转炉炼钢原料及装入制度

一．装料

转炉炼钢原料及装入制度

1. 原料钢水及部分配用废钢

1.1 铁水一般占装入量的70%以上

A；对铁水温度的要求

铁水温度的高低，标志其物理热的多少，温度高则能保证物理和化学热，增加废钢配加量，转炉吹炉顺行，降低转炉生产成本，一般保证在1250~1300℃以上。

B；对铁水成分的要求

（1）含硅量以0.5%~0.8%为宜。低则不能正常吹炉，石灰溶解困难，渣量较小，不利除硫和磷，金属飞测严重，影响成材率。高则增加造渣材料的消耗，按理论计算，每增加0.1%，吹炉1t铁水则多增2kg 二氧化硅，6kg石灰渣量增加8kg;

（2）铁水含量大多底于0.3%。提高含量主要方法是配加锰矿石，但产生炼铁焦比升高和生产率下降，因铁水中含锰量超过1%时，炉渣太稀，不利于吹炉;

（3）铁水含磷量应小于0.15%~0.2%，最高不能超过0.4%，否则会导致钢生产“冷脆”现象。如果含量过高，则应采用双渣发冶炼。应采用控制炼前的选矿，配料措施来降低含磷量;

（4）铁水的含硫量一般应低于0.04%~0.05%，含量超标，钢易产生“热脆”现象，冶炼前的预脱硫处理经济有效。

表1-1 国内一些钢厂的铁水成分 %

1.2 废钢

它是转炉炼钢的另一种金属炉料，作用为冷却剂消耗富余热量，调控熔池温度。基本要求：情结、少锈、无混杂、不含有色金属，单重波动范围为150～2000kg。

2．转炉的装入制度

制度包括：装入量、废钢、装料顺序。

2.1 装入量的确定

①定量装入法; ②定深装入法; ③分阶段定量装入法。

表1-2 国内一些转炉的熔池深度表

表1-4 太原钢厂原50吨转炉装入制度

2.2 废钢比

废钢的加入量占金属料装入量的百分比成为废钢比。管理水平及

冶炼品种不同，废钢比大多波动在10%~30%之间。 2.3 装料顺序

一般情况下是先加废钢后兑铁水。在炉役后期, 炉衬较薄, 为免受废钢直接冲击, 在确认废钢干燥及炉渣已倒净或已加入石灰稠化的前提下, 可先兑铁水后加废钢。

二．供 氧

氧在钢、渣两相中的溶解符合分配定律，即定温下平衡二者之比为一常数。

()[]FeO O Fe =+ （1-1）

[]

116320 2.734[]

w O gk g

w Fe ==-+ （1-2）

1. 熔池内氧的来源 1.1 吹入氧气

直接吹氧是炼钢中向熔池供氧的主要方法。目前主要是工业制氧，其含氧量不得低于98.5%，水分不能超过3g/m 3

。

供氧的主要内容为如何合理地向熔池吹氧。 转炉的主要原料为铁水，含碳量高达4.0%以上。 电炉主要原料是废钢，工作氧压为0.4~1.0MPa 。

1.2加入铁矿石和氧化铁皮

铁矿石主要有：① 赤铁矿; ② 磁铁矿;

氧化铁皮是锻钢和轧钢过程中从钢锭或钢坯上剥落下来的碎铁皮, 又称为铁鳞。电炉炼钢中,加矿氧化仅是向熔池供氧的辅助手段;

氧气炼钢中,铁矿石和氧化铁皮则是作为冷却剂或造渣剂使用。 1.3 炉气供氧

由化合物解压的概念可知,如炼钢炉内炉气中氧的分压,大于渣中

氧化亚铁的分解压()2FeO PO ,同时又大于钢液中氧化铁分解压[]

2FeO PO ,即:

[

]

()222

FeO FeO PO PO PO ?? (1-1)

在氧气精炼过程中,炉内具备了炉气向熔池传氧条件,气相中的氧

气会不断地传入熔渣和钢液。 2．杂质元素的氧化方法

杂质元素指的是钢液中的硅、锰、碳、磷等其他元素。在目前吹氧炼钢中。供氧方式为 ① 直接氧化; ② 间接氧化;液中的氧再与其中的杂质元素作用而发生的氧化反应： （1） 在氧气射流作用区铁被氧化

{}22[]2()Fe O FeO += (2-1)

（2） 渣中的氧化亚铁扩散进入钢液

()[][]FeO O Fe =+ (2-2)

（3） 熔入钢液的氧气与杂质元素发生反应

[][]()O Mn MnO += (2-3)

22[][]()O Si SiO += (2-4) 255[]2[]()O P PO += (2-5)

{}22[][]O C CO += (2-6)

[][]()O C CO += (2-7)

钢液中锰[]Mn 的氧化反应为

()[]()[]FeO MnO MnO Fe +=+ (2-8)

3. 转炉的供氧制度

直接氧化

它指的是熔池的氧气直接与钢液中杂质元素作用而发生的氧化反应。杂志元素的直接氧化反应在熔池中氧化射流作用区或射流破碎成小气泡卷入金属内部。

间接氧化

它指吹入熔池的氧气先将钢液中铁元素氧化成氧化亚铁，并按 分配定律部分地扩散进入钢液，渣中氧化亚铁扩散进入钢液，然后溶解到钢中的氧气与其他杂质反应。 3.2.1 供氧强度

它指单位时间内向每吨金属供给的标氧气量的多少。

33

/)

/(.min)min)

m t m t 每吨金属需氧量(供氧强度＝

供氧时间（ (3-1) 表3-1 各元素的氧化量

表3-2 各元素氧化时耗氧量

3.2.2 供氧压力

氧气的压力是转炉炼钢中供氧操作的一个重要参数。对同一氧枪而言，提高氧气压力是指转炉车间内氧气压力测定点的表压值。又称

为使用压力，以P

用表示，使用压力P

用

与喷头前压力P

O

间的关系为：

0.1(0.15~0.25)

P P MPa

-+

O

用

＝(3-2)

(1)枪位及其控制

枪位指氧枪喷头至平静熔池液面的距离。枪位高低不仅与熔池内钢液环流运动的强弱有直接关系，而且对炉内传氧情况有重要影响。

a.枪位与熔池内钢液环流的关系

转炉炼钢中，高压﹑超音速的氧气射流连续不断冲击熔池，在熔池中央冲出一个“凹坑”，称为冲击深度，坑口面积被称为氧气射流的冲击面积。与此同时，到达坑底的氧气射流形成反射流，通过与钢液间的摩擦力引起熔池内的钢液进行环流运动，逐形成反射流的运动改善了炉内化学反应的动力学条件，对冶炼过程具有重要意义。

吹炼中，采用低枪位和高氧压的吹氧操作称为硬吹。反之，采用高枪位或低氧压的吹氧操作称为软吹。

吹氧操作分三种类型：①恒氧压变枪位操作；②恒枪位变氧压操作；③变枪位变氧压操作。

b.枪位对炉内传氧的影响

直接传氧：①通过金属液滴直接传氧；②通过乳浊液直接传氧；间接传氧：它指吹入炉内的氧气经熔渣传入钢液的传氧方式。

3.2.3 复吹转炉的底部供气制度

a. 复吹转炉简介

1979年开始研究，近年普及，钢种已达200多个，按气体性质可分为：底吹惰性气体，底吹氧气或石灰粉；

①复合吹炼的基本工艺与原理

保持顶吹同过再配合低吹，可改善熔池搅拌情况，促进金属与炉渣间的平衡，过程平稳,时间短。工艺操作一致。底吹气体种类选用要以钢种质量要求﹑气体来源和价格而定。其总量不能大于顶吹气体的5％，供气压力在0.5MPa以上，供气强度为0.01～0.153/(.min)

m t。

②复合吹炼的冶金效果

复合吹炼终点时钢液残锰量较高，基本消除了熔池内成分与温度不均匀的现象。加速杂质元素的氧化，减轻吹炼中的喷溅，冶炼过程平稳迅速。CO的二次燃烧率提高6％左右，热效（炉子）提高，经济效果显著。

三．脱磷

1．磷对刚性能影响 1.1 钢中磷的危害

易产生“脆冷”现象，使钢的塑性和冲击韧性大为降低。钢中磷的含量限制，普碳钢：[]0.045%w P ≤；优质碳素钢：[]0.035%w P ≤；高级优质钢：[]0.030%w P ≤ 1.2钢中磷的有益作用

磷有时可在某些钢中当作合金元素使用，含磷量达到0.08％左右可增加低碳镀锡薄板强度。MnPRe 钢，含磷高达0.08%～0.13％，Y15Pb 钢含磷0.09％。 2．脱磷反应

氧化脱磷，还原性去磷； 2.1 氧化脱磷

使磷氧化生成22P O 进入炉渣，并固定其中。 2.1.1 钢中磷和氧气反应的可能性 钢中磷和氧气反应有下列几种： a. 直接氧化

{}{}2255

2[]2

P O P O +

= ()1326119520.91/G TJ mol -?=-+ (2-1) b. 磷与钢中氧反应

{}{}2252[]5P O PO += ()

740359535.34/G

TJ mol -?=-+ (2-2) {}{}2252[]5P O PO += ()

704418558.94/G

TJ mol -?=-+ (2-3)

2.1.2 炉渣脱磷

渣中的(FeO )被氧化，反应式为：

25

2[]5()()5[]P FeO PO Fe +-+ ()1495194684.92/G TJ mol -?=-+ (2-4) 进入炉渣的25P O 和FeO 结合成磷酸铁盐：

2525()3()(3)PO FeO FeO PO +- ()

128030/H

J mol -?=- (2-5)

上述反应式也可写成：

252[]8()(3)5[]P FeO FeO PO Fe +=+ (2-6)

在实际生产中，随着石灰的熔化，炉渣的碱度逐渐升高，渣中游离的CaO 逐渐增加，其置换反应为：

2525(3)3()(3)3FeO PO CaO CaO PO FeO +=+ (2-7)

或2525(3)4()(4)3FeO PO CaO CaO PO FeO +=+ (2-8)

所以，碱性氧化渣脱磷总反应式为：

252[]5()3()(3)5[]P FeO CaO CaO PO Fe ++=+ (2-9)

或252[]5()4()(4)5[]P FeO CaO CaO PO Fe ++=+ (2-10)

2.1.3 炉渣脱磷反应的平衡常数

25254(4)

[][]()

a CaO P O Kp a P a FeO a CaO =

(2-11)

启普曼研究认为炉渣脱磷平衡常数与温度之间的关系为：

25254

(4)40067

15.06[]%[]()x CaO P O lgKp lg

w P x FeO x CaO T

==- (2-12) 温克勒将上式中的()x FeO 换算成2[]%w P ，得出：

'2524

(4)71667

28.73[]%[]()x CaO P O lgKp lg

w P w FeO x CaO T

==- (2-13) 2.1.4 炉渣成分的影响

其影响主要反映在渣中（FeO ）含量和炉渣碱度上，脱磷的首要

条件依靠渣中的（FeO），而（CaO）是脱磷的充分条件。但在炉渣中（FeO）和（CaO）含量不能任意提高，其间有个恰当比值，常压下及温度为1600C°时，B>3.0以后再提高碱度对脱磷基本上不再发生作用。