6、转炉炼钢工艺I.pptx

1炼钢任务：炼钢任务：1、杂质、杂质(P、S等等)元素、有害气体及夹杂物的去除；元素、有害气体及夹杂物的去除；2、多余元素、多余元素(C等等)的氧化；的氧化；3、调整成分、调整温度，到达所炼钢种的要求；、调整成分、调整温度，到达所炼钢种的要求；获得合格钢坯或钢锭。获得合格钢坯或钢锭。P148149:四脱、二去、二调整四脱、二去、二调整23第一节第一节 氧气顶吹转炉炼钢工艺简介氧气顶吹转炉炼钢工艺简介一一.一炉钢的冶炼过程一炉钢的冶炼过程转炉一炉钢的冶炼过程包括：装料吹炼供氧、造渣脱氧与合金化出钢溅渣护炉和倒渣几个阶段。一炉钢的吹氧时间通常为1218min，冶炼周期为2540min。4氧气顶吹转炉炼钢工艺简介二二.一炉钢冶炼过程中的一炉钢冶炼过程中的金属金属、炉渣炉渣成分成分和和温度温度的变化的变化Si、Mn:吹炼的前1/31/4时间，硅、锰迅速氧化到很低的含量。碱性渣操作时，硅氧化较彻底，锰在吹炼后期有上升现象；C:在硅、锰氧化的同时，碳也被氧化。当硅、锰氧化基本结束后，随着熔池温度升高，碳的氧化速度迅速提高。碳含量0.15%以后，脱碳速度又趋下降；56氧气顶吹转炉炼钢工艺简介P:在开吹后不久，随着硅的降低，磷被大量氧化，但在吹炼中后期磷的下降速度趋缓慢，甚至有上升现象；S:硫在开吹后下降不明显，吹炼后期去除速度加快。Fe:铁的氧化主要取决于供氧情况。依据：氧势图。元素氧化顺序：T 1530：C、Si、V、Mn、P、Fe7氧气顶吹转炉炼钢工艺简介炉渣变化：熔渣成分与钢中元素氧化、成渣情况有关。渣中CaO含量、碱度随冶炼时间延长逐渐提高，中期提高速度稍慢；渣中氧化铁(FeO)含量前后期较高，中期随脱碳速度提高而降低；渣中SiO2、MnO、P2O5含量取决于钢中Si、Mn、P氧化的数量和熔渣中其它组成含量的变化。8氧气顶吹转炉炼钢工艺简介温度变化：吹炼过程中金属升温大致分三阶段：第一阶段升温速度很快，第二阶段升温速度趋于缓慢，第三阶段升温速度又加快。出钢温度约出钢温度约16501680。根据熔体成分和温度的变化，吹炼过程可分为三期：硅锰氧化期吹炼前期、碳氧化期吹炼中期、碳氧化末期吹炼末期。9第二节第二节 转炉炼钢装入制度转炉炼钢装入制度装入制度是指一个炉役期一个炉役期中装入量的安排。装入制度有三种：定量装入定量装入、定深装入定深装入和分阶段定量装入分阶段定量装入法。分阶段定量装入法兼有前两者的优点，是生产中最常见的装入制度。转炉炼钢的装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量(多数厂是先加废钢)，它是决定转炉产量、炉龄及其它技术经济指标的重要因素之一。在转炉炉役期的不同时期，有不同的合理装入量。对于公称容量一定的转炉，金属装入变化量在一定范围内。1011转炉炼钢装入制度转炉公称容量有三种表示方法：1.平均炉金属料铁水和废钢装入量；平均炉金属料铁水和废钢装入量；2.平均炉产良锭坯量；平均炉产良锭坯量；3.平均炉产钢水量。平均炉产钢水量。这三种表示方法因出发点不同各有特点，均被采用，其中以炉产钢水量使用较多。平均炉金属料铁水和废钢装入量便于作物料平衡和热平衡计算。12装入量中铁水和废钢配比是根据热平衡计算确定的。通常，铁水配比为7090%，其值取决于铁水温度和铁水温度和成分、炉容量、冶炼钢种、原材料质量和操作水平成分、炉容量、冶炼钢种、原材料质量和操作水平等。在确定装入量时，必须考虑以下因素：1.要保证适宜的炉容比要保证适宜的炉容比炉容比炉容比：指转炉内自由空间的容积容积V与金属装入量金属装入量(t)之比(V/t,m3/t)。它通常波动在0.831.0，它与铁水成分、冷却剂类型、铁水成分、冷却剂类型、氧枪喷头结构和供氧强度氧枪喷头结构和供氧强度等因素有关，应视具体情况加以确定。13厂名厂名 太钢二太钢二炼炼 首钢首钢三炼三炼 攀钢攀钢 本钢本钢二炼二炼 鞍钢鞍钢三炼三炼 首钢首钢二炼二炼 宝钢宝钢一炼一炼 吨位吨位/t 5080120120150210300炉容比炉容比/m3.t-1 0.970.840.900.910.860.971.0514转炉炼钢装入制度2.要有适宜的熔池深度要有适宜的熔池深度适宜的熔池深度应大于顶枪氧气射流对熔池的最大穿透深度一定尺寸，以保证生产平安、炉底寿命和冶炼效果。P195表10-33.应与钢包容量、浇铸吊车起重能力、转炉倾动应与钢包容量、浇铸吊车起重能力、转炉倾动力矩大小、铸机拉速及模铸锭重等相适应力矩大小、铸机拉速及模铸锭重等相适应。15第三节第三节 转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度一一.氧射流及其对熔池的相互作用氧射流及其对熔池的相互作用1.氧射流氧射流顶部氧射流是转炉炼钢最重要的供氧渠道。顶氧射流是通过水冷氧枪将高压高压、高纯高纯的氧气从出口马赫数M远大于1(1.92.1)的喷头中喷出的超音超音速射流。速射流。16因氧气是可压缩流体，当高压、低速氧气流经过拉瓦尔(Laval)管收缩段时，氧速提高。在到达音速时假设继续缩小管径，氧速并不再提高，只会造成氧气密度大；此时要继续提高氧速，只能增大管径，使其产生产生绝热膨胀绝热膨胀，氧压降低，密度减小。当氧压降至与外压相等时，可获得超音速氧流，将压力能转变为动力能。17由氧气的流动方程可知：查可压缩流函数表当出口氧压与进口氧压之比P出出/P00.1%时，它们优先在金属-气体界面上氧化，此时氧由气相内部向金属外表gM的传质是反响过程的限制环节。28在上述条件下一次反响区主要是直接氧化反响：一次反响区主要是直接氧化反响：C+1/2O2=CO(3-3)CO+1/2O2=CO2 (3-4)Si+1/2O2=SiO(3-5)SiO+1/2O2=(SiO2)(3-6)Mn+1/2O2=(MnO)(3-7)Mn+1/2O2=(MnO)(3-8)P+1/2O2=PO(3-9)2PO+3/2O2=(P2O5)(3-10)Fe+1/2O2 =(FeO)(3-11)反响3-4是在靠近溶体外表的层流区进行，反响3-11的开展程度取决于C、Si、Mn的浓度。29转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度在一次反响区以外的二次反响区，主要是间在一次反响区以外的二次反响区，主要是间接氧化接氧化；Fe+1/2O2 =(FeO)(FeO)=O+FeCCOCOCO2Si+O(SiO2)Mn(MnO)P(P2O5)间接氧化是炼钢的主要的氧化反响。间接氧化是炼钢的主要的氧化反响。(FeO)是氧的传递者。是氧的传递者。30转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度元素的氧化顺序取决于化学反响自由能变化的比值元素的氧化顺序取决于化学反响自由能变化的比值;还与该元素在钢中的浓度及其氧化物在渣中或气相还与该元素在钢中的浓度及其氧化物在渣中或气相中浓度有关中浓度有关;而与元素的外表活性关系不大。而与元素的外表活性关系不大。LD的传氧机理的传氧机理:是以间接氧化为主。是以间接氧化为主。31转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度C-O反响速度：转炉炼钢C-O反响消耗O270%，贯穿于炼钢过程的始终。有效控制C-O反响是冶炼的关键。32前期前期：脱碳速度Vc=-dC/dt=K1t,(由慢到快，最后达最大值t_吹炼时间；K1_不是常数不是常数，决定与Si含量、熔池温度和供氧强度等因素；33转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度中期中期C-O剧烈反响：Vc=-dC/dt=K2 ,(保持最高水平，几乎为定值，保持最高水平，几乎为定值，Vc最大最大可达可达0.3%0.5%C/min)K2_由氧流量由氧流量Fo决定的常数决定的常数，K2=Fok2；末期：末期：Vc=-dC/dt=K3C,(随随C的减少不断下降的减少不断下降)K3由供氧强度和枪位所决定的常数。由供氧强度和枪位所决定的常数。当碳含量降低到一定程度时，碳的扩散速度减小，当碳含量降低到一定程度时，碳的扩散速度减小，成为反响的控制环节。成为反响的控制环节。34降低降低35转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度二二.乳化和泡沫现象乳化和泡沫现象由于氧射流对熔池的强烈冲击和C-O反响产物CO气泡的沸腾作用，使熔池上部金属、熔渣和气体三金属、熔渣和气体三相剧烈混合相剧烈混合，形成了转炉内兴旺的乳化和泡沫状态。这是氧射流与熔池的物理和化学共同作用的结果这是氧射流与熔池的物理和化学共同作用的结果。3637氧气顶吹转炉内氧气顶吹转炉内co气泡可能气泡可能 形成地点形成地点示意图示意图 1氧射流作用区氧射流作用区;2一炉渣一炉渣-金属界面金属界面;3一金属一金属-炉渣炉渣-气体气体乳浊液乳浊液;4一炉底和炉壁的粗一炉底和炉壁的粗糙糙 外表外表;5沸腾熔池中的气泡沸腾熔池中的气泡外表外表 co金属液金属液炉渣炉渣co325138转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度冶金中准确的乳化概念冶金中准确的乳化概念:金属液滴或气泡弥散在炉渣中。、假设液滴或气泡量较小而且在炉渣中可以假设液滴或气泡量较小而且在炉渣中可以 ，则该现象则该现象叫渣渣-钢、渣钢、渣-气乳化或渣气乳化或渣-钢钢-气乳化气乳化；渣-钢乳化是冲击坑上沿流动的钢液被射流撕裂成金属滴所造成的。、假设炉渣中仅有气泡，而且数量多或气泡大，假设炉渣中仅有气泡，而且数量多或气泡大，使气泡无法使气泡无法 ，则该现象，则该现象叫炉渣泡沫化炉渣泡沫化。可见，炉渣泡沫化是渣气乳化体系的一种特例。炉渣泡沫化是渣气乳化体系的一种特例。由于渣滴或气泡也能进入到金属溶体中，因此由于渣滴或气泡也能进入到金属溶体中，因此转炉转炉中还存在金属溶体中的乳化体系。中还存在金属溶体中的乳化体系。3940转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度金属小液滴形成由下述关系所决定金属小液滴形成由下述关系所决定：1如果在相界面上液滴的惯性力大于外表力和浮力的总和时，在金属液层上缘形成液滴；2形成液滴所需要的力是由流动钢液的动能转化而来。在液滴脱离点力的关系为：有关公式推导略。现代转炉炼钢KpKa+Kgcos式中式中Kp_钢液惯性力钢液惯性力;Ka _界面力界面力;Kg_重力重力;_液面方向与重力方向的夹角。液面方向与重力方向的夹角。41在氧气顶吹熔炼中钢液滴乳化作用原理在氧气顶吹熔炼中钢液滴乳化作用原理图图(a)一液滴生成示意图一液滴生成示意图；(b)一在液滴一在液滴 脱离点上的惯性脱离点上的惯性力力Kp、重力重力Kgcos和界面力和界面力K间的平衡间的平衡42转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度关于弥散液滴数量的研究很多，雾化液滴在50kg/t的数值是有可能的。对230tLD转炉乳化液取样分析，其中金属液滴比例很大：吹炼时间min6710121517金属液滴比例%458040703060可见，吹炼时金属和炉渣紧密相混，仅把冲击坑外表看成氧气-金属接触面是不适宜的。434445转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度设淹没条件下球形液滴直径为设淹没条件下球形液滴直径为0.1mm，进入射流的金，进入射流的金属量为吹入氧气质量的属量为吹入氧气质量的3倍，则吹入倍，则吹入1m3氧气产生气氧气产生气-液接触比外表积可通过金属液滴的平均尺寸和进入流液接触比外表积可通过金属液滴的平均尺寸和进入流股的液体数量来估算。股的液体数量来估算。在认为金属液滴平均值径波动在0.011.0mm范围内，设淹没条件S为：S=n=：一个液滴的平均外表积；n：为液滴个数；：液滴平均直径；：1m3氧气中金属液滴总质量；46转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度上述估算能得出比外表积的数量级。如吨钢耗氧为：5056m3/t，则：乳化金属液滴的比外表积为：18502072m2/t。以100t转炉为例，凹坑体积约为凹坑体积约为10L，外表积约为外表积约为0.1m2，而反响区内液滴的总外表积却超过反响区内液滴的总外表积却超过1m2，至少比凹坑外表积大一个数量级。由此可见，氧气顶吹转炉炼钢过程中形成的渣渣-金金-气气乳化液和泡沫渣乳化液和泡沫渣所产生的巨大比外表积巨大比外表积是高反响速高反响速率的原因所在率的原因所在。4748结论结论：氧射流与熔池的相互作用产生如下结果氧射流与熔池的相互作用产生如下结果:1).形成冲击区及凹坑；2).形成三相乳化液；3).局部氧流形成反射流股.转炉的传氧载体有转炉的传氧载体有：1)炉渣(以(FeO)为主为主)；2)金属液滴；3)乳化相；4)铁矿石(少量).氧化反响方式：氧化反响方式：元素-O2、元素-O、元素-(FeO)49炼钢过程中，碳氧反响不仅完成脱碳任务，还有炼钢过程中，碳氧反响不仅完成脱碳任务，还有 以以下作用下作用:1)加大钢加大钢-渣界面，加速物理化学反响的进行渣界面，加速物理化学反响的进行;2)搅动熔池，均匀成分和温度；搅动熔池，均匀成分和温度；3)有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出；有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出；4)有利于熔渣的形成；有利于熔渣的形成；5)放热升温；放热升温；6)爆发性的碳氧反响会造成喷溅。爆发性的碳氧反响会造成喷溅。50三三.供氧参数供氧参数供氧：是指如何最合理地向熔池供给氧气，创造供氧：是指如何最合理地向熔池供给氧气，创造炉内良好的物理化学条件，完成吹炼任务。炉内良好的物理化学条件，完成吹炼任务。供氧制度：是指根据生产条件确定恰当的供氧强供氧制度：是指根据生产条件确定恰当的供氧强度，选择和确定喷头结构、类型和尺寸，制定度，选择和确定喷头结构、类型和尺寸，制定 合合理的氧枪操作方法。理的氧枪操作方法。当氧枪的结构、类型和尺寸确定后，吹炼过程中当氧枪的结构、类型和尺寸确定后，吹炼过程中能调节的供氧参数是枪能调节的供氧参数是枪 位和工作氧压。位和工作氧压。51转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度1.供氧压力供氧压力供氧压力应保证使射流出口速度到达超音速，并使喷头出口处氧压稍高于炉膛内炉气压力，对于三孔喷头来说，供氧压力p0可按经验公式确定：氧气温度，K；Q氧气流量，m3/min；d临喷头喉口直径，mm。目前，大型转炉的供氧压力通常为大型转炉的供氧压力通常为0.81.2Mpa。52供氧制度中规定的工作氧供氧制度中规定的工作氧压是指测定点的压力压是指测定点的压力(并并非喷头出口压力或喷头非喷头出口压力或喷头前压力前压力)或称为使用压力或称为使用压力P P用用。测定点位于软管前的输氧测定点位于软管前的输氧管上，与喷头前有一定管上，与喷头前有一定的距离的距离(如下图如下图)_P出出_p0设计工况氧压又称理论计算氧压，它是指喷头进口处的氧气压强，设计工况氧压又称理论计算氧压，它是指喷头进口处的氧气压强，它近似等于滞止氧压它近似等于滞止氧压(绝对压力绝对压力)。喷嘴前的氧压用。喷嘴前的氧压用p0表示。表示。53转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度2.氧气流量和供氧强度氧气流量和供氧强度氧气流量指单位时间内向熔池的供氧量，供氧强度指单位时间内每吨金属的供氧量。这里，氧气流量=54转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度供氧强度=目前，多数转炉的供氧强度控制在2.54.5m3/(t.min)。依据：炉子大小、炉容比。55炉容量It 55 80 90 250 300(厂名)(威远钢厂)(太钢二炼钢)(涟钢(宝钢二炼钢)(宝钢一炼钢Ilm3(t.min)-l 4.3 4.1 4.2 3.33 3.78 56转炉炼钢供氧制度转炉炼钢供氧制度四四.供氧操作供氧操作供氧操作是指调节氧压或者枪位，到达调节氧气流量、喷头出口气流压力及射流与熔池的相互作用程度，以控制化学反响进程的操作。供氧操作分为恒压变枪恒压变枪、恒抢变压恒抢变压和分阶段恒压变分阶段恒压变枪枪几种方法。在国内，多采用分阶段恒压变枪操作法。5758对熔池的物理对熔池的物理作用作用 对熔池的化学对熔池的化学作用作用 调调节节 枪枪位位 枪枪位位 冲击冲击面积面积 冲击冲击深度深度 脱磷、脱硫、脱碳脱磷、脱硫、脱碳 化化 渣渣 喷喷 溅溅 过过高高 过大过大 过浅过浅 提高脱磷、脱硫速度。提高脱磷、脱硫速度。脱脱 化渣快，能促化渣快，能促进进 渣中渣中(FeO)多，易多，易 降降低低 碳速度低碳速度低 脱磷、脱磷、脱硫脱硫 引起喷引起喷溅溅 枪枪位位 过过低低 过小过小 过深过深 影响脱磷、脱硫速度。影响脱磷、脱硫速度。搅搅 化渣慢，影响化渣慢，影响早早 氧气流股对熔池氧气流股对熔池冲击冲击 提提高高 动好，供氧足，脱碳动好，供氧足，脱碳速度高速度高 期脱磷、脱硫期脱磷、脱硫 力过大，易引起力过大，易引起喷溅喷溅 枪枪位位 59思考题1.转炉是通过哪些手段完成冶炼一炉钢的冶炼任务?说明在冶炼周期内五大元素和温度的变化规律.2.什么是氧射流(特征)?它对转炉炼钢有哪些重要作用(物、化等)?分析LD冶炼周期短的内在原因.3.重要概念:炉容比、乳化现象、一次反响区、供氧强度.4.什么是硬吹和软吹?枪位对LD冶炼(搅拌及冲击面积、反响速度、温度、炉渣氧化性等)有何影响?9、静夜四无邻，荒居旧业贫。5月-235月-23Wednesday,May31,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。23:08:5323:08:5323:085/31/202311:08:53PM11、以我独沈久，愧君相见频。5月-2323:08:5323:08May-2331-May-2312、故人江海别，几度隔山川。23:08:5423:08:5423:08Wednesday,May31,202313、乍见翻疑梦，相悲各问年。5月-235月-2323:08:5423:08:54May31,202314、他乡生白发，旧国见青山。31五月202311:08:54下午23:08:545月-2315、比不了得就不比，得不到的就不要。五月2311:08下午5月-2323:08May31,202316、行动出成果，工作出财富。2023/5/3123:08:5423:08:5431May202317、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。11:08:54下午11:08下午23:08:545月-239、没有失败，只有暂时停止成功！。5月-235月-23Wednesday,May31,202310、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。23:08:5423:08:5423:085/31/202311:08:54PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。5月-2323:08:5423:08May-2331-May-2312、世间成事，不求其绝对圆满，留一份缺乏，可得无限完美。23:08:5423:08:5423:08Wednesday,May31,202313、不知香积寺，数里入云峰。5月-235月-2323:08:5423:08:54May31,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。31五月202311:08:54下午23:08:545月-2315、楚塞三湘接，荆门九派通。五月2311:08下午5月-2323:08May31,202316、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/5/3123:08:5423:08:5431May202317、空山新雨后，天气晚来秋。11:08:54下午11:08下午23:08:545月-239、杨柳散和风，青山澹吾虑。5月-235月-23Wednesday,May31,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。23:08:5423:08:5423:085/31/202311:08:54PM11、越是没有本领的就越加自命非凡。5月-2323:08:5423:08May-2331-May-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。23:08:5423:08:5423:08Wednesday,May31,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。5月-235月-2323:08:5423:08:54May31,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。31五月202311:08:54下午23:08:545月-2315、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。五月2311:08下午5月-2323:08May31,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023/5/3123:08:5423:08:5431May202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。11:08:54下午11:08下午23:08:545月-23MOMODA 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