炼钢学-供养制度

1、转炉炼钢转炉炼钢 供氧制度供氧制度主讲人：辛瑞峰主讲人：辛瑞峰冶金化工系冶金化工系2015年年5月月5日日引言引言 炼钢工艺流程炼钢工艺流程: :按照配料要求，先把废钢等装入按照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料后，炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料后，将氧枪从炉顶插入炉内，将氧枪从炉顶插入炉内，吹氧吹氧使它直接跟高温的铁使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。当钢水的成分和温度水发生氧化反应，除去杂质。当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。倾炉出钢时，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成

2、分。倾炉出钢时，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材。再轧制成各种钢材。 从装料到出钢每炉钢一般控制在从装料到出钢每炉钢一般控制在3035min，而，而吹氧时间吹氧时间1218min，可见，可见供氧制度是冶炼的中心环供氧制度是冶炼的中心环节节，直接关系到钢水的质量。，直接关系到钢水的质量。主要内容主要内容一、一、 氧枪喷头氧枪喷头 二二 、供氧强度和供氧压力供氧强度和供氧压力三三 、枪位及其控制枪位及其控制一、氧枪喷头一、氧枪喷头 转炉供氧射流特征是通过氧枪喷头来实现的，转炉供氧射流特征是通过

3、氧枪喷头来实现的，因此，喷头结构的合理选择是转炉供氧的关键。因此，喷头结构的合理选择是转炉供氧的关键。氧枪喷头有单孔、多孔和双流道等多种结构，对氧枪喷头有单孔、多孔和双流道等多种结构，对喷头的选择要求为：喷头的选择要求为：（1）应获得超音速流股，有利于氧气利用率的）应获得超音速流股，有利于氧气利用率的提高；提高；（2）合理的冲击面积，使熔池液面化渣快，对）合理的冲击面积，使熔池液面化渣快，对炉衬冲刷少；炉衬冲刷少；（3）必须有利于提高炉内的热效率；）必须有利于提高炉内的热效率；（4）便于加工制造，有一定的使用寿命。）便于加工制造，有一定的使用寿命。氧枪喷头类型氧枪喷头类型二、供氧强度二、供氧强

4、度 所谓所谓供氧强度供氧强度，是指单位时间内向每吨，是指单位时间内向每吨金属供给的标准状态氧气量的多少，即：供金属供给的标准状态氧气量的多少，即：供氧强度（氧强度（m/（tmin）=每吨金属需氧量每吨金属需氧量（m/t）/供氧时间（供氧时间（min）。）。 生产实践表明，容量为生产实践表明，容量为3050吨的转炉，吨的转炉，供氧强度为供氧强度为2.84.0 m/tmin）,120150吨的吨的转炉，供氧强度为转炉，供氧强度为2.53.5 m/（tmin）。国）。国外大型转炉的供氧强度一般为外大型转炉的供氧强度一般为2.54.0 m/（tmin）。）。 氧气的压力是转炉炼钢中供氧操作的一氧气的压

5、力是转炉炼钢中供氧操作的一个重要参数。对于个重要参数。对于同一氧枪同一氧枪来说，提高氧气来说，提高氧气压力可以增加供氧强度而缩短冶炼时间。压力可以增加供氧强度而缩短冶炼时间。但但是枪位一定时，是枪位一定时，过分增大氧压会引起严重喷过分增大氧压会引起严重喷溅，同时氧气射流对熔池的冲击深度也会增溅，同时氧气射流对熔池的冲击深度也会增加，从而有冲蚀炉底的危险。合适的供氧压加，从而有冲蚀炉底的危险。合适的供氧压力，一般是先经验选定，然后在使用中修正。力，一般是先经验选定，然后在使用中修正。转炉中涉及的氧气压力主要是喷头前的绝对转炉中涉及的氧气压力主要是喷头前的绝对压力压力p0和使用压力和使用压力p用用

6、（测定点氧压）。（测定点氧压）。 二、供氧压力二、供氧压力 转炉炼钢中的枪位，通常定义为转炉炼钢中的枪位，通常定义为氧枪喷头至平静熔池液面的距离。这氧枪喷头至平静熔池液面的距离。这一距离较大时，称高枪位，反之称低一距离较大时，称高枪位，反之称低枪位。枪位高低是转炉吹炼过程中的枪位。枪位高低是转炉吹炼过程中的一个重要参数，它不仅与熔池内钢液一个重要参数，它不仅与熔池内钢液环流运动的强弱有直接关系，而且对环流运动的强弱有直接关系，而且对转炉内的传氧情况有重大影响。转炉内的传氧情况有重大影响。 三、枪位及其控制三、枪位及其控制1、 枪位与熔池内钢液环流枪位与熔池内钢液环流的关系，氧气流股不断冲的关系

7、，氧气流股不断冲击熔池，在熔池中央冲出击熔池，在熔池中央冲出一个一个“凹凹”坑，该坑的深坑，该坑的深度常被叫做度常被叫做氧气射流的冲氧气射流的冲击深度击深度，坑口的面积被称，坑口的面积被称为为氧气射流的冲击面积氧气射流的冲击面积；与此同时，到达坑底后的与此同时，到达坑底后的氧气射流形成氧气射流形成反射流股反射流股，通过与钢液的摩擦力引起通过与钢液的摩擦力引起熔池内的钢液进行环流运熔池内的钢液进行环流运动，改善了炉内化学反应动，改善了炉内化学反应的动力学条件，对加速冶的动力学条件，对加速冶炼有重要意义。炼有重要意义。 在吹炼过程中，采用低枪位或高氧压的在吹炼过程中，采用低枪位或高氧压的吹氧操作称

8、为吹氧操作称为“硬吹硬吹”。（如图。（如图2-1）硬吹时，）硬吹时，氧气射流与熔池接触时的速度较快，断面积氧气射流与熔池接触时的速度较快，断面积较小，因而熔池中央被冲出一个面积较小而较小，因而熔池中央被冲出一个面积较小而深 度 较 大 的 作 用 区 。 该 区 内 温 度 高 达深 度 较 大 的 作 用 区 。 该 区 内 温 度 高 达22002700，而且钢液被粉碎成细小的液滴，而且钢液被粉碎成细小的液滴，从坑的内壁的切线方向溅出，形成很强的反从坑的内壁的切线方向溅出，形成很强的反射流股，从而带动钢液进行剧烈的循环流动，射流股，从而带动钢液进行剧烈的循环流动，几乎使整个熔池都得到了强有

9、力的搅拌。几乎使整个熔池都得到了强有力的搅拌。 转炉的吹氧操作有三种类型，即转炉的吹氧操作有三种类型，即恒氧压变枪位操作、恒恒氧压变枪位操作、恒枪位变氧压操作和变枪位变氧压操作枪位变氧压操作和变枪位变氧压操作。所谓。所谓恒氧压变枪位操恒氧压变枪位操作作，是指在一炉钢的吹炼过程中的氧气的压力保持不变，而，是指在一炉钢的吹炼过程中的氧气的压力保持不变，而通过变枪位来调节氧气射流对熔池的冲击深度和冲击面积，通过变枪位来调节氧气射流对熔池的冲击深度和冲击面积，以控制冶炼过程顺利进行的吹氧方法。生产实践证明，这种以控制冶炼过程顺利进行的吹氧方法。生产实践证明，这种方法能根据一炉钢冶炼过程中各阶段的特点灵

10、活地控制炉内方法能根据一炉钢冶炼过程中各阶段的特点灵活地控制炉内的反应，吹炼平稳、金属损失少，去磷硫效果好，国内外各的反应，吹炼平稳、金属损失少，去磷硫效果好，国内外各厂普遍采用这种方法。厂普遍采用这种方法。恒枪位变氧压恒枪位变氧压的操作比较简单，但是的操作比较简单，但是吹炼效果不太理想，而且要求铁水成分和温度波动范围较小。吹炼效果不太理想，而且要求铁水成分和温度波动范围较小。变枪位变氧压变枪位变氧压操作，不但可以化渣迅速，而且可以提高吹炼操作，不但可以化渣迅速，而且可以提高吹炼前期和后期的供氧强度，缩短冶炼时间。但是这种方法要求前期和后期的供氧强度，缩短冶炼时间。但是这种方法要求技术水平高，

11、不容易掌握。如今，国内外炼钢厂普遍采用的技术水平高，不容易掌握。如今，国内外炼钢厂普遍采用的是是分阶段恒氧压变枪位分阶段恒氧压变枪位操作。操作。 转炉吹氧操作转炉吹氧操作的的类型类型2、渣钢乳化渣钢乳化 在顶吹氧气转炉吹炼过程中，特别是吹炼过在顶吹氧气转炉吹炼过程中，特别是吹炼过程剧化的开始阶段，有时炉渣会起泡并从炉口溢程剧化的开始阶段，有时炉渣会起泡并从炉口溢出，这就是吹炼过程中发生的典型的乳化和泡沫出，这就是吹炼过程中发生的典型的乳化和泡沫现象。现象。 由于氧射流对熔池的强烈冲击和由于氧射流对熔池的强烈冲击和CO气泡的沸气泡的沸腾作用，使熔池上部金属、熔渣和气体三相剧烈腾作用，使熔池上部金

12、属、熔渣和气体三相剧烈混合，形成了转炉内发达的乳化和泡沫状态。混合，形成了转炉内发达的乳化和泡沫状态。 转炉内的泡沫现象转炉内的泡沫现象1-氧枪；氧枪；2-气气-钢钢-渣乳化相；渣乳化相；3-CO气泡；气泡；4-金属熔池；金属熔池；5-火点；火点； 6-金属液滴；金属液滴；7-CO气流；气流；8-飞溅出的金属液滴；飞溅出的金属液滴；9-烟尘烟尘 乳化乳化（emulsification）是指金属液滴或气泡弥）是指金属液滴或气泡弥散在炉渣中，若液滴或气泡数量较少而且在炉散在炉渣中，若液滴或气泡数量较少而且在炉渣中自由运动，这种现象称为渣钢乳化或渣气渣中自由运动，这种现象称为渣钢乳化或渣气乳化。乳化

13、。若炉渣中仅有气泡，而且气泡无法自由运动，若炉渣中仅有气泡，而且气泡无法自由运动，这种现象称这种现象称炉渣泡沫化炉渣泡沫化（slag foaming）。）。由于渣滴或气泡也能进入到金属熔体中，因此由于渣滴或气泡也能进入到金属熔体中，因此转炉中还存在金属熔体中的转炉中还存在金属熔体中的乳化体系乳化体系。渣钢乳化渣钢乳化是冲击坑上沿流动的钢液被射流撕裂是冲击坑上沿流动的钢液被射流撕裂成金属滴所造成的。成金属滴所造成的。通过对通过对230tLD转炉乳液取样分析，发现其中转炉乳液取样分析，发现其中金金属液滴比例属液滴比例很大：很大： 吹氧吹氧 6-7 min 时时 占占45%-80%； 10-12 m

14、in时时 占占40%-70%； 15-17min 时时 占占30%-60%。可见，吹炼时金属和炉渣密切相混。可见，吹炼时金属和炉渣密切相混。 软吹时，由于渣中（软吹时，由于渣中（FeOFeO）含量增加，并且氧）含量增加，并且氧化位（即化位（即FeFe3+3+/Fe/Fe2+2+）升高，持续时间过长就会产）升高，持续时间过长就会产生大量起泡沫的乳化液，乳化的金属量非常大，生大量起泡沫的乳化液，乳化的金属量非常大，生成大量气体，容易发生大喷或溢渣。因此，必生成大量气体，容易发生大喷或溢渣。因此，必须正确调整枪位和供氧量，使乳化液中金属保持须正确调整枪位和供氧量，使乳化液中金属保持某一百分比。某一百

15、分比。3、供氧操作、供氧操作 供氧操作供氧操作是指调节是指调节氧压或枪位氧压或枪位，达到调节氧气流，达到调节氧气流量、喷头出口气流压力及射流与熔池的相互作用程量、喷头出口气流压力及射流与熔池的相互作用程度，以控制化学反应进程的操作。度，以控制化学反应进程的操作。 供氧操作分为供氧操作分为恒压变枪恒压变枪、恒枪变压恒枪变压和和分阶段恒分阶段恒压变枪压变枪几种方法。国内多采用第三种操作法。几种方法。国内多采用第三种操作法。 所谓所谓枪位枪位，是指氧枪喷头端面距静止液面的距离，常，是指氧枪喷头端面距静止液面的距离，常用表示，单位是用表示，单位是m。 目前，氧枪操作有两种类型，一种是目前，氧枪操作有两

16、种类型，一种是恒压变枪操作恒压变枪操作，一种是一种是恒枪变压操作恒枪变压操作。比较而言，恒压变枪操作更为方便、。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。准确、安全，因而国内钢厂普遍采用。 1 1）、枪位的变化范围和规律）、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，实践关于枪位的确定，目前的做法是经验公式计算，实践中修正。中修正。 一炉钢冶炼中枪位的变化范围可据经验公式确定：一炉钢冶炼中枪位的变化范围可据经验公式确定： H=（3746）PD出出 式中式中 P供氧压力，供氧压力，MPa； D喷头的出口直径，喷头的出口直径，mm； H枪位，枪位，mm。

17、 （1）初期高枪位化渣）初期高枪位化渣（2）中期低枪位脱碳）中期低枪位脱碳（3）后期提枪调渣控终点。）后期提枪调渣控终点。 吹炼后期，吹炼后期，C-O反应已弱，产生喷溅的可能反应已弱，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。低），因此枪位应适当高些。（4）终点前）终点前点吹点吹破坏泡沫渣。破坏泡沫渣。 接近终点时，降枪点吹一下，均匀钢液的成接近终点时，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分和温度，同时

18、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。沫渣，以提高金属和合金的收得率。2 2）、枪位的调节）、枪位的调节 生产条件千变万化，因此具体操作中还应根生产条件千变万化，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。据实际情况对枪位进行适当的调节。（1 1）铁水温度）铁水温度：若遇铁水温度偏低，应先压枪：若遇铁水温度偏低，应先压枪提温，而后再提枪化渣，以防渣中的（提温，而后再提枪化渣，以防渣中的（FeOFeO）积）积聚引发大喷，即采用低聚引发大喷，即采用低- -高高- -低枪位操作。低枪位操作。（2 2）铁水成分）铁水成分：铁水硅、磷高时，若采用双渣：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。渣操作，由于石灰加入量大，应较高枪位化渣。铁水含锰