氧气顶底复吹转炉炼钢.ppt

,9.3侧吹氧气转炉炼钢法1952年，唐山钢厂用碱性侧吹空气转炉吹炼中磷铁水(P%=0.2O.6)获得成功。它是通过摇炉，调节熔池面与风眼的相对位置和吹炼深度，控制造渣，进行钢水脱碳和脱磷。1958年普遍推广。但空气侧吹风眼侵蚀严重，吹损大，热量不充裕等缺点。1973年，沈阳第一炼钢厂和东北工学院提出了转炉侧吹全氧炼钢法，并在3吨侧吹转炉上进行试验获得成功。,氧气侧吹转炉炉型,9.3.1全氧侧吹转炉炼钢法冶金过程9.3.1吹炼过程的基本控制和工艺国内38t全氧侧吹转炉，基本上保持空气侧吹转炉摇炉控制制度，可通过控制装入角度和合理摇炉，实行对造渣和冶金过程的灵活控制。图1020为上钢一厂8t全氧侧吹转炉两炉钢的控制示例。全氧侧吹转炉吹炼过程中熔池成分的变化规律基本上与碱性氧气顶吹转炉和平炉相似，可以进行前期脱磷。图1021为转炉三种吹氧炼钢典型的熔池成分变化规律。,9.2.3氧气底吹转炉与顶吹转炉的比较,9.4顶底复合吹炼转炉炼钢法1978年4月，法国钢铁研究院(IRSID)在顶吹转炉上进行了底吹惰性气体搅拌的实验并获得成功;1979年4月,日本住友发表了转炉复合吹炼的报告。到1981年底，全世界采用复吹转炉达81座。我国首钢、鞍钢分别在1980年和1981年开始进行复吹的实验研究，并于1983年分别在首钢30吨转炉和鞍钢180吨转炉上推广使用。,顶底复合吹炼转炉,顶底复合吹炼法的冶金特点(1)由于增加了底部供气，加强了熔池的搅拌力使熔池内成分和温度的不均匀性得到了改善。改善了渣-金属间的平衡条件，减少了钢和渣的过氧化现象，提高了钢液中的残锰含量，降低了钢液中的磷含量，减少了喷溅。金属中的碳氧更接近于平衡，对降低钢中的溶解氧有明显效果。这对冶炼低碳钢十分有利。(2)通过改变顶枪枪位和顶底吹制度，可以控制化渣，有利于充分发挥炉渣的作用。,底部供气强度和熔池混合时间的关系,图30为各种复吹方法底部供气强度和熔池混合时间的关系。由图可看出，底部仅吹惰性气体或中性及弱氧化性气体搅拌时，供气强度一般小于或等于0.5m3tmin；而使用氧气时其底吹强度较高。由图30还可看出，采用底吹法时熔池混合时间约10秒左右；而顶吹法则需要100秒以上。说明顶吹法对熔池缺乏足够的搅拌，而底吹对熔池起显著的搅拌作用。但是，顶底复合吹炼，由于减少了Fe、Mn、C等元素的氧化放热，同时吹入的搅拌气体如Ar、N2、CO2等要吸收熔池的显热，以及吹入的CO2代替了部分工业氧，使熔池中放热量减少，因此，导致废钢装入量的减少，铁水用量增加。,9.4.1顶底复吹转炉炼钢法的类型归纳起来主要有四类：(1)底部搅拌型LDKG、顶部100供氧气，底部吹炼前期供氮气，后期为氩气，底部多使用集管式、多孔塞砖或多层环缝管式供气元件。(2)顶、底吹氧型LD一OB、LDHC、顶部供氧比为6095，底部405，底部中心管供氧，环管供冷却剂。(3)喷吹石灰型KBOP在吹氧的同时，还可以喷吹石灰等熔剂。4）喷吹燃料型顶底侧三向以氧气作载流喷吹煤粉、燃油或燃气。,9.3.1顶底复合吹炼法的种类及其特征顶底复合吹炼转炉按底部供气方式分为两大类；,(1)顶吹氧气、底吹惰性或中性或弱氧化性气体的转炉。此法除底部全程恒流量供气和顶吹枪位适当提高外，冶炼工艺制度基本与顶吹相同。底部供气强度属于弱搅拌型。由于底部供气的作用，强化了熔池搅拌。图27a、b分别为顶吹和复合吹炼转炉主要元素的浓度变化。(2)顶、底均吹氧的转炉。2040的氧由底部吹入熔池，其余的氧由顶枪吹入。,9.4.2顶底复吹转炉内的反应1成渣速度复吹转炉与顶吹、底吹两种转炉相比，熔池搅拌范围大，而且强烈，从底部喷入石灰粉造渣，成渣速度快。通过调节氧枪枪位化渣，加上底部气体的搅动，形成高碱度、流动性良好和一定氧化性的炉渣，需要的时间比顶吹转炉或底吹转炉的都短。,复吹转炉渣中(FeO)从吹炼初期开始到中期逐渐降低，中期变化平稳，后期又稍有升高，其变化的曲线与顶吹转炉有某些相似之处。,2复吹转炉渣中(FeO)含量变化,就渣中(FeO)含量而言，顶吹转炉复吹转炉底吹转炉。,2顶吹.复吹.底吹转炉渣中(FeO)比较,1)从底部吹入的氧，生成的FeO在熔池的上升过程中被消耗掉；2)有底吹气体搅拌，渣中(FeO)低，也能化渣，不需要高的(FeO)；3)上部有顶枪吹氧，所以它的(FeO)含量比底吹氧气的还是要高。,复吹转炉渣(FeO)低于顶吹原因,3钢水中的碳复吹转炉钢水的脱碳速度高而且比较均匀，原因是从顶部吹入大部分氧。从底部吹入少量氧，供氧比较均匀，脱碳反应也就比较均匀，使渣中(FeO)含量始终不高。在熔池底部生成的FeO与C有更多的机会反应，FeO不易聚集，从而很少产生喷溅。,复吹转炉的C-O关系线低于顶吹转炉，比较接近底吹转炉的C-O关系线。在相同含碳量下。复吹转炉金属收得率高于顶吹转炉。,复吹.顶吹.底吹转炉吹炼终点C和O,吹入惰性气体后，钢水中C-O的关系线下移，原因是吹入熔池中的N或Ar气泡降低CO的分压，为脱碳反应提供场所。因此，在相同含碳量时，复吹含氧量低于顶吹。,复吹底部吹惰性气体后钢水中O-O关系,复吹(FeO)低，吹炼初期，钢水中的Mn只有30%40被氧化，待温度升高后，在吹炼中后期，又开始回锰,残锰较顶吹高。,4钢水中的锰,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。,5钢水中的磷,6钢水中的硫复吹脱硫条件较好，原因有四个方面：1)底喷石灰粉、顶吹氧，形成高碱炉渣；2)渣中(FeO)比顶吹低；3)底喷石灰粉，改善脱硫反应动力学条件；4)熔池搅拌好，反应界面大，脱硫动力学条件好。,顶底复吹转炉的特点复吹转炉石灰单耗低；渣量少；单耗相当于底吹转炉；氧耗介于顶吹与底吹之间；复吹能形成高碱度氧化性炉渣，提前脱磷；直接拉碳，生产低碳钢种。,氧气转炉炼钢技术发展转炉大型化少渣冶炼铁水预处理长寿转炉负能炼钢全自动吹炼,9.4.3顶底复合吹少渣冶炼技术铁水经预脱硅、预脱磷和预脱硫处理后，转炉内只进行脱碳和升温操作。这就是转炉少渣冶炼的基本含义。SMP法1979年，新日铁室兰厂开发了脱硅铁水在转炉内的小渣量冶炼法。ORP法在上基础上，新日铁君津厂1982年采用石灰熔剂脱磷、脱硫预处理方法。SARP法同年，日本住友金属也投产采用了苏打粉进行水预处理方法。OLTPS法1983年，神户制钢开发了石灰和苏打粉联合预处理铁水方法。,1.复吹转炉少渣冶炼的冶金特性：(1)还原性功能渣量少，复吹转炉(FeO)低，底部吹Ar或N，使渣、钢的氧分压都降低，具有还原性功能。吹入的锰矿粉MnO直接还原，提高钢液锰含量。(2)钢中的氢明显减少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H2.010-6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。,9.4.4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。,一对铁水的质量要求1）温度1250而且稳定一般应保证入炉时仍在12501300以上。2）成分合适而且波动小（1）国标规定铁水的含磷量小于0.4%。（2）因此国标规定铁水含硫量0.07%。（3）含硅量高于0.8%应进行预脱硅处理。（4）我国铁水含锰都不高，多为0.2%0.4%。（5）3.5%的含碳量即可满足冶炼要求，而通常铁水含碳4%左右，故一般不做要求。3）带渣量0.5%高炉渣含有大量S、SiO2，带渣量不得超0.5%。,表1-2我国一些钢厂用铁水成分,表1-3国外一些厂家用铁水平均成分,二铁水中各元素含量对工艺的影响（1）高炉内不能去磷如果铁水的含磷量超过0.4%,或者吹炼低磷钢，则需采用双渣法冶炼或对铁水进行预脱磷处理。（2）铁水的含硫量0.07%转炉的脱硫效果不理想，单渣法冶炼时的脱硫率仅为30%35%。,（3）铁水的含硅量硅是主要发热元素之一，硅量每增0.1%，废钢比可增1.3%1.5%。含硅量低于0.5%,铁水化学热不足。含硅量高于0.8%,会增加造渣材料消耗，渣量大，引起喷溅，增加金属损失，炉衬侵蚀加剧；同时，渣中的FeO、MnO含量相对降低，易在石灰块表面生成一层熔点2130的2CaOSiO2外壳，不利于早期的去磷。,（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%0.4%。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，3.5%的含碳量即可满足冶炼要求，而通常铁水含碳4%左右,1）铁水炉外脱硫铁水脱硫的条件比钢水优越，铁水中碳、硅、磷等元素的含量高，硫的活度系数大，同时铁水中的氧含量低，脱硫效率比钢水脱硫高46倍，。基本思路：向铁水中加入脱硫剂使之化合入渣。,（1）脱硫剂电石粉（CaC2）脱硫反应：CaC2（S）+S=CaS(S)+2C脱硫能力强，但有少量CO逸出，并带出电石粉，污染环境，必须安装除尘装置。石灰粉（CaO）脱硫反应：2CaO+S+1/2Si=CaS(S)+1/22CaOSiO2成本低，脱硫能力差，且石灰表面会出现C2S，阻碍反应进行，常配铝或苏打粉避免C2S的生成：CaO(S)+S+2/3Al=CaS(S)+1/3Al2O3（S）使脱硫速度和效率明显提高,苏打粉（Na2CO3）脱硫反应：Na2CO3+S+Si=Na2S+SiO2+CO特点：脱硫能力很强，且产生的气体具有搅拌作用，脱硫速度快，但价格贵且污染严重，常与其它粉剂配成复合脱硫剂。,金属镁脱硫反应：金属镁的沸点仅为1107，铁水温度下为气体，故脱硫反应为：Mg+S=MgS特点：金属镁直接加入铁水时，会发生爆发式气化反应，因此不能单独使用，常与其它粉剂组成复合脱硫剂。脱硫剂的能力强弱顺序为：Na2CO3、CaC2、Mg、CaO复合脱硫剂：如电石粉+石灰粉、金属镁+电石粉、石灰粉+苏打粉、金属镁+石灰粉等。,（2）脱硫方法及效果：机械搅拌法和喷吹法。机械搅拌法混合方式：将脱硫剂加入铁水罐中，搅拌器插入铁水搅拌。具有代表性的是日本的KR法（电石粉为主），武钢二炼79年引进，经消化改造使用以石灰粉为主的脱硫剂。,KR法脱硫装置示意图1搅拌器.2脱硫剂输入3铁水包，4铁水，5排烟烟道,喷吹法以气体为载体，利用喷枪将粉状脱硫剂喷射到铁水中。宝钢80年代由日本引进，喷吹电石粉。,喷吹法脱硫装置示意图,2）铁水预脱硅（1）脱硅剂：氧化铁皮和烧结矿粉为主，配加少量石灰和萤石以降低渣子的黏度。,（2）脱硅方法：有投入法和顶喷法两种。投入法：将脱硅剂投到铁水沟中，铁水流入铁水罐时，冲击搅拌使之充分混合、反应。脱硅效率较低，50%左右。顶喷法：是用空气通过喷枪从（铁沟或流入铁水灌的铁水流）铁水液面以上一定高度将脱硅剂喷入，使之混合、反应。脱硅效率高达7080%，铁水含硅可达0.10.15%以下。,顶喷法脱硅,3）铁水预脱磷加脱磷剂使磷氧化进入渣中。（1）脱磷剂：苏打系脱磷剂：2P+5O+3Na2CO3(S)=(Na2OP2O5)+3CO石灰系脱磷剂2P+5O+4CaO(S)=(4CaOP2O5)常配有氧化铁皮或烧结矿粉和萤石粉助熔剂。（2）脱磷需先脱硅使用苏打系脱磷时要求Si0.1%，使用石灰系处理时要求Si0.15%。（3）铁水炉外脱磷方法：主要为喷吹法，它是以气体作载体将脱磷剂喷吹到铁水包中。,3）铁水同时脱硫和脱磷苏打和石灰既是脱硫剂也是脱磷剂，因此铁水同时进行脱硫和脱磷不仅成本低而且生产率高。（1）首先进行脱硅处理，当Si0.1%后扒出炉渣，然后喷吹19kg/t苏打粉，脱硫率可达96%，脱磷率可达95%。该法的特点是，脱硫磷效率高，但处理成本高、耐火材料侵蚀严重，同时有气体（CO）污染。（2）也是先进行脱硅处理，当Si0.15%后扒出炉渣，喷吹52kg/t石灰基粉料，脱硫率可达80%，脱磷率可达88%。该法的特点是成本低，但渣量大而铁损多。,9.4.5转炉的长寿技术1.炉衬类型氧气顶吹转炉都是用碱性耐火材料砌筑。曾经用过白云石质耐火材料，制成焦油结合砖，炉龄一般在几百炉。直到70年代兴起了以死烧或电熔镁砂和碳素材料为原料，用各种碳质结合剂，制成镁碳砖。镁碳砖的抗渣性强，导热性能好，避免了镁砂颗粒产生热裂；由于有结合剂固化后形成的碳网络，将氧化镁颗粒紧密牢固地连接在一起。用镁碳砖砌筑转炉内衬，大幅度提高了炉衬使用寿命，炉衬寿命可达到万炉以上。,2.顶底复吹转炉喷补技术喷补是利用高压气体将耐火材料喷射到红热的炉衬表面，进而烧结成一体。1）湿法喷补2）半干法喷补,粘结剂:曾用过水玻璃（NaOnSiO2）和磷酸盐，高温强度低，现改为多聚磷酸盐（Na5P3O11）效果不错。3）火焰喷补火焰喷补是将喷补料送入水冷喷枪内与燃料和氧气混合燃烧呈熔融状喷向侵蚀严重的部位，并与炉衬烧结在一起的补炉方法。,3.顶底复吹转炉溅渣护炉1)溅渣护炉的基本原理利用MgO含量达到饱和或过饱和的炼钢终点渣，通过高压氮气的吹溅，在炉衬表面形成一层高熔点的溅渣层，并与炉衬很好地烧结附着。这个溅渣层耐蚀性较好，从而保护了炉衬砖，减缓其损坏程度，炉衬寿命得到提高。,2)溅渣层的分熔现象当温度升高时，溅渣层中低熔点物首先熔化，与高熔点相相分离，并缓慢地从溅渣层流淌下来；而残留于炉衬表面的溅渣层为高熔点矿物。这种现象就是炉渣的分熔现象，也叫选择性熔化或异相分流。在反复地溅渣过程中溅渣层存在着选择性熔化，使溅渣层MgO结晶和C2S等高熔点矿物逐渐富集，从而提高了溅渣层的抗高温性能，炉衬得到保护。,3)思考与启示需要指出的是：通过溅渣护炉和喷补可以显著提高炉龄。但并非炉龄越高越好，因为溅渣护炉和喷补也要消耗一定的耐火材料，而且占用生产时间。于是日本最先提出了最佳炉龄的概念耐火材料的总消耗最少、生产率最高、生产成本最低的炉龄。不同的厂家，生产条件不同，其最佳炉龄也不相同，需在实际生产中摸索。,2005年我国复吹转炉技术现状宝钢300t转炉在1990年采用顶底复吹技术，现复吹比例达100%,氧气顶吹转炉炼钢操作,1装料制度三种装料制度：定量加入：在整个炉龄期内，保持每炉的装入量不变。定深加入：在整个炉龄期内，保持每炉的金属熔池深度不变。分阶段定量加入：在一个炉龄期内按炉膛容积扩大程度分几个阶段，每个阶段实行定量装入。,2.供氧制度(1)供氧制度中的几个工艺参数氧气流量供氧强度氧压喷枪高度(2)氧枪操作三种操作方式:恒枪变压、变压变枪、恒压变枪,3.造渣制度(1)炉渣碱度和石灰加入量的确定一般终渣碱度控制在3以上.当铁水含磷较低时,仅考虑含硅量当铁水含磷较低时,假定金属料90%的磷进入炉渣,则,(2)白云石造渣及萤石化渣(3)造渣方法和操作包括单渣法、双渣法和双渣留渣法（4）喷溅现象及预防产生喷溅的重要原因是吹炼过程中“泡沫渣”的形成。操作中防止喷溅的基本措施是：控制好熔池温度、前期不过低，中、后期不过高。严格避免强烈冷却溶池，以确保脱碳反应均衡进行，消除爆发式的C-O反应，同时控制好渣中FeO的含量，使渣中FeO不出现明显聚集现象，防止炉渣过分发泡引起喷溅。,4.温度控制主要通过调整冷却剂的种类和加入量来控制吹炼温度。冷却剂的种类主要有：废钢、铁矿石、氧化铁皮。表9不同冷却剂的冷却效果,5.终点控制和出钢基本要求是：在吹氧结束时，使金属的化学成分和温度同时达到出钢的要求。主要是终点含碳量和终点钢水温度控制。常用的经验控制终点方法有两种：拉碳法和增碳法。拉碳法：在熔池含碳量达到出钢要求时停止吹氧，不但熔池中的磷、硫和温度符合出钢要求，而且熔池中的碳加上铁合金带入金属的碳也符合所炼钢种的规格。不需要添加增碳剂增碳。增碳法：在吹炼平均含碳量0.08%的钢种时,采取吹到0.05-0.06%停吹,然后按所炼钢种的规格,在钢包内增碳。,