转炉炼钢工艺与设备课件.ppt

1、一起学习氧气转炉炼钢工艺氧气转炉炼钢工艺与设备与设备内容提要内容提要v绪论绪论v氧气转炉炼钢用原材料氧气转炉炼钢用原材料v气体射流与熔池的相互作用气体射流与熔池的相互作用v氧气转炉内的基本反应氧气转炉内的基本反应v转炉炼钢冶炼工艺转炉炼钢冶炼工艺v转炉炉衬与寿命转炉炉衬与寿命v顶底复合吹炼工艺及冶金特征顶底复合吹炼工艺及冶金特征v特殊铁水和某些钢种的冶炼特殊铁水和某些钢种的冶炼v氧气转炉吹炼过程自动控制氧气转炉吹炼过程自动控制v转炉炼钢车间布置及设备转炉炼钢车间布置及设备 v我国炼钢技术的发展、创新与展望我国炼钢技术的发展、创新与展望绪绪 论论钢铁在工业材料中的重要地位钢铁在工业材料中的重要地

2、位炼钢生产工序炼钢生产工序转炉炼钢法的分类转炉炼钢法的分类氧气转炉炼钢的发展概况氧气转炉炼钢的发展概况氧气顶吹转炉炼钢法的优点氧气顶吹转炉炼钢法的优点转炉炼钢技术进步的目标转炉炼钢技术进步的目标一一.钢铁在工业材料中的重要地位钢铁在工业材料中的重要地位常见的工业用材料有金属、陶瓷、木材、纤维等，常见的工业用材料有金属、陶瓷、木材、纤维等，用量最多的是金属材料，而在金属材料中约有用量最多的是金属材料，而在金属材料中约有95%95%是钢铁材料。是钢铁材料。1.1.钢铁材料的主要优点：钢铁材料的主要优点：A.A.铁元素资源丰富，约占地壳总质量的铁元素资源丰富，约占地壳总质量的5%5%，在所有，在所有

3、元素中居第四位，且矿床品位较高；元素中居第四位，且矿床品位较高；B.B.钢铁冶炼方便，价格便宜；钢铁冶炼方便，价格便宜；C.C.钢铁材料的强度、硬度、韧性等性能都较好，经过钢铁材料的强度、硬度、韧性等性能都较好，经过热处理以及不同的加工方法还可以得到进一步的热处理以及不同的加工方法还可以得到进一步的提高。提高。2.2.钢的应用前景钢的应用前景钢具有很好的物理化学性能与力学性能，钢具有很好的物理化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛；用途十分广泛；用途不同对钢的性能要求也不同，从而用途不同对钢的性能要求也不同，从而对钢的生产也提出

4、了不同的要求。对钢的生产也提出了不同的要求。石油、化工、航天航空、交通运输、农业、石油、化工、航天航空、交通运输、农业、国防等许多重要的领域均需要各种类型的国防等许多重要的领域均需要各种类型的大量钢材，我们的日常生活更离不开钢。大量钢材，我们的日常生活更离不开钢。总之，钢材仍将是总之，钢材仍将是2121世纪用途最广的结构世纪用途最广的结构材料和最主要功能材料。材料和最主要功能材料。二二.炼钢生产工序炼钢生产工序炼钢工序包括：炼钢工序包括：铁水预处理铁水预处理转炉（电炉）炼钢转炉（电炉）炼钢炉外精炉外精炼炼连续铸钢连续铸钢钢铁生产工艺流程v长流程：长流程：铁矿石铁矿石 高炉高炉 铁水铁水 转炉转

5、炉 钢水钢水 浇注浇注 钢坯钢坯 轧钢轧钢 钢材钢材v短流程：短流程：废钢（生铁）废钢（生铁）电炉电炉 钢水钢水 浇注浇注 轧钢轧钢 钢材钢材钢铁生产流程钢铁生产流程（从连铸坯到各种钢材）（从连铸坯到各种钢材）三三.炼钢的基本任务炼钢的基本任务1.钢与生铁的区别钢与生铁的区别 首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于2.11%2.11%称之钢，它的熔点在称之钢，它的熔点在1450-15001450-1500，而生，而生铁的熔点在铁的熔点在1100-12001100-1200。在钢中碳元素和铁元素形成在钢中碳元素和铁元素形成FeFe3 3C C固熔体，随着固熔

6、体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低韧性降低。钢的应用前景钢的应用前景钢具有很好的物理化学性能与力学性能，可进行拉、钢具有很好的物理化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛；压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛；用途不同对钢的性能要求也不同，从而对钢的用途不同对钢的性能要求也不同，从而对钢的生产也提出了不同的要求。生产也提出了不同的要求。石油、化工、航天航空、交通运输、农业、石油、化工、航天航空、交通运输、农业、国防等许多重要的领域均需要各种类型的国防等许多重要的领域均需要各种类型的大量钢材，我们

7、的日常生活更离不开钢。大量钢材，我们的日常生活更离不开钢。总之，钢材仍将是总之，钢材仍将是2121世纪用途最世纪用途最广的结构材料和最主要功能材料。广的结构材料和最主要功能材料。2.2.炼钢的基本任务炼钢的基本任务 所谓炼钢，就是将废钢、铁水等炼成具有所所谓炼钢，就是将废钢、铁水等炼成具有所要求化学成分的钢，并使钢具有一定的物理要求化学成分的钢，并使钢具有一定的物理化学性能和力学性能。化学性能和力学性能。炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。调整成分。归纳为：归纳为：

8、“四脱四脱”（碳、氧、磷和（碳、氧、磷和硫），硫），“二去二去”（去气和去夹杂），（去气和去夹杂），“二调二调整整”（成分和温度）。（成分和温度）。采用的主要技术手段采用的主要技术手段为：为：供氧供氧，造渣造渣，升温升温，加脱氧剂加脱氧剂和和合金化合金化操作操作。A.A.钢中的磷钢中的磷v对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的含对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。钢中磷的含量高会引起钢的量高会引起钢的 “冷脆冷脆”，即从高温降到，即从高温降到00以下，以下，钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。弯性能变差。v磷是降低钢的表面张力的

9、元素，随着磷含量的增加，磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷含量的增加，钢液的表面张力降低显著，从而降低了钢的抗裂性钢液的表面张力降低显著，从而降低了钢的抗裂性能。能。v磷是仅次于硫在钢的连铸坯中偏析度高的磷是仅次于硫在钢的连铸坯中偏析度高的元素，而且在铁固熔体中扩散速率很小，元素，而且在铁固熔体中扩散速率很小，因而磷的偏析很难消除，从而严重影响钢因而磷的偏析很难消除，从而严重影响钢的性能，所以脱磷是炼钢过程的重要任务的性能，所以脱磷是炼钢过程的重要任务之一。之一。磷在钢中是以磷在钢中是以FeFe3 3PP或或FeFe2 2PP形式存在，但通常是形式存在，但通常是以以PP来表达。炼钢过程的脱磷反

10、应是在金属液来表达。炼钢过程的脱磷反应是在金属液与熔渣界面进行的。与熔渣界面进行的。不同用途的钢对磷的含量有严格要求：不同用途的钢对磷的含量有严格要求：非合金钢中普通质量级钢非合金钢中普通质量级钢P0.045%P0.045%；优质级钢优质级钢 P0.035%P0.035%；特殊质量级钢特殊质量级钢 P0.025%P0.025%；有的甚至要求有的甚至要求 P0.010%P0.010%。有些钢种有些钢种:炮弹钢，耐腐蚀钢需加炮弹钢，耐腐蚀钢需加P P元素。元素。B.B.钢中的硫钢中的硫硫硫对钢的性能会造成不良影响，钢中硫含量高，会使对钢的性能会造成不良影响，钢中硫含量高，会使钢的热加工性能变坏，即

11、造成钢的钢的热加工性能变坏，即造成钢的“热脆热脆”性性。硫在钢中以硫在钢中以FeSFeS的形式存在，的形式存在，FeSFeS的熔点为的熔点为11931193，FeFe与与FeSFeS组成的共晶体的熔点只有组成的共晶体的熔点只有985985。液态液态FeFe与与FeSFeS虽可以无限互溶，但在固熔体中的溶虽可以无限互溶，但在固熔体中的溶解度很小，仅为解度很小，仅为0.015%-0.020%0.015%-0.020%。v当钢中的当钢中的SS0.020%0.020%时，由于凝固偏析，时，由于凝固偏析，Fe-Fe-FeSFeS共晶体分布于晶界处，在共晶体分布于晶界处，在1150-12001150-12

12、00的热加的热加工过程中，晶界处的共晶体熔化，钢受压时造成工过程中，晶界处的共晶体熔化，钢受压时造成晶界破裂，即发生晶界破裂，即发生“热脆热脆”现象现象。v如果钢中的氧含量较高，如果钢中的氧含量较高，FeSFeS与与FeOFeO形成的共晶体形成的共晶体熔点更低（熔点更低（940940），更加剧了钢的），更加剧了钢的“热脆热脆”现现象的发生。象的发生。v锰可在钢凝固范围内生成锰可在钢凝固范围内生成MnSMnS和少量的和少量的FeSFeS，纯纯MnSMnS的熔点为的熔点为16101610，共晶体，共晶体FeS-MnSFeS-MnS（占（占93.5%93.5%）的熔点为）的熔点为11641164，它

13、们能有，它们能有效的防止钢热加工过程的效的防止钢热加工过程的“热脆热脆”。冶炼一般钢种时要求将冶炼一般钢种时要求将MnMn控制在控制在0.4%-0.8%0.4%-0.8%。在实际生产中还将在实际生产中还将Mn/SMn/S比作为一个指标比作为一个指标进行控制，进行控制，Mn/SMn/S对钢的热塑性影响很大。对钢的热塑性影响很大。从低碳钢高温下的拉伸实验发现提高从低碳钢高温下的拉伸实验发现提高Mn/SMn/S比可以提高钢的热延展性。一般比可以提高钢的热延展性。一般Mn/S7Mn/S7时不产生热脆时不产生热脆。硫还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟硫还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在焊缝中

14、产生气孔和疏松，从而降裂，并在焊缝中产生气孔和疏松，从而降低焊缝的强度。硫含量超过低焊缝的强度。硫含量超过0.06%0.06%时，会显时，会显著恶化钢的耐蚀性。硫还是连铸坯中偏析著恶化钢的耐蚀性。硫还是连铸坯中偏析最为严重的元素。最为严重的元素。v不同钢种对硫含量有严格的规定：不同钢种对硫含量有严格的规定：非合金钢中普通质量级非合金钢中普通质量级 S0.045%S0.045%优质级钢优质级钢 S0.035%S0.035%，特殊质量级钢特殊质量级钢 S0.025%S0.025%有的钢种要求如管线钢有的钢种要求如管线钢 S0.005%,S0.005%,甚至更低。甚至更低。有些钢种，如易切削钢硫则作

15、为合金元素加入，有些钢种，如易切削钢硫则作为合金元素加入，要求要求S=0.08%-0.20%S=0.08%-0.20%。C.C.钢中的氧钢中的氧v在吹炼过程中，向熔池供入了大量的氧气，到吹炼在吹炼过程中，向熔池供入了大量的氧气，到吹炼终点时，钢水中含有过量的氧，即钢中实际氧含量终点时，钢水中含有过量的氧，即钢中实际氧含量高于平均值。高于平均值。v如不脱氧，在出钢、浇铸中，温度降低，氧溶解度如不脱氧，在出钢、浇铸中，温度降低，氧溶解度降低，促使碳氧反应，钢液剧烈沸腾，使浇铸困难，降低，促使碳氧反应，钢液剧烈沸腾，使浇铸困难，得不到正确凝固组织结构的连铸坯。得不到正确凝固组织结构的连铸坯。v钢中氧

16、含量高，还会产生皮下气泡，疏松等缺陷，钢中氧含量高，还会产生皮下气泡，疏松等缺陷，并加剧硫的热脆作用。在钢的凝固过程中，氧将并加剧硫的热脆作用。在钢的凝固过程中，氧将会以氧化物的形式大量析出，会降低钢的塑性，会以氧化物的形式大量析出，会降低钢的塑性，冲击韧性等加工性能。冲击韧性等加工性能。v一般测定的是一般测定的是钢中的全氧钢中的全氧，即氧化物中的氧和溶，即氧化物中的氧和溶解的氧之和，在使用浓差法定氧时才是测定钢液解的氧之和，在使用浓差法定氧时才是测定钢液中溶解的氧，在铸坯或钢材中取样时是全氧样。中溶解的氧，在铸坯或钢材中取样时是全氧样。脱氧的任务脱氧的任务v根据具体的钢种，将钢中的氧含量降低

17、到所需的水根据具体的钢种，将钢中的氧含量降低到所需的水平，以保证钢水在凝固时得到合理的凝固组织结构；平，以保证钢水在凝固时得到合理的凝固组织结构；v使成品钢中非金属夹杂物含量最少，分布合适，形使成品钢中非金属夹杂物含量最少，分布合适，形态适宜，以保证钢的各项性能指标；态适宜，以保证钢的各项性能指标；v得到细晶结构组织。得到细晶结构组织。常用的脱氧剂有常用的脱氧剂有Fe-MnFe-Mn，Fe-SiFe-Si，Mn-SiMn-Si，Ca-SiCa-Si等合等合金。金。D.D.钢中的气体钢中的气体v钢液中的气体会显著降低钢的性能，而且容易造钢液中的气体会显著降低钢的性能，而且容易造成钢的许多缺陷。钢

18、中气体主要是指氢与氮，它成钢的许多缺陷。钢中气体主要是指氢与氮，它们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。们可以溶解于液态和固态纯铁和钢中。va.a.氢在固态钢中溶解度很小，在钢水凝固和冷却氢在固态钢中溶解度很小，在钢水凝固和冷却过程中，氢会和过程中，氢会和COCO、N N2 2等气体一起析出，形成皮等气体一起析出，形成皮下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹。下气泡中心缩孔、疏松、造成白点和发纹。v钢热加工过程中，钢中含有氢气的气孔会沿加工钢热加工过程中，钢中含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成发裂，进而引起钢材的强度、塑方向被拉长形成发裂，进而引起钢材的强度、塑性、冲击韧性的降低，即发生性、冲击韧

19、性的降低，即发生“氢脆氢脆”现象。现象。v在钢材的纵向断面上，呈现出圆形或椭圆形的银在钢材的纵向断面上，呈现出圆形或椭圆形的银白色斑点称之为白色斑点称之为“白点白点”，实为交错的细小裂纹。，实为交错的细小裂纹。主要原因是钢中的氢在小孔隙中析出的压力和钢主要原因是钢中的氢在小孔隙中析出的压力和钢相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强度，相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强度，产生了产生了“白点白点”。一般白点产生的温度低于。一般白点产生的温度低于2002000 0C C。vb.b.钢中的氮是以氮化物的形式存在，它对钢质量的钢中的氮是以氮化物的形式存在，它对钢质量的影响体现出双重性。氮含量高

20、的钢种长时间放置，影响体现出双重性。氮含量高的钢种长时间放置，将会变脆，这一现象称为将会变脆，这一现象称为“老化老化”或或“时效时效”。原。原因是钢中氮化物的析出速度很慢，逐渐改变着钢的因是钢中氮化物的析出速度很慢，逐渐改变着钢的性能。低碳钢产生的脆性比磷还严重。性能。低碳钢产生的脆性比磷还严重。v钢中氮含量高时，在钢中氮含量高时，在250-450250-4500 0C C温度范围，其表面发温度范围，其表面发蓝，钢的强度升高，冲击韧性降低，称之为蓝，钢的强度升高，冲击韧性降低，称之为“蓝蓝脆脆”。氮含量增加，钢的焊接性能变坏。氮含量增加，钢的焊接性能变坏。v钢中加入适量的铝，可生成稳定的钢中加

21、入适量的铝，可生成稳定的AlNAlN，能，能够压抑够压抑FeFe4 4N N生成和析出，不仅改善钢的时生成和析出，不仅改善钢的时效性，还可以阻止奥氏体晶粒的长大。氮效性，还可以阻止奥氏体晶粒的长大。氮可以作为合金元素起到细化晶粒的作用可以作为合金元素起到细化晶粒的作用.在在冶炼铬钢，镍铬系钢或铬锰系等高合金钢冶炼铬钢，镍铬系钢或铬锰系等高合金钢时，加入适量的氮，能够改善塑性和高温时，加入适量的氮，能够改善塑性和高温加工性能。加工性能。E.E.钢中的夹杂钢中的夹杂v钢中非金属夹杂按来源分可以分成外来夹杂钢中非金属夹杂按来源分可以分成外来夹杂和内生夹杂。和内生夹杂。v外来夹杂是指冶炼和浇铸过程中，

22、带入钢液外来夹杂是指冶炼和浇铸过程中，带入钢液中的炉渣和耐火材料以及钢液被大气氧化所中的炉渣和耐火材料以及钢液被大气氧化所形成的氧化物。形成的氧化物。内生夹杂包括：内生夹杂包括：v脱氧时的脱氧时的脱氧产物脱氧产物；v钢液温度下降钢液温度下降时，硫、氧、氮等杂质元素溶解度下时，硫、氧、氮等杂质元素溶解度下降而以非金属夹杂形式出现的降而以非金属夹杂形式出现的生成物生成物；v凝固过程凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；v固态钢相变固态钢相变溶解度变化生成的产物。溶解度变化生成的产物。钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固

23、过程中产生的。产生的。根据成分不同，夹杂物可分为根据成分不同，夹杂物可分为v氧化物夹杂，即氧化物夹杂，即 FeOFeO、MnOMnO、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、CrCr2 2O O3 3等等简单的氧化物；简单的氧化物；FeO-FeFeO-Fe2 2O O3 3 、FeO-AlFeO-Al2 2O O3 3、MgO-AlMgO-Al2 2O O3 3等尖晶石类和各等尖晶石类和各种钙铝的复杂氧化物；种钙铝的复杂氧化物；2FeO-SiO2FeO-SiO2 2，、2MnO-SiO2MnO-SiO2 2、3MnO-Al3MnO-Al2 2O O3 3-2SiO-2SiO2 2等硅酸

24、等硅酸盐；盐；v硫化物夹杂，如硫化物夹杂，如FeSFeS、MnSMnS、CaSCaS等；等；v氮化物夹杂，如氮化物夹杂，如AlNAlN、TiNTiN、ZrNZrN、VNVN、BNBN等。等。v按加工性能，夹杂物可分为：按加工性能，夹杂物可分为：v塑性夹杂，它是在热加工时，沿加工方向延伸成塑性夹杂，它是在热加工时，沿加工方向延伸成条带状；条带状；v脆性夹杂，它是完全不具有塑性的夹杂物，如尖脆性夹杂，它是完全不具有塑性的夹杂物，如尖晶石类型夹杂物，熔点高的氮化物；晶石类型夹杂物，熔点高的氮化物；v点状不变性夹杂，如点状不变性夹杂，如SiOSiO2 2超过超过70%70%的硅酸盐，的硅酸盐，CaSC

25、aS、钙的铝硅酸盐等。钙的铝硅酸盐等。v钢中的非金属夹杂物破坏了金属基体的连钢中的非金属夹杂物破坏了金属基体的连续性续性,使钢的塑性使钢的塑性,韧性和疲劳强度降低韧性和疲劳强度降低,也也使钢的冷使钢的冷,热加工性能变坏热加工性能变坏.v由于非金属夹杂对钢的性能产生严重的影由于非金属夹杂对钢的性能产生严重的影响，因此在炼钢、精炼和连铸过程应最大响，因此在炼钢、精炼和连铸过程应最大限度地降低钢液中夹杂物的含量，控制其限度地降低钢液中夹杂物的含量，控制其形状、尺寸形状、尺寸。F.F.钢中的成分钢中的成分(碳碳)v炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱除炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱除

26、至所炼钢钟的要求。从钢的性质可看出碳也是重要至所炼钢钟的要求。从钢的性质可看出碳也是重要的合金元素，它可以的合金元素，它可以增加钢的强度和硬度，但对韧增加钢的强度和硬度，但对韧性产生不利影响。性产生不利影响。v钢中的碳决定了冶炼、轧制和热处理的温度制度。钢中的碳决定了冶炼、轧制和热处理的温度制度。v碳能显著改变钢的液态和凝固性质，在碳能显著改变钢的液态和凝固性质，在160016000 0C C，C0.8%C0.8%时，每增时，每增0.1%0.1%的碳的碳 钢的熔点降低钢的熔点降低6.56.50 0C C 密度减少密度减少4kg/m4kg/m3 3 黏度降低黏度降低0.7%0.7%NN的溶解度降

27、低的溶解度降低0.001%0.001%HH的溶解度降低的溶解度降低0.4 cm0.4 cm3 3/100g/100g 增大凝固区间增大凝固区间17.7917.790 0C C。四四.转炉炼钢法的分类转炉炼钢法的分类v 酸性空气底吹转炉酸性空气底吹转炉贝塞麦炉（英国贝塞麦炉（英国1856 1856 年）年）v 空气转炉空气转炉 碱性空气底吹转炉碱性空气底吹转炉托马斯（德国托马斯（德国18781878年）年）v 碱性空气侧吹转炉（中国碱性空气侧吹转炉（中国19521952年）年）转炉转炉 氧气顶吹转炉氧气顶吹转炉LDLD（奥地利（奥地利19521952年）年）v v 氧气转炉氧气转炉 氧气底吹转炉

28、氧气底吹转炉OBMOBM（德国（德国19671967年）年）v 顶底复吹转炉（法国顶底复吹转炉（法国19781978年）年）五五.氧气转炉炼钢的发展概况氧气转炉炼钢的发展概况1.18561.1856年英国人亨利年英国人亨利贝塞麦发明了酸性底贝塞麦发明了酸性底吹空气转炉炼钢法；吹空气转炉炼钢法；2.18872.1887年德国人托马斯发明了碱性底吹空气年德国人托马斯发明了碱性底吹空气转炉炼钢法；转炉炼钢法；3.19333.193319481948年，氧炼钢试验成功；年，氧炼钢试验成功；4.1952 4.1952 19531953年在奥地利建成氧气顶吹转炉年在奥地利建成氧气顶吹转炉炼钢车间并投入生产

29、（简称炼钢车间并投入生产（简称LDLD法）；法）；5.19785.1978年在卢森堡建成世界上第一座年在卢森堡建成世界上第一座180T180T复复吹转炉（吹转炉（LBELBE）；）；炼炼 钢钢 方方 法（法（1）v最早出现的炼钢方法是最早出现的炼钢方法是17401740年出现的坩埚法，它是年出现的坩埚法，它是将生铁和废铁装入由石墨和粘土制成的坩埚内，用将生铁和废铁装入由石墨和粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。此法几乎无杂质元素的氧化反应。此法几乎无杂质元素的氧化反应。炼炼 钢钢 方方 法（法（2）v18561856年年英

30、国人英国人亨利亨利贝塞麦贝塞麦发明了酸性空气底发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，也称为吹转炉炼钢法，也称为贝塞麦法贝塞麦法，第一次解，第一次解决了用铁水直接冶炼钢水的难题，从而使炼决了用铁水直接冶炼钢水的难题，从而使炼钢的质量得到提高，但此法要求铁水的硅含钢的质量得到提高，但此法要求铁水的硅含量大于量大于0.8%0.8%，而且不能脱硫。目前已淘汰。，而且不能脱硫。目前已淘汰。炼炼 钢钢 方方 法（法（3）v18651865年年德国人马丁利用蓄热室原理发明了以德国人马丁利用蓄热室原理发明了以铁水、废钢为原料的酸性平炉炼钢法，即铁水、废钢为原料的酸性平炉炼钢法，即马马丁炉法丁炉法。18801880年年

31、出现了第一座出现了第一座碱性平炉碱性平炉。由。由于其成本低、炉容大，钢水质量优于转炉，于其成本低、炉容大，钢水质量优于转炉，同时原料的适应性强，平炉炼钢法仍一时成同时原料的适应性强，平炉炼钢法仍一时成为的主要的炼钢法。为的主要的炼钢法。炼炼 钢钢 方方 法（法（4）v18781878年年英国人英国人托马斯托马斯发明了碱性炉衬的底吹发明了碱性炉衬的底吹转炉炼钢法，即转炉炼钢法，即托马斯法托马斯法。他是在吹炼过程。他是在吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而解决了高磷铁水的中加石灰造碱性渣，从而解决了高磷铁水的脱磷问题。当时，对西欧的一些国家特别适脱磷问题。当时，对西欧的一些国家特别适用，因为西欧的矿石普

32、遍磷含量高。但托马用，因为西欧的矿石普遍磷含量高。但托马斯法的缺点是炉子寿命底，钢水中氮的含量斯法的缺点是炉子寿命底，钢水中氮的含量高。高。炼炼 钢钢 方方 法（法（5）v18991899年年出现了完全依靠废钢为原料的出现了完全依靠废钢为原料的电弧炉电弧炉炼钢法炼钢法(EAF)(EAF)，解决了充分利用废钢炼钢的问，解决了充分利用废钢炼钢的问题，此炼钢法自问世以来，一直在不断发展，题，此炼钢法自问世以来，一直在不断发展，是当前主要的炼钢法之一，由电炉冶炼的钢是当前主要的炼钢法之一，由电炉冶炼的钢目前占世界总的钢的产量的目前占世界总的钢的产量的30-40%30-40%。炼炼 钢钢 方方 法（法（

33、6）v瑞典人罗伯特瑞典人罗伯特杜勒首先进行了氧气顶吹转炉杜勒首先进行了氧气顶吹转炉炼钢的试验，并获得了成功。炼钢的试验，并获得了成功。19521952年年奥地利奥地利的林茨城的林茨城(Linz)(Linz)和多纳维兹城和多纳维兹城(Donawitz)(Donawitz)先先后建成了后建成了3030吨的氧气顶吹转炉车间并投入生吨的氧气顶吹转炉车间并投入生产，所以此法也称为产，所以此法也称为LDLD法法。美国称为。美国称为BOFBOF法法（Basic Oxygen FurnaceBasic Oxygen Furnace）或）或BOPBOP法法。LD/BOF/BOP炼炼 钢钢 方方 法（法（7）v1

34、9651965年加拿大液化气公司研制成双层管氧气喷嘴，年加拿大液化气公司研制成双层管氧气喷嘴，19671967年西德马克西米利安钢铁公司引进此技术并成年西德马克西米利安钢铁公司引进此技术并成功开发了底吹氧转炉炼钢法，即功开发了底吹氧转炉炼钢法，即OBMOBM法法(Oxygen Oxygen Bottom MaxhuetteBottom Maxhuette)。19711971年美国钢铁公司引进年美国钢铁公司引进OBMOBM法，法，19721972年建设了年建设了3 3座座200200吨底吹转炉，命名为吨底吹转炉，命名为Q-BOPQ-BOP (Quiet BOP)(Quiet BOP)。Q-BOP

35、Q-BOP炼炼 钢钢 方方 法（法（8）v在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，1978-19791978-1979年年成功开发了成功开发了转炉顶底复合吹炼工艺转炉顶底复合吹炼工艺，即从，即从转炉上方供给氧气（顶吹氧），从转炉底部转炉上方供给氧气（顶吹氧），从转炉底部供给惰性气体或氧气，它不仅提高钢的质量，供给惰性气体或氧气，它不仅提高钢的质量，降低了消耗和吨钢成本，更适合供给连铸优降低了消耗和吨钢成本，更适合供给连铸优质钢水。质钢水。LD-Q-BOPLD-Q-BOP炼炼 钢钢 方方 法（法（9）v我国首先在我国首先在1972-1972-19731973年在沈阳第一年在沈

36、阳第一炼钢厂成功开发了炼钢厂成功开发了全氧侧吹转炉炼钢全氧侧吹转炉炼钢工艺。并在唐钢等工艺。并在唐钢等企业推广应用。企业推广应用。总之，炼钢技术经过总之，炼钢技术经过200200多年的发展，多年的发展，技术水平、自动化程度得到了很大技术水平、自动化程度得到了很大的提高，的提高，2121世纪炼钢技术会面临更世纪炼钢技术会面临更大的挑战，相信会有不断的新技术大的挑战，相信会有不断的新技术涌现。涌现。六六.我国钢铁工业的状况我国钢铁工业的状况 我国很早就掌握了炼铁的冶炼技术，东汉时就我国很早就掌握了炼铁的冶炼技术，东汉时就出现了冶炼和锻造技术，南北朝时期就掌握了灌钢出现了冶炼和锻造技术，南北朝时期就

37、掌握了灌钢法，曾在世界范围内处于领先地位。法，曾在世界范围内处于领先地位。但旧中国钢铁工业非常落后，产量很低，从但旧中国钢铁工业非常落后，产量很低，从18901890年建设的汉阳钢铁厂至年建设的汉阳钢铁厂至19481948年的半个世纪中，年的半个世纪中，钢产量累计到钢产量累计到200200万吨，万吨，19491949年只有年只有15.815.8万吨。万吨。新中国成立后，特别是改革开放以来，我国的钢铁事业得到迅新中国成立后，特别是改革开放以来，我国的钢铁事业得到迅速发展速发展:1980 1980年钢产量达到年钢产量达到37123712万吨万吨;1990 1990年达到年达到65006500万吨万

38、吨;1996 1996年首次突破年首次突破1 1亿吨大关，成为世界第一产钢大国亿吨大关，成为世界第一产钢大国;2005 2005年产量达到年产量达到3.43.4亿吨，占世界产量的亿吨，占世界产量的1/3;1/3;2006 2006年中国粗钢产量年中国粗钢产量4.1874.187亿吨，占全球粗钢产量的亿吨，占全球粗钢产量的33.65%;33.65%;2007 2007年中国粗钢产量年中国粗钢产量4.894.89亿吨，比亿吨，比20062006年增长年增长16%16%。占全球粗钢。占全球粗钢产量的产量的36.536.5;中国钢铁工业现状粗钢产量v我国粗钢产量逐年递增：我国粗钢产量逐年递增：钢厂持续

39、微利运营。钢厂持续微利运营。20112011年，是钢铁企业无比纠结的一年，是钢铁企业无比纠结的一年，高产量、低钢价和高成本的困扰始年，高产量、低钢价和高成本的困扰始终挥之不去，如影随形。之后产能过剩终挥之不去，如影随形。之后产能过剩越来越严重，现在政府进行供给侧改革，越来越严重，现在政府进行供给侧改革，削减生产方产量。削减生产方产量。七七.氧气顶吹转炉炼钢法的优点氧气顶吹转炉炼钢法的优点LDLD法具有如下优点：法具有如下优点：1.1.吹炼速度快、生产率高；吹炼速度快、生产率高；2.2.品种多、质量好；品种多、质量好；3.3.原材料消耗少、热效率高、成本低；原材料消耗少、热效率高、成本低；4.4

40、.基建投资省、建设速度快；基建投资省、建设速度快；5.5.氧气顶吹转炉容易与连续铸钢相匹配。氧气顶吹转炉容易与连续铸钢相匹配。大型转炉有如下优点：大型转炉有如下优点：1.1.产量高、质量稳定；产量高、质量稳定；2.2.热损失小；热损失小；3.3.吨钢原材料消耗少；吨钢原材料消耗少；4.4.易于实现自动控制；易于实现自动控制；5.5.生产率高、成本低。生产率高、成本低。八、转炉炼钢技术进步的目标八、转炉炼钢技术进步的目标1.1.不断提高钢的质量以适应对于钢的性能要求不断提高钢的质量以适应对于钢的性能要求不断提高的趋势；不断提高的趋势；2.2.提高炼钢的生产效率；提高炼钢的生产效率；3.3.降低成

41、本；降低成本；4.4.减少对环境的污染，实现清洁生产；降低炼减少对环境的污染，实现清洁生产；降低炼钢能源消耗及回收利用炼钢过程产生的能源。钢能源消耗及回收利用炼钢过程产生的能源。第一章氧气转炉炼钢用原材料第一章氧气转炉炼钢用原材料v内容提要内容提要v金属料：金属料：v铁水铁水v铁水预处理铁水预处理v废钢废钢v非金属料：非金属料：v造渣剂造渣剂v氧化剂、冷却剂增碳剂及其它气体氧化剂、冷却剂增碳剂及其它气体原材料是炼钢的基础，原材料的质量和供原材料是炼钢的基础，原材料的质量和供应条件对炼钢生产的各项技术经济指标产应条件对炼钢生产的各项技术经济指标产生重要影响。生重要影响。v对炼钢对炼钢原料的基本要

42、求原料的基本要求：既要保证原料具有一定的质量和相对稳定既要保证原料具有一定的质量和相对稳定的成分，又要因地制宜充分利用本地区的的成分，又要因地制宜充分利用本地区的原料资源，不宜苛求。原料资源，不宜苛求。v原材料分类：原材料分类：A A金属料：金属料：铁水、废钢、铁合金和脱氧剂；铁水、废钢、铁合金和脱氧剂；B B非金属料：非金属料：造渣剂造渣剂（石灰、萤石、铁矿石）（石灰、萤石、铁矿石）;氧化剂（氧化剂（氧气、铁矿石、氧化铁皮氧气、铁矿石、氧化铁皮;冷却剂冷却剂（废钢、铁矿石、氧化铁、烧结矿、（废钢、铁矿石、氧化铁、烧结矿、球团矿）球团矿）;增碳剂增碳剂和燃料（焦炭、石墨籽、煤块、重和燃料（焦炭

43、、石墨籽、煤块、重油）油）.入炉原料结构入炉原料结构是炼钢进程及各项指标结构产是炼钢进程及各项指标结构产生重要影响生重要影响:钢铁料结构，即铁水和废钢及废钢种类钢铁料结构，即铁水和废钢及废钢种类的合理分配；的合理分配；造渣料结构，即石灰、白云石、萤石、造渣料结构，即石灰、白云石、萤石、铁矿石等的配比制度；铁矿石等的配比制度；充分发挥各种炼钢原料的功能使用效果，充分发挥各种炼钢原料的功能使用效果，即钢铁料和造渣料的合理利用。即钢铁料和造渣料的合理利用。1 11 1 金属料金属料一一.铁水铁水铁水是转炉炼钢的主要原材料，一般占装入量的铁水是转炉炼钢的主要原材料，一般占装入量的70%-100%70%

44、-100%。是转炉炼钢的主要热源。是转炉炼钢的主要热源。1.1.铁水温度铁水温度铁水温度是铁水含物理量多少的标志，铁水物理铁水温度是铁水含物理量多少的标志，铁水物理热得占转炉热收入的热得占转炉热收入的50%50%。应努力保证入炉铁水的。应努力保证入炉铁水的温度，保证炉内热源充足和成渣迅速。我国炼钢温度，保证炉内热源充足和成渣迅速。我国炼钢规定规定入炉铁水温度应大于入炉铁水温度应大于12501250，并且要相对稳并且要相对稳定。定。2.2.铁水成分铁水成分 应力求提供成分适当并稳定的铁水。应力求提供成分适当并稳定的铁水。硅硅A.A.是重要的是重要的发热元素发热元素，铁水含硅量提高，则，铁水含硅量

45、提高，则转炉热源增加，可提高废钢比。转炉热源增加，可提高废钢比。铁水中铁水中SiSi量增加量增加0.10%0.10%，废钢的加入量可，废钢的加入量可提高提高1.3%-1.5%1.3%-1.5%。B.B.过高的铁水硅含量会带来不良后果：过高的铁水硅含量会带来不良后果：a.a.渣量增大和造渣材料消耗增加，易喷溅，渣量增大和造渣材料消耗增加，易喷溅，金属损失大，金属收得率下降；金属损失大，金属收得率下降；b.b.加剧对炉衬的侵蚀；加剧对炉衬的侵蚀；c.c.初期渣（初期渣（SiOSiO2 2）超过一定浓度时，影响石）超过一定浓度时，影响石灰熔化，从而影响脱灰熔化，从而影响脱P P脱脱S S，并延长冶炼

46、时，并延长冶炼时间；间；d.d.导致高炉焦比提高和生产率下降。导致高炉焦比提高和生产率下降。铁水含铁水含SiSi0.3%0.3%0.6%0.6%为宜。为宜。锰锰 铁水中锰含量高，对炼钢有益。铁水中锰含量高，对炼钢有益。锰在转炉冶炼中的有益作用是：锰在转炉冶炼中的有益作用是：A.A.加速石灰熔解，促进化渣并显著减少化渣加速石灰熔解，促进化渣并显著减少化渣剂用量；剂用量；B.B.缩短初期渣形成时间并改善炉渣流动性，缩短初期渣形成时间并改善炉渣流动性，减轻顶吹喷枪的粘钢和有利于提高炉龄；减轻顶吹喷枪的粘钢和有利于提高炉龄；C.C.铁水含铁水含MnMn量增加，则终点钢水残量增加，则终点钢水残MnMn量

47、量提高，有利于提高钢水的纯洁性；提高，有利于提高钢水的纯洁性；D.D.铁水中的铁水中的MnMn有一定的脱有一定的脱S S效果效果含锰较高的铁水在运送过程中随温度的降低含锰较高的铁水在运送过程中随温度的降低SS含量下降：含量下降：Mn +S =(MnS)Mn +S =(MnS)目前使用较多的为低锰铁水：目前使用较多的为低锰铁水：Mn=0.20%Mn=0.20%0.80%0.80%磷磷 P P在大多数钢种中是有害元素。通常是在炼在大多数钢种中是有害元素。通常是在炼钢的氧化性气氛中去除的。铁水中钢的氧化性气氛中去除的。铁水中PP越低，越低，转炉操作越简化，并有利于提高炼钢各项转炉操作越简化，并有利于

48、提高炼钢各项技术经济指标。技术经济指标。一般要求铁水一般要求铁水P0.20%P0.20%。从炼钢出发，把铁水按含从炼钢出发，把铁水按含PP量分为：量分为：A.A.低低P P铁水：铁水：PP0 00.3%(0.3%(单渣法单渣法)B.B.中中P P铁水：铁水：PP0.3%0.3%1.0%(1.0%(双渣法双渣法)C.C.高高P P铁水：铁水：PP1.0%(1.0%(多渣或喷吹石灰粉多渣或喷吹石灰粉工艺工艺)硫硫 S S是绝大多数钢种中的有害元素，来源于炼是绝大多数钢种中的有害元素，来源于炼钢金属料、熔剂和燃料，其中铁水通常是钢金属料、熔剂和燃料，其中铁水通常是S S的主要来源。的主要来源。氧气转

49、炉的脱硫能力有限，氧气转炉的脱硫能力有限，单渣操作的脱硫效率只有单渣操作的脱硫效率只有30%-40%30%-40%。希望希望铁水中铁水中S S含量应尽可能低。含量应尽可能低。要求：要求：铁水含铁水含S S量量0.05%0.05%我国十二家钢厂铁水平均成分：我国十二家钢厂铁水平均成分：Si Mn P SSi Mn P S 0.64 0.50 0.18 0.0320.64 0.50 0.18 0.0323.3.铁水除渣铁水除渣铁水带来的高炉渣中铁水带来的高炉渣中SiOSiO2 2含量较高，若随含量较高，若随铁水进入转炉会导致石灰消耗量增多，渣铁水进入转炉会导致石灰消耗量增多，渣量增大喷溅加剧，损坏

50、炉衬，降低金属收量增大喷溅加剧，损坏炉衬，降低金属收得率，损失热量等。为此，兑入转炉前的得率，损失热量等。为此，兑入转炉前的高炉铁水要扒渣，高炉铁水要扒渣，铁水带渣量铁水带渣量0.50.5。二二.铁水预处理铁水预处理 铁水预处理：铁水预处理：铁水在进入炼钢炉之前所进行的某种处理。铁水在进入炼钢炉之前所进行的某种处理。v普通铁水预处理普通铁水预处理：脱：脱S S、脱、脱Si Si、脱、脱P P和同时脱和同时脱P P、S S等。等。v特殊铁水预处理特殊铁水预处理：脱：脱CrCr、提、提V V、提、提NbNb和提和提WW等。等。v铁水预处理的目的：铁水预处理的目的：改善炼钢主原料状况，实现少渣或无渣