轉(zhuǎn)爐煉鋼基礎(chǔ)工藝?yán)碚撜n件

轉(zhuǎn)爐煉鋼基礎(chǔ)工藝?yán)碚搮鞘舜?/p>

2007.9.41轉(zhuǎn)爐煉鋼基本任務(wù)

轉(zhuǎn)爐的基本任務(wù)概括起來一句話：“四脫、兩去、一升、一調(diào)整”。四脫：脫C、脫P(yáng)、脫S、脫O；兩去：去除有害氣體、去除夾雜物；一升：提升溫度；一調(diào)整：調(diào)整成分（合金元素）。

生鐵與鋼的Wc％區(qū)別：在實(shí)際工藝生產(chǎn)中，Wc％<2.0%為鋼，Wc％>2.0%為生鐵。若以鐵水為主原料煉鋼，需要氧化脫C。

鋼中P、S含量過高分別會(huì)造成鋼的“冷脆”和“熱脆”，一般為有害元素，煉鋼過程中必須脫除P、S。

鋼中氧含量過高后會(huì)形成大量氧化物夾雜，并加劇鋼的熱脆性，因此出鋼要脫氧。鋼中氫、氮等氣體含量過高分別會(huì)造成鋼的氫脆（白點(diǎn)）和時(shí)效性，必須去除。夾雜物的存在會(huì)破壞鋼基體的連續(xù)性，從而降低鋼的各項(xiàng)力學(xué)性能，也必須去除。煉鋼過程應(yīng)設(shè)法提高溫度以滿足出鋼、精練、澆注的要求，同時(shí)還要加入一定種類和數(shù)量的合金，脫氧并使鋼的成分達(dá)到所煉鋼種的規(guī)格，此即升溫和調(diào)整成分。

整個(gè)煉鋼過程通過供氧、造渣、加合金、攪拌、升溫等手段來共同完成煉鋼的基本任務(wù)。2轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝五大制度：裝入制度、供氧制度、造渣制度、溫度制度、脫氧合金化制度。2.1裝入制度裝入制度：確定轉(zhuǎn)爐合理的裝入量和鐵水廢鋼比。裝入量過大或過小都不能得到好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。若裝入量過大，將導(dǎo)致吹煉過程造渣困難，頻繁噴濺，延長冶煉時(shí)間，使吹損增加，爐襯壽命降低。若裝入量過小，不僅產(chǎn)量下降，而且由于熔池變淺，如果控制不當(dāng)，爐底容易受氧氣射流的沖擊作用而逐漸損壞，甚至使?fàn)t底燒穿進(jìn)而造成漏鋼事故。

裝入制度分類：（1）定量（定容）裝入：即整個(gè)爐役期間，每爐的裝入量保持不變。便于生產(chǎn)組織，操作穩(wěn)定，有利于實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)控制，但爐役前期熔池深，后期熔池淺，只適合大噸位轉(zhuǎn)爐。（2）定深裝入：即整個(gè)爐役期間，保持每爐的金屬熔池深度不變。氧槍操作穩(wěn)定，有利于提高供氧強(qiáng)度和減少噴濺，不必?fù)?dān)心氧氣射流會(huì)沖擊爐底，但裝入量和出鋼量變化極為頻繁，生產(chǎn)組織困難。（3）分階段定量裝入：將一個(gè)爐役期按爐膛擴(kuò)大的程度劃分為幾個(gè)階段，每個(gè)階段定量裝入。這樣既大體上保持了整個(gè)爐役期間具有比較合適的熔池深度，又保持了各個(gè)階段中裝入量的相對(duì)穩(wěn)定，是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的裝入制度。新二鋼轉(zhuǎn)爐：公稱容量180噸（定容），平均裝入量220噸，平均出鋼量200噸。鐵水、廢鋼的裝入順序（1）先兌鐵水后加廢鋼可以避免廢鋼直接撞擊爐襯，但爐內(nèi)留有液態(tài)渣時(shí)，要先加石灰稠化殘?jiān)?，否則兌鐵水易發(fā)生噴濺。（2）先裝廢鋼后兌鐵水目前國內(nèi)各鋼廠普遍采用了濺渣護(hù)爐技術(shù)，可以抵消廢鋼直接撞擊爐襯的影響。這樣的裝入順序可以有效防止兌鐵噴濺，但補(bǔ)爐后的第一爐應(yīng)采用前法。準(zhǔn)確控制鐵水廢鋼比從理論上講，鐵水和廢鋼裝入比例應(yīng)根據(jù)熱平衡計(jì)算而確定。但在實(shí)際生產(chǎn)條件下，一般是根據(jù)鐵水成分、溫度、爐齡長短、廢鋼預(yù)熱等情況按經(jīng)驗(yàn)確定。目前，我國大多數(shù)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中鐵水占整個(gè)裝入量的比例一般在70~100%之間，廢鋼加入量一般為80~120kg/t。2.2供氧制度供氧制度：合理考慮噴頭結(jié)構(gòu)、供氧壓力、供氧強(qiáng)度和氧槍高度控制等因素，以求在供氧噴頭結(jié)構(gòu)一定的條件下使氧氣射流最合理地供給熔池，創(chuàng)造爐內(nèi)良好的物理化學(xué)條件。噴頭結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)爐供氧的射流特征是通過氧槍噴頭來實(shí)現(xiàn)的。噴頭結(jié)構(gòu)的合理選擇是轉(zhuǎn)爐供氧的關(guān)鍵。氧槍噴頭有單孔和多孔兩種結(jié)構(gòu)。相比于單孔噴頭，多孔噴頭的主要優(yōu)點(diǎn)：吹煉過程平穩(wěn)，容易化渣，減少噴濺，提高了金屬收得率和氧氣利用率。新二鋼使用的氧槍噴頭如圖所示：為周邊五孔環(huán)中心一孔的六孔拉瓦爾型噴頭。拉瓦爾噴孔由收縮段、喉口和擴(kuò)張段三段構(gòu)成，可以把高壓氧氣的壓力能有效地轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，并可獲得比較穩(wěn)定的超音速氣流。

工藝參數(shù)氧氣流量：單位時(shí)間內(nèi)向熔池供氧的數(shù)量（標(biāo)態(tài)下體積量度）。

，Nm3/min或Nm3/h

V—1爐鋼的耗氧量，Nm3t—1爐鋼的吹氧時(shí)間，min或h

新二鋼氧槍氧氣流量：Q=44500Nm3/h供氧強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)每噸金屬的耗氧量。

，Nm3/（t.min）

T—1爐鋼的金屬裝入量，t

新二鋼氧槍供氧強(qiáng)度：I=3.71Nm3/（t.min）供氧壓力：供氧制度中規(guī)定的工作氧壓是指測(cè)定點(diǎn)的氧壓p用，它不是噴嘴前的氧壓p0，也不是出口氧壓p。新二鋼氧槍氧壓：p0=0.876MPa

當(dāng)p0<0.6MPa時(shí)，嚴(yán)禁吹煉，以防止氧槍回火事故。氧槍高度（槍位）控制一般槍位控制分為恒壓變槍、恒槍變壓、變槍變壓三種方式。我國大多數(shù)轉(zhuǎn)爐都采用比較簡單可行的恒壓變槍操作，下面就恒槍變壓操作來分析槍位高低對(duì)爐內(nèi)反應(yīng)的影響：槍位越低，氧氣射流對(duì)熔池的沖擊動(dòng)能越大，熔池?cái)嚢杓訌?qiáng)，氧氣利用率越高，加速了爐內(nèi)脫C反應(yīng)速度，使渣中w(TFe)含量低。同時(shí)，由于脫C速度快，縮短了反應(yīng)時(shí)間，熱損失相對(duì)減少，熔池升溫迅速。反之，槍位越高，則有相反對(duì)應(yīng)的影響。槍位過低，中期易反干，不利于化渣，還可能沖擊爐底。而槍位過高，將使熔池的攪拌能力減弱，造成渣中w(TFe)含量增加，容易導(dǎo)致爐渣泡沫化噴濺。由此可見，只有選擇合適的槍位才能獲得良好的吹煉效果。影響槍位選擇的幾個(gè)主要因素：（1）吹煉的不同時(shí)期；（2）熔池深度；（3）造渣材料的質(zhì)量及其加入量；（4）鐵水溫度和成分。2.3造渣制度

轉(zhuǎn)爐的供氧時(shí)間僅僅十幾分鐘，在此期間必須形成具有一定堿度、氧化性和流動(dòng)性、合理w(MgO)、正常泡沫化的熔渣，以保證來能夠煉出合格的鋼水，并減少對(duì)爐襯的侵蝕。造渣制度就是要確定合適的造渣方法，渣料加入的時(shí)機(jī)和數(shù)量，以及如何快速成渣。轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣的目的是：去除P、S，有效吸收上浮夾雜物和反應(yīng)產(chǎn)物，保護(hù)爐襯，減少鋼水終點(diǎn)氧含量。堿度R定義：或

R一般為3~4，鐵水P、S含量高，R相應(yīng)要高些。脫P(yáng)反應(yīng)：

2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO*P2O5)+5[Fe]+Q

有利條件“三高一合適”：高堿度、高氧化性、大渣量、合適的低溫。高堿度、高氧化性：增大渣中CaO、FeO的濃度，并提高了a(CaO)、a(FeO)，高FeO含量還有助于渣的良好流動(dòng)性，有利于脫P(yáng)反應(yīng)向右進(jìn)行。大渣量：減小了4CaO*P2O5的濃度，有利于脫P(yáng)反應(yīng)向右進(jìn)行。合適的低溫：脫P(yáng)反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，合適低溫有利于反應(yīng)向右進(jìn)行。

脫S反應(yīng)：

[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)－Q（爐渣脫硫）有利條件：“三高一低”：高堿度、高溫、大渣量、低氧化性。

渣造的好是煉好鋼的必要條件！

造渣方法根據(jù)鐵水成分以及所吹煉鋼種的要求來確定造渣方法。常用的造渣方法有單渣操作、雙渣操作、留渣操作三種。（1）單渣操作：吹煉過程中只造一次渣，中途不倒渣，直至終點(diǎn)出鋼。當(dāng)鐵水Si、P、S含量較低，或者鋼種對(duì)P、S要求不高，以及冶煉低碳鋼種時(shí)，均可以采用單渣操作。單渣操作工藝比較簡單，吹煉時(shí)間短，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。（2）雙渣操作：在吹煉中途分一次或幾次倒去約1/2~2/3的熔渣，然后加入渣料重新造渣。當(dāng)鐵水Si、P含量高，或冶煉低P、低Mn鋼，以及大補(bǔ)爐后第一爐時(shí)一般采用雙渣操作。（3）留渣操作：將上爐終點(diǎn)熔渣的一部分或全部留給下爐使用。終渣一般有較高的堿度和w(TFe)含量，溫度較高，留到下一爐，有利于初渣早形成，并且提高了前期去P、S的效率，還有利于保護(hù)爐襯和減少石灰含量。留渣操作時(shí)，兌鐵水前必須要加石灰稠化熔渣，避免產(chǎn)生噴濺而造成事故。渣料加入量確定（以單渣操作為例）加入爐內(nèi)的渣料，主要指石灰和輕燒白云石，還有少量助熔劑。

（1）石灰加入量w(kg/t)：石灰主要成分為CaO，加入量根據(jù)鐵水中Si、P含量和爐渣堿度R來確定。當(dāng)鐵水w[P]<0.30%時(shí)，R=w(CaO)/w(SiO2)

w(CaO有效)——石灰中有效CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

w(CaO有效)=w(CaO石灰)－R×w(SiO2石灰)2.14——SiO2/Si的分子質(zhì)量之比，1kgSi氧化后生成2.14kgSiO2。當(dāng)鐵水w[P]>0.30%時(shí)，

R=w(CaO)/[w(SiO2)+w(P2O5)]

2.2——1/2[SiO2/Si+P2O5/P]的分子質(zhì)量之比，

（2）輕燒白云石加入量w(kg/t)：輕燒白云石主要成分為MgO和CaO，加入量根據(jù)爐渣中所要求的w(MgO)含量來確定，一般w(MgO)含量控制在7%~10%

爐渣中的w(MgO)含量由石灰、輕燒白云石和爐襯侵蝕出的MgO共同組成。輕燒白云石應(yīng)加入量w(kg/t)：

w(MgO渣)——爐渣中MgO的含量，%w(MgO白)——輕燒白云石中MgO的含量，%

實(shí)際加入量：w實(shí)際

=w－w灰－w襯

例題：設(shè)渣量為金屬裝入量的12%，爐襯侵蝕量為裝入量的1%，爐襯中含w(MgO)=40%；鐵水成分：w[Si]=0.7%，w[P]=0.2%，w[S]=0.04%；石灰成分：w(CaO灰)=90%，w(MgO灰)=3%，w(SiO2灰)=2%;

輕燒白云石成分：w(CaO白)=40%，w(MgO白)=35%，w(SiO2白)=3%;

終渣要求：w(MgO灰)=8%，堿度R=3.5；求輕燒白云石的加入量。解：輕燒白云石應(yīng)加入量：爐襯侵蝕進(jìn)入渣中MgO折算的輕燒白云石量：石灰中帶入MgO折算的輕燒白云石量：輕燒白云石實(shí)際加入量：w實(shí)際=w－w灰－w襯=27.4－11.4－5.4=10.6kg/t

(3)助熔劑加入量：轉(zhuǎn)爐冶煉常用助熔劑主要是氧化鐵皮、鐵礦石和螢石。氧化鐵皮和鐵礦石能調(diào)節(jié)渣中FeO含量，從而起到化渣作用，但對(duì)熔池有較大的冷卻效應(yīng)，應(yīng)結(jié)合爐內(nèi)溫度情況確定加入量。螢石化渣塊，效果明顯，但是用量過多對(duì)爐襯有嚴(yán)重侵蝕作用。另外我國螢石資源短缺，價(jià)格較高，而且使用后對(duì)環(huán)境有較大污染，所以應(yīng)盡量少用或不用。渣料加入時(shí)間的確定渣料的加入數(shù)量和加入時(shí)間對(duì)化渣速度有直接影響。通常情況下，渣料分兩批加入：第一批渣料在兌鐵水前或開吹點(diǎn)火后加入，加入量為總渣量的1/2~2/3，并將輕燒白云石一次性全部加入；第二批渣料加入時(shí)間是在第一批渣料已化好，且鐵水中Si、Mn氧化基本結(jié)束碳焰初起時(shí)加入，可以一次加入，也可以分幾小批加入，具體應(yīng)結(jié)合爐內(nèi)化渣，爐溫和脫P(yáng)、脫S情況考慮。最后一批渣料必須在拉碳前一定時(shí)間內(nèi)加完，否則來不及化渣均勻。

第二批渣料加的過早和過晚都對(duì)吹煉不利。加入過早，爐內(nèi)溫度低，第一批料還沒有化好，又加冷料，熔渣就更不容易形成，有時(shí)還會(huì)造成石灰結(jié)坨，引起金屬噴濺，爐溫也提上不去。加入過晚，正值碳的激烈氧化期，渣中FeO含量低，當(dāng)料加入后，爐溫驟然降低，不僅渣料不易熔化，還抑制了碳氧反應(yīng)，使渣中FeO慢慢積累，當(dāng)爐溫再度上升到一定溫度時(shí)，熔池內(nèi)碳氧突然又劇烈反應(yīng)，容易造成爆發(fā)性大噴濺。2.4溫度制度溫度對(duì)于轉(zhuǎn)爐吹煉過程既是重要的熱力學(xué)參數(shù)，又是重要的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，它既對(duì)各個(gè)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)方向、反應(yīng)速度和各元素之間的相對(duì)反應(yīng)程度有重大影響，又對(duì)熔池中物質(zhì)的傳質(zhì)和傳熱速度有重大影響。溫度制度主要指吹煉過程溫度控制和終點(diǎn)溫度控制兩個(gè)方面。前者的目的是為了保證吹煉過程順利平穩(wěn)地進(jìn)行，后者的目的是選擇合理的出鋼溫度，為后序工藝順利進(jìn)行提供保證。吹煉過程溫度控制的基本點(diǎn)：（1）滿足快速造渣的需要，保證盡快形成成分和性質(zhì)符合要求的爐渣；（2）滿足去除P、S和其它雜質(zhì)的需要；（3）滿足吹煉過程平穩(wěn)順行的要求；（4）協(xié)調(diào)熔池升溫和脫C的速度，滿足準(zhǔn)確控制終點(diǎn)的要求。溫度控制的主要方法是適時(shí)加入一定數(shù)量的冷卻劑，其關(guān)鍵是確定冷卻劑用量和適當(dāng)?shù)募尤霑r(shí)間。常用的冷卻劑有鐵礦石、廢鋼、氧化鐵皮等。加入的石灰、輕燒白云石等渣料也能起到冷卻劑的作用。冷卻效應(yīng)：加入1kg冷卻劑所消耗的熱量。冷卻劑消耗的熱量包括其提高溫度所消耗的物理熱和參加化學(xué)反應(yīng)消耗的化學(xué)熱兩個(gè)部分。即：Q冷

=Q物+Q化鐵礦石的冷卻效應(yīng)：鐵礦石的物理耗熱是從常溫加熱到熔化直至出鋼溫度所吸收的物理熱量，化學(xué)耗熱是鐵礦石分解反應(yīng)過程吸收的熱量。廢鋼的冷卻效應(yīng)：廢鋼的冷卻作用主要靠吸收物理熱，即從常溫加熱到全部熔化，再提高到出鋼溫度所吸收的熱量。氧化鐵皮的冷卻效應(yīng)與鐵礦石基本一致。若規(guī)定廢鋼的冷卻效應(yīng)為1.0，則有下列換算值：廢鋼：1.0生鐵塊：0.7

鐵礦石：3.0~4.0氧化鐵皮：3.0~4.0

石灰：1.0輕燒白云石：1.5冷卻劑的加入時(shí)間因各自條件的不同而有所差別。廢鋼在吹煉過程中加入不方便，通常是在開吹前加入。用鐵礦石或氧化鐵皮作冷卻劑時(shí)，由于它們同時(shí)也是化渣劑，加入時(shí)間往往與造渣同時(shí)考慮，多采用分批加入的方式。影響終點(diǎn)溫度的主要因素：（1）鐵水成分和溫度；（2）鐵水廢鋼比；（3）爐齡；（4）終點(diǎn)碳含量；（5）爐與爐之間的間隙時(shí)間；（6）冷卻劑用量（影響最大）；（7）槍位；（8）噴濺。出鋼溫度的確定：

T出

=Tf+⊿T1+⊿T2+⊿T3Tf—鋼水凝固溫度，℃

Tf=1539－∑w[i]⊿Tiw[i]—鋼水中某元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%⊿Ti—含有1%的i元素使純鐵凝固溫度下降值，℃⊿T1—鋼水的過熱度，℃⊿T2—出鋼、吹氬、精煉、運(yùn)輸過程中的溫降，℃⊿T3—澆注過程的溫降，℃2.5終點(diǎn)控制和出鋼通過供氧造渣操作，經(jīng)歷一系列物理化學(xué)反應(yīng)后，鋼水達(dá)到了所冶煉鋼種成分和溫度要求的時(shí)刻，稱之為“終點(diǎn)”。達(dá)到終點(diǎn)的具體標(biāo)志：（1）鋼中碳含量達(dá)到所煉鋼種的控制范圍；（2）鋼中P、S含量低于規(guī)格下限一定范圍；（3）出鋼溫度能保證順利進(jìn)行精煉和澆注。終點(diǎn)控制是轉(zhuǎn)爐吹煉后期的重要操作。由于P、S的脫除通常比脫C復(fù)雜，所以總是盡可能地使P、S提早脫除到終點(diǎn)要求的范圍。終點(diǎn)控制實(shí)際上是指終點(diǎn)碳含量和終點(diǎn)鋼水溫度的控制。終點(diǎn)停止供氧俗稱為“拉碳”。終點(diǎn)控制不當(dāng)會(huì)造成一系列的危害：拉碳偏高時(shí)，需要補(bǔ)吹，使得渣中w(TFe)高，金屬消耗增加，同時(shí)降低了爐襯壽命；拉碳偏低時(shí)，需增碳，影響鋼的質(zhì)量，甚至不得不改變鋼種牌號(hào)，既延長了冶煉時(shí)間，又打亂了正常的生產(chǎn)節(jié)奏，拉低碳經(jīng)常為過氧化出鋼，對(duì)爐襯損害嚴(yán)重。若終點(diǎn)溫度偏低，也需要補(bǔ)吹，由此同樣造成了碳偏低所導(dǎo)致的影響；終點(diǎn)溫度偏高，會(huì)使鋼水氣體含量增高，且浪費(fèi)能源，侵蝕耐火材料，增加夾雜物含量和回P量，造成鋼質(zhì)量降低。

終點(diǎn)控制的方法有三種，即一次拉碳法、增碳法、高拉補(bǔ)吹法：（1）一次拉碳法按出鋼要求的終點(diǎn)碳含量和終點(diǎn)溫度進(jìn)行吹煉，當(dāng)達(dá)到要求時(shí)提槍，重點(diǎn)C、T同時(shí)命中目標(biāo)。一次拉碳法要求操作技術(shù)水平高，其優(yōu)點(diǎn)明顯：終點(diǎn)w(TFe)低，鋼水收得率高，對(duì)爐襯侵蝕量小，鋼中有害氣體少，鋼水純凈，氧耗量小。（2）增碳法終點(diǎn)時(shí)，均吹煉到目標(biāo)碳含量以下若干范圍，然后加入增碳劑命中目標(biāo)。優(yōu)點(diǎn)：終點(diǎn)容易命中，終渣w(TFe)高，化渣好，去P效率好，熱量收入較多，可以適當(dāng)增加廢鋼裝入量。（3）高拉補(bǔ)吹法當(dāng)冶煉中、高碳鋼時(shí)，終點(diǎn)前脫碳速度仍然較快，爐口火焰火花不易準(zhǔn)確觀察判斷，人工一次拉碳很難命中目標(biāo)?？梢圆扇“翠摲N規(guī)格稍高一些的程度拉碳，待測(cè)溫取樣后根據(jù)分析結(jié)果與目標(biāo)的差值決定補(bǔ)吹時(shí)間。

擋渣出鋼減少轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)的下渣量是改善鋼水質(zhì)量的一個(gè)重要方面。在出鋼過程中進(jìn)行有效的擋渣操作，不僅可以減少鋼水回磷、提高合金收得率，還能減少鋼中夾雜物，提高鋼水清潔度，為后序的精煉和澆注提供了良好條件。為提高轉(zhuǎn)爐擋渣效果，國內(nèi)外各鋼廠在擋渣技術(shù)方面進(jìn)行了深入研究，發(fā)明了多種擋渣方法。主要有：擋渣球法、擋渣塞法、擋渣棒法、擋渣料法、氣動(dòng)擋渣法、電磁擋渣法等。由于用擋渣球等有形擋渣物擋渣，材料消耗高，擋渣效果也不夠理想。目前已逐步有從有形擋渣法向無形擋渣法發(fā)展的趨勢(shì)。新二鋼出鋼擋渣采用的是擋渣棒法。

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