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钢铁冶金3——转炉炼钢


转炉炼钢
贺东风 冶金与生态工程学院

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目录 1、炼钢的基本原理 2、转炉炼钢设备和工艺

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1、炼钢基本原理
? ? ? ? ? ?

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

脱碳反应 脱硫反应 脱磷反应 脱氧反应 去气体 去夹杂物

3

强烈运动和高度弥散的气体-熔渣-金属乳化相
熔池在氧流作用下形成的强烈运动和高度弥 散的气体-熔渣-金属乳化相,是吹氧炼钢 的特点。 1-氧枪 2-乳化相 3-CO气泡 4-金属熔池 5-火点 6-金属液滴 7-作用区释放出的 CO气泡 8-溅出的金属液滴 9-烟尘

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1.1 脱碳反应

[C ] + [O] = {CO} ↑ [C ] + 1 / 2{O2 } = {CO} ↑
直接氧化 间接氧化

杂质的氧化方式
直接氧化:
?

气体氧直接同铁液中的杂质进行反应。

间接氧化:
?

气体氧优先同铁发生反应,生成FetO以 后再同其它杂质进行反应; 气体氧溶解于铁液中[O],[O]再同其它 杂质进行反应。

?

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[C][O]乘积
[C]+[O]=CO

△G°=-21244-38.91T[1]
PCO 1110 = + 2.032 log K = log [%C][%O] T
取 PCO=1,
1110 ? 2.032 T

[%C][%O] = 10

?

[1] E.T. Turkdogan, Fundamentals of Steelmaking, The Institute of Materials, 1996, London

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[C][O]乘积
温度(°C) 290 1600 1650 1700 1750 [%C][%O] 0.00229 0.00237 0.00246 0.00254 0.00263

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提高脱碳速率的因素:

[C ] + [O] = {CO} ↑
(1)、提高供氧强度; (2)、加强氧的扩散; (3)、加强碳的扩散; (4)、温度控制; (5)、降低CO分压。

1.2 脱硫反应 [ S ] + (O)
主要措施:
(1).高的氧离子浓度;--高碱度 (2).钢中硫具有高的活性;--铁水 (3).高的温度; (4).渣中硫具有高的稳定性;--形成渣中硫化物 (5).钢液中低的氧位;--强脱氧 (6).大渣量; (7).强搅拌。
2?

= ( S ) + [O]

2?

1.3 脱磷反应

2[ P] + 5[O] + 4(CaO ) = 4CaO ? P2O5 2[ P] + 5[O] + 3(CaO ) = 3CaO ? P2O5
影响因素: (1).钢中磷的活性;(2).钢中氧含量--高氧化性; (3).渣中(CaO)活性--高碱性; (4).温度--低温度; (5).渣中磷酸盐的稳定性--稳定; (6).搅拌--强搅拌;(7).渣量--大渣量,换渣。

1.4 脱氧反应

实际过程钢液[O]高于理论[O]含量

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过剩氧?[O]

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1.4 脱氧反应

X [O] + Y [ M ] = M y OX
K= aM y OX [%O] [% M ]
X Y

[%O] = X

aM Y O X K ? [% M ]
Y

影响脱氧反应的因素:
1.钢中初始氧含量; 2.脱氧剂含量; 3.温度; 4.氧化物稳定性(K的大小)。

1.5 去气体

[ H ] = 1 / 2{H 2 } ↑
K H = PH 2 /[ H ] [ H ] = PH 2 / K H

去氢工艺:
原则:降低H2分压。 措施:
(1).所有原材料干燥; (2).真空处理; (3).加快反应(加强搅拌、 扩大反应面积等)

[ N ] = 1 / 2{N 2 } ↑
K N = PN 2 /[ N ] [ N ] = PN 2 / K N

去氮工艺:
原则:降低氮气分压;
降低表面活性元素含量。

措施:
(1).所有原材料干燥; (2).真空处理; (3).加快反应(加强搅 拌、扩大反应面积等); (4).降低表面活性元素 含量(O、S等)。

1.6去夹杂物
夹杂物来源:
1.外来。(钢包衬、 炉衬带入;钢包渣、 炉渣卷入等)。 2.内生。(脱氧、 脱硫、脱磷等产物; 二次氧化;降温及 凝固过程析出;固 态析出等)

夹杂物的去除:
1.尽可能的减少外来夹杂物。 (如:减少钢包、炼钢炉衬侵 蚀;防止覆盖渣的卷入等)。 2.控制夹杂物的形成。(如: 脱氧剂的加入量、加入时间、 加入种类等)。 3.加快夹杂物的去除。(如: 各种搅拌措施等)。 4.控制夹杂物的析出条件。 (析出时间、颗粒大小、分 布等)。

2. 转炉炼钢工艺
2.1 转炉主要设备 2.2 吹炼过程中熔池流动 2.3 吹炼工艺 2.4 吹炼过程渣-钢成分变化

2.1 转炉设备

顶吹转炉:
? ? ?

炉渣FetO含量高; 吹炼前期、中期能够较好 地脱磷; 搅拌差,反应距平衡远。 搅拌强、脱碳快、喷溅少; 渣中FetO低,吹炼前期基 本不能脱磷。 成渣较底吹转炉好; 搅拌较顶吹转炉强; 反应平衡程度高; 大多数大中型转炉采用了 复吹转炉炼钢。

底吹转炉;
? ?

顶底复吹转炉:
? ? ? ?

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主要设备
烟气净化 系统

渣料系统 氧枪系统
主原料装入系统

倾动系统

出钢、出渣系统
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1.探头装卸装置 2.提升绞车 3.导轨旋转装置 4.付枪导轨 5.氧枪 6.付枪 7.OG烟气处理烟罩 8.转炉 9.探头

喷头类型
a- 单孔拉瓦尔型; b-三孔拉瓦尔型; c-三孔直通型

2.2 吹炼过程中熔池流动

1-氧流方向;2-喷溅方向

2. 3吹炼工艺

脱碳反应和成分变化 1. [C]; 2.[Si]; 3.[FeO]

吹炼过程喷枪控制

2.4 吹炼过程渣-钢成分变化

谢谢!
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