炼钢学-供养制度

转炉炼钢

供氧制度主讲人：辛瑞峰冶金化工系2015年5月5日引言

炼钢工艺流程: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，将氧枪从炉顶插入炉内，吹氧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分。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。

从装料到出钢每炉钢一般控制在30~35min，而吹氧时间12~18min，可见供氧制度是冶炼的中心环节，直接关系到钢水的质量。主要内容一、氧枪喷头

二、供氧强度和供氧压力三、枪位及其控制一、氧枪喷头转炉供氧射流特征是通过氧枪喷头来实现的，因此，喷头结构的合理选择是转炉供氧的关键。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：（1）应获得超音速流股，有利于氧气利用率的提高；（2）合理的冲击面积，使熔池液面化渣快，对炉衬冲刷少；（3）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。氧枪喷头类型二、供氧强度所谓供氧强度，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：供氧强度（m³/（t·min））=每吨金属需氧量（m³/t）/供氧时间（min）。生产实践表明，容量为30~50吨的转炉，供氧强度为2.8~4.0m³/t·min）,120~150吨的转炉，供氧强度为2.5~3.5m³/（t·min）。国外大型转炉的供氧强度一般为2.5~4.0m³/（t·min）。氧气的压力是转炉炼钢中供氧操作的一个重要参数。对于同一氧枪来说，提高氧气压力可以增加供氧强度而缩短冶炼时间。但是枪位一定时，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。转炉中涉及的氧气压力主要是喷头前的绝对压力p0和使用压力p用（测定点氧压）。

二、供氧压力

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，而且对转炉内的传氧情况有重大影响。三、枪位及其控制1、枪位与熔池内钢液环流的关系，氧气流股不断冲击熔池，在熔池中央冲出一个“凹”坑，该坑的深度常被叫做氧气射流的冲击深度，坑口的面积被称为氧气射流的冲击面积；与此同时，到达坑底后的氧气射流形成反射流股，通过与钢液的摩擦力引起熔池内的钢液进行环流运动，改善了炉内化学反应的动力学条件，对加速冶炼有重要意义。在吹炼过程中，采用低枪位或高氧压的吹氧操作称为“硬吹”。（如图2-1）硬吹时，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深度较大的作用区。该区内温度高达2200~2700℃，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力的搅拌。

转炉的吹氧操作有三种类型，即恒氧压变枪位操作、恒枪位变氧压操作和变枪位变氧压操作。所谓恒氧压变枪位操作，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，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，国内外各厂普遍采用这种方法。恒枪位变氧压的操作比较简单，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。变枪位变氧压操作，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。但是这种方法要求技术水平高，不容易掌握。如今，国内外炼钢厂普遍采用的是分阶段恒氧压变枪位操作。

转炉吹氧操作的类型2、渣钢乳化

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出，这就是吹炼过程中发生的典型的乳化和泡沫现象。由于氧射流对熔池的强烈冲击和CO气泡的沸腾作用，使熔池上部金属、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。转炉内的泡沫现象1-氧枪；2-气-钢-渣乳化相；3-CO气泡；4-金属熔池；5-火点；6-金属液滴；7-CO气流；8-飞溅出的金属液滴；9-烟尘乳化（emulsification）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渣中自由运动，这种现象称为渣钢乳化或渣气乳化。若炉渣中仅有气泡，而且气泡无法自由运动，这种现象称炉渣泡沫化（slagfoaming）。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乳化体系。渣钢乳化是冲击坑上沿流动的钢液被射流撕裂成金属滴所造成的。通过对230tLD转炉乳液取样分析，发现其中金属液滴比例很大：吹氧6-7min时占45%-80%；10-12min时占40%-70%；15-17min时占30%-60%。可见，吹炼时金属和炉渣密切相混。

软吹时，由于渣中（FeO）含量增加，并且氧化位（即Fe3+/Fe2+）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某一百分比。3、供氧操作

供氧操作是指调节氧压或枪位，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度，以控制化学反应进程的操作。

供氧操作分为恒压变枪、恒枪变压和分阶段恒压变枪几种方法。国内多采用第三种操作法。

所谓枪位，是指氧枪喷头端面距静止液面的距离，常用表示，单位是m。目前，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。（1）初期高枪位化渣（2）中期低枪位脱碳（3）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。（4）终点前点吹破坏泡沫渣。

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

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。（1）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，以防渣中的（FeO）积聚引发大喷，即采用低-高-低枪位操作。（2）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。（3）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。（4）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。（5）供氧压力：高氧压与低枪位的