炼钢原料知识

1 转炉炼钢用原材料有哪些，为什么要用精料

炼钢用原材料分为主原料、辅原料和各种铁合金。氧气顶吹转炉炼钢用主原料为铁水和废钢(生铁块)。炼钢用辅原料通常指造渣剂(石灰、萤石、白云石、合成造渣剂)、冷却剂(铁矿石、氧化铁皮、烧结矿、球团矿)、增碳剂以及氧气、氮气、氩气等。炼钢常用铁合金有锰铁、硅铁、硅锰合金、硅钙合金、金属铝等。

原材料是炼钢的物质基础，原材料质量的好坏对炼钢工艺和钢的质量有直接影响。国内外大量生产实践证明，采用精料以及原料标准化，是实现冶炼过程自动化、改善各项技术经济指标、提高经济效益的重要途径。根据所炼钢种、操作工艺及装备水平合理地选用和搭配原)I身料可达到低费用投入，高质量产出的目的。

转炉入炉原料结构是炼钢工艺制度的基础，主要包括三方面内容：一是钢铁料结构，即铁水和废钢及废钢种类的合理配比；二是造渣料结构，即石灰、白云石、萤石、铁矿石等的配比制度；三是充分发挥各种炼钢原料的功能使用效果，即钢铁料和造渣料的科学利用。炉料结构的优化调整，代表了炼钢生产经营方向，是最大程度稳定工序质量，降低各种物料消耗，增加生产能力的基本保证。

2 转炉炼钢对铁水成分和温度有什么要求

铁水是炼钢的主要原材料，一般占装入量的70％～100％。铁水的化学热与物理热是氧气顶吹转炉炼钢的主要热源。因此，对入炉铁水化学成分和温度必须有一定的要求。

A 铁水的化学成分

氧气顶吹转炉炼钢要求铁水中各元素的含量适当并稳定，这样才能保证转炉冶炼操作稳定并获得良好的技术经济指标。

(1)硅(Si)。硅是转炉炼钢过程中发热元素之一。硅含量高，会增加转炉热源，

每增加％，废钢比可提高约％。铁水能提高废钢比。有关资料表明，铁水中w

Si

硅含量高，渣量增加，有利于去除磷、硫。但是硅含量过高将会使渣料和消耗增

加，易引起喷溅，金属的收得率降低。Si含量高使渣中Si0

2

含量过高，也会加剧对炉衬的冲蚀，并影响石灰渣化速度，延长吹炼时间。

通常铁水w

Si

=％～％为宜。大中型转炉用铁水硅含量可以偏下限，而对于热量不富余的小型转炉用铁水硅含量可偏上限。转炉吹炼高硅铁水可采用双渣操作。

(2)锰(Mn)。铁水锰含量高对冶炼有利，在吹炼初期形成MnO，能加速石灰的溶解，促进初期渣及早形成，改善熔渣流动性，利于脱硫和提高炉衬寿命。铁水锰含量高，终点钢中余锰高，可以减少锰铁加入量，利于提高钢水纯净度等。转

炉用铁水对w

Mn /w

si

比值的要求为～，目前使用较多的为低锰铁水，w

Mn

=％～％。

(3)磷(P)。磷是高发热元素，对大多数钢种是要去除的有害元素。因此，要

求铁水磷含量越低越好，一般要求铁水w

P

≤％；铁水中磷含量越低，转炉工艺操作越简化，并有利于提高各项技术经济指标。

铁水磷含量高时，可采用双渣或双渣留渣操作，现代炼钢采用炉外铁水脱磷处理，或转炉内预脱磷工艺，以满足低磷纯净钢的生产需要。

(4)硫(S)。除了含硫易切削钢以外，绝大多数钢种硫也是要去除的有害元素。氧气转炉单渣操作的脱硫效率只有30％～40％。我国炼钢技术规范要求人炉铁

水w

S

≤％。冶炼优质低硫钢的铁水硫含量则要求更低，纯净钢甚至要求铁水

w

S

≤％。因此，必须进行铁水预处理降低入炉铁水硫含量。

(5)碳(C)。铁水中w

C

=％～％，碳是转炉炼钢的主要发热元素。

B 铁水的温度

铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志，铁水物理热约占转炉热收入的50％。铁水温度高有利于稳定操作和转炉的自动控制。铁水的温度过低，影响元素氧化过程和熔池的温升速度，不利于成渣和去除杂质，容易发生喷溅。因此，我国炼钢规范规定入炉铁水温度应大于1250℃，并且要相对稳定。

通常，高炉的出铁温度在1350～1450℃，由于铁水在运输和待装过程中散失热量，所以最好采用混铁车或混铁炉的方式供应铁水，在运输过程应加覆盖剂保温，以减少铁水降温。

3 对铁水带渣量有什么要求，为什么

铁水带来的高炉渣中Si0

2

、S等含量较高，若随铁水进入转炉会导致石灰消耗量增多，渣量增大，容易造成喷溅，增加金属料消耗，影响磷、硫的去除，并损坏炉衬等。因此，要求入炉铁水带渣量比不超过％。铁水带渣量大时，在铁水兑入转炉之前应进行扒渣。

4 转炉炼钢用废钢的来源有哪些，对废钢的要求是什么

废钢的来源有自产废钢和外购废钢，自产废钢是指企业内部生产过程中产生的废钢或回收的废旧设备、铸件等，外购废钢是指从国内或国外购买的废钢。

转炉炼钢对废钢的要求有：

(1)废钢的外形尺寸和块度应保证能从炉口顺利加入转炉。废钢单重不能过重，以便减轻对炉衬的冲击，同时在吹炼期必须全部熔化。轻型废钢和重型废钢合理搭配。废钢的长度应小于转炉口直径的1/2，废钢的块度一般不应超过

300kg，国标要求废钢的长度不大于1000mm，最大单件重量不大于800kg。

(2)废钢中不得混有铁合金。严禁混入铜、锌、铅、锡等有色、金属和橡胶，不得混有封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。废钢的硫、磷含量均不得大于％。

废钢中残余元素含量应符合以下要求：w

Ni <％、w

Cr

<％、w

Cu

<％、w

As

<％。除锰、

硅外，其他合金元素残余含量的总和不超过％。

(3)废钢应清洁干燥，不得混有泥砂、水泥、耐火材料、油物、珐琅等，不能带水。

(4)废钢中不能夹带放射性废物，严禁混有医疗临床废物。

(5)废钢中禁止混有其浸出液中pH值大于等于或小于等于的危险废物。进口废钢容器、管道及其碎片必须向检验机构申报曾经盛装或输送过的化学物质的主要成分以及放射性检验证明书，经检验合格后方能使用。

(6)不同性质的废钢分类存放，以免混杂，如低硫废钢、超低硫废钢、普通类废钢等。另外，应根据废钢外形尺寸将废钢分为轻料型废钢、统料型废钢、小型

废钢、中型废钢、重型废钢等。非合金钢、低合金钢废钢可混放在一起，不得混有合金废钢和生铁。合金废钢要单独存放，以免造成冶炼困难，产生熔炼废品或造成贵重合金元素的浪费。

废钢按外形尺寸和重量分类见表1。

表1 废钢的分类

5 转炉炼钢对入炉生铁块的要求是什么

生铁块也叫冷铁，是铁锭、废铸铁件、包底铁和出铁沟铁的总称，其成分与铁水相近，但不含显热。它的冷却效应比废钢低，通常与废钢搭配使用。

入炉生铁块成分要稳定，硫、磷等杂质含量愈低愈好，最好w

S ≤％，w

P

≤％。硅

的含量不能太高，否则，增加石灰消耗量，对炉衬也不利，要求铁块w

Si

<％。

6 转炉炼钢对铁合金有哪些要求，常用铁合金的主要成分是怎样的

转炉炼钢对铁合金的主要要求是：

(1)铁合金块度应合适，为10～50mm；精炼用合金块度为10～30mm，成分和数量要准确。

(2)在保证钢质量的前提下，选用价格便宜的铁合金，以降低钢的成本。

(3)铁合金应保持干燥、干净。

(4)铁合金成分应符合技术标准规定，以避免炼钢操作失误。如硅铁中的铝、钙含量，沸腾钢脱氧用锰铁的硅含量，都直接影响钢水的脱氧程度。

转炉脱氧合金化常用的铁合金有Fe-Mn、Fe-Si、Mn-Si合金、Ca-Si合金、铝、Fe-Al、Ba-Ca-Si合金、Ba—Al-Si合金等。现将常用铁合金标准列于表2。

表2 常用铁合金成分

8 转炉炼钢对石灰有什么要求

石灰是炼钢主要造渣材料，具有脱P，脱S能力，用量也最多。其质量好坏对吹炼工艺，产品质量和炉衬寿命等有着重要影响。因此，要求石灰CaO含量要含量和S含量要低，石灰的生过烧率要低，活性度要高，并且要有适当高，Si0

2

的块度，此外，石灰还应保证清洁、干燥和新鲜。

会降低石灰中有效CaO含量，降低CaO的有效脱硫能力。石灰中杂质越 SiO

2

多越降低它的使用效率，增加渣量,恶化转炉技术经济指标。石灰的生烧率过高，说明石灰没有烧透，加入熔池后必然继续完成焙烧过程，这样势必吸收熔池热量，延长成渣时间；若过烧率高，说明石灰死烧，气孔率低，成渣速度也很慢。

石灰的渣化速度是转炉炼钢过程成渣速度的关键，所以对炼钢用石灰的活性度也要提出要求。石灰的活性度(水活性)是石灰反应能力的标志，也是衡量石灰

，要尽量使用新焙烧质量的重要参数。此外，石灰极易水化潮解，生成Ca(OH)

2

的石灰。同时对石灰的贮存时间应加以限制，一般不得超过2d。块度过大，熔解缓慢，影响成渣速度，过小的石灰颗粒易被炉气带走，造成浪费。一般以块度为5～50mm或5～30mm为宜，大于上限、小于下限的比例各不大于10％。贮存和运输时必须防雨防潮。

我国对转炉入炉冶金石灰质量的要求见表3。

表3 冶金石灰的化学成分和物理性能

注：活性度为4mol盐酸对50g石灰溶水后10min的滴定毫升数。

9 什么是活性石灰，活性石灰有哪些特点，使用活性石灰有什么好处

通常把在1050～1150℃温度下，在回转窑或新型竖窑(套筒窑)内焙烧的石灰，即具有高反应能力的体积密度小、气孔率高、比表面积大、晶粒细小的优质石灰叫活性石灰，也称软烧石灰。

活性石灰的水活性度大于310mL，体积密度小，约为～2.0g/cm3，气孔率高达40％以上，比表面积为～1.3cm2/g；晶粒细小，熔解速度快，反应能力强。使用活性石灰能减少石灰、萤石消耗量和转炉渣量，有利于提高脱硫、脱磷效果，减少转炉热损失和对炉衬的蚀损，在石灰表面也很难形成致密的硅酸二钙硬壳，有利于加速石灰的渣化。

1O 转炉用萤石起什么作用，对萤石有什么要求

萤石是助熔剂，其主要成分是CaF

2。纯CaF

2

的熔点为1418℃，萤石中还含有

SiO

2

和S等成分，因此熔点在930℃左右；加入炉内后使CaO和石灰高熔点的

2CaO·Si0

2外壳的熔点降低，生成低熔点化合物3CaO·CaF

2

·2Si0

2

(熔点为

1362℃)，也可以与MgO生成低熔点化合物(1350℃)，从而改善炉渣的流动性。萤石助熔作用快、时间短。但过多使用萤石会形成严重的泡沫渣，导致喷溅，同时也加剧对炉衬的侵蚀，并污染环境。因此应严格控制吨钢萤石加入量。

转炉用萤石w

CaF2≥85％，w

SiO2

≤％，w

S

≤％，w

P

≤％，块度在5～50mm，并要干

燥、清洁。

近年来，由于萤石供应不足，各钢厂从环保的角度考虑，试用多种萤石代用品，均为以氧化锰或氧化铁为主的助熔剂，如铁锰矿石、氧化铁皮、转炉烟尘、铁矾土等。

11 转炉用白云石或菱镁矿的作用是什么，对白云石和菱镁矿有什么要求

(1)白云石是调渣剂，有生白云石与轻烧白云石之分。

生白云

12 转炉炼钢常用哪些冷却剂

氧气顶吹转炉炼钢过程的热量有富余，因而根据热平衡计算需加人适量的冷却剂，以准确地命中终点温度。氧气顶吹转炉用冷却剂有废钢、生铁块、铁矿石、氧化铁皮、球团矿、烧结矿、石灰石和生白云石等，其中主要为废钢、铁矿石。上述冷却剂的冷却效应从大到小排列顺序为：铁矿石、氧化铁皮、球团矿、烧结矿、石灰石和生白云石、废钢、生铁块。

13 转炉炼钢对铁矿石有什么要求

铁矿石主要成分为Fe

20

3

或Fe

3

4

，铁矿石的熔化和铁被还原都吸收热量，因

而能起到调节熔池温度的作用。但铁矿石带入脉石，增加渣量和石灰消耗量，同时一次加入量过多会引起喷溅和冒烟。铁矿石还能起到氧化作用。氧气顶吹转炉

用铁矿石化学成分以wTFe≥56％，w

SiO2≤10%，w

S

≤%，块度为10-50㎜为宜，并

要求干燥、清洁。

14 转炉炼钢对氧化铁皮有什么要求

转炉炼钢用氧化铁皮来自轧钢和连铸过程产生的氧化壳层，其主要成分是氧化铁。因此，氧化铁皮可改善熔渣流动性，也有利于脱磷，并且可以降温。对氧

化铁皮的要求是w

TFe >70％，Si0

2

、S、P等其他杂质含量均低于％。粒度应不大于

10mm，使用前烘烤干燥，去除油污。

15 转炉炼钢用合成造渣剂的作用是什么

合成造渣剂是用石灰加入适量的氧化铁皮、萤石、氧化锰或其他氧化物等熔剂，在低温下预制成型。这种合成渣剂的熔点低，碱度高，成分均匀，粒度小，而且在高温下易碎裂，成渣速度快，因而减轻了转炉造渣的负担。高碱度球团矿也可以做合成造渣剂使用，它的成分稳定，造渣效果良好。

16 氧气转炉炼钢对氧气有什么要求

氧气是顶吹转炉炼钢的主要氧化剂。炼钢用工业纯氧是由空气分离制取的。

对炼钢用氧气的要求是纯度要高，Φ0

2

>％，氧压应稳定，并要脱除水分。

17 转炉炼钢对氮气的要求是什么

氮气是转炉溅渣护炉和复吹工艺的主要气源。对氮气的要求是满足溅渣和复吹需用的供气流量，气压要稳定。氮气的纯度大于％，氮气在常温下干燥、无油。

18 转炉炼钢对氩气的要求是什么

氩气是转炉炼钢复吹和钢包吹氩精炼工艺的主要气源。对氩气的要求是：满足吹氩和复吹用供气量，气压稳定，氩气纯度大于％，无油、无水。

19 转炉炼钢对焦炭的要求是什么

氧气顶吹转炉用焦炭烘烤炉衬。对焦炭的要求是：固定碳高(一般要求焦炭固

定碳大于80％)，发热值高，灰分和有害杂质含量低(水分应小于2％，w

S

≤％)，块度应为10～40mm。