冶金概论电子教案第四章 炼钢

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1、第四章炼钢4.1钢铁制造流程钢具有很好的物理化学性能与力学性能，可以进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，因此钢比铁的用途广泛。除约占生铁总量10%的铸造生铁用于生产铁铸件外，90%的生铁要冶炼成钢。钢是国民经济发展的十分重要的原材料，其产量仅次于水泥。我国2007年钢产量已达5亿吨。现代炼钢工艺主要的流程有两种，即：以氧气转炉炼钢工艺为中心的钢铁联合企业生产流程和以电炉炼钢工艺为中心的小钢厂生产流程。通常习惯上人们把前者叫做长流程，把后者叫做短流程，具体见图4.1。图4.1钢铁制造流程图长流程工艺：从炼铁原燃料(如烧结

2、矿、球团矿、焦炭等)准备开始，原料入高炉经还原冶炼得到液态铁水，经铁水预处理(如脱硫、脱硅、脱磷)兑入顶底复吹氧气转炉，经吹炼去除杂质，将钢水倒入钢包中，经二次精炼(如RH、LF、VD等)使钢水纯净化，然后钢水经凝固成型(连铸)成为钢坯，再经轧制工序最后成为钢材。由于这种工艺生产单元多，生产周期长，规模庞大，因此称之为钢铁生产的长流程工艺。短流程工艺：将回收再利用的废钢经破碎、分选加工后，经预热加入到电弧炉中，电弧炉利用电能作能源熔化废钢，去除杂质(如磷、硫)后出钢，再经二次精炼(如LF/VD)获得合格钢水，后续工

3、序同长流程工序。由于这种工艺流程简捷，高效节能，生产环节少，生产周期短，因此称之为钢铁生产的短流程工艺。14.2铁水预处理4.2.1铁水预处理技术概述铁水预处理指铁水在进入转炉前，为除去某些有害元素的处理过程。主要是使其中硫、硅、磷含量降低到所要求范围，以简化炼钢过程，提高钢的质量。铁水预处理按需要可以分别在炼铁工序、炼钢工序进行，如铁水沟、盛铁水容器(铁水包、鱼雷罐)或转炉中进行。硫是钢中有害元素之一，钢中含硫量高易引起热脆，且降低钢的强度、横向机械性能和深冲压性能。由于转炉炼钢脱硫效果不好(一般脱硫率为30%～

4、40%)，人们便尝试在铁水兑入转炉前进行铁水预脱硫处理。铁水炉外脱硫技术在上世纪60年代氧气顶吹转炉炼钢工艺发展后得到迅速推广，在国外已趋成熟，在实际生产中大量应用，处理工艺方法约数十种之多。先后发明的工艺大致可分为分批处理法和连续处理法两大类，其中分批处理法又可分为铺撒法(含倒包法)、机械搅拌法、吹气搅拌法、喷射法、镁脱硫法等。目前常用的方法有喷吹法和KR搅拌法。铁水脱硫条件比钢水脱硫优越，其主要原因如下：1)铁水中[C]、[Si]含量高，提高硫的反应能力；2)铁水中[O]含量低，提高渣铁之间的硫分配比。因此，铁

5、水脱硫费用比其他工序低，其费用比值为：高炉脱硫：铁水预处理脱硫：转炉：炉外精炼=2.6:1:16.9:6.1国外工业上应用的铁水炉外脱硫剂主要有：电石(CaC2)、石灰(CaO)、金属镁以及以它们为基础的复合脱硫剂。继铁水预脱硫之后，为适应冶炼纯净钢(特别是低磷钢和超低磷钢)的需要，人们尝试进行铁水预脱磷。但脱磷之前必须先脱硅，脱硅是适应铁水预脱磷的需要，也可减少转炉炼钢石灰消耗量和渣量。目前，铁水预脱硅、铁水预脱磷均采用氧化方法，前者常在铁水沟、盛铁水容器中喷吹氧化剂进行，后者则常在盛铁水容器中喷吹氧化剂进行。日

6、本在预脱磷工艺方面先后开发了转炉双联法如：SRP法(住友)，1987年；ORP法(新日铁)，1989年；NRP法(NKK)。4.2.2铁水预脱硫1）脱硫剂（1）石灰(CaO)CaO脱硫反应如下：θ-1CaO+[S]=CaS(s)+[O]Δ=GT109070−29.27Jmolg(4.1)θ-1CaO(s)+[S]+[C]=CaS(s)+CO(g)Δ=GT8667068.96−Jmolg(4.2)11θ-12CaO(s)+[S]+[Si]=CaSs)+((2CaOSiO)ggΔ=GT−25193083.36+Jmol

7、(4.3)222CaO脱硫有如下特点：2（a）在高碳有一定硅含量的铁水中，CaO有较强的脱硫能力，在l350℃时。用CaO-3脱硫，反应的平衡常数值可达6.489，反应达平衡时，铁水中的含硫量可达3.7×10%。（b）脱硫渣为固体渣，对铁水容器内衬耐火材料侵蚀轻微，扒渣方便，但由于其脱硫能力较CaC2差，故耗量较大，渣量较多，且固体渣包裹着大量铁珠，铁损较大(约7~15kg/t铁)。（c）石灰粉流动性差，在料罐中易“架桥”堵料，且石灰粉极易吸潮，吸潮后，其流动性更大大恶化，潮解生成的Ca(OH)2不但影响脱硫效果，

8、而且污染环境，因此，石灰粉最好也在干燥氮气下密封贮存在单独料仓内。（d）CaO脱硫过程是暴露在大气下进行的，铁水中的[Si]会被氧化生成(SiO2)，(SiO2)将与CaO作用生成(2CaO·SiO2)，相应地消耗了有效CaO量，降低了脱硫效果。因此，用CaO脱硫，最好能在惰性气体或还原性气氛下进行。（e）石灰粉资源广，价格低，易加工，使用安全。（2）电石(