冶金新技术讲座PPT(1).ppt

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1、冶金新技术讲座,材料与冶金学院 董方,主要内容,中国钢铁工业现状电炉炼钢新技术转炉炼钢新技术铁水预处理直接还原与熔融还原炉外精炼连铸技术铁合金冶金技术电渣冶金真空冶金,一、中国钢铁工业现状,中国钢产量自96年以来保持世界第一。目前转炉钢比例占85，电炉钢比例占15.2002年人均钢产量141kg/人年，首次超过了世界人均钢产量138kg/人年。2009年我国全年粗钢产量达到5.68亿吨，比钢铁产业调整和振兴规划预计的4.6亿吨超出1亿吨。各级政府审批的合法钢铁企业的产量只有3亿吨左右，另有约3亿吨未经批准。,1.钢铁工业崛起,钢铁工业的发展和现状,生产迅速扩张，总量不断扩大。生产地区相对比较集

2、中。钢材产量超过4000万吨的地区依次为河北、江苏、山东、辽宁、天津，占全国产量的一半以上，其中河北超过1.5亿吨。企业数量众多,2.结构优化,1）1990年 100万吨钢厂仅16家 2010年 1000万吨以上钢厂为10家,集中度大大提高。越来越靠近市场，越来越靠近资金密集地区，越来越靠近便于矿石进口的地区。华北和华东仍是钢铁生产的主导地区，合计产钢约3亿多吨，占全国50%以上。,2）重点企业技术经济指标,平均综合成材率约96.20,（90年代为83.2）,最高99.75%(三明)能耗:0.605 t标准煤/t钢高炉利用系数:2.448T/m3.day入炉焦比:396kg/T,最低289.8

3、5公斤/吨铁(宝钢)平均喷煤比:135kg/T,最高(宝钢)207.74公斤/吨铁。转炉寿命:10000炉以上,2006年最高达30924炉。连铸比:约 98(1990年为25.07）钢铁料消耗最低1049kg/t钢吨钢耗新水平均6.56吨/吨（09年邯钢3.6吨）转炉工序能耗最低-13.09kg标煤/吨钢(太钢)电炉平均综合电耗340千瓦时,废气、固体废弃物、噪声治理,2010年中国钢铁企业产量排名：年产量大于2000万吨：河北钢铁集团4020万吨、宝钢集团3890万吨、首钢钢产量达3154万吨、武汉钢铁集团3030万吨、鞍山钢铁集团3000万吨、江苏沙钢集团2639万吨、山东钢铁集团263

4、8万吨；以下年产量依次为马钢（1500万吨）、包钢（1011万吨）、太钢（960万吨，不锈钢280万吨）、酒泉（856万吨）攀枝花（841万吨）、华菱集团、安阳、南钢；,2010年世界大型钢铁企业钢产量,Mittal(Arcelor)7320万吨、蒲项钢铁公司Posco 2950万吨、新日铁Nippon 2761万吨、日本钢铁工程公司JFE 2628万吨、美国钢铁公司US Steel（1900万吨）、印度塔塔钢铁公司 2009万吨。经过近年的重组、并构，中国将形成宝钢集团、鞍本集团、武钢集团等几个5000万吨以上、具有国际竞争力的特大型钢铁集团，以及若干个1000万吨至3000万吨级的大型钢铁

5、集团。中国粗钢产量近7亿吨、日本1.18亿吨、美国0.915亿吨，其后为俄罗斯、印度、韩国、德国等。,3.中国钢铁工业快速发展原因,市场需求的拉动；建筑、机械、汽车制造、造船、铁道等钢铁消耗较大行业快速发展。技术战略的正确选择（关键性技术的采用、生产流程的优化）；工艺、装备国产化与高新技术的采用使单位产量投资额的降低；大量利用国际铁矿、铬矿、锰矿资源的促进作用。,关键性技术,连铸技术；高炉喷煤粉技术；高炉一代炉役长寿技术；流程工序结构调整结合产能技术;转炉溅渣护炉技术。,a.连铸技术,80年代后期确立了“以连铸为中心”的生产技术方针，九十年代先后攻克了达产技术关、全连铸技术关、高速高效连铸技术

6、关，并积极展开了薄板坯连铸连轧技术有关工程项目的投资与开发。连铸比：1990年 25.07（1480万吨）2003年 93 2005年 96.44%.2010年 约99%铸坯合格率 99%以上，转炉利用系数：最高达82.7吨吨日，2001年平炉全部关闭。最大连铸坯断面：320毫米2300毫米。,b.高炉喷煤粉：,目前我国重点钢铁企业入炉焦比为396公斤(1990年 577.44kg/t)减少焦炉投资；降低成本100元左右；提高利用系数。c.高炉一代炉役寿命的提高：8090年代，23年、34年。现为 8年12年。,d.流程工序结构调整综合节能技术,平均吨钢能耗已降低至0.645吨标煤，这是一系列

7、节能措施实现的结果。降低铁钢比.0.1%-80kg标准煤提高连铸比.降低100kg标准煤/t煤气回收.吨钢能耗降低10 kg标准煤连铸坯热送.提高转炉作业率.,e.转炉溅渣护炉转炉炉龄4000炉提高到10000炉以上转炉有效作业率大幅提高；耐火材料消耗大幅下降；促进了连铸机多炉连浇和提高了连 铸机作业率；减少了频繁的开炉、停炉作业，稳定了转炉的操作工艺。,除此之外，超高功率电炉技术和现代电炉生产流程在90年代中期起得到了较好的发展，90年代我国建了36台超高功率电炉，淘汰了1400台左右的电炉。但废钢相对短缺、电价昂贵都制约了其发展。,大量利用国外资源,铁矿、铬矿、锰矿资源，不可再生。2011

8、年进口的矿产品：,围绕几项关键共性技术的资金约为1400亿元左右（其中在技术改造项目中约为1250亿元），占钢铁工业同期总投资的35左右。有力的推动了上述几项关键共性技术的改造发展，并取得了良好的技术经济效果，大批钢厂结构得到调整，规模效益、成本效益十分的明显。,4.中国钢铁工业优势和面临问题,优势:国内市场相对旺盛；充足的资金；具有投资后发优势，易于采用先进的市场定位，使采用新技术、新装备的余地反而较大，实现技术的跨越的可能性也较大。问题：资源短缺；交通运输制约；环境生态制约，节能减排任务更加艰巨，法律法规要求更加严格，钢铁生产绿色制造和低碳化趋势不可逆转，钢铁生产的环保成本将进一步加大。淘

9、汰落后产能与优化产业布局任务艰巨，产品同质化竞争加剧，竞争范围不断拓宽。我国装备制造业进入产品优化升级阶段，要求优特钢材品种质升级，如果跟不上用户要求，进口钢材将有可能增加。,5钢铁生产技术的发展趋势,21世纪，世界钢铁工业的发展面临严峻的形势，必须采用“高效、优质、低成本、节能、环保”的技术发展方针。开发新工艺技术，提高钢材品质，降低成本。（1）高效生产 炉体长寿，提高设备作业率；提高冶炼强度，缩短生产周期；加强生产调度，实现快节奏连续化生产。（2）提高纯净度 实现全量铁水预处理；转炉少渣冶炼，提高终点控制精度；强化和完善炉外精炼工艺，转炉冶炼钢种高级化、洁净化；特别是各类高级板带材钢种和部

10、分转炉厂进入合金钢制造领域；加强钢水保护,（3）降低生产成本 改善工艺，进一步减少铁消耗和辅助原料消耗；进一步提高成材率；实现连续化生产，减少中间产品的运输、存储和 二次加热；实现智能化生产，提高全员劳动生产率；（4）节能与环境保护 降低生产能耗，回收和利用“二次能源”；煤气、蒸 汽等。减少渣量，回收利用废弃物，实现“再资源”化；减少对环境的污染，实现零排放和清洁生产。,未来的钢铁企业从社会、经济角度看，钢铁厂生产流程应该是三种功能：钢铁产品制造功能；能源转换功能；社会大宗废弃物的处理消纳功能。实现清洁生产、绿色制造等技术措施，解决好钢厂与环境生态的和谐发展，即在获得良好的市场竞争力的同时，实

11、现可持续发展。,一个年产8001000万吨的大型钢铁联合企业，采用可循环钢铁生产新流程每年大约消耗铁矿石1350万吨，煤炭630万吨，生产8001000万吨钢材，同时可消纳社会废钢120万吨，废塑料20万吨，发电90亿kWh，并向社会提供炉渣水泥300万吨。,中国钢铁工业应该通过钢铁制造流程的优化、产品结构的调整和优化，产品质量的提高，充分利用能源，节能、降耗和消纳处理社会大宗废弃物等方面的努力，到2020年左右，成为全球一流的产钢国。,二、电炉炼钢新技术,近年来，电炉炼钢发展迅速，尤其是工业化国家逐渐扩大电弧炉的应用范围和产量，电炉炼钢技术更加完善，已能够生产全部钢种甚至以生产普碳钢为主，随

12、着二次精炼技术的不断发展和完善，电炉冶炼由原来的三期冶炼演变成仅作为熔化设备，并与二次精炼和连铸配套，形成自动化、机械化水平高，功率高、能耗低的“电弧炉炉外精炼连铸”生产系统，即短流程生产工艺。电弧炉已经成为一个低成本的废钢快速熔炼设备。,电弧炉炼钢技术进步,电炉主要技术指标,综合电耗：106KWh/t。（韶关）利用系数：78.979吨/兆伏安（莱芜）。电极消耗：1.226公斤/吨。（安阳）冶炼时间：0.75小时。日历作业率：95.04%。钢铁料消耗：991公斤/吨。热铁水用量：888公斤/吨。(3050%）工序能耗：49.78公斤标煤/吨。（安阳）电耗：300KWh/t.,1.电弧炉炼钢发展

13、,电炉炼钢，主要是指电弧炉炼钢，95的电炉钢是由电弧炉生产的，其余的由感应炉、电渣炉等生产。EAF Electric Arc Furnace促进世界电炉生产技术迅速发展的动力有以下三点：1.社会废钢的积累和增长，2.降低生产成本，3.提高劳动生产率，短流程的劳动生产率可达2500t/人年。,2.现代电炉炼钢技术,本世纪70年代以前，电炉仅是生产少量优质合金钢的冶炼工艺，随着平炉的迅速淘汰和由于转炉熔炼废钢能力的不足，造成社会废钢积累增加，引起对废钢熔炼技术的开发热情。经过20余年的发展，奠定了现代电炉技术的基础。1.改善供电工艺：UHP、DC、导电横臂等。2.引入吹氧强化技术：炉门碳氧枪、助燃

14、烧嘴、泡沫渣冶炼工艺、偏心炉底出钢以及吹氩搅拌等新工艺技术。3.废钢预热技术：竖炉电炉、双壳电炉和Consteel连续加料电炉等。,现代电炉连钢技术,以上新工艺、新技术的采用，电炉的冶炼电耗从700 Kwh/t下降到300Kwh/t，电极消耗从6.5kg/t下降到1.0kg/t，冶炼周期从210min缩短到55-60min，使电炉的生产周期能够与连铸相匹配，形成了短流程生产工艺。钢材生产的整个周期缩短到3.5-4.0h，全员劳动生产率达到2500t/人.年，是高炉转炉流程的3倍，而投资仅为后者的50%，成本比BFBOF降低约20美元。,我国电炉钢生产现状,电炉钢比重,电弧炉装备水平,年份 电弧

15、炉数座 lOO t 5099 t 1149 t 10 t2002 199 l2 24 104 59 2004 l64 l2 28 79 45 2006 152 17 36 70 292007 148 22 49 53 242010 132 35 56 41-,大于50t电弧炉能约占电炉钢总产能的85，成为我国电炉钢生产的主体设备，100 t电弧炉产能占电炉钢总产能的比例不及45，与发达工业国家仍存在较大差距。,生产情况,生产钢种,国外 1 5 0 t 以上的电弧炉几乎都用于冶炼 普通钢，许多国家电炉钢产量的6 0 8 0 均为低 碳钢。而我国受废钢和电力资源不足的限制，电弧 炉主要用于冶炼高合

16、金钢、大型铸锻件用钢、不锈钢 等钢种。随着技术开发力度的继续加大，我国电炉 钢质量有较大提高，一些企业成功开发出氮含量 8 0ppm 钢种，最 低 的氮含 量 可控 制在 3 0ppm，达到了转炉钢的水平，但 目前电弧炉普遍生 产普通钢种不具备成本优势。,3.电炉炼钢技术发展重点,1.电炉能源结构的优化和强化冶炼:UHP，氧燃助熔，熔池脱碳，二次燃烧，废钢预热。以上技术可使冶炼周期缩短到50min以内。2.无污染的废钢预热技术和连续加热技术。3.短流程钢厂的计算机综合管理技术：操作智能化（预报、识别、优化功能），提高生产效率，降低生产消耗。4.提高电炉钢水洁净度的工艺技术。,交流电弧炉的问题：

17、1）电弧不稳，噪音过大，闪烁效应干扰电网、过度的炉壁烧损；2）热效率低，电力传输损失大；3）石墨电极消耗大。大功率可控硅整流装置日趋完善，直流电弧炉重新获得发展。直流电弧炉炉底电极寿命问题的解决，可建大容量的直流电弧炉。,炉底阳极:导电炉底型(ABB型):导电耐火材料做炉底,常用镁质石墨砖(含碳20%).金属触针式(德国MAN-GHH):根据炉子容量在炉底中心区安置80-200根直径30mm的低碳钢触针,触针连接在炉底集电板上,炉底用镁砂打结.炉子工作层厚度600-700mm,消耗速度1mm/炉.水冷金属棒(法国钢铁研究院):圆形的金属水冷电极,低碳钢芯棒穿过钢水直接与钢水接触,钢芯下部装有铜

18、质水套充分冷却钢芯.依电流大小每座炉子可装1-4根底阳极.,4.电弧炉炼钢主要技术特点,原料1）废钢：含有少量的C、Si、Mn，热量不足需要外加热源。Cu、Sn、Pb等有害元素，Ni、Cr、Mo等残留元素。加强废钢管理，挑选分离，配加铁源(改变炉料结构）。2）冷生铁：提高入炉金属料中C和其它易氧化元素含量减少铁的损失。沸腾、造渣、减少铁损、稀释有害元素。配加10%的生铁，每吨钢液产生1.4kgSiO2，0.1kgMnO，0.3kgP2O5，渣量增加5%以上，耗氧量增加5Nm3/t钢。3）直接还原铁DRI和热压块（HBI）：P、S、金属残留元素低，增加配碳量，洁净钢的重要铁源。4）热装铁水：配入

19、2030%，提高冶炼效率。配加10%铁水，带入物理热30kwh/t钢，化学热25kwh/t钢，耗氧6-7Nm3/t钢。,能源,电能：约占总能源的近70%，UHP功率水平基本在800kVA/t钢，冶炼时间可达50min。氧燃烧嘴：总能量构成中占约6%，对冷区加热的助熔效果非常好。燃料为固（煤）、液（柴油）、气（天然气）。化学热：吹氧产生的化学热占总能量的近30%，是现代电弧炉技术的一个重要特点，CO氧化生成CO2的二次燃烧具有很高的化学潜能。当CO在1600燃烧时，1Nm3的氧二次燃烧能产生5.8kwh的热能。电炉用氧量可达40Nm3/t以上。,电能410kwh/t：若通电时间54min：钢液承

20、受的电弧功率：410/（54/60）=456kw/t取cos=0.82，电效率、热效率各为0.9，可求出变压器的功率级别为：456/（0.820.90.9)=688kVA/t通电时间45min，变压器功率级别应提高到825kVA/t改进电弧炉电气运行状态、合理供电、提高功率因素、电效率和热效率是电弧炉技术发展的主题。,电炉大型化,电弧炉容量逐渐增大是近几十年来的基本趋势，国际上指标最先进的电弧炉炉容量大都在80120吨左右，近年来炉容仍有增大的趋势。其原因在于：在其它条件相同的前提下，电弧炉生产率与炉容量呈正比关系，大型化是合理单炉生产规模的保证；大型化有利于提高热效率，并便于集中采用供电、用

21、氧以及机械化、自动化各项先进技术，便于提高管理水平，容易取得较好的生产运行效果；合理大型化是实现全连铸的基础；合理大型化是实现与后步轧机等物流匹配的基础。,超高功率供电,电弧炉的电气运行理论和操作技术的不断进步：近期采用“高电压、长电弧、高功率系数”的操作制度；炉衬的热负荷大幅度增加，相应的技术发展有：提高耐材质量、水冷炉壁、泡沫渣等；熔炼工艺的变化：为了充分利用变压器的能力，传统的电弧炉三期操作消亡，电弧炉变成了一台高效的熔化炉；电弧炉机械结构、自动化系统不断进步，促进了高效、优质、低成本三方面综合发展，如底出钢技术，过程计算机控制；熔炼周期缩短，物料输送和试样化验等负担大大增加。,5.电炉

22、废钢预热和连续化生产技术,1）双炉壳电弧炉双壳电弧炉具有一套供电系统和两个炉壳，一套电极升降/旋转装置交替对两个炉壳供热熔化废钢。其技术特点是将废钢预热与节省非通电时间相结合。双壳电弧炉的发展一是为了提高电弧炉的生产能力；二是为了利用废热节能，预热60%的废钢可节约2530kWh/t的电能。预热100%的废钢（高炉身）可节约6090kWh/t的电能。,双炉壳电弧炉,双炉壳电弧炉,双炉壳电弧炉的烟气和废钢预热系统:中国宝山钢铁公司1996年投产的150吨DC炉即为双壳电弧炉。双壳电弧炉的主要优点：（1）减少辅助操作时间及断电时间，提高生产率20%以上，通电时间比由常规的6570%提高到8595%

23、。（2）在相同产量下，可减少变压器容量，减少供电系统的投资。（3）废钢预热,可提高能源利用率，降低能耗、减少烟气回收系统的规模。目前，已投产和建设中的双壳电弧炉主要分布于日本，美国，韩国，卢森堡，中国等国家，炉容量从40吨到170吨。,双壳电弧炉废钢预热系统,2)Fuchs竖炉电弧炉,1992年由Fuchs System推出,竖炉有一个废钢预热系统，可以是直流或交流的。它用废气的物理热和化学热、以及在竖炉底部的氧-燃烧嘴来加热装在水冷竖炉内的废钢料柱。竖式电弧炉发展：普通竖式电弧炉（SF）、带手指的竖式电弧炉（FSF）、双竖炉的竖式电弧炉（DSF）。分别实现50%、100%废钢预热和一电两炉最

24、短的通电时间。国内润忠、珠江、安阳等引进了Fuchs电炉。技术指标（安阳）,2)Fuchs竖炉电弧炉,Fuchs竖窑式电弧炉的特点是在炉盖的一侧设置一个废钢预热的竖窑，竖窑有两种不同的形式，一是竖窑与电弧炉熔池连通，第1篮料直接加入电炉（约占废钢加入量的50），余下约50%的废钢分两次由竖窑加入，实际堆在炉内废钢之上，被高温废气预热；另一种是竖窑与电炉熔池被一托架（又称指形伐）隔开，除冷炉的第1篮料仍需直接加入电炉外，连续生产期间的废钢均加入竖窑，废钢经预热后打开托架加入炉内，100的废钢可预热，废钢预热温度最高可达800以上。,Fuchs竖炉电弧炉,预热废钢，节能效果好，可节电70-120k

25、Wh/t。装料不影响正常操作，冶炼时通电时间短，生产率提高15%，电极消耗降低20%。竖炉内废钢象一个过滤器，炼钢过程中50%的灰尘留在废钢中或进入炉渣节省了除尘费用，提高了钢水收得率。大功率煤氧枪（氧燃烧嘴）的使用，进一步缩短熔化时间，降低了电耗和电极消耗，提高了生产率。占地面积小。,竖式电弧炉结构,3)Consteel电弧炉,废钢由传送带通过动态密封送入该系统的预热器，废钢通过预热器，靠炉气的化学能和物理热加热至550600，然后进入熔池，炉内总有一定的剩余钢水，有助于熔化加热的废钢。可用的炉料是：废钢、生铁和热压块、热的和冷的直接还原铁。,Consteel电弧炉,Consteel电弧炉原

26、理图,废钢等由传送带加入预热室，由电弧炉尾气加热到500600，然后连续的输入到电弧炉。,Consteel电弧炉短流程工艺,Consteel电弧炉短流程工艺,贵阳钢铁公司为60t的Consteel交流电弧炉，变压器容量为36MVA，单位功率水平为600kVA/t,平均冶炼周期6065min。其供料方式是通过在线运输机，将经过预热的废钢连续的加入电炉，炉内留钢操作以熔化废钢，熔炼全程造泡沫渣节能降耗。该电炉配备管式水冷炉壁，偏心炉底出钢、炉门氧碳枪等装置。,5.电弧炉炼钢主要技术经济指标,（1）冶炼电耗（冶炼用电量kwh）/（合格钢坯、锭量t）kwh/t（2）电极消耗（冶炼电极消耗量Kg）/（合

27、格钢坯、锭量t）Kg/t（3）钢坯（锭）合格率（合格钢坯、锭量 t）/（全部钢坯、锭量t）%（4）合金比（全部合金钢钢坯、锭量t）/（全部合格钢坯、锭量t）%钢中合金元素总量 10%高合金钢 钢中合金元素总量 2.510%中合金钢 钢中合金元素总量 2.5 低合金钢,三 转炉炼钢技术,1.技术发展转炉炼钢法的诞生引起了炼钢技术的进步，在其后的发展中带动了高炉大型化、连铸、炉外精炼技术的进步，奠定了现代钢铁生产工艺的基础。转炉炼钢技术发展可划分为三个技术发展时代：转炉大型化时代(19501970）转炉复合吹炼时代（19801990年）洁净钢冶炼时代（1990）,转炉大型化时代,转炉炼钢技术的发展

28、初期，其发展目标是完善转炉炼钢工艺与设备，提高生产率，实现大型化。主要技术进步：多孔氧枪、开发完善了OG法除尘及煤气回收系统、原料适应性提高、扩大品种低中高碳及合金钢、静态计算机控制与副枪动态检测等一系列工艺装备技术，发明了底吹转炉吹炼工艺。转炉容量从3050吨发展到250300吨。这一时期，转炉炉龄低，采用“三吹二”或“二吹一”的操作体制。经验操作转变为科学控制炼钢：热力学理论；称量检测分析及数据采集记录；氧气量测量及废气成分分析；计算机设定并过程监控。,返回,转炉复合吹炼时代,连铸生产技术的发展对转炉炼钢的生产稳定性提出更高的要求，主要目的是改善吹炼后期渣钢反应远离平衡，实现平稳吹炼。顶底

29、复合吹炼的工艺方法可归纳为三大类：加强搅拌型：顶吹氧，底吹惰性气体（Ar、N2)或CO2，流量大致在0.3m3/t.min以下。强化冶炼型：顶底复吹氧，底吹氧或氧和溶剂，底吹2040%的氧气，顶吹6080%的氧气，如KBOP。增加废钢比型：顶底复吹氧及喷吹燃料，如KMS。改善了转炉的终点操作，降低了钢水、炉渣的氧化性，提高了钢水质量，降低金属吹损耐材消耗，铁钢比降低。转炉炉龄达到30005000炉，传统的“三吹二”或“二吹一”生产体制发生改变。,返回,洁净钢冶炼时代,长寿高效技术：溅渣护炉。降低耐材消耗，实现转炉高效。计算机全自动炼钢：副枪及动态模型，吹炼过程防喷溅动态枪位，终点磷硫预报快速出

30、钢技术，实现全自动控制提高终点命中率，降低终点钢水氧含量。高洁净钢生产技术：对洁净钢的生产需求日益增高的形势下，迫切需要建立起一种全新的洁净钢生产体制。也认识到单纯依赖一个生产工序或单元生产技术的改进，很难达到最佳的经济效果。必须从钢铁生产的整体出发，对整个炼钢生产流程进行改变，才能满足洁净钢生产的技术要求。“分阶段精炼”的工艺思想并得以在实践中不断完善，形成了能大规模廉价生产洁净钢的生产体系。典型分阶段精炼流程：铁水三脱转炉少渣炼钢多功能二次精炼连铸保护浇铸和中包冶金 轴承钢、钢帘线TO 10ppm,管线钢S 10ppm.,转炉炼钢技术进步围绕以下目标,如何进一步提高转炉生产率如何适应社会对

31、钢材质量、性能日益苛刻的要求。如何提高转炉的控制精度如何降低转炉钢的生产成本如何减少对环境的污染，实现清洁生产,2.“分阶段精炼”工艺,“分阶段精炼”的工艺思想是根据洁净钢生产特点提出的，在其指导下开发出许多生产工艺，概括之后可分为以下两类：1）采用铁水运输设备进行铁水三脱预处理。工艺特点是：铁水脱Si（w(Si)0.15）、混 铁车（或铁水罐）铁水喷粉脱磷、脱硫。采用高碱度、低气固氧比工艺实现脱磷、脱硫。2）采用转炉进行铁水三脱处理。工艺特点是：高炉采用低Si操作（0.4），转炉内造中等碱度炉渣，采用高气固氧比工艺脱Si、脱P、脱S；并根据需要在铁水包内进行喷粉深脱硫。,洁净钢生产工艺的变化

32、,用最经济的方法大批量、稳定地生产超纯净钢是当今世界钢铁工业最重要的研究课题，也是各国钢铁企业技术竞争的焦点。,传统流程,新流程,工艺特点比较 钢水提纯新流程以铁水为主，传统流程以钢水为主；新流程在钢水提纯过程中不断稀释炉渣中有害元素的含量，避免了炉渣污染；新流程注重提高生产效率，加快生产节奏；新流程渣量大幅度减少，有利于环境保护。,转炉生产技术指标的变化,转炉铁水三脱处理工艺效果,经过实践，日本对上述两种工艺进行充分的技术评估。技术评估的具体指标是：1)转炉自由空间大，动力学条件好 2）石灰的利用率高，反应效率高。3）顶吹供氧，气/固氧比例提高，热损失小。4）转炉精炼渣的返回利用率高，转炉高

33、碱 度氧化渣可作为脱磷渣返回使用。,采用转炉实现铁水“三脱”优点,除上述工艺效果外，还有以下优点：工艺流程短，不需要采用铁水脱硅、喷粉脱硫、磷工艺，处理成本低。处理能力大，易实现全量铁水预处理。投资小，不需建铁水三脱处理站。工艺稳定，易于操作和控制。问题：降低转炉生产能力。高效转炉生产工艺实现了转炉工艺的重大技术进步。,3.转炉技术进步,3.1全量铁水转炉预处理工艺 采用转炉进行铁水“三脱”，有利于实现全量（100）铁水预处理。目前，日本研究开发的转炉预处理工艺主要有SRP法（住友）、ORP法（新日铁）、NRP法（NKK)等方法。我国钢研总院从 1984年开始研究转炉铁水预处理工艺，与宝钢合作

34、成功地冶炼出 w（SPT.ONH）100 xl0-6的超纯净钢。转炉铁水预处理工艺，在操作方法上有一定区别。但其本质是相同的。即采用渣一钢反应进行脱P、S，而未采用喷粉工艺。以气氧为主向熔池供氧，添加废钢控制反应温度。,a.铁水Si含量的控制,对于铁水脱磷，要求严格控制铁水Si含量。铁水Si含量越低,石灰消耗越小，脱P效率越高。对于喷粉法脱磷，受反应空间的限制，一般要求铁水w(Si)0.15。而对于转炉铁水“三脱”工艺，控制铁水w(Si)0.3，可以保证良好的脱磷效果。采用转炉三脱,预处理工艺可以和高炉低Si铁冶炼工艺相结合，省去铁水脱Si工艺。,铁水Si含量对终点P含量的影响,b.造渣工艺,

35、控制炉渣碱度R=2.53.0，可保证良好的脱S、P效果。脱磷率p90%，s4060%,（FeO）=1015%。造高碱度渣采用以下技术：1）采用脱碳转炉精炼渣作为脱磷合成渣使用；2）增大底吹搅拌强度促进石灰熔化，适当增加萤石量；3）配加由石灰粉和转炉烟尘冷固结制成的高碱度低熔点脱磷剂。,c.强搅拌和弱供氧工艺,强搅拌和弱供氧工艺,生产实践表明，对于300吨的转炉，合适的底搅拌强度为0.120.15Nm3/t.min,表观脱磷速度常数可以达到kp=0.2（%min），纯处理时间约为10min。为避免C的烧损生产中要采取以下措施：严格控制处理温度，避免熔池脱碳升温；采用弱供氧工艺，顶吹供氧强度为0.

36、81.2 Nm3tmin；增强熔池搅拌强度。,d.吹炼温度控制与热平衡,为了保证脱磷和抑制脱碳，兼顾后步炼钢的热量需求，控制处理温度在 13201350 为宜。依靠加入废钢控制反应温度，50 t转炉处理w P=0.25的中磷铁水，可熔化 7090 kgt 钢。表3给出转炉铁水预处理的热平衡概算。从表中可以看出，处理过程熔化废钢消耗热量106.2 106Jt，相当于熔化73 kg废钢所消耗的热量。,转炉铁水预处理的热平衡概算,3.2 少渣炼钢,1)转炉双联工艺,返回,2)冶金特点,转炉采用“三脱”铁水冶炼，铁水Si很低，使渣量大大减少，冶炼的主要任务是降碳升温。3）Mn、Cr矿的熔融还原：由于铁

37、水中的硅低，给少渣冶炼的造渣工艺带来困难。通常采用添加锰矿或铬矿，增加渣中的SiO2含量，以熔化高碱度炉渣。终点含碳量合适，Mn矿的收得率接近100%，Cr矿的收得率在90%以上。4）吹炼热平衡：少渣冶炼，炉渣热损失明显减少，但总的热收入降低，对大型转炉在不加废钢的条件下可保证正常吹炼，对小型转炉，热量略有不足。,住友金属鹿岛厂脱磷转炉指标:吹炼时间为8min，冶炼周期为22min，废钢比为10%(加轻废钢)，出铁温度为1350，渣量为40kg/t。脱碳转炉指标:吹炼时间为14min，冶炼周期为30min，锰矿用量为15kg/t(Mn回收率:30%40%)，渣量为20kg/t。,脱磷转炉和脱碳

38、转炉的吹炼时间为9-12min,转炉炼钢的冶炼周期控制在20min以内。一个转炉炼钢车间给3台连铸机供钢水,是目前世界上生产节奏最快的钢厂。炼铁生产可以采用较高磷含量的低价位铁矿石,铁水磷含量放宽至0.10%-0.15%,降低了矿石采购成本；炼钢时可以使用锰矿石,取代MnFe合金；炼钢渣量显著降低,脱碳炉渣可返回用于脱磷转炉；,住友和歌山制铁所SRP,BRP法工艺,脱磷炉：铁水成分、温度与常规炼钢要求相同,铁水比高于常规炼钢法,约为88%-98%；废钢轻薄废钢、热压铁块等；氧枪为专用脱磷枪；底吹供气强度为0.03-0.25m3/(tmin);吹炼时间为10-12min。脱碳炉：采用6孔大流量脱

39、碳氧枪喷头；底吹条件与脱磷炉相同；使用含锰大于32%的锰矿,加入量为5-15kg/t；吹炼时间15min。,每座转炉设置两套独立的氧枪,一套用于脱碳,另一套用于脱磷,两套氧枪可迅速、准确地更换。转炉设挡渣装置,脱磷出钢时,进行挡渣。一座转炉脱磷作业,另一座转炉脱碳作业,将处于炉役前半期的转炉作为脱碳炉,处于炉役后半期的转炉作为脱磷炉。转炉脱碳渣、脱磷渣处理后按一定比例返回转炉炼钢,吨钢石灰消耗降低了3.6kg。转炉脱磷渣量约20-40kg/t，转炉脱碳渣量约15kg/t。脱碳炉渣全部返回脱磷炉使用,渣中一半的铁可以在炼钢工艺中循环利用。,3.3 智能控制,转炉控制技术的发展经历了静态控制、动态

40、控制和全自动吹炼三个发展阶段。日本各钢厂从 1980年开始采用转炉全自动吹炼技术，使终点C、T的双命中率提高到90以上。转炉全自动吹炼技术包括以下控制内容：1）利用智能化的静态模型，控制吹炼轨迹。2）吹炼过程中的动态控制。3）终点动态控制。4）对终点磷的动态控制。5）对终点的精确控制。,转炉吹炼技术的改进,纯净钢生产的工艺要求,采用全自动吹炼技术以前，终点钢水w(O)0.080.12，无法满足纯净钢生产的工艺要求.为了保证钢水纯净度，要求终点钢水氧含量越低越好,为了精确控制终点钢水O，采用以下工艺技术：1.采用少渣吹炼工艺，精确控制终点C含量。2.提高吹炼后期熔池搅拌强度。3.吹炼末期顶吹采用

41、变流量供氧技术。,供氧强度对终点氧的影响,3.4高效转炉生产工艺,采用转炉双联生产，关键要实现一座转炉生产体制，确保一座转炉的生产能达到传统两座转炉的生产能力。为此，必须实现转炉高效化生产。高效化转炉生产工艺的基本内容包括：（1）缩短吹炼时间：转炉采用“三脱”铁水少渣冶炼，纯吹炼时问通常可缩短 35 min，采用智能控制技术，从终点到出钢的时间可缩短2.53min。（2）缩短辅助时间：由于转炉吹炼速度加快，渣量减少，对炉衬的侵蚀速度降低50。在未采用任何补炉措施的条件下，使转炉炉龄达到 10000炉以上。,实例,日本NKK福山厂利用一座转炉作为脱磷炉，实现100%铁水“三脱”预处理，转炉的冶炼

42、周期从40min缩短到25min，转炉作业率由88%提高到92%，一座300t转炉的月产钢量达到70万吨。,4.技术经济评估,4.1原材料消耗与生产成本双联法生产一吨钢水的铁耗比传统转炉减少25kg。,技术经济评估,辅料消耗包括脱硅，转炉双联工艺的石灰消耗一般比传统转炉减少40%。生产成本,4.2超纯净钢生产,转炉“双联”技术，适于大量的、经济的生产超纯净钢。各工序钢水纯净度指标见下表。,4.3节能与环境保护,转炉采用煤气回收工艺，己经使转炉炼钢工序达到负能耗，如日本君津钢厂1t钢的能耗为-6.27 kg标准煤。(我国转炉工序能耗最低-13.09kg标煤/吨钢，创世界先进水平。宝钢炼钢厂又创造了炼钢厂（包括连铸工序）工序能耗-1.12kgt的世界先进水平。)采用转炉“双联”工艺后，少渣冶炼使氧气脱碳效率升高，有利于煤气回收。同时，由于吹炼时间明显缩短，按转炉冶炼周期每缩短1min可降低转炉电耗1.8kwht规律，1t钢可节电 27 kwh。采用双联”工艺后，转炉生产的总渣量减少 50。,