1 炼钢用原材料.docx
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1炼钢用原材料
1炼钢用原材料
原材料是炼钢的基础，原材料的质量对炼钢工艺和钢的质量有直接影响。
倘若原材料质量不合技术要求，势必导致消耗增加，产品质量变差，有时还会出现废品，造成产品成本的增加。
国内外实践证明，采用精料以及原料标准化，是实现冶炼过程自动化的先决条件，也是改善各项技术经济指标和提高经济效益的基础。
炼钢用原材料一般分为主原料、辅原料和各种铁合金。
1.1主原料
氧气顶吹转炉炼钢用主原料为铁水和废钢。
1.1.1铁水
铁水一般占转炉装入量的70％～100％。
铁水的物理热与化学热是氧气顶吹转炉炼钢的基本热源。
因此，对入炉铁水温度和化学成分必须有一定要求。
1.1.1.1铁水的温度
铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志，铁水物理热约占转炉热收入的50％。
因此，铁水的温度不能过低，否则热量不足，影响熔池的温升速度和元素氧化过程，也影响化渣和去除杂质，还容易导致喷溅。
我国规定，入炉铁水温度应大于1250℃，以利于转炉的热行，成渣迅速，减少喷溅。
小型转炉和化学热量不富裕的铁水，保证铁水的高温入炉极为重要。
转炉炼钢时入炉铁水的温度还要相对稳定，如果相邻几炉的铁水入炉温度有大幅的变化，就需要在炉与炉之间对废钢比作较大的调整，这对生产管理和冶炼操作都会带来不利影响。
1.1.1.2铁水的化学成分
氧气顶吹转炉能够将各种成分的铁水冶炼成钢，但铁水中各元素的含量适当和稳定，才能保证转炉的正常冶炼和获得良好的技术经济指标，因此力求提供成分适当并稳定的铁水。
表1-1是国家标准规定的炼钢用生铁化学成分，表1-2是我国一些钢厂用铁水成分。
A硅（Si）
硅是炼钢过程的重要发热元素之一，硅含量高，热来源增多，能够提高废钢比。
有关资料认为，铁水中ωsi每增加0.1％，废钢比可提高1.3％。
铁水硅含量视具体情况而定。
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/℃
Si
Mn
P
S
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
≤0.30
≤0.015
0.024
1220～1310
包钢
0.72
1.73
0.580
0.047
>1200
攀钢
0.064
0.052
0.050
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
化学成分ω/%
Si
Mn
P
S
美国
0.80～1.20
0.60～1.00
≤0.15
≤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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