氧气转炉炼钢.pdf

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1第四章、氧气转炉炼钢第四章、氧气转炉炼钢顶吹转炉：

顶吹转炉：

炉渣炉渣FetO含量高；含量高；吹炼前期、中期能够较好吹炼前期、中期能够较好地脱磷；地脱磷；搅拌差，反应距平衡远。

搅拌差，反应距平衡远。

底吹转炉；底吹转炉；搅拌强、脱碳快、喷溅少；搅拌强、脱碳快、喷溅少；渣中渣中FetO低，吹炼前期基低，吹炼前期基本不能脱磷。

本不能脱磷。

顶底复吹转炉：

顶底复吹转炉：

成渣较底吹转炉好；成渣较底吹转炉好；搅拌较顶吹转炉强；搅拌较顶吹转炉强；反应平衡程度高；反应平衡程度高；大多数大中型转炉采用了大多数大中型转炉采用了复吹转炉炼钢。

复吹转炉炼钢。

2CO关系关系3底吹气体、透气元件底吹气体、透气元件4底吹元件示意图底吹元件示意图5一、主要设备一、主要设备氧枪系统氧枪系统渣料系统渣料系统倾动系统倾动系统烟气净化烟气净化系统系统主原料装入系统主原料装入系统出钢、出渣系统出钢、出渣系统678炉衬炉衬9出钢挡渣装置出钢挡渣装置10底吹元件布置底吹元件布置11转炉炉体转炉炉体12氧枪氧枪13氧气喷头氧气喷头14烟气冷却、除尘、煤气回收系统烟气冷却、除尘、煤气回收系统15干法干法（静电静电）除尘系统除尘系统16干法除尘干法除尘17二、转炉吹炼工艺二、转炉吹炼工艺18工艺操作工艺操作19投入与产出投入与产出2021Input22Input23Input24Input25Output26Output27Output28吹炼操作吹炼操作29金属、炉渣成分变化金属、炉渣成分变化301、原材料、原材料1.铁水：

铁水：

比率：

比率：

8097；温度：

温度：

12301400；化学成分：

化学成分：

CC：

4.04.04.84.8；SiSi：

0.180.180.70.7；PP：

0.080.080.120.12；SS：

0.0040.0040.0250.025。

2.2.废钢：

废钢：

比率：

比率：

332020;分类（重量、形状、成分分类（重量、形状、成分等）。

等）。

31造渣材料与冷却剂造渣材料与冷却剂1.石灰：

石灰：

加入量：

加入量：

1555kg/t；品质要求：

品质要求：

CaOCaO含量高；含量高；SiOSiO22含量低；含量低；活性度高活性度高（活性石灰活性石灰）；生、过烧率低。

生、过烧率低。

2.2.熔剂：

熔剂：

白云石、萤石等；白云石、萤石等；3.3.冷却剂：

冷却剂：

铁矿石、氧化铁皮。

铁矿石、氧化铁皮。

10分钟内，分钟内，50克石灰溶于克石灰溶于40摄氏度恒摄氏度恒温水中所消耗的温水中所消耗的4molL盐酸的毫升盐酸的毫升数表示，一般石灰活性度平均值超过数表示，一般石灰活性度平均值超过300ml。

32铁矿石与氧化铁皮铁矿石与氧化铁皮332、氧枪操作和氧气喷头设计、氧枪操作和氧气喷头设计34氧枪操作氧枪操作1.提高射流对熔池的冲击能：

提高射流对熔池的冲击能：

降低枪位；降低枪位；提高使用氧压；提高使用氧压；采用高采用高M数喷头；数喷头；有利于脱碳，对成渣和脱磷等有影响。

有利于脱碳，对成渣和脱磷等有影响。

2.减少射流对熔池的冲击能：

减少射流对熔池的冲击能：

提高枪位；提高枪位；降低使用氧压；降低使用氧压；采用低采用低M数喷头；数喷头；有利于成渣和脱磷等。

有利于成渣和脱磷等。

3.氧枪操作：

氧枪操作：

“恒枪变压”“恒枪变压”“恒压变枪”。

“恒压变枪”。

HardBlowSoftBlow35氧气喷头设计氧气喷头设计36氧气喷头设计与计算氧气喷头设计与计算供氧量计算；供氧量计算；供氧强度选择（吹炼时间）；供氧强度选择（吹炼时间）；喷头出口气体速度（马赫数）选择；喷头出口气体速度（马赫数）选择；氧气压力选择；氧气压力选择；喷头喉口直径计算；喷头喉口直径计算；喷头出口直径计算等。

喷头出口直径计算等。

37供氧量计算供氧量计算金属装入量（铁水金属装入量（铁水90，废钢，废钢10）；）；脱碳反应：

脱碳反应：

90产物为产物为CO；10产物为产物为CO2。

脱硅反应；脱硅反应；脱磷反应；脱磷反应；脱锰反应；脱锰反应；Fe氧化反应：

氧化反应：

渣量为金属装入量渣量为金属装入量10；炉渣炉渣FetO：

20。

38供氧量计算供氧量计算项目CSiMnPO炉渣FetO总计铁水成分4.30%0.40%0.45%0.10%废钢成分0.10%0.13%0.25%0.02%吹炼终点钢水成分0.05%0.12%0.00800.08%元素氧化量（kg）38.33.73.10.840.7220耗氧（Nm3）39.2892.9510.6330.7590.5043.11847.253钢水量钢水量/金属装入量金属装入量1000/10801000/10800.920.92吨钢氧气耗量吨钢氧气耗量47.253/0.9247.253/0.9251.451.4NmNm33/t/t39供氧强度供氧强度供氧强度（供氧强度（Nm3/min/t）；）；范围：

范围：

3.23.8Nm3/min/t；供氧强度选择：

供氧强度选择：

氧气供应条件；氧气供应条件；原材料条件；原材料条件；造渣；造渣；操作水平（防止喷溅、粘枪等）。

操作水平（防止喷溅、粘枪等）。

40氧气喷头设计（氧气喷头设计（250t转炉）转炉）41

（1）确定氧气流量确定氧气流量1.氧气总用量氧气总用量（Q）：

吨钢耗氧量：

吨钢耗氧量平均出钢量平均出钢量51.425012850Nm32.吹炼时间吹炼时间（T：

1417min）取：

吹炼时间为取：

吹炼时间为15min3.氧气流量：

氧气流量：

WQ/T12850/15857Nm3/min51400Nm3/h42

（2）确定马赫数确定马赫数M马赫数选取范围：

马赫数选取范围：

1.42.2M数大：

数大：

熔池搅拌强烈；熔池搅拌强烈；有利于脱碳反应；有利于脱碳反应；对化渣有影响（脱磷、脱硫）；对化渣有影响（脱磷、脱硫）；提高枪位提高枪位（喷枪寿命喷枪寿命）。

选取：

选取：

M2.043（3）确定氧压确定氧压P0：

0.75MPa00.40.81.21.62.044等熵流函数表（完全气体，等熵流函数表（完全气体，k1.4）P0：

0.78MPa45出口氧气射流速度出口氧气射流速度Ve：

490m/s00.40.81.21.62.046（4）喉口直径计算喉口直径计算选择喷头孔数：

选择喷头孔数：

6孔；孔；每孔氧气流量：

每孔氧气流量：

QW/6=857/6143Nm3/min喉口直径计算：

喉口直径计算：

取：

取：

CD0.98，T0293K，可计算出：

，可计算出：

00DTP*AC7824.1QA*1797mm2d*47.8mm47（5）出口直径计算出口直径计算48出口直径计算出口直径计算出出出出出出）MM167.0833.0（*AA32232mm30380.20.2167.0833.0（1797）d出出62.2mm49等熵流函数表（完全气体，等熵流函数表（完全气体，k1.4）A出出：

3032.4mm250（6）确定扩张段长度确定扩张段长度扩张段长度取决于扩张角大小；扩张段长度取决于扩张角大小；扩张段愈长，阻损愈大；扩张段愈长，阻损愈大；扩张段过短，氧流来不及膨胀，射流不稳定。

扩张段过短，氧流来不及膨胀，射流不稳定。

扩张段长度扩张段长度1.462.287.08mm513、造渣工艺、造渣工艺1.炉渣功能：

炉渣功能：

脱除磷、硫；脱除磷、硫；保护炉衬；保护炉衬；防止金属喷溅、粘枪等。

防止金属喷溅、粘枪等。

2.炉渣控制要点：

炉渣控制要点：

碱度碱度（CaO/SiO2）；氧化性氧化性（FetO）；流动性；流动性；尽快成渣。

尽快成渣。

3.渣料（熔剂渣料（熔剂）：

石灰、白云石、铝钒土、萤石；石灰、白云石、铝钒土、萤石；铁矿石、氧化铁皮等。

铁矿石、氧化铁皮等。

52成渣过程成渣过程终渣组成：

终渣组成：

CaOCaO：

42425050；MgOMgO：

5599；SiOSiO22：

10102525；AlAl22OO33：

1122；FetOFetO：

15153030；PP22OO55：

1122；SS：

0.10.10.30.3。

加入渣料；加入渣料；调节调节供氧供氧。

53吹炼过程炉渣成分变化吹炼过程炉渣成分变化54石灰加入量计算石灰加入量计算（吨装入金属吨装入金属）铁水铁水Si：

0.45%废钢废钢Si：

0.15目标炉渣碱度目标炉渣碱度（CaO/SiO2）：

3.5石灰石灰CaO含量：

含量：

91石灰石灰SiO2含量：

含量：

2石灰加入量：

石灰加入量：

100/）5.3291（5.309.28/09.60）100/15.0100100/45.0900（W石灰t/kg4.3755防止防止（金属、泡沫渣金属、泡沫渣）喷溅喷溅原因：

原因：

CO反应不均匀；反应不均匀；炉渣过度泡沫化；炉渣过度泡沫化；装入量过大。

装入量过大。

防止喷溅措施：

防止喷溅措施：

喷头合理设计喷头合理设计（供氧强度、供氧强度、M数数）；正确氧枪枪位和供氧操作；正确氧枪枪位和供氧操作；防止炉渣“返干”；防止炉渣“返干”；避免炉渣过度泡沫化：

避免炉渣过度泡沫化：

流动性；流动性；FetO、MnO等控制。

等控制。

564、冷却剂加入量计算、冷却剂加入量计算项目CSiMnP炉渣FetO温度铁水4.30%0.40%0.45%0.10%1300废钢0.10%0.13%0.25%0.02%25吹炼终点钢水0.05%0.12%0.00801660元素氧化量（kg）38.33.73.10.8420反应反应热（KJ/kg）C1/2O2CO10123CO2CO231391SiO2SiO2297472P5/2O2P2O533401Mn1/2O2MnO6950Fe1/2O2FeO4098Fe3/2O2Fe2O35612取反应温度为取反应温度为145057反应热量反应热量组元氧化量（kg）氧化产物量（kg）氧化产物量反应热（KJ）CO80.39348940C38.3CO214.03120227Si3.7SiO27.92110064Mn3.1MnO4.0021545P0.84P2O51.9228057FeO23.1673764Fe20Fe2O32.8611224总计71382158炉渣和炉气量炉渣和炉气量渣量计算：

渣量计算：

氧化产物量：

氧化产物量：

39.86kg加入石灰量：

加入石灰量：

37.4kg加入萤石量：

加入萤石量：

3kg渣量：

渣量：

（39.86+37.4+3）/0.8100.3Kg炉气量计算：

炉气量计算：

生成生成CO和和CO2量：

量：

94.42kg炉气量：

炉气量：

94.32/0.9104.8kg59相关组元的比热、熔化潜热等相关组元的比热、熔化潜热等比热：

比热：

钢水：

钢水：

0.837KJ/kg/废钢废钢（s）：

0.699KJ/kg/炉渣：

炉渣：

1.247KJ/kg/炉气：

炉气：

1.136KJ/kg/渣料：

渣料：

0.941KJ/kg/铁矿石：

铁矿石：

0.66KJ/kg/废钢熔化潜热：

废钢熔化潜热：

271.96KJ/kg生烧石灰分解热：

生烧石灰分解热：

3790KJ/kg铁矿石分解热：

铁矿石分解热：

5066KJ/kg60耗热量计算耗热量计算1.铁水升温（铁水升温（13001660）：

）：

0.83710800.9（14501300）122034KJ0.83710800.90.93（1660-1450）158890KJ2.废钢升温、熔化废钢升温、熔化（251660）：

）：

0.69910800.1（14501300）11324KJ271.9610800.129371KJ0.83710800.1（1660-1450）18983KJ3.石灰、萤石升温（石灰、萤石升温（251450）：

）：

0.941（37.4+3）（145025）54173KJ4.炉渣升温（炉渣升温（14501660）：

）：

1.247100.3（16601450）=26266KJ5.炉气升温炉气升温（14501660）：

）：

1.136104.8（1660-1450）25001KJ总计：

总计：

446042KJ61加入冷却剂加入冷却剂1.富余热量：

富余热量：

713821446042267779KJ2.铁矿石冷却热量（铁矿石冷却热量（6105KJ/kg）：

）：

升温升温：

0.660.66（1450（1450-25）25）940.5KJ/kg940.5KJ/kg分解：

分解：

5066KJ/kg5066KJ/kg钢水升温钢水升温（含铁：

含铁：

5656）：

）：

0.8370.8370.560.56（1660（1660-1450）1450）98.4KJ/kg98.4KJ/kg3.3.加入铁矿石量：

加入铁矿石量：

267779/6105267779/610543.9kg/t43.9kg/t625、吹炼终点控制、吹炼终点控制1.静态控制（供氧量计算，冷却剂计算）：

静态控制（供氧量计算，冷却剂计算）：

全量模型（热平衡和物料平衡理论计算，统计分析经验全量模型（热平衡和物料平衡理论计算，统计分析经验公式）；公式）；增量模型（与参考炉次进行比较，对改变量的影响进行增量模型（与参考炉次进行比较，对改变量的影响进行计算）。

计算）。

2.动态控制（吹炼过程进行测定、干预）：

动态控制（吹炼过程进行测定、干预）：

脱碳速率变化；脱碳速率变化；温度变化；温度变化；副枪；副枪；副枪炉气分析。

副枪炉气分析。

3.快速出钢、直接出钢。

快速出钢、直接出钢。

63吹炼终点自动控制吹炼终点自动控制静态模型计算静态模型计算副枪测定副枪测定（T、S、C）副枪测定副枪测定（T、S、C、O）64静态控制静态控制1.原材料条件和冶炼目标输入：

原材料条件和冶炼目标输入：

铁水成分、铁水重量、废钢重量、废钢类型、熔剂成分、铁水成分、铁水重量、废钢重量、废钢类型、熔剂成分、铁矿石成分等；铁矿石成分等；吹炼终点目标（温度、吹炼终点目标（温度、C、P、炉渣碱度等）。

、炉渣碱度等）。

2.计算渣料加入量：

计算渣料加入量：

石灰、白云石、萤石等。

石灰、白云石、萤石等。

3.供氧量计算：

供氧量计算：

全量模型；全量模型；增量模型。

增量模型。

4.冷却剂加入量计算：

冷却剂加入量计算：

全量模型；全量模型；增量模型。

增量模型。

65动态控制动态控制1.静态控制副枪测定动态调整：

静态控制副枪测定动态调整：

由静态控制模型计算渣料量、氧气量和冷却剂量；由静态控制模型计算渣料量、氧气量和冷却剂量；距终点距终点3min左右时，用副枪测定熔池温度、左右时，用副枪测定熔池温度、C含量等；含量等；根据副枪测定结果进行吹氧、冷却剂、吹炼时间等调整。

根据副枪测定结果进行吹氧、冷却剂、吹炼时间等调整。

2.静态控制副枪测定炉气分析：

静态控制副枪测定炉气分析：

吹炼全程对炉气成分（吹炼全程对炉气成分（CO、CO2）、炉气量进行测定；）、炉气量进行测定；根据模型由炉气对熔池碳含量、温度进行推定，并进行相根据模型由炉气对熔池碳含量、温度进行推定，并进行相应调整；应调整；距终点距终点3min左右时，用副枪测定熔池温度、左右时，用副枪测定熔池温度、C含量等；含量等；根据副枪测定结果进行吹氧、冷却剂、吹炼时间等调整。

根据副枪测定结果进行吹氧、冷却剂、吹炼时间等调整。

66副枪副枪67炉气分析炉气分析68炉气分析炉气分析69由炉气推算熔池碳含量和温度由炉气推算熔池碳含量和温度70静态模型计算静态模型计算传统：

副枪测定传统：

副枪测定（T,S,C）先进钢厂：

副枪测定先进钢厂：

副枪测定（T）传统：

副枪测定传统：

副枪测定（T,S,C,O）；先进钢厂：

直接出钢。

先进钢厂：

直接出钢。

716、出钢挡渣、出钢挡渣高品质钢生产的关键技术；高品质钢生产的关键技术；冶金效果：

冶金效果：

减少非金属夹杂物生成量；减少非金属夹杂物生成量；减少精炼、连铸过程钢水减少精炼、连铸过程钢水二次氧化；二次氧化；提高炉外精炼脱硫效率；提高炉外精炼脱硫效率；减少钢水“回磷”。

减少钢水“回磷”。

主要挡渣方法：

主要挡渣方法：

挡渣球；挡渣球；挡渣锥；挡渣锥；气动挡渣。

气动挡渣。

72转炉出钢挡渣转炉出钢挡渣森田幸代，材料，森田幸代，材料，15（2002），），p141737、脱氧、合金化、脱氧、合金化脱氧：

脱氧：

铝、铝铁、铝锰铁等；铝、铝铁、铝锰铁等；硅铁、硅锰合金等。

硅铁、硅锰合金等。

合金化：

合金化：

硅、锰；硅、锰；Nb、V、Ti；Cr、Mo、Ni等。

等。

W加入量加入量1000W%目标目标W%钢液钢液/（W%）合金合金/W元素收得率元素收得率748、脱磷预处理铁水的脱碳转炉吹炼工艺要点、脱磷预处理铁水的脱碳转炉吹炼工艺要点渣量：

渣量：

20kg/t左右；左右；烟尘量增大烟尘量增大5kg/t左右：

左右：

容易粘枪、炉口结钢等；容易粘枪、炉口结钢等；影响终点控制精度；影响终点控制精度；Mn矿还原。

矿还原。

75日新製鋼脱磷铁水吹炼日新製鋼脱磷铁水吹炼Fe的损失的损失安井潔，鉄鋼，安井潔，鉄鋼，76（1990），190876和歌山制铁所采用的氧气喷头和歌山制铁所采用的氧气喷头77脱碳转炉成分变化脱碳转炉成分变化稻葉東寶，鉄鋼，稻葉東寶，鉄鋼，1987，s1012788、生态、环境保护、生态、环境保护79煤气：

煤气：

1.发电；发电；2.轧钢加热炉。

轧钢加热炉。

蒸汽：

蒸汽：

1.发电；发电；炉渣：

炉渣：

1.部分返回炼钢利用；部分返回炼钢利用；2.老化处理后用于铺老化处理后用于铺路或制做水泥。

路或制做水泥。

烟尘和污泥：

烟尘和污泥：

1.烧结固化还原后送烧结固化还原后送烧结厂。

烧结厂。

80转炉低温蒸汽发电转炉低温蒸汽发电转炉低温蒸汽用于发电困难；转炉低温蒸汽用于发电困难；以往采用弗里昂轮机发电；以往采用弗里昂轮机发电；现改用以氨水做媒体的现改用以氨水做媒体的Kalina循还发电装置。

循还发电装置。

81转炉炉渣老化处理转炉炉渣老化处理转炉高碱度炉渣与水反应，膨转炉高碱度炉渣与水反应，膨涨；涨；用蒸汽对转炉炉渣进行用蒸汽对转炉炉渣进行“老化老化”处理；处理；用于铺路材料。

用于铺路材料。

82烟尘和污泥处理烟尘和污泥处理烟尘污泥脱水；烟尘污泥脱水；烧结固化；烧结固化；还原；还原；返回烧结利用。

返回烧结利用。

83新日铁君津厂节能示意图新日铁君津厂节能示意图