第七章 氧气转炉炼钢工艺部分

第七章氧气转炉炼钢7.1转炉炼钢原辅材料金属料：铁水（生铁）、废钢、铁合金；非金属料：造渣材料、氧化剂、冷却剂和增碳剂。7.1.1金属料⑴铁水

铁水一般占装入量的70～100%，是转炉炼钢的主要热源。对铁水要求有：①成分；③温度。硅(Si)：是重要的发热元素，铁水中含Si量高，炉内的化学热增加。锰(Mn)：是发热元素，有利元素。磷(P)：是高发热元素，对一般钢种来说是有害元素，硫(S)：有害元素。对铁水温度的要求：铁水物理热得占转炉热收入的50%。入炉铁水温度应大于1200℃～1300℃，并且要相对稳定。⑵废钢废钢量一般是总装入量的10%-30%。既是金属料又是冷却剂⑶铁合金脱氧剂和合金化元素。7.1.2辅助材料⑴造渣材料①石灰(CaO)作用：脱磷、脱硫、保护炉衬。

②萤石主要成分：CaF2，含有SiO2、Al2O3杂质。作用：助熔剂。原理：萤石与CaO作用形成1635K的共晶体，直接促进石灰熔化；能显著降低2CaO·SiO2的熔点(生成低熔点3CaO·CaF2·2SiO2，熔点1362℃)；能降低炉渣粘度，认为氟离子切断了硅酸盐链状结构。③白云石(CaCO3·MgCO3)经焙烧可成为轻烧白云石，其主要成分为CaO·MgO采用生白云石或轻烧白云石代替部分石灰造渣，可减轻炉渣对炉衬的侵蚀。溅渣护炉操作时，通过加入适量的生白云石或轻烧白云石保持渣中的MgO含量达到饱和或过饱和，使终渣能够做黏，出钢后达到溅渣的要求。促进前期化渣(生成共熔点化合物，都比C2S的熔点低的多)⑵氧化剂①氧气转炉炼钢的主要氧源，氧气纯度，超过98%；氧气压力要稳定，0.6～1.5MPa之间。

②铁矿石和氧化铁皮氧化铁有利于化渣和冷却作用⑶冷却剂作用：准确命中转炉终点温度。种类：废钢、氧化铁皮、铁矿石、烧结矿、球团矿、石灰石等。⑷增碳剂种类：木炭、电极粉、焦炭粉、生铁等。7.3氧气转炉炼钢工艺特点①完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热；②生产率高(冶炼时间在35分钟左右)；③质量好(气体含量少，CO的反应搅拌，将N、H除去)可以生产超纯净钢,有害成份(S、P、N、H、O)＜80ppm；④冶炼成本低，耐火材料用量比平炉及电炉用量低；⑤原材料适应性强，高P、低P都可以。⑥冶炼品种多达400个。⑴氧气转炉中的顶吹供氧，是使用拉瓦尔喷头的水冷氧枪将纯氧以500m/S左右的超音速射流从上而下吹入熔池，供氧的同时还搅动熔池，加快钢液的传质和传热。7.3.1氧气转炉的供氧特征⑵冲击深度和冲击面积是指氧气射流冲击到熔池面上，当射流压力大于维持液面静平衡状态的炉内压力时，渣层被吹开，并把铁水挤开而形成凹坑。凹坑的上沿面积即称为冲击面积，而凹坑的最底点到熔池表面的距离，称为冲击深度幻灯片10。采用恒压变抢操作：①“硬吹”概念：当枪位较低时，氧流对液面有较高的冲击压力，金属液被冲击成一深坑。此时，氧流作用区(冲击面积)较小，一部分金属液被粉碎成液滴，从深坑中沿切线方向喷溅出来，送入熔池上面空间被大量氧化，然后又被卷入熔池，使熔池受到强烈的搅拌而进行着循环运动。降枪脱碳升温：在“硬吹”情况下，由于金属液的强烈循环运动，加速了金属熔池的氧化，脱碳速度增加。但此时渣中氧化铁含量低，对化渣不利。②“软吹”概念：当枪位较高时，氧气流股对液面的冲击力较低。金属液被冲击或一个浅坑，而冲击面积较大。被击碎的金属液滴从浅坑沿切线喷出的方向较平，熔池内金属液的循环运动较弱，较平稳。提枪化渣：在“软吹”情况下，由于熔池搅拌较弱，因而金属液的氧化减慢，脱碳速度降低。但此时渣中氧化铁含量较高，有利于化渣幻灯片8。FeO化渣渣原因因：①FeO熔点点本身身就低低，1369℃℃；②FeO熔为为液态态，就就会使使难熔熔的带带有致致密壳壳层的的2CaO·SiO2(C2S)浸浸泡在在溶液液中，，有利利于熔熔解；；③FeO会破破坏C2S，实实际是是FeO置置换换CaO，，使其其游离离，而而生成成的FeO·SiO2。7.3.2转转炉炼炼钢过过程及及熔池池内的的变化化⑴一一炉炉钢的的冶炼炼过程程①上上炉出出完钢钢后，，加改改质剂剂调整整炉渣渣粘度度(白白云石石或轻轻烧白白云石石)，，溅渣渣护炉炉后倒倒完残残余炉炉渣，，然后后堵出出钢口口。②加加入底底石灰灰，减减缓废废钢对对炉衬衬的冲冲击。。③装装入废废钢和和铁水水后，，摇正正炉体体，下下降氧氧枪至至规定定枪位位，开开始吹吹炼。。同时时加入入造渣渣材料料，约约占2/3～1/2。④当当氧流流与熔熔池面面接触触时，，碳、、硅、、锰开开始氧氧化，，称为为“点点火，，点火火后约约几分分钟，，初渣渣形成成并覆覆盖于于熔池池面。。随着着硅、、锰、、磷、、碳的的氧化化，熔熔池温温度升升高，，火焰焰亮度度增加加，炉炉渣起起泡，，并有有小铁铁粒从从炉口口喷溅溅出来来，此此时应应适当当降低低枪位位。⑤吹吹炼中中期脱脱碳反反应激激烈，，渣中中(％％FeO)降低低，致致使炉炉渣熔熔点增增高和和粘度度加大大，并并可能能出现现稠渣渣(““返干干“)现象象。此此时应应适当当提高高枪位位，并并可加加入第第二批批料(氧化化铁皮皮或矿矿石)，可可考虑虑加入入萤石石，但但要防防止““喷溅溅”。。⑥吹吹炼末末期，，[％％C]降低低，脱脱碳反反应减减弱，，火焰焰变短短而透透明。。确定定吹炼炼终点点，并并提枪枪停止止供氧氧，倒倒炉测测温取取样，，若碳碳温合合适，，则出出钢，，否则则补吹吹后出出钢。。⑦出出钢前前挡渣渣帽，，出钢钢程中中加入入脱氧氧剂和和铁台台金进进行脱脱氧合合金化化，在在出钢钢末期期加挡挡渣塞塞。⑵吹吹炼炼过过程程熔熔池池内内金金属属、、炉炉渣渣成成分分和和温温度度变变化化整个个吹吹炼炼过过程程分分为为三三期期来来描描述述，，碳碳的的氧氧化化过过程程明明显显的的分分为为三三个个阶阶段段：：吹炼炼前前期期：：脱脱碳碳速速度度缓缓慢慢，，其其速速度度随随吹吹炼炼时时间间的的延延长长而而几几乎乎成成直直线线增增加加；；吹炼炼中中期期：：脱脱碳碳迅迅速速，，其其速速度度达达最最大大值值，，且且几几乎乎不不变变；；吹炼炼后后期期：：脱脱碳碳反反应应衰衰弱弱，，其其速速度度随随吹吹炼炼时时间间而而直直线线下下降降。。整个个吹吹炼炼过过程程分分为为三三个个时时期期：：第ⅠⅠ期期即即吹吹炼炼前前期期：：Si、、Mn含含量量高高，，熔熔池池温温度度低低（（1500℃℃以以下下)，，Si、、Mn优优先先于于C剧剧烈烈氧氧化化，，直直至至很很低低含含量量继继续续吹吹炼炼不不再再氧氧化化。。而而碳碳的的氧氧化化则则受受到到抑抑制制，，随随Si、、Mn含含量量的的降降低低，，熔熔池池温温度度迅迅速速上上升升，，脱脱碳碳速速度度逐逐渐渐增增大大。。此时时，，渣渣中中含含有有较较高高的的SiO2、MnO和和FeO，，随随着着温温度度的的升升高高，，石石灰灰熔熔化化，，渣渣中中氧氧化化钙钙不不断断上上升升，，SiO2含量量相相对对下下降降，，炉炉渣渣碱碱度度增增大大，，P可可被被大大量量氧氧化化，，含含量量迅迅速速降降低低；；而S则则变变化化不不大大。。第ⅡⅡ期期即即吹吹炼炼中中期期：：Si、、Mn含含量量很很低低，，熔熔池池温温度度上上升升到到1500℃℃，，脱脱碳碳反反应应剧剧烈烈进进行行，，同同时时由由于于泡泡沫沫渣渣和和乳乳化化液液的的形形成成，，加加速速了了传传质质过过程程，，使使脱脱碳碳速速度度达达最最大大值值且且几几乎乎为为定定值值。。吹吹入入的的氧氧全全部部消消耗耗于于碳碳的的氧氧化化，，而而且且渣渣中中的的(FeO)也也被被消消耗耗于于脱脱碳碳，，因因而而使使渣渣中中(FeO)含含量量降降低低，，引引起起回回锰锰和和回回磷磷。。第Ⅲ期即吹炼炼后期：金属中的含碳碳量已降低到到0.5%以以下，脱碳速速度减小，并并随吹炼时间间的推移而直直线下降。钢钢中的[O]及渣中(FeO)相应应增加，使钢钢液中的Mn和P再次被被氧化而含量量降低。同时，由于温温度高，炉渣渣碱度高、流流动性好，故故后期硫含量量下降。由于温度升高高，(FeO)含量量降低，再加加上脱碳反应应对钢渣的强强烈搅拌，均均有利于脱硫硫，因此硫含含量明显下降降。7.3.3转转炉炼钢五五大操作制度度五大操作制度度：装入制度、造造渣制度、供供氧制度、温温度制度、终终点控制与出出钢合金化。。⑴装入制度度概念：确定转炉合理理的装入量，，合适的铁水水废钢比。装入量：指炼一炉钢时时铁水和废钢钢的装入数量量，它是决定定转炉产量、、炉龄及其他他技术经济指指标的主要因因素之一。铁水配比为75％～90％之间间。目前国内采用用三种：定量装入、定定深装入和分分阶段定量装装入法。①定量装入入指整个炉役役期间，保证证金属料装入入量不变；②定深装入入指整个炉役役期间，随着着炉子容积的的增大依次逐逐渐增大装入入量，保证每每炉的金属熔熔池深度不变变；③分阶段定定量装入法指指将整个炉按按炉膛的扩大大程度划分为为若干阶段，，每个阶段实实行定量装入入法。⑵造造渣制制度概念：：是确定定合适适的造造渣方方法、、渣料料的种种类、、渣料料的加加入数数量和和时间间以及及加速速成渣渣的措措施，，以达达到去去除磷磷硫、、减少少喷溅溅、保保护炉炉衬、、减少少终点点氧及及金属属损失失的目目的。。①碱碱度度(R)：：终渣渣碱碱度度在在3.0～～4.0之之间间，，是是炉炉渣渣去去除除硫硫、、磷磷能能力力大大小小的的主主要要标标志志。。②石灰灰加入量量：根据铁水水中Si、P含含量及终终渣碱度度R来确确定。③白云云石或轻轻烧白云云石造渣渣：代替部分分石灰造造渣，提提高渣中中(MgO)含含量，以以减少炉炉衬中MgO向向炉渣转转移，促促进前期期化渣。。④萤石石：助熔剂，，化渣快快，效果果明显。。①单渣渣法：整个吹炼炼过程中中只造一一次渣中中途不倒倒渣、不不扒渣，，直到吹吹炼终点点出钢(低Si、P)。②双渣渣法：整个吹炼炼过程个个需要倒倒出或扒扒出约1/2～1/3炉渣，，然后加加入料渣渣重新造造渣(高高Si、、P)。。③双渣渣留渣法法：将双渣法法操作的的高碱度度、高氧氧化铁、、高温流流动性好好的终渣渣留一部部分在炉炉内，然然后在下下一炉吹吹炼第一一期结束束时倒出出，重新新造渣。。常用的造造渣方法法：单渣法、、双渣法法和双渣渣留渣法法⑶供氧氧制度概念：使氧气流流股最合合理的供供给熔池池，创造造良好的的物理化化学反应应条件。。主要内容容：确定合理理的喷头头结构、、供氧强强度、氧氧压和枪枪位控制制。①氧枪枪喷头：：氧气以两两倍左右右的声速速喷出拉拉瓦尔喷喷管，射射入转炉炉炉膛内内，是具具有化学学反应的的逆向流流中非等温超超声速湍湍流射流流运动。。②供氧氧强度：：是单位时时间内每每吨金属属的耗氧氧量，一一般供氧氧强度为为3.0～5.0m3/t·min。。③氧压压：为保证射射流出口口速度达达到超声声速，并并使喷头头出口处处氧压稍稍高于炉炉膛内炉炉气压力力，一般般转炉的的氧气工工作压力力为0.8～1.2MPa。④枪位位控制：：恒压变枪枪、桓枪枪变压、、变枪变变压、在在我国，，多半采采用恒压压变枪操操作。⑷温度度制度任务：将钢水温温度升至至出钢温温度。温度控制制包括：：吹炼过程程熔池温温度(目目的是使使吹炼过过程升温温均衡，，保证操操作顺利利进行)和终点点钢水温温度的控控制(目目的是保保证合格格的出钢钢温度)。①温度度控制措措施熔池升温温：降枪枪脱C、、氧化熔熔池金属属铁。熔池降温温：加冷冷却剂(矿石、、球团矿矿、氧化化铁皮、、废钢)；②终点点温度要要求：出钢温度度过低，，浇铸时时会造成成断浇，，甚至使使全炉钢钢回炉处处理；出钢温度度过高，，钢中气气体和