9-轉(zhuǎn)爐底吹復(fù)吹工藝-2

1、冶金學(xué)之煉鋼篇2011年5月3日6月30日/1#教學(xué)樓301（No9）9/4/20221主 要 內(nèi) 容第一章 煉鋼概述第二章 煉鋼基礎(chǔ)理論第三章 煉鋼原材料第四章 轉(zhuǎn)爐煉鋼法第五章 電爐煉鋼法9/4/20222第四章 轉(zhuǎn)爐煉鋼法氧氣頂吹煉鋼工藝 氧槍頂吹轉(zhuǎn)爐一爐鋼冶煉操作過(guò)程主要包括: 1）裝料；2）吹氧；3）造渣；4）終點(diǎn)控制；5）出鋼、脫氧及合金化；6）護(hù)爐、倒渣及堵口等六個(gè)階段。 吹煉各期鋼水成分及爐渣成分的變化規(guī)律，見(jiàn)表： 因素階段熔池溫度氧化性堿度脫碳速度脫磷速度吹煉前期低高（25%）低低中吹煉中期中低（15%）中高高吹煉后期高中(15%20%)高低低9/4/20223 五大工藝制度

2、：裝料制度 裝料順序、裝入量控制方法，轉(zhuǎn)爐的爐容比 。供氧制度 供氧壓力、供氧流量及供氧強(qiáng)度，強(qiáng)調(diào)氧槍的槍位對(duì)熔池中的冶金過(guò)程產(chǎn)生的影響。造渣制度 合適的造渣方法、渣料的種類、渣料的加入數(shù)量和時(shí)間。溫度制度 主要是指煉鋼過(guò)程溫度控制和終點(diǎn)溫度控制氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼熱平衡及其熱效率的定義。終點(diǎn)控制 是指終點(diǎn)溫度和成分的控制，實(shí)質(zhì)是碳含量和溫度的控制，給出拉碳、拉碳法、增碳法的含義。擋渣出鋼技術(shù)，濺渣護(hù)爐技術(shù)及其基本原理。9/4/20224第四章 轉(zhuǎn)爐煉鋼法 4.4 氧氣底吹轉(zhuǎn)爐 4.4.1 底吹轉(zhuǎn)爐法的發(fā)展 雖然上世紀(jì)50年代制氧技術(shù)的突破，為氧氣煉鋼奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。但在19501960年期間，底吹轉(zhuǎn)

3、爐并沒(méi)有完全用純氧吹煉，只用40%的富氧，如果再提高富氧度，噴咀壽命將大幅度降低。 底吹噴嘴及其爐底壽命是氧氣底吹轉(zhuǎn)爐技術(shù)關(guān)鍵！9/4/20225 1965年加拿大液化空氣公司成功研制了雙層套管氧氣噴咀，1967年前西德馬克西米利安鋼鐵公司將此技術(shù)用在托馬斯轉(zhuǎn)爐上，成功開(kāi)發(fā)了氧氣（純氧）底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)，稱之為OBM法（Oxygen Bottom-blown Maximilian）。 該噴咀內(nèi)層鋼管通氧氣，環(huán)縫中通碳?xì)浠衔?，利用包圍在氧氣外層的碳?xì)浠衔锏牧呀馕鼰岷托纬蛇€原性氣幕冷卻保護(hù)氧氣噴咀。9/4/20226 與此同時(shí)，法國(guó)研制成功與OBM 相似的方法，命名為L(zhǎng)MS法（由三個(gè)公司開(kāi)發(fā)的

4、），他們是以液態(tài)的燃料油作為氧氣噴嘴的冷卻介質(zhì)，在30噸OBM爐取得了較好的效果，使得鋼中N大為降低，爐子壽命大為提高。 1971年，美國(guó)鋼鐵公司引進(jìn)了前西德的OBM法，1972年建設(shè)了3座200噸氧氣底吹轉(zhuǎn)爐，命名為Q-BOP法（Quiet-BOP）。此后，底吹轉(zhuǎn)爐在歐洲、美國(guó)和日本又得到了進(jìn)一步發(fā)展，如日本1977年建設(shè)當(dāng)時(shí)最大的230噸Q-BOP設(shè)備 。9/4/202274.4.2 氧氣底吹轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）設(shè)備概貌9/4/20228 2）設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)爐型與LD轉(zhuǎn)爐相似，但高/徑比小于LD轉(zhuǎn)爐的。底吹轉(zhuǎn)爐的爐身和爐底是可拆卸分開(kāi)，以滿足底吹供氣系統(tǒng)的維護(hù)。爐底上安裝有1020支吹氧噴咀。沒(méi)

5、有頂吹氧槍，不需要高廠房，這對(duì)生產(chǎn)率不高的平爐改為氧氣底吹轉(zhuǎn)爐十分有利。采用“天然氣、丙烷、丁烷等碳?xì)浠衔铩弊鳛閲娋桌鋮s劑的雙，是提高爐底壽命的關(guān)鍵。 為提高脫磷、硫效率，由噴咀內(nèi)管吹氧的同時(shí)可以吹石灰粉和螢石粉等造渣劑，還可以吹氬、氮?dú)狻?/4/202294.4.3氧氣底吹轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)反應(yīng) 1）吹煉過(guò)程各成分的變化 其過(guò)程與LD大體一樣，特點(diǎn)如下：吹煉初期，鐵水中 Si、Mn優(yōu)先氧化，但Mn的氧化只有3040，這與LD吹煉初期有70的錳氧化不同。吹煉中期，鐵水中 C大量氧化，氧氣脫碳利用率很高（接近100），錳有回升，減少脫氧用Fe-Mn的消耗。吹煉末期，磷的氧化才加速進(jìn)行（脫磷滯后），錳的氧

6、化也加速，但鋼中Mn還較高。9/4/202210 從吹煉初期開(kāi)始，（CaO）高的堿性渣就已生成，在整個(gè)吹煉過(guò)程中，渣中的（FeO）和（MnO）都在低于LD法的水平上變化。 9/4/202211 2）碳氧化與C-O平衡 在鋼水中C0.07時(shí)，底吹轉(zhuǎn)爐和頂吹轉(zhuǎn)爐的C-O關(guān)系，都比較接近PCO=1atm、1600時(shí)C-O平衡關(guān)系； 但當(dāng)鋼水中C0.07時(shí)，底吹轉(zhuǎn)爐內(nèi)的C-O關(guān)系低于PCO=1atm時(shí)C-O平衡關(guān)系，這說(shuō)明在相同的鋼水含氧量下，與之相平衡的鋼水含碳量，底吹比頂吹的要低。氧氣脫碳效率高，底吹法冶煉低碳鋼更容易！9/4/202212 3）錳的變化規(guī)律 底吹轉(zhuǎn)爐與頂吹轉(zhuǎn)爐比較熔池中Mn的變化

7、有兩個(gè)特點(diǎn)：吹煉終點(diǎn)鋼水殘Mn高；Mn的氧化量小，反應(yīng)幾乎達(dá)到平衡。 9/4/202213 底吹轉(zhuǎn)爐Mn氧化的少、殘錳高的原因： 爐渣氧化性越強(qiáng)，越有利于錳的氧化！而底吹轉(zhuǎn)爐渣中（FeO）含量低于頂吹的，反應(yīng)： （FeO） Mn（MnO） Fe 即鋼水中的Mn取決于爐渣的氧化性。 底吹轉(zhuǎn)爐爐渣堿度高，自由氧化物MnO的活度大，鋼水殘錳增加、降低Fe-Mn消耗。9/4/2022144）鐵的氧化和脫磷反應(yīng) 底吹轉(zhuǎn)爐（FeO）低，尤其初期（FeO）低，使得初中期脫磷不明顯，后期（FeO）提高脫磷顯著 ，使脫磷反應(yīng)比頂吹轉(zhuǎn)爐滯后進(jìn)行。 冶煉低碳鋼時(shí)，（FeO）較高，脫磷問(wèn)題不突出；但冶煉高碳鋼時(shí)，因（

8、FeO）較低影響脫磷。9/4/202215 為了提高冶煉高碳鋼的脫磷能力，底吹轉(zhuǎn)爐通過(guò)爐底噴入鐵礦石粉或返回渣和石灰粉的混合料，提高渣氧化性及堿度，加之底吹轉(zhuǎn)爐熔池?cái)嚢鑴×?，大大地改善了?鋼接觸，提高了脫磷效果。 對(duì)于高磷鐵水的情況：可采用留渣法，即將前爐爐渣留在爐內(nèi)一部分，前期吹入石灰粉約為總量的35，后期吹入約65進(jìn)行造渣。前期可脫去鐵水含磷量的50，吹煉末期的爐渣為CaO所飽和，供下?tīng)t吹煉用。9/4/2022165）脫硫反應(yīng) 230噸底吹轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中，當(dāng) 熔池中的碳達(dá)到0.8左右時(shí)，S達(dá) 到最低值，說(shuō)明吹煉初期固體CaO粉末就有一定的直接 脫硫能力。 與頂吹相比，底吹轉(zhuǎn)爐具有較強(qiáng)的脫

9、硫能力（圖230t底吹轉(zhuǎn)爐內(nèi)渣鋼間硫分配比與爐渣堿度的關(guān)系），特別是爐渣堿度為 2.5 以上時(shí)表現(xiàn)得更明顯。9/4/202217 鋼液中C能增加硫的活度系數(shù)、降低氧活度，另外，同一溫度下高碳鋼液的流動(dòng)性比低碳鋼的好，所以高碳鋼脫硫比較容易。 底吹轉(zhuǎn)爐即使在鋼水低碳范圍內(nèi)，仍有一定的脫硫能力，原因是爐內(nèi)的CO分壓比頂吹的低（弱氧化性氣氛），而且熔池內(nèi)的攪拌強(qiáng)烈（改善渣-鋼接觸，硫在渣-鋼的分配比較高，接近于平衡值）對(duì)脫硫有力。9/4/2022186）鋼中的H和N 由于Q-BOP轉(zhuǎn)爐中熔池?cái)嚢鑿?qiáng)烈，氣泡在鐵液中上升產(chǎn)生的清洗作用有利于脫氮； 但底吹轉(zhuǎn)爐使用碳?xì)浠衔镒鳛槔鋮s劑，分解出來(lái)的氫被鋼水吸

10、收氫，使得底吹轉(zhuǎn)爐鋼中H要比頂吹轉(zhuǎn)爐的高13ppm，如某廠頂吹轉(zhuǎn)爐鋼水中平均含H量為2.6ppm，而底吹轉(zhuǎn)爐平均為4.5ppm。吹煉終點(diǎn)C與N的關(guān)系9/4/2022194.4.4 氧氣底吹轉(zhuǎn)爐冶金特點(diǎn) 1）優(yōu)點(diǎn)吹煉過(guò)程平穩(wěn)，噴濺及噴濺損失少；渣中氧化鐵含量低、渣量少，金屬及合金收得率高；氧氣脫碳效率高、脫碳速度快，氧氣消耗降低；錳氧化減少、殘錳量增多，降低錳鐵合金消耗；熔池?cái)嚢鑿?qiáng)烈，脫硫能力強(qiáng)，氮含量低；鐵的蒸發(fā)損失及煙塵少。 2）缺點(diǎn)爐齡（爐底壽命）較低；渣中氧化鐵含量低，化渣比較困難，脫磷能力較低;碳?xì)浠衔锢鋮s劑作用，使鋼中H含量較高*9/4/2022204.5 頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐 4.5

11、.1 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐法發(fā)展 氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐法可以說(shuō)是頂吹轉(zhuǎn)爐和底吹轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)不斷發(fā)展的必然結(jié)果。 9/4/202221 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（LD）法中主要攪拌動(dòng)力是C-O沸騰，吹煉末期脫碳變慢、熔池?cái)嚢鑿?qiáng)度減弱，而且爐容量越大、這個(gè)問(wèn)題越突出。 為解決此問(wèn)題，1973年開(kāi)始的奧地利人愛(ài)德華（Eduard）、1975年的法國(guó)鋼鐵研究院(IRSID)等進(jìn)行大量復(fù)吹煉鋼工藝試驗(yàn)研究。于1978年在盧森堡阿爾貝德公司埃施-貝爾瓦爾廠的180噸頂吹轉(zhuǎn)爐上增設(shè)底吹惰性氣體以加強(qiáng)熔池?cái)嚢瑁@得成功，這就是國(guó)際上影響較大的復(fù)吹法LBE法（Lance Bubbling Equilibrium）。9/4/202222

12、與此同時(shí)，日本的川崎制鐵株式會(huì)社，由美國(guó)鋼鐵公司（USS）引進(jìn)Q-BOP法后，進(jìn)行了廣泛的模型研究與工業(yè)試驗(yàn)，在1980年分別開(kāi)發(fā)成功頂吹氧、底吹惰性氣體的LD-KG法（即LD-Kawasaki Gas法）和頂?shù)状笛醯腒-BOP法，擴(kuò)大了復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的類型、加速了各國(guó)對(duì)LD轉(zhuǎn)爐的改造。 我國(guó)首鋼及鞍鋼分別在1980年和1981年開(kāi)始進(jìn)行復(fù)吹的實(shí)驗(yàn)研究，并于1983年分別在首鋼30噸轉(zhuǎn)爐及鞍鋼180噸轉(zhuǎn)爐上推廣使用，效果明顯。9/4/2022234.5.2 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐法的類型 按底吹方式分：氧氣頂吹、惰性氣體底吹工藝；氧氣頂、底復(fù)合工藝；氧頂吹、氧噴熔劑底吹工藝三種。 1）氧氣頂吹、惰性氣體底吹 并采

13、取頂部加石灰塊造渣，代表方法：LBE/法研院、LD-KG/日川崎、LD-OTB/日神戶 、NK-CB/日鋼管 。KKawasaki 底吹惰性氣體種類有：Ar 、N2、CO2，底部供氣強(qiáng)度在0.030.12m3/（tmin） 。 底部多采用雙層套管式或多孔透氣塞式供氣元件。9/4/202224 2）氧氣頂、底復(fù)合工藝 方法有：LD-OB/新日鐵、 STB /日住友、 STB-P /日住友、LD-HC/ 比利時(shí)、 BSC-BAP/英鋼等。 底吹氧氣需要采用雙層管式供氣元件，使氧氣得到屏蔽，以避免氧氣與爐底耐火材料直接接觸；頂部供氧比為6090，底部供氧比為4010，底部的供氧強(qiáng)度在0.22.5m3

14、/（tmin）范圍，屬于強(qiáng)攪拌類型。 其中STB-P法是日本住友金屬，在底吹O2、CO2、N2基礎(chǔ)上，在轉(zhuǎn)爐頂部噴吹石灰粉，以改善高碳鋼去磷，并用于不銹鋼的生產(chǎn)。 BSC-BAP是英國(guó)鋼公司開(kāi)發(fā)的，用底吹空氣代替氧氣，同時(shí)吹N2或Ar，并用N2 作為冷卻介質(zhì)。9/4/202225 3）氧氣頂吹、氧噴熔劑底吹工藝 典型代表： K-BOP/日川崎 由日本川崎制鐵株式會(huì)社在頂吹轉(zhuǎn)爐的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，是將占總氧量30%的氧氣石灰粉（造渣劑）一道從爐底吹入熔池的，吹氧強(qiáng)度一般為0.81.3m3/（tmin），熔劑的噴入量取決于鋼水脫磷、脫硫的需要。 底部多采用雙層套管式供氣元件。9/4/202226頂?shù)讖?fù)

15、吹轉(zhuǎn)爐示意圖 9/4/2022274.5.3 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐內(nèi)的反應(yīng) 1）成渣速度快 復(fù)吹與頂吹、底吹兩種轉(zhuǎn)爐相比，熔池?cái)嚢璺秶?、?qiáng)烈，成渣速度快。通過(guò)調(diào)節(jié)氧槍槍位化渣，加上底部氣體的攪動(dòng)，形成高堿度、流動(dòng)性良好和一定氧化性的爐渣，成渣時(shí)間比頂吹或底吹轉(zhuǎn)爐的都短。從底部噴入石灰粉造渣的情況，如K-BOP法成渣速度就特別快。9/4/202228復(fù)吹轉(zhuǎn)爐中(FeO)的變化規(guī)律 2）渣中(FeO)含量 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐在吹煉過(guò)程中，渣中的(FeO)的變化規(guī)律和(FeO)含量與頂吹轉(zhuǎn)爐、底吹轉(zhuǎn)爐有所不同，這是復(fù)吹轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)反應(yīng)的特點(diǎn)之一。 9/4/202229渣中(FeO)的比較 就(FeO)含量而言，頂吹（L

16、D）復(fù)吹（LD-OB）底吹（Q-BOP）。 底部吹入的氧，生成FeO在熔池的上升過(guò)程中被消耗掉（鐵還原）； 底吹氣體攪拌，盡管渣中(FeO)低，但化渣不成問(wèn)題（在操作中不需要高的(FeO)）； 上部頂槍吹氧，(FeO)含量比底吹法的高。9/4/2022303）鋼水中的碳吹煉終點(diǎn)的C-O關(guān)系和脫碳反應(yīng)不引發(fā)噴濺，這反映出復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的冶金特點(diǎn)。復(fù)吹轉(zhuǎn)爐頂吹（大部分氧）、底吹（少部分氧），供氧比較均衡，鋼水的脫碳速度高、脫碳反應(yīng)快，而且均比較均勻，使渣中(FeO)含量始終不高（也高不起來(lái)）。在熔池底部生成的FeO與C有更多的機(jī)會(huì)反應(yīng)，F(xiàn)eO不易聚集，從而也很少產(chǎn)生噴濺。 9/4/202231 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐

17、的C-O關(guān)系線低于頂吹轉(zhuǎn)爐，比較接近底吹轉(zhuǎn)爐的C-O關(guān)系線。 當(dāng)?shù)撞看等攵栊詺怏w后，鋼水中C-O的關(guān)系線下移，原因是吹入熔池中的N2或Ar小氣泡降低CO的分壓，同時(shí)還為脫碳反應(yīng)提供場(chǎng)所。與頂吹轉(zhuǎn)爐相比，在相同含碳量下，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐O低、合金收得率高。9/4/2022324）鋼水中的錳 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐中(FeO)低，在吹煉初期，鋼水中的Mn只有30%40%被氧化，待溫度升高后，在吹煉中期的后段時(shí)間，又開(kāi)始回錳，所以出鋼前鋼水中的殘錳較頂吹轉(zhuǎn)爐高。 鋼水中Mn的變化比較9/4/2022335）鋼水中的磷 從爐底部吹入的氧氣，可與金屬液反應(yīng)生成（FeO），（FeO）與P反應(yīng)，也有可能氧直接氧化金屬液中的P

18、生成P2O5。 從反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)看，強(qiáng)有力的熔池?cái)嚢栌欣诿摿?，在吹煉初期，脫磷率可達(dá)40%60%，以后保持一段平穩(wěn)時(shí)間，吹煉后期，脫磷又加快。9/4/2022346）鋼水中的硫 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐脫硫條件要好于頂吹及底吹轉(zhuǎn)爐，原因有以下幾個(gè)方面：渣中(FeO)比頂吹低。底部噴石灰粉、頂吹氧，調(diào)渣靈活，能及早形成較高堿度、流動(dòng)性好的爐渣。底部噴石灰粉，改善渣-鋼接觸、增加反應(yīng)界面，有利于改善脫硫動(dòng)力學(xué)條件。熔池?cái)嚢鑿?qiáng)烈，渣-鋼接觸充分、反應(yīng)界面大，有利于改善脫硫動(dòng)力學(xué)條件。9/4/2022354.5.4 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶金特點(diǎn) 取頂吹與底吹轉(zhuǎn)爐之長(zhǎng)處，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐因供氧、供氣及造渣靈活，使得其具有冶煉周期短、生產(chǎn)率高，鋼質(zhì)量好，消耗低（石灰單耗低，渣量少，合金單耗相當(dāng)于底吹轉(zhuǎn)爐，氧耗介于頂吹與底吹之間）等優(yōu)點(diǎn)。 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐能形成高堿度氧化性爐渣，提前脫磷、直接拉碳，生產(chǎn)低碳鋼種，對(duì)吹煉中、高磷鐵水也有很大的適應(yīng)性。 因此，有越來(lái)越多的頂吹、底吹轉(zhuǎn)爐改造成復(fù)吹轉(zhuǎn)爐，新建的轉(zhuǎn)爐基本上都是復(fù)吹轉(zhuǎn)爐。 9/4/202236 氧氣復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶金特點(diǎn)：1）熔池?cái)嚢鑿?qiáng)烈，熔池?cái)嚢璩潭龋簭?fù)吹底吹頂吹。2）成渣速度快，容易及早形成高堿度、流動(dòng)性好及