氧气顶吹转炉炼钢工艺及设备
氧气顶吹转炉炼钢
氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉炼钢(oxygen top blown converter steelmaking)由转炉顶部垂直插入的氧枪将工业纯氧吹入熔池，以氧化铁水中的碳、硅、锰、磷等元素，并发热提高熔池温度而冶炼成为钢水的转炉炼钢方法。
它所用的原料是铁水加部分废钢，为了脱除磷和硫，要加入石灰和萤石等造渣材料。
炉衬用镁砂或白云石等碱性耐火材料制作。
所用氧气纯度在99％以上，压力为0．81～1．22MPa(即8～12atm)。
简史空气底吹转炉和平炉是氧气转炉出现以前的主要炼钢设备。
炼钢是氧化熔炼过程，空气是自然界氧的主要来源。
然而空气中4／5的气体是氮气，空气吹炼时，这样多的氮气在炉内穿行而过，白白带走大量的热且有部分氮溶解在铁液中，成为恶化低碳钢品质的重要原因。
平炉中，氧在用于燃烧燃料之后，过剩的氧要通过渣层传入钢水，所以反应速率极慢，这也就增加了热损失。
因此，直接把氧气吹入熔池炼钢，成为许多冶金学家向往的目标。
早在19世纪，现代炼钢法的创始人贝塞麦(H．Bessemer)就有了纯氧炼钢的设想，但因没有大量氧气而未进行试验。
20世纪20年代后期，以空气液化和分馏为基础的林德一弗兰克(Linde—Frankel)制氧技术开发成功，能够生产可供工业使用的廉价氧气，氧气炼钢又为冶金界所注意。
从1929年开始，柏林工业大学的丢勒尔教授(R．Durrer)在实验室中研究吹氧炼钢，第二次世界大战开始后转到瑞士的冯•罗尔(V．Roll)公司继续进行研究。
1936～1939年勒莱普(O.Lellep)在奥伯豪森(Oberhausen)进行了底吹氧炼钢的试验，由于喷嘴常损坏未能成功。
1938年亚琛(Aachen)工业大学的施瓦茨(C．V．Schwarz)提出用超音速射流向下吹氧炼钢，并在实验室进行了试验，将托马斯生铁吹炼成低氮钢，但因熔池浅而损坏了炉底。
1948年丢勒尔(R．Durrer)等在冯•罗尔(VonRoll)公司建成2．5t的焦油白云石衬的试验转炉，以450的斜度将水冷喷嘴插入铁水吹氧炼钢，无论贝塞麦生铁或托马斯生铁都能成功炼成优质钢水，而且认识到喷嘴垂直向下时，最有利于喷嘴和炉衬的寿命。
转炉炼钢设备
1 概述1.1氧气顶吹转炉炼钢特点氧气顶吹转炉炼钢又称 LD 炼钢法，通过近几十年的发展，目前已完全取代了平炉炼钢，其之所以能够迅速发展的原因，主要在于与其它炼钢方法相比，它具有一系列的优越性，较为更突出的几点如下：1．生产效率高一座容量为80 吨的氧气顶吹转炉连续生产24 小时，钢产量可达到日产3000 — 4000 吨，而一座 100 吨的平炉一昼夜只能炼钢 300 — 400 吨钢，平均小时产量相差甚远，而且从冶炼周期上看，转炉比平炉、电炉的冶炼周期要短得多。
2．投资少，成本低建氧气顶吹转炉所需的基本建设的单位投资，比同规模的平炉节约30% 左右，另外投产后的经营管理费用，转炉比平炉要节省，而且随着转炉煤气回收技术的广泛推广和应用，利用转炉余热锅炉产生蒸气及转炉煤气发电，使转炉逐步走向“负能”炼钢。
3．原料适应性强氧气顶吹转炉对原料情况的要求，与空气转炉相比并不那么严格，可以和平炉、电弧炉一样熔炼各种成分的铁水。
4．冶炼的钢质量好，品种多氧气顶吹转炉所冶炼的钢种不但包括全部平炉钢，而且还包括相当大的一部分电弧炉钢，其质量与平炉钢基本相同甚至更优，氧气顶吹转炉钢的深冲性能和延展性好，适宜轧制板、管、丝、带等钢材。
5．适于高度机械化和自动化生产由于冶炼时间短，生产效率高，再加转炉容量不断扩大，为准确控制冶炼过程，保证获得合格钢水成分和出钢温度，必须进行自动控制和检测，实现生产过程自动化。
另外，在这种要求下，也只有实现高度机械化和自动化，才能减轻工人的劳动强度，改善劳动条件。
1.2 转炉炼钢机械设备系统氧气顶吹转炉炼钢法，是将高压纯氧[压力为0.5~1.5MPa ，纯度99.5% 以上，（我厂为99.99% ）],借助氧枪从转炉顶部插入炉内向熔池吹氧,将铁水吹炼成钢。
氧气顶吹转炉的主要设备有：1．转炉本体系统：包括转炉炉体及其支承系统——托圈、耳轴、耳轴轴承和支承座，以及倾动装置，其中倾动装置由电动机、一次减速机，二次减速机、扭矩缓冲平衡装置等组成。
第二章转炉炼钢设备与工艺讲解
第二章转炉炼钢设备与工艺讲解第二章转炉炼钢设备与工艺一、炼钢原理1、根据所炼钢种的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素的含量减少或增加到规定范围的过程。
2、简单地说，是对生铁降碳、去硫、磷、调硅、锰含量的过程。
这一过程基本上是一个氧化过程，是用不同来源的氧(如空气中的氧、纯氧气、铁矿石中的氧)来氧化铁水中的碳、硅、锰等元素。
反应生成的一氧化碳很容易从铁水排至炉气中而被除掉。
生成的二氧化硅、氧化锰、氧化亚铁互相作用成为炉渣浮在钢水面上。
3、化学反应主要有：2FeO+Si ——2Fe+SiO2 FeO+Mn——Fe+MnO4、生铁中硫、磷这两种元素在一般情况下对钢是有害的，在炼钢过程中必须尽可能除去。
在炼钢炉中加入石灰(CaO)，可以去除硫、磷：2P+5FeO+3CaO——5Fe+Ca2(PO4)2(入渣)5、在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧，是有害的杂质，使钢塑性变坏，轧制时易产生裂纹。
故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂(例如锰铁、硅铁和铝等)，以除去钢液中多余的氧：Mn＋FeO ——MnO＋Fe Si ＋2FeO—— SiO2＋2Fe Al＋3FeO ——Al2O3＋3Fe6、同时调整好钢液的成分和温度，达到要求可出钢，把钢水铸成连铸坯或钢锭。
二、炼钢方法1、炼钢的方法主要有转炉、电炉和平炉三种。
（1）平炉炼钢的主要特点是可搭用较多的废钢(可搭用钢铁料的20—50％的废钢)，原料适应性强，所用的原料有废钢、废铁、铁矿石和溶剂（石灰石和生石灰）。
反应所需的热量是由燃烧气体燃料（高炉煤气，发生炉煤气）或液体燃料（重油）所提供。
但冶炼时间长，已被淘汰。
（2）转炉炼钢广泛采用氧气顶吹转炉或顶底复吹转炉，生产速度快(1座300吨的转炉吹炼时间不到20分钟，包括辅助时间不超过1小时，而300吨平炉炼1炉钢要7个小时)，品种多、质量好，可炼普通钢，也可炼合金钢。
（3）电炉炼钢是用电能作热源进行冶炼。
10氧气转炉炼钢
10 氧气转炉炼钢10．1 氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉于1952年和1953年在奥地利的林茨（Linz）城和多纳维茨（Donawitz）城先后建成并投入生产，故又称为LD法。
由于它具有原材料适应性强、生产率高、成本低、可炼品种多、钢质量好、投资省、建厂速度快等一系列优点，因而在世界范围内得到迅速发展，一跃成为现代主要炼钢方法之一。
10．1．1 氧气顶吹转炉炼钢车间的特点现代钢铁生产，从铁矿石冶炼到加工成钢材，一般是组成钢铁联合企业集中进行的。
炼钢在钢铁联合企业内是一个中间环节，它联系着前面的炼铁等原料供应系统和后面的轧钢等成品生产。
炼钢车间的生产对整个联合企业有重大影响。
由于氧气顶吹转炉吹氧时间短和炉子容量的大型化，使顶吹转炉车间具有以下特点：l）吹炼周期短、生产率高，因此，每昼夜出钢炉数多，兑铁、加料、倒渣、出钢、浇注等操作频繁，原材料、钢水、炉渣等的吞吐量大。
2）运输复杂，数量大。
其数量相当于钢产量的3～5倍，而且批量小、批次多、运输品种多。
因此，各种货流不得不尽量避免交叉而设置专业化线路，并采用多层平面运输。
3）温度高、烟尘大，需配置高效能的通风除尘设备。
4）因吹炼速度快，要求有准确、可靠的计量通讯设备。
为了保证转炉正常地进行连续生产，各种原材料的供应以及钢水、炉渣的处理必须有足够的设备，而且工作可靠。
这些设备的布置和车间内各物料的运输流程必须合理。
同时，车间内转炉座数也不宜过多，以免各种设备在操作时互相干扰。
世界上大多数转炉车间，目前均采用以下两种布置方案：两座转炉经常保持一座吹炼（简称二吹一）；三座转炉经常保持两座吹炼（简称三吹二）。
炼钢生产有冶炼和浇注两个基本环节。
为保证冶炼和浇注的正常进行，氧气顶吹转炉车间主要包括原料系统，加料、冶炼和浇注系统，以及采用模铸时的钢模准备系统。
因此，顶吹转炉车间主厂房多改为三跨间：1）原料跨：主要组织铁水和废钢的供应，炉渣及垃圾的运出。
2）转炉跨：主要布置转炉及其倾动机构。
第4章 氧气顶吹转炉
控制：取决于铁水P含量：脱磷任务
通常：0.40 ~ 0.80% （目前有降低的趋势） 非正常：2%Si
P：来源于矿石
影响：氧化放热：被动因素
增加石灰消耗：需要大渣量 延长冶炼周期：多次拉碳 导致严重后吹：多次拉碳
范围：生产中不作规定
省内： 0.050 ~ 0.120 %
控制：减少矿石含P量：炼铁厂
终点C：终点C低，氧化量大
三．炉渣成分变化
（CaO）：石灰熔化，逐渐升高，最终50%左右 （SiO2）：与石灰熔化相关
前期：Si氧化导致SiO2上升 中期及后期：石灰不断熔化，导致持续下降
终渣含量：10~20%
（MnO）：与石灰熔化相关
前期：Mn氧化MnO含量高 中期及后期：石灰熔化，导致MnO含量持续下降
结束供氧
氧枪升起 自动关闭供氧
吹炼结束
拉碳：根据操作因素和钢种要求，确定吹炼终点，提起
氧枪停止吹O2，倒炉、测温、取样化验钢水成分 倒炉：炉体向加料跨倾动，方便测温、取样 测温：测温枪 + 热电偶，由炉口插入钢水 钢水取样
目的：化验钢水成分
方法：♣ 样勺：钢水倒入样模，钢水凝固放出钢花
减少喷煤S含量 减少烧结用煤S含量
提高高炉炉温
铁水预处理：普遍应用 用于高附加值钢种
（二）废钢
用量：< 30%
前提条件：必须满足终点温度要求 影响因素：实际生产中影响因素很多
钢种：高碳钢用量少 铁水温度：温度低用量少 浇注条件：开浇炉次用量少 铁水包容量：限制铁水用量 废钢供应：废钢短缺 原料条件：生烧石灰用量少 铁水成分：Si低时用量少 ★废钢熔化吸热
二．熔池内成分变化
[Si]
开始氧化时间：供氧后，最先氧化
氧气顶底复吹转炉炼钢
4铁水的含锰量
铁水中的锰是一种有益元素;主要体现在锰氧化 后生成的氧化锰能促使石灰溶解，有利于提高炉 龄和减轻氧枪粘钢;
我国铁水含锰量都不高，多为0 2%～04%。可 向高炉的原料中配加锰矿石，但这将会焦比升高 和高炉的生产率下降。
（5）铁水的含碳量
碳也是转炉炼钢的主要发热元素，≥35%的含 碳量即可满足冶炼要求，而通常铁水含碳4%左右
≤002
Байду номын сангаас
>002～003
>003～005
>005～007
表12 我国一些钢厂用铁水成分
厂家
首钢
鞍钢三 炼 武钢二 炼 包钢
Si 020～
040 052
067
072
化 学 成 分 ω/%
Mn
P
S
040～ 050
≤010
<0050
045 (≤010)① 0013
≤030 ≤0015 0024
173 0580 0047
由于散装料及铁合金消耗量减少，少渣精炼时
钢水和炉渣的氢含量明显减少，可以稳定地得到 终点ωH％＜20×106的钢水。 (3) 铁损明显减少
由于渣量减少，渣带走的铁损少。但渣层薄，
烟气带走的烟尘量增多。
9 44 铁水预处理技术 定义：铁水在兑入转炉之 前进行的脱硫 脱磷或脱硅 操作叫做铁水预处理; 目的：减轻高炉、转炉的 负担;提高生产率。
5 钢水中的磷
从炉底吹入氧气; 可与金属液反应生成 FeO，FeO与P反应， 氧也有可能直接氧化 [P]生成P2O5; 从反应 的动力学看，强有力的 搅拌有利脱磷，在吹炼 初期脱磷率可达40 %～60%，以后保持平 稳，吹炼后期脱磷加快。 复吹磷的分配系数相当 于底吹，而比顶吹高。
80t氧气转炉炼钢设备(第一篇)
1 概述1.1氧气顶吹转炉炼钢特点氧气顶吹转炉炼钢又称 LD 炼钢法，通过近几十年的发展，目前已完全取代了平炉炼钢，其之所以能够迅速发展的原因，主要在于与其它炼钢方法相比，它具有一系列的优越性，较为更突出的几点如下：1．生产效率高一座容量为80 吨的氧气顶吹转炉连续生产24 小时，钢产量可达到日产3000 — 4000 吨，而一座 100 吨的平炉一昼夜只能炼钢 300 — 400 吨钢，平均小时产量相差甚远，而且从冶炼周期上看，转炉比平炉、电炉的冶炼周期要短得多。
2．投资少，成本低建氧气顶吹转炉所需的基本建设的单位投资，比同规模的平炉节约30% 左右，另外投产后的经营管理费用，转炉比平炉要节省，而且随着转炉煤气回收技术的广泛推广和应用，利用转炉余热锅炉产生蒸气及转炉煤气发电，使转炉逐步走向“负能”炼钢。
3．原料适应性强氧气顶吹转炉对原料情况的要求，与空气转炉相比并不那么严格，可以和平炉、电弧炉一样熔炼各种成分的铁水。
4．冶炼的钢质量好，品种多氧气顶吹转炉所冶炼的钢种不但包括全部平炉钢，而且还包括相当大的一部分电弧炉钢，其质量与平炉钢基本相同甚至更优，氧气顶吹转炉钢的深冲性能和延展性好，适宜轧制板、管、丝、带等钢材。
5．适于高度机械化和自动化生产由于冶炼时间短，生产效率高，再加转炉容量不断扩大，为准确控制冶炼过程，保证获得合格钢水成分和出钢温度，必须进行自动控制和检测，实现生产过程自动化。
另外，在这种要求下，也只有实现高度机械化和自动化，才能减轻工人的劳动强度，改善劳动条件。
1.2 转炉炼钢机械设备系统氧气顶吹转炉炼钢法，是将高压纯氧[压力为0.5~1.5MPa ，纯度99.5% 以上，（我厂为99.99% ）],借助氧枪从转炉顶部插入炉内向熔池吹氧,将铁水吹炼成钢。
氧气顶吹转炉的主要设备有：1．转炉本体系统：包括转炉炉体及其支承系统——托圈、耳轴、耳轴轴承和支承座，以及倾动装置，其中倾动装置由电动机、一次减速机，二次减速机、扭矩缓冲平衡装置等组成。
转炉炼钢设备(优质严选)
优质资料1 概述1.1氧气顶吹转炉炼钢特点氧气顶吹转炉炼钢又称 LD 炼钢法，通过近几十年的发展，目前已完全取代了平炉炼钢，其之所以能够迅速发展的原因，主要在于与其它炼钢方法相比，它具有一系列的优越性，较为更突出的几点如下：1．生产效率高一座容量为80 吨的氧气顶吹转炉连续生产24 小时，钢产量可达到日产3000 — 4000 吨，而一座 100 吨的平炉一昼夜只能炼钢 300 — 400 吨钢，平均小时产量相差甚远，而且从冶炼周期上看，转炉比平炉、电炉的冶炼周期要短得多。
2．投资少，成本低建氧气顶吹转炉所需的基本建设的单位投资，比同规模的平炉节约30% 左右，另外投产后的经营管理费用，转炉比平炉要节省，而且随着转炉煤气回收技术的广泛推广和应用，利用转炉余热锅炉产生蒸气及转炉煤气发电，使转炉逐步走向“负能”炼钢。
3．原料适应性强氧气顶吹转炉对原料情况的要求，与空气转炉相比并不那么严格，可以和平炉、电弧炉一样熔炼各种成分的铁水。
4．冶炼的钢质量好，品种多氧气顶吹转炉所冶炼的钢种不但包括全部平炉钢，而且还包括相当大的一部分电弧炉钢，其质量与平炉钢基本相同甚至更优，氧气顶吹转炉钢的深冲性能和延展性好，适宜轧制板、管、丝、带等钢材。
5．适于高度机械化和自动化生产由于冶炼时间短，生产效率高，再加转炉容量不断扩大，为准确控制冶炼过程，保证获得合格钢水成分和出钢温度，必须进行自动控制和检测，实现生产过程自动化。
另外，在这种要求下，也只有实现高度机械化和自动化，才能减轻工人的劳动强度，改善劳动条件。
1.2 转炉炼钢机械设备系统氧气顶吹转炉炼钢法，是将高压纯氧[压力为0.5~1.5MPa ，纯度99.5% 以上，（我厂为99.99% ）],借助氧枪从转炉顶部插入炉内向熔池吹氧,将铁水吹炼成钢。
氧气顶吹转炉的主要设备有：1．转炉本体系统：包括转炉炉体及其支承系统——托圈、耳轴、耳轴轴承和支承座，以及倾动装置，其中倾动装置由电动机、一次减速机，二次减速机、扭矩缓冲平衡装置等组成。
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第二章氧气顶吹转炉炼钢工艺及设备
2.1炼钢用原材料
2．1．1．1铁水
1．对铁水化学成
分的要求：
w[C]%=4.00%，
w[Si]%=0.3%~0.6%；Mn/Si=0.80~1.00；w[P]%≤0.20%；w[S]% ≤0.05%。
2．对铁水温度的要求：1250~1300℃。
3．铁水预处理：“三脱”—脱S、脱P、脱Si。
2．1．1．2废钢：
1）．外形尺寸、块度适当；2）.不得混有铁合金且无中空封闭器皿及易燃易爆物；3）.清洁干燥；4）.不同性质的废钢分类堆放，避免冶炼困难及贵金属浪费。
2．1．1．3铁合金
杭钢转炉：Si-Ca；Si-Ca-Ba；Al-Ca；Mn-Fe。
2．1．2非金属材料
2．1．2．1造渣剂
1．石灰（CaO）：主要造渣材料。
石灰的作用：1）.造高碱度炉渣，对碱性炉衬起保护作用；2).促进S、P的去除。
活性石灰：在900~1200℃范围内加回转窑或其他先进炉窑中焙烧成的石灰。
其特点：气孔率高，呈海绵状，体积密度小，比表面积大，石灰晶粒小，化学成分好。
2．萤石（CaF2）：熔点：930℃。
助熔
3．生白云石(CaCO3·MgCO3)：减少萤石和石灰的用量，增加渣中MgO的成分。
2．1．2．3冷却剂
2．1．2．4其他材料
1．增碳剂：固定碳高，灰分、挥发分和S、P、N等杂质含量低且干燥、干净、粒度适中。
2．氧化剂
2．2氧气顶吹转炉炼钢工艺
2．2．1一炉钢的吹炼过程
1.工艺：1）.装料；2).吹炼（前、中、后）；3.）出钢；4).溅渣护炉；5).倒渣。
2．前、中、后三个时期的任务：
1）．吹炼前期任务：早化渣，多去磷，保护炉衬。
（高枪位）
2）．吹炼中期任务：保证炉渣不“返干”，不喷溅，快速脱C、S，均匀升温。
（适当降低枪位）
3）．吹炼后期任务：成分、温度均匀，加强搅拌，稳定火焰，便于判断终点，同时降低渣中Fe含量，减少铁损达到溅渣要求。
（降枪）
2．2．2温度的变化规律：
2．2．3装入操作
1）.定量装入；2）.定深装入；3）.分阶段定量装入。
2．2．4供氧操作
2．2．4．1吹嘴、氧气流股运动规律及熔池的作用
2．2．4．2氧气流股由喷嘴喷出来后的运动规律
2．2．5氧气流股与金属熔池的相互作用
1）.在氧气流股作用下熔池金属液的运动
2）.硬吹与软吹
对氧化铁的分配影响：
2．2．6烧嘴的类型和特点
2．2．7枪位对吹炼过程的影响
1．枪位与熔池搅拌的关系
氧气顶吹转炉中，熔池搅拌的推动力来源：1）.喷枪吹入的氧气流股；2）.炉内碳氧反应所产生的CO气泡。
“其具体枪位与搅拌的关系可参照硬吹与软吹”
2．氧枪与氧化铁的关系
参照硬吹与软吹对氧化铁的分配，同时，枪位不仅影响着FeO的生成速度还关系着它的消耗速度。
低枪位，FeO消耗>FeO生成→（FeO）↘；高枪位，FeO消耗<FeO生成，→（FeO）↗。
3．枪位与熔池温度的关系
2．2．8供氧操作中的主要参数及供氧操作
1．供氧操作中的主要参数：
1）.氧气流量与供氧强度：
2）．氧气压力与喷枪高度
2．供氧操作：1）.恒压变枪；2）.恒枪变压；3）.变压变枪。
2．2．9造渣操作
2．2．9．1造渣目的及方法
1．造渣目的：快速成渣，使炉渣具有一定的碱度，以便尽快将金属中磷、硫等杂志去除到所炼钢种规定的要求以下。
并尽可能减少喷溅。
最少侵蚀炉衬，控制终点渣的氧化性以保证终点钢水氧化性适当。
2．造渣方法：由目的决定造渣方法，主要去除S、P杂质，其次防侵蚀、喷溅、少渣。
1）.单渣操作；2）.双渣操作；3）.双渣留渣操作。
2．2．9．2渣料加入量和加入时间
2．2．10温度制度：温度高拉碳易偏低；温度低拉碳易偏高。
2．2．11热量来源及终点温度和过程温度的控制
1．热量的来源：物化热
2．出钢温度的确定：T出=T液+△T+△t1+△t2+△t3
其中：T出：出钢温度；T液：凝固温度；△T：过热度；△t1：出钢过程至开浇前温降；△t2：精炼过程温降；△t3：钢包及连铸前温降。
2．2．12吹炼过程的温度控制
2．2．13过程中的温度控制
2．2．14终点控制：主要是指终点温度和成分的控制。
实质是脱碳和温度控制。
2．2．14．1吹炼终点的条件：1）.碳含量达到所炼钢种的控制范围；2）.钢水中的硫、磷杂质及氧含量低于钢种的规格；3）.钢水具有必要的温度。
2．2．15脱氧合金化
2．2．15．1脱氧方法和操作
1．脱氧方法：沉淀脱氧、扩散脱氧、综合脱氧。
2．脱氧操作
2．2．15．2脱氧剂加入的原则：先加脱氧能力强的，后加脱氧能力弱的。
1）.脱氧元素先加，合金元素后加；
2）.易氧化的贵重合金元素在脱氧良好的情况下加；
3）.难熔的、不易熔化的合金应加在炉内。
2．2．16吹损与喷溅
2．2．17操作事故与处理
2．2．17．1．常见事故产生原因
2．2．17．2．处理办法
2．3氧气转炉炼钢设备
2．3．1氧气转炉炼钢车间
2．3．1．1车间的组成和任务
2．3．1．2原料供应系统和转炉跨的布置
2．4氧气顶吹转炉设备
2．4．1炉型及炉体金属结构
1.炉型：筒球型、锥球型、截锥形。
2.主要参数：①炉子的公称吨位“T”；②炉容比：V/T；③高宽比：H总/D壳2．4．2倾动机构
2．5供氧供气设备。