转炉-精炼-连铸过程钢中氧的控制
转炉精炼操作流程
转炉精炼操作流程
1. 熔炼准备
- 检查转炉设备状态,确保各部件运转正常
- 装料,将适量的铁水、生铁和废钢等原料装入转炉中 - 加入合成渣剂,调节渣组成,促进除渣和除氧
2. 吹炼过程
- 开始吹氧,通过顶吹或底吹向熔池中吹入高纯度氧气 - 进行除磷,加入除磷剂如白云石等,将磷转移到渣中 - 进行除硅,氧化硅形成硅酸盐进入渣相
- 除去杂质元素,如铝、钛等被氧化进入渣中
3. 出钢前操作
- 测温,准确测量钢液温度
- 取样分析,检测钢液成分
- 根据分析结果,进行精确的成分调整
- 加入合金化学成分,如铬、镍、锰等调整成分
- 尽量减少渣铁含量,保证钢液纯度
4. 出钢和精炼后处理
- 缓慢倾斜转炉,将钢液缓缓流入钢包或结晶车
- 彻底除渣,清理残留在转炉内的渣液
- 对转炉内衬进行维护和保养
- 处理工艺残渣,确保环境保护
- 进行后续加工,如连铸或其他工序
以上是转炉精炼操作的基本流程,精细的参数控制和工艺调整需要专业的操作人员把控,以确保钢材质量。
钢中氢的来源及控制对策
钢中氢的来源及控制对策
2.试验条件 2.试验条件
2.1 试验工艺及主要设备参数 80tLD-CB（冶炼周期31min）→80tLF（冶炼周期35—55min）→240×1400mm断面弧形 板坯铸机（中包容量15t，浇注周期35min）。 2.2 试验方案 为了检测钢液中真实的氢含量，采用浸入式直读测氢仪(Multi—LabHydris System) 对“转炉炼钢+LF炉+连铸”各工位钢液在线测氢及对原辅料进行详细的水分分析，详 细的测试方案见表1。
5.1 措施 [H]在钢液中的溶解遵循sivert定律（式1），在温度为1600℃，氢分压 为 1atm 条 件 下 可 算 出 [H] 的 溶 解 度 为 0.00268% （ 即 27ppm ） 。 由 此 在 1600℃条件下，式（1）可改写为式（2），[H]在钢液中的溶解随氢分压 的增加而增加[1]。 1670 − −1.68 （1） （2） [ H %] = 0.00268 PH T [ H %] = 10 PH
表1 钢液测氢试验方案 1
名称 转炉速补料 转炉用辅料及合金 出钢结束 LF用辅料及合金 LF精炼过程 连铸中间罐、结晶器覆盖剂 中间罐 N2、O2、Ar气体 检测内容 水分含量、用量、补炉后烘烤时间 水分含量及用量、加入时机 钢液测氢 水分含量及用量 钢液测氢 水分含量及用量 钢液测氢 水分含量
钢中氢的来源及控制对策
5.1.2 加强耐材烘烤 要求转炉补炉后烘烤时间不小于2h，加强钢包及中间罐的烘烤效果，防 止耐材干燥不彻底导致钢水增[H]。 5.1.3 提高转炉吹炼操作水平 通过优化枪位控制及加料时机，促进转炉渣的早化、化透。提高转炉的 脱磷率，减少冶炼过程化渣剂的消耗量。并严格控制后吹过程中辅料的 加入量，严禁在此期间配加镁球。
炼钢节能措施
1. 2
转炉负能炼钢
• 转炉工序能耗为转炉工序所消耗的能 源介质的总量与转炉回收能源折算成 标煤之差,其表达式为:转炉工序能耗 =(转炉工序总能耗-回收的工序总能 量)÷钢产量(t),达负值即为负能炼钢。 目前转炉工序能耗的先进数据为35. 4kg煤/t钢,转炉煤气可利用的物理热和 化学热为36. 09kg煤/t钢。二者相减为 -0. 69kg煤/t钢,即实现负能炼钢。
2. 2
能量的回收利用
• 2. 2. 1 提高转炉煤气的回收水平的措施 (1)优化转炉操作,稳定煤气回收。改进供氧 制度和造渣制度,使吹炼过程中转炉渣返干 期明下降,减少炉口积渣和大喷溅现象的发 生,提高煤气的回收量和煤气的品质。 (2)充分且合理地利用煤气。减少外用混合煤 气,实现转炉煤气自产自用。将原用混合煤 气的工序全部改用自产煤气,多余煤气并网 利用,降低了外用焦炉和高炉煤气的用量,提 高了煤气回收量,降低了工序能耗。实施蓄 热式烘烤,提高钢包烘烤效果,
2.2 连铸坯热送热装是衔接炼钢、 轧钢两大工序的重要节能措施
• 从20世纪90年代中国连铸进入快速发展时期开始， 连铸坯热送热装就逐渐在各钢厂普遍推广，但各 厂水平差距仍很大。当前的重点应当是抓好生产 计划的衔接优化，尽量提高直接热装比。至于热 装温度则应结合品种特点和各厂普遍推广轧钢蓄 热式加热炉生产情况进行控制，达到保证提高质 量和节能效率的目的。 • 这种控制使连铸坯在输送辊道降温而散失的大量 热能是否可以回收利用的技术将成为研究的新课 题。
2 实现转炉负能炼钢的技术途 径
• 2. 1 在各个工序上抓节能降耗 • 2. 2 能量的回收利用 2. 2. 1 提高转炉煤气的回收水平的 措施 2. 2. 2 提高蒸汽的回收利用水平
2. 1
转炉炼钢脱氧工艺探讨
转炉炼钢脱氧工艺探讨摘要：由于在固态铁中氧的溶解度非常低，最后形成的氧化物夹杂会导致钢材的机械性能降低，尤其是会导致钢材的冲击韧性以及疲劳强度下降，所以必须要采取有效的工艺方法来进行转炉炼钢的脱氧。
关键词：转炉炼钢；脱氧工艺1炼钢脱氧概述炼钢脱氧是炼钢的重要工序，若无法进行高效地炼钢脱氧，直接影响炼钢夹杂物的控制，炼钢的脱氧不彻底，给夹杂物的氧化空间，铸坯在氧气下，容易在皮下产生气泡、水口结瘤、坯夹杂物增多等问题。
因此，对钢水的脱氧进行彻底，能够降低钢中氧化夹杂物数量，改变硫化夹杂物形态，增强钢材稳定性以及稳定力学性能。
炼钢脱氧不彻底是夹杂物清洁的关键，同时，转炉吹炼是炼钢的工序，炉吹过程中，熔池供氧需要满足一定的量，才能确保耐火材料的稳定性，钢水也能发挥溶解氧气的作用，而钢水含有溶解氧，增加了钢水危害性，炉内吹炼会增加实物质量，脱氧未达到标准会有严重危害，吹炼结束要保证脱除到的程度，能推动浇注的有序和高效，对铸坯的结构合理性有较好的作用。
因此整个炼钢过程必须选择正确的脱氧剂，并控制脱氧剂的加入量，也要控制钢水的含氧量，确保脱氧程度。
2转炉炼钢过程中氧气的产生和危害在钢水转炉的过程中，氧主要是来自原料和吹氧炼钢等生产的过程，它通常是以非金属夹杂物和溶解氧的形式存在于钢水中，在炼钢的过程中还会产生硅、磷、锰等杂质，这些杂质会与氧产生一定量的化学反应，在晶体上析出FEO。
随着钢水温度的不断下降，氧气含量会升高并且与其他的元素产生化学反应，从而会破坏钢的质量，降低钢的塑形程度，并且产生热脆的反应，相当于一个秸秆，看上去挺硬，稍微一折就会断掉，炼钢过程中所产生的一系列氧化反应都增加了炼钢的成本，浪费了人力、物力和财力。
为此需要研究出一些脱氧的方法来锻造出高质量的钢铁。
3转炉炼钢脱氧工艺问题现阶段，转炉炼钢采用的脱氧工艺存在一定问题，无法保证钢产品质量。
在普碳钢脱氧过程中，主要加入FeSi、FeMn等实现脱氧合金化，需要结合钢水实际脱氧度进行调整，在精炼前需要实现铝粒的添加，保证满足钢种要求。
定氧技术在钢铁冶炼过程中的作用_吴建忠 (1)
SMELTING SENSOR RESEARCH
冶炼传感器研究
定氧技术在钢铁冶炼过程中的作用
吴建忠
（ 上海贺利氏电测骑士有限公司，上海 201101）
钢液直接在线定氧技术是 20 世纪 70 年代发展起 来的，并得到迅速发展，已经成为提高钢材质量、扩 大品种、减低成本、保证生产顺行的关键技术。在线 定氧，保证钢水冶炼各工序的精确控制，可以运用在 钢水粗炼、二次精炼及连铸氧含量的控制，把氧含量 控制在合适的范围内。
系，特别是转炉的底吹效率，了解底吹很重要，因为
·1·
冶炼传感器研究
SMELTING SENSOR RESEARCH
底吹的好坏直接影响吹炼的效率。如果转炉的底吹很 好，没 有 堵 塞， 碳 氧 积 就 会 较 低， 如 0. 0018 ～ 0. 0025。如果底吹孔堵塞了，碳氧积就会迅速上升， 达到 0. 0032 以上，甚至更高。通过定氧及取样分析 碳含量，就能了解每炉钢的碳氧积，从而来判断底吹 的好坏及底吹的效率。 2. 3 添加合金的依据
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图 3 底吹与夹杂物上浮的关系图
率，控制好钢水中的氧含量是必须的，图 4 表明，只 有完全脱氧，才能保证脱硫的效率。通过定氧技术的 应用，控制好钢水中的氧含量是脱硫的关键。
转炉炼钢炉外精炼与连铸工艺
转炉炼钢炉外精炼与连铸工艺背景介绍转炉炼钢是一种常用的钢铁制造工艺，通过将生铁和废钢加入转炉，经过氧气吹吹炼炼钢，产出高品质的钢材。
然而，炼钢过程中的残留杂质需要进行进一步的精炼处理才能得到优质的钢材。
本文将介绍转炉炼钢后的炉外精炼工艺，以及钢水连铸工艺。
炉外精炼工艺炼钢后获得的钢水中仍然可能含有一定量的杂质，如硫、氧等。
这些杂质对钢材的性能有着不良影响，因此需要进行炉外精炼处理。
炉外精炼包括氧气吹炼、钢水搅拌、脱氧合金、脱硫合金等步骤。
氧气吹炼是炼钢后必不可少的处理步骤之一。
通过将氧气通入钢水中，可以氧化钢水中的杂质，提高钢水的纯度。
同时，氧气吹炼还可以促进钢水的温度均匀性，减少气泡等缺陷。
钢水搅拌钢水搅拌是通过机械手等设备对炉外的钢水进行搅拌，促使钢水中的气泡和杂质向上浮动，有助于去除杂质并提高钢水的均匀性。
脱氧合金脱氧合金是指向钢水中添加具有强还原性的合金元素，如硅、铝等。
这些合金元素可以与钢水中氧化铁等氧化物结合，减少钢水中氧的含量，提高钢水的纯度。
脱硫合金是指向钢水中添加具有高硫亲和性的合金元素，如镁、钙等。
这些合金元素可以与钢水中的硫结合，从而降低钢水中的硫含量，提高钢材的质量。
钢水连铸工艺钢水连铸是钢材生产中的一项重要工艺，通过将炉外精炼处理后的钢水连续铸造成坯料、板材等形状的半成品。
钢水连铸可以有效提高生产效率，减少钢材的能耗和生产成本。
连铸机连铸机是实现钢水连铸的设备，通常由结晶器、浇铸机、冷却装置等组成。
在连铸机中，经过炉外精炼处理的钢水被连续铸造成各种形状的半成品，如板材、方坯等。
在连铸过程中，钢水经过结晶器冷却凝固，逐渐形成坯料，然后通过浇铸机进行切割成指定长度的板材。
冷却装置可以控制板材的温度和结晶组织，保证最终产品的质量。
连铸优势钢水连铸具有生产周期短、成品质量高、生产过程环保等优势。
同时，连铸还可以减少人工操作，提高生产效率，是现代钢铁制造中不可或缺的工艺。
结语通过炉外精炼和钢水连铸工艺，钢铁制造厂可以生产出高品质、高效率的钢材产品，满足市场需求。
转炉精炼及连铸作用
转炉精炼及连铸作用转炉精炼和连铸是钢铁生产中的两个重要工艺环节，它们的作用分别是进行炼钢和铸造。
转炉精炼是钢铁生产中的一种重要工艺，它主要用于炼钢。
转炉精炼的原理是通过高温下将废钢、生铁和其他合金材料等物料放入转炉中进行冶炼，然后通过吹氧等工艺将钢水中的杂质和不良元素除去，从而得到高质量的钢材。
转炉精炼的过程分为炉膛预热、初始处理、主处理和终处理四个阶段。
在炉膛预热阶段，转炉内的炉料和孔隙被预先加热，以保证转炉正常运行。
初始处理阶段是将废钢和生铁放入转炉中，通过高温反应使其熔化和混合。
主处理阶段是将氧气吹入炉内，通过氧气与钢水的反应，氧化和除去钢水中的杂质和不良元素。
终处理阶段是通过加入合金材料，调整钢水中的成分和性能，从而使得钢水达到所需的质量标准。
转炉精炼的主要作用有以下几个方面：首先，转炉精炼可以有效去除钢水中的杂质。
使用吹氧等工艺将废钢和生铁等炉料加热和熔化，使得污染物与氧气发生反应并氧化，从而将杂质除去，这样可以大大提高钢材的纯度和质量。
其次，转炉精炼可以调整钢水的成分和性能。
通过添加合金材料，可以改变钢水中的元素含量和比例，从而调整钢水的硬度、耐腐蚀性和焊接性能等，满足不同用途和要求的钢材的生产需求。
此外，转炉精炼还可以提高钢铁生产的效率。
废钢和生铁等废料可以被重新回收和利用，减少材料的浪费。
同时，转炉精炼的工艺可以自动化和连续化，提高生产效率和生产能力。
连铸是制造钢材的另一种重要工艺，它将转炉精炼后的钢水倒入连续铸造机中，通过连续结晶和拉拔过程，将钢水凝固成坯料，进一步加工成钢材。
连铸的作用主要有以下几个方面：首先，连铸可以提高钢材的质量和一致性。
通过连续铸造机的结晶和拉拔过程，钢水在坯料的形成过程中得到均匀的结晶和固化，避免了传统浇铸中因为冷却速度不均匀而产生的孔洞、夹杂物等缺陷，从而得到更加均匀和致密的钢材。
其次，连铸可以提高钢材的形状和尺寸精度。
通过控制连铸工艺参数，可以实现对坯料形状和尺寸的精确控制，使得钢材的外形和尺寸满足客户的要求，减少后续加工的量和成本，提高钢材的生产效率。
炼钢-精炼-连铸流程连铸坯质量控制
炼钢-精炼-连铸流程连铸坯质量“零缺陷”控制北京科技大学冶金与生态工程学院蔡开科孙彦辉2012.5目录1.连铸凝固过程的冶金特性2.连铸钢水质量纯净度（洁净度）控制3.连铸坯裂纹缺陷控制4.连铸坯内部中心缺陷控制5.结语21. 连铸坯凝固过程的冶金特性1. 1连铸坯凝固过程基本特征把钢水凝固成固体，根据冷却速度不同有两种凝固工艺如图：●钢锭模浇注工艺●连续铸钢工艺连铸与模铸流程比较连续铸钢是一项把钢水直接浇注成形的新工艺，它的出现从根本上改变了一个世纪以来占统治地位的钢锭→初轧工艺。
与模铸相比，连铸的优点：◆节省工序，缩短流程◆提高金属收得率10~14%◆降低能耗减少1/2~1/4◆机械化自动化程度高◆产品质量好2011年中国钢产量达到6.75亿吨,2011年我国连铸比达98%以上，已达到饱和状态。
近年来近终型（Near Net-Shape）连铸技术如薄板坯连铸连轧（CSP、FTSC…）和中等厚度板坯连铸得到了很大的发展。
与钢锭模浇铸工艺相比，如图所示，连续铸钢过程基本特点如下：（1）连铸坯凝固过程实质上是动态热量传递过程钢水从液态转变为固体放出热量：钢水→固体+Q放出热量包括：✓过热✓凝固潜热✓物理显热连铸凝固过程示意图以20钢为例，钢水凝固冷却到室温放出热量是：✓过热25.2 kJ/kg✓潜热328 kJ/kg✓显热958 kJ/kg总热量中大约1/3从液体→固体放出，其余2/3是完全凝固后放出的。
钢水在连铸机内凝固是一个热量释放和传递的过程，铸坯边运行，边放热，边凝固，形成了很长的液相穴（10~20几米），在液相穴长度上布置了三个冷却区：●一次冷却区：钢水在结晶器中形成足够厚的均匀坯壳，以保证铸坯出结晶器不拉漏。
●二次冷却区：喷水加速铸坯内部热量的传递，使其完全凝固。
●三次冷却区：铸坯向空气中辐射传热使铸坯温度均匀化。
以20钢为例，经过钢水凝固热平衡计算，得出以下概念：a）钢水从结晶器→二冷区→辐射区大约有40%热量放出来，铸坯钢水才能完全凝固。
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产品分类 DI罐 深冲钢
薄 荫罩钢 板
导架结构材
表1 典型纯净钢对清洁度的要求
钢种 低碳铝镇静钢 超低碳铝镇静钢 低碳铝镇静钢
13%Cr
代表规格 0.2~0.3mmt 0.2~0.6mmt 0.1~0.2mmt 0.15~0.25mmt
产品材质特性要求 飞边裂纹
超深冲，非时效性表面线状 缺陷
防止图像侵蚀 打眼加工时的裂纹
注：DA为Al2O3直径，DM为MnS直径，Di为所
精选课件 有夹杂物直径
11
由以上数据表明：
• 钢中T[O]低，说明钢中夹杂物数量少，钢 水较“干净”；
• 洁净钢是一个相对概念，钢中T[O]控制到 什么水平，决定于钢种和产品用途；
• 产品质量不仅要控制夹杂物数量，而且夹 杂物的形态、尺寸和分布也要得到控制。
5
• 氧控制水平 钢中的总氧含量不断降
低，夹杂物越来越少，钢水 越来越“干净”，甚至追求 “零夹杂物”，钢材性能不 断改善。
由于引入炉外精炼，对 硅镇静钢，T[O]可达1520ppm，对铝镇静钢，T[O] 可达到<10ppm。
图1 1970－2000年钢中平均T[O]水平
精选课件
6
轴承钢T[O]由30ppm降到5ppm，疲劳寿命提 高100倍。
转炉-精炼-连铸过程 钢中氧的控制
精选课件
1
目录
1.钢中的氧－钢洁净度的量度 2.转炉冶炼终点钢中氧的控制 3.钢中溶解氧的转换－脱氧与夹杂物生成 4.钢水中氧的降低－脱氧夹杂物排除 5.连铸过程钢中氧的控制－防止钢水再污染 6.结论
精选课件
2
1 钢中的氧－钢洁净度的量度
炼钢是一个氧化过程，吹炼到终点时， 钢水中溶解了过多的氧，称为[O]溶或a[O]
结构高强钢
轴承钢
不锈钢
轴承 棒 材
渗碳钢
轴承钢 SCM432、420
10~40mmt 10~40mmt 10~40mmt 50~300mmΦ 10 mmΦ
30~65 mmΦ
氢引起的裂纹 低温脆化 层状撕裂
转动疲劳寿命 电解浸蚀时表面光洁度
转动疲劳特性
疲劳特性、加工性
夹杂物形态控制 低硫化，S<10ppm P<0.003%,S<0.001%
出钢时，进行脱氧合金化，[O]溶转变成 氧化物夹杂，可用[O]夹杂表示，所以钢中氧 可用总氧T[O]表示为：
T[O]＝[O]溶＋[O]夹杂
精选课件
3
1 钢中的氧－钢洁净度的量度
出钢时：钢水中[O]夹杂→0，T[O]＝[O]溶；
脱氧后：根据脱氧程度的不同[O]溶→0， T[O]＝[O]夹杂。
可以用钢中总氧T[O]来表示钢的洁净度，即钢 中夹杂物水平。
防止勾形裂纹 极好的穿孔性能
防止冲压时产生裂纹 防止酸浸颜色不同 防止加工时产生裂纹
DA<100μm DM<20μm DA<20μm DA<5μm
防止因氢产生的裂纹
滚动接触寿命长 高抗拉强度防止冲压
时断裂
全部为球形 夹杂
DA<15μm
T[O]<10ppm
高强度、疲劳寿命长 减少非塑性 夹杂
注：表中夹杂物尺寸为板材加工后的夹杂 尺寸，推算至铸坯中，约为50～60μm
清洁度要求
T[O]<20ppm,D<20μm [C]<20ppm, [N]<20ppm T[O]<20ppm,D<100μm
D<100μm,低硫化
D<100μm
42Ni
D<5μm， [N]<50ppm
管线钢 中 厚 低温用钢 板 抗层状撕裂
钢
无 座圈材 缝 管 净化管
X52~70级低合金 钢
9%Ni
低磷化、低硫化
T[O]<10ppm, [Ti]<20ppm T[O]<20ppm, [N]<50ppm
D<5μm T[O]<10ppm, [Ti]<15ppm
D<15μm
T[O]<15ppm，P<0.005%
轮胎钢丝 线 材 弹簧钢
SWRH72、82B
SWRS Si-Cr钢
0.1~0.4 mmΦ
冷拔断裂
ERW管材 UT缺陷 US缺陷
150μm 220μm
CaO-Al2O3、群 落状Al2O3
镀锡板
炉渣分层 400μm、 150μm
深冲深拉 用
冷轧钢板
冲压缺陷 250μm
夹杂
400μm
UO管材 UT缺陷 200μm
UOE管 （厚
钢板）
US缺陷
220μm
CaO-Al2O3、群 落
状Al2O3、CaOSiO2-Al2O3-Na2O
钢中T[O]越低，则钢就越“干净”。
精选课件
4
1 钢中的氧－钢洁净度的量度
为使钢中T[O]较低，必须控制：
降低[O]溶：控制转炉终点a[O]，它主要决定于冶 炼过程；
降低夹杂物的[O]夹杂：控制脱氧、夹杂物形成及 夹杂物上浮去除－夹杂物工程概念（Inclusion Engineering）。
精选课件
精选课件
12
2. 转炉终点钢中氧的控制
T[O]＝[O]溶＋[O]夹杂
出钢时：[O]夹杂→0，T[O]＝[O]溶； 生产统计表明，终点[O]溶（a[O]）决定于：
图2钢中T[O精]与选轴课件承钢寿命关系
7
• 钢中T[O]与冷轧板表面质量存在明显对应关 系
美国Weirton公司生产0.15mm厚薄板，在DTR生产线上检查120个板卷 发现：
T[O]，ppmΒιβλιοθήκη 质量指数15～20
81
21～25
72
26～30
68
>30
35
T[O]越低，冷轧板质量越好，T[O]在40～100ppm时废品率非常高。
川崎Mizushima把中间包T[O]作为钢水洁净度标准，生产试验表明：
中间包钢水T[O]<30ppm 冷轧薄板不检查，用户接受
T[O]＝30～55ppm
冷轧薄板需检查
T[O]>55ppm
冷轧薄板降级使用
精选课件
8
产品质量缺陷不仅与钢中总氧T[O]有关， 还与夹杂物种类、尺寸、形态和分布有关。
精选课件
01.1.6~~01.105mmmmΦΦ精选课件疲劳特性、残余应变性
非塑性夹杂D<20μm
非塑性夹杂D<20μ1m0
表2某些高纯度钢发生缺陷的原因调查
表3各种钢材夹杂物含量和尺寸的要求
钢种
DI罐用镀 锡板
产品缺陷 飞边裂纹
引起缺陷夹杂 物最小直 径
150μm、 60μm
缺陷部位夹杂成 分
CaO-Al2O3
CaO-Al2O3、群 落
状Al2O3、CaOSiO2-Al2O3-Na2O
品种 薄板
用途 DI罐 超深冲板
用户要求
防止裂纹
2.0≦r≦3.0，非常薄 较高抗拉强度
生产目标
DA<40μm
Dj<40μm防 止碳化、氮 化物的析出
汽车轮箍 汽车轮盘 门窗框架
护板
管材 无缝管
棒材 轴承 丝 抗疲劳钢
丝 弹簧