转炉炼钢
转炉炼钢的基本任务及原理
脱碳反应的作用
脱碳反应除了调整钢液碳含量的作用 外，其反应产物CO气体的上浮排除 使得脱碳反应给炼钢带来独特的作用。
➢ 促进熔池成分﹑温度均匀； ➢ 提高化学反应速度； ➢ 降低钢液中的气体含量和夹杂物数量： ➢ 造成喷溅和溢出：
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2.2.1 脱碳反应
转炉中的脱碳反应以间接氧化为主：(FeO)+[C]={CO}+Fe。这是一 个吸热反应，因此，熔池温度升高至1500℃左右后脱碳反应方能激烈 进行。
如：
2［O］+[Si]=(SiO2)
或 2(FeO)+［Si］=2Fe+(SiO2)
在渣-金界面上往往产生元素的间接氧化反
应。
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2.1.4炼钢熔池中元素的氧化次序
溶解在铁液中的元素的氧化次序可以通过 与1molO2的氧化反应的标准吉布斯自由能 变化来判断。
在标准状态下，反应的ΔGo负值越多，该 元素被氧化的趋势就越大，则该元素就优 先被大量氧化。
氧化性——炉渣向金属熔池传氧的能力，一般以 渣中氧化铁（ ％∑ FeO）含量来表示。
把Fe2O3折合成FeO有两种计算方法：全氧法和全 铁法。全铁法较合理。
炉渣的氧化能力是个综合的概念，其传氧能力还 受炉渣粘度、熔池搅拌强度、供氧速度等因素的 影响。
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1.3.4炉渣成分的变化规律
冶炼过程中，转炉中熔渣成分的变化规律大致如下：
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1.2.2转炉里的氧气射流
3、射流的温度渐高 射流进入炉膛后被1450℃的炉气逐渐加
热，加之混入射流的炉气（CO）及金属滴被 氧化放热，使射流的温度逐渐升高。模拟实 验表明，距喷头孔径15～20倍处射流的温度 在1300～1600℃之间；距喷头孔径35～40倍 处射流的温度高达2150～2300℃，有人称转 炉里的氧气射流就象一个高温火炬。
转炉炼钢工艺流程
转炉炼钢工艺流程转炉炼钢是一种常用的钢铁冶炼工艺，通过高温炼炉将生铁和废钢进行冶炼，以生产高品质的钢材。
下面将详细介绍转炉炼钢的工艺流程。
1. 原料准备转炉炼钢的原料主要包括生铁和废钢。
生铁是从高炉中得到的铁水，含有较高的碳含量，而废钢则是来自废旧钢材的回收利用。
在进行炼钢之前，需要对原料进行严格的筛选和分类，确保原料的质量符合生产要求。
2. 转炉炉前准备在进行转炉炼钢之前，需要对转炉进行一系列的准备工作。
首先是清理转炉内部的残渣和杂质，确保转炉内部的清洁。
然后对转炉进行加热，使其达到适宜的工作温度。
同时，还需要准备氧气、燃料和炉渣等辅助材料，以保障炼钢过程中的顺利进行。
3. 转炉炼钢过程转炉炼钢的主要过程包括炉前处理、吹炼、脱硫、脱磷、合金加入和出钢等环节。
首先是炉前处理，将预先准备好的生铁和废钢装入转炉中。
然后启动吹炼工艺，通过吹入高压氧气和燃料，使炉内的温度迅速升高，生铁和废钢开始熔化并发生氧化还原反应。
在这个过程中，炉内的温度可以达到数千摄氏度，将原料中的杂质和不纯物质燃尽，确保钢水的纯净度。
接下来是脱硫和脱磷的过程，通过向炉内加入适量的脱硫剂和脱磷剂，将钢水中的硫和磷等有害元素去除，提高钢材的质量和纯度。
在炼钢的过程中，根据需要还可以向炉内加入一定比例的合金元素，如铬、锰、钼等，以调整钢材的化学成分和性能。
最后是出钢过程，当炼钢结束后，通过倾炉口将炼好的钢水倒入钢包中，再经过连铸、轧制等工艺，最终得到成品钢材。
4. 转炉炼钢的优点转炉炼钢相比其他炼钢工艺具有以下优点：一是能够利用废钢资源，实现资源的循环利用；二是生产成本较低，能够生产出高品质的钢材；三是炼钢过程中能够控制钢材的化学成分和性能，满足不同用途的需要。
总之，转炉炼钢是一种成熟、高效的钢铁冶炼工艺，通过严格的工艺流程和操作规范，能够生产出优质的钢材产品，满足市场和用户的需求。
转炉炼钢
铁矿石
铁矿石要求含铁高，P和水分低；
氧化铁皮
氧化铁皮要求杂质含量少，不含油 污和水分。
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4）还原剂和增碳剂
电炉炼钢中需要使用还原剂和增碳剂 电炉炼钢中需要使用还原剂和增碳剂 包括：石墨电极、木炭、焦炭、电石、 包括：石墨电极、木炭、焦炭、电石、 硅铁、硅钙、铝等； 硅铁、硅钙、铝等； 转炉炼钢中冶炼中高碳钢时 ， 转炉炼钢 中冶炼中高碳钢时， 一般使用含 中冶炼中高碳钢时 灰份少的石油焦做增碳剂。 灰份少的石油焦做增碳剂。
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1)铁水予处理的类型
• • • • 铁水脱Si 铁水脱S 铁水同时脱P、脱S 铁水提V、提Nb
降低铁水硅含量可以减少转炉 炼钢的炉渣量，实现少渣或无 铁水予处理脱S,可以减轻高炉 渣工艺，并为炉外脱磷创造了 炼铁和转炉炼钢的脱S负担,简 条件。炉外脱硅技术是将氧化 化操作提高经济指标,降低高炉 当铁水含P高及冶炼极低和超低 剂加到流动的铁水中，硅的氧 炉渣碱度及焦比,可避免炼钢过 P时,采用脱P或同时脱P,S以降 化产物形成熔渣。处理后铁水 程炉内高氧化性对脱S的影响, 中的ωsi可达0.10％～0.15％以 低铁水中的S,P含量.采用氧化 对于含V,Nb的铁水,为回收有益 提高钢材质量. 下。 法脱P,一般要求先进行脱Si处理, 元素,在T＜1400℃条件下,通过 铁水中的Si应小于0.2%. 氧化法将V,Nb氧化入炉渣,然后 从炉渣中提取V,Nb.
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氧气转炉炼钢技术的发展可化分为三个时期： ①转炉大型化时期（1950～1970年）
炉炼钢工艺与设备。先后开发出大型化转炉设 计制造技术、OG法除尘与煤气回收技术、计 ③转炉综合优化时期（1990年以后） 由于连铸技术的迅速发展，出现了全连铸的炼 算机静态与副枪动态控制技术、镁碳砖综合砌 炉与喷补挂渣等护炉工艺技术。 钢车间。对转炉炼钢的稳定性和终点控制的准 确性提出了更高的要求。为了改善转炉吹炼后 围绕纯净钢生产，研究开发出铁水“三脱” 期钢——渣反应远离平衡，实现平稳吹炼的目 预处理、高效转炉生产、全自动吹炼控制与溅 标，综合顶吹、底吹转炉的优点，研究开发出 渣护炉等重大新工艺技术。降低了生产成本、 各种顶底复合吹炼工艺技术，在世界上迅速推 大幅度提高了生产效率。现代转炉炼钢采用的 广。 重大技术有：转炉大型化技术、转炉复合吹炼 技术、煤气回收与负能炼钢技术、全自动转炉 吹炼控制技术、溅渣护炉与转炉长寿技术。 以转炉大型化技术为核心，逐步完善了转 ②转炉复合吹炼时期（1970～1990年）
转炉炼钢工艺
转炉炼钢工艺转炉炼钢工艺绪论1、转炉炼钢法的分类转炉是以铁水为主要原料的现代炼钢方法。
该种炼钢炉由圆台型炉帽、圆柱型炉身和球缺型炉底组成。
炉身设有可绕之旋转的耳轴，以满足装料和出钢、倒渣操作，故而得名。
酸性空气底吹转炉——贝塞麦炉〔英国1856年〕空气转炉{ 碱性空气底吹转炉——托马斯炉〔德国1878年〕碱性空气侧吹转炉〔中国1952年〕转炉{ 氧气顶吹转炉——LD〔奥地利1952年〕氧气转炉{ 氧气底吹转炉——OBM〔德国1967年〕顶底复吹转炉〔法国1975年〕2、氧气顶吹转炉炼钢法简介(1) 诞生的布景及简称现代炼钢出产首先是一个氧化精炼过程，最初的贝氏炉和托马斯炉之所以采用空气吹炼正是操纵此中的氧。
二次世界大战以后，工业制氧机在美国问世，使操纵纯氧炼钢成为可能，但本来的底吹方式炉底及喷枪极易烧坏。
美国联合碳化物公司于1947年在尝试室进行氧气顶吹转炉的尝试并获成功，定名为BOF。
奥地利闻之即派有关专家前往参不雅学习，回来后于1949年在2吨的转炉长进行半工业性尝试并获成功，1952年、1953年30吨氧气顶吹转炉别离在Linz和Donawitz建成投产，故常简称LD。
1967年12月德国与加拿大合作缔造了氧气底吹转炉，使用双层套管喷嘴并通以气态碳氢化合物进行冷却。
1975年法国研发了顶底复吹转炉，综合了LD和OBM的长处，77年在世界年会上颁发。
(2) 氧气顶吹转炉的特点1〕长处氧气顶吹转炉一经问世就显示出了极大的优越性，世界各国竟相开展，目前成为最主要的炼钢法。
其长处主要暗示在：〔1〕熔炼速度快，出产率高〔一炉钢只需20分钟〕；〔2〕热效率高，冶炼中不需外来热源，且可配用10%～30%的废钢；〔3〕钢的品种多，质量好〔上下碳钢都能炼，S、P、H、N、O及夹杂含量低〕；〔4〕便于开展综合操纵和实现出产过程计算机控制。
2〕错误谬误当然，LD尚存在一些问题，如吹损较高〔10%，〕、所炼钢种仍受必然限制〔冶炼含大量难熔元素和易氧化元素的高合金钢有必然的困难〕等。
转炉炼钢的冶炼原理
转炉炼钢的冶炼原理
转炉炼钢法：这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。
把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。
在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。
因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。
转炉炼钢是在转炉里进行。
转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。
开始时，转炉处于水平，向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。
这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化(FeO,SiO2 , MnO,) 生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。
几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。
炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。
最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。
磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。
转炉炼钢概况
炼钢厂生产工艺流程
氧 气 散状料(石 灰,萤石,铁皮,矿石,白云石等) 底开车 铁 混铁车 废 废钢车 碎渣送 至用户 料 槽 水 铁 水 预处理 钢 分类堆放坊 废钢斗 扒 渣 称 量 称 量 皮 带 高 位 料 仓 称量斗 汇总 料斗 烟 气 冷 却 余 热 回 收 烟气 净化 泥浆 循环水 称 量
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第二节
转炉炼钢
一,炼钢的任务 钢是以铁为主要元素,含碳量一般在2%以下,并含有其它元素的金属材料.2 %通常是钢和铸铁的分界线.钢的一小部分用于铸造或锻造机械零部件,绝大部分经 压延加工成各种钢材后使用. 钢是应用最广泛的一种金属材料.工业,农业,交通运输,建筑和国防等,都 离不开钢.钢的生产对国民经济各部门的发展都有重要作用. 生铁和钢在性能上所 以会有这样大的差别,其根本原因是它们的成分不同,生铁和钢的化学成分如下:
第一章 转炉炼钢概述
第一节 炼钢
目前,从铁矿石到炼出钢一般是分为两步进行的,即先在以高炉为主要代表的炼铁设备中 将铁矿石(包括烧结矿,球团矿)冶炼成生铁,然后再在炼钢炉中将铁冶炼成钢. 铁矿石中的铁是以氧化铁状态存在的.从铁的氧化物中提炼铁的过程叫做还原.高炉冶炼生 铁,是利用焦炭燃烧以及焦炭产生的一氧化碳,在高温下将铁从铁矿石中还原出来. 炼钢,是氧化炉料(主要是生铁)所含杂质的复杂的金属提纯过程.主要工艺包括氧化去 除硅,磷,碳,脱硫,脱氧和合金化.炼钢过程基本上是一个氧化过程.这些元素氧化以后, 有的在高温下与石灰等熔剂起反应,形成炉渣.有的变成气体逸出,留下的就是钢水. 最后, 用锰铁,硅铁和铝等进行脱氧.这样,达到一定成分和温度的钢水,用钢锭模铸成钢锭,或用 连铸机铸成钢坯.钢锭或连铸坯送到轧钢厂,轧成各种钢材. 炼钢是整个钢铁工业生产过程中最重要的环节.在这一环节,主要涉及的生产工艺包括铁 水预处理,熔炼,二次冶金(炉外精炼),浇注(模铸,连铸)等. 炼钢方法主要是转炉(碱性氧气转炉为主),电弧炉和平炉三种.
转炉炼钢
转炉炼钢一、顶吹氧气转炉炼钢特点◆生产率高（冶炼时间在20分钟以内）；◆质量好，可以生产超纯净钢；有害成份（S、P、N、H、O）＜80PPm；◆冶炼成本低，耐火材料用量比平炉电炉用量低；◆原材料适应性强，高P、低P都可以；二、炼钢基本知识1、钢与生铁的区别C < 2.11%的Fe-C合金为钢；C > 1.2%的钢很少实用；钢还含Si、Mn等合金元素及杂质。
2、炼钢用原材料（1）、主要原材料铁水：占70%以上，T≥1250℃，应尽量保证成分和温度的均匀和稳定。
废钢：必须干燥、清洁、不能有水分、泥沙、油污,耐材等杂质。
不能有密闭容器、爆炸物、橡胶及有色金属。
块度不能过大，Cu≤0.3%，S、P ≤0.10%（2）、辅助原材料造渣料：石灰、白云石、镁球、萤石、调质剂等。
冷却剂：冷固球团、铁矿石、球团矿等。
铁合金：锰铁、硅铁、钒铁、硅铝钡、硅钙线等。
其它：氧气、大包覆盖剂、中包覆盖剂、增碳剂、钢水净化剂、焦碳、保护渣、耐火材料等。
3、炼钢基本原理通过氧枪向转炉炉内吹入氧气，与熔池中的碳、硅、锰、磷、硫等发生氧化反映，并放出大量热量，使熔池温度迅速升高，碳氧反应产生的CO很CO2上浮时，引起熔池的沸腾，使炉内物料产生强烈搅拌，从而使有害气体和杂质被炉渣吸附，从而得到纯净的钢水的目的。
三、炼钢的基本任务：1、脱碳；2、脱除磷、硫；3、升温；4、脱(氮、氢等)有害气体和夹杂；5、脱氧合金化；6、凝固成型。
四、转炉炼钢工艺过程1、上炉钢倒完渣后，检查是否需补炉或补出钢眼，确定是否开始为下一炉装料。
2、按要求装入铁水和废钢，摇正炉子。
下枪的同时，向炉内加入第一批渣料（石灰、白云石），约占总量的1/2~2/3，氧枪降至规定枪位高度时，吹炼正式开始。
3、当氧流与熔池液面接触时，C、Si、Mn开始氧化，称为点火。
约2min后形成初期渣。
随着温度逐渐升高，火焰亮度增加，并有小铁粒从炉口喷出，此时应降低枪位，开始加入第二批料。
第5章转炉炼钢介绍
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5.3 转炉炼钢过程
（3）炉渣的作用
通过对炉渣成分、性能及数量的调整，可以控制金属 中各元素的氧化和还原过程； 向钢中输送氧以氧化各种杂质； 吸收钢液中的非金属夹杂物，并防止钢液吸气（ H、 N）。 其它作用。
副作用：侵蚀炉衬；降低金属收得率。
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5.3 转炉炼钢过程
5.3.4 吹炼过程中元素的氧化规律
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5.3 转炉炼钢过程
当氧流与熔池面接触时，碳、硅、锰开始氧化，称为“点 火”。点火后约几分钟，初渣形成并覆盖于熔池面。随着 硅、锰、磷、碳的氧化，熔池温度升高，火焰亮度增加， 炉渣起泡，并有小铁粒从炉口喷溅出来，此时应适当降低 枪位。
吹炼中期脱碳反应激烈，渣中 (%FeO) 降低，致使炉渣熔 点增高和粘度加大，并可能出现稠渣(“返干”)现象。此时 应适当提高枪位，并可加入氧化铁皮 (或矿石)、可考虑加 入萤石。但要防止“喷溅”。
转炉炉型
转炉炉型是指转炉内部自由空间的几何形状，由耐
火材料砌成。
筒球型
锥球型
截锥型
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5.2 转炉炼钢设备
转炉内衬
绝热层
永久层
填充层
工作层
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5.2 转炉炼钢设备
托圈和耳轴
托圈、耳轴 是用以支撑炉体 和传递倾动力矩 的机构。 转炉和托圈 的全部载荷都通 过耳轴经轴承座 传递给地基 。
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5.2 转炉炼钢设备
脱碳速度由大变小。这一时期称吹炼末期，又叫碳氧 化后期。 除碳外其他元素变化不大，主要进行终点操作。当 w[c]﹤0.3%-0.7%时，进入吹炼末期。
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5.3 转炉炼钢过程
5.3.1 转炉炼钢原料
金属料 辅助材料
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1 转炉炼钢车间设计方案
1. 1 工艺流程
高炉铁水用混铁车运到倒罐站后，转移到铁水罐中（鉴于铁水罐比混铁车操作方便且易于扒渣），为了优化工艺，进行一系列的铁水预处理。
由于脱硫需要氧化性条件，和脱硅、脱磷的气氛条件不一样，且采取的渣处理工艺也不一样，所以从工艺上考虑将其放到其它两个预处理工艺之前；脱硫渣送到渣场处理，经过磨碎提取其中的铁粉后，剩余脱硫渣送到厂外用于建材生产、建筑填料等工业。
脱硫后铁水必须保证硅含量低于0.15%才能实现脱磷处理，因此将脱硅处理置于脱磷之前；脱硅渣属于酸性渣且硫含量较低，可以将其送到高炉或烧结车间，进行返回利用。
脱硅达到要求后，可以进行脱磷操作；脱磷渣送到脱磷渣再生器中，此过程产生的炉渣考虑到整个流程的最优化，分别取50%返回脱磷和脱硅程序；当高磷铁水达到一定量时，将其转移到一个脱磷包中进行深脱磷，产生的磷含量>10%的炉渣可以送到化肥厂生产磷肥，剩余的高磷铁水送到其他小型的铸造厂用于铸造。
经过铁水预处理后的铁水兑到转炉进行脱碳处理，此时硅、硫、磷的含量都比较低，其产生的转炉渣可以继续返回到脱硅程序，工艺流程如图1—1。
图1—1 工艺流程图
1.2 主要冶炼钢种及产品方案
本设计主要生产普碳钢、低合金钢，也可根据市场的要求进行灵活调整。
根据毕业设计任务书中年产440万吨铸坯的要求，可确定其产品大纲。
详见于表1-1：
1.3 转炉车间组成
现代氧气转炉炼钢车间一般由以下各部分组成：铁水预处理站及铁水倒罐站；废钢堆场与配料间；主厂房（包括炉子跨、原料跨、炉外精炼跨、浇铸系统各跨间）；铁合金仓库及散状原料储运设施；中间渣场；耐火材料仓库；一、二次烟气净化设施及煤气回收设施；水处理设施；分析、检测及计算机监控设施；备品备件库、机修间、生产必需的生活福利设施；水、电、气（氧、氩、氮、压缩空气）等的供应设施。
1.4 转炉车间生产能力计算
1.4.1 转炉容量及座数的确定
综合考虑当前转炉炼钢车间的生产情况，本设计采“二吹二”制，每炉钢的平均冶炼周期取40min ，平均供氧时间为16min 。
转炉作业率：取η=94.5%；炉外精炼收得率：取99%；连铸收得率：取98%，以提高转炉的利用效率，减少资金的投入。
1.4.2 计算年出钢炉数
转炉的年出钢炉数N 按下式计算：
1
36514402T N η⨯⨯= 40
5.9%936514402⨯⨯⨯= =年炉25202
式中： T 1——每炉钢的平均冶炼时间，40min/炉；
1440——一天的时间，min/d ；
350——一年的工作天数，d/a ；
η——转炉作业率，%100365
2⨯=T η（T 2 一年的工作天数） =95.9%
1.4.3 根据生产规模和产品方案计算出年需钢水量
每炉钢的平均冶炼周期取40min 。
=⨯年需良坯量
年需合格钢水量良坯收得率炉外精炼回收率
炉外精炼收得率：取99%；
连铸收得率：取98%； 代入数据得：万吨年需合格钢水量51.453%99%98440=⨯=
； =年需钢水量
平均炉产钢水量年出钢炉数 代入数据得：179.95t 252024535100==
平均炉产钢水量。
1.4.4 按标准系列确定炉子的容量
故取公称容量为：190吨。
1.4.5 核算车间年产量
本设计中选定190吨转炉两座，按照二吹二生产方式。
车间年产量=190×25202×98%×99%=464.57万吨﹥440万吨，故设计选取合格。