[精选]炼钢用原材料(炼钢工艺学)19659.pptx

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1、第三章 炼钢用原材料和耐火材料 主要内容3.1 炼钢用原材料3.2 炼钢用耐火材料钢的分类 按化学成分分类 按是否加入合金元素可钢分为把碳素钢和合金钢两大类。碳素钢根据碳含量的高低又可分成低碳钢（C0.25%）中碳钢(0.25%C0.60%)和高碳钢(C0.60%)合金钢根据钢中合金元素含量的多少，又可分为低合金钢，中合金钢和高合金钢。一般合金元素总含量小于3%的为普通低合金钢，总含量为3%5%的为低合金钢，大于10%的叫高合金钢，总含量介于5%10%之间为中合金钢。按冶炼方法和质量水平分类按炼钢炉设备不同可分为转炉钢、电炉钢、平炉钢。其中电炉钢包括电弧炉钢、感应炉钢、电渣钢、电子束熔炼及有关

2、的真空熔炼钢等。按脱氧程度不同可分为沸腾钢（不经脱氧或微弱脱氧）、镇静钢（脱氧充分）和半镇静钢（脱氧不完全，介于镇静钢和沸腾钢之间）。按质量水平不同可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。按用途分类 分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。结构钢是目前生产最多、使用最广的钢种，它包括碳素结构钢和合金结构钢，主要用于制造机器和结构的零件及建筑工程用的金属结构等。合金结构钢根据化学成分（主要指含碳量）热处理工艺和用途的不同，又可分为渗碳钢、调质钢和氮化钢。工具钢包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。特殊性能钢指的是具有特殊化学性能或力学性能的钢，如轴承钢、不锈钢、弹簧钢、高温合金钢等。3.1 炼钢用原材料

3、金属料铁水（或生铁块）废钢铁合金非金属料（辅助材料）造渣材料石灰（活性石灰）萤石白云石合成造渣材料氧化剂氧气铁矿石氧化铁皮冷却剂还原剂和增碳剂石墨电极木炭焦炭电石硅铁、硅钙等废钢铁矿石氧化铁皮石灰石金属料铁水（生铁）铁水是转炉炼钢的基本原料。铁水的成分和温度是否适当和稳定，对简化和稳定转炉操作并获得良好的技术经济指标十分重要。温度 12001300,且稳定。硅 硅是重要的发热元素。对大中型转炉，用废钢作冷却剂时，铁水含硅量以0.50.8%为宜。用矿石冷却时，由于矿石带入SiO2，铁水含硅量应适当降低。铁水含硅量过高、过低对冶炼有什么影响？硫 顶吹氧气转炉单渣法操作的去硫率很少超过40%，吹炼低

4、硫钢的铁水，要求含硫0.015甚至更低。转炉用铁水的含锰量未作规定，铁水含Mn高，对化渣和延长炉龄有作用。金属料废 钢 废钢是电弧炉炼钢的基本原料，用量约占钢铁料的7090%。氧气转炉用铁水炼钢时，由于热量富裕，可以加入多达30%的废钢，作为调整吹炼温度的冷却剂。废钢入炉前应仔细检查，严防混入封闭器皿、爆炸物和毒品，注意防止混入铅、锌、锡、铜等有色金属。尽量减少废钢带入的泥砂、耐火材料和炉渣等。合金钢的废料应按所含的合金元素仔细分组后分别保管。对外形尺寸和单重过大的废钢，应预先进行解体和切割，对轻薄料应打包或压块。铁矿石在较低温度下还原得到的海绵铁代替废钢作为电炉炼钢原料是一个趋势。金属料铁合

5、金 锰铁、硅铁、铬铁、硅锰合金、硅钙合金、硅锰铝合金，以及铝、锰、镍、钴等金属用于炼钢生产的脱氧和合金化。同一合金的不同牌号中，合金元素含量越高，碳、磷等杂质含量越低，价格越高。按所炼钢种选用适当的牌号，可以降低钢的成本。铁合金必须按其成分仔细分类并加工成一定块度后使用，使钢的成分均匀和减少烧损。使用前还必须进行烘烤，以减少带入钢中的气体。熔点较低和易氧化的合金，如钒铁、钛铁、铌铁、硼铁、硅钙、铝和稀土金属等可在低温下(1001500)烘烤。熔点高和不易氧化的合金，如硅铁、铬铁、钨铁、钼铁等在高温下(800)烘烤。含氢高的金属如电解镍、电解锰等应进行退火。造渣材料石灰 碱性炼钢方法基本的造渣材

6、料。它由石灰石煅烧而成，来源广，价廉，有相当强的脱磷和脱硫能力，不危害炉衬。要求CaO含量高，SiO2和S的含量尽可能低。终渣碱度为3.0时，石灰中SiO2含量增加l%，有效CaO含量将减少约3%。石灰含硫量高，去硫能力低，有可能增硫。炼低硫的钢种，对右灰的含硫量应有严格要求。石灰的灼减大，表明生烧率高，而且不稳定，会使炉子热效率显著降低，使造渣、温度控制和终点控制发生困难。应将灼减控制在适当的范围内(4-7)。u 块度对石灰的熔解速度有重要影响，以540毫米为宜。块度过大，熔解很慢，不能及时而充分地起作用。过于细小的石灰粒易被废气带走。造渣材料石灰p 石灰容易吸水粉化，变成Ca(OH)2。应

7、尽量使用新烧的石灰，采用密闭的容器贮存和运输。这对电炉钢厂尤为重要。p 石灰的气孔率越大、体积密度越小和晶粒越细，则石灰在吹炼过程中熔解越快。采用“活性”来衡量石灰与炉渣的反应能力，即石灰在炉渣中熔解速度的指标。石灰在水中的溶解速度，即石灰的“水活性”，可以近似地反映石灰在炉渣中的熔解速度。石灰在水中溶解快，则在炉渣中熔解也快；反之亦然。延伸知识 石灰石煅烧 生烧石灰 硬烧石灰 软烧石灰煅烧温度过低或煅烧时间过短、含有较多未分解的CaCO3的石灰将煅烧温度过高或煅烧时间过长而获得的晶粒大、气孔率低和体积密度大的石灰将煅烧温度在1100 左右而获得的晶粒小、气孔率高(约40)、体积密度小(约1.

8、6gcm3)反应能力高的石灰石灰石煅烧 石灰石在煅烧过程中的分解反应为：CaCO3CaO+C02 CaCO3的分解温度为880910。石灰石煅烧温度高于其分解温度越多，石灰石分解越快，生产率越高。l 煅烧温度越高，烧成的CaO的晶粒长大也越快，难以获得细晶石灰。同样，分解出的CaO在煅烧的高温区停留的时间越长，晶粒也长得越大。因此，要获得细晶石灰，CaO在高温区停留的时间应该短。l 相反，煅烧温度过低，石灰块核心部分的CaCO3来不及分解而使生烧率增大。因此，煅烧温度一般控制在10501150 的范围。l 烧成石灰的晶粒大小也决定着石灰的气孔率和体积密度，随着细小晶粒的合并长大，细小孔隙也随着

9、减少。造渣材料萤石 萤石是普遍应用的熔剂，其主要成分为CaF2。熔点很低(约930)。能使CaO和阻碍石灰熔解的2CaOSiO2外壳的熔点显著降低，而且作用迅速。因而能加速石灰的熔解，迅速改善碱性炉渣的流动性。转炉炼钢要求快速化渣，萤石成为必备的材料。但大量使用萤石会增加喷溅，加剧对炉衬的浸蚀。电炉炼钢用的萤石，使用前应经过烘烤。萤石供应不足和价格贵，寻求其代用品的研究很活跃。我国许多转炉钢厂使用铁矾土和氧化铁皮作为萤石的代用品。但它们的助熔速度比萤石慢，而且消耗的热量比萤石多。也有个别工厂采用锰矿作辅助熔剂，但因来源有限，应用不普遍。造渣材料白云石 白云石的主要成分CaCO3.MgCO3。经

10、焙烧可成为轻烧白云石，其主要成分为CaO.MgO。加入一定量白云石代替部分石灰，增加渣料中MgO含量，可以减少炉衬中的MgO向炉渣中转移，而且还能促进前期化渣，减少萤石用量和稠化终渣，减轻炉渣对炉衬的浸蚀，延长炉衬寿命。溅渣护炉操作时，通过加入适量的生白云石或轻烧白云石保持渣中的MgO含量达到饱和或过饱和，使终渣能够做黏，出钢后达到溅渣的要求。造渣材料合成渣 合成造渣材料的基本原理是将石灰和熔剂预先在炉外制备成低熔点的造渣材料，即把石灰块的造渣过程部分地、甚至全部地移到炉外进行。合成造渣材料加入炉内，能加速成渣过程，提高炼钢的技术经济指标。无论是单一地加入FexOy、CaF2、MnO或是将两种

11、以上熔剂加入石灰制成的合成造渣材料，都能加速成渣、脱磷和脱硫，提高金属收得率、降低渣料消耗和延长炉龄。使用高碱度烧结矿或球团矿，可以显著改善成渣过程。特别是高碱度球团矿，它的块度，强度、化学成分及稳定性都很好，并可由高炉的球团车间供应，是有一定前途的合成造渣材料。其缺点是要吸收大量热量，影响废钢用量。氧化剂 1.氧气 由氧气厂供应，用管道输送。吹氧炼钢时钢中的含氮量与氧气的纯度有密切关系。一般要求氧气的纯度应98%O2。冶炼含氮量低的钢种时，应99.5%O2。氧气应脱除水分。氧气的使用压力一般为0.61.2MPa。由于炼钢是周期性用氧，必须有贮氧装置。考虑到输氧过程中的压力损失，一般将氧气加压

12、到2.53.0MPa贮存。2.铁矿石、氧化铁皮 使用一定量的铁矿石，可改善脱磷条件。作为氧化剂而使用的铁矿石，要求含铁高，Si02、磷和水分要少，使用前要加热。氧化铁皮可代替部分铁矿石，但氧化铁皮潮湿，油污较多，使用前必须烘烤。冷却剂 除废钢外，转炉炼钢常用的冷却剂有：1.富铁矿、团矿、烧结矿、球团矿、氧化铁皮利用它们所含的FeXOY氧化金属中的杂质时要吸收大量的热。这部分炼铁原料可以直接炼成钢，并且利用了其中的氧；与废钢比较，加入时可以不用装料机或吊车，不必倒炉停吹；同时又是助熔剂，有利于化渣。缺点是带入的脉石使石灰的消耗量和渣量增大；一次加入矿石过多时会产生严重喷溅。要求含铁量高，Si02

13、和硫的含量少，成分和块度稳定(氧化铁皮不要求块度)，干燥。冷却剂 2.石灰石 缺乏废钢和富铁矿等冷却剂的转炉钢厂，可试用石灰石作冷却剂。CaCO2分解时要大量吸热。比加入铁矿石和氧化铁皮时喷溅少，在去除磷硫程度相同的情况下渣中(Fe)要低些。其主要缺点是比加废钢冷却时的金属损失多，又没有加铁矿石冷却时的铁的收益，钢铁料消耗较高。还原剂和增碳剂 电弧炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极，木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝等。它们的粒度应0.5毫米，使用前要烘烤。氧气转炉用增碳法冶炼中、高碳钢种时，一般用含灰分很少的石油焦增碳。3.2 炼钢用耐火材料 耐火材料的分类 耐火材料的使用性能（理化指标）钢

14、铁生产常用的耐火材料 耐火材料一般生产工艺流程 耐火材料的要求、损毁机理及选用原则喷射混合料：喷补用制造工艺及形 态烧成砖：成型砖坯经烧制而成定形耐火材料耐火泥浆：砌砖时用料，成分同砌砖不定形耐火材料不烧成砖：高压成形熔铸砖：配料在电炉中熔化后注入铸模制成绝热耐火砖：有耐火和绝热性能耐火纤维：可作绝热材料可塑料：作喷浆、捣结用固体散装料：捣结用耐火涂层材料：涂于耐火材料表面 耐 火 度普通耐火材料：15801770高级耐火材料：17702000特殊耐火材料：2000按耐火制品性质分类 化 学 特 性酸性耐火材料：以SiO2质为主中性耐火材料：以 Al2O3、Cr2O3和碳质为主碱性耐火材料：以

15、CaO、MgO质为主按化学性质分类耐火材料使用性能（理化指标）凡是耐火度高于1580，能在一定程度上抵抗温度骤变、炉渣侵蚀和承受高温荷重作用的无机非金属材料，称为耐火材料。耐火度荷重软化点耐急冷急热性（抗热震性）常温耐压强度抗蠕变性能导热性钢铁生产常用的耐火材料 硅酸铝质材料v 如粘土砖、高铝砖、半硅砖、刚玉砖等。v 这类材质以氧化铝和氧化硅为基本化学组成，通常根据制品中氧化铝和氧化硅含量进行分类：当氧化铝极低，而氧化硅大于93时，为硅质制品如硅砖；而氧化铝含量高于90时则为刚玉材料，常见的热电偶保护管即是此类材料的制品；氧化铝含量为1530的是半硅砖，很多天然材料属此类，它虽没有很高的耐火度

16、，但热稳定性和抗渣性好；氧化铝量再高为粘土质；氧化铝含量超过48的称为高铝质。钢铁生产常用的耐火材料硅质材料硅砖在600以上具有极好的高温性能，但在低温时，由于晶型转化伴随着体积的巨大变化而崩裂，因而在600以下抗震性能极差，使用受到限制。使用硅砖代替高铝砖砌筑热风炉拱顶和上部格子砖。硅砖有高的荷重软化温度，还有高的抗蠕变性能。价格低，它含SiO2在95以上，但仍有一定抗CaO和FeO等的渣化能力。钢铁生产常用的耐火材料 镁质材料v 镁砖含氧化镁8590，有极高的耐火度（2000），属碱性材料，是炼钢生产不可缺少的耐火材料。v 抗热震性能差，易剥蚀。v 加入CaCO3和Al2O3等方法来改善其

17、性能。v 当今转炉寿命的延长，主要是使用高纯和高碳含量的材料（镁碳砖），以提高其耐侵蚀性能。钢铁生产常用的耐火材料绝热材料依靠空气不能流动的微孔起绝热作用。体积密度小，导热系数低(小于0.30W/mK）；用来降低砌体热量损失，减少燃料消耗。这种材料有砖、散状料和毡。高铝纤维毡体积密度为 320kgm3，长期使用温度为 1200，1000以下导热系数为 0.09W/mK左右。钢铁生产常用的耐火材料 碳与碳化硅材料v 耐高温（特别是碳），有良好的导热性、体积稳定性和抗渣性。o 碳砖的最大缺点是在氧化性气氛中会产生强烈氧化，所以应在还原性气氛或保护气氛里使用，主要用于砌筑高炉炉底和炉体。o 碳化硅材

18、料造价昂贵，主要用于某些特殊热设备上，如电阻炉的发热体等。v 在高炉炉身中下部位使用碳砖，对高炉寿命的延长，获得良好效果。耐火材料一般生产工艺流程耐火材料的品种和质量取决于耐火材料的原料和其生产工艺。块状烧成耐火制品的一般生产工艺流程如下：原料的加工配料混练成型干燥烧成拣选成品。硬质耐火粘土、软质粘土、菱镁矿、高铝矾土、硅线石族矿物、白云矿、铬铁矿等 耐 火 原 料 天然 人工合成海水镁砂、烧结刚玉、合成莫来石、碳化硅等原料来源 耐火材料生产工艺流程耐火材料的要求 冶金炉窑种类繁多，结构也很复杂，耐火材料的选择和应用有很大差别。冶金炉窑对耐火材料有下列要求：能承受高温作用，而不软化，不熔化；能

19、承受高温荷重作用，不丧失结构强度，不发生变 形和坍塌；有好的体积稳定性，在高温下不发生过大的体积膨胀和收缩，重烧线变化小；能抵抗温度急剧变化；能抵抗高温熔体的化学侵蚀和物理冲刷作用；外形尺寸规整，公差小。耐火材料的损毁机理渣蚀作用由于熔渣和金属液或含尘腐蚀性气体的物理化学作用而引起的侵蚀。炼钢转炉和电炉渣线区域主要是由于渣蚀，而成为损毁最严重的部位，并决定着炉衬的寿命。温度剧烈变化作用温度波动大，产生很大的内应力，造成砖砌体开裂、剥落，严重时变形或坍塌倾倒。如炼钢转炉、电弧炉，熔炼期最高炉温可达12501650，而放渣和出钢后，炉内温度急剧降至600800，造成耐火材料内应力大，产生崩裂、剥落

20、而损毁。气相的沉积作用生产过程中会产生CO分解和铅、锌及碱金属氧化挥发，并在耐火材料气孔及砌缝内沉积，造成砖砌体龟裂、变形和化学侵蚀。耐火材料在服役中损毁的机理o 机械冲击和磨损作用炉窑内物料的运动，对炉衬产生很大的机械冲击和严重的磨蚀作用，破坏性非常大。o 单纯熔融作用耐火材料在高温热负荷作用下，往往发生重烧线变化，造成砌筑体失稳。有时操作温度过高，还会造成局部软化甚至熔融形成熔滴，导致砌体坍塌。v 转炉炉衬耐火材料的损毁原因o 机械冲击和磨损；o 耐材的高温溶解；o 高温溶液渗透；o 高温下气体挥发；耐火材料选用的原则 选用耐火材料时，一般应遵循下列原则：n 掌握炉窑特点 根据炉窑的构造、

21、各部位工作特性、耐火材料损毁的原因及运行条件，选用耐火材料。如各种熔炼炉渣线及以下部位的炉衬及炉底，以受渣和金属熔体的化学侵蚀为主，其次才是温度骤变所引起的热应力作用，一般选用抗渣性优良的镁质、镍铬质耐火砖砌筑。渣线以上部位可选用镁铝砖或镁铬砖或高铝砖砌筑。u 熟悉耐火材料的特性 充分发挥耐火材料的优良特性，尽量避开其缺点。如硅砖荷重软化温度高，能抵抗酸性炉渣的侵蚀，但在600以下发生晶型向晶型的快速转变，耐热震性很差，而在600以上使用时耐热震性较好，高温下只会膨胀不发生体积收缩。耐火材料选用的原则保证炉窑的整体寿命 炉子各部位所用各种耐火材料之间合理配合，保证各部位的均衡损耗。采取合理技术措施下达到均衡损耗，保证炉子整体使用寿命实现综合经济效益合理 对耐火材料的质量、来源与价格、使用寿命与消耗以及对产品质量的影响，综合分析，力求做到综合经济效益合理。电炉：绝热材料(石棉板、轻质粘土砖)，用于炉底、炉壁；镁质耐火材料（镁砂、镁砖），作炉衬材料；铝镁砖、高铝砖，用于砌筑炉盖。转炉：白云石质或镁质材料，用于砌筑炉衬。作业：1、炉渣的主要来源有哪些？它在炼钢中起什么作用？2、针对不同钢种，分类方法有哪些？3、炼钢对炉渣的化学成分及物理性质有什么要求？4、炼钢对铁水、废钢、铁合金有什么要求？5、炼钢对造渣材料有什么要求？演讲完毕，谢谢观看！