1 炼钢用原材料Word格式.docx
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例如美国,由于废钢资源多,所以大多数厂家使用的铁水ωsi=0.80%~1.05%。
Si氧化生成的SiO2是炉渣的主要酸性成分。
因此铁水硅含量是石灰消耗量的决定因素。
目前我国的废钢资源有限,铁水中ωsi=0.50%~0.80%为宜。
通常大、中型转炉用铁水硅含量可以偏下限;
而对于热量不富余的小型转炉用铁水硅含量可偏上限。
过高的硅含量,会给冶炼带来不良后果,主要有以下几个方面:
(1)增加渣料消耗,渣量大。
铁水中ωSi每增加0.1%,每吨铁水就需多加6kg左右的石灰。
有人做过统计,若铁水ωsi=0.55%~0.65%时,渣量约占装入量的12%;
如果铁水中ωsi=0.95%~1.05%时,渣量则为15%。
过大的渣量容易引起喷溅,随喷溅带走热量,并加大金属损失。
对去除S、P也不利。
表1-1炼钢用生铁化学成分标准(GB717—82)
铁种
炼钢用生铁
铁号
牌号
炼04
炼08
炼10
代号
L04
L08
L10
化学成分/%
C
≥3.50
Si
≤0.45
>
0.45~0.85
0.85~1.25
Mn
一组
≤0.30
二组
0.30~0.50
三组
0.50
P
一级
≤0.15
二级
0.15~0.25
三级
0.25~0.40
特类
≤0.02
S
一类
0.02~0.03
二类
0.03~0.05
三类
0.05~0.07
表1-2我国一些钢厂用铁水成分
厂家
化学成分ω/%
入炉温度/℃
V
首钢
0.20~0.40
0.40~0.50
≤0.10
<
0.050
1310
鞍钢三炼
0.52
0.45
(≤0.10)①
0.013
(>
1250)①
武钢二炼
0.67
≤0.015
0.024
1220~1310
包钢
0.72
1.73
0.580
0.047
1200
攀钢
0.064
0.052
0.323
宝钢
0.40~0.80
≥0.40
≤0.120
≤0.040
①为厂家规定值。
(2)加剧对炉衬的冲蚀。
据有的厂家统计,当铁水Si>
0.8%时,炉龄有下降的趋势。
(3)降低成渣速度,并使吹损增加。
初期渣中ωSiO2超过一定数值时,影响石灰的渣化,从而影响着成渣速度,也就影响着P、S的脱除,延长了冶炼时间,使铁水吹损加大,也使氧气消耗增加。
此外,对含V、Ti铁水提取钒时,为了得到高品位的钒渣,要求铁水硅含量要低些。
B锰(Mn)
锰是弱发热元素,铁水中锰氧化后形成的MnO能有效地促进石灰溶解,加快成渣,减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀;
减少氧枪粘钢,终点钢中余锰高,能够减少合金用量,利于提高金属收得率;
锰在降低钢水硫含量和硫的危害方面起到有利作用。
但是高炉冶炼含锰高的铁水时将使焦炭用量增加,生产率降低。
因而目前对转炉用铁水锰含量的要求仍存在着争议,同时我国锰矿资源不多,因此对转炉用铁水的锰含量未作强行规定。
实践证明铁水中Mn/Si的比值为0.8~1.00时对转炉的冶炼操作控制最为有利。
当前使用较多的为低锰铁水,一般铁水中ωMn=0.20%~0.40%。
C磷(P)
磷是强发热元素,磷会使钢产生“冷脆”现象,通常是冶炼过程要去除的有害元素。
磷在高炉中是不可去除的,因而要求进入转炉的铁水磷量尽可能稳定。
铁水中磷来源于铁矿石,根据磷含量的多少铁水可以分为如下三类:
ωP<
0.30%低磷铁水;
ωP=0.30%~1.00%中磷铁水;
ωP>
1.50%高磷铁水。
氧气顶吹转炉的脱磷效率在85%~95%,铁水中磷含量越低,转炉工艺操作越简化,并有利于提高各项技术经济指标。
吹炼低磷铁水,转炉可采用单渣操作,中磷铁水则需采用双渣或双渣留渣操作;
而高磷铁水就要多次造渣,或采用喷吹石灰粉工艺。
如使用ωP>1.50%的铁水炼钢时,炉渣可以用作磷肥。
为了均衡转炉操作,便于自动控制,应采取炉外铁水预处理脱磷,达到精料要求。
国外对铁水预处理脱磷的研究非常活跃,尤其日本比较突出,其五大钢铁公司的铁水在入转炉前都进行了脱Si、脱P、脱S的三脱处理。
另外,对少数钢种,如高磷薄板钢、易切钢、炮弹钢等,还必须配加合金元素磷,以达到钢种规格的要求。
D硫(S)
除了含硫易切钢(要求ωS=0.08%~0.30%)以外,绝大多数钢中硫是有害元素。
转炉中硫主要来自金属料和熔剂材料等,而其中铁水的硫是主要来源。
在转炉内氧化性气氛中脱硫是有限的,脱硫率只有35%~40%。
近些年来,由于低硫ωs<0.01%的优质钢需求量急剧增长,因此用于转炉炼钢的铁水要求ωs<0.020%,有的要求甚至还更低些。
这种铁水很少,为此必须进行预处理,降低入炉铁水硫含量。
1.1.1.3铁水除渣
铁水带来的高炉渣中SiO2含量较高,若随铁水进入转炉会导致石灰消耗量增多,渣量增大,喷溅加剧,损坏炉衬,降低金属收得率,损失热量等。
为此铁水在入转炉之前应扒渣。
铁水带渣量要求低于0.50%。
国外一些厂家使用铁水的成分如表1-3所示。
1.1.2铁水预处理
铁水预处理是指铁水在兑入炼钢炉之前,为去除或提取某种成分而进行的处理过程。
例如对铁水的炉外脱S、脱P和脱Si,即三脱技术就属于铁水预处理的一种。
铁水进行三脱可以改善炼钢主原料的状况,实现少渣或无渣操作,简化炼钢操作工艺,以经济有效地生产低P、S优质钢。
表1-3国外一些厂家用铁水平均成分
国家或厂名
美国
0.80~1.20
0.60~1.00
≤0.030
日本大分厂
0.55~0.60
0.097~0.105
0.020~0.023
英国托尔伯特厂
0.65
0.75
0.15
0.030
联邦德国布鲁豪克森厂
0.58
0.71
0.2~0.3
0.023
1.1.2.1铁水炉外脱硫
以往的炉外脱硫,只是作为避免出号外铁的补救措施。
由于它技术上可行,经济上合算,逐渐演变成为提高钢的性能和质量,提高经济效益的必要手段之一。
现在炉外脱硫技术日趋成熟,已成为现代钢铁生产的重要环节之一。
铁水的炉外脱硫原理与炼钢炉内脱硫的原理基本一样。
从热力学角度讲,脱硫过程是选择与硫结合力大于铁与硫结合力的元素或化合物,并使硫转化成微溶或不溶于铁液的硫化物。
同时创造良好的动力学条件,加速脱硫反应的进行。
研究表明,铁水脱硫条件比钢水脱硫优越,脱硫效率也比钢水脱硫高4~6倍。
主要原因如下:
(1)铁水中含有较高的C、Si、P等元素,提高了铁水中硫的活度系数;
(2)铁水中氧含量低,利于脱硫。
A脱硫剂的选择
选择脱硫剂主要从脱硫能力、成本、资源、环境保护、对耐火材料的侵蚀程度、形成硫化物的性状、对操作影响以及安全等因素综合考虑而确定。
目前使用的脱硫剂有以下几种:
(1)电石粉。
其主要成分为CaC2,是一种重要脱硫剂,其粒度在0.1~1mm。
电石粉加入铁水后与硫发生反应如下:
CaC2(固)+[FeS]=CaS(固)+[Fe]+2[C]
电石粉有如下特点:
在高硫铁水中,CaC2分解出的Ca离子与S的结合力强,因此有很强的脱硫能力,脱硫反应又是放热反应,可减少脱硫过程铁水的温降。
脱硫产物CaS的熔点很高,为2450℃,在铁水液面形成疏松固体渣,不易回硫,易于扒渣,同时对混铁车或铁水包内衬侵蚀较轻。
脱硫过程有石墨碳析出,同时还有少量的CO和C2H2气体逸出,并带出电石粉,因而污染环境,必须安装除尘装置。
电石粉是工业产品,价格较贵。
CaC2吸收水分后会产生下列反应
CaC2(固)+2H2O=Ca(OH)2+C2H2↑
CaC2(固)+H2O=CaO(固)+C2H2↑
生成的C2H2是可燃气体,易产生爆炸。
所以要特别注意电石粉在运输和贮存过程的安全。
(2)石灰粉。
其主要成分是CaO。
石灰粉加入铁水后产生如下反应;
4CaO(固)+2[FeS]+[Si]=2(CaS)+2[Fe]+(2CaO·
SiO2)
2CaO(固)+2[FeS]+[Si]=2(CaS)+2[Fe]+(SiO2)
石灰粉有如下特点:
在脱硫的同时,铁水中的Si被氧化生成2CaO·
SiO2和SiO2,相应地消耗了有效CaO,同时在石灰粉颗粒表面容易形成2CaO·
SiO2的致密层,阻碍了硫向石灰颗粒内部扩散,影响了石灰粉脱硫速度和脱硫效率,所以石灰粉的脱硫效率只是电石粉的1/4~1/3。
为此,可在石灰粉中配加适量的CaF2、A1或Na2CO3等成分,破坏石灰粉颗粒表面的2CaO·
SiO2层,改善石灰粉的脱硫状况。
例如,加A1后使石灰粉颗粒表面形成了低熔点钙的铝酸盐,提高脱硫效率约20%;
加入Na2CO3可以使CaO反应速度常数由0.3增长为1.2;
若加CaF2成分,反应速度常数可提高至2.5。
脱硫产物为固态,便于扒渣,对铁水包内衬耐火材料侵蚀较轻,但渣量较大。
石灰粉在喷粉罐体内的流动性较差容易堵料,同时石灰极易吸水潮解。
石灰粉价格便宜。
(3)石灰石粉。
其主要成分是CaCO3,属于石灰脱硫范畴。
石灰石受热分解反应如下:
CaCO3(固)=CaO(固)+CO2↑
石灰石粉有如下特点:
石灰石分解排出的CO2强烈地搅动了铁水,利于脱硫反应;
同时CaCO3在铁水深处分解时能生成极细的石灰粉粒,具有很高的活度,可提高脱硫效率。
石灰石分解出的CO2与铁水中Si反应会放出热量,其热量与CaCO3分解吸收热量大体相抵。
因而,使用石灰石脱硫,铁水不会过分降温,与使用石灰粉脱硫大致相当。
资源丰富,价格便宜。
(4)金属镁和镁基材料
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