冶金工程概论氧气转炉炼钢(讲义设备)

钢冶金学重庆科技学院王宏丹◆氧气底吹转炉炼钢氧气底吹转炉炼钢OBM法和LWS法吹炼高磷铁水时的成分变化Q-BOP法吹炼过程中钢水和炉渣成分的变化Q-BOP法吹炼过程炉渣成分的变化吹炼终点[C]和[O]的关系图终点[C]和[Mn]的关系Q-BOP和LD炉内渣中（FeO）6.2.1 顶底复吹转炉炼钢工艺类型6.2 顶底复合吹炼转炉的冶金特点6.2.2 顶底复吹转炉的底吹供气和供气元件6.2.3 顶底复吹转炉内的冶金反应6.2.4 冶金效果氧气顶底复吹转炉炼钢在复吹转炉中，了解和掌握底吹气体的性质、冶金行为、合理地确定底吹气体比例，选择和控制底吹供气强度，是复吹转炉获得良好的技术经济指标的重要因素。

底吹气体的冶金行为主要表现在三个方面： 强化熔池搅拌，使钢水成分，温度均匀；加速炉内反应，使渣钢反应界面增大，元素间化学反应和传质过程更加趋于平衡；冷却保护供气元件，使供气元件使用寿命延长。

底吹气体底吹O：需用冷却介质来保护供气元件，会与熔2池中碳发生反应，产生较大的搅拌力。

：可不用冷却剂，会与熔池中碳发生反 底吹CO2应搅拌力较强的气体；会使熔池CO分压增加，不利于超低碳钢冶炼。

、Ar和CO：属中性或惰性气体，供入铁 底吹N2水中不参与熔池内的反应，只起搅拌作用。

底吹气体比例在复吹转炉中，底吹气体量的多少决定熔池内搅拌的强弱程度。

，其底吹 在冶炼超低碳钢种时，即使用底吹O2供气量也要达20%左右；对一些具有特殊功能的复吹工艺（如喷石灰粉、煤粉等），其底吹供气量可达40%。

就一般复吹转炉而言，为了保证脱硫、脱气和渣-钢间反应趋于平衡，在吹炼结束前，也要采用较大的底吹供气来搅拌熔池。

底吹供气强度获得最佳搅拌强度，使熔池混合最均匀。

大量实验研究表明，熔池的混匀程度与搅拌强度有关，而搅拌强度受供气量和底吹元件布置影响。

根据吹炼过程调节供气强度。

复吹转炉的特点是能有效地把熔池搅拌与炉渣氧化性有机统一起来，而实现手段就是控制底吹供气强度。

《冶金工程概论》课程教学大纲课程编号：0802505104课程名称：冶金工程概论英文名称：Conspectus of Metallurgical Engineering课程类型：专业选修课总学时：24 讲课学时：24 实验学时：0学时：24学分：1.5适用对象：冶金、材料等专业先修课程：无机化学、材料热力学等一、课程性质、目的和任务冶金工程概论课程是从事冶金行业和金属材料的一门专业基础课，它是在学生学习无机化学的基础上，系统地介绍了钢铁和主要有色金属(铜，铝等)提取冶金过程的基本原理，工艺特点和基本工艺流程。

通过学习，学生对冶金(包括火法，湿法和电冶金)生产过程有一个全面而概括的了解，初步掌握冶金的基本知识，为进一步学习冶金学理论、机加工生产工艺和金属材料理论打下必要的专业基础。

除此之外，本课程还简要介绍了金属的分类，主要金属的性质，用途，资源状况，生产方法，近年来的世界产量和价格，以及发展我国冶金工业的基本国情等方面的内容。

本课程旨在介绍冶金工业在国民经济的地位，冶金工业的原料，冶金过程和方法，冶金工程设计和新技术。

使学生了解冶金工业概况和冶金技术的进步，为材料开发提供新的思路。

要求学生认识冶金工业是国民经济的支柱产业。

了解冶金工程的主要研究内容是从金属矿石中提取有价元素加工成纯金属和金属化合物的原理和工艺，涉及过程自动控制，工程设计，新材料制备等领域。

二、教学基本要求本课程介绍炼铁、炼钢、铜冶金和铝冶金原理、工艺及设备，以炼铁和炼钢为重点。

学完本课程应达到以下基本要求：1．了解金属及其分类方法，金属的产量和价格，冶金工业在国民经济中的地位和作用；矿石、矿床和矿物的概念及金属元素在地壳中的分布；掌握冶金和冶金方法，冶金工艺流程和冶金过程；选矿的基本任务，工艺指标和选矿方法.。

2．了解高炉炼铁的基本知识，高炉附属设备和高炉生产的发展方向。

熟练掌握高炉冶炼用原料及要求，高炉冶炼中铁氧化物碳热还原的一般规律，高炉冶炼炉内反应，高炉结构以及高炉生产的主要技术经济指标。

第二章转炉炼钢设备与工艺讲解第二章转炉炼钢设备与工艺一、炼钢原理1、根据所炼钢种的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素的含量减少或增加到规定范围的过程。

2、简单地说，是对生铁降碳、去硫、磷、调硅、锰含量的过程。

这一过程基本上是一个氧化过程，是用不同来源的氧(如空气中的氧、纯氧气、铁矿石中的氧)来氧化铁水中的碳、硅、锰等元素。

反应生成的一氧化碳很容易从铁水排至炉气中而被除掉。

生成的二氧化硅、氧化锰、氧化亚铁互相作用成为炉渣浮在钢水面上。

3、化学反应主要有：2FeO+Si ——2Fe+SiO2 FeO+Mn——Fe+MnO4、生铁中硫、磷这两种元素在一般情况下对钢是有害的，在炼钢过程中必须尽可能除去。

在炼钢炉中加入石灰(CaO)，可以去除硫、磷：2P+5FeO+3CaO——5Fe+Ca2(PO4)2(入渣)5、在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧，是有害的杂质，使钢塑性变坏，轧制时易产生裂纹。

故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂(例如锰铁、硅铁和铝等)，以除去钢液中多余的氧：Mn＋FeO ——MnO＋Fe Si ＋2FeO—— SiO2＋2Fe Al＋3FeO ——Al2O3＋3Fe6、同时调整好钢液的成分和温度，达到要求可出钢，把钢水铸成连铸坯或钢锭。

二、炼钢方法1、炼钢的方法主要有转炉、电炉和平炉三种。

（1）平炉炼钢的主要特点是可搭用较多的废钢(可搭用钢铁料的20—50％的废钢)，原料适应性强，所用的原料有废钢、废铁、铁矿石和溶剂（石灰石和生石灰）。

反应所需的热量是由燃烧气体燃料（高炉煤气，发生炉煤气）或液体燃料（重油）所提供。

但冶炼时间长，已被淘汰。

（2）转炉炼钢广泛采用氧气顶吹转炉或顶底复吹转炉，生产速度快(1座300吨的转炉吹炼时间不到20分钟，包括辅助时间不超过1小时，而300吨平炉炼1炉钢要7个小时)，品种多、质量好，可炼普通钢，也可炼合金钢。

（3）电炉炼钢是用电能作热源进行冶炼。

氧气转炉炼钢工艺与设备 55 问1、氧气转炉炼钢的特点：①供氧强度大，②脱碳反应激烈、速度快。

③④⑤2、氧气转炉炼钢的主要任务是：“四脱”：脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；“二去”：去气、去杂质；“二调整”：调整温度、调整化学成分。

3、氧气转炉炼钢的“五大制度”：装入制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点控制及脱氧合金化制度。

4、转炉炼钢所用的原材料主要有金属料（铁水、废钢、铁合金），辅助原料：造渣材料（石灰、萤石、生白云石、火砖块），冷却剂（废钢、铁矿石、氧化铁皮），氧化剂（氧气、铁矿石、氧化铁皮），增碳剂（石油焦、碳化硅、无烟煤粉、木炭粉、沥青焦）5、顶吹氧气转炉炼钢常用的铁合金有哪些？答：锰铁、硅铁、硅锰合金、硅铝合金、硅钙合金、硅钙钡、钒铁。

6、炉容比是指转炉新砌砖后炉内自由空间的容积V与金属装入量T之比。

7、氧气转炉炼钢在确定合理装入量时应考虑的因素是：合适的炉容比，合适的熔池深度，与连铸相匹配。

8、废钢比：废钢的加入量和金属料总装入量之比。

9、顶吹氧气转炉炼钢过程中向熔池供氧的主要设备是氧枪。

10、氧气转炉炼钢对氧气有什么要求？答：氧气转炉炼钢对氧气的要求有：(1)要求氧气纯度≥99.5%，并脱去水份；(2)压力为0.6～1.2兆帕，小容量转炉取下限。

11、枪位：是指氧枪喷嘴出口端距静止金属液面的高度。

当采用“硬吹”时，枪位较低，熔池金属液面搅动得越充分，熔池升温较快。

当采用“软吹”时枪位较高，熔池金属液面搅动得差，熔池升温较慢，易发生返干。

12、氧气流量：指单位时间内通过氧枪喷嘴嘴向熔池供氧的数量。

13、供氧强度：指单位时间内每吨金属料消耗氧气的数量。

14、氧气转炉有利于脱硫的条件是：高碱度、高温、大渣量、适当的低氧化亚铁；氧气转炉有利于脱磷的条件是：高碱度、高氧化亚铁、大渣量、适当的低温。

15、确定合适的枪位应考虑的两个因素：一定的冲击面积和一定的冲击深度。

16、氧气转炉炼钢枪位调节和控制的基本原则和要求应该是早化渣、化透渣、不返干、不喷溅、均匀升温、准确控制终点。

冶金工程概论教案1 绪论1.1 冶金基本概念冶金是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中撮提取金属或金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。

用于提取各种金属的矿石具有不同的特性，故提取金属要根据不同的原理，采用不同的生产工艺过程和设备，从而形成了冶金的专门学科——冶金学。

冶金学以研究金属的制取、加工和改进金属性能的各种技术为重要内容，发展到对金属成分、组织结构、性能和有关基础理论的研究。

就其研究领域，冶金学分为提取冶金和物理冶金两门学科。

提取冶金学是研究如何从矿石中提取金属或金属化合物的生产过程，由于该过程伴有化学反应，故又称化学冶金。

物理冶金学是通过成型加工制备有一定性能的金属或合金材料，研究其组成、结构的内在联系，以及在各种条件下的变化规律，为有效地使用和发展特定性能的金属材料服务。

它包括金属学、粉未冶金、金属铸造、金属压力加工等。

1.1.1 冶金方法从矿石或其它原料中提取金属的方法很多，可归结为以下三种方法：火法冶金。

它是指在高温下矿石经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中的金属和杂质分开，获得较纯金属的过程。

整个过程可分为原料准备、冶炼和精炼三个工序。

过程所需能源，主要靠燃料燃烧供给，也有依靠过程中的化学反应热来提供的。

湿法冶金。

它是在常温或低于100℃下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程。

由于绝大部分溶剂为水溶液，故也称水法冶金。

该方法包括浸出、分离、富集和提取等工序。

电冶金。

它是利用电能提取和精炼金属的方法。

按电能形式可分为两类：电热冶金：利用电能转变成热能，在高温下提炼金属，本质上与火法冶金相同。

电化学冶金：用电化学反应使金属从含金属的盐类的水溶液或熔体中析出。

前者称为溶液电解，如铜的电解精炼，可归入湿法冶金；后者称为熔盐电解，如电解铝，可列入火法冶金。

采用哪种方法提取金属，按怎样的顺序进行，在很大程序上取决于所用的原料以及要求的产品。