼过程中的几大制度，分别与大家一块学习一下： 思考题：炼钢的基本任务是什么？,（一）确定装入量的依据

8、1、要有合适的炉容比 目前，40吨转炉的炉容29 m3 ，炉容比约为0.83 m3/t（35吨装入量）40吨装入量炉容比为0.73m3/t ；120吨转炉的炉内容积为67.5m3，炉容比约为1.04m3/t， 120吨装入量炉容比为0.75m3/t因此，现在遇到铁水温度高（1260）和铁水含Si量较高时（0.60%），容易出现较大溢渣现象，这也是我们要解决的难题之一。,在2008年初40吨，2011年6月份120吨，装入量比现在要少5吨、25吨，虽然前期热量较为富余，但是没有出现大的喷溅和溢渣因此说明，合适的炉容比还是比较关键的。,2、装入量出现大的波动，控制好炉底深度 提示：装入量减少10吨

9、左右时，要及时调整氧压，以免造成炉底吃损严重。,3、装入量及新钢包要配合好 新包小装入量放不完钢。 提示：新包、往里供钢炉次，应及时联系适当减少装入量3吨左右。 （二）装入制度的类型 转炉装入制度有：定量装入制度、定深装入制度和分阶段定量装入制度（我厂采取的是定量装入制度，开新炉第一炉除外，因为整个炉役炉膛控制都比较稳定） （三）装入顺序 我们采取的是先加废钢后兑铁水 这样能够降低兑铁时铁水对渣面的冲击，保护渣面。 有利于开吹打火避免吃枪。 提示：（1）建议加废钢要采取低位加入的方式，这样也避免钢坯等重型废钢冲击渣面而造成对炉衬的损坏；(2)补渣面后第一炉，要尽量避免测液面，以防铁水冲塌补炉料

10、。 思考题：1、什么是分阶段定量装入？有何优点？ 2、什么是转炉的炉容比？影响炉容比的因素有 哪些？,二、供氧制度,（一）氧枪喷嘴的类型 氧枪有喷嘴（喷头）和枪身两部分组成。目前所用的氧枪喷嘴都是拉瓦尔管型结构（拉瓦尔管就是收缩-扩张型，能够产生超音速气流的喷嘴）。 40吨转炉的喷嘴，夹角10o，喉口直径32mm4；120吨转炉夹角11.5o，喉口直径34.4mm4；5#转炉（公称吨位80吨）。,供氧制度的内容包括确定合理的氧枪喷嘴结构、供氧强度、氧压和枪位操作。,（二）供氧操作 目前供氧操作类型用的是变压变枪操作，主要目的是减少前期溢渣，降低钢铁料消耗。 开吹、过程、终点枪位的控制 A、开吹

11、枪位控制 开吹枪位的确定原则是早化渣、多去P。,(1)铁水成分。铁水中Si含量高，0.50%0.60%之间，当铁水Si0.60%情况下，（前面已经讲过，不再重复）。 铁水中Mn含量较为稳定，一般0.30%左右，加上温度控制较低，对去S有利，只有30%左右，但从Mn含量考虑枪位应稍低些。 铁水中P含量，比较稳定，一般在0.120%，S含量在0.050%以下，因此不用考虑。 (2)铁水温度。铁水温度偏低时（T1200），第一批料可适当减少，采用低枪位操作，开吹1.5分钟后再加另一半，这样有利于温度的提升和化渣；铁水温度高时（T1270），开吹枪位可稍高，以防提温过快，同时第一批料可适当多加。 (3

12、)渣料。石灰粉末多时，化渣速度较快，枪为可稍低些；石灰生烧、过烧较多时，枪位稍高，成渣困难。,影响开吹枪位的因素,提示： (1)降枪操作时一助手必须全神贯注盯住氧枪标尺箭头的运行，一旦箭头停止，立即停止动枪，这样就不会出现氧枪钢绳脱槽事故。（40吨、120吨转炉各出现过此事故）。 (2)开吹打不着火时，将枪位比正常开吹枪位稍提高2030cm，20秒后还打不着火，要立刻提枪摇炉倒渣后，再开氧打火。注意摇炉前应当检查枪头是否吃漏及漏点大小后方可摇炉倒渣、打火。渣子要尽量多倒些，打火时间不能过长，造成表面炉渣温度过高，一旦打着容易造成爆喷或吃枪事故。造成打不着火的原因主要有：、留渣较多，、渣钢较多，

13、渣土较多。,B、过程枪位的控制 过程枪位控制的原则是均匀升温，化好渣。 怎样才能满足这两个要求，必须要做到加料数量及时机与枪位调整配合好，要做到这两点不但要有操作经验，而且要精心观察炉口火焰。 提示：(1)过程枪位偏高时，炉口火焰发软无力，容易化渣，时间较长，温度升高后，易造成大喷，因此吊枪时间要适中，渣子化好后及时降枪（有时后期出现小喷现象，也是由于枪位偏高造成的，应当及时采取降低枪位处理）。(2)过程枪位偏低时，炉口火焰冲，有渣粒溅出，炉内伴有“吱啦、吱啦”的声响，表明“返干”现象比较严重，有时还造成粘枪、吃枪事故。出现以上两种情况，抓紧组织下炉测量液面。,C、终点枪位的控制 主要目的是均

14、匀钢水成份和温度，稳定火焰，便于终点的判断，同时降低渣中TFe的含量，保证溅渣效果。 由于过程枪位控制不当或过程渣较差，导致终点枪位不能及时的按要求控制，因此，要控制好终点枪位，必须保证冶炼中期的效果。 提示：在拉碳前1.5分钟，就应当逐渐压枪，也不要压的过急，幅度过大，可以30秒压一次，分3次压到最低枪位（保证最后压枪时间30秒）。 思考题：1、什么是供氧强度，确定供氧强度的依据是什么？ 2、转炉炼钢中氧枪枪位对熔池搅动、渣中TFe含量、熔池温度有什么影响？,三、 造渣制度,造渣制度就是要确定合适的造渣方法、渣量的加入数量和时间以及如何加速成渣。 转炉炼钢造渣的目的是：去除P、S，减少喷溅，

15、保护炉衬，减少终点氧含量。 （一）造渣方法 根据铁水成份及冶炼钢种来确定造渣方法。造渣方法有单渣法、双渣法、留渣法。 1、单渣操作 单渣法是指冶炼过程只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到终点。 当铁水Si、P、S含量较低或者钢种对P、S要求不是太低的，一般都采用单渣操作，脱P效率在90%左右，脱S效率在20%左右。,2、双渣操作 双渣法是在冶炼过程中倒出一部分或全部熔渣，然后加入渣料重新造渣。 当铁水Si、P、S含量较高（Si1.20%、P0.30%、S0.07%），其中有一种元素含量高，都可以采用双渣操作。 提示： (1)当铁水Si高或P高，应在头批料基本熔化后（也就是吹炼至4分钟左右），倒

16、出炉渣比较合适。目的是因为渣量大，防止喷溅，再就是前期渣碱度较低，含有较高的（P2O5）、（SiO2）氧化物，可以倒掉一部分（P2O5）、（SiO2）氧化物，才能使去P效果明显。 2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaOP2O5)+5Fe 放热 (2)当铁水S高时，可在拉碳前3分钟，倒掉部分熔渣，或者采取高拉补吹方法（实际高拉补吹也是一种变相的双渣操作）。,3、留渣操作 留渣操作就是将上炉终点熔渣的一部分或全部留给下炉使用。 留渣操作有利于去除P、S（初期渣碱度高），保护炉衬，节省石灰。 提示：留渣操作易造成打火困难或者过程控制不当造成大喷。,（二）渣料加入量的确定 1、石灰加入量的确定

17、石灰加入量是根据铁水Si、P含量及炉渣碱度来确定。 铁水P含量（P 0.30%）时，不考虑。 废钢中Si含量高时，应计算补加石灰量。 采用烧结矿冷却时，应根据烧结矿加入量及成份补加石灰。 铁水P含量大于0.30%时，可按下式： 石灰加入量(kg/t) =(2.14铁水Si+2.29铁水P)/CaO有效R1000,3、高镁灰或镁球加入量的确定 A、高镁灰或镁球或的加入目的 给熔渣提供足够数量的MgO，减轻熔渣对炉衬的侵蚀。 因为初期渣的矿物组成中有许多是含MgO的硅酸盐，而炉衬是由MgO系耐火材料砌筑的。我厂终点渣中MgO含量一般为8%10%。 B、高镁灰或镁球的加入量（按公式计算加入） C、高

18、镁灰或镁球的加入时间（应尽早加入，保证初期渣中MgO含量，减少炉衬侵蚀，加速炉渣熔化）。,（三）炉渣的形成 1、成渣过程 开吹后（前期），铁水中Fe、Si、Mn、P等元素氧化生成FeO、SiO2、MnO和P2O5等氧化物进入熔渣，这些氧化物相互作用生成许多化合物，大部分是硅酸盐，加入渣料后，又生成许多新的化合物。初期渣中化合物的熔点越低，成渣速度越快。因此，为达到早化渣的目的，采取一些有效的措施。 中期炉温较高，CO反应激烈，FeO含量较低，易出现“返干”现象。 吹炼的后期，碳的激烈氧化期已过，FeO含量升高，渣中的熔点的矿物增多，熔渣流动性好，因此，终点拉碳时，要降低FeO含量。,2、加快石

19、灰熔化的途径 A、石灰在熔渣中的渣化 开吹后，各元素的氧化物FeO、SiO2、MnO、Fe2O3等形成熔渣，这些氧化物从石灰表面向其内部渗透，并在高温下与CaO作用，生成一些低熔点的化合物，石灰就是这样逐渐被渣化的。 B、影响石灰渣化的因素 渣中FeO含量的高低；温度。 C、加快石灰渣化的途径 改进石灰质量；适当增加助熔剂的用量；提高前期温度；适当提高枪位；采用合成渣可以促进熔渣的快速形成。,（四）渣料加入时间 根据铁水成分、温度来确定加料数量和时间。渣料的加入数量和加入时间对化渣速度及过程控制有直接影响 提示：当铁水温度较低（小于1220度，废钢没有及时调整）第一批料不要加的太早，比正常加料

20、拖后1分钟左右。目的是减少大量FeO的产生，避免一旦温度上来后产生大喷。 （五）渣量计算 用Mn或P的平衡计算渣量（从渣料及炉衬中的来源很少，可忽略不计）。 通过计算，渣量约占装入量的12%。 思考题：1、石灰加入量如何确定？ 2、渣料的加入批量和时间应怎样考虑，为什么？,四、温度制度,温度制度主要是指过程温度控制和终点温度控制。 （一）热量来源与热量支出 1、热量来源主要时铁水的物理热和化学热。 物理热是指铁水带入的热量；化学热是指铁水中各元素氧化放出的热量。 在氧气顶吹转炉中，C只有10%15%完全燃烧生成CO2，C元素氧化是炼钢的主要热源，其次是Si、Mn、P元素。 2、炼钢的热平衡 为

21、了准确的控制转炉吹炼过程的温度，满足化渣和出钢温度的要求之外，富余多少热量，需要加入多少冷却剂？这需要热平衡计算才能得出（我们现在几乎是凭经验进行控制）。,（二）出钢温度的确定 终点钢水温度主要依据以下原则确定： 所炼钢种的凝固温度即液相线温度； 合适的浇注温度； 出钢后钢水的温降数值（时间、钢包状况、出钢时的情况等）； 浇注方式； 钢水是否进精炼处理。,（三）温度控制 温度控制就是确定冷却剂加入数量和时间。 1、影响终点温度的因素 影响终点温度的因素很多，必须综合考虑，再确定冷却剂的加入数量（一般情况下，结合上炉的温度情况，进行适当调整）。 A、铁水成份（我们只考虑硅数，C、P比较稳定不考虑

22、） B、铁水温度（铁水温度每升高10，终点温度提高6） C、铁水装入量 铁水装入量的变化，均使其物理热和化学热有所变化。 D、炉龄 开新炉前几十炉，终点温度受一定影响，应比正常放钢温度偏高些。,E、终点碳含量 碳是转炉炼钢重要的热元素，根据经验，终点碳在0.20%0.10%之间，每降低0.01%，升温2.5；含碳在0.08%以下时，提温主要靠氧化铁升温。 F、炉与炉的间隔时间 间隔时间在10min以内，可不调整冷却剂用量，超10min适当减少冷却剂用量，补炉时根据补炉料用量来考虑。 G、枪位 采用低枪位操作，炉内化学反应加快，单位时间内放出的热量增加，热损失相应减少（在化渣正常，不“返干”，不

23、喷溅的情况下）。 H、喷溅 喷溅会增加热损失，因此，对喷溅严重的炉次，要注意温度的控制。 I、石灰用量 石灰的冷却效应与废钢相近，因此，在铁水Si、P无变化时，要增加石灰用量，要相应减少冷却剂的用量。,2、各种冷却剂的冷却效应 在一定条件下，加入1kg冷却剂所消耗的热量，就是冷却剂的冷却效应。 应清楚掌握常用冷却剂的冷却效应换算值（表）： 3、确定冷却剂用量的经验数据（表）。 4、吹炼过程温度控制 目前我公司铁水条件还不错铁水成份（Si、P、S）都不算太高，因此，吹炼过程的温度控制原则是：均匀升温，根据终点温度的要求，确定冷却剂的加入总量。 提示：尽量避免在拉碳前或放钢时加入烧结矿，特别是大批

24、量的加入（因烧结矿含有大量氧气、水分）。 思考题：1、吹炼过程中怎样控制和调整熔池温度？ 2、影响终点温度的因素有哪些？,五、终点控制,终点控制主要是指终点温度和成份的控制。 （一）终点的标志 转炉兑入铁水后，通过供氧、造渣操作，经过一系列的物理化学反应，钢水达到了所炼钢种成份和温度要求的时刻，我们称之为“终点”。 具体标志:(1)钢中碳含量达到所炼钢种的控制范围;(2)钢中P、S含量低于规格下限以下的一定范围;(3)出钢温度能保证顺利进行精炼、浇注。 因此，终点控制不当，会造成一系列的危害，例如：拉碳偏高或偏低、温度偏高或偏低、炉渣状况差等。,（二）终点控制方法 终点碳控制的方法有三种：一次

25、拉碳法、高拉补吹法和增碳法(现在我厂基本上是采用一次拉碳法或者叫一次补吹法)。 1、一次拉碳法 对终点控制要求较高，难度较大，碳和温度必须同时达到目标。 优点： 节奏快，提高转炉产能； Tfe含量低，钢水收得率高，对炉衬侵蚀小； 氧耗量减少； 余锰高，合金消耗少； 提高钢水的质量。,2、高拉补吹法 高拉补吹法一般用于中、高碳钢或对P、S要求较低的钢种。这种方法因拉碳时碳含量较高（0.20%以上），对终点火焰的判断不准确，有时导致多次补吹。 缺点： 冶炼周期长； 金属损失大； 对炉衬的冲刷较大。 3、增碳法 这种方法对终点控制比较容易，碳低火焰容易判断，终渣流动性好，有利于P的去除。,（三）人工

26、判断法 目前，我厂仍然是凭经验操作，人工判断终点。 1、碳的判断 A、看火焰（碳氧化燃烧，形成火焰） 炉口火焰的颜色、高度、形状，是熔池温度及单位时间内CO排出量的标志，是脱碳速度的标志。 在吹炼前期熔池温度较低，CO反应的少，炉口火焰短，颜色呈暗红色；中期生成大量CO，火焰白亮有力，长度增加；后期由于脱碳速度明显减慢，含碳降至0.20%以下后，炉口火焰收缩、发软、打晃，看起来火焰也稀薄。,生产中影响火焰判断的因素： 温度，T高，CO反应速度冲，火焰明亮有力，防止拉C偏低；T低，CO反应缓慢，火焰收缩，无力，防止拉C偏高。 炉龄（炉口），炉役前期炉膛小，氧气流股对熔池的搅拌力强，因炉口小时，火

27、焰显得有力，要防止拉碳偏低。 枪位和氧压 炉渣情况，炉渣化的好，气体排出有阻力，火焰发软；炉渣差，或者结砣，气体阻力小，火焰有力。 炉口渣结严重（炉口小）火焰显得冲，要防止拉碳偏低；反之偏高。 氧枪情况，氧枪喷嘴吃损严重，要防止拉碳偏低。 提示：在判断火焰时，要综合考虑，才能准确判断终点碳含量。,B、取样（看碳膜、碳花、结模） 看碳膜（终点C0.12%时才能看到）拨开渣子后，立即观察，碳膜覆盖面、厚度、呈现时间。覆盖面大、膜厚、呈现时间5秒，终点C较高，0.18%；终点C0.15%时，覆盖面小、膜薄、飘浮时间5秒。 看碳花 看结模 以上碳含量的判断，必须与钢水温度、加矿石情况等相结合来综合判断

28、，再就是样勺粘渣均匀，钢水有渣子覆盖等。,2、温度的判断 A、火焰判断 吹炼过程熔池温度高，火焰白亮而浓厚有力，火焰周围有白烟；温度低，火焰发红、无力。 温度高时，往往出现炉渣“返干”现象。 B、取样判断 取出钢样后，拨开渣子，样勺周围有青烟，钢水白亮，结膜时间长，说明钢水温度高；拨开渣子，钢水暗红色，混浊发粘，结膜时间短，温度低。 C、根据炉膛情况判断 倒炉时，可以观察炉膛情况判断炉温。钢水温度高，炉膛发亮，炉口有白烟；温度低，炉膛不那么白亮，甚至发红。 终点温度的确定，主要是以热电偶的测温数值为准，经验判断仅供参考。,（四）吹炼过程自动控制 1、副枪的作用 2、炉气分析动态控制 炉气分析系统包括炉气取样和分析系统，可在高温和有灰尘的条件下进行工作，并在极短的时间内分析出炉气的化学成分（如CO、CO2、N2、H2、O2等），该系统由具有自我清洁功能的测试头、气体处理装置和气体分析装置组成 思考题：1、什么是终点控制，终点的标志是什么？ 2、终点温度过高或过低如何调整？,谢谢大家！,