转炉炼钢技术

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二、炼钢基本原理
6.5 终点控制、脱氧及出钢 终点控制主要指终点的温度及化学成分的控制。终点 控制法方法有两种拉碳法和增碳法，前者是当钢水碳含量 和温度符合所炼钢中的要求时，即可停止吹炼，即“拉碳”； 后者是把碳吹到0.04～0.06％时停吹，然后按钢种规格 在钢包内增碳。 转炉炼钢通常在出钢期间进行钢液的脱氧和合金化， 一般在钢水流出总量的1/4时开始向钢液中加入铁合金， 至流出钢液总量的3/4时全部加完。
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二、炼钢基本原理
（2）由于Mn的氧化产物MnO是碱性氧化物，故碱性 渣不利于Mn的氧化，Mn的氧化不象Si的氧化那样完全； （3）当温度升高后，Mn的氧化反应会逆向进行，发生 Mn的还原，即发生“回锰现象”，使钢中“余锰”增加。 4.5 碳的氧化 碳氧反应是炼钢过程中最重要的一个反应。一方面， 把钢液中的碳含量降到了所炼钢种的规格范围内。另一方 面，碳氧反应时产生的大量CO气泡从熔池中逸出时，引 起熔池的剧烈沸腾和搅拌，对炼钢过程起到了极为重要的 作用，具体如下： （1）加速了熔池内各种物理化学反应的进行； （2）强化了传热过程；
钢和生铁最根本的区别是含碳量不同，钢中含碳量 ≤2％，生铁含碳量＞2％。
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二、炼钢基本原理
2、炼钢的主要任务 （1）脱碳 在高温熔融状态下进行氧化熔炼，把生 铁中的碳氧化降低到所炼钢号的规格范围内，是炼钢 过程中的一项主要任务。 （2）脱磷 把铁中的有害杂质和磷降低到所炼钢号 的规格范围内。 （3）去除钢中气体，如N。 （4）脱氧及合金化 把氧化熔炼过程中生成的对钢 质量有害的过量的氧从钢液中排除掉；同时加入合金 元素，将钢液中各种合金元素的含量调整到所炼钢号 的规格范围内。
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三、炼钢采用的主要技术设施
接受L3冶炼计划 静 态 模 型 主原料计算 装入主原料 氧流量、底 吹、枪位自 动设定 氧量计算 吹炼
熔剂计算
加入熔剂
静态自 学习
副枪测量TSC 氧流量、底 吹、枪位自 动设定
1、自动化炼钢技术 1.1控制流程
动 态 模 型
氧量计算
吹炼
冷却剂计算
加入冷却剂
停止吹炼
动态自 学习
副枪测量TSO
出钢
合金计算
合金化
图2 自动化炼钢系统控制流程
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三、炼钢采用的主要技术设施
1.2静动态控制基本原理
转炉自动炼钢是建立在稳定可靠的静态模型基础上,
由动态模型完成吹炼任务。当氧枪供氧至80%左右， 副枪TSC探头开始下枪测量, 分别将温度、结晶碳含量
的分析信息传输至计算机动态炼钢模型, 并控制吹氧量
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二、炼钢基本原理
4.1 铁的氧化 铁和氧的亲和力小于Si、Mn、P，但由于金属液 中铁的浓度最大（质量分数为90％），所以铁最先被 氧化。 [Fe] + {O2} =（FeO） 2（FeO） + {O2} =（Fe2O3） 4.2 杂质氧化方式 炼钢熔池中除铁以外的各种元素的氧化方式有两种： 直接氧化和间接氧化。 直接氧化是指气相中的氧与熔池中的除铁以外的各种元 素直接发生氧化反应。如： [Mn] + {O2} =（MnO）
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二、炼钢基本原理
（5）升温 铁水温度一般仅有1300℃左右，而 出钢温度应达到1600℃以上，所以炼钢是一个升温 的过程。 3、现代炼钢主要方法 现代炼钢工艺流程主要有两种： 高炉—氧气转炉—炉外精炼—连续铸钢； 废钢—电弧炉—炉外精炼—连续铸钢。 4、炼钢过程的化学反应 炼钢过程是剧烈的氧化反应过程，熔池内氧的来 源主要是:向熔池吹入氧气，它是炼钢过程最主要的 供氧方式；向熔池中加入铁矿石或其它氧化铁物质。
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二、炼钢基本原理
表1 钢和生铁的主要区别
项 目 碳(质量分数) 钢 ≤2％，一般0.04～ 1.7％ 较少 1450～1530℃ 强度、塑性、韧性好 好 好 好 好 生铁 ＞2％，一般2.5～ 4.3％ 较多 1100～1150℃ 硬而脆，耐磨性好 差 差 差 更好
硅、锰、磷、硫含量
熔点 机械性能 可锻性 焊接性 热处理性能 铸造性
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二、炼钢基本原理
（3）CO气泡的上浮有利于钢中气体[H]、[N]和非金 属夹杂物的去除； （4）促进了钢液和熔渣温度和成分的均匀，并大大加 速成渣过程； （5）大量的CO气泡通过渣层，有利于形成泡沫渣。 4.5.1 氧气流股与金属液间的C—O反应 在氧气炼钢中，金属中一少部分碳可以受到直接氧化。 [C] + {O2} = {CO} +136000J 该反应放出大量的热，是转炉炼钢的重要热源。在氧 射流的冲击区及电炉炼钢采用吹氧管插入钢液吹氧脱碳时， 氧气流股直接作用于钢液，均会发生此类反应。脱碳示意 图分别如图1示。
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二、炼钢基本原理
综合脱磷反应式可以得到脱磷的基本条件为： （1）炉渣碱度适当高； （2）渣中的氧化铁适当高（15~20％）； （3）适当的低温（1450~1500℃）； （4）大渣量 电炉炼钢采用自动流渣、放旧渣造新渣的 方法； （5）炉渣流动性好。 4.6.2 回磷 磷从炉渣重新返回钢液的现象称为“回磷”。 回磷现象的产生与以下因素有关：钢液温度过高，脱 氧剂的加入使渣中（FeO）大大降低，脱氧产物和耐火 材料中SiO2的溶入使炉渣碱度降低等。
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二、炼钢基本原理
6.2 供氧制度 供氧制度就是使氧气流股最合理地供给溶池，创造 良好的物理化学反应条件。供氧制度的内容包括确定合 理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位。
供氧强度是指单位时间内每吨金属的供氧量，目前 多数转炉控制在2.5～4.0m3/(t· min)，少数转炉控 制在4.0m3/(t· min)以上。供氧操作多采用恒压变枪 位操作。
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二、炼钢基本原理
间接氧化是指氧首先和铁发生反应，生成（FeO）， 然后（FeO）扩散并溶解于钢中，钢中其他元素与溶解 的氧发生氧化反应。 [C] +（FeO）= {CO} + [Fe] 或 [C] + [O] = {CO} 各种元素的氧化以间接氧化为主。 4.3 硅的氧化 在碱性炼钢法中，Si的氧化对成渣过程和炉衬的侵 蚀有重要的影响。 直接氧化： [Si] + {O2} = （SiO2） 放热
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二、炼钢基本原理
6.4 温度制度 温度控制主要是指过程温度控制和终点温度控制。
它对炉内化学反应的方向和速度、冶炼操作、浇注操作
及钢的质量都有重要的影响。为加速废钢熔化、提高成 渣速度和杂质的去除速度，减少喷溅，提高炉龄及保证
顺利浇注和提高钢的质量，必须控制好吹炼过程升温速
度和终点温度（出钢温度）。出钢温度一般比钢的熔点 高70~120℃。
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二、炼钢基本原理
确定装入量时必须考虑转炉要有合适的炉容比（转炉 内自由空间的容积与金属装入量的比）、合适的熔池深度 和与浇注工艺相配合。
国内外转炉的装入制度有三种：定量装入、定深装入 和阶段定量装入。定量装入，生产组织简单，操作稳定， 不利于发挥转炉的生产能力；定深装入，有利于发挥转炉 的生产能力，但装入量变化频繁，生产组织困难；阶段定 量装入则吸取的二者的长处，是常用的装料方法。
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二、炼钢基本原理
碱性氧化物，在石灰表面形成高熔点(2403K)的硅酸 二钙（2CaO· SiO2），在石灰表面形成坚硬致密的外 壳，阻碍熔渣向石灰内部的连续渗入，从而影响石灰溶 解。在冶炼末期，随熔池温度的提高和渣中氧化铁含量 的增加，硅酸二钙层被破坏，石灰溶解速度又加快。 显然，加速石灰溶解的关键首先是避免形成硅酸二 钙壳层，当其产生后，应设法迅速破坏掉，以保证熔渣 组分不断地向石灰表面和内部渗透。
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二、炼钢基本原理
4.4 锰的氧化 4.4.1 锰硅的氧化反应式 直接氧化： [Mn] + {O2} =（MnO） 放热 间接氧化： [Mn] +（FeO）=（MnO）+ [Fe] 放热 Mn的氧化产物只溶于炉渣，不溶于钢液。 4.4.2 锰氧化反应的主要特点 Mn氧化反应的特点如下： （1）Mn与氧的亲和力很强，并且Mn的氧化是强放 热反应，故Mn的氧化也是在冶炼初期进行；
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二、炼钢基本原理
间接氧化： [Si] + 2（FeO）=（SiO2）+[Fe] 放热 Si的氧化产物SiO2只溶于炉渣，不溶于钢液。 4.3.1 硅氧化反应的主要特点 Si氧化反应的特点如下： （1）由于Si与氧的亲和力很强，所以在冶炼初期， 钢中的硅就能基本氧化完毕。同时由于硅的氧化产物 SiO2在碱性渣中完全与碱性氧化物如CaO结合，无法被 还原出来，氧化很完全彻底； （2）硅的氧化是一个强放热反应，低温有利于反应 迅速进行。硅是转炉吹炼过程中重要的发热元素，但硅高 会增加渣量，增大热损失。
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二、炼钢基本原理
5 炼钢原料 炼钢原料可以分为金属料和非金属料。 5.1 金属料 炼钢用的金属料主要有铁水、废钢、生铁和铁合金。 5.2 非金属料 炼钢用的非金属料主要造渣材料、氧化剂和增碳剂。 5.2.1 造渣材料 造渣材料主要有石灰、化渣剂和白云石。 6 炼钢操作制度 转炉冶炼通常采用的五大制度是装入制度、供氧制度、 造渣制度、温度制度、终点控制及脱氧合金化制度。这五 大制度执行的好坏，对冶炼过程控制、钢种质量、炉衬寿 命都有很大影响。
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二、炼钢基本原理
流股中的气体氧与钢液中的碳原子直接接触，反应 生成气体产物一氧化碳，脱碳速度受供氧强度的直接影 响，供氧强度越大，脱碳速度越快。
图1 氧气顶吹转炉氧射流与熔池相互作用示意图
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二、炼钢基本原理
4.5. 2 金属熔池内部的C—O反应 金属熔池中大部分的碳是同溶解在金属中的氧相作用而 被间接氧化。 [C] + [O] = {CO}
转炉炼钢工艺技术训目的
本次培训侧重点是使大家了解炼钢技术的基本原理，
同时基本掌握京唐炼钢的特点。按照工艺服从的原则明 确炼钢的工作重点。不涉及专业性强的操作方法。