3、轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝制度（上）.ppt

轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝制度 一 裝入制度二 供氧制度三 造渣制度四 石灰渣化機(jī)理五 造渣方法六 溫度制度七 終點控制八 脫氧及合金化 一 裝料制度 1 裝料次序?qū)κ褂脧U鋼的轉(zhuǎn)爐 一般先裝廢鋼后裝鐵水 先加潔凈的輕廢鋼 再加入中型和重型廢鋼 以保護(hù)爐襯不被大塊廢鋼撞傷 而且過重的廢鋼最好在兌鐵水后裝入 為了防止?fàn)t襯過分急冷 裝完廢鋼后 應(yīng)立即兌入鐵水 爐役末期 以及廢鋼裝入量比較多的轉(zhuǎn)爐也可以先兌鐵水 后加廢鋼 2 裝入量裝入量指煉一爐鋼時鐵水和廢鋼的裝入數(shù)量 它是決定轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量 爐齡及其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主要因素之一 裝入量中鐵水和廢鋼配比是根據(jù)熱平衡計算確定 通常 鐵水配比為70 90 其值取決于鐵水溫度和成分 爐容比 冶煉鋼種 原材料質(zhì)量和操作水平等 確定裝入量時 考慮的因素 爐容比 它是指轉(zhuǎn)爐內(nèi)自由空間的容積與金屬裝入量之比 m3 t 通常在0 7 1 0波動 我國轉(zhuǎn)爐爐容比一般0 75 熔池深度 合適的熔池深度應(yīng)大于頂槍氧氣射流對熔池的最大穿透深度 以保證生產(chǎn)安全 爐底壽命和冶煉效果 爐子附屬設(shè)備 應(yīng)與鋼包容量 澆注吊車起重能力 轉(zhuǎn)爐傾動力矩大小 連鑄機(jī)的操作等相適應(yīng) 控制裝入量的方法 目前國內(nèi)采用三種即定量裝入量 定深裝入量和分階段定量裝入法 定量裝入量指整個爐役期間 保證金屬料裝入量不變 定深裝入量指整個爐役期間 隨著爐子容積的增大依次逐漸增大裝入量 保證每爐的金屬熔池深度不變 分階段定量裝入法指將整個爐按爐膛的擴(kuò)大程度劃分為若干階段 每個階段實行定量裝入法 分階段定量裝入法兼有兩者的優(yōu)點 是生產(chǎn)中最常見的裝入制度 目前 國內(nèi)的大中型轉(zhuǎn)爐均采用混鐵爐 轉(zhuǎn)爐容量的15 20倍 供應(yīng)鐵水 即高爐來的鐵水儲存在混鐵爐中 用時倒入鐵水罐天車兌入 解決高爐出鐵與轉(zhuǎn)爐用鐵不一致的矛盾 同時保證鐵水的溫度穩(wěn)定 成分波動小 廢鋼則是事先按計算值裝入料斗 用時天車加入 目前國內(nèi)各廠普遍采用濺渣護(hù)爐技術(shù) 因而多為先加廢鋼后兌鐵水 可避免兌鐵噴濺 但補爐后的第一爐鋼應(yīng)先加鐵水后兌加廢鋼 二 供氧制度 供氧制度的主要內(nèi)容包括確定合理的噴頭結(jié)構(gòu) 供氧強度 氧壓和槍位控制 供氧是保證雜質(zhì)去除速度 熔池升溫速度 造渣制度 控制噴濺去除鋼中氣體與夾雜物的關(guān)鍵操作 關(guān)系到終點的控制和爐襯的壽命 對一爐鋼冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)產(chǎn)生重要影響 1 氧槍 氧槍是轉(zhuǎn)爐供氧的主要設(shè)備 它是由噴頭 槍身和尾部結(jié)構(gòu)組成 噴頭是用導(dǎo)熱性良好的紫銅經(jīng)鍛造和切割加工而成 也有用壓力澆鑄而成的 噴頭的形狀有拉瓦爾型 直筒型和螺旋型等 目前應(yīng)用最多的是多孔的拉瓦爾型噴頭 拉瓦爾型噴頭是收縮 擴(kuò)張收縮型噴孔 當(dāng)出口氧壓與進(jìn)口氧壓之比p出 p0 0 528時形成超音速射流 拉瓦爾型噴孔示意圖 槍身 它由三層同心套管構(gòu)成 中心管道氧氣 中間管是冷卻水的進(jìn)水通道 外層管是出水通道 噴頭與中心套管焊接在一起 槍尾部 槍尾部接供氧管 進(jìn)水管和出水管 熔池的攪拌強度與射流的沖擊強度密切相關(guān) 氧射流的沖擊力大 硬吹 則射流的穿透深度大 沖擊面積小 對熔池攪拌強烈 反之軟吹 則射流的穿透深度小 沖擊面積大 對熔池攪拌弱 在氧射流的作用下 熔池將受到攪拌 產(chǎn)生環(huán)流 噴濺 振蕩等復(fù)雜運動 在不同的吹煉方式下 熔池的化學(xué)反應(yīng)所表現(xiàn)形式也不同 硬吹時 載氧液滴大量進(jìn)入鋼中 碳氧反應(yīng)激烈 熔池氧化性較弱 軟吹時 則進(jìn)入鋼中氧少 熔渣氧化性提高 研究已表明 頂吹氧吹煉過程中 用于熔池攪拌的能量主要來自碳氧反應(yīng)產(chǎn)生是氣體 氧射流的貢獻(xiàn)并不大 即使其能量全部用于攪拌熔池 也僅僅是CO攪拌能的10 20 因此 頂吹轉(zhuǎn)爐的缺點之一就是吹煉前 末期攪拌不足 因為此時產(chǎn)生CO氣泡數(shù)量有限 在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉過程中 特別是吹煉過程劇化的開始階段 有時爐渣會起泡并從爐口溢出 這就是吹煉過程中發(fā)生的典型的乳化和泡沫現(xiàn)象 由于氧射流對熔池的強烈沖擊和CO氣泡的沸騰作用 使熔池上部金屬 熔渣和氣體三相劇烈混合 形成了轉(zhuǎn)爐內(nèi)發(fā)達(dá)的乳化和泡沫狀態(tài) 2 渣鋼乳化 轉(zhuǎn)爐內(nèi)的泡沫現(xiàn)象示意圖 1 氧槍 2 氣 鋼 渣乳化相 3 CO氣泡 4 金屬熔池 5 火點 6 金屬液滴 7 CO氣流 8 飛濺出的金屬液滴 9 煙塵 乳化是指金屬液滴或氣泡彌散在爐渣中 若液滴或氣泡數(shù)量較少而且在爐渣中自由運動 這種現(xiàn)象稱為渣鋼乳化或渣氣乳化 若爐渣中僅有氣泡 而且氣泡無法自由運動 這種現(xiàn)象稱爐渣泡沫化 由于渣滴或氣泡也能進(jìn)入到金屬熔體中 因此轉(zhuǎn)爐中還存在金屬熔體中的乳化體系 渣鋼乳化是沖擊坑上沿流動的鋼液被射流撕裂或金屬滴所造成的 通過對230tLD轉(zhuǎn)爐乳液取樣分析 發(fā)現(xiàn)其中金屬液滴比例很大 吹氧6 7min時占45 80 10 12min時占40 70 15 17min時占30 60 可見 吹煉時金屬和爐渣密切相混 研究表明 金屬液滴比金屬熔池的脫碳 脫磷 脫錳更有效 金屬液滴尺寸愈小 脫除量愈多 而金屬液滴的含硫量比金屬熔池的含硫量高 金屬液滴尺寸愈小 含硫量愈大 生產(chǎn)實踐表明 冶煉中期硬吹時 由于渣內(nèi)富有大量CO氣泡以及渣中氧化鐵被金屬液滴中的碳所還原 導(dǎo)致爐渣的液態(tài)部分消失而 返干 軟吹時 由于渣中 FeO 含量增加 并且氧化位 即Fe3 Fe2 升高 持續(xù)時間過長就會產(chǎn)生大量起泡沫的乳化液 乳化的金屬量非常大 生成大量氣體 容易發(fā)生大噴或溢渣 因此 必須正確調(diào)整槍位和供氧量 使乳化液中的金屬保持某一百分比 3 供氧參數(shù) 供氧壓力 保證射流出口速度達(dá)到超音速 并使噴頭出口處氧壓稍高于爐膛內(nèi)爐氣壓力 對三孔噴頭 供氧壓力可由下式經(jīng)驗計算 氧氣流量 指在單位時間內(nèi)向熔池供氧的數(shù)量 常用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積量度 其單位為m3 min或m3 h 氧氣流量是根據(jù)吹煉每噸金屬料所需要的氧氣量 金屬裝入量 供氧時間等因素決定 即 供氧強度 指在單位時間內(nèi)每噸鋼的氧耗量 它的單位是m3 t min 供氧強度的大小根據(jù)轉(zhuǎn)爐的公稱噸位 爐容比來確定 小型轉(zhuǎn)爐的供氧強度為2 5 4 5m3 t min 120t以上的轉(zhuǎn)爐一般為2 8 3 6m3 t min 4 供氧操作 供氧操作是指調(diào)節(jié)氧壓或槍位 達(dá)到調(diào)節(jié)氧氣流量 噴頭出口氣流壓力及射流與熔池的相互作用程度 以控制化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程的操作 供氧操作分為恒壓變槍 恒槍變壓和分階段恒壓變槍幾種方法 所謂槍位 是指氧槍噴頭端面距靜止液面的距離 常用H表示 單位是m 目前 一爐鋼吹煉中的氧槍操作有兩種類型 一種是恒壓變槍操作 一種是恒槍變壓操作 比較而言 恒壓變槍操作更為方便 準(zhǔn)確 安全 因而國內(nèi)鋼廠普遍采用 1 槍位的變化范圍和規(guī)律關(guān)于槍位的確定 目前的做法是經(jīng)驗公式計算 實踐中修正 一爐鋼冶煉中槍位的變化范圍可據(jù)經(jīng)驗公式確定 H 37 46 P D出式中P 供氧壓力 MPa D 噴頭的出口直徑 mm H 槍位 mm 2 槍位的調(diào)節(jié)生產(chǎn)條件千變?nèi)f化 因此具體操作中還應(yīng)根據(jù)實際情況對槍位進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié) 1 鐵水溫度 若遇鐵水溫度偏低 應(yīng)先壓槍提溫 而后再提槍化渣 以防渣中的 FeO 積聚引發(fā)大噴 即采用低 高 低槍位操作 2 鐵水成分 鐵水硅 磷高時 若采用雙渣操作 可先低槍位脫硅 磷 倒掉酸性渣 若單渣操作 由于石灰加入量大 應(yīng)較高槍位化渣 鐵水含錳高時 有利于化渣 槍位則可適當(dāng)?shù)托?3 裝入量變化 爐內(nèi)超裝時 熔池液面高 槍位應(yīng)相應(yīng)提高 否則 不僅化渣困難而且易燒壞氧槍 4 爐內(nèi)留渣 采用雙渣留渣法時 由于渣中 FeO 高 有利于石灰熔化 因此吹煉前期的槍位適當(dāng)?shù)托?以防渣中 FeO 過高引發(fā)泡沫噴濺 5 供氧壓力 高氧壓與低槍位的作用相同 故氧壓高時 槍位應(yīng)高些 6 后期提槍調(diào)渣控終點 吹煉后期 C O反應(yīng)已弱 產(chǎn)生噴濺的可能性不大 此時的基本任務(wù)是調(diào)好爐渣的氧化性和流動性繼續(xù)去除硫磷 并準(zhǔn)確控制終點碳 較低 因此槍位應(yīng)適當(dāng)高些 7 終點前點吹破壞泡沫渣 接近終點時 降槍點吹一下 均勻鋼液的成分和溫度 同時降低爐渣的氧化鐵含量并破壞泡沫渣 以提高金屬和合金的收得率 3 恒壓變槍操作的幾種模式 A高 低 高的六段式操作開吹槍位較高 及早形成初期渣 二批料加入后適時降槍 吹煉中期爐渣返干時又提槍化渣 吹煉后期先提槍化渣后降槍 終點拉碳出鋼 B高 低 高的五段式操作五段式操作的前期與六段式操作基本一致 熔渣返干時可加入適量助熔劑調(diào)整熔渣流動性 以縮短吹煉時間 三 造渣制度 造渣是轉(zhuǎn)爐煉鋼的一項重要操作 所謂造渣 是指通過控制入爐渣料的種類和數(shù)量 使?fàn)t渣具有某些性質(zhì) 以滿足熔池內(nèi)有關(guān)煉鋼反應(yīng)需要的工藝操作 造渣制度是確定合適的造渣方法 渣料的種類 渣料的加入數(shù)量和時間以及加速成渣的措施 由于轉(zhuǎn)爐冶煉時間短 必須快速成渣 才能滿足冶煉進(jìn)程和強化冶煉的要求 同時造渣對避免噴濺 減少金屬損失和提高爐襯壽命都有直接影響 1 成渣過程及造渣途徑 轉(zhuǎn)爐冶煉各期 都要求爐渣具有一定的堿度 合適的氧化性和流動性 適度的泡沫化 吹煉初期 要保持爐渣具有較高的氧化性 FeO 穩(wěn)定在25 30 以促進(jìn)石灰熔化 迅速提高爐渣堿度 盡量提高前期去磷去硫率和避免酸性渣侵蝕爐襯 吹煉中期 爐渣的氧化性不得過低 FeO 保持在10 16 以避免爐渣返干 吹煉末期 要保證去除P S所需的爐渣高堿度 同時控制好終渣氧化性 如冶煉 C 0 10 的鎮(zhèn)靜鋼 終渣 FeO 應(yīng)控制不大于15 20 冶煉沸騰鋼 終渣 FeO 應(yīng)不小于12 需避免終渣氧化性過弱或過強 爐渣粘度和泡沫化程度也應(yīng)滿足冶煉進(jìn)程需要 前期要防止?fàn)t渣過稀 中期渣粘度要適宜 末期渣要化透作黏 泡沫性爐渣應(yīng)盡早形成 并將其泡沫化程度控制在合適范圍 以達(dá)到噴濺少 拉碳準(zhǔn) 溫度合適 達(dá)到磷硫去除的最佳吹煉效果 2 轉(zhuǎn)爐成渣過程 吹煉初期 爐渣主要來自鐵水中Si Mn Fe的氧化產(chǎn)物 加入爐內(nèi)的石灰塊由于溫度低 表面形成冷凝外殼 造成熔化滯止期 對于塊度為40mm左右的石灰 渣殼熔化需數(shù)十秒 由于發(fā)生Si Mn Fe的氧化反應(yīng) 爐內(nèi)溫度升高 促進(jìn)了石灰熔化 這樣爐渣的堿度逐漸得到提高 吹煉中期 隨著爐溫的升高和石灰的進(jìn)一步熔化 同時脫碳反應(yīng)速度加快導(dǎo)致渣中 FeO 逐漸降低 使石灰融化速度有所減緩 但爐渣泡沫化程度則迅速提高 由于脫碳反應(yīng)消耗了渣中大量的 FeO 使化渣條件惡化 出現(xiàn)返干現(xiàn)象 吹煉末期 脫碳速度下降 渣中 FeO 再次升高 石灰繼續(xù)熔化并加快了熔化速度 同時 熔池中乳化和泡沫現(xiàn)象趨于減弱和消失 初期渣 主要礦物為鈣鎂橄欖石和玻璃體 SiO2 鈣鎂橄欖石是錳橄欖石 2MnO SiO2 鐵橄欖石 2FeO SiO2 和硅酸二鈣 2CaO SiO2 的混合晶體 當(dāng) MnO 高時 它是以2FeO SiO2和2MnO SiO2為主 通常玻璃體不超過7 8 渣中自由氧化物相 RO 很少 中期渣 石灰與鈣鎂橄欖石和玻璃體作用 生成CaO SiO2 3CaO 2SiO2 2CaO SiO2和3CaO SiO2等產(chǎn)物 其中最可能和最穩(wěn)定的是2CaO SiO2 其熔點為2130 末期渣 RO相急劇增加 生成的3CaO SiO2分解為2CaO SiO2和CaO 并有2CaO Fe2O3生成 吹煉過程熔池渣的變化 四 石灰渣化機(jī)理 煉鋼過程中成渣速度主要指的是石灰熔化速度 所謂的快速成渣主要指的是石灰快速熔解于渣中 吹煉初期 各元素的氧化產(chǎn)物FeO SiO2 MnO Fe2O3等形成了熔渣 加入的石灰塊就浸泡在初期渣中 初期渣中的氧化物從石灰表面向其內(nèi)部滲透 并與CaO發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 生成一些低熔點的礦物 引起石灰表面的渣化 這些反應(yīng)不僅在石灰塊的外表面進(jìn)行 而且也在石灰氣孔的內(nèi)表面進(jìn)行 但是在吹煉初期 SiO2易與CaO反應(yīng)生成鈣的硅酸鹽 沉集在石灰塊表面上 如果生成物是致密的 高熔點的2CaO SiO2 熔點2130 和3CaO SiO2 熔點2070 則將阻礙石灰的進(jìn)一步渣化熔解 如生成CaO SiO2 熔點1550 和3CaO 2SiO2 熔點1480 則不會妨礙石灰熔解 影響石灰溶解速度的因素主要有 石灰本身質(zhì)量鐵水成分爐渣成分供氧操作 采用白云石或輕燒白云石代替部分石灰石造渣 提高渣中MgO含量 減少爐渣對爐襯的侵蝕 具有明顯效果 MgO在低堿度渣中有較高的熔解度 采用白云石造渣 初期渣中MgO濃度提高 會抑制熔解爐襯中的MgO 減輕初期爐渣對爐襯的侵蝕 同時 前期過飽和的MgO會隨著爐渣堿度的提高而逐漸析出 使后期渣變粘 可以使終渣掛在爐襯表面上 形成爐渣保護(hù)層 有利于提高爐齡 在保證渣中有足夠的 FeO 渣中 MgO 不超過6 的條件下 增加初期渣中MgO含量 有利于早化渣并推遲石灰石表面形成高熔點致密的2CaO SiO2殼層 螢石的主要成分為CaF2 并含有SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaCO3和少量磷 硫等雜質(zhì) 它的熔點約1203K 螢石加入爐內(nèi)后 在高溫下即爆裂或碎塊并迅速熔化 它的作用體現(xiàn)在 CaF2與CaO作用形成熔點為1635K的共晶體 直接促進(jìn)石灰的熔化 螢石能顯著降低2CaO SiO2的熔點 使?fàn)t渣在高堿度下有較低的熔化溫度 CaF2可降低爐渣粘度 噴濺 噴濺是頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一種現(xiàn)象 尤其是爆發(fā)性大噴 是