转炉炼钢工艺课件.ppt
朱朱荣荣炼钢工艺部分授课内容转炉炼钢工艺；转炉炼钢工艺；(4)铁水预处理工艺；铁水预处理工艺；(2)电炉炼钢工艺；电炉炼钢工艺；(4)钢水炉外精炼处理工艺。钢水炉外精炼处理工艺。(4)建筑是艺术之母，冶金是科学之父。建筑是艺术之母，冶金是科学之父。冶金工业是迁移不是灭亡。冶金工业是迁移不是灭亡。氧气转炉的种类：氧气转炉的种类：氧气顶吹转炉氧气顶吹转炉氧气底吹转炉氧气底吹转炉氧气侧吹转炉氧气侧吹转炉氧气顶底复合转炉氧气顶底复合转炉1、顶吹氧气转炉炼钢特点特点 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）；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除去）可以生产超纯净钢；除去）可以生产超纯净钢；有害成份（有害成份（S S、P P、N N、H H、O O）80PPm80PPm；冶炼成本低，耐火材料用量比平炉电炉用量低；冶炼成本低，耐火材料用量比平炉电炉用量低；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；设备少，平炉的设备少，平炉的2/32/3，比电炉多。，比电炉多。氧气射流及熔池搅拌氧气射流及熔池搅拌氧枪吹炼参数决定转炉的冶炼过及冶炼结果；氧枪吹炼参数决定转炉的冶炼过及冶炼结果；氧枪的心藏是氧枪喷头；氧枪的心藏是氧枪喷头；有关氧枪及氧枪喷头设计，在单元设计中阐述有关氧枪及氧枪喷头设计，在单元设计中阐述氧气射流属于气体动力学的范畴。氧气射流属于气体动力学的范畴。氧枪喷头的种类 直简型直简型 收缩型收缩型 拉瓦尔型拉瓦尔型 多孔拉瓦尔型。多孔拉瓦尔型。基本概念基本概念枪位枪位操作氧压操作氧压氧气流量氧气流量射流穿透深度射流穿透深度氧气射流对熔池的物理作用 转炉实际上是一个黑箱，对炉内的运动状态转炉实际上是一个黑箱，对炉内的运动状态是冷态实验的分析结果。是冷态实验的分析结果。氧流作用下熔池的循环运动，动量传递，氧氧流作用下熔池的循环运动，动量传递，氧压或氧速越高，凹坑越深，搅拌加剧。压或氧速越高，凹坑越深，搅拌加剧。操作俗语软软吹吹：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 。软吹与硬吹对熔池的影响软吹与硬吹对熔池的影响吹炼过程熔池变化吹炼过程炉渣及枪位吹炼过程炉渣及枪位冶炼过程渣、钢成份变化 氧气射流对熔池的化学作用直接氧化与间接氧化直接氧化与间接氧化 直直接接氧氧化化与与间间接接氧氧化化是是针针对对除除铁铁元元素素之之外的元素氧化的（即所谓的杂质）。外的元素氧化的（即所谓的杂质）。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化反应；反应；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。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，而而不不是是高高度度分分散散在熔池中。在熔池中。顶吹转炉的操作过程 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-熔熔池池升升温温-脱脱P P、SiSi 、MnMn-降枪脱碳。降枪脱碳。（看看炉炉口口的的火火，听听声声音音，看看渣渣中中稠稠不不稠稠）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）-倒倒炉炉-取样测温。取样测温。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%50%。（宝宝钢钢是是付付枪枪）根根据据分分析析取取样样结结果果-决决定定出出钢钢（或或补补吹吹）-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。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；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、接触热电偶、看炉口火焰、看钢液颜色、读秒表。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、红色顶吹氧气转炉吹炼过程的操作制度装料制度 装装 料料 是是 指指 装装 铁铁 水水 及及 废废 钢钢。装装 入入 量量 是是 由由 炉炉 容容 比比(V/T,mV/T,m3 3/t)/t)决决定定的的。装装入入量量过过大大，喷喷溅溅增增加加，冶冶炼炼时时间间延长。装入量小生产能力下降，通常炉容比为延长。装入量小生产能力下降，通常炉容比为0.7-1.050.7-1.05。定定量量装装入入优优点点：便便于于稳稳定定操操作作，自自动动控控制制，适适合合大大型型转转炉炉。一一定定的的物物料料量量。缺缺点点：前前期期熔熔池池深深，后后期期熔熔池池浅浅，氧枪不易控制。氧枪不易控制。定深装入定深装入优点优点：主要是熔池深度不变，氧枪操作稳定主要是熔池深度不变，氧枪操作稳定缺点：装入量变化，辅料也变。缺点：装入量变化，辅料也变。分分阶阶段段定定量量装装入入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。废钢量的确定废钢量的确定转炉炼钢不需要外来热源；转炉炼钢不需要外来热源；热量来源于：热量来源于：铁水物理热及元素氧化化学热。铁水物理热及元素氧化化学热。铁水及废钢的合理配比须根据炉子的热平衡计铁水及废钢的合理配比须根据炉子的热平衡计算确定。算确定。硅的作用硅的作用 优点：因发热量大，增大废钢加入量，一般铁水优点：因发热量大，增大废钢加入量，一般铁水中中SiSi增加增加0.1%0.1%，废钢比增大，废钢比增大1%1%。缺点：增大渣量，侵蚀炉衬一般控制在缺点：增大渣量，侵蚀炉衬一般控制在0.40.40.60.6以下。以下。供氧制度氧气流量大小氧气流量大小(Nm3/h)：装入量，C、Mn、Si的含量，由物料平衡计算得到，50-65Nm3/h。氧氧压压(Mpa)喷头的喉口及马赫数一定，P大，流量大,有一范围0.81.1Mpa。枪位，枪位，由冲击深度决定，1/3-1/2。供氧强度供氧强度(Nm3/t.min)决定冶炼时间，但太大，喷溅可能性增大，一般3.0-4.0。氧枪操作方式 氧枪操作就是调节氧压和枪位。氧枪操作就是调节氧压和枪位。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：压力控制不稳定，阀门控制不好；制不好；恒压变枪：压力不变，枪位变化。恒压变枪：压力不变，枪位变化。造渣制度炼钢就是炼渣。通过造渣，控制脱炼钢就是炼渣。通过造渣，控制脱P P。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,是是酸酸性渣，加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表性渣，加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表 J JK K（CaOCaO+1.35MgO-+1.35MgO-1.09SiO1.09SiO2 2+2.75FeO+1.9MnO-39.1+2.75FeO+1.9MnO-39.1）2CaO*SiO2CaO*SiO2 2，难熔渣，难熔渣，FeOFeO,MnOMnO,MgOMgO加加速速石石灰灰熔熔化化是是因因为为：降降低低炉炉渣渣粘度，破坏了粘度，破坏了2 2CaOCaO*SiO*SiO2 2的的存在存在 。加矿石，吹氧。加矿石，吹氧。成渣途径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，碳碳接接近近终点时，渣中铁才回升。终点时，渣中铁才回升。适用于低磷铁水、对炉衬寿命有好处。适用于低磷铁水、对炉衬寿命有好处。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，含量保持较高水平，碳接近终点时，渣中铁才下降。碳接近终点时，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ABCABC钙质成渣钙质成渣ADCADC铁质成渣铁质成渣白云石造渣白云石造渣提高渣中提高渣中MgO的含量，延长炉衬寿命；的含量，延长炉衬寿命；渣中饱和渣中饱和MgO的概念；的概念；一般根据冶炼情况，一般根据冶炼情况，MgO控制在控制在610。大喷溅选择逃跑路线选择逃跑路线喷溅的产生喷溅的产生 低低温温吹吹氧氧，氧氧位位较较高高，吹吹入入的的氧氧成成为为FeOFeO，而而C C反反应应较较慢慢当当温温度升高后度升高后 C-OC-O反应激烈；反应激烈；操作中防止喷溅的措施：操作中防止喷溅的措施：控制温度，不能一直高控制温度，不能一直高枪位操作。枪位操作。吹炼过程的温度控制升温升温降降枪枪、脱脱C、氧氧化化熔熔池池金金属属铁铁。金金属属收收到到率低；率低；降温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。终点成份控制终点成份控制的元素：终点成份控制的元素：Mn Si Mn Si P C SP C S；N H O N H O 的控制；的控制；合金的加入方式。合金的加入方式。脱C曲线及冶炼控制模型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，说明脱说明脱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枪枪 位位-28.5)10-28.5)10-3-3(试试验验数数据据)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/dtdt=K=K3 3%C%C脱碳速度与时间的关系脱碳速度与时间的关系顶吹转炉的自动控制1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；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。2.控制方案静态控制模型动态控制模型全自动控制模型静态控制模型 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；静态控制的原理是：质量守恒；静态控制的原理是：质量守恒；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，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；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；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；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；用热收支方面进行分析定论。用热收支方面进行分析定论。动态模型控制 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。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。动动态态控控制制的的条条件件：点点测测的的条条件件,部部份份连连续续检检测测；控制主要项目：控制主要项目：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）；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应应当当采采取什么样修正的手段；取什么样修正的手段；控制轨道修正手段控制轨道修正手段1 1、温度、碳合适，按、温度、碳合适，按原轨道控制；原轨道控制；2 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；3 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；计算机系统控制过程完
