炼钢专业基础知识

炼钢专业基础知识讲座

（提纲）

1 钢铁生产发展史

人类最先使用生产工具的是铁器(生铁)，由于生铁的使用性能脆，不能进行压力加工，随着近代生产技术发展，形成了现代钢铁冶炼法即把生铁炼成使用性能好的钢。

由于自然界的铁是以铁的氧化物形态存在于各种铁矿石之中，所以在高炉中用还原剂焦碳将矿石中的氧去掉，其后，铁水又继续吸收过剩的碳最终成为生铁。在炼钢过程中，由于铁与钢的含C量不同，又重新把过剩的碳通过氧化除去。在1856年贝塞麦首先发明了底吹转炉炼钢法，即在底部通入如空气，用空气中的氧氧化铁水中的碳，同时升温，形成渣层，从而能去除铁水中的相关杂质，最终把铁炼成钢，该炼钢法是现代炼钢法的开始。

使用空气吹炼，由于空气中氮氧气在高温下能溶于钢水，使钢水中含氮增高，影响了钢的性能。至二次世界大战后，由于从空气中分离氮、氧技术水平的提高，继后至1952年发展了纯氧顶吹转炉法(L.D 法)，至19世纪80年代，结合了顶吹、底吹的优点产生了顶底复合吹炼法，成为当今炼钢的主要方法。

随着时代的前进，科学的发展，供电日益方便，另一种炼钢方法---电炉炼钢法(电弧炉冶炼)也相继产生，成为当今世界上与转炉并存的两种主要炼钢方法。

随着氧气转炉的出现，原有一种炼钢方法---平炉，由于总体效益差，已逐渐被淘汰。

2 基础知识

2.1 钢与铁(生铁)

钢与生铁都是铁-碳合金，理论上讲以冷却过程中是否产生渗碳体(Fe3C)为界，当含C量<2.11%的铁一碳合和金称为钢，C量≥2.11%的铁碳合金全称为生铁，然而钢铁决不是简单的铁一碳二元合金，而是以铁为主要元素，还有其他元素的多元合金，例：通常我们称为钢中五大元素－碳，硅、锰、硫、磷。

2.2 钢的分类

钢的分类方法很多，这里简单叙述一下通常的分类方法。

2.2.1 按化学成份分

碳素钢，按含C量不同可分为低碳钢（C〈0.25%〉，中碳钢，高碳钢（C>0.6%）

合金钢按含量不同分低合金钢（合金总量<3％），中合金钢、高合金钢（合金总量>10％）。

2.2.2 按用途分

按用途分可分为，电工钢、不锈钢、，轴承钢等。

3 炼钢基本任务

炼钢基本任务是把经过铁水预处理的铁水及加入假如的废钢（称为主原料），通过吹氧（产生化学反应热）或电能升温后，形成液态溶液，在高温下进行一系列物理化学反应，去碳及其它杂质（S.P等），加入合金，调整成份，温度，把初炼钢水出钢至钢包内，包内的初炼钢水，经过各种精炼设施进行钢水二次精炼，最终调整温度，成份，净化钢水，送至下道工序浇铸，通过浇铸，使液态钢水最终凝固成固态的钢坯或钢锭，后送相应的轧钢厂进行轧制。

4 宝钢炼钢厂生产系统的组成

宝钢炼钢厂现有三个炼钢厂：一炼钢，二炼钢，大电炉

一炼钢是属于宝钢一期工程（转炉三吹一），转炉三吹二及连铸属二期工程

二炼钢，大电炉均属宝钢三期工程

炼钢厂生产系统组成主要可分为铁水预处理、冶炼、渣处理、二次精练，浇铸等系统，并与其配套的水，气，通风除尘等，公辅设施系统及供电，控制的三电通信系统。

现分别概述有关下列几个主要系统

4.1 铁水预处理系统

为了均衡转炉操作，达到精料要求，便于实现自动控制，在高炉铁水进炼钢炉前脱除铁水中的某些成份（主要是硅，硫，磷俗称三脱）称铁水预处理

4.1.1 铁水预处理的目的。

脱硅----有二个目的，1.为了降低转炉冶炼过程中石灰的消耗，达到转炉少渣冶炼。2.根据物理化学原理，只有铁水中含硅量降到一定值后，脱磷的反应才能进行，所以铁水脱磷的必要条件是铁水先要脱硅。

脱硫----为了减轻转炉脱硫的负担，克服转炉有限的脱硫能力，为了满足冶炼低硫钢及超纯净钢等高附加值产品的需要。

脱磷----充分利用铁水在低温时对脱磷的有利条件，为了冶炼低磷钢，对铁水进行脱磷。

4.1.2 铁水预处理的处理方法

按反应容器可分，混铁车(鱼雷罐车)法、铁水罐法、转炉法(用

转炉作为脱磷炉)

按处理的方式可分，机械搅拌法—依靠机械动力搅拌浆进行各种反应；喷吹法—由载流气体将反应所需粉剂送至喷枪然后喷入铁水内部，达到预处理要求。

4.2 冶炼

4.2.1 转炉冶炼

转炉冶炼是利用铁水带入的物理热及输入氧气，通过氧铁、碳、硅等元素的氧化反应产生的化学热来提高铁水熔池温度，同时熔化了作为主原料之一的废钢及辅原料石灰等造渣剂，形成钢水与熔渣两种液体，在高温下在两液极内进行一系列物理化学反应，完成脱碳、脱硫、脱磷等反应，最终加入部分合金，达到温度，成份符合要求的初炼钢水。

自20世纪80年代，转炉冶炼法从原氧气顶吹转炉发展成顶底复合吹炼法，其主要原理是结合了顶部吹氧与底部吹惰性气体，利用底吹的优点克服顶吹的缺点，实践证明复吹转炉具有良好的冶金效果。

4.2.2 电炉冶炼

电炉冶炼是由一次侧高压电源经过炉旁变压器变成低电压大电流，通过石墨电极间电弧产生的电能来熔化主住原料废钢(也可装入一部份铁水)、渣料等固体料，使其熔化成液体，同转炉一样，在高温熔池内完成一系列物理化学反应，达到冶炼成初钢的任务。电炉是利用电能冶炼故不同于转炉，转炉冶炼所需的热量受铁水本身物理热及铁水中含碳、硅等元素含量影响，由于热平衡，转炉不能炼含金量较高的钢种，而电炉可冶炼合金元素较高的一些特殊钢种，另外电炉在冶炼后期，可有一个还原期，其气氛是属于还原性，因此钢水含氧

量要比转炉低，总之钢的质量要比转炉好，但由于用电电炉成本比转炉高，为了强化电炉冶炼缩短冶炼时间，近来不断在强化冶炼，即加大变压器容量达到高功率，另外由原来的三相交流电弧炉逐渐开发了单相直流电弧炉冶炼。

4.3 渣处理系统

转炉冶炼过程产生的炉渣，铁水扒渣机扒出铁水包的渣及钢包、中间包的注余渣都需要进行处理，渣中含有的粒铁需回收，余下粒渣可进行筑路做水泥等综合利用。

宝钢转炉渣处理产用日本ISC法，即通过多次喷水冷却使其产生相变后变成颗粒状，通过磁选，取出里边的粒铁可作为原料。目前又出现滚筒渣处理法，主要原理是使熔渣倒入一旋转滚筒，筒内有钢球，在旋转中加入冷却水冷却钢渣，产生的蒸气可回收排出，熔渣经水冷压成颗粒状排出，再经输送机运出，该方法是渣处理工艺的改革，具有设备简单、投资少、环保好的优点，目前全国中小钢厂已在考虑实施。

4.4 除尘系统

转炉有二种一次烟气除尘方法，一种为湿法除尘即称为OG法，一种为干法除尘称为LT法。

OG法由大量的水与烟气通过文氏管进行对流，经过除尘的烟气可回收，冲刷下来的污水进行水处理等综合利用。LT法是用静电除尘原理。

4.4 炉外精炼---钢水二次精炼

现代尖端技术的问世，工业技术的发展，对钢材质量和使用性能要求愈来愈严，促成炉外精炼的发展。另外钢铁工业自身的发展，为

了提高效率，降低消耗加上后工序连铸连轧技术的迅速发展，结果使炼钢工艺发生了根本变化---由一步炼钢发展为两步炼钢即炉内初炼和炉外精炼。

炉外精炼即将转炉、电炉初炼过的钢液转移到另一容器中（一般是钢包）进行精练的炼钢过程。

初炼的钢水在真空、惰性气体或还原性气氛姿态下进行脱气（氢气、氮气、氧气），脱硫，深脱碳，去除夹杂净化钢水及成份微调等，通过炉外精炼可提高钢的质量，缩短冶炼时间，降低生产成本，扩大生产钢的品种，优化工艺过程。

炉外精炼另一优点是有利于连铸工艺顺利的进行，确保连铸能多炉连浇，同时由于能使钢包中钢液化学成份，温度的均匀，进一步改善连铸坯的表面质量及内部质量。

精炼方式很多，下面介绍一些典型的二次精炼方法。

4.4.1二次精炼的理论基础

钢液搅拌

在钢液精炼净化过程中，为了创建有利的热力学（反应）条件及使其反应加速的动力学条件，通过外加能量使其加速与强化精炼反应，使钢液成份和温度均匀，该外加能量可借助于气体，电磁感应及机械方法，气体搅拌法是搅拌中较简易的方法，气体可通过钢包底部的透气元件或通过顶部的喷枪吹入，利用气泡上浮过程气体稀释法的原理进行搅拌，电磁感应搅拌----通过电磁感应产生的磁场迫使钢液流动的原理，机械搅拌通过马达旋转带动搅拌浆旋转达到加速反应效果。

喷粉冶金（精炼）----通过载流气体，将粉剂经过喷粉罐流态化

后，直接送入钢水内部，由于深入容器底部，可显著改善钢液内部冶金反应的条件。

真空冶金----利用反应容器在真空状态条件下进行的冶金反应。在真空状态下破坏了原来在常压下的平衡条件，使原来在常压下（1个大气压下）已平衡的反应向有利于钢液除气的方向进行，以至达到真空除气的效果。

钢包加热----在精炼过程中对钢水进行进一步加热，对初炼钢水要求及后工序浇注无疑增加了工艺灵活性。常用的加热方法有电弧加热及化学反应加热方法。

二次精练方法：

二次精练方法很多，主要有RH、RH-OB、RH-MFB、RH-KTB、VD、VOD、LF、KIP、CAS、CAS-OB、IR-UT等。

4.5浇铸工艺

浇铸是将初炼钢水，经过炉外精练处理后，浇注到钢锭模或连铸机使其凝固成固态的钢锭或铸坯的工艺过程。

宝钢炼钢厂现有两种浇铸工艺，一种是模注，一种是连铸。

4.5.1模注

钢包内的初炼钢水，，由天车吊住，通过钢包底部滑动水口的开闭将钢水注入放在铸锭车上的钢锭模中，钢水冷凝结晶过程产生的潜热通过钢锭模壁散出。

凝固成钢锭，再经过脱锭送至后工序初轧开坯。模注有上注、下注两种方法。

模铸需铸锭车，钢锭模，底板、中注管(下注)等组成

4.5 连铸

自80年代开始浇铸工艺发生根本变化产生了连铸工艺。与连铸相比，模铸钢水凝固的结晶条件限制，后工序由钢锭开坯的收得率低(由于要切去杂质量多的钢锭头部与尾部)，坯的表面质量也差，故传统的模铸方法已逐渐被连铸取代，连铸是对模铸初轧开坯工艺的革命，近20年来连铸技术的发展已进入一个新的阶段，在生产规模、工艺操作、品种、质量及设备、自动化控制方面都达到较高水平，与模铸相比连铸有如下优越性：

简化生产工序

提高金属收得率

节约能量消耗

铸坯表面、内部质量好(可全程保护浇铸)

改善劳动条件与易实现自动化

二冷扇形段→矫直辊矫直→切割成定尺→冷床→热定 各设备功能

大包回转台：将回转台满包钢水旋转至连铸机中间包的上方，浇完后的空包又旋转回去由天车吊走，这样可保证多炉连浇。

中间包：为保持一定的钢水过热度及能保持钢水流出出口有恒定的速度(不随大包液面波动影响)所以大包钢水先浇到中间包内，通过中间包来保持一定的钢水液面。

结晶器：钢水从中间包流入具有水冷容器—结晶器，钢水在结晶器内结晶时放出的潜热由结晶器壁内的冷却水带走，钢水在结晶器内首先凝固成有一定壁厚的坯壳，通过预先要放的引锭杆在驱动辊作用

下通过传动辊把铸坯拉出进入二冷扇形段，通过各种形状的结晶器可形成各种断面形状的铸坯。

二冷扇形段

铸坯出结晶器时在坯表面形成坚壳层，其内部仍是液态，进入二冷扇形段(水雾冷却)后使铸坯中心完全凝固。

矫直机

完全冷却的铸坯是弧形的，经过矫直机进行矫直。

火焰切割机

矫直后的铸垭由辊道送至火焰切割机，在此将铸坯切成一定的尺寸。

其后铸坯按各种方式－热送或通过冷床冷却堆放进入下一道工序──热轧。连铸机按断面形状大小可分为大方坯、小方坯、圆坯、宽厚板、薄板、薄带、板坯等连铸机。

按机型可分为全弧形，直弧形，立弯形等连铸机。

宝钢炼钢生产工艺流程：

6、宝钢炼钢厂工艺装备配置

7、炼钢厂各工序主要设备配置

7.1 铁水予处理系统

喷吹系统包括料仓、喷粉罐、喷枪、喷枪升降、气力输送、测温取样装置。铁水扒渣有混铁车扒渣机、铁水包扒渣机等

7.2 冶炼系统

转炉：

废钢装入系统——废钢溜槽、磁盘吊等

铁水倒罐站——带称量的铁水包平板车等

转炉本体——转炉倾动装置，氧、副枪装置，转炉修炉装置，顶吹与底吹阀站等

钢包台车

辅原料、铁合金给料系统——皮带运输机、地下料仓、高位料仓、称量斗、振动给料器等

一次、二次除尘及烟气回收系统——裙罩、气化冷却、OG、LT系统，风机、布袋除尘器等

渣处理系统——浅盘、破碎机、磁盘、滚筒等

钢包、铁水包维修烘烤——拆包机、钢包整体浇注、钢包烘烤器等 钢水包扒渣站——钢水包扒渣机、钢水包倾转装置等

电炉

电炉本体——电极导电横，臂二次短网，电极升降，炉盖及旋转装置，炉子变压器、测温取样枪等

其余系统配置基本上与转炉相同

7.3 二次精炼

RH真空处理

真空系统包括：真空泵系统，真空槽、浸渍管、排气系统（冷凝器）。

顶枪（MFB，KTB）。合金投料包括料仓、称量装置、皮带机、真空料斗。测温取样枪。带液压顶升的钢包台车。

LF钢包精炼炉

LF本体设备有水冷炉盖、炉盖提升。电极升降。导电横臂，二次短网、测温取样枪，事故顶枪，炉子变压器等。

合金投料——包括料仓、称量斗、皮带机等。

钢包喷粉站KIP

喷粉站包括：料仓、喷粉罐、喷枪、喷枪升降、气力输送、测温取样装置等。

合金微调装置

CAS－OB 浸渍罩及其提升装置，喂料管及其提升装置，测温取样枪升降旋转装置，破渣枪升降装置，氧枪及升降装置，合金投料装置，底吹Ar 气、O2气阀站装置。

IR－UT 浸渍罩及其提升装置，测温取样枪及升降装置，氧枪及升降及更换装置、合金投料装置，顶吹Ar气装置、喷粉装置。

VD 真空系统－真空泵、排气系统，炉盖及移动装置，测温取样装置等。

喂丝机喂丝机本体设备、喂丝机入口、出口导管装置等。

7.4 浇铸

⑴模铸——钢锭模、模注用平板铸车、压盖装置、整模、脱模装置等

⑵连铸

一台连铸机具有如下主要设备组成：大包回转台、中间包、结晶器、结晶器振动装置、二冷扇形段、驱动传动辊道、矫直装置、火焰切割机、冷床，引锭杆及存放装置

8、炼钢厂总体布置

见附图（略）