转炉炼钢工艺流程模板.doc
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1、转炉炼钢工艺步骤这种炼钢法使用氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融生铁里,使杂质硅、锰等氧化。在氧化过程中放出大量热量 (含1%硅可使生铁温度升高200摄氏度),可使炉内达成足够高温度。所以转炉炼钢不需要另外使用燃料。 转炉炼钢是在转炉里进行。转炉外形就像个梨,内壁有耐火砖,炉侧有很多小孔(风口),压缩空气从这些小孔里吹炉内,又叫做侧吹转炉。开始时,转炉处于水平,向内注入1300摄氏度液态生铁,并加入一定量生石灰,然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面猛烈反应,使铁、硅、锰氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成炉渣,利用熔化钢铁和炉渣对流作用,使反应遍布整个炉内。几分钟后,当钢液
2、中只剩下少许硅和锰时,碳开始氧化,生成一氧化碳(放热)使钢液猛烈沸腾。炉口因为溢出一氧化炭燃烧而出现巨大火焰。最终,磷也发生氧化并深入生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定磷酸钙和硫化钙,一起成为炉渣。当磷和硫逐步降低,火焰退落,炉口出现四氧化三铁褐色蒸汽时,表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风,并把转炉转到水平位置,把钢水倾至钢水包里,再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。假如空气是从炉低吹入,那就是低吹转炉。 伴随制氧技术发展,现在已普遍使用氧气顶吹转炉 (也有侧吹转炉)。这种转炉吹如是高压工业纯氧,反应更为猛烈,能深入提升生产效率和钢质量。转炉一炉钢基础冶炼过程。顶吹转炉冶炼一
3、炉钢操作过程关键由以下六步组成:(1)上炉出钢、倒渣,检验炉衬和倾动设备等并进行必需修补和修理;(2)倾炉,加废钢、兑铁水,摇正炉体(至垂直位置);(3)降枪开吹,同时加入第一批渣料(起初炉内噪声较大,从炉口冒出赤色烟雾,随即喷出暗红火焰;35min后硅锰氧靠近结束,碳氧反应逐步猛烈,炉口火焰变大,亮度随之提升;同时渣料熔化,噪声减弱);(4)35min后加入第二批渣料继续吹炼(随吹炼进行钢中碳逐步降低,约12min后火焰微弱,停吹);(5)倒炉,测温、取样,并确定补吹时间或出钢;(6)出钢,同时(将计算好合金加入钢包中)进行脱氧合金化。上炉钢出完钢后,倒净炉渣,堵出钢口,兑铁水和加废钢,降枪
4、供氧,开始吹炼。在送氧开吹同时,加入第一批渣料,加入量相当于全炉总渣量三分之二,开吹3-5分钟后,第一批渣料化好,再加入第二批渣料。假如炉内化渣不好,则许加入第三批萤石渣料。 吹炼过程中供氧强度:小型转炉为2.5-4.5m3/(tmin);120t以上转炉通常为2.8-3.6m3/(tmin)。开吹时氧枪枪位采取高枪位,现在是为了早化渣,多去磷,保护炉衬;在吹炼过程中合适降低枪位确保炉渣不“返干”,不喷溅,快速脱碳和脱硫,熔池均匀升温为标准;在吹炼末期要降枪,关键目标是熔池钢水成份和温度均匀,加强熔池搅拌,稳定火焰,便于判定终点,同时使降低渣中Fe含量,降低铁损,达成溅渣要求。当吹炼到所炼钢种
5、要求终点碳范围时,即停吹,倒炉取样,测定钢水温度,取样快速分析C、S、P含量,当温度和成份符合要求时,就出钢。当钢水流出总量四分之一时,向钢包中脱氧合金化剂,进行脱氧,合金化,由此一炉钢冶炼完成。炼钢学概述基础要求:了解炼钢任务;了解对原材料要求;了解耐火材料分类和各自用途。关键和难点:炼钢任务;原材料关键质量指标;炼钢用耐火材料。第一节 概 述一、钢和生铁区分及发展历程:首先是碳含量,理论上通常把碳含量小于2.11%称之钢,它熔点在1450-1500,而生铁熔点在1100-1200。在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体,伴随碳含量增加,其强度、硬度增加,而塑性和冲击韧性降低。 钢应用前景:
6、钢含有很好物理、化学性能和力学性能,可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工,其用途十分广泛。用途不一样对钢性能要求也不一样,从而对钢生产也提出了不一样要求。石油、化工、航天航空、交通运输、农业、国防等很多关键领域均需要多种类型大量钢材,我们日常生活更离不开钢。总而言之,钢材仍将是二十一世纪用途最广结构材料和最关键功效材料。炼钢方法(1)最早出现炼钢方法是1740年出现坩埚法,它是将生铁和废铁装入由石墨和粘土制成坩埚内,用火焰加热熔化炉料,以后将熔化炉料浇成钢锭。此法几乎无杂质元素氧化反应。 炼钢方法(2)1856年英国人亨利贝塞麦发明了酸性空气底吹转炉炼钢法,也称为贝塞麦法,第一次处理了用铁水直接冶
7、炼钢水难题,从而使炼钢质量得到提升,但此法要求铁水硅含量大于0.8%,而且不能脱硫。现在已淘汰。 炼钢方法(3)1865年德国人马丁利用蓄热室原剪发明了以铁水、废钢为原料酸性平炉炼钢法,即马丁炉法。1880年出现了第一座碱性平炉。因为其成本低、炉容大,钢水质量优于转炉,同时原料适应性强,平炉炼钢法一时成为关键炼钢法。 炼钢方法(4)1878年英国人托马斯发明了碱性炉衬底吹转炉炼钢法,即托马斯法。她是在吹炼过程中加石灰造碱性渣,从而处理了高磷铁水脱磷问题。当初,对西欧部分国家尤其适用,因为西欧矿石普遍磷含量高。但托马斯法缺点是炉子寿命底,钢水中氮含量高。炼钢方法(5)1899年出现了完全依靠废钢
8、为原料电弧炉炼钢法(EAF),处理了充足利用废钢炼钢问题,此炼钢法自问世以来,一直在不停发展,是目前关键炼钢法之一,由电炉冶炼钢现在占世界总钢产量30-40%。炼钢方法(6)瑞典人罗伯特杜勒首优异行了氧气顶吹转炉炼钢试验,并取得了成功。1952年奥地利林茨城(Linz)和多纳维兹城(Donawitz)前后建成了30吨氧气顶吹转炉车间并投入生产,所以此法也称为LD法。美国称为BOF法(Basic Oxygen Furnace)或BOP法,图1所表示。 图1 BOF法炼钢方法(7)1965年加拿大液化气企业研制成双层管氧气喷嘴,1967年西德马克西米利安钢铁企业引进此技术并成功开发了底吹氧转炉炼钢
9、法,即OBM法(Oxygen Bottom Maxhuette) 。1971年美国钢铁企业引进OBM法,1972年建设了3座200吨底吹转炉,命名为Q-BOP (Quiet BOP) ,图2所表示。图2 Q-BOP法炼钢方法(8)在顶吹氧气转炉炼钢发展同时,1978-1979年成功开发了转炉顶底复合吹炼工艺,即从转炉上方供给氧气(顶吹氧),从转炉底部供给惰性气体或氧气,它不仅提升钢质量,而且降低了炼钢消耗和吨钢成本,更适合供给连铸优质钢水,图3所表示。 图3 转炉顶底复合吹炼法炼钢方法(9)中国首先在1972-1973年在沈阳第一炼钢厂成功开发了全氧侧吹转炉炼钢工艺。并在唐钢等企业推广应用,图
10、4所表示。图4 全氧侧吹转炉炼钢法总而言之,炼钢技术经过200多年发展,技术水平、自动化程度得到了很大提升,二十一世纪炼钢技术见面临更大挑战,相信会有不停新技术涌现。二、中国钢铁工业情况中国很早就掌握了炼铁冶炼技术,东汉时就出现了冶炼和铸造技术,南北朝时期就掌握了灌钢法,曾在世界范围内处于领先地位。但旧中国钢铁工业很落后,产量很低,从1890年建设汉阳钢铁厂至1948年半个世纪中,钢产量累计到200万吨,1949年只有15.8万吨。 新中国成立后,尤其是改革开放以来,中国钢铁事业得到快速发展,1980年钢产量达成3712万吨,1990年达成6500万吨,1996年首次突破1亿吨大关,成为世界第
11、一产钢大国,产量达成3.4亿吨,占世界产量1/3。能够这么讲,中国钢铁工业对世界产生了关键影响,中国不仅是产钢大国,而且已经开始迈入钢铁强国行列,图5所表示。 图5 中国粗钢产量改变情况第二节 炼钢任务及钢分类一、炼钢任务炼钢基础任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧,去除有害气体和非金属夹杂物,提升温度和调整成份。归纳为:“四脱”(碳、氧、磷和硫),“二去”(去气和去夹杂),“二调整”(成份和温度)。采取关键技术手段为:供氧,造渣,升温,加脱氧剂和合金化操作。(一)钢中磷 对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷含量高会引发钢 “冷脆”,即从高温降到0以下,钢塑性和冲击韧性降低,并使钢焊接性能和冷弯性
12、能变差。磷是降低钢表面张力元素,伴随磷含量增加,钢液表面张力降低显著,从而降低了钢抗裂性能。磷是仅次于硫在钢连铸坯中偏析度高元素,而且在铁固熔体中扩散速率很小,所以磷偏析极难消除,从而严重影响钢性能,所以脱磷是炼钢过程关键任务之一。磷在钢中是以Fe3P或Fe2P形式存在,但通常是以P来表示。炼钢过程脱磷反应是在金属液和熔渣界面进行。不一样用途钢对磷含量有严格要求:非合金钢中一般质量级钢 P0.045%; 优质级钢 P0.035%;特殊质量级钢 P0.025%;有甚至要求 P0.010%。但对于一些钢种,如炮弹钢,耐腐蚀钢则需添加一定P元素。(二)钢中硫硫对钢性能会造成不良影响,钢中硫含量高,会
13、使钢热加工性能变坏,即造成钢“热脆”性。 硫在钢中以FeS形式存在,FeS熔点为1193,Fe和FeS组成共晶体熔点只有985。液态Fe和FeS虽能够无限互溶,但在固熔体中溶解度很小,仅为0.015%-0.020%。当钢中S0.020%时,因为凝固偏析,Fe-FeS共晶体分布于晶界处,在1150-1200热加工过程中,晶界处共晶体熔化,钢受压时造成晶界破裂,即发生“热脆”现象。假如钢中氧含量较高,FeS和FeO形成共晶体熔点更低(940),愈加剧了钢“热脆”现象发生。锰可在钢凝固范围内生成MnS和少许FeS,纯MnS熔点为1610,共晶体FeS-MnS(占93.5%)熔点为1164,它们能有效
14、地预防钢热加工过程“热脆”。 冶炼通常钢种时要求将Mn控制在0.4%-0.8%。在实际生产中还将Mn/S比作为一个指标进行控制,Mn/S对钢热塑性影响很大。从低碳钢高温下拉伸试验发觉提升Mn/S比能够提升钢热延展性。通常Mn/S7时不产生热脆,图6所表示。图6 Mn/S比对低碳钢热延展性影响硫还会显著降低钢焊接性能,引发高温龟裂,并在焊缝中产生气孔和疏松,从而降低焊缝强度。硫含量超出0.06%时,会显著恶化钢耐蚀性。硫还是连铸坯中偏析最为严重元素。不一样钢种对硫含量有严格要求:非合金钢中一般质量级钢 S0.045%优质级钢 S0.035%,特殊质量级钢 S0.025%有钢种要求如管线钢 S0.
15、005%,甚至更低。对于一些钢种,如易切削钢,硫则作为合金元素加入,要求S=0.08%-0.20%。(三)钢中氧在吹炼过程中,向熔池供入了大量氧气,到吹炼终点时,钢水中含有过量氧,即钢中实际氧含量高于平均值。若不脱氧,在出钢、浇铸中,温度降低,氧溶解度降低,促进碳氧反应,钢液猛烈沸腾,使浇铸困难,得不到正确凝固组织结构连铸坯。 钢中氧含量高,还会产生皮下气泡,疏松等缺点,并加剧硫热脆作用。在钢凝固过程中,氧将会以氧化物形式大量析出,会降低钢塑性,冲击韧性等加工性能。通常测定是钢中全氧,即氧化物中氧和溶解氧之和,在使用浓差法定氧时才是测定钢液中溶解氧,在铸坯或钢材中取样时是全氧样。 脱氧任务:依
16、据具体钢种,将钢中氧含量降低到所需水平,以确保钢水在凝固时得到合理凝固组织结构;使成品钢中非金属夹杂物含量最少,分布适宜,形态适宜,以确保钢各项性能指标,得到细晶结构组织。常见脱氧剂有Fe-Mn,Fe-Si,Mn-Si,Ca-Si等合金。 (四)钢中气体 钢液中气体会显著降低钢性能,而且轻易造成钢很多缺点。钢中气体关键是指氢和氮,它们能够溶解于液态和固态纯铁和钢中。氢在固态钢中溶解度很小,在钢水凝固和冷却过程中,氢会和CO、N2等气体一起析出,形成皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹。 钢热加工过程中,钢中含有氢气气孔会沿加工方向被拉长形成微裂纹,进而引发钢材强度、塑性、冲击韧性降低,即发生
17、“氢脆”现象。在钢材纵向断面上,展现出圆形或椭圆形银白色斑点称之为“白点”,实为交错细小裂纹。关键原因是钢中氢在小孔隙中析出压力和钢相变时产生组织应力综协力超出了钢强度,产生了“白点”。通常白点产生温度低于。 钢中氮是以氮化物形式存在,它对钢质量影响表现出双重性。氮含量高钢种长时间放置,将会变脆,这一现象称为“老化”或“时效”。原因是钢中氮化物析出速度很慢,逐步改变着钢性能。低碳钢产生脆性比磷还严重。钢中氮含量高时,在250-4500温度范围,其表面发蓝,钢强度升高,冲击韧性降低,称之为“蓝脆”。氮含量增加,钢焊接性能变坏。钢中加入适量铝,可生成稳定AlN,能够压抑Fe4N生成和析出,不仅改善
18、钢时效性,还能够阻止奥氏体晶粒长大。氮能够作为合金元素起到细化晶粒作用。在冶炼铬钢,镍铬系钢或铬锰系等高合金钢时,加入适量氮,能够改善塑性和高温加工性能。(五)钢中夹杂 钢中非金属夹杂按起源分能够分成外来夹杂和内生夹杂。外来夹杂是指冶炼和浇铸过程中,带入钢液中炉渣和耐火材料和钢液被大气氧化所形成氧化物。内生夹杂包含:脱氧时脱氧产物;钢液温度下降时,硫、氧、氮等杂质元素溶解度下降而以非金属夹杂形式出现生成物;凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应产物;固态钢相变溶解度改变生成产物。钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产生。依据成份不一样,夹杂物可分为:氧化物夹杂,即 FeO、MnO、SiO2、
19、Al2O3、Cr2O3等简单氧化物;FeO-Fe2O3、FeO-Al2O3、MgO-Al2O3等尖晶石类和多种钙铝复杂氧化物;2FeO-SiO2、2MnO-SiO2、3MnO-Al2O3-2SiO2等硅酸盐;硫化物夹杂,如FeS、MnS、CaS等;氮化物夹杂,如AlN、TiN、ZrN、VN、BN等。 按加工性能,夹杂物可分为:塑性夹杂,它是在热加工时,沿加工方向延伸成条带状;脆性夹杂,它是完全不含有塑性夹杂物,如尖晶石类型夹杂物,熔点高氮化物;点状不变性夹杂,如SiO2超出70%硅酸盐,CaS、钙铝硅酸盐等。因为非金属夹杂对钢性能产生严重影响,所以在炼钢、精炼和连铸过程应最大程度地降低钢液中夹
20、杂物含量,控制其形状、尺寸。 (六)钢中合金成份碳(C)炼钢关键任务之一就是要把熔池中碳氧化脱除至所炼钢钟要求。从钢性质可看出碳也是关键合金元素,它能够增加钢强度和硬度,但对韧性产生不利影响。钢中碳决定了冶炼、轧制和热处理温度制度。碳能显著改变钢液态和凝固性质,在1600,C0.8%时,每增0.1%碳 钢熔点降低6.50 密度降低4kg/m3 黏度降低0.7% N溶解度降低0.001% H溶解度降低0.4 cm3/100g 增大凝固区间17.79 。锰(Mn)锰作用是消除钢中硫热脆倾向,改变硫化物形态和分布以提升钢质;锰是一个很弱脱氧剂,在碳含量很低、氧含量很高时,能够显示出脱氧作用,帮助脱氧
21、,提升她们脱氧能力;锰还能够略微提升钢强度,并可提升钢淬透性能,稳定并扩大奥氏体区,常作为合金元素生成奥氏体不锈钢、耐热钢等。硅 (Si)硅是钢中最基础脱氧剂。一般钢中含硅在0.17%-0.37%,1450钢凝固时,能确保钢中和其平衡氧小于和碳平衡量,抑制凝固过程中CO气泡产生。生产沸腾钢时,Si为0.03%-0.07%,Mn为0.25%-0.70%,它只能微弱控制C-O反应。 硅能提升钢机械性能,增加了钢电阻和导磁性。硅对钢液性质影响较大,1600纯铁中每增加1%硅: 碳饱和溶解度降低0.294% 铁熔点降低8 密度降低80kg/m3 N饱和溶解度降低0.003% H降低1.4cm3/100
22、g 钢凝固区间增加10,钢液收缩率提升2.05%。铝(Al)铝是终脱氧剂,生产镇静钢时,Al多在0.005%-0.05%,通常为0.01%-0.03%。钢中铝加入量因氧量而异,对高碳钢应少加些,而低碳钢则应多加,加入量通常为:0.3-1.0kg/t钢。铝加到钢中将和氧发生反应生成Al2O3,在出钢、镇静和浇铸时生成Al2O3大部分上浮排除,在凝固过程中大量细小分散Al2O3还能促进形成细晶粒钢。铝是调整钢晶粒度有效元素,它能使钢晶粒开始长大并保持到较高温度。 二、钢分类按化学成份分类:按是否加入合金元素可钢分为把碳素钢和合金钢两大类。碳素钢是指钢中除含有一定量为了脱氧而加入硅(通常0.40%)
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