第2章 煉鋼用原材料

第二章煉鋼用原材料原材料是煉鋼的物質(zhì)基礎(chǔ)，它的質(zhì)量和供應(yīng)條件對(duì)煉鋼生產(chǎn)的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都有重要影響。質(zhì)量要求；1.化學(xué)成分和物理性能符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；2.化學(xué)成分和物理性能保持相對(duì)穩(wěn)定。隨著市場(chǎng)對(duì)鋼品種、質(zhì)量要求的提高，目前普遍對(duì)入爐原料進(jìn)行預(yù)處理（精料），進(jìn)一步提高煉鋼生產(chǎn)的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。是節(jié)能、減排首要措施。(鋼鐵冶金特點(diǎn):原料適應(yīng)設(shè)備)1煉鋼用原材料金屬料：生鐵、廢鋼、廢鋼代用品及鐵合金；非金屬料：造渣料、氧化劑、增碳劑、冷卻劑等；氣體：氧氣、氮?dú)?、氬氣、及二氧化碳等。耐火材?不講)2第一節(jié)金屬料一.生鐵：主要指鐵水是轉(zhuǎn)爐煉鋼的基礎(chǔ)原料，一般占入爐量的70~100%。電爐煉鋼≯50%。鐵水的物理熱和化學(xué)熱是轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本熱源，因此對(duì)鐵水的成分和溫度都有一定的要求。3金屬料（1）鐵水溫度(T)溫度是鐵水帶入爐轉(zhuǎn)爐內(nèi)物理熱多少的標(biāo)志。一般要求：鐵水入爐溫度應(yīng)在1250~1350℃T<1250℃

①造成爐內(nèi)熱量不足，影響熔池升溫和元素氧化的進(jìn)程;②不利于化渣和去除雜質(zhì)，還容易導(dǎo)致噴濺。小型轉(zhuǎn)爐入爐溫度取上限，大型轉(zhuǎn)爐入爐溫度可取下限，以滿(mǎn)足煉鋼工藝的需求。4金屬料Tt（鐵水凝固點(diǎn)）=1536-(∑iCi%)i：1%某元素使純鐵熔點(diǎn)降低值。（有表可查）鐵水物理熱Q=G[△Cs(Tt-25)+△H+△Cl(1250-Tt)]式中：G—鐵水總量,(kg);△Cs—固態(tài)鐵熱熔,(kJ/kg℃

);△H—鐵的熔化潛熱,(kJ/kg

)；△Cl—液態(tài)鐵熱熔,(kJ/kg℃

)。5金屬料

（2）鐵水成分

級(jí)別成分%特類(lèi)一類(lèi)二類(lèi)三類(lèi)硅0.45>0.45~0.85>0.85~1.25錳0.30>0.30~0.50>0.50磷0.15>0.15~0.25>0.25~0.40硫0.02>0.02~0.03>0.03~0.05>0.05~0.076金屬料碳：一般在4.0~4.5%之間，是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要發(fā)熱元素。硅：硅是鐵水中主要發(fā)熱元素之一，生成的SiO2是渣中的主要酸性成分，是決定爐渣堿度和石灰消耗量的關(guān)鍵因素。通常，轉(zhuǎn)爐鐵水硅含量在0.3~0.8%為宜。錳：錳是鋼中的有益元素，鐵水錳含量高對(duì)煉鋼有好處。我國(guó)鐵水錳含量不高，通常在0.5%左右。7金屬料磷：

磷[Fe2P]是大多數(shù)鋼種中的有害元素，因此鐵水中的磷[Fe2P]越低越好。鐵水中的磷含量主要取決于礦石條件，目前由于各種爐外脫磷工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)，使得入爐鐵水的含磷量大大降低。硫：

硫在大多數(shù)鋼種中[FeS]是有害元素。在轉(zhuǎn)爐氧化性氣氛下，脫硫率不高。因此，轉(zhuǎn)爐希望鐵水硫含量越低越好。近年來(lái)，隨著轉(zhuǎn)爐鋼品種及質(zhì)量的提高鐵水爐外脫硫工藝已成為重要的手段。電爐的還原性氣氛則有利于脫硫。8金屬料各元素的反應(yīng)熱：[C]+1/2{O2}={CO}△H=-11639kJ/kg[C]+{O2}={CO2}△H=-34834kJ/kg[Si]+{O2}=(SiO2)△H=-29202kJ/kg[Mn]+1/2{O2}=(MnO)△H=-6594kJ/kg2[P]+5/2{O2}=(P2O5)△H=-18980kJ/kg爐渣脫S反應(yīng)是弱吸熱。15%的S氣化9金屬料二.廢鋼電爐煉鋼的主要金屬料，部分用于轉(zhuǎn)爐煉鋼。是效果比較好的的冷卻劑，其質(zhì)量直接影響著煉鋼的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。10廢鋼按來(lái)源可分類(lèi)如下：（1）普通廢鋼來(lái)源較廣，成分和規(guī)格較復(fù)雜，質(zhì)量差異大。主要包括：a種加工工業(yè)廢料（機(jī)械、造船、汽車(chē)等行業(yè)廢鋼、車(chē)屑等）；b鋼鐵制品報(bào)廢件（船舶、車(chē)輛、機(jī)械設(shè)備，土建和民用建材等）c生活用品廢鋼。（2）返回廢鋼質(zhì)量較好，形狀較規(guī)則，大都能直接入爐冶煉。主要包括：廢鋼錠、坯、軋鋼切頭、切尾及廢鑄件等。11金屬料為了合理使用廢鋼并保證冶煉工藝順行，對(duì)廢鋼有如下要求：a.廢鋼要有明確的化學(xué)成分，不同性質(zhì)的廢鋼應(yīng)分類(lèi)存放。廢鋼中有用的合金元素應(yīng)盡可能在冶煉過(guò)程中回收利用，對(duì)有害元素要限制在一定范圍內(nèi)。如：磷、硫應(yīng)小于0.06%；不得混有銅、鋅、鉛、錫、銻、砷等有色金屬。12金屬料b入爐前要仔細(xì)檢查，嚴(yán)禁混入封閉器皿，爆炸物品和毒品，以保證安全生產(chǎn)。c應(yīng)清潔干燥、少銹，應(yīng)盡量避免帶入泥土砂石、油污、耐火材料和爐渣等雜質(zhì)。d廢鋼應(yīng)具有合適的外形尺寸和單重。輕薄料應(yīng)打包或壓塊后使用，重廢鋼應(yīng)加工、切割，以便順利裝料并保證熔化期快速熔化。為縮短冶煉周期，節(jié)能降耗，目前廢鋼預(yù)熱措施已被廣泛采用。1314金屬料三.廢鋼代用品用于電爐煉鋼主要有下列三類(lèi)（1）直接還原鐵（DRI__DirectReductionIron）（2）碳化鐵（Fe3C）（3）脫碳粒鐵15金屬料DRI——指鐵礦石在低于熔化溫度下還原得到的海綿狀金屬,還原劑有煤基和氣基兩類(lèi).根據(jù)工藝不同有三種產(chǎn)品：海綿鐵、金屬化球團(tuán)及熱壓塊鐵。DRI是擁有廉價(jià)天然氣和煤的發(fā)展中國(guó)家的重要電爐原料，也是發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)高附加值的純凈鋼的必備品。16金屬料碳化鐵（Fe3C）——鐵礦粉→回轉(zhuǎn)爐→預(yù)熱至700℃→流化床→通入還原性氣體H2、CH4還原得到：

3Fe2O3+5H2+2CH4=2Fe3C+9H2O

脫碳粒鐵——高爐→鐵水→經(jīng)高壓水淬火→直徑為3~4mm的?；F→回轉(zhuǎn)窯加熱至1000℃→通入氧化性氣體脫碳（含碳量在0.2~3.0%范圍內(nèi)任意可調(diào)，出爐溫度為800℃)。17金屬料四.鐵合金為了使鋼具有所需的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，必須向鋼液中加入合金材料以滿(mǎn)足鋼的化學(xué)成分和質(zhì)量要求。在鋼的脫氧和合金化過(guò)程中廣泛使用多種鐵合金和脫氧劑。18金屬料種類(lèi)：1).鐵合金——錳鐵、硅鐵、鉻鐵、鎢鐵、鉬鐵、鈦鐵、釩鐵、硼鐵等；2).合金——硅錳、硅鈣、硅鋁鋇等；3).純金屬——鋁、錳、鉻、鎳等；4).化合物——稀土化合物等。19對(duì)鐵合金材料的要求：（1）合金元素的含量要高，以減少熔化時(shí)的熱量消耗；

（2）有確切和穩(wěn)定的化學(xué)成分，入爐塊度、粒度合適，以便控制鋼的成分和合金的收得率；（3）合金中含非金屬夾雜和有害雜質(zhì)磷、硫及氣體要少；（4）、對(duì)熔點(diǎn)較低和易氧化的合金，可在低溫下烘烤（<200℃）。熔點(diǎn)高和不易氧化的合金應(yīng)在高溫下烘烤（>800℃）并保證足夠的烘烤時(shí)間。20第二節(jié)非金屬料一.石灰石灰煉鋼的主要造渣材料。它具有很強(qiáng)的脫磷、脫硫能力，不損害爐襯。石灰的化學(xué)成分、質(zhì)量及物理性能直接影響著煉鋼工藝的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。非噴粉用石灰應(yīng)具有合適的快度，一般以5~40mm為宜。燒減即石灰中殘余CO2量應(yīng)控制在合適的范圍內(nèi)，一般要求石灰燒減量為：2.5~3.0%。21非金屬料石灰的活性度：是指石灰同其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的能力，用石灰的溶解速度來(lái)表示。石灰在高溫爐渣中的熔解能力稱(chēng)為熱活性。目前還沒(méi)有能力測(cè)定其熱活性，用石灰的水活性近似反映石灰在爐渣中的熔解速度。石灰的活性度用鹽酸滴定法測(cè)，即：CaO+H2O=Ca(OH)2反應(yīng)進(jìn)行時(shí)要放出熱量和形成堿性溶液，測(cè)量此反應(yīng)的放熱量和中和其溶液所消耗的鹽酸量（HCl），來(lái)表示石灰的活性。鹽酸消耗量>300ml才屬于優(yōu)質(zhì)石灰。22因轉(zhuǎn)爐煉鋼周期短，必須采用活性石灰。我國(guó)的活性石灰標(biāo)準(zhǔn)為：CaO+MgO≥90%；SiO2≤4%；S≤0.05%；CO2≤2%；活性度≥300ml(10min)。石灰是由石灰石煅燒生成的，其反應(yīng)為：CaCO3→CaO+CO2在大氣中，CaCO3的分解溫度Tf為：880~910℃。石灰石的煅燒溫度Td應(yīng)控制在1050~1150

℃的范圍內(nèi)為宜。23非金屬料根據(jù)石灰的煅燒條件，一般把煅燒溫度過(guò)高或煅燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)說(shuō)獲得的晶粒粗大、氣孔率低或體積密度大的石灰稱(chēng)為硬燒石灰；*將煅燒溫度在1100℃左右獲得的晶粒細(xì)小、氣孔率高或體積密度小的石灰稱(chēng)為軟燒石灰。（成分、活性度）一般軟燒石灰即為活性石灰。介于兩者性質(zhì)之間的叫中燒石灰。24表2-1不同煅燒度石灰的物理性質(zhì)類(lèi)別軟燒石灰中燒石灰硬燒石灰密度,g/cm31.5~1.81.8~2.2>2.2比表面,cm2/g17800~197003200~5800400~980氣孔率,%46~5534~46<34晶粒直徑,m1~23~6晶粒連接活性度,ml>310110~310<11025二.螢石螢石又叫氟石，主要成分是CaF2，有黃、綠黑、玫瑰等多種原色的晶體，熔點(diǎn)約為930℃。在煉鋼過(guò)程中，螢石作為助溶劑使用，它可與石灰生成低熔點(diǎn)共晶物質(zhì)，降低石灰熔點(diǎn)。但螢石分解后的氟離子有強(qiáng)腐蝕性，對(duì)爐襯和設(shè)備有侵蝕作用，應(yīng)限量使用。煉鋼用螢石成分范圍如下：CaF2：75~85%,SiO2：5~20%,CaO<3%，S<0.2%。螢石的塊度為5~50mm。在實(shí)際煉鋼過(guò)程中，螢石的主要代用品是廢的粘土磚,氧化鐵皮等。26非金屬料三.白云石生白云石的主要成分為:CaCO3+MgCO3轉(zhuǎn)爐煉鋼采用部分白云石造渣對(duì)減輕爐渣對(duì)爐襯的侵蝕、提高爐襯壽命具有顯著效果。此外，白云石還有利于石灰的溶解。轉(zhuǎn)爐用白云石，對(duì)MgO含量應(yīng)有一的要求，塊度應(yīng)適中。注：與輕燒白云石相比，生白云石在爐內(nèi)分解吸熱多，用轉(zhuǎn)爐寶貴的熱量加熱生白云石，顯然是不合理的，但輕燒白云石需要專(zhuān)門(mén)的焙燒設(shè)備。27非金屬料四.合成渣根據(jù)不同目的分為：1、轉(zhuǎn)爐復(fù)合造渣劑將石灰和溶劑等預(yù)先在爐外制成的低熔點(diǎn)、堿度高、顆粒小、成分均勻的造渣材料，然后用于爐內(nèi)造渣。轉(zhuǎn)爐污泥（約含56%的鐵和2%的CaO）為基制備復(fù)合造渣劑，可使轉(zhuǎn)爐固體廢棄物循環(huán)使用作為合成造渣劑中熔劑的物質(zhì)有：氧化鐵、氧化錳、螢石等。282、鐵水預(yù)處理用渣劑如：脫硫劑CaO系、Na2CO3系、CaC2系、Mg系等；脫磷劑CaO系、BaO系等；脫硅劑以O(shè)2、氧化鐵皮和燒結(jié)礦為多。3、爐外精煉渣劑CaO_CaF系、CaO_AI2O3系、CaO_AI2O3_CaF系等。294、鋼水覆蓋劑碳化稻殼、酸性或中性覆蓋劑、堿性和復(fù)合覆蓋劑。5、連鑄保護(hù)渣按化學(xué)成分有：酸、中性和堿性保護(hù)渣，含碳和無(wú)碳保護(hù)渣；按生產(chǎn)方式有：機(jī)械混合渣、易熔或燒結(jié)渣、噴霧造粒渣（外徑＜1mm的球形空心顆粒）。30非金屬料五.增碳劑煉鋼用增碳劑有焦炭粉、碎電極、生鐵塊、石油焦、煤粉等。要求雜質(zhì)含量P、S等盡可能低.(出鋼前用含C>96%的石油焦,有一定粒度要求)。31電極是電爐煉鋼的導(dǎo)體。電極的作用：將電流導(dǎo)入爐內(nèi)，并與爐料之間產(chǎn)生電弧，將電能轉(zhuǎn)化為熱能。電極工作時(shí)要受到高溫、爐氣氧化及塌料撞擊等作用，這就要求電極能在冶煉的惡劣條件下正常工作。對(duì)電極物理性能的要求：（1）導(dǎo)電性能良好，電流密度大，電阻系數(shù)小，以減少電能損失。（2）電極的導(dǎo)熱系數(shù)大，熱膨脹系數(shù)小，彈性模量小，以提高電極耐急冷急熱的性能。（3）體積密度大，氣孔率小，抗氧化性好，在空氣中開(kāi)始強(qiáng)烈氧化的溫度就有所提高。（4）在高溫下有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。（5）幾何形狀規(guī)整，以保證電極和電極夾頭之間接觸良好。六、煉鋼用電極32第三節(jié)煉鋼用氣體一.氧氣氧氣是煉鋼過(guò)程中主要的氧化劑（電爐煉鋼用部分礦石），它可使鋼液迅速升溫，加速雜質(zhì)的氧化速度和脫碳速度。一般要求含氧量達(dá)99.5%以上。工業(yè)用氧是通過(guò)制氧機(jī)把空氣中的氧氣分離、提純來(lái)實(shí)現(xiàn)的。煉鋼用氧是由廠(chǎng)內(nèi)附設(shè)的制氧車(chē)間供給，用管道輸送到爐