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热加工行业论坛:转炉炼钢的原理、特点及炉料介绍

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转炉炼钢:

不需要外界热源、主要以液态生铁为原料的炼钢方法。它的主要特点是依靠转炉内液态生铁的物理热以及生铁中的碳、锰、硅、磷等成分与送入炉内的原料发生化学反应,再与炉内氧发生化学反应产生的热量作为冶炼热源来炼钢。炉料中除铁水外,还包括渣料(石灰、石英、萤石等);为了调节温度,也可加入废钢和少量冷生铁。转炉按炉衬耐火材料的性质分为碱性(以镁砂或白云石作炉衬)和酸性(以硅质材料作炉衬)两种;按向炉内吹入煤气的部位分为底吹、顶吹和侧吹;按所用气体不同,又分为空气转炉和氧气转炉。酸性转炉不能除去生铁中的硫、磷,必须采用优质生铁,因此其应用范围受到限制。碱性转炉适用于炼高磷生铁,在西欧得到了很大的发展。空气吹转炉炼钢由于含氮量高,原料受限制,不能使用较多的废钢,在世界范围内尚未得到广泛应用,1952年氧气顶吹转炉问世,至今已成为世界主要炼钢方法。在氧气顶吹转炉炼钢法的基础上,为了吹炼高磷生铁,出现了喷石灰粉的氧气顶吹转炉炼钢法。随着氧气底吹喷嘴技术的发展,1967年德国、法国相继建成氧气底吹转炉。1971年美国引进此项技术,发展了底吹喷氧石灰粉转炉,用于吹炼含磷生铁。 1975年,法国和卢森堡开发成功转炉底复吹炼钢方法。

氧气顶吹炉炼钢:

转炉炼钢法,即LD法,是用纯氧从转炉顶部将铁水吹成钢;在美国通常称为BOF法,又称BOP法,是现代炼钢的主要方法。炉子为直立坩埚,炉子为容器,上面插入直立的水冷氧枪,供氧,炉体可倾斜。炉料通常为铁水、废钢和造渣料;也可加入少量冷生铁、铁矿石。高压纯氧(含O2在99.5%以上)向下吹,氧化去除铁水中的硅、锰、碳、磷等元素,并通过造渣进行脱磷、脱硫。各种元素氧化产生的热量,加热熔池中的液态金属,使钢水达到预定的化学成分和温度。主要用于冶炼非合金钢、低合金钢;但通过精炼手段,也可用于冶炼不锈钢等合金钢。

氧气底吹转炉炼钢:

转炉炼钢法是通过转炉底部的氧气喷嘴将氧气吹入炉内熔池,将铁水冶炼成钢。其特点是:炉子高度和直径都比较小;炉底比较平坦,能快速拆卸和更换;用炉体上的风口、分配器系统和供氧系统代替氧气顶吹转炉的氧枪系统。由于吹炼稳定,喷溅少,烟尘少,炉渣中氧化铁含量低,金属回收率比氧气顶吹转炉高1%~2%;采用粉状造渣料,由于颗粒细,比表面积大,增加了反应界面,所以成渣很快,有利于脱硫、脱磷。此法特别适用于吹炼中磷生铁废钢预热连续加料工艺,因而在西欧应用最为广泛。

连续炼钢:

连续炼钢技术的设想早在19世纪就出现了,由于该工艺具有设备小、工艺简单、稳定等潜在优势,几十年来许多国家对各种方法进行了大量的实验,其中主要三种方法为缝槽法、喷雾法和泡沫法,但至今尚未投入工业生产。

混合炼钢:

利用一炉炼钢,另一电炉炼出还原渣或还原渣与合金,然后在一定高度混合的炼钢方法。此方法可用于处理平炉、转炉、电炉炼出的钢水,提高钢的质量。混合可增加渣与钢的接触面积,加速化学反应和脱氧、脱硫,并有吸收、聚合气体和夹杂物的作用,从而提高钢的纯净度和质量。

复合吹炼钢转炉炼钢:

在顶吹和底吹氧气转炉炼钢方法的基础上发展起来的一种新的炼钢方法,结合了两者的优点,克服了它们的缺点。在原有的顶吹转炉底部吹入不同的气体,以提高熔点。目前世界上大多数国家都采用这种炼钢方法,并开发了各种类型的复吹转炉炼钢技术,如英国钢铁公司开发的以空气+N2或Ar2为底吹气体的复吹转炉炼钢技术,德国克勒克纳-马克斯冶金厂开发的以N2为冷却气体的熔池搅拌复吹转炉炼钢方法BSC-BAP法,该法采用自然底枪将煤从底部喷入熔池。主要有以氧气和石灰粉为主要成分的KMS法、以占总氧气30%的氧气与石灰粉混合从炉底吹入熔池的K-BOP法、新日本制铁公司开发的以占总氧气30%的氧气和石灰粉为主要成分的K-BOP法,从底部吹入10%~20%的氧气,用丙烷或天然气冷却炉底喷嘴等,LD-OB法。

顶吹氧气平炉炼钢:

从20世纪50年代中期开始,在平炉生产中采用一种炼钢方法,即将1~5支水冷氧枪从炉顶插入冶炼室,把氧气直接吹入熔池中,这种方法改善了熔池反应的动力学条件,使碳氧反应的热效应由吸热变为放热,热条件得到改善;生产率大大提高。

电弧炉炼钢:

利用电弧的热作用熔化金属和其他物料的炼钢方法。炼钢用三相交流电弧炉是最常见的直接加热式电弧炉。在炼钢过程中,由于炉内没有可燃气体,可以根据工艺要求形成氧化性或还原性气氛和条件,因此可以用来冶炼优质的非合金钢和合金钢。根据电炉每吨钢的产能,电弧炉可分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉。电弧炉。电弧炉炼钢向高功率和超高功率发展的目的是为了缩短冶炼时间,降低电耗,提高生产率,降低成本。随着高功率和超高功率电炉的出现,电弧炉已成为最流行的熔点。所有的精炼过程都在精炼装置中进行。近十几年来,直流电弧炉因电极消耗低、电压波动小、噪音小等优点,得到很快的发展,可用于冶炼优质钢和铁合金。

机顶盒方式:

原文是日本住友金属公司开发的顶底复吹转炉炼钢法,此法综合了氧气顶吹转炉炼钢法和氧气底吹转炉炼钢法的优点,用于低碳钢的吹炼,脱磷效果好,成本明显降低,所用的底吹气体有O2、CO2、N2等,在STB法的基础上,又开发了顶部喷粉的STB-P法,进一步改善了高碳钢的脱磷条件,并用于不锈钢的精炼。

RH 方法:

又称循环真空处理,是由德国两家公司联合开发,在真空室下方安装两根导管,将钢水穿入其中,抽真空后,钢水上升到一定高度,然后向上升管内吹入惰性气体Ar,Ar上升带动钢液进入真空室进行真空处理后,经另一导管流回钢包。真空室设有加料系统,用于添加合金。此法已成为大容量钢包(>80t)钢水的主要真空处理方法。

RH-OB:

RH吹氧法。是在真空循环脱气(RH)法的基础上加吹氧操作()以提高温度。用于不锈钢的精炼,利用减压下的脱碳反应;用于普通钢的精炼。降低转炉负荷。加铝提高温度也是可以的。

OBM-S 方法:

原名Scarp,是德国斯卡普公司发明的一种氧气底吹转炉炼钢工艺。OBM-S是氧气底吹转炉,炉盖上安装有侧吹氧枪,底部氧枪吹入煤气、天然气,对废钢进行预热,从而达到提高废钢比的目的。

NK-CB 方法:

原名stem,是日本新日铁管公司于1973年创立的一种顶底复吹转炉炼钢方法。即在从顶部吹气的同时,向炉底吹入少量气体(Ar、CO2、N2),以增强炉渣的搅拌,并控制钢水中CO分压。此法采用多孔砖喷嘴,用于低碳炼钢时可降低成本;用于高碳炼钢时有利于脱磷。此法应与铁水预处理工艺相结合

MVOD:

在VAD法设备中加装水冷氧枪,实现真空氧脱碳,由于真空脱碳为放热反应,可省去VAD法的真空加热措施,操作过程与VOD法相同。

LF 方法:

原文是,它是日本特殊钢公司(大同钢特殊钢公司)于1971年开发的一种钢包炉精炼方法,其设备和工艺由氩气搅拌、埋弧加热和合金加料系统组成。此工艺的优点是:能精确控制钢水的化学成分和温度;降低夹杂物含量;合金元素回收率高。LF炉已成为炼钢炉与连铸机之间不可缺少的炉外精炼设备。

LD炼钢法:

1952年,奥钢联林茨厂和奥地利阿尔卑斯矿冶公司多纳维茨厂在工业上首先开发成功氧气顶吹转炉炼钢工艺,并以两厂的首字母命名。此法推出后,很快在世界各地推广,美国称此法为BOF或BOP,是英文或的缩写。详见氧气顶吹、转炉。

LD-OTB 方法:

原名LD-cess,是日本神户制钢所加古川厂开发的一种顶底复合吹炼钢转炉炼钢工艺,其特点是采用特殊的底吹单环缝喷嘴(SA喷嘴),因此底吹气体可在较大范围内控制。底部吹入的是惰性气体。

LD-HC方法:

原名LD-,是比利时开发的一种用于吹炼高磷铁水的顶底复合吹炼转炉炼钢方法,即LD+底吹氧气,用碳氢化合物保护喷嘴。

LD-AC 方法:

原名LD-Arbed-,是法国钢铁研究所为吹炼高磷铁水而开发的顶吹氧气、石灰喷吹炼钢方法。

KS 方法:

原文为采用100%固体物料操作的底煤粉喷氧转炉炼钢工艺,底吹氧气比为60%~100%。

K-ES 方法:

电弧炉炼钢法将底吹煤气技术、二次燃烧技术和喷煤粉技术融为一体,由日本东京制铁公司与德国公司联合开发,可以以煤代电。

FINKL-VAD 方法:

电弧加热钢包脱气法或真空电弧脱气法。其特点是在真空室盖上加设电弧加热装置,在真空条件下用氩气搅拌。此法脱气效果稳定,能脱硫、脱碳并加入大量合金。该设备主要由真空室、电弧加热系统、合金加料装置、真空系统、液压系统等组成。

DH 方法:

德国联合冶金公司研制的一种真空处理装置。真空室内衬有耐火材料,下部装有插入钢包内的衬有耐火材料的导管。真空室或钢包定期下降和上升,使部分钢水进入真空室处理。处理完毕后,又返回钢包。上部有合金化装置和真空加热保温装置。此设备现已不再建置。

CLU 方法:

一种不锈钢精炼方法。其原理与AOD法相同,只是用水蒸气代替氩气。此法由法国-卢瓦尔公司和瑞典公司联合开发,于1973年正式投入生产。钢水接触后分解为H2和O2;H2使CO的分压降低。同时,分解反应是吸热反应,可以抑制钢水温度上升。但铬的氧化和烧损比AOD法严重。

CAS 方法:

原名NG,是在氩气密封的条件下微调合金成分的炉外精炼方法。此方法从钢包底部吹氩,清除炉渣,降下浸入罩,继续吹氩,然后加入合金进行微调成分。其优点是成分可精确控制,合金收得率高。

CAS-OB方法:

它是在CAS设备中增加氧枪的炉外精炼方法,除可微调合金成分外,还可加铝、吹氧升温(化学热法),升温速度为5~13℃/min,可精确控制钢水温度在±3℃以内,有利于连铸生产。

ASEA-SKF 方法:

瑞典开发的一种钢包精炼方法。它采用低频电磁搅拌,常压电弧加热,钢包内造渣精炼,另一工位真空脱气,用氧枪减压吹氧脱碳。为提高精炼效果,还可在钢包底部通过多孔砖吹氩进行搅拌,并可加入合金来调整钢水成分。

AOD 方法:

氩氧脱碳工艺及其简称,原称Argon-n,是冶炼低碳不锈钢的主要精炼方法,由美国公司于1964年开发成功,并于1968年用于实际生产,其冶金原理是用Ar将CO稀释,降低分压,达到真空效果,从而将碳脱到很低的水平。AOD炉体及传动装置与转炉类似,风口设在靠近炉底的侧壁,为Ar+O2混合气,原料为来自初炼精炼炉的钢水,吹炼过程分为氧化期、还原期和精炼期,已成为不锈钢的主要生产工艺。

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特种冶金

包括电渣重熔、真空冶金、等离子冶金、电子束熔炼、区域熔炼等各种炼钢方法的总称。某些高技术或特殊用途要求钢的纯度极高。如果普通炼钢方法采用炉外精炼不能满足要求时,可采用特殊的冶金方法。

电渣重熔:将冶炼好的钢水浇铸或锻制成电极,然后利用炉渣电阻热再次进行重熔,又称电渣重熔。其热源来自炉渣电阻热,重熔时电极被消耗。电极浸入熔化的炉渣中,电流通过电离后的炉渣,使炉渣升温到远高于被熔化的自耗电极熔点的温度,插入炉渣中的自耗电极尖端熔化,形成熔融液滴,而钢水则靠自重穿过渣池,受到洗涤和精炼,然后进入空气污染减少的金属熔池。钢锭与结晶器壁之间形成一层薄渣皮,不仅减缓了径向冷却,而且提高了成品钢锭的表面质量。在结晶器底部水冷作用下,凝固为具有轴向结晶倾向、偏析少的重熔钢锭,提高了热加工塑性。

等离子冶金:利用等离子流作为热源的冶金工艺,即利用等离子枪在定向的等离子射流中将电能转化为热能。等离子射流具有电弧稳定、热量高度集中的特点,可以达到很高的温度,有些等离子枪的工作温度高达5000-20000℃。等离子枪可利用惰性气体(Ar)、还原性气体(H2)等介质,达到不同的冶金目的。等离子炉可用来熔化高熔点金属和活性金属以及金属或合金。等离子技术在钢厂废粉尘处理、铁合金生产工艺中也得到了应用。

喷粉冶金:为加速液态金属与材料之间的物理化学反应,将粉末材料通过气体喷入液态金属中,完成冶金反应,又称喷粉冶金,此工艺广泛应用于铁水预处理、钢包精炼,以达到脱硫、脱氧、成分微调、夹杂物变性等目的。此工艺反应速度快,材料利用率高。

区域冶炼:1952年W.G.P.范恩提出的一种利用杂质元素在液相和固相中溶解度不同的特点来提取金属的工艺。它的运行原理是:假设一根均匀的固态金属棒中有一小段金属被熔化成液体。这小段液体区域从左向右缓慢移动,每移动一次,杂质就会重新分布一次,相当于把杂质赶到右端。经过多次这样的重复,左端的金属就能达到很高的纯度。

真空冶金:在低于0.1MPa至超高真空[133.3×(<760~10-12)Pa]条件下进行的冶金过程,包括金属和合金的提取、冶炼、重熔、精炼、成形和热处理等。其主要目的是:①减少气相对金属的污染;②降低溶解在金属中的气体或挥发性杂质的含量;③促进与气态产物的化学反应;④避免耐火容器引起的污染。随着生产电热材料、电工合金、软磁合金和高温镍基合金等高性能金属材料和新型金属材料的需要,已发展了各种真空熔炼方法,主要有真空电阻熔炼、真空感应熔炼、真空电弧重熔、电子束熔炼和电渣重熔等。

真空电弧熔炼:在真空条件下(10-2~10-1Pa)借助电弧加热重熔金属和合金的工艺方法,又称VAR法。其工艺过程是:用水冷铜坩埚作阳极,熔化自耗电极。阴极接通过滑动密封进入炉体的假电极。输入低压直流电流,在电极与坩埚底部之间起弧,利用电弧加热被重熔金属及合金。将自耗电极重熔成成分均匀、组织致密、纯度高、偏析少的重熔锭。它不仅用于重熔活性金属和耐热难熔金属,还可用于重熔要求更为严格的高温合金及特种钢。

真空电子束熔炼:在较高真空度(133.3×10-4~133.3×10-8Pa)下,由电子枪发射电子束轰击被熔炼材料(作阳极),使其熔化并滴入水冷铜结晶器内凝固,再由机械装置连续拉出锭材。此方法可以调整能量分布,控制熔炼速度。电子束重熔材料纯度高于其它真空熔炼方法,适用于熔炼钨、钼等金属及其合金、高级合金钢、高温合金及超纯金属。

真空电阻熔炼:利用真空状态下电流通过导体产生的热量作为热源的熔炼方法。一般采用间接加热,由电加热体将热能传递给炉内物料。电阻炉内气氛根据需要可以是惰性的,也可以是保护性的。真空电阻炉可以设计成熔炼炉,也可以设计成热处理炉。

真空感应熔炼:在真空条件下利用感应加热效应熔炼金属及合金的工艺方法。电源频率根据炉料和容量选择,有高频(>104Hz)、中频(50-104Hz)和工频(50或60Hz)两种。感应炉又分为有芯(闭槽)和无芯(坩埚)两大类,前者电加热效率高,功率因数高,但对熔体要求高,熔化温度低,适用于单一品种的连续生产熔炼;后者熔化温度高,电加热效率低,适用于特种钢及镍基合金的熔炼。真空感应熔炼在高温合金、高强度钢及超高强度钢的生产中应用十分广泛。

炼钢工艺

造渣:炼钢、炼铁生产中调节炉渣成分、碱度、粘度和反应性的作业,目的是通过炉渣-金属反应生成具有所需成分和温度的金属。例如氧气顶吹转炉的造渣。吹氧作业是为了生成具有足够流动性和碱度的炉渣,使硫、磷降低到计划钢种的上限以下,并尽量减少吹氧时的溅渣量和炉渣溢流。

排渣:电弧炉炼钢时根据不同的冶炼条件和目的,在冶炼过程中采取的排渣或除渣操作。例如,采用单渣法时,氧化结束时必须清除氧化渣;采用双渣法炼还原渣时,在清除原有的氧化渣时,必须全部排出,以防止磷返磷。

熔池搅拌:向金属熔池供给能量,使熔融金属和熔渣运动,以改善冶金反应的动力学条件。熔池搅拌可采用气体、机械、电磁感应等方法实现。

电炉底吹:将N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等气体按工艺要求通过置于炉底的喷嘴吹入炉内熔池,加速熔化,促进冶金反应过程。可缩短冶炼时间,降低电耗,改善脱磷、脱硫操作,提高钢中残余锰含量,提高金属及合金收得率。还可使钢水成分、温度更加均匀,从而改善钢水质量,降低成本,提高生产率。

熔炼期:炼钢的熔炼期主要指平炉炼钢和电炉炼钢。电弧炉炼钢的熔炼期是从开始通电到炉料全部熔化为止,平炉炼钢的熔炼期是从加入铁水到炉料全部熔化为止。熔炼期的任务是尽可能快地熔化和加热炉料,并为熔炼期做好炉渣准备。

氧化期与脱碳期:普通功率电弧炉炼钢氧化期通常是指从炉料熔化清理、取样分析到氧化渣排渣的工艺阶段,也有人认为从吹氧或加矿石脱碳开始。氧化期的主要任务是氧化钢水中的碳、磷;除去气体和夹杂物;使钢水加热均匀。脱碳是氧化期的重要操作工序,为保证钢的纯净度,要求脱碳量要适当,随着炉外精炼技术的发展,电弧炉内的氧化精炼大部分移到钢包或精炼炉内精炼。

精炼阶段:通过造渣等方法从钢水中除去一些对钢质量有害的元素和化合物,通过化学反应被选择进入气相或排出或上浮到炉渣中的炼钢过程。

还原期:在普通功率电弧炉炼钢作业中,从氧化结束到出钢的这段时间通常称为还原期。其主要任务是制造还原渣进行扩散、脱氧、脱硫、控制化学成分和调节温度。目前,在高功率和超功率电弧炉炼钢作业中,已取消了还原期。

二次精炼:将钢水从炼钢炉(转炉、电炉等)转入另一容器中进行精炼的炼钢过程,也叫二次冶金。炼钢过程因此分为一次精炼和炉外精炼两步进行。一次精炼:炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和合金化。精炼:将一次钢水在真空、惰性气体或还原性气氛的容器内进行脱氧、脱氧、脱硫、去除夹杂物和成分微调。把炼钢分为两步的好处是:可以提高钢的质量,缩短冶炼时间,简化工序,降低生产成本。炉外精炼的种类很多,大致可分为常压精炼和真空精炼两大类。根据不同的治疗方法,可以将其分为钢包处理类型的炼油类型和钢包精炼型精炼。

熔融钢搅拌:在精炼过程中搅拌熔融钢的组成和温度,促进了冶金反应的大多数冶金反应。熔融钢在熔融钢是静态的情况下搅拌,通过浮动来清除夹杂物,并在搅拌熔融钢时移除速度慢。

钢丝式喂食:将脱氧,脱硫化和微调粉末包裹在钢丝板上,包括CA-SI粉末,或直接喂养铝线,碳电线等,以深层脱硫和钙处理熔融钢,并以钢材料的摩尔和摩尔的摩尔型和摩尔的功能来处理。包含。

钢包处理:在炉子外的缩写,其特征是简短的时间(大约10到30分钟),无需加热工具,以补偿熔融钢温度的降低,简单的过程操作和较低的设备投资。同氮),钢粉喷涂法(IJ,TN,SL)等属于此类别。

钢化装置:钢包在炉子外的缩写是,其特征的时间比钢上处理的时间更长(大约60至180分钟),它具有多个功能,并且可以补偿各种钢化钢的速度。 C脱气(VAD),钢包(ASEA-SKF),闭合氩气吹构成调节方法(CAS)属于此类别;

Inert gas : Inert gas is blown into the steel. This gas does not in the , but each small from the steel is to a "small " (the H2, N2, CO in the The of CO is close to zero), which has the of "gas ". The of steel by the is to use the and under CO . and with inert gas and , which can the CO in the - . Under lower , the is and is not .

合金:在大多数情况下废钢预热连续加料工艺,将一个或多个合金元素添加到熔融钢的要求是合金的。完成后,合金同时被脱氧剂吸收,并起着合金作用。

组成:确保成品的组成符合所有标准要求。

硅添加:在吹气的结束时,熔融钢中的硅含量非常低,以满足每个钢等级的硅含量要求,除了将其作为脱氧剂的含量增加,还必须以硅酸盐的含量为单位。

终点控制:进行控制以使金属的化学成分和温度达到氧气转换器钢制成钢的末端(氧气末端)。

钢铁:释放钢的操作在钢级的指定要求时,应在钢材料中添加钢的特定要求。

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