三炼钢转炉冶炼低碳钢脱氧合金化工艺优化.docx
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三炼钢转炉冶炼低碳钢脱氧合金化工艺优化
附件1
一、项目基本情况
成果登记号：
项目名称
主要完
成人
主要完
成单位（盖章）
联系人
联系方式
主要完成协作单位（盖章）
申报单位
申报日期
申报单
位意见
申报单位技术主管领导：
申报单位（盖章）
年月日
研究起
止时间
成果应用时间及地点
项目来源
□公司科技进步项目□专利技术□合理化建议
□公司课题□其它
二、项目简介
1、项目概况
三炼钢供CSP低碳钢种主要为SPHC、SPHCZ,均属于铝镇静钢，年产在180万吨左右。
原来的低碳钢脱氧合金化工艺如下：
1、使用铝块进行脱氧、使用中碳锰铁进行合金化。
2、具体加入方法在出钢前加入铝块，出钢1/3后加入中碳锰铁合金化。
近年来随着炼钢成本压力的增加，以及合金降成本的要求，现对低碳钢脱氧合金化工艺进行了优化。
随着转炉底吹快换技术的使用，使转炉底吹系统在整个炉役期都处于良好的状态，转炉底吹搅拌效果有了稳定的保证。
转炉冶炼低碳钢时保证了脱碳效果的快速、稳定。
冶炼低碳钢钢水碳控制能力有了较大的提高，杜绝了钢水碳脱不下去、搅拌效果差导致的钢水碳含量成分不均匀等现象的出现，为使用碳粉代替部分铝进行预脱氧工艺以及使用高碳锰铁代替中碳锰铁进行很进化合金化工艺的推行，提供了基础保障。
措施如下：
1、出钢前期使用碳粉进行预脱氧，降低铝制品的消耗。
2、使用低价的高碳锰铁代替中碳锰铁进行合金化，高碳锰铁在出钢前期首先加入，随后加入碳粉，利用钢水中的氧脱除高碳锰铁中的碳，减少低碳钢增碳。
3、以铝粒代替铝块进行脱氧，便宜对铝制品加入量进行控制。
在出钢后期加入铝粒进行深脱氧并对锰进行还原。
由于铝制品脱氧剂用量降低。
钢水中氧化铝夹杂减少，增加钢水洁净度。
实施后锰合金消耗吨钢降低2.25元。
铝制品消耗吨钢降低3.67元。
2、详细科学技术内容
1、原正常脱氧工艺
在转炉冶炼低碳钢脱氧合金化工艺未优化之前，原来的低碳钢脱氧合金化工艺使用铝锭进行脱氧。
铝锭均为20公斤一块，由于没有相应的加入设备，所以铝锭在出钢前由人工加入，。
转炉供CSP低碳钢要求成品碳含量小于0.06%，且在LF炉精炼处理过程中会增0.01%的碳，所以转炉炉后钢包样碳含量要求控制到0.045%以下。
转炉工序为了控制出钢时钢水增碳，使用中碳锰铁进行合金化，在出钢1/3后加入。
其缺点如下：
1、由于铝锭体积较大，加入包中不易熔化，出钢时漂浮在钢液面上，常常发生烧损现象造成浪费消耗增加，还造成了钢水中Al2O3夹杂的增多，对钢水的浇铸和钢材的成品性能产生不利的影响。
且有白烟冒出造成环境污染。
2、钢水铝含量不均匀，炉后钢包样酸容铝波动大，成分代表性差，给精炼处理造成一定的困难。
统计了6个月的炉后钢包样酸容铝含量其结果如图
3、为了防止钢水增碳使用中碳锰铁进行合金化，成本比较高。
2、脱氧合金化工艺的改进
2.1工艺改进理论分析：
钢包钢水碳-氧反应机理
碳氧反应方程式为：
[C]+[O]={CO}
上式反应达到平衡时：
=lg
=lg
=
+2.003
式中
—气相中co的分压
标准大气压
碳的火度
氧的活度.
钢液中碳的质量百分数
钢液中氧的质量百分数
―碳的活度系数
氧的活度系数
因为冶炼钢种均为低碳钢
均接近1，由于反应主要在钢液面进行，
近似取标准大气压，
则平衡式简化为：
=lg
=
+2.003
（1）
转炉出钢终点时炉内c—O反应达到平衡，①出钢过程中钢水温度降低②气相中CO分压降低、③在出钢前期钢包中钢水量少，加入定量的碳粉后，在一段时间内碳粉主要集中在钢水液面部位，使钢水液面部位参加反应的
的浓度处于较高的状态。
这几个热力学条件均有利于促进C—O进一步反应。
以及出钢过程中钢包底吹氩和钢流冲击对钢水产生强烈搅拌，为促进c—O进一步反应提供了良好的动力学条件，达到降低钢中氧含量的目的。
经统计转炉冶炼低碳钢终点碳含量平均为0.035%，终点温度平均为1640℃，出完钢后钢水平均温度为1600℃。
在吹炼终点副枪检测钢水氧含量，经过统计钢水碳含量在0.035%时对应的氧含量平均为780ppm
设吹炼终点平衡状态T1=1913K,w[C]1=0.035%,
设T2=1873K,w[C]2=0.045%,
将吹炼终点平衡状态带入式
（1）求得w[O]1=0.0703%
将碳粉预脱氧后平衡状态带入式
（1）求得?
w[O]2=0.0531%
w[O]1-w[O]2=0.0703%-0.0531%=0.0172%
理论上转炉冶炼低碳钢碳脱氧平均能从钢水中脱除172ppm的氧
吨钢理论碳粉加入量计算
设参加反应的碳为x
[C]+[O]={CO}
1216
x0.172求解得x=0.129
总碳粉加入量=0.129+0.01=0.229Kg/t。
由于出钢过程中的部分下渣，碳粉在钢液面和空气接触烧损，以及公式中忽略的气相中co的分压的影响。
在相同的条件下，实际碳粉的加入量要大于理论的加入量。
使用高碳锰铁代替中碳锰铁脱氧，高碳锰铁碳含量为6.7%，三炼钢转炉出钢量为110吨，使用高碳锰铁配加量为220公斤，若在完全脱氧后加入，会增碳约0.013%。
为了避免加入高碳锰铁导致的增碳问题，在使用高碳锰铁合金化时，其在钢水脱氧前加入，利用钢水中的氧脱高碳锰铁中的碳以达到防止增碳的目的。
由于先加高碳锰铁进行脱氧合金化，在出钢后期使用铝进行深脱氧前，有部分锰被氧化成（MnO）,但由于以下条件防止锰被过度的氧化
①、在1550℃以上温度范围内，碳优先于锰和氧反应
②、出钢时加入的碳粉以及高碳锰铁中的碳，为防止锰被过度的氧化提供了碳。
在出钢开始时碳粉和高碳锰铁是一次性加入，钢水中处于富裕状态，有效的防止了锰被过度氧化，随着出钢量的增加，钢水中[O]含量升高，[C]含量的下降，锰有部分被氧化，当出钢后期向钢包中加入铝进行终脱氧后，。
反应式如下
[Mn]+[O]=（MnO）
（1）
[Al]+[O]=Al2O3（S）
（2）
2[Al]+3（MnO）=3[Mn]+Al2O3（S）（3）
由于Al的脱氧能力比的脱氧能力强，强脱氧剂能从弱脱氧元素形成的脱氧产物中夺取氧使之分解。
出现了反应式（3）。
当脱氧达到平衡时，反应
（1）
（2）、（3）同时达到平衡。
而w[Al]控制了整个钢液的氧浓度。
实际当中铝终脱氧后钢液的酸溶铝达到了50-150ppm,而与之平衡的氧在15ppm以下。
所以绝大部分（MnO）被铝还原为[Mn]。
锰在整个脱氧过程中损失很小。
脱氧工艺优化方案及实施。
1、工艺措施改进
1、冶炼低碳钢放弃使用铝锭脱氧，改用粒度较小的铝粒脱氧，铝粒体积小熔化块快、烧损少。
使用合金加料设备精确称量加入，可以随时控制铝粒加入量和加入时机。
2、铝制品加入量
1）低碳钢铝制品参考加入量：
转炉出钢终点碳目标≤0.045%，包样碳按照≤0.045%配加，钢水Als控制目标50—150ppm。
出钢碳（%）
0.046-0.055
0.036-0.045
0.025-0.035
＜0.025
碳粉加入量（kg/炉）
0
10
20
30
铝粒加入量
（kg/炉）
100
120-140
140-160
200
2、使用价格相对较低的高碳锰铁替代中碳锰铁进行合金化。
高谈锰铁加入量
根据钢种要求加入根据装入量大小进行微调。
低碳钢种SPHC系列的加入量平均220公斤。
4、转炉操作要点：
1）一次倒炉取大样判断碳，通过点吹氧量判断终点碳，决定碳粉和铝制品加入量；
2、转炉低碳钢出钢温度要求≥1610℃，目标温度1630-1650℃。
2）格控制脱氧碳粉加入时机，出钢30s内须将用以脱氧的碳粉加完；为防止出现翻包事故，禁止出钢前加入碳粉，必须见钢流后，方可加入碳粉，并吹气搅拌，促进反应，如果底吹效果不好，采取晃包措施，加强搅拌；
出钢后，高碳锰铁随碳粉同时加入
3）出钢过程中，出现钢水液面翻腾现象时向钢包中加入白灰300kg，用来击破钢水中的气饱，防止钢液面快速上升。
4、铝粒的加入时机，要待钢包内碳一氧反应趋于平静后再加入铝粒终脱氧，以防碳粉氧化不彻底造成钢水增碳；铝粒加入一般在出钢2/3之后加入。
4）出钢口的维护：
出钢口要求钢流圆整，出钢时间＞3.5分钟。
保证碳氧由充分的反应时间。
5）吹氩控制：
首先保证钢包底吹系统处于良好的状态；良好的吹氩效果是保证钢水充分反应的基础，加入碳粉后，一定要加强搅拌，促进充分反应，同时要求尽量延长吹氩时间，到加挡渣锥时可以关闭。
7）对于已知的钢包不透气，不采用碳粉预脱氧工艺。
钢包碳含量比例，铝粒加入量。
精炼酸溶铝对比
五、改进前后方案对比：
钢种范围
主要措施
改进前
改进后
SPHC
SPHD等低碳钢
终点碳
＜0.045%
≤0.055%
脱氧操作
出钢过程中加入脱氧剂
出钢过程根据终点碳决定碳粉加入量
改进前后效果对比：
钢种范围
主要项目
改进前
改进后
SPHC
SPHD等低碳钢
转炉终点碳含量
＜0.045%
≤0.055%
转炉终点氧含量
800—1000ppm
700-1000ppm
钢包钢水碳含量
≤0.045%
≤0.045%
出钢温度变化
1590-1610
1610-1630
从上表可以看出在保证了吹氩站碳含量都能满足钢种要求的前提下，其它指标都大大好转；
六、脱氧剂消耗对比：
钢种
项目
改进前
改进后
SPHC
SPHD等低碳钢
脱氧用铝合金（全部折算为全铝）消耗kg/t
1.63
1.21
差值
0.42
含铝脱氧剂降低20%的消耗
七、成品质量跟踪：
改进后的钢水在薄板坯连铸浇注顺畅，成品带卷质量良好。
八、结论：
通过脱氧工艺改进充分利用出钢过程中的动力学条件和热力学条件，使得适当留碳低氧出钢、出钢过程不加入任何脱氧和合金，在吹氩站喂铝线脱氧，在精炼调整合金成分这套方案在低碳钢SPHC/SPHD等钢种上试用成功，取得了如下效果：
1、降低了转炉终点氧含量，使得炉况吃损减轻；
2、减少了终点过度吹损，金属收的率得以提高；
3、降低了脱氧合金消耗大约20%；
4、用于合金化的合金收的率也相应提高；
5、浇注顺利、成品质量良好。
（纸面不敷，请加页）
3、关键技术及创新点
（限400汉字）
4、保密要点
（限50汉字）
5、经济、社会效益情况表单位：
万元
项目总投资
经济效益总额
栏目
年份
新增产值
新增利税
创收外汇
增收（节支）总额
累计
表中所列效益额的计算依据及社会效益说明
6、专利情况
专利申请号
专利号是否授权
授权起止时间
专利简要内容
序号
姓名
性别
出生年月
技术职称
文化程度
工作单位
联系电话
对项目创造性贡献
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
三、主要完成人员名单（特等奖15人、一等奖9人、二等奖7人、三等奖5人）
其它申报材料
1、………………………项目承包合同书；
2、………………………检验试验报告；
3、……………………主要设计图纸；
4、……………………本项目以往的获奖及有关验收、鉴定、评审情况。
填写说明
1、《项目名称》：
要准确、简明、具体，并反映出项目所属的技术领域和特征，字数（含符号）不得超过30个汉字。
2、《主要完成人》：
按完成人对该项目创造性贡献大小的顺序填写，其中对获特等奖的成果发主研人1—15名荣誉证书，获一等奖的成果发主研人1—9名荣誉证书，获二等奖的成果发主研人1—7名荣誉证书，获三等奖的成果发主研人1—5名荣誉证书。
3、《主要完成单位》：
指对该项目的完成做出创造性贡献的主要单位。
4、《主要完成协作单位》：
与主要完成单位协作完成项目的主要协作方，要求协作方盖章。
5、《申报单位》：
科技成果申报单位。
6、《申报日期》：
提交成果申报书的日期。
7、《申报单位意见》：
申报单位对项目明确作出客观的评价，并由该单位主管厂（处）级领导签字后，加盖单位公章。
8、《研究起止时间》：
起始时间指项目下达或开始研制时间。
完成时间指论文公开发表、项目通过验收、鉴定或投产的时间。
9、《成果应用时间及地点》：
指成果正式投产时间或技术措施正式应用于实践的时间及地点。
10、《项目来源》：
选择适当的类别在□内打“∨”。
11、《项目概况》：
填写项目所属技术领域、立项背景、主要内容、特点及应用推广情况。
12、《详细科学技术内容》：
是考核评价该项目是否符合授奖条件的主要依据，应详述该项目实质性的技术内容，包括总体思路、技术方案和实施效果。
13、《关键技术及创新点》：
是申报项目的核心部分及评奖的必要条件，也是审查项目、处理争议的关键依据。
写明本项目在原来的基础上有实质性创新的内容，应简明、准确、完整。
14、《保密要点》：
指明申报项目需要保密的技术内容。
15、《经济、社会效益情况》：
逐年填写项目实施后的增值、增利及创收情况。
要求内容真实客观。
对项目实施后所产生的直接或间接经济效益进行说明，要求列出计算公式，并注明公式中各项数据的意义、单位及数据来源。
社会效益情况应扼要地说明项目在推进科技进步、提高生产管理水平、保护资源环境等方面所起的作用。
16、《专利情况》：
简要写明该项目申请专利情况。
17、《主要完成人员名单》：
根据完成人员对项目贡献大小按顺序填写人员情况。
18、《其它材料》：
将所列有关内容以书面形式附项目申报表后，其中《本项目以往的获奖及有关验收、鉴定、评审情况》应将有关验收、鉴定及评审意见复印件附后。
按A4纸进行装订。
19、申报材料用A4纸打印2份，左装订。
字体要求：
仿宋，四号字，单倍行距。
附件2
邯钢科技成果申报协议书
经___________________与_________________友好协商，就关于__________________项目申报公司科技成果的有关事宜达成如下协议：
一、本成果的主要完成单位：
_______________________
二、本成果的主要协作单位：
________________________
三、本成果的申报单位：
____________________________
四、成果的研究起止时间：
___________________________
五、成果的应用地点及时间：
_________________________
六、本成果主要完成人员名单：
七、本成果的申报经过各完成单位协商同意，完成单位、完成人员排序无异议，特此说明。
主要完成单位（盖章）主要协作单位（盖章）
主管领导签字：
主管领导签字：
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