轉爐煉鋼工藝 氧氣轉爐的種類 氧氣頂吹轉爐氧氣底吹轉爐氧氣側吹轉爐氧氣頂底復合轉爐 1 頂吹氧氣轉爐煉鋼 特點生產率高 冶煉時間在20分鐘以內 質量好 氣體含量少 因為CO的反應攪拌 將N H除去 可以生產超純凈鋼 有害成份 S P N H O 80PPm 冶煉成本低 耐火材料用量比平爐電爐用量低 原材料適應性強 高P 低P都可以 設備少 平爐的2 3 比電爐多 氧氣射流及熔池攪拌 氧槍吹煉參數決定轉爐的冶煉過及冶煉結果 氧槍的心藏是氧槍噴頭 有關氧槍及氧槍噴頭設計 在單元設計中闡述氧氣射流屬于氣體動力學的范疇 氧槍噴頭的種類 直簡型收縮型拉瓦爾型多孔拉瓦爾型 基本概念 槍位操作氧壓氧氣流量射流穿透深度 氧氣射流對熔池的物理作用 轉爐實際上是一個黑箱 對爐內的運動狀態是冷態實驗的分析結果 氧流作用下熔池的循環運動 動量傳遞 氧壓或氧速越高 凹坑越深 攪拌加劇 操作俗語 軟吹 低壓 高槍位 吹入的氧在渣層中 渣中FeO升高 有利于脫磷 硬吹 高壓低槍位 與軟吹相反 脫P不好 但脫C好 穿透能力強 脫C反應激烈 軟吹與硬吹對熔池的影響 吹煉過程熔池變化 吹煉過程爐渣及槍位 冶煉過程渣 鋼成份變化 氧氣射流對熔池的化學作用 直接氧化與間接氧化直接氧化與間接氧化是針對除鐵元素之外的元素氧化的 即所謂的雜質 直接氧化 氧氣射流直接與雜質元素產生氧化反應 間接氧化 氧氣射流先與Fe反應生成后FeO FeO傳氧給雜質元素 是直接氧化還是間接氧化為主呢 是間接氧化為主 最主要一點是由于氧流是集中于作用區附近 而不是高度分散在熔池中 頂吹轉爐的操作過程 上爐出鋼 倒完爐渣 或加添加劑 補爐或濺渣 堵出鋼口 兌鐵水 裝廢鋼 下槍 加渣料 石灰 鐵皮 點火 熔池升溫 脫P Si Mn 降槍脫碳 看爐口的火 聽聲音 看渣中稠不稠 看爐口的火 聽聲音 看火亮度 加第二批 渣料 倒爐 取樣測溫 技術水平高的爐長 一次命中率高 50 寶鋼是付槍 根據分析取樣結果 決定出鋼 或補吹 合金化 不要補吹的就是通常說的一次命中 冶煉技巧 鋼液碳的判斷方法取樣分析 磨樣 看火花 付槍 鋼液磷的判斷方法取樣分析 渣的顏色及氣孔 鋼液溫度判斷方法接觸熱電偶 看爐口火焰 看鋼液顏色 讀秒表 鋼液顏色 白亮 青色 淺蘭 深蘭 紅色 頂吹氧氣轉爐吹煉過程的操作制度 裝料制度裝料是指裝鐵水及廢鋼 裝入量是由爐容比 V T m3 t 決定的 裝入量過大 噴濺增加 冶煉時間延長 裝入量小生產能力下降 通常爐容比為0 7 1 05 定量裝入優點 便于穩定操作 自動控制 適合大型轉爐 一定的物料量 缺點 前期熔池深 后期熔池淺 氧槍不易控制 定深裝入優點 主要是熔池深度不變 氧槍操作穩定缺點 裝入量變化 輔料也變 分階段定量裝入分階段定量裝入 1 50爐 51 200爐 200爐以上 槍位每天要校正 交接班看槍位 廢鋼量的確定 轉爐煉鋼不需要外來熱源 熱量來源于 鐵水物理熱及元素氧化化學熱 鐵水及廢鋼的合理配比須根據爐子的熱平衡計算確定 硅的作用優點 因發熱量大 增大廢鋼加入量 一般鐵水中Si增加0 1 廢鋼比增大1 缺點 增大渣量 侵蝕爐襯一般控制在0 4 0 6 以下 供氧制度 氧氣流量大小 Nm3 h 裝入量 C Mn Si的含量 由物料平衡計算得到 50 65Nm3 h 氧壓 Mpa 噴頭的喉口及馬赫數一定 P大 流量大 有一范圍0 8 1 1Mpa 槍位 由沖擊深度決定 1 3 1 2 供氧強度 Nm3 t min 決定冶煉時間 但太大 噴濺可能性增大 一般3 0 4 0 氧槍操作方式 氧槍操作就是調節氧壓和槍位 氧槍的操作方式 衡槍變壓 壓力控制不穩定 閥門控制不好 恒壓變槍 壓力不變 槍位變化 造渣制度 煉鋼就是煉渣 通過造渣 控制脫P 石灰的熔解 開始吹氧時渣中主要是SiO MnO FeO 是酸性渣 加石灰后 石灰溶解速度 可用下式表J K CaO 1 35MgO 1 09SiO2 2 75FeO 1 9MnO 39 1 2CaO SiO2 難熔渣 FeO MnO MgO加速石灰熔化是因為 降低爐渣粘度 破壞了2CaO SiO2的存在 加礦石 吹氧 成渣途徑 鈣質成渣低槍位操作 渣中FeO含量下降很快 碳接近終點時 渣中鐵才回升 適用于低磷鐵水 對爐襯壽命有好處 鐵質成渣過程高槍位操作 渣中FeO含量保持較高水平 碳接近終點時 渣中鐵才下降 適用于高磷鐵水 對爐襯侵蝕嚴重 FeO高 爐渣泡沫化嚴重 易產生噴濺 CaO MgO FeO MnO SiO2 P2O5 相圖 ABC鈣質成渣ADC鐵質成渣 白云石造渣 提高渣中MgO的含量 延長爐襯壽命 渣中飽和MgO的概念 一般根據冶煉情況 MgO控制在6 10 大噴濺 選擇逃跑路線噴濺的產生低溫吹氧 氧位較高 吹入的氧成為FeO 而C反應較慢當溫度升高后C O反應激烈 操作中防止噴濺的措施 控制溫度 不能一直高槍位操作 吹煉過程的溫度控制 升溫降槍 脫C 氧化熔池金屬鐵 金屬收到率低 降溫加冷卻劑 礦石 球團礦 氧化鐵皮 廢鋼 廢鋼冶煉時一般不加 終點成份控制 終點成份控制的元素 MnSiPCS NHO的控制 合金的加入方式 脫C曲線及冶煉控制模型 第一階段 脫C速度逐漸增大 Si Mn的反應控制了脫C反應 先脫Si Mn 后脫C Vc d C dt K1t第二階段 脫C速度與C含量基本無關 如Vc變快 說明脫C速度隨氧流量的變化而變化 Vc d C dt K2 k2QO2K2 1 89QO2 0 048h槍位 28 5 10 3 試驗數據 3 第三階段 碳下降到一定后 碳的傳質成了限制環節 Vc d C dt K3 C 脫碳速度與時間的關系 轉爐長壽技術 爐齡是轉爐煉鋼的重要技術指標 提高爐齡不僅降低了生產成本而且提高了轉爐的生產效率 九十年代 美國開發成功轉爐濺渣護爐技術 創造了25000爐的世界最高爐齡紀錄 濺渣護爐在中國推廣也取得顯著的經濟效益 爐齡普遍提高3 4倍 最高爐齡已達到20 000爐 噸鋼爐襯耐火材料消耗降低0 2 1 0kg 補爐料消耗減少0 5 1 0kg t 轉爐利用系數提高2 3 國內鋼廠采用濺渣護爐工藝后的平均經濟效益為4 0元 t 每年全國可獲經濟效益l 8億元 濺渣護爐的基本原理 是利用高速氮氣把成分調整后的剩余爐渣噴濺在爐襯表面形成濺渣層 濺渣層固化了鎂碳磚表層的脫碳層 抑制了爐襯表層的氧化 并減輕了高溫爐渣對磚表面的沖刷侵蝕 濺渣護爐示意圖 濺渣護爐技術今后研究工作的重點 開發和完善復吹轉爐濺渣護爐工藝提高底吹噴嘴壽命的核心技術是控制噴咀前端生成透氣蘑菇頭 避免噴咀燒損 在爐役中后期 應嚴格控制蘑菇頭生長高度 防止噴咀堵塞 開發爐體冷卻工藝 進一步提高爐襯壽命 濺渣后 爐齡升高爐襯減薄 會使爐殼變形更為嚴重 開發爐殼冷卻技術 抑制爐殼變形 使爐殼壽命提高到10 15年 優化濺渣工藝 研究濺渣層與爐襯磚的結合機理 進一步提高轉爐爐齡 使其能與軋鋼加熱爐 制氧機等設備同步運行 同步檢修 以獲得更好的經濟效益 研究開發長壽命水冷煙罩 煙道等輔屬設備 實現轉爐整體設備長壽化 頂底復吹轉爐吹煉的工藝特點 頂底復吹轉爐結合了頂吹 底吹轉爐的優點 反應速度快 熱效率高 可實現爐內二次燃燒 吹煉后期強化熔池攪拌 使鋼 渣反應接近平衡 保持頂吹轉爐成渣速度快和底吹轉爐吹煉平穩的雙重優點 進一步提高了熔池脫磷脫硫的冶金效果 冶煉低碳鋼 C 0 01 0 02 避免了鋼渣過氧化 頂底復合吹煉技術的分類 頂吹氧 底吹惰性氣體攪拌工藝 代表方法有 LBE LD KG LD OTB NK CB LD AB等 技術特征 頂吹100 氧氣 可采用二次燃燒技術提高熔池熱效率 底吹惰性氣體攪拌 前期吹N2氣后期切換為Ar氣 供氣強度波動在0 03 0 12Nm3 t min范圍 頂底復合吹氧工藝 代表方法 BSC BAP LD OB LD HC STB STB P K BOP等技術特征 頂吹氧60 95 底吹氧5 40 供氣強度波動在0 2 2 0Nm3 t min范圍 底吹供氣元件采用雙層套管結構 中心管吹O2 環縫吹天然氣或Ar氣冷卻保護噴咀 復吹轉爐的經濟效益 渣中含鐵量降低2 5 5 0 金屬收得率提高0 5 1 5 殘錳提高0 02 0 06 磷含量降低0 002 石灰消耗降低3 10kg t 氧氣消耗減少4 6Nm3 t 提高爐齡 減少耐火材料消耗復吹轉爐的經濟效益 因冶煉的品種 爐子的大小和各鋼廠的具體情況下同而有差異 一般說來 在歐洲約為2 3 6馬克 t 在美國約為0 25 1 5美元 t 在中國為6 15元 t 頂吹轉爐的自動控制 1 對氧氣頂吹轉爐控制的要求 鐵水質量穩定 能準確知道鐵水成份和重量 廢鋼量穩定 有害殘余元素含量低 石灰等其他造渣劑的化學成份及塊度穩定 2 控制方案靜態控制模型動態控制模型全自動控制模型 靜態控制模型 靜態控制是動態控制的基礎 根據物料平衡和熱量平衡 靜態控制的原理是 質量守恒 先確定出終點的目標成份和溫度及出鋼量 并選擇適當的操作條件 進行裝入量的計算 確定物料收支和熱收支的關系輸入計算機 鐵水 廢鋼 生鐵塊 鐵皮 鐵礦石等 可計算需要的氧氣量 在單位時間內的氧氣流量 從所需的氧量可計算出所需要的冶煉時間 用熱收支方面進行分析定論 動態模型控制 是在運行途中對軌道進行計算和檢測 并給予修正的一種控制方法 鋼液中的 C 和溫度測定 鋼液中的 C 和溫度是隨時間推移而變化的 動態控制的條件 點測的條件 部份連續檢測 控制主要項目 能測定其軌道 途中測定鋼液中 C 和溫度 途中測定時 如果測定值和預測的值不同應當采取什么樣修正的手段 控制軌道修正手段 1 溫度 碳合適 按原軌道控制 2 溫度低及碳低 脫碳升溫 當溫度合適 終點碳低 加增碳劑 3 溫度高碳高 脫碳升溫 當終點碳合適 終點溫度太高 加冷卻劑 計算機系統控制過程 2 7全自動轉爐吹煉技術 轉爐吹煉過程控制是實現轉爐正常冶煉的關鍵 轉爐吹煉的技術特點 脫碳速度快 準確控制吹煉終點比較困難 熱效率高 升溫速度快 容易發生爐渣或金屬噴濺 吹煉后期脫碳速度減慢 金屬 爐渣之間遠離平衡 容易造成鋼渣過氧化 轉爐自動化控制的具體要求 1 能實現遠程預報 根據目標鋼種要求和鐵水條件 能確定基本命中終點的吹煉工藝方案 2 能精確命中吹煉終點 通常采用動態校正方法 修正計算誤差 保證終點控制精度和命中率 3 具備容錯性 可消除各種系統誤差 隨機誤差和檢測誤差 4 響應迅速 系統安全可靠 轉爐自動控制發展的三個階段 動態控制采用的兩種方法 副槍動態控制技術在吹煉接近終點時 供O2量85 左右 插入副槍測定熔池 C 和溫度 校正靜態模型的計算誤差并計算達到終點所需的供O2量或冷卻劑加入量 爐氣分析動態控制技術通過連續檢測爐口逸出的爐氣成分 計算熔池瞬時脫碳速度和Si Mn P氧化速度 進行動態連續校正 提高控制精度和命中率 采用動態控制技術存在以下缺點 不能對吹煉造渣過程進行有效監測和控制 不能降低轉爐噴濺率 不能對終點 S P 進行準確控制 由于 S P 成分不合格 造成 后吹 不能實