基本介紹
- 中文名：ORP法
- 外文名：optimizing the refining process
- 學科：冶金工程
- 領域：能源
- 範圍：冶煉
- 釋義：一種脫磷方法
簡介,轉爐煉鋼,發展歷程,工藝流程,脫磷劑,
簡介
ORP法（optimizing the refining process）是一種脫磷方法。它的突出特點是用CaO系脫磷劑、全部使用固態氧源和適用於所有鋼種的處理。
轉爐煉鋼
轉爐煉鋼(converter steelmaking)是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，不藉助外加能源，靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學反應產生熱量而在轉爐中完成煉鋼過程。轉爐按耐火材料分為酸性和鹼性，按氣體吹入爐內的部位有頂吹、底吹和側吹；按氣體種類為分空氣轉爐和氧氣轉爐。鹼性氧氣頂吹和頂底復吹轉爐由於其生產速度快、產量大，單爐產量高、成本低、投資少，為使用最普遍的煉鋼設備。轉爐主要用於生產碳鋼、合金鋼及銅和鎳的冶煉。
發展歷程
早在1856年英國人貝斯麥就發明了底吹酸性轉爐煉鋼法，這種方法是近代煉鋼法的開端，它為人類生產了大量廉價鋼，促進了歐洲的工業革命。但由於此法不能去除硫和磷，因而其發展受到了限制。1879 年出現 了托馬斯底吹鹼性轉爐煉鋼法，它使用帶有鹼性爐襯的轉爐來處理高磷生鐵。雖然轉爐法可以大量生產鋼，但它對生鐵成分有著較嚴格的要求，而且一般不能多用廢鋼 。隨著工業 的進一步發展，廢鋼越來越多。
在酸性轉爐煉鋼法發明不到十年，法國人馬丁利用蓄熱原理，在1864年創立了平爐煉鋼法，1888年出現了鹼性平爐。
平爐煉鋼法對原料的要求不那么嚴格，容量大，生產的品種多，所以不到20年它就成為世界上主要的煉鋼方法，直到20世紀50年代，在世界鋼產量中，約85%是平爐煉出來的。1952年在奧地利 出現純氧頂吹轉爐，它解決了鋼中氮和其他有害雜質的含量問題，使質量接近平爐鋼，同時減少了隨廢氣(當用普通空氣吹煉時，空氣含79 %無用的氮)損失的熱量，可以吹煉溫度較低的平爐生鐵，因而節省了高爐的焦炭耗量，且能使用更多的廢鋼 。由於轉爐煉鋼速度快(煉一爐鋼約10min，而平爐則需7h)，負能煉鋼，節約能源，故轉爐煉鋼成為當代煉鋼的主流。
其實130年以前貝斯麥發明底吹空氣煉鋼法時，就提出了用氧氣煉鋼的構想，但受當時條件的限制沒能實現。直到20世紀50年代初奧地利的Voest Alpine公司才將氧氣煉鋼用於工業生產，從而誕生了氧氣頂吹轉爐，亦稱LD轉爐。頂吹轉爐問世後，其發展速度非常快，到1968年出現氧氣底吹法時，全世界頂吹法產鋼能力已達2.6億噸，占絕對壟斷地位。1970年後，由於發明了用碳氫化合物保護的雙層套管式底吹氧槍而出現了底吹法，各種類型的底吹法轉爐(如OBM，Q-BOP，LSW等)在實際生產中顯示出許多優於頂吹轉爐之處，使一直居於首位的頂吹法受到挑戰和衝擊。
頂吹法的特點決定了它具有渣中含鐵高，鋼水含氧高，廢氣鐵塵損失大和冶煉超低碳鋼 困難等缺點，而底吹法則在很大程度上能克服這些缺點。但由於底吹法用碳氫化合物冷卻噴嘴，鋼水含氫量偏高，需在停吹後噴吹惰性氣體進行清洗。基於以上兩種方法在冶金學上顯現出的明顯差別，故在20世紀70年代以後，國外許多國家著手研究結合兩種方法優點的頂底復吹冶煉法。繼奧地利人Dr.Eduard等於1973年研究轉爐頂底復吹煉鋼之後，世界各國普遍開展了轉爐復吹的研究工作，出現了各種類型的復吹轉爐，到20世紀80年代初開始正式用於生產。由於它 比頂吹和底吹法都更優越，加上轉爐復吹現場改造 比較容易，使之幾年時間就在全世界範圍得到普遍套用，有的國家(如日本)已基本上淘汰了單純的頂吹轉爐。
傳統的轉爐煉鋼過程是將高爐來的鐵水經混鐵爐混勻後兌入轉爐，並按一定 比例裝入廢鋼，然後降下水冷氧槍以一定的供氧、槍位和造渣制度吹氧冶煉。當達到吹煉終點時，提槍倒爐，測溫和取樣化驗成分，如鋼水溫度和成分達到 目標值範圍就 出鋼。否則，降下氧槍進行再吹。在出鋼過程中，向鋼包中加入脫氧劑和鐵合金進行脫氧、合金化。然後，鋼水送模鑄場或連鑄車間鑄錠。
隨著用戶對鋼材性能和質量的要求越來越高，鋼材的套用範圍越來越廣，同時鋼鐵生產企業也對提高產品產量和質量，擴大品種，節約能源和降低成本越來越重視。在這種情況下，轉爐生產工藝流程發生了很大變化。鐵水預處理、復吹轉爐、爐外精煉、連鑄技術的發展，打破了傳統的轉爐煉鋼模式。已由單純用轉爐冶煉發展為鐵水預處理--復吹轉爐吹煉--爐外精煉--連鑄這一新的工藝流程。這一流程以設備大型化、現代化和連續化為特點。氧氣轉爐已由原來的主導地位變為新流程的一個環節，主要承擔鋼水脫碳和升溫的任務了。
工藝流程
氧氣頂吹轉爐煉鋼設備工藝。按照配料要求，先把廢鋼等裝入爐內，然後倒入鐵水，並加入適量的造渣材料(如生石灰等)。加料後，把氧氣噴槍從爐頂插入爐內，吹入氧氣(純度大於99%的高壓氧氣流)，使它直接跟高溫的鐵水發生氧化反應，除去雜質。用純氧代替空氣可以克服由於空氣里的氮氣的影響而使鋼質變脆，以及氮氣排出時帶走熱量的缺點。在除去大部分硫、磷後，當鋼水的成分和溫度都達到要求時，即停止吹煉，提升噴槍，準備出鋼。出鋼時使爐體傾斜，鋼水從出鋼口注入鋼水包里，同時加入脫氧劑進行脫氧和調節成分。鋼水合格後，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以再軋製成各種鋼材。 氧氣頂吹轉爐在煉鋼過程中會產生大量棕色煙氣，它的主要成分是氧化鐵塵粒和高濃度的一氧化碳氣體等。因此，必須加以淨化回收，綜合利用，以防止污染環境。從回收設備得到的氧化鐵塵粒可以用來煉鋼；一氧化碳可以作化工原料或燃料；煙氣帶出的熱量可以副產水蒸氣。此外，煉鋼時，生成的爐渣也可以用來做鋼渣水泥，含磷量較高的爐渣，可加工成磷肥，等等。氧氣頂吹轉爐煉鋼法具有冶煉速度快、煉出的鋼種較多、質量較好，以及建廠速度快、投資少等許多優點。但在冶煉過程中都是氧化性氣氛，去硫效率差，昂貴的合金元素也易被氧化而損耗，因而所煉鋼種和質量就受到一定的限制。
脫磷劑
在鐵水預處理中用於預脫磷的各種添加劑的總稱。將脫磷劑以各種方式加入鐵水中或鐵水表面，使之與鐵水中的磷反應生成磷的化合物，從而使磷固定在渣中或進入氣相以達到鐵水預脫磷目的。脫磷反應過程中形成的渣稱為脫磷渣，習慣上有時也將添加劑和脫磷反應過程中形成的渣統稱為脫磷劑或脫磷渣。
為將鐵水中的磷去除，必須使之與脫磷劑反應生成穩定的化合物並從鐵水中分離出來。根據不同的脫磷反應產物和反應過程中所要求的不同氧位，脫磷劑可以分為氧化脫磷劑和還原脫磷劑兩大類。將鐵水中的磷氧化成氧化物或磷酸根而達到脫磷目的的脫磷劑稱為氧化脫磷劑;而將鐵水中的磷還原成負價化合物而達到脫磷目的的脫磷劑稱為還原脫磷劑。還原脫磷·劑主要用於鐵合金和合金鋼的脫磷，常用的氧化脫磷劑是由作為氧源的易被還原的氧化劑和作為鹼基的鹼性氧化物以及助熔劑等組成的複合脫磷劑，例如蘇打系脫磷劑、石灰系脫磷劑等。常用的還原脫磷劑是鈣或鎂的金屬或合金，例如Ca、CaC2、CaSi等，常配有適量的CaF2作為助熔劑。
