云南锡业股份有限公司顶吹炉“一炉三段”直接炼铅技术产业化应用

澳斯麦特炉炼锡工艺与生产实践宋兴诚黄书泽(云南锡业集团有限责任公司，云南个旧661000)[摘要】简要描述了云锡集团引进澳斯麦特炉取代原有的反射炉、电炉等锡精矿还原熔炼炉的工艺过程和对配套的工序进行全面的技术改造后形成的新的炼锡系统，以及试生产的实践。

[关键词】澳斯麦特技术；锡冶炼；工艺；试生产 [中图分类号】TF814 [文献标识码】B [文章编号】 1002—8943(2003)02—0015—071、前言澳大利亚澳斯麦特技术(Ausmelt Technology)也被称为顶吹沉没喷枪熔炼技术(top submergedlance technology)，它是由澳大利亚澳斯麦特公司在赛罗熔炼技术(Sirosmelt Technology)基础上开发成功的有色金属强化熔炼技术。

1999年通过反复论证，云锡公司决定引进澳斯麦特技术，用一座澳斯麦特炉取代所有的锡精矿还原熔炼反射炉和电炉。

并对锡精矿还原熔炼车间及其配套工序和设施进行全面改造，使云锡公司的整体锡冶炼技术达到世界领先水平。

工程于20o0年11月1日破土动工，2002年4月11日点火烘炉，4月18日炼出第一炉锡， 5月14日完成引进合同规定的对澳方的72 h验收指标考核，正式验收。

5月20日澳方人员撤离现场，转入试生产阶段。

在试生产过程中，利用云锡长期积累的丰富经验，除很快掌握了基本操作外，还对澳方提供的炉渣渣型、喷枪风煤比、二次燃烧(套筒)风等工艺条件进行了调整和改进的探索，取得显著成效，多项指标超过了澳方人员指导热调试阶段的水平，各项技术指标全面达到或超过设计指标。

因炉衬损坏，9月3日停炉整改至此第一炉期结束，期间连续运行了303周期(炉)，共处理锡物料24 731．159 t，产出粗锡9 139．52 t，炉床能力达到14．62 t ／(m ·d)，粗锡品位在90％以上；共发电715．68万kW·h，日发电量已达90 000 kW·h，基本满足澳斯麦特系统用电需要；熔剂率接近零，充分体现了澳斯麦特炉炼锡系统优质、高效、节能、低消耗的特点。

云锡澳斯麦特炼锡系统烟气处理生产实践介绍云南锡业股份有限公司冶炼分公司宋兴诚、黄书泽温州市双屿防腐设备制造公司王家骐、胡湘诚[摘要]简要介绍了云锡集团引进先进的澳斯麦特炉取代原有反射炉、电炉等锡精矿还原炉，重点描述与之配套的烟气处理系统以及生产实践。

[关键词]澳斯麦特炉烟气处理湍冲洗涤技术生产实践。

一、概况云锡公司是世界第二家、中国第一家采用 Ausmelt 熔炼炉进行锡精矿熔炼的企业。

主体工程从2000年11月破土动工，经过16个月的紧张施工建设，至2002年3月，工程进入全面联动试车阶段；从2002年5 月转入试生产阶段。

澳斯麦特炉炼锡系统由炼前处理、配料、澳斯麦特炉、余热发电、收尘系统、烟气处理系统、冷却水循环、粉煤供应和供风系统等8个部分组成。

其主体部分由澳大利亚Ausmelt公司设计，配套设计单位为北京有色冶金设计研究总院，烟气处理系统设备由温州市双屿防腐设备制造公司制作。

云锡公司根据工程的进展情况，特设立了Ausmelt工程建设指挥部，经过调查研究，分析论证，制造单位样板工程现场考察等一系列决策过程，决定采用先进的具有除尘脱硫效率等，适应烟气波动能力强，允许洗涤液含固量高，装置操作简单等特点高效湍冲洗涤系统来处理澳斯麦特炉炼锡系统的烟气。

二、工艺流程的选择澳斯麦特炉在熔炼过程中氧化，还原气氛的控制极为重要，它直接影响到烟尘量的多少，就目前世界范围内采用该技术炼锡的两个工厂的实践证明烟尘量大，烟气波动范围大，是该技术推广应用应解决的技术难题，国内尚无先例可鉴。

烟气处理工艺流程选择原则：a. 技术先进，工艺可靠，对含尘量高，气量波动大，烟气有较强的适应性。

b. 流程简洁，配置紧凑，维修费用少，水资源利用高。

c. 固液分离系统处理量小。

d. 系统阻力要小，减少装置运行费用。

烟气处理系统工艺流程设计为余热锅炉的水平段3200 m2，表面冷却器和3390 m2布袋收尘器组成的收尘工序，由二段高效湍冲洗涤器及相配套的浆液循环沉降，过滤设备组成的烟气SO2洗涤工序和作为湍冲洗涤的SO2洗涤吸收剂的石灰乳制备工序的部分。

铅富氧侧吹炉开炉生产实践胡卫文、徐旭东、欧阳坤(湖南水口山有色金属集团第八冶炼厂，湖南衡阳421500)摘要：详细介绍了目前国内已建成的采用无烟粒煤作为还原剂最大的的富氧侧吹还原炉开炉试生产情况和技术指标。

工业生产实践表明，该厂侧吹还原炉技术先进、投资省、工艺稳定、吨铅综合能耗低、工作环境好，整体工艺技术处于世界领先水平。

关键词：铅；侧吹炉；生产实践；富氧熔炼Startup Practice of Lead Rich Oxygen Side-BlownFurnaceHu Wei-wen,Xu Xu-dong, Ou Yang -kun(Shuikoushan Nonferrous Metals Group of Hunan Province, Hengyang 421500, China) Abstract: The trial production and technical index of the largest current domestic built using smokeless coal as reducing agent rich oxygen side-blown furnace were introduced in detail.The industrial practice has shown that the rich oxygen side-blown furnace of this furnace was advanced technology、low investment、stable process、low comprehensive energy、good working environment,and the whole technology was world leading level.Key word: lead; side-blown furnace; production; oxygen enriched air smelting一、前言：某厂侧吹炉由西安有色冶金设计院负责设计，侧吹炉炉床面积为12.15㎡，是目前国内已建成的采用粒煤作为还原剂的最大的富氧侧吹还原炉，设计规模为年产10万t粗铅，侧吹炉项目由2013年11月份开工建设，至2014年10月份开炉试生产，开炉试生产工作进展顺利。

ISA—YMG炼铅法的生产实践与总结ISA—YMG炼铅法是我公司引进国外顶吹沉没熔炼技术来改造传统烧结—鼓风炉还原熔炼技术而开发出的一种粗铅冶炼新工艺，该工艺引进ISA炼铅法中的氧化熔炼部分并结合我公司比较成熟的鼓风炉还原熔炼技术，在此基础上进行组合开发而形成的一种节能、环保、高效的绿色炼铅新工艺。

该项目于2005年3月在我公司曲靖基地建设完工，6月艾萨炉点火投产一次成功。

它是目前为止世界上首家用铅精矿直接熔炼生产粗铅的第一座艾萨炉，它的成功标志着国际炼铅技术的发展又取得了新的突破。

一、ISA—YMG炼铅工艺由两个部分组成：艾萨炉的氧化熔炼部分和我公司的鼓风炉还原熔炼部分。

在氧化熔炼阶段：铅精矿、熔剂和烟尘经混合制粒由后皮带运送至艾萨炉顶。

然后从加料口进入艾萨炉并在炉中发生剧烈的氧化脱硫反应，反应所需的空气和燃油经艾萨炉喷枪进入熔池中，反应所生成的产物有粗铅、富铅渣和烟尘，所产生的SO2气体经收尘处理后送酸厂制酸，烟尘返回备料系统配料；在鼓风炉还原熔炼阶段：艾萨炉所产出的富铅渣经铸渣机铸块后运送到鼓风炉，在炉中与焦碳、熔剂一起发生还原反应，生成粗铅、熔渣和烟气。

熔渣进入电热前床经沉清处理后送烟化炉回收Zn和Ge，烟气经冷却降温和收尘后排空。

工艺流程图如下：一）艾萨炉氧化熔炼氧化熔炼作业在艾萨炉中进行，整个熔炼系统包括艾萨炉主体、余热锅炉、电收尘、引风机、工艺鼓风机、燃油供给系统、喷枪、保温烧嘴等（如下图所示）：概述艾萨炉是一个高11.2米，约2.9米内壁直径，内衬耐火材料的圆柱形容器，炉子上端设有加料口，喷枪口和烟道口，底部设有两个排铅口，一个放渣口，一个放铅口。

铅精矿、熔剂、烟尘等按配料比例充分混合并经制粒后皮带运输机从炉顶加料口送入炉子，PbS 氧化所需的氧气和空气及燃油通过喷枪直接以旋涡状喷射到熔池渣层中，并使熔池剧烈搅动，加速冶炼过程的传热和传质速度，大大强化了炉内熔炼的氧化过程。

整个反应释放出大量的热，加入的炉料被迅速加热熔化并完成冶金过程的反应，反应所生成粗铅从排铅口排出，采用圆盘铸锭机浇铸后，送电解精练。

第一章总论第一节概述XXX公司（以下简称XXX公司）是我国具有历史悠久的大型有色金属采、选、冶联合企业之一。

公司下辖三个矿山、五个冶炼厂及机修、运输、建安等辅助单位，全公司现有职工11000多人，铜、铅、锌等主要有色金属综合生产能力18万t/a，2001年实际完成有色金属产量15.56万吨，有色金属矿产品金属含量4.33万t，完成工业总产值11.45亿元，销售收入13.33亿元，实现利税10980万元，其中利润1600万元。

XXX公司位于XX省常宁市XX镇，北临X江，北距XX市40Km，西南距XX市35Km，均有公路相通；东距京广线XX车站21Km，该站有公司自营大型专用货场。

第二节企业概况及治理的必要性XXX公司第三冶炼厂是我国最早采用烧结－鼓风炉工艺生产粗铅的铅冶炼厂，始建于1908年，1938年由长沙迁至常宁市松柏镇，规模3000t/a，新中国成立后，于1952年恢复生产，当年生产粗铅1021t。

随着生产发展和技术进步，逐步实现了机械进料、连续排渣、连续出铅、自动铸锭及炉顶密封等措施。

通过多次改扩建，目前已达到年生产粗铅60000t/a、电铅80000t/a（含集体企业电铅产量）的规模，并配套建设炉渣烟化设施，综合回收氧化锌5000t/a。

但由于条件的限制，仍沿用落后的烧结锅－鼓风炉工艺和设备，特别是烧结仍采用简陋、间断作业的烧结锅维持粗铅生产，产生的低浓度二氧化硫（0.8～1.0%）烟气难以回收利用，粉尘及烟气造成的空气污染严重，恶化了操作区环境，每年排放至大气的SO2达33000t左右，给方圆二十余公里范围内农作物造成严重危害，对附近城乡居民身体健康也带来不良影响，每年农业赔款达150万元。

该问题严重地阻碍着企业今后的生存和发展。

1990年1月21日，国家环保局、国家计委（90）环计字第035号下达第二批国家环境污染限期治理项目的通知，对XXX公司第三冶炼厂SO2烟气的污染限期治理达标。

1真空冶金技术在有色金属中的最新应用研究综述张 弛*，张瑜梅（云南锡业集团（控股）有限责任公司锡业分公司，云南　个旧　６６１０００）摘 要：作为现代有色金属冶炼的重要组成部分，与传统的还原熔炼不同，真空冶金具有金属回收利用率高、污染小、能源利用率高等特点，开发和发展真空冶炼技术具有十分重要的意义。

本文对现代真空冶金技术的几个最新研究方向进行了介绍。

关键词：有色金属；真空冶金；节能中图分类号：ＴＦ１３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２２）０３－０００１－３Review on the latest application of vacuum metallurgy technology in nonferrous metalsZHANG Chi*, ZHANG Yu-mei（Ｙｕｎｎａｎ　Ｔｉｎ　Ｇｒｏｕｐ　（ｈｏｌｄｉｎｇ）　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ．　Ｔｉｎ　Ｂｒａｎｃｈ，Ｇｅｊｉｕ　６６１０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ａｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒｎ　ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ　ｍｅｔａｌ　ｓｍｅｌｔｉｎｇ，　ｕｎｌｉｋｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｓｍｅｌｔｉｎｇ，　ｖａｃｕｕｍ　ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｍｅｔａｌ　ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ　ｒａｔｅ，　ｓｍａｌｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｅｎｅｒｇｙ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ，　ａｎｄ　ｉｔ　ｉｓ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｖａｃｕｕｍ　ｓｍｅｌｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｒｅｃｅｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒｎ　ｖａｃｕｕｍ　ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Keywords:　Ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ　ｍｅｔａｌｓ；　Ｖａｃｕｕｍ　ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ；　Ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ收稿日期：２０２２－０２作者简介：张驰，男，生于１９７８年，汉族，云南开远人，本科，冶炼工程师，研究方向：锡冶炼生产技术管理。

双顶吹铜冶炼工艺金属镍分配及走向研究杨鸿;陈雅婷;袁海滨【摘要】对双顶吹铜冶炼工艺中金属镍的分配及走向做了分析和总结,研究结果表明,金属镍主要通过外购冰铜和外购粗铜物料带入冶炼系统,分别占53.25％和41.05％,随铜精矿带入冶炼系统量较少.熔炼过程中镍有98.89％以Ni3S2形态进入铜锍,极少部分进入炉渣中.吹炼系统中镍有27.74％的进入粗铜,71.68％的进入吹炼渣而脱除,吹炼渣又返回熔炼炉处理.阳极炉的镍51.71％来自于粗铜,31.88％的来自于外购粗铜,15.77％的则来自于电解返回的残极.阳极铜带入电解系统的镍主要通过硫酸镍和阳极泥开路出去,分别占67.62％和11.14％,而18.10％镍随电解残极返回阳极炉.【期刊名称】《云南冶金》【年(卷),期】2016(045)006【总页数】5页(P61-65)【关键词】铜冶炼;镍;分配;走向【作者】杨鸿;陈雅婷;袁海滨【作者单位】云南锡业股份有限公司铜业分公司,云南个旧661000;云南锡业股份有限公司铜业分公司,云南个旧661000;云南锡业股份有限公司铜业分公司,云南个旧661000【正文语种】中文【中图分类】TF811云南锡业股份有限公司铜业分公司10万t/a铜冶炼项目于2012年3月投产试车。

主工艺流程采用澳斯麦特顶吹熔炼、澳斯麦特顶吹吹炼、回转式阳极炉精炼、永久不锈钢阴极电解。

澳斯麦特顶吹熔炼炉在国内多家铜冶炼厂采用，我公司为国内第二家引进使用[1-2]。

该工艺具有备料简单，原料适应性强，可处理冷料铜锍，投料量控制精准、炉内反应操控性强，过程容易控制，环境保护好，劳动强度低等特点[3]。

金属镍是铜精矿共生元素，随铜精矿冶炼加工而进入生产系统，其在火法冶炼过程，主要随金属铜走，但在冰铜吹炼过程，大部分镍又随渣走，这可能与其在冶炼系统中的物相构成有直接关联。

元素镍对火法冶炼过程的生产影响较小，但其对铜电解精炼产出合格阴极铜过程影响较大，具相关文献研究表明，高镍阳极铜电解过程，容易产生阳极钝化、阳极泥率高、阳极泥沉降困难、生产过程中添加剂难掌控，阴极铜表面结粒多、易氧化发黑等问题[4-5]，国内相关专家对铜冶炼生产过程杂质元素(含镍)的分配进行了研究[6-7]，对金属镍元素在冶炼过程中的分布走向研究报道较少，多半是对局部工段系统内的走向做过研究分析[8-11]。

昆明理工大学科技成果助力锡冶炼技术谱写新篇章
近日，云南锡业集团（控股）有限责任公司举行“锡冶炼退城入园搬迁改造项目竣工仪式”，云南副省长董华出席并宣布项目竣工。

省工业和信息化厅副厅长聂里宁，红河州委书记姚国华，云锡控股公司党委书记、董事长张涛致辞。

昆明理工大学受邀参加，校党委常委、副校长杨斌代表学校参加。

学校与昆明鼎邦科技股份有限公司合作开发的“锡合金真空蒸馏技术”和“50吨/日大型连续真空蒸馏装备”，以及与云南南星科技开发有限公司合作开发的“大极板锡电解冶炼技术装备”，成功应用于云锡“锡冶炼退城入园搬迁改造项目”，为形成全球最先进的锡冶金技术提供了强有力的技术支撑，彰显了我校在锡冶金行业的原始和自主创新能力。

“锡冶炼退城入园搬迁改造项目”是云南省“三个一百”重点项目，建成了全球产能规模最大、工艺设施最完善、冶炼技术水平最先进、最安全、最绿色、智能化自动化程度和信息化管理水平最高的锡冶炼工厂。

项目竣工，标志着云锡将再次扬帆起航、谱写新篇章。

连续富氧侧吹冶炼炉冶炼工艺:火法冶炼种类:平炉加工定制:是炉衬类型:根据原料确型号:大中小适用对象:金属高温冶炼定规格:国标品牌:株洲矿冶用途:高温冶炼富氧反射炉:连续富氧侧吹冶作业方式:连续生产外形尺寸:5m--20m(mm) 炼炉种类:连续侧吹富氧冶炼炉窑形状:长方形温度范围:1000-1650(?) 炉燃料种类:油.气煤等多加工定制:是材质:耐火材料种重量:30-1000(t)适用对象:多种金属冶物料输送方式:皮带输品牌:株洲矿冶电机功率:7.5-245(Kw) 送生产能力:10-100(t/h) 属性:属性值种类:连续侧吹炼富适用对象:铜、铅、锡、铋、锑工艺类型:机械化氧反射炉等多种金属冶炼物料输送方式:人工和皮带炉窑形状:长方形燃料种类:煤.油.气都行输送等多种品牌:株洲矿冶设备型号:大、中、小温度范围:500-1600(?) 材质:耐火材料及钢生产能力:1.5(t/h) 窑体直径:3000×6000(mm) 材窑体长度:8000(mm) 窑体斜度:平转速:2900(r/min) 电机功率:11(Kw) 重量:30(t)本公司研制连续吹炼反射炉的优点及性能，由于设备简单，投资少，建设速度快，不要焙烧脱硫,可采用侧吹氧脱硫,现已用于多家中、小型铜冶炼厂。

本设备技2术指标:炉床处理铜锍能力为5.6,,7t/m?d;鼓风压力为0.3,0.6MPa;铜锍浓度7,,10,;粗铜品位98.5,;渣含铜0.6,,0.3,以下;金属直收率88.5,,98,。

连续富氧侧吹冶炼炉的应用吹炼作业是火法炼铜工序中不可缺少的作业，将55-75%的氧气鼓入铜锍熔体并与铜锍熔体中的铁、硫进行氧化反应放出热量(铜不氧化)，维持自热吹炼，经过造渣期和造铜期操作，生成粗铜。

吹炼所产生的烟气送硫酸厂制酸。

大中型铜冶炼厂的吹炼作业是由转炉来实现的，由于转炉机械设备复杂，而且风口区炉衬寿命短。

如果一台转炉在生产，最低限度必须另有一台转炉在检修待用，即2台互为备用方能维持生产的连续性，这对地主中.小型炼铜厂显然是不适应的;针对这种情况，我株洲冶炼厂研制成连续富氧侧吹炼冶炉，连续吹炼炉类似一台在侧墙上设有吹风管的固定式反射炉，工作方式为两侧连续吹氧，间断加入铜原料，定时从炉内排出炉渣和粗铜。

第四章氧气顶吹转炉炼钢工艺内容提要一炉钢的吹炼过程装入制度供氧制度造渣制度温度制度终点控制和出钢脱氧合金化吹损与喷溅操作事故及处理转炉炼钢仿真操作训练§4—1 一炉钢的吹炼过程一.钢与铁的区别及炼钢的任务1.钢与铁的性能比较钢和铁都是铁碳合金,同属于黑色金属,但它们的性质有明显不同.生铁硬而脆,焊接性差.钢具有很好的物理化学性能与力学性能,可进行拉,压,轧,冲,拔等深加工,其用途十分广泛;用途不同对钢的性能要求也不同,从而对钢的生产也提出了不同的要求.2.钢与铁性能差别的原因:碳和其它合金元素的含量不同.在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体,随着碳含量的增加,其强度,硬度增加,而塑性和冲击韧性降低.钢和生铁含碳量的界限通常是:生铁: [C]=1.7～4.5%钢: [C]≤ 1.7%生铁和钢的化学成分材料化学成分%CSiMnPS炼钢生铁3.5～4.00.6～1.60.2～0.80.0～0.40.03～0.07静钢0.06～1.500.1～0.370.25～0.80≤0.045≤0.05沸腾钢0.05～0.27≤0.070.25～0.70≤0.045≤0.054.炼钢的基本任务:⑴脱碳;将铁水中的碳大部分去除,同时随着脱碳的进行,产生大量CO气泡,在CO排出过程中,搅拌熔池促进化渣,同时脱除[H],[N]和夹杂.⑵去除杂质(去P,S和其它杂质);铁水中[P],[S]含量高,而钢中[P]会造成"冷脆",[S]造成"热脆".通常大多数钢种对P,S含量均有严格要求,炼钢必须脱除P,S等有害杂质.⑶去除气体及夹杂物;在炼钢过程中通过熔池沸腾(碳氧反应,底吹惰性气体搅拌)脱除H],[N]和非金属夹杂物.⑷脱氧合金化;在炼钢过程中因为脱碳反应的需要,要向钢液中供氧,就不可避免地使后期钢中含有较高的氧,氧无论是以液体形态还是以氧化物形态存在于钢中都会降低钢的质量,所以必须在冶炼后期或出钢过程中将多余的氧去除掉.在冶炼过程中,铁水中的Si, Mn大部分氧化掉了,为了保证成品钢中的规定成分,要向钢水中加入各种合金元素,这个过程与脱氧同时进行,称为合金化.⑸升温(保证合适的出钢温度).铁水温度一般在1250～1300℃,而钢水的出钢温度一般在1650℃以上,才能顺利浇注成铸坯,因此炼钢过程也是一个升温过程.5.完成炼钢各项任务的基本方法⑴氧化为了将铁水等炉料中的硅,锰,碳等元素氧化掉,可以采用"吹氧"方法,即直接喷吹氧气,或加入其它氧化剂,如铁矿石,铁皮等.⑵造渣为了去除炉料中的P,S等杂质,在炼钢过程中加入渣料(石灰,白云石,熔剂等),形成碱度合适,流动性良好,足够数量的炉渣,一方面完成脱除P,S的任务,同时减轻对炉衬对侵蚀.转炉主要是依靠碳,硅,锰等元素氧化放出等热量,以及铁水的物理热实现升温.⑷加入脱氧剂和合金料通过向炉内或钢包内加入各种脱氧剂和合金料的方法,完成脱氧及合金化的任务.二.金属成分和炉渣成分的变化规律1.Si在吹炼前期(一般在3～4分钟内)即被基本氧化.在吹炼初期,铁水中的[Si]和氧的亲和力大,而且[Si]氧化反应为放热反应,低温下有利于此反应的进行,因此,[Si]在吹炼初期就大量氧化.[Si]+O2=(SiO2) (氧气直接氧化)[Si]+2[O]= (SiO2) (熔池内反应)[Si]+(FeO)=(SiO2)+2[Fe] (界面反应)2(FeO)+(SiO2)=(2FeO·SiO2)随着吹炼的进行石灰逐渐溶解,2FeO·SiO2转变为2CaO·SiO2,即SiO2与CaO牢固的结合为稳定的化合物,SiO2活度很低,在碱性渣中FeO的活度较高,这样不仅使[Si]被氧化到很低程度,而且在碳剧烈氧化时,也不会被还原,即使温度超过1530℃,[C]与[O]的亲和力也超过[Si]与[O]的亲和力,终因(CaO)与(SiO2)结合为稳定的2CaO.SiO2,[C]也不能还原(SiO2).硅的氧化对熔池温度,熔渣碱度和其他元素的氧化产生影响:[Si]氧化可使熔池温度升高;[Si]氧化后生成(SiO2),降低熔渣碱度,熔渣碱度影响脱磷,脱硫;熔池中[C]的氧化反应只有到[%Si]P0.⑵喷嘴前氧压P0:其选用应考虑以下因素:A.氧气流股出口速度要达到超音速(450～530cm∕s),即M=1.8～2.1.B.出口的氧压应稍高于炉膛内气压.通常P0=0.784～1.176MPa.⑶出口氧压P:应稍高于或等于周围炉气的压力.通常P=0.118～0.125MPa.六.枪位及其控制所谓枪位,是指氧枪喷头端面距静止液面的距离,常用H表示,单位是m.目前,一炉钢吹炼中的氧枪操作有两种类型,一种是恒压变枪操作,一种是恒枪变压操作.比较而言,恒压变枪操作更为方便,准确,安全,因而国内钢厂普遍采用.1.枪位的变化范围和规律关于枪位的确定,目前的做法是经验公式计算,实践中修正.一炉钢冶炼中枪位的变化范围可据经验公式确定:H=(37～46)P×D出式中 P——供氧压力,MPa;D——喷头的出口直径,mm;H——枪位,mm.具体操作中,枪位控制通常遵循"高-低-高-低"的原则:⑴前期高枪位化渣但应防喷溅.吹炼前期,铁水中的硅迅速氧化,渣中的(SiO2)较高而熔池的温度尚低,为了加速头批渣料的熔化(尽早去P并减轻炉衬侵蚀),除加适量萤石或氧化铁皮助熔外应采用较高的枪位,保证渣中的(FeO)达到并维持在25～30%的水平;否则,石灰表面生成C2S 外壳,阻碍石灰溶解.当然,枪位亦不可过高,以防发生喷溅,合适的枪位是使液面到达炉口而又不溢出.⑵中期低枪位脱碳但应防返干.吹炼中期,主要是脱碳,枪位应低些.但此时不仅吹入的氧几乎全部用于碳的氧化,而且渣中的(FeO)也被大量消耗,易出现"返干"现象而影响S,P的去除,故不应太低,使渣中的(FeO)保持在10～15%以上.⑶后期提枪调渣控终点.吹炼后期,C-O反应已弱,产生喷溅的可能性不大,此时的基本任务是调好炉渣的氧化性和流动性继续去除硫磷,并准确控制终点碳(较低),因此枪位应适当高些.⑷终点前降枪点吹破坏泡沫渣.接近终点时,降枪点吹一下,均匀钢液的成分和温度,同时降低炉渣的氧化铁含量并破坏泡沫渣,以提高金属和合金的收得率.2.枪位的调节⑴开吹前必须了解的情况A.喷嘴的结构特点及氧气总管氧压情况;B.铁水成分,主要是Si,P,S的含量;C.铁水温度,包括铁水罐,混铁炉或混铁车内存铁情况及铁水包的情况;D.炉役期为多少,是否补炉,相应的装入量是多少,上炉钢水是否出净,是否有残渣;E.吹炼钢种及其对造渣和温度控制的要求;F.上一班操作情况,并测量熔池液面高度.⑵枪位的调节生产条件千变万化,因此具体操作中还应根据实际情况对枪位进行适当的调节.A.铁水温度:若遇铁水温度偏低,应先压枪提温,而后再提枪化渣,以防渣中(FeO)积聚引发大喷,即采用低-高-低枪位操作.铁水温度高时,碳氧反应会提前到来,渣中∑(FeO)降低,枪位可稍高些,以利成渣.B.铁水成分:铁水硅,磷高时,若采用双渣操作,可先低枪位脱硅,磷,倒掉酸性渣;若单渣操作,由于石灰加入量大,应较高枪位化渣.铁水含锰高时,有利于化渣,枪位则可适当低些.C.装入量变化:炉内超装时,熔池液面高,枪位应相应提高,否则,不仅化渣困难而且易烧坏氧枪.D.炉内留渣:采用双渣留渣法时,由于渣中(FeO)高,有利于石灰熔化,因此吹炼前期的枪位适当低些,以防渣中(FeO)过高引发泡沫喷溅.E.供氧压力:高氧压与低枪位的作用相同,故氧压高时,枪位应高些.F.废钢中生铁块多导热性差,不易熔化,应降低枪位,以防吹炼后期没有完全熔化.G.炉龄a 开新炉,炉温低,应适当降低枪位;b 炉役前期液面高,可适当提高枪位;c 炉役后期装入量增加,熔池面积增大,不易化渣,可在短时间内采用高低枪位交替操作以加强熔池搅拌,利于化渣.H.渣料a 石灰质量差和加入量多,则渣量大,枪位应相应提高;b 使用活性石灰成渣快,整个过程枪位都可以稍低些;c 铁矿石,氧化铁皮和萤石用量多时,熔渣容易形成,同时流动性较好,枪位可适当低一些. I.钢种炼高碳钢时,由于脱磷困难,应采用较高的枪位,特别是在吹炼后期.同理,在吹炼含磷很低的钢种时,应采用较高枪位.七.恒压变枪操作的几种模式由于各厂的转炉吨位,喷嘴结构,原材料条件及所炼钢种等情况不同,氧枪操作也不完全一样.现介绍如下几种氧枪操作方式.1.高—低—高的六段式操作开吹枪位较高,及早形成初期渣;二批料加入后适时降枪,吹炼中期炉渣返干时又提枪化渣;吹炼后期先提枪化渣后降枪;终点拉碳出钢.2.高—低—高的五段式操作五段式操作的前期与六段式操作基本一致,熔渣返干时可加入适量助熔剂调整熔渣流动性,以缩短吹炼时间,见下图.3.高一低一高一低的四段式操作在铁水温度较高或渣料集中在吹炼前期加入时可采用这种枪位操作.开吹时采用高枪位化渣,使渣中含(FeO)量达25～30%,促进石灰熔化,尽快形成具有一定碱度的炉渣,增大前期脱磷和脱硫效率,同时也避免酸性渣对炉衬的侵蚀.在炉渣化好后降枪脱高—低—高五段式操作示意图碳,为避免在碳氧化剧烈反应期出现返干现象,适时提高枪位,使渣中(FeO)保持在10～15%,以利磷,硫继续去除.在接近终点时再降枪加强熔池搅拌,继续脱碳和均匀熔池成分和温度,降低终渣(FeO)含量.例:马钢一钢厂95T转炉氧枪操作A.全程枪位:高—低—高式或高—高—低式过程枪位:要力求稳定,尽量少波动,每次动枪波动范围≯200mm.补吹枪位:必须按最低枪位控制(1.1m).B.高枪位:1.7～2.0m;基本吹炼枪位:1.4～1.7m;拉碳枪位:1.2～1.4m;吹炼中,高碳钢拉碳枪位应提高0.1～0.2m.例:马钢一钢厂95T转炉开吹枪位的确定(a)铁水Si>0.70%时渣量大,易喷溅,枪位应比正常情况下低0.1～0.2m;铁水Si ,P含量低,特别是Si1%),P,S较高,或生产优质钢时采用.倒渣时机:这是双渣法操作的关键.选择在渣中含P量最高,含铁量最低的时刻,以获得高脱磷率和低铁损的效果.同时,应在Si已氧化完毕,炉渣已基本化好,P在渣钢之间的分配已接近平衡时进行. 生产实践证明,顶吹转炉在吹炼时间25%左右,复吹转炉为30%左右时倒渣脱磷率最高;若是因铁水硫高而采用双渣法,则应在吹炼10min左右倒渣.注意:倒渣前1分钟适当提枪或加些熔剂改善炉渣的流动性,以便于倒渣操作.3.双渣留渣法定义:将上一炉的终渣(高碱度,高温度和较高(FeO)含量)部分地留在炉内,并在吹炼中途倒出部分炉渣再造新渣的操作方法.特点:初渣早成而前期的去硫及去磷效率高,总去硫率可达60%～70%,总去磷率更是高达95%,适合于吹炼中,高磷铁水.注意:装料时应先加一批石灰稠化所留炉渣,而且兑铁水时要缓慢进行,以防发生爆发性碳氧反应而引起喷溅.若上一炉钢终点碳过低,不宜进行留渣操作.应当指出,顶吹转炉虽能将高磷铁水炼成合格的钢,但技术经济指标较差,与吹炼中,低磷铁水相比,每吨钢的金属料消耗高30～100kg,石灰多用40～100kg,炉龄大幅降低;产量也仅为吹炼低磷铁水时的70%～80%;另外,单渣法生产稳定,操作简单,便于实行计算机控制.因此,对于含硅,磷及硫较高的铁水,入炉前进行预处理使之达到单渣法操作的要求,不仅技术上可行而且工艺上经济合理.七.渣料的加入方法关于渣料的加入,关键是要注意渣料的分批和把握加入的时间.1.渣料分批加入目的:渣料应分批加入以加速石灰的熔化(否则,会造成熔池温度下降过多,导致渣料结团且石灰块表面形成一层金属凝壳而推迟成渣).批次:单渣操作时,渣料通常分成两批:第一批1/2～2/3及白云石全部(冶炼初期炉衬侵蚀最严重);第二批1/2～1/3.2.加料时间⑴第一批渣料在开吹的同时加入.⑵第二批渣料,一般是在硅及锰的氧化基本结束,头批渣料已经化好,碳焰初起的时候(30吨的转炉开吹6 min左右)加入(如果加入过早,炉内温度还低且头批渣料尚未化好又加冷料,势必造成渣料结团难化;反之,如果加入过晚,正值碳的激烈氧化时期,渣中的(∑FeO)较低渣料亦难化.问题的关键是正确判断炉况,头批渣料化好的标志是:火焰软且稳定,炉内发出柔和的嗡嗡声,喷出物为片状,落在炉壳上不粘贴;未化好的情况是:炉口的火焰发散且不稳定,炉内发出尖锐的吱吱声,喷出物是金属火花和石灰粒).有的厂二批料分小批多次加入以利熔化,但最后一小批料必须在终点前3～4分钟加入八.石灰,白云石加入量的确定加入炉内的渣料主要是石灰和白云石,还有少量的萤石或氧化铁皮等熔剂.1.石灰加入量的确定⑴首先根据铁水的硅,磷含量和炉渣碱度计算A.铁水含磷较低([P]<0.3%)时,(kg∕t铁)%CaO有效—石灰中的有效CaO,%CaO有效=(%CaO)石灰-R×(%SiO2)石灰废钢,生铁块也应根据上式计算需补加的石灰量.例:B.铁水含磷较高([P]≥0.3%)时,(kg∕t铁)⑵其次,当加入含(%SiO2)的辅助原料时(如:矿石,白云石萤石,菱镁矿等),应补加石灰. 例: 铁矿石中SiO2的含量为8%,碱度按3.0控制,石灰的有效氧化钙为80%,则每kg矿石补加石灰量 = 8×3.0/80 = 0.3(kg)⑶石灰加入总量废钢中含有一定量的Si,但成分通常不知,一般按每吨废钢补加石灰15～20kg.2.白云石用量的确定白云石的加入量应根据炉渣要求的饱和MgO含量来确定.通常渣中MgO含量控制在8%～10%,除了加入的白云石含有MgO外,石灰和炉衬也会带入一部分.理论用量W(kg/t)=实际加入量W/=W-W灰-W衬3.熔剂的用量萤石用量:尽量少用或不用,部标要求≤4kg/t.矿石用量:铁矿石及氧化铁皮也具有较强的化渣能力,但同时对熔池产生较大的冷却效应,其用量应视炉内温度的高低,一般为装入量的2～5%.4.计算举例例题1:1t金属料中铁水占85%,废钢占10%,生铁块占5%,每T金属料加矿石5kg,萤石3kg,铁水带渣比为0.5%,石灰熔化率为85%,各原材料成分列在下表中.炉渣碱度为3.5.计算:1t金属料所需石灰加入量为多少原料成分铁水废钢生铁块铁水带渣石灰矿石萤石[%Si]0.500.101.40%CaO37.583%SiO2362.56.05.0解:石灰加入量铁水带渣量为:1000×85%×0.5% = 4.25 (kg)铁水带渣带入的SiO2应考虑铁水渣中CaO相当的SiO2量:辅助原料及铁水带渣需补加石灰量(kg))例题2:用轻烧白云石作为调渣剂其成分如下表:原料成分石灰轻烧白云石炉衬%CaO%SiO2%MgO832.54.09502.03777计算条件:终渣成分要求(MgO)=9.66%,渣量为金属装入量的8.2%,炉衬侵蚀量是装入量的0.05%,其它条件同上述例题.解题思路:终渣(MgO)来源:A. 加入的轻烧白云石.C.石灰中的MgO.D.炉衬被侵蚀下来的MgO.⑴计算轻烧白云石加入量由例题1计算的结果是不加轻烧白云石时石灰加入量为68.39kg∕t.石灰带入MgO量:68.39×4.09% =2.80 (kg)炉衬蚀损带入MgO量:1000×0.05%×77%=0.385 (kg)根据1t装入量计算终渣MgO量:1000×8.2%×9.66%=7.92 (kg∕t)⑵计算轻烧白云石需补加石灰量⑶计算轻烧白云石相当的石灰量石灰加入总量= 68.39 - 8.62 + 1.21= 60.98 (kg)例题3:某转炉铁水装入量为100t,铁水含Si:0.4%,P:0.1%.采用单渣法造渣,终渣碱度为3.5,每炉加矿石3000kg,为保证渣中MgO,每炉加轻烧白云石2500kg.已知:石灰:CaO: 91.6% SiO2: 1.6%矿石:SiO2: 8%轻烧白云石:MgO:35% CaO:55% SiO2: 2%计算石灰加入量(单位kg,保留整数).解:⑴计算未加白云石时石灰加入量⑵计算轻烧白云石需补加石灰量⑶计算轻烧白云石相当的石灰量⑷计算石灰加入总量石灰加入总量= 5454+203-1599 = 4085 (kg)九.渣量计算渣量可以用元素平衡法计算.由铁水炼成钢,各元素一部分被氧化,一部分残留在钢中.如果知道某一元素在钢中的数量,该元素其余部分全部进入了熔渣,则通过这个元素在渣中的百分含量,就可以计算出熔渣的数量.Mn和 P两元素,从渣料及炉衬中的来源很少,其数量可以忽略不计.因而可以用Mn或 P的平衡来计算渣量.例:渣量计算(单渣法)装入量 Mn P Fe装 (kg) % kg % kg % kg入铁水28000 0.40 112 0.20 56料废钢4000 0.50 20 0.02 0.8数铁矿石1000 0.30 3 0.10 1.0 56.0 560据小计 135 57.8 560(MnO)% [%Mn] (P2O5)% [%P]终点钢水 0.12 0.03数炉渣 3.30 2.56 2.86 1.25据金属装入量 28000+4000+560=32560kg出钢量(按装入量的90%计算)32560×90%=29304kg钢水中Mn 量 29304×0.12%=35.16kg钢水中P量 29304×0.03%= 8.79kg进入渣中Mn 量 135-35.16=99.84kg进入渣中P量 57.8 - 8.79=49.01kg用Mn 平衡法熔渣占装入量的百分比用P平衡法熔渣占装入量的百分比习题:1名词解释:泡沫渣,单渣法双渣法双渣留渣法2造渣方法如何选择采用双渣法操作时,倒渣的时间应如何掌握3石灰加入量如何计算渣料如何加入4影响石灰溶解的因素有哪些5炉渣严重泡沫化的原因是什么如何控制泡沫渣6.吹炼过程中为什么会出现炉渣"返干"现象§4—5 温度制度氧气转炉的温度制度包括两方面的内容:一是准确控制终点温度,二是恰当控制冶炼过程温度. 温度对于转炉吹炼过程既是重要的热力学参数,又是重要的动力学参数.它既对各个化学反应的反应方向,反应程度和各元素之间的相对反应速度有重大影响,又对熔池的传质和传热速度有重大影响.因此,为了快而多地去除钢中的有害杂质,保护或提取某些有益元素,加快吹炼过程成渣速度,加快废钢熔化,减少喷溅,提高炉龄等,都必须控制好吹炼过程温度.此外,对各钢种都有其要求的出钢温度.出钢温度过低会造成回炉,短锭,包底凝钢及钢锭的各种低温缺陷和废品;过高则会造成跑漏钢,钢锭上涨,粘模及钢锭的各种高温缺陷和废品,并影响炉衬和氧枪的寿命.一.转炉温度控制的目标及温度控制内容1.目标希望吹炼过程中均衡升温,吹炼终点时钢水的温度和化学成分同时命中钢种要求的范围.2.内容⑴确定合适的钢种出钢温度;⑵确定熔池富裕热量的数值,选择冷却剂并确定其冷却效果和加入量;⑶掌握影响熔池温度变化的因素,及进行温度控制操作.二.热量来源与热量支出1.热量来源氧气转炉炼钢的热量来源主要是铁水的物理热和化学热.物理热是指铁水带入的热量,它与铁水温度有直接关系,化学热是铁水中各元素氧化后放出的热量,它与铁水化学成分直接相关. 在炼钢温度下,各元素氧化放出的热量各异,它可以通过各元素氧化放出的热效应来计算确定.例如铁水温度1200℃,吹入的氧气25℃,碳氧反应生成CO时:[C]1473+{O2}298={CO}1473 ΔH1473K= -137520 J/mol则1kg[C]氧化生成CO时放出的热量为137520/12≈11300kJ/kg.现以100kg金属料为例,计算各元素的氧化热能使熔池升温多少.设炉渣量为装入金属料的15%,炉衬吸热为装入金属料的10%,计算热平衡公式如下:Q=∑MCT式中 Q—1kg元素氧化放出的热量,kJ/kg;M——受热金属液,炉衬和炉渣重量,kg;C——各物质比热,已知钢液CL为0.84～1.0kJ/kg·℃,炉渣和炉衬的CS为1.23kJ/ kg·℃.计算在1200℃时C—O反应生成CO时,氧化1kg碳可使熔池温度升高数为:℃1kg元素是100kg金属料的1%,因此,根据同样道理和假设条件,可以计算出其它元素氧化1%时使熔池的升温数.碳完全燃烧生成CO2时其发热量最高,使熔池升温数最大,其次是磷和硅.但是碳大部分没有完全燃烧,因此,在氧气转炉吹炼中采用双流氧枪,可有助于CO进一步燃烧生成CO2,使转炉热效率提高.哪些元素是转炉炼钢的主要热源,不仅要看其热效应大小,还要视其氧化总量的多少而定.例如,在1400℃时,硅氧化0.5%,碳氧化3%,则分别使熔池升温数为71℃和249℃,可见碳氧化产生的总热量要比硅的总热量多得多.2.热量支出热量支出主要包括:钢水物理热;炉渣物理热;炉气物理热;烟尘物理热;渣中金属铁珠物理热;喷溅金属物理热;矿石分解热;废钢物理热(见热平衡表).其中,钢水的物理热约占70%,这是一项主要的支出,熔渣带走的热量大约占10%,它与渣量的多少有关.因此在保证去除P,S的条件下,采用最小的渣量.渣量过大不仅增加渣料的消耗,也增加热量的损失,所以要求铁水进行预处理,这样既可实现少渣操作;同时在吹炼过程中也可减少喷溅,缩短吹炼时间,减少炉与炉的间隔时间,减少热损失,提高转炉的热效率.转炉热效率提高以后,可以提高废钢比.3.转炉炼钢的热平衡指炼钢过程的热量来源与支出之间的平衡关系(见热平衡表).为了准确的控制转炉的吹炼温度,需要知道铁水中各成分氧化反应放出的总热量;这些热量除了把熔池加热到出钢温度外,富余多少热量需要加多少冷却剂这要经过热平衡计算才能得出,具体物料平衡,热平衡计算参看教材中物料平衡与热平衡计算内容.热平衡表的分析:根据转炉吹炼过程中热量的收入与支出,作出热平衡计算列出热平衡表,得出氧气转炉热工特点如下:⑴热量收入主要是铁水的物理热和化学热;⑵尚有大量的富余热量,必须加入冷却剂;⑶元素氧化放热中,C,Si,P都是重要的发热元素,其中碳占有主要地位(占氧化总放热的一半以上).⑷转炉热效率为60～70%左右.转炉总热效率计算公式如下:总热效率=×100%在转炉炼钢过程中,真正有用的热量占整个热量收入的70%左右,在热量的利用上还是有一定潜力的,应努力提高热效率.三.出钢温度的确定出钢温度的高低受钢种,锭型和浇注方法的影响.1.出钢温度的确定依据:⑴保证浇注温度高于所炼钢种凝固温度20～30℃(小炉子偏上限,大炉子偏下限).⑵考虑出钢过程和钢水运输,镇静时间,钢液吹氩时的降温,一般为80～120℃.⑶考虑浇注方法和浇注锭型大小所用时间的降温.2.确定出钢温度T出钢T出钢 =T凝 +△t过热+△T总式中 T凝——钢液的熔点即液相线温度,根据钢种的化学成分而定.T凝=1539-∑△ti×[%i]-7 ℃;△t过热—钢水过热度,℃.即高于熔点的温度值,与钢种,坯型有关.△T总—从出钢→精炼→浇注过程中的温降值.△T总=△t1+△t2+△t3+△t4+△t5△t1—出钢过程温降,℃.△t2—出钢毕至精炼开始之前的温降,℃.△t3—钢水精炼过程温降,℃.△t4—钢水精炼完毕至开浇前的温降,℃.△t5—钢水从钢包至中间包的温降,℃.四.确定冷却剂用量1.冷却剂及其特点转炉炼钢的冷却剂主要是废钢和矿石.比较而言,废钢的冷却效应稳定,而且硅磷含量也低,渣料消耗少,可降低生产成本;但是,矿石可在不停吹的条件下加入,而且具有化渣和氧化的能力.因此,目前一般是矿石,废钢配合冷却,而且是以废钢为主,且装料时加入;矿石在冶炼中视炉温的高低随石灰适量加入.另外,冶炼终点钢液温度偏高时,通常加适量石灰或白云石降温(前两种均不能用).2.各冷却剂的冷却效应冷却效应是指每kg冷却剂加入转炉后所消耗的热量,常用q表示,单位是kJ/kg.⑴矿石的冷却效应:矿石冷却主要靠Fe2O3的分解吸热,因此其冷却效应随铁矿的成分不同而变化,含Fe2O370%,FeO10%时铁矿石的冷却效应为:q矿=1×C矿×△t+λ矿+1×(Fe2O3%×112/160×6456+FeO%×56/72×4247)=1×1.02×(1650-25)+209+1×(0.7×112/160×6456+0.1×56/72×4247)=5360 kJ/kg⑵废钢的冷却效应:废钢主要依靠升温吸热来冷却熔池,由于不知准确成分,其熔点通常按低碳钢的1500℃考虑,入炉温度按25℃计算,于是废钢的冷却效应为:q废=1×[C固(t熔-25)+λ废+ C液(t出-t熔)]=1×[0.7×(1500-25)+272+0.837(1650-1500)]=1430 kJ/kg⑶氧化铁皮的冷却效应:计算方法同矿石,对于50%FeO,40%Fe2O3 的氧化铁皮,其冷却热效应为:q皮=5311 kJ/kg。