武科大冶金概論P(yáng)PT-3

鐵水預(yù)處理工藝鐵水預(yù)處理是指鐵水進(jìn)入煉鋼爐之前對(duì)其進(jìn)行脫除雜質(zhì)元素或從鐵水中回收有價(jià)值元素的一種工藝。鐵水預(yù)處理可分為普通鐵水預(yù)處理和特殊鐵水預(yù)處理，前者有脫硫、脫硅、脫磷或同時(shí)脫磷脫硫；后者有鐵水提釩、提鈮等。2006.10.13/15:33:561煉鋼鐵水預(yù)處理4.1鐵水在進(jìn)入轉(zhuǎn)爐前，為除去某些有害元素的處理過程。

預(yù)脫硫：電石、石灰、金屬鎂等爐外脫硫劑

預(yù)脫硅：鐵水溝、盛鐵水容器中噴吹氧化劑

預(yù)脫磷：盛鐵水容器中噴吹氧化劑鐵水預(yù)處理按需要可在鐵水溝、盛鐵水容器(鐵水包、魚雷罐)或轉(zhuǎn)爐中時(shí)行。

簡化煉鋼過程，提高鋼的質(zhì)量易引起熱脆，鐵水脫硫條件比鋼水脫硫優(yōu)越減少轉(zhuǎn)爐石灰消耗量，減少渣量和鐵損；預(yù)脫磷的需要使鋼產(chǎn)生冷脆性HotMetalPretreatment2006.10.13/15:33:562鐵水預(yù)處理的化學(xué)冶金學(xué)意義化學(xué)冶金學(xué)意義：創(chuàng)造最佳的冶金反應(yīng)環(huán)境!鋼鐵冶金工藝優(yōu)化：高爐→分離脈石、還原鐵礦石鐵水預(yù)處理→脫硅、脫磷、脫硫轉(zhuǎn)爐→脫碳、升溫鋼水爐外精煉→去夾雜、合金化2006.10.13/15:33:563鐵水預(yù)處理(脫硫)的優(yōu)越性(1)滿足用戶對(duì)超低硫、磷鋼的需求，發(fā)展高附加值鋼種：如：船板鋼、油井管鋼：[S]、[P]<0.005%管線鋼、Z向鋼、IF鋼：[S]≤0.002~0.004%(2)減輕高爐脫硫負(fù)擔(dān)，放寬對(duì)硫的限制，提高產(chǎn)量，降低焦比；(3)煉鋼采用低硫鐵水冶煉，可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。2006.10.13/15:33:564鐵水預(yù)脫硫方法依據(jù)采用脫硫劑的種類及其攪拌方法，目前生產(chǎn)中采用的爐外脫硫方法可分為四類：鐵流攪拌法、機(jī)械攪拌法、氣體攪拌法和插入法。用得較多的為機(jī)械攪拌法(KR法)和氣體攪拌法(頂部噴吹法)

。KR法:用實(shí)心旋轉(zhuǎn)器攪拌鐵水，脫硫劑為CaC2和石灰粉加Na2CO3。頂部噴吹法:以載氣（N2）將脫硫劑經(jīng)頂部噴嘴噴入魚雷型混鐵車和鐵水包的鐵水中，脫硫劑為CaC2、Na2CO3。2006.10.13/15:33:565KR法1－脫硫劑；2－攪拌器；3－至除塵頂部噴吹法1－噴槍；2－脫硫劑；3－料倉；4－稱量料倉；5－載氣（N2）鐵水預(yù)脫硫方法2006.10.13/15:33:566鐵水預(yù)脫硫工藝2006.10.13/15:33:567鐵水預(yù)脫硫扒渣工藝2006.10.13/15:33:5682006.10.13/15:33:5692006.10.13/15:33:56102006.10.13/15:33:56112006.10.13/15:33:56122006.10.13/15:33:56132006.10.13/15:33:5614[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]—原理脫硅劑主劑主要成分是氧化劑，有氧氣、鐵礦石、燒結(jié)礦、軋鋼皮等。還加少量的副劑，主要有石灰、螢石等。用于調(diào)節(jié)爐渣的堿度、改善爐渣流動(dòng)性等。2006.10.13/15:33:56152006.10.13/15:33:5616固定劑2006.10.13/15:33:5617煉鋼（steelmaking）主要內(nèi)容3.1煉鋼的基本任務(wù)3.2煉鋼爐渣(slag)3.3煉鋼過程的基本原理3.4煉鋼用原材料(rawmaterials)3.5轉(zhuǎn)爐煉鋼2006.10.13/15:33:56193.1煉鋼的基本任務(wù)四脫：C、S、P、O；二去：氣體、夾雜；二調(diào)整：溫度、成分。2006.10.13/15:33:56203.2煉鋼爐渣3.2.1煉鋼爐渣的作用3.2.2煉鋼爐渣的來源及其組成3.2.3煉鋼爐渣的主要性質(zhì)2006.10.13/15:33:56213.2.1煉鋼爐渣的作用作用：通過對(duì)爐渣成分、性能及數(shù)量的調(diào)整，可以控制金屬中各元素的氧化和還原過程；向鋼中輸送氧以氧化各種雜質(zhì)；吸收鋼液中的非金屬夾雜物，并防止鋼液吸氣（H、N）。副作用：侵蝕爐襯；降低金屬收得率。2006.10.13/15:33:56223.2.2煉鋼爐渣的來源及其組成煉鋼爐渣的來源：加入的各種造渣材料及被侵蝕爐襯；煉鋼中化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物：氧化物和硫化物；廢鋼帶入得泥沙和鐵銹；氧化物或冷卻劑帶入的脈石。爐渣的組成以各種金屬氧化物為主，并含有少量硫化物和氟化物。煉鋼爐渣的基本體系是CaO-SiO2-FeO。2006.10.13/15:33:56233.2.3煉鋼爐渣的主要性質(zhì)堿度(basicity)：

R＝1.3～1.5，低堿度渣；

R＝1.8～2.0，中堿度渣；

R≥2.5，高堿度渣；氧化性——爐渣向金屬熔池傳氧的能力，一般以渣中氧化鐵（％∑FeO）含量來表示。爐渣的氧化能力是個(gè)綜合的概念，其傳氧能力還受爐渣粘度、熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度、供氧速度等因素的影響。2006.10.13/15:33:56243.3煉鋼過程的基本原理3.3.1煉鋼熔池中氧的來源及鐵液中元素的氧化方式3.3.2煉鋼熔池中元素的氧化次序3.3.3脫碳反應(yīng)(decabonization)3.3.4硅的氧化3.3.5錳的氧化與還原3.3.6脫磷反應(yīng)(dephosphorization)3.3.7脫硫反應(yīng)(desulphurization)3.3.8鋼的脫氧(de-oxidation)3.3.9脫氣(degassing)3.3.10去除鋼中夾雜物2006.10.13/15:33:56253.3.1煉鋼熔池中氧的來源及鐵液中元素的氧化方式氧的來源：直接向熔池中吹入工業(yè)純氧（>98％）；向熔池中加入富鐵礦；爐氣中的氧傳入熔池。鐵液中元素的氧化方式有兩種：直接氧化(directoxidation)和間接氧化(indirectoxidation)。2006.10.13/15:33:5626直接氧化方式直接氧化是指氧氣直接與鐵液中的元素產(chǎn)生氧化反應(yīng)。當(dāng)向鐵液中吹入氧氣時(shí)，如果在鐵液與氣相界面有被溶解的元素如[Si]﹑[Mn]﹑[C],雖有大量的鐵原子存在，但根據(jù)元素的氧化次序[Si]﹑[Mn]﹑[C]將優(yōu)先于鐵而被氧化。反應(yīng)可寫為：[C]+1／2｛O｝=｛CO｝

[Si]+｛O2}=（SiO2）

[Mn]+1／2｛O2｝＝（MnO）在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)氧氣流股沖擊鐵液形成一個(gè)沖擊坑，氧氣與鐵液直接接觸，易產(chǎn)生元素的直接氧化。2006.10.13/15:33:5627吹入的氧氣由于動(dòng)力學(xué)的原因首先與鐵液中的Fe原子反應(yīng)形成FeO進(jìn)入爐渣同時(shí)使鐵液中溶解氧[O]。爐渣中的（FeO）和溶解在鐵液中的[O]再與元素發(fā)生間接氧化。其反應(yīng)為：｛O2｝+Fe=(FeO)(FeO)=Fe+［O］如：2［O］+[Si]=(SiO2)

或2(FeO)+［Si］=2Fe+(SiO2)在渣-金界面上往往產(chǎn)生元素的間接氧化反應(yīng)。間接氧化方式2006.10.13/15:33:56283.3.2煉鋼熔池中元素的氧化次序溶解在鐵液中的元素的氧化次序可以通過與1molO2的氧化反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化來判斷。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，反應(yīng)的ΔGo負(fù)值越多，該元素被氧化的趨勢就越大，則該元素就優(yōu)先被大量氧化。鐵液中常規(guī)元素與氧反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化與溫度的關(guān)系繪制成圖。2006.10.13/15:33:5629

1.Cu﹑Ni﹑Mo﹑W等元素氧化的ΔGo線都在Fe氧化ΔGo線之上。從熱力學(xué)角度來說，在煉鋼吹氧過程中這些元素將受到Fe的保護(hù)而不氧化。

2.Cr﹑Mn﹑V﹑Nb等元素的氧化程度隨冶煉溫度而定。

3.Al﹑Ti﹑Si﹑B等元素氧化的ΔGo線在圖中位于較低的位置，它們最易氧化。在實(shí)際生產(chǎn)中，這些元素作為強(qiáng)脫氧劑使用。

注意：雖然在煉鋼溫度下，F(xiàn)e氧化的ΔGo線高于其它元素氧化的ΔGo線，但由于鐵液中大多數(shù)為Fe原子，氧與Fe原子接觸機(jī)會(huì)多，故在實(shí)際上Fe還是會(huì)氧化。2006.10.13/15:33:56303.3.3脫碳反應(yīng)煉鋼的一個(gè)重要任務(wù)是利用氧化方法將鐵液中過多的碳去除，稱為脫碳。脫碳反應(yīng)是貫穿于冶煉過程。在高溫下[C]主要氧化成為CO。[C]與氧的反應(yīng)有：在渣-金界面上：［C］+（FeO）=｛CO｝+Fe

［C］+［O］=｛CO｝在氣-金界面上：［C］+1／2｛O2｝=｛CO｝2006.10.13/15:33:5631脫碳反應(yīng)的作用脫碳反應(yīng)除了調(diào)整鋼液碳含量的作用外，其反應(yīng)產(chǎn)物CO氣體的上浮排除使得脫碳反應(yīng)給煉鋼帶來獨(dú)特的作用。促進(jìn)熔池成分﹑溫度均勻；

提高化學(xué)反應(yīng)速度；降低鋼液中的氣體含量和夾雜物數(shù)量：造成噴濺和溢出：2006.10.13/15:33:56323.3.4硅的氧化硅的直接氧化和間接氧化反應(yīng)式在氣-金界面上

［Si］+O2=（SiO2）在渣-金界面上

［Si］+2［O］=（SiO2）

［Si］+2（FeO）=（SiO2）+2Fe

2006.10.13/15:33:56333.3.5錳的氧化與還原鐵液中的錳反應(yīng),形成在高溫下是穩(wěn)定的MnO。[Mn]的氧化反應(yīng)式為：

在氣-金界面上

［Mn］+1/2O2=（MnO）

在渣-金界面上

［Mn］+［O］=（MnO）

［Mn］+（FeO）=（MnO）+Fe

2006.10.13/15:33:56343.3.6脫磷反應(yīng)氧化脫磷：在煉鋼溫度下，氣化脫磷反應(yīng)是不能進(jìn)行的。由于Fe優(yōu)先于[P]氧化，通過直接氧化反應(yīng)的氣化脫磷也是難以進(jìn)行的。通過加入石灰造堿性渣可以將鐵液中的磷脫出到爐渣中。這是由于P2O5時(shí)是酸性氧化物，遇到堿性氧化物如CaO能生成穩(wěn)定的化合物而進(jìn)入爐渣。2006.10.13/15:33:5635用堿性爐渣進(jìn)行脫磷的反應(yīng)為：在渣-金界面

3(CaO)+2[P]+5[O]=(3CaO·P2O5)

3(CaO)+2[P]+5(FeO)=(3CaO·P2O5)+5Fe

在渣-金-氣界面

3(CaO)+2[P]+5/2O2=(3CaO·P2O5)

脫磷反應(yīng)式2006.10.13/15:33:5636爐渣脫硫的基本反應(yīng)式

[FeS]=(FeS)+)

(CaO)+(FeS)=(CaS)+(FeO)(CaO)+[FeS]=(CaS)+(FeO)

(吸熱)

從反應(yīng)式中可以看出，脫硫的基本條件是：高堿度、高溫、低氧化性。2006.10.13/15:33:5637影響脫硫反應(yīng)的基本條件分析

(1)爐渣堿度研究結(jié)果表明：爐渣堿度在3．0～3．5之間最好，過高會(huì)使黏度增加，不利硫在鋼—渣之間的擴(kuò)散，過低則不符合脫硫要求。

(2)氧化性爐渣氧化性對(duì)脫硫的影響較為復(fù)雜，從脫硫反應(yīng)式中可以看出，渣中的還原性越強(qiáng)，即∑(FeO)越低越有利于脫硫反應(yīng)。但實(shí)際生產(chǎn)中氧氣轉(zhuǎn)爐的氧化渣中也能去除一部分硫，其主要原因是：∑(FeO)的存在改善了渣的流動(dòng)性，能促進(jìn)石灰的熔化，有利于高堿度渣的形成，從而部分改善了脫硫條件。

盡管氧化渣中也能脫硫，但在其他條件如攪拌、溫度、堿度等完全相同的條件下，氧化渣的去硫效果還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于還原渣的。

(3)溫度

高溫有利于吸熱反應(yīng)的進(jìn)行，即有利于去硫反應(yīng)的順利進(jìn)行。(4)鋼—渣攪拌情況

去硫是鋼—渣界面反應(yīng)，加強(qiáng)鋼—渣攪拌擴(kuò)大反應(yīng)界面積有利于去硫。例如電爐(還原期)出鋼時(shí)，采用鋼—渣混出的方法，使鋼液和爐渣強(qiáng)烈混合，鋼—渣界面大大增加，充分發(fā)揮了電爐還原渣的脫硫能力，使脫硫反應(yīng)能夠迅速進(jìn)行。

(5)渣量

增加渣量可以減少(CaS)的相對(duì)濃度，可促進(jìn)去硫反應(yīng)。2006.10.13/15:33:5638爐渣脫硫原理2006.10.13/15:33:5639氣化脫硫氣化脫硫主要通過爐渣中硫的氣化來實(shí)現(xiàn)，即：

(S2-)+3/2{O2}={SO2}+(O2-)或?qū)憺椋?/p>

6(Fe3+)+(S2-)+2(O2-)=6(Fe2+)+{SO2}

6(Fe2+)+3/2O2=6(Fe3+)+3(O2-)

兩個(gè)反應(yīng)式表明，渣中的鐵離子充當(dāng)氣化脫硫所需氧的媒介。需要明確的是，氣化脫硫是以爐渣脫硫?yàn)榛A(chǔ)的，首先硫從金屬液被脫除到爐渣中，然后爐渣中的硫再被氣化脫除進(jìn)入爐氣中。在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，有約三分之一的硫是以氣化脫硫的方式去除的。2006.10.13/15:33:56403.3.8鋼的脫氧脫氧是向煉鋼熔池或鋼水中加入脫氧劑，脫氧元素與氧反應(yīng)，生成的脫氧產(chǎn)物或進(jìn)入渣中或成為氣相排出。脫氧劑應(yīng)具有脫氧元素與氧的親和力大、脫氧產(chǎn)物易排除、成本低和來源廣等的特點(diǎn)。根據(jù)脫氧反應(yīng)發(fā)生的地點(diǎn)不同，脫氧方法分為沉淀脫氧﹑擴(kuò)散脫氧和真空脫氧。鋼種轎車面板不銹鋼板軸承鋼管線鋼輪胎鋼絲[O]/％0.0030.0040.00050.0020.0032006.10.13/15:33:5641鋼中氧的危害性主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。1．

產(chǎn)生夾雜。鋼液凝固時(shí)，其中多余的氧與鋼中其他元素結(jié)合生成非金屬夾雜物，進(jìn)而破壞了鋼基體的連續(xù)性，降低鋼的強(qiáng)度極限、沖擊韌性、伸長率等各種力學(xué)性能和導(dǎo)磁性能、焊接性能等。2．

形成氣泡。鋼液中的氧含量過高，在澆鑄過程中會(huì)再次與鋼中碳反應(yīng)，產(chǎn)生CO氣體，從而會(huì)使鋼錠（坯）產(chǎn)生氣孔、疏松，甚至上漲等缺陷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋼錠（坯）報(bào)廢。3．

晶界上的FeO和FeS還會(huì)形成低熔點(diǎn)(910℃)物質(zhì)，使鋼在熱加工時(shí)發(fā)生熱脆。2006.10.13/15:33:5642沉淀脫氧又叫直接脫氧。把塊狀脫氧劑加入到鋼液中，脫氧元素在鋼液內(nèi)部與鋼中氧直接反應(yīng)，生成的脫氧產(chǎn)物上浮進(jìn)入渣中的脫氧方法稱為沉淀脫氧。出鋼時(shí)向鋼包中加入硅鐵﹑錳鐵﹑鋁鐵或鋁塊脫氧就是沉淀脫氧。2006.10.13/15:33:5643擴(kuò)散脫氧又叫間接脫氧。它是將粉狀的脫氧劑如C粉﹑Fe-Si粉﹑CaSi粉﹑Al粉加到爐渣中，降低爐渣中的氧含量，使鋼液中的氧向爐渣中擴(kuò)散，從而達(dá)到降低鋼液中氧含量的一種脫氧方法。在電爐煉鋼的還原期和爐外精煉過程向渣中加入粉狀脫氧劑進(jìn)行脫氧操作就是擴(kuò)散脫氧。2006.10.13/15:33:5644是利用降低系統(tǒng)的壓力來降低鋼液中氧含量的脫氧方法。它只適用于脫氧產(chǎn)物為氣體的脫氧反應(yīng)如[C]-[O]反應(yīng)。這種脫氧方法常用于爐外精煉中，如RH真空處理﹑VAD﹑VD等精煉方法都可實(shí)現(xiàn)鋼液的真空脫氧。真空脫氧2006.10.13/15:33:56453.3.9脫氣鋼中氣體（H、N）的來源：金屬料如廢鋼和鐵合金中含有的一定量的氫和氮。潮濕的造渣劑，加入爐內(nèi)后分解，也使鋼中氣體增加。耐火材料用粘結(jié)劑含有8%～9%的氫。暴露在空氣中的鋼液，會(huì)從空氣中吸收氫和氮。如果煉鋼采用的氧氣不純，也能造成鋼的增氮。氣體的溶解反應(yīng)為：

?{H2}=[H]?{N2}=[N]2006.10.13/15:33:5646氫對(duì)鋼性能的影響

氫在鋼中基本上有害無利。氫在鋼中的不良影響主要有以下幾方面：

1)使鋼產(chǎn)生“氫脆”。氫能使鋼的塑性和韌性明顯降低，即產(chǎn)生“氫脆”現(xiàn)象。對(duì)于高強(qiáng)度鋼來講，“氫脆”的影響更嚴(yán)重。

鋼中的“氫脆”屬于滯后破壞。表現(xiàn)在應(yīng)力作用下，經(jīng)過一段時(shí)間鋼突然發(fā)生脆斷。

2)使鋼產(chǎn)生“白點(diǎn)”。所謂“白點(diǎn)”是指在鋼材斷面上呈銀白色的斑點(diǎn)。其實(shí)質(zhì)是一個(gè)有鋸齒形邊緣的微小氣泡，又叫發(fā)裂。它的產(chǎn)生與氫脆不同，它是鋼從高溫冷卻到室溫時(shí)產(chǎn)生的?！鞍c(diǎn)”也使鋼的塑性和韌性明顯降低。

3)產(chǎn)生石板斷口。其主要原因是：氫含量高的地方會(huì)出氣泡，在氣泡的周圍易出現(xiàn)C、P、S和夾雜物的偏析，這些缺陷在鋼材熱加工時(shí)被拉長，但不能焊合，于是形成石板斷口。

4)產(chǎn)生氫腐蝕。在高溫高壓作用下，鋼中的氫即高壓氫會(huì)使鋼產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)狀裂紋，嚴(yán)重時(shí)還可以鼓泡，這種現(xiàn)象稱氫腐蝕。2006.10.13/15:33:5647氮對(duì)鋼的性能有利有弊。氮對(duì)鋼的不良影響是：

1)氮會(huì)使鋼產(chǎn)生“藍(lán)脆”。淬火鋼在250～400℃回火后，塑韌性不僅不增大，反而下降，這個(gè)溫度范圍的鋼呈藍(lán)色，故叫“藍(lán)脆”。

2)氮和氫綜合作用使鋼產(chǎn)生缺陷。氮和氫的綜合作用會(huì)使鎮(zhèn)靜鋼錠產(chǎn)生結(jié)疤和皮下氣泡，使軋鋼生產(chǎn)中出現(xiàn)裂紋和發(fā)紋，影響鋼的質(zhì)量。

氮對(duì)鋼有益的一面是：

1)鋼中的氮能和Al、Ti等形成AlN、TiN等高熔點(diǎn)的細(xì)小顆粒。均勻彌散分布的AlN、TiN等能細(xì)化晶粒，從而提高鋼的強(qiáng)度和塑性，對(duì)改善焊接性能也有良好作用。

2)能提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性。實(shí)際生產(chǎn)中常用滲氮的方法來改善鋼表面的耐磨性，同時(shí)也能使鋼表面的抗蝕性和疲勞強(qiáng)度有所改善。2006.10.13/15:33:5648降低鋼中氣體的措施提高煉鋼原材料質(zhì)量。如使用含氣體量低的廢鋼和鐵合金；對(duì)含水分的原材料進(jìn)行烘烤干燥，采用高純度的氧氣等。盡量降低出鋼溫度，減小氣體在鋼中的溶解度。在冶煉過程，應(yīng)充分利用脫碳反應(yīng)產(chǎn)生的溶池沸騰來降低鋼水中的氣體含量。用爐外精煉技術(shù)，降低鋼水中的氣體含量。如采用鋼包吹氬攪拌，真空精煉脫氣，微氣泡脫氣等方法對(duì)鋼水進(jìn)行脫氣處理。采用保護(hù)澆注技術(shù)，防止鋼水從大氣中吸收氣體。2006.10.13/15:33:56493.3.10去除鋼中夾雜物鋼中夾雜物的來源鋼中存在著硫﹑磷﹑氧﹑氮等雜質(zhì)元素，這些元素與鋼中的合金元素如硅﹑錳﹑鋁﹑鈦﹑釩等形成非金屬化合物，如氧化物﹑硫化物﹑氮化物等。鋼中的這些非金屬化合物，統(tǒng)稱為非金屬夾雜物，也稱為內(nèi)生夾雜。在煉鋼過程中，鋼水與爐渣和爐襯接觸，爐渣爐襯中的化合物被卷入到鋼水中，也會(huì)造成非金屬夾雜物，也稱為外來夾雜。2006.10.13/15:33:5650鋼中夾雜物的分類按夾雜物的化學(xué)成分分：氧化物夾雜；硫化物夾雜；氮化物夾雜。按加工變形后夾雜物的形態(tài)分：塑性夾雜；脆性夾雜；半塑性夾雜。按夾雜物的來源分：內(nèi)生夾雜和外來夾雜。2006.10.13/15:33:5651降低鋼中夾雜物的措施在冶煉中采取各種手段降低鋼中雜質(zhì)元素[O]﹑[S]﹑[N]﹑[P]等的含量，提高鋼的潔凈度，從根本上減少內(nèi)生夾雜物。提高耐火材料質(zhì)量，提高其抗沖擊和耐侵蝕的能力，減少外來夾雜物數(shù)量。采用合理的脫氧制度，使脫氧產(chǎn)物易于聚集上浮，從鋼液中排除。應(yīng)用鋼包冶金如真空脫氧﹑吹A(chǔ)r攪拌﹑噴粉處理等和中間包冶金如采用堰、壩﹑導(dǎo)流板﹑過濾器﹑湍流控制器等控流裝置，去除鋼水中的夾雜物。采取保護(hù)澆注技術(shù)，防止鋼水從周圍大氣環(huán)境中吸收氧﹑氫﹑氮。2006.10.13/15:33:56523.4煉鋼用原材料3.4.1金屬料鐵水；廢鋼；鐵合金；3.4.2輔助材料造渣材料；氧化劑；冷卻劑；還原劑和增碳劑。2006.10.13/15:33:56533.4.1.1鐵水（或生鐵塊）鐵水是氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本原料，一般占金屬料的70～100%。鐵水成分和鐵水溫度是否適當(dāng)和穩(wěn)定，對(duì)簡化和穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐操作并獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)非常重要。2006.10.13/15:33:5654鐵水成分Si：發(fā)熱元素，轉(zhuǎn)爐熱量來源。根據(jù)[P]，[Si]一般在0.4～0.8％范圍內(nèi)Mn：有利元素。[Mn]一般在0.2～0.4％左右P：有害元素，強(qiáng)發(fā)熱元素。P是高爐不能去除的元素，故只能要求[P]穩(wěn)定，采用鐵水預(yù)處理脫磷或相應(yīng)的煉鋼方法來去除。S：有害元素。[S]<0.04％。采用鐵水預(yù)處理脫硫，[S]<0.015％。2006.10.13/15:33:5655鐵水溫度鐵水溫度應(yīng)>1200～1300℃，且保持穩(wěn)定，以利于爐子熱行，迅速成渣。有鐵水預(yù)處理工藝，鐵水溫度應(yīng)適當(dāng)提高。2006.10.13/15:33:56563.4.1.2廢鋼廢鋼是電爐煉鋼的基本原料，用量占鋼鐵料的70％～90％。對(duì)轉(zhuǎn)爐來說，既是金屬料也是冷卻劑。合金鋼廢鋼應(yīng)按所含合金分組堆放。應(yīng)嚴(yán)防混入有害雜質(zhì)和危險(xiǎn)品，并減少帶入的泥沙、耐火材料和爐渣等。對(duì)外形尺寸和單重過大的廢鋼，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行解體和切割；對(duì)輕薄料要打包或壓塊，以縮短裝料時(shí)間。2006.10.13/15:33:56573.4.1.3鐵合金煉鋼中廣泛使用的各種脫氧和合金化元素與鐵的合金。如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr；以及復(fù)合脫氧劑，如硅錳合金、硅鈣合金、硅錳鋁合金；還有鋁、錳、鎳等金屬。鐵合金應(yīng)合理選用以降低成本，使用前應(yīng)烘烤以減少氣體帶入。另外要純凈，不得混有其它夾雜物，塊度要適當(dāng)。2006.10.13/15:33:56583.4.2輔助材料

3.4.2.1造渣材料石灰（CaO）。堿性煉鋼方法的基本造渣材料，有強(qiáng)的脫磷、脫硫能力，對(duì)爐襯危害小。石灰要求含有效CaO大于80～85％，含S和SiO2低，塊度小而均勻，且無細(xì)粉；生燒過燒率要??；不能潮解，應(yīng)保持干燥、新鮮。螢石（CaF2）。熔點(diǎn)低（1418℃），能使CaO熔點(diǎn)顯著降低，加速化渣，改善渣的流動(dòng)性。螢石要求：CaF2>85%。白云石（MgO）。增加渣中Mg含量，以減少爐襯中MgO向爐渣中轉(zhuǎn)移，且能促進(jìn)前期化渣。2006.10.13/15:33:56593.4.2.2氧化劑氧氣。煉鋼中氧的重要來源。一般要求氧氣純度應(yīng)大于98％，冶煉低氮鋼種時(shí)，應(yīng)大于99.5％。還應(yīng)脫除水分。鐵礦石、氧化鐵皮。鐵礦石要求含鐵高，SiO2、P和水分少，使用前要加熱。氧化鐵皮要求雜質(zhì)少，不含油污和水分，使用前必須烘烤。2006.10.13/15:33:56603.4.2.3冷卻劑廢鋼。冷卻效果穩(wěn)定、噴濺少，價(jià)格低。富鐵礦、團(tuán)礦、燒結(jié)礦和氧化鐵皮。利用它們所含F(xiàn)exOy氧化金屬中的雜質(zhì)時(shí)，需要吸收大量的熱而起到冷卻的作用。石灰石。缺少以上冷卻劑時(shí)，可以使用，CaCO3分解時(shí)吸收大量熱量。2006.10.13/15:33:56613.4.2.4還原劑和增碳劑電爐煉鋼使用的還原劑和增碳劑有石墨電極、木炭、焦炭、電石、硅鐵、硅鈣、鋁等。氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉中、高碳鋼時(shí)，一般用含灰分很少的石油焦作增碳劑。2006.10.13/15:33:56623.6轉(zhuǎn)爐煉鋼3.6.1氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展3.6.2頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的設(shè)備3.6.3復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉工藝2006.10.13/15:33:56633.6.1氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展大致分四個(gè)時(shí)期：1）頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的創(chuàng)立(1948~1956)

標(biāo)志性技術(shù)：拉瓦爾型超音速頂吹噴槍。2）頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的成熟與完善(1956~1967)

標(biāo)志性技術(shù)：轉(zhuǎn)爐大型化；副槍動(dòng)態(tài)控制技術(shù)3）氧氣煉鋼技術(shù)的繁榮與發(fā)展(1967~1993)

標(biāo)志性技術(shù)：氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)；轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉工藝技術(shù)4）現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)(1993~)

標(biāo)志性技術(shù)：濺渣護(hù)爐工藝；干法除塵與煤氣回收技術(shù)2006.10.13/15:33:5664頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉工藝最初是沿襲頂吹和底吹兩種吹煉工藝逐步發(fā)展完善：即在頂吹轉(zhuǎn)爐底部噴吹惰性氣體和在底吹轉(zhuǎn)爐上部安裝頂吹氧槍。實(shí)踐證明，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐基本保留了頂吹轉(zhuǎn)爐和底吹轉(zhuǎn)爐的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的缺點(diǎn)，成為當(dāng)代轉(zhuǎn)爐的基本操作工藝。2006.10.13/15:33:56653.6.2頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的設(shè)備頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的設(shè)備由4個(gè)系統(tǒng)組成，每個(gè)系統(tǒng)又由各自的設(shè)備組成。煉鋼容器的爐子系統(tǒng)；提供煉鋼所需的氧氣和底部攪拌氣體的供氣系統(tǒng)；提供煉鋼所需的金屬料和造渣材料的供料系統(tǒng)；對(duì)高溫含塵煙氣進(jìn)行降溫除塵處理，并回收余熱和煤氣的煙氣處理系統(tǒng)。

2006.10.13/15:33:56663.6.2.1爐子系統(tǒng)爐子系統(tǒng)由轉(zhuǎn)爐﹑托圈﹑耳軸﹑傾動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，是裝入原料進(jìn)行吹煉的容器。它由圓臺(tái)形爐帽﹑圓筒形爐身和球缺形或截錐形爐底三部分組成在爐帽與爐身連接處有出鋼口。2006.10.13/15:33:56673.6.2.2供氣系統(tǒng)供氧系統(tǒng)由制氧機(jī)﹑儲(chǔ)氣罐﹑壓氧機(jī)﹑輸氣管道及閥門、氧槍和底部供氣元件組成。氧槍是供氧設(shè)備中的關(guān)鍵部件。由槍身和噴頭組成。槍身是由三種不同直徑的無縫鋼管套裝而成，通水冷卻。噴頭用導(dǎo)熱良好的紫銅制成，孔形狀一般采用拉瓦爾管的形狀，大型轉(zhuǎn)爐普遍應(yīng)用了三孔﹑四孔﹑五孔噴頭。2006.10.13/15:33:5668氧槍結(jié)構(gòu)示意圖2006.10.13/15:33:5669頂?shù)讖?fù)吹技術(shù)的關(guān)鍵部件是復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的底部供氣元件。底部供氣元件分為兩大類，即噴嘴型和磚型。底部供氣元件2006.10.13/15:33:56703.6.2.3供料系統(tǒng)

1）鐵水供應(yīng)2）廢鋼供應(yīng)3）造渣劑供應(yīng)2006.10.13/15:33:56711）鐵水供應(yīng)混鐵車（魚雷罐車）方式流程為：高爐鐵水→魚雷罐車→鐵水罐→轉(zhuǎn)爐。這種供應(yīng)方式投資省﹑鐵水溫降小和有較好的生產(chǎn)環(huán)境。適合于大型高爐向大型轉(zhuǎn)爐（100t以上）供應(yīng)鐵水。2006.10.13/15:33:5672向轉(zhuǎn)爐供應(yīng)廢鋼一般采用廢鋼槽方式。流程：磁盤吊車裝槽→橋式吊車+廢鋼槽→轉(zhuǎn)爐。2）廢鋼供應(yīng)2006.10.13/15:33:5673轉(zhuǎn)爐的造渣劑采用以下的供應(yīng)方式：地下儲(chǔ)料倉→膠帶運(yùn)輸機(jī)→高位料倉→稱量漏斗→匯總漏斗→溜槽→轉(zhuǎn)爐。下圖還給出了向鋼包中加入鐵合金的主要設(shè)備。3）造渣劑供應(yīng)2006.10.13/15:33:56743.6.2.4煙氣處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)的氣體稱為爐氣，爐氣離開爐口進(jìn)入煙罩后稱為煙氣。氧氣轉(zhuǎn)爐在吹煉期間產(chǎn)生大量含塵爐氣，其溫度高達(dá)1400~1600℃，爐氣中含有大量CO和含鐵60％左右的粉塵。轉(zhuǎn)爐爐氣的處理方法主要有燃燒法和未燃燒法。未燃法是在爐口上方采用可以升降的活動(dòng)煙罩，使?fàn)t氣在收集過程中盡量不與空氣接觸，經(jīng)降溫除塵凈化后，通過風(fēng)機(jī)抽入煤氣回收系統(tǒng)中。2006.10.13/15:33:5675轉(zhuǎn)爐全濕法（OG法）煙氣凈化系統(tǒng)氧氣轉(zhuǎn)爐煤氣回收法(OxygenConverterGasRecovery)

2006.10.13/15:33:56763.6.3復(fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉工藝3.6.3.1吹煉工藝流程3.6.3.2吹煉過程元素的變化3.6.3.3吹煉工藝制度2006.10.13/15:33:56772006.10.13/15:33:56783.6.3.1吹煉工藝流程一爐鋼的冶煉過程是指從裝料到倒盡渣為止。頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的冶煉周期一般是30～40min。其中的純吹氧時(shí)間約15～20min。2006.10.13/15:33:56792006.10.13/15:33:5680轉(zhuǎn)爐操作進(jìn)程2006.10.13/15:33:56813.6.3.2吹煉過程元素的變化根據(jù)[C]的氧化速度不同，煉鋼過程可分為三個(gè)時(shí)期。氧化初期，脫碳速度由小變大。由于氧化初期熔池溫度低，Si﹑Mn氧化量多，消耗了大部分的氧，[C]的氧化受到限制。脫碳速度d[C]/dt=-k1t，與吹煉時(shí)間成正比。這一時(shí)期稱吹煉初期，又叫硅﹑錳氧化期，時(shí)間從開吹到約4～5min。2006.10.13/15:33:5682氧化中期Si、Mn氧化結(jié)束，熔池溫度升高，供給的氧幾乎全部用于脫碳。脫碳速度達(dá)到最大且?guī)缀醪蛔?。這一時(shí)期稱為吹煉中期，又叫碳氧化期，w[c]=3.0%-3.5%時(shí)進(jìn)入吹煉中期。氧化后期隨著碳含量下降，在鋼液與氣相的邊界層中,碳的濃度梯度逐漸下降，使得脫碳速度越來越小。脫碳速度由大變小。這一時(shí)期稱吹煉末期，又叫碳氧化后期。除碳外其他元素變化不大，主要進(jìn)行終點(diǎn)操作。當(dāng)w[c]﹤0.3%-0.7%時(shí)，進(jìn)入吹煉末期。2006.10.13/15:33:56833.6.3.3吹煉工藝制度頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，根據(jù)底吹氣體種類的不同，可分為底部吹入非氧化性氣體的復(fù)吹工藝和底部吹入氧化性氣體的復(fù)吹工藝。我國采用的是前一種工藝進(jìn)行復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，即底部吹入氮?dú)?、氬氣來攪拌熔池。氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝包括裝料﹑供氧﹑底部供氣、造渣﹑溫度及終點(diǎn)控制﹑脫氧及合金化等內(nèi)容。

2006.10.13/15:33:56841裝料制度1）裝料次序一般來說是先裝廢鋼后兌鐵水，防止加入鐵水時(shí)造成噴濺。到了爐役后期，或者廢鋼裝入量比較多的轉(zhuǎn)爐，可以先兌鐵水，后加廢鋼。2）裝入量不同噸位的轉(zhuǎn)爐以及一座轉(zhuǎn)爐在不同的生產(chǎn)條件下，都有其不同的合理金屬裝入量。裝入量過小，產(chǎn)量低，熔池淺，氧流易直接沖擊爐底，造成爐底破壞。裝入量過大,熔池?cái)嚢璨怀浞?，吹煉時(shí)間增加，易造成噴濺。2006.10.13/15:33:56852供氧制度當(dāng)氧氣射流作用在金屬熔池上時(shí)，一部分氧氣被金屬液吸收，參與煉鋼反應(yīng)，來不及反應(yīng)的氧氣沿沖擊坑表面產(chǎn)生反射流動(dòng)，另外由[C]-[O]反應(yīng)產(chǎn)生的CO氣體上升排除，使沖擊坑壁面附近的金屬液向上運(yùn)動(dòng)，造成沖擊坑四周的金屬液不斷向沖擊坑底部補(bǔ)充，從而產(chǎn)生了循環(huán)流動(dòng)。2006.10.13/15:33:5686在實(shí)際吹煉中，噴頭結(jié)構(gòu)﹑氧氣工作壓力和流量通常保持一定，