炼钢原理与工艺.docx

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1、目前主要的炼钢方法有氧气转炉炼钢法、电弧炉炼钢法以及炉外精炼技术。氧气转炉包括氧气顶吹转炉、氧气底吹转炉、氧气侧吹转炉及顶底复吹转炉等，故常简称为LD。它拄要原料是铁水，同时可配加10%30%的废钢；生产中不需要外来热源，依告靠吹入的氧气与铁水中的碳、硅、猛、磷等元素反应放出的热量使熔池获得所需的冶炼温度。其突出的优点是生产周期短、产量高；不足之处是生产的钢种有限，主要冶炼低碳钢和部分合金钢。电炉炼钢法是以电能为主要能源、废钢为主要原料的炼钢方法，显著的优点是，熔池温度易于控制和炉内气氛可以调整，用来生产优质钢和高合金钢。设备也比较简单，而投资小，建厂快。炉外精炼，是指从初炼炉即氧气炉或电弧炉

2、中出来的初炼钢水，在另一个冶金容器中进行精炼的工艺过程。精炼的目的是进一步去气、脱硫、脱氧、排除夹杂物、调整及均匀钢液的成分和温度等，提高钢水质量；缩短初炼炉的冶炼时间，精炼的手段有真空、吹氩、搅拌、加热、喷粉等。但目前世界上氧气转炉钢的产量仍占总产量的60%左右。氧气顶吹转炉炼钢的基本过程是：装料（即加废钢、兑铁水摇正炉体降枪开始吹炼并加入第一批渣料（吹炼中期）加入第二批渣料（终点前）测温、取样（碳、磷及温度合格后）倾炉出钢并进行脱氧合金化。所谓装料，是指将炼钢所用的钢铁炉料装入炉内的工艺操作。电炉炼钢所用原料，主要有废钢、生铁和直接还原铁三种。废钢是电炉炼钢的主原料。按其来源不同，废钢大致

3、可分为返回废钢和外购废钢两类。B对废钢的要求对废钢的一般要求是清洁少锈，无混杂，成分明确，块度合适。在电弧炉炼钢中，生铁一般是用来提高炉料的配碳量的。转炉炼钢的原料主要是铁水，其次还配用部分废钢。1.2.1.1铁水铁水是氧气顶吹转炉的主原料，一般占装入量的70%以上。铁水的物理热和化学热是氧气顶吹转炉炼钢过程中的唯一热源。A、对铁水温度的要求较高的铁水温度，不仅能保证转炉炼顺利进行，同时还能增加放心钢的配加量，降低转炉的生产成本。希望铁水的温度尽量高些，入炉时仍在12501300。1、兑入转炉时的铁水温度相对稳定。2、铁水的成分应该合适而稳定。3、铁水中的硅，是转炉炼钢的主要发热元素之一。铁水

4、含硅量以0.5%0.8%为宜。4、对于含硅量过高的铁水应进行预脱硅处理，以改善转炉的脱磷条件，并减少渣量。5、铁水的含猛量（1）铁水中的猛是一种有益元素；（2）铁水的含猛量多低于0.3%。6、铁水的含磷量（1）磷会使钢产生“冷脆”，是钢中的有害元素之一。铁水的含磷量小于0.15%0.20%。7、铁水的含硫量（1）硫会使钢产生“热脆”现象，也是钢中的有害元素，铁水含硫量低于0.04%0.05%。铁水含硫高时，对其进行预脱硫处理是经济有效的脱硫方法。铁水的成分也应相对稳定，以方便冶炼操作和生产调度。还希望兑入转炉的铁水尽量少带渣。1.2.1.2废钢废钢是转炉的另一种金属炉料，作为冷却剂使用的。转炉

5、的装入制度，包括装入量、废钢比及装料顺序三个问题。1.2.2.1装入量的确定转炉的装入量是指每炉装入铁水和废钢两种金属炉料的总量。目前控制氧气顶吹转炉装入量的方法有以下三种。（1）定量装入法。所谓定量装入，是指在整个炉役期内，每炉的装入量保持不变的装料方法。优点是：生产组织简单，便于实现吹炼过程的计算机自动控制，定量装入法适合于大型转炉。（2）定深装入法。所谓定深装入，是指在一个炉役期间，随着炉衬的侵蚀炉子实际容积不断扩大而逐渐增加装入量以保证溶池深度不变的装料方法。优点是：氧枪操作稳定，有利于提高供氧强度并减轻喷溅；又能充分发挥炉子的生产能力。但是装入量和出钢量生产组织难度大。（3）分阶段定

6、量装入法。该法是根据炉衬的侵蚀规律和炉膛的扩大程度，将一个炉役期划分成35个阶段，每个阶段实行定量装入，装入量逐段递增。因此中小转炉炼钢厂普遍采用。1.2.2.2废钢比废钢的加入量占金属装入量的百分比称为废钢比。提高废钢比，可以减少铁水的用量，从而有助于降低转炉的生产成本；同时可减少石灰的用量和渣量，有利于减轻吹炼中的喷溅，提高冶炼收得率；还可以缩短吹炼时间、减少氧气消耗和增加产量。废钢比大多波动在10%30%之间。氧气顶吹转炉的装料顺序，一般情况下是先加废钢后兑铁水，以避免废钢表面有水或炉内渣未倒净装料时引起爆炸。炉役后期，可先兑铁水后加废钢。炼钢的主要任务之一，就是要将金属炉料中的杂质元素

7、如碳、磷等降低到钢种规格所要求的程度。炼钢生产首先要有一个氧化过程。供入炉内的氧，可以三种不同的形态存在，即生态、溶于钢液和溶解在渣中。溶池内的氧主要来源于直接吹氧、加矿分解和炉气传氧三个方面。直接吹入氧气是炼钢生产中向熔池供氧的最主要方法。要求氧气的含氧量不得低于98.5%，水分不能超过3g/m3，而且具有一定的压力。转炉炼钢采用高压氧气经水冷氧枪从溶池上方垂直向下吹入的方式供氧；氧枪的喷头是拉瓦尔型的，工作氧压0.51.1MPa，氧气流股的出口速度高达450500m/s，即属于超音速射流，以使得氧气流股有足够的动能去冲击、搅拌熔池，改善脱碳反应的动力学条件，加速反应的进行。2.1.2加入铁

8、矿石和氧化铁皮而在氧气顶吹转炉炼钢中，铁矿石和氧化铁皮则多是作为冷动剂或造渣剂使用的。炼钢对铁矿石的要求是，含铁要高、有害杂质要低，一般成分为：在氧化精炼过程中，炼钢炉内具备了炉气向熔池传氧的条件，气相中的氧会不断传入溶渣和钢液。杂质元素，是指钢液中除铁以外的其他各种元素如硅、猛、碳、磷等。它们的氧化方式有两种：直接氧化和间接氧化。所谓直接氧化，是指吹入熔池的氧气直接与钢液中杂质元素作用而发生的氧化反应。杂质元素的直接氧化反应发生在溶池中氧气射流的作用区，或氧射流破碎成小气泡被卷入金属内部时。所谓间接氧化，是指吹入溶池的氧气先将钢液中的铁元素氧化成氧化亚铁（FeO），并按分配定律部分地扩散进入

9、钢液，然后溶解到钢液中的氧再与其中的杂质元素作用而发生的氧化反应。杂质元素的间接氧化反应发生在熔池中氧气射流 用区以外的其也区域。间接氧化是指钢中的O或渣中的（FeO）与钢液中的杂质元素间发生的氧化反应。在氧气射流的作用区及其附近区域，大量进行的是铁元素的氧化反应，而不是杂质元素的直接氧化反应。氧气转炉炼钢的供氧方式，主要是直接向溶池吹氧气。所谓供氧强度，是指单位时间内向每金吨金属供给的标准状态氧气量的多少。供氧时间，主要与转炉的容量的大小有关，而且随着转炉容量增大供氧时间增加；通常情况下，容量小于50吨的转炉取1216分钟；50吨转炉取1618分钟；容量大于120吨的转炉则取1820分钟。缩

10、短吹氧时间可以提高供氧强度，从而可强化转炉的吹炼过程，提高生产率。枪位，通常定义为氧枪喷头至平静熔池液面的距离。枪位的高低是转炉吹炼过程中的一个重要参数，控制好枪位是供氧制度的核心内容，是转炉炼钢的关键所在。转炉炼钢中，高压、超音速的氧气射流连续不断地冲击熔池，在熔池的中央冲出一个“凹坑”，该坑的深度常被叫做氧气射流的冲击深度，坑日的面积被称为氧气射流的冲击面积；与此同时，到达抗底后的氧气射流形成反射流股，通过与钢液间的摩擦力引起熔池内的钢液进行环流运动。钢液的环流运动极大地改善了炉内化学反应的动力学条件，对加速治炼过程具有重要意义。吹炼过程中，采用低枪位或高氧压的吹氧操作称为“硬吹”。硬吹时

11、，氧气射流与熔池间炼时的枪位较低或氧压较高，氧气射流与熔池接触时的速度较快、断面积较小，因而熔池的中央被冲出一个面积较小而深度较大的作用区。作用区内的温度高达22002700，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。采用高枪位或低氧压的吹氧操作称为“软吹”。软吹时，氧气射流与熔池间的作用吹炼时的枪位较高或氧压较低，与熔池接触时氧气射流的速度较慢、断面积较大，因而其冲击溶度较小而冲击面积较大；同时所产生的钢液中因此而形成的环流也就相对较弱，即氧气射流对熔池的搅拌效果较差。转炉的吹氧操作可有以下三

12、种类型。（1）恒氧压变枪位操作。所谓恒氧压变枪位操作，是指在一炉钢的吹炼过程中氧气的压力保持不变，而通过改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。恒氧压变枪位的吹氧操作能根据一炉钢冶炼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，去磷和去硫效果好。目前国内各厂普遍采用这种吹氧操作。恒枪位变氧压操作。所谓恒枪位变氧压操作，是指在一炉钢的吹炼过程，喷枪的高度，即枪位保持不变，仅靠调节氧气的压力来控制冶炼过程的吹氧方法。变枪位变氧压操作。变枪位变氧压操作是在炼钢中同时改变枪位和氧压的供氧方法。目前国内普遍采用的是分阶段恒氧压变枪位操作，低枪位吹炼

13、时，钢液的环流强，几乎整个熔池都能得到良好的搅拌；高枪位吹炼时，钢液的环流弱，氧气射流对熔池的搅拌效果差。氧气顶吹转炉内的传氧方式有两种：直接传氧和间接传氧。直接传氧，是指吹入熔池的氧气被钢液直接吸收的传氧方式。硬吹时，转炉内的传氧方式主要是直接传氧。其传氧的途径有以下两个；（1）通过金属液滴直接传氧。A、硬吹时，氧气射流强烈冲击熔池而溅起来的那些金属液滴被气相中的氧气氧化，其表面形成一层富氧的FeO渣膜。这种带有FeO渣膜的金属滴很快落入熔池，并随其中的钢液一起进行环流而成为氧的主要传递者。B、通过乳浊液直接传氧高压氧气射流自上而下吹入熔池，在将熔池出一凹坑的同时，射流的末端也被碎裂成许多小

14、气泡。这些小氧气泡与被氧气射流击碎的金属液和熔渣一起形成了三相乳浊液，其中的金属液滴可将小气泡中的氧直接吸收。由于熔池的乳化，极大地增加了钢液、熔渣、氧气三者之间的接触面积，据估算低枪位吹氧时，氧气射流大量地直接向熔池传氧，因而杂质元素的氧化速度较快；但是，渣中的（FeO）低而化渣能力差些。所谓间接传氧，是指吹入炉内的氧气经熔液传入钢液的传氧方式。软吹时，接传氧作用则会明显加强。转炉炼钢中采用高枪位吹氧时，氧气射流的间接传氧作用得以加强，使得渣中的（FeO）含量较高而化渣能力较强；枪位控制：转炉炼钢中枪位控制的基本原则是，根据吹炼中出现的具体情况及时进行相应的调整，力争做到毁不出现“喷溅”，又

15、不产生“返干”，使冶炼过程顺利到达终点。A、一炉钢吹炼过程中枪位的变化：枪位的变化规律通常是：高低高低。吹炼前期，最佳的枪位应该是，使炉内的熔渣适当泡沫化即乳浊液涨至炉口附近而又不喷出。吹炼中期的枪位也不宜过低。合适的枪位是使渣中的（FeO）保持在10%15%的范围内。吹炼后期：该阶段应先适当提枪化渣，而接近终点时再适当降枪，以加强对熔池的搅拌，均匀钢液的成份和温度。2.3.4复吹转炉的底部供气制度顶底复合吹炼技术是近年来氧气转炉炼钢技术的重要发展。氧气转炉的顶底复合吹炼法，可以通过选择不同的底吹气体的种类和数量及顶枪的供氧制度，得到冶炼不同原料和钢种的最佳复合吹炼工艺。按照底吹气体的性质不同

16、，大致可以将它们分为以下两类：（1）底吹惰性气体。吹气的方式多采用透气元件法，底吹惰性气体的目的是为了加强对熔池的搅拌，以改善成渣过程，减少喷溅，缩短冶炼时间等。（2）底吹氧气或氧气和石灰粉：使用双层套管式喷嘴。生产中，底吹气体种类的选用应根据所炼钢种的质量要求和气体的来源和价格而定，而总用量不大于顶吹气体的5%，供气压力在0.5MPa以上。目前国内多采前期吹氮、后期吹氩（无氩气时用博士 氧化碳代替）的底吹工艺。2.3.4.3复合吹炼的冶金效果复吹转炉增加了底部供气，加强了对熔池的搅拌，降低了熔渣与钢液之间异相反应的不平衡程度，可以在渣中的（FeO）含量较低的情况下完成去磷的任务，炉渣中的（F

17、eO）含量较低，吹炼终点时钢液的残猛量较高；在整个吹炼过程中，熔渣和金属的混合良好，可以加速杂质元素的氧化。消防了熔池内成分与温度不均匀的现象，轻吹炼中的喷溅，使冶炼过程迅速而平稳。复吹转炉钢的品种广泛，可以冶炼高碳钢，也能生产超低碳钢，还可以直接吹炼不锈钢和高牌号电工钢等合金钢；造渣，是指通过控制人炉渣料的种类和数量，使炉渣具有某些性质，以满足溶池内有关炼钢反应需要的工艺操作。造渣是完成炼钢过程的重要手段，造好渣是炼好钢的前提。炼钢中，造氧化渣的主要目的是为了去除钢中的磷，并通过氧化渣向熔池传氧。炼钢中的去磷过程，主要是在钢-渣两相的界面上进行的。造氧化渣，就是要设法使熔渣具有适于脱磷反应的

18、理化性质；还要精心控制造渣过程，炼钢过程对氧化渣的要求是：较高的碱度、较强的氧化法性、适量的渣量、良好的流动性及适当泡沫化。碱度的控制。碱度是炉渣酸碱性的衡量指标，是炼钢中有效去磷的必须条件。渣中的（FeO）含量相同的条件下，碱度为1.87时其活度最大，炉渣的氧化性最强。氧气顶吹转炉炼钢中，通常是将碱度控制在2.42.8的范围内。渣中的（FeO）含量。渣中（FeO）含量的高氏，标志着渣氧化性的强弱及去磷能力的大小。生产中通常将渣中的（FeO）含量控制在10%20%之间。渣量的控制。过大的渣量不仅增加造渣材料的消耗和铁的损失，还会给冶炼操作带来诸多不便，生产中渣量控制的基本原则是，在保证完成脱磷

19、、胶硫的条件下，采用最小渣量操作。氧气顶吹转炉炼钢时，一般情况下适宜的渣量约为钢液量的10%12%，可采用双渣操作。炉渣的流动性。对于去磷、去硫这些双相界反应业说，保证熔渣具有良好的流动性十分重要。影响炉渣流动性的主要因素是温度和成分。炉渣的泡沫化。泡沫化的炉渣，使钢-渣两相的界面积大为增加，改善了去磷反应的动力学条件，可加快去磷反应速度。但应避免炉渣的严重泡沫化，以防喷溅发生。3.1.2使用的目的是获得碱性炉渣，以去除钢中的磷或硫。石灰是由主要成分为CaCO3的石灰石煅烧而成。对炼钢用石灰的基本要求是：CaO尽量高、SiO2及S等杂质尽量氏、活性要好、新鲜干燥、块度合适，具体分析如下：石灰中

20、的有用成分是CaO，当然是CaO含量越高越好，石灰的有效碱应不低于80%85%，SiO2不超过2.5%，S低于0.2%。石灰中可利用的氧化钙的含量（CaO）有效=（CaO）石灰=R（SiO2）石灰所谓“活性”，是指石灰与熔渣的反应能力，它是衡量石灰在渣中熔解速度的指标。2、石灰的“活性”与生产石灰时的煅烧温度有关。石灰石的分解温度为880910，如果煅烧温度控制在10501150时，烧成的石灰晶粒细小（仅1m左右）、气孔率高（可达40%以上），呈海绵状，“活性”很好，称软烧石灰或轻烧石灰。熔化快，成渣早，有利于前期去磷，称过烧石灰或硬烧石灰。不利于冶炼操作。如果煅烧温度低于900，由于烧成温度

21、低，石灰烧不透，核心部分仍是石灰石，称生烧石灰。生灰石灰入炉后，其中残留的石灰石要继续分解而吸热，不仅成渣慢而且对熔池升温不利。评价石灰活性的正确方法，是将石灰加入到一定温度的熔渣中，经过一定时间间隔后，测定未熔化的石灰质（重）量，然后根据石灰在炉渣中的溶解速度判断其活性。石灰的水活性的检验方法，主要有以下三种：第一是AWWA法，它是将100g石灰加入到盛有400ml 25水的烧杯中；第二是ASTM法；第三是盐酸法；石灰的块度对于石灰的块度，转炉炼钢一般要求为540mm，块度过大时，熔化慢，化渣晚。块度过小，则易被炉气带走。混有许多粉末的石灰。炼钢所用石灰还应新鲜干燥。转炉车间附近建有石灰窑，

22、萤石的主要成分是CaF2，它能加速石灰熔化和消除炉渣“返干”，而且作用迅速。一般要求其CaF2不低于85%，SiO2结不超过4%，CaO不超过5%。翠绿透明的萤石质量最好；白色的次之；带有褐色条纹或黑色斑点的萤石含有硫化物杂质，其质量最差。一是萤石的稀渣作用持续时间不长，随着氟的挥发而逐渐消失，而且挥发物对人体及炉衬都有一定的危害。二是萤石用量大时，炉渣过稀，会严重侵蚀炉衬。三是萤石的资源短缺，价格昂贵。转炉炼钢中多用铁矾土和氧化铁皮代替萤石。它们的化渣和稀渣速度不及萤石，消耗的热量也比萤石多，而且氧化铁皮表面粘有油污，铁矾土含有较多的SiO2和H2O，均含对冶炼产生不利影响。铁矾土的主要成分

23、是Al2O3。合成渣料是转炉炼钢中的新型造渣材料。它是将石灰和熔剂按一定比例混合制成的低熔点、高碱度的复合造渣材料，即把炉内的造查过程部分地，甚至全部移到炉外进行。这是一个提高成渣速度、改善冶炼效果的有效措施。国内使用较多的合成渣料是冷固结球团。它是用主要成分为FeO（67%左右）和Fe2O3（16%左右）的污泥状的转炉烟尘配加一定的石灰粉、生白云石粉和氧化铁皮，该合成渣料的成份均匀、碱度高、熔点低，而且遇高温会自动暴裂，加入转炉后极易熔化，能很快形成高碱度、强氧化性和良好流动性的熔渣。白云石是碳酸钙和碳酸镁的复合矿物，高温下分解后的主要组分为CaO和MgO。转炉炼钢中广泛采用加入一定数量的白

24、云石来代替部分石灰的造渣工艺，白云石造渣工艺的主要目的是延长炉衬寿命，根据氧化镁在渣中有一定溶解度的特点，向炉内加入一定数量的白云石，从而减弱熔渣对镁质炉初中MgO的溶解；另一方面，冶炼中随着炉渣碱度的提高，渣中MgO达过饱和状态而有少量的固态氧化镁颗粒析出，使后期炉渣的黏度明显升高。加白云石造渣可以大幅度提高炉龄，而且，渣中（MgO）含量控制在6%8%较为适宜。对于转炉炼钢用白云石，一般要求其MgO含量在20%以上，CaO含量不低于30%，硫、磷杂质元素含量要低，块度以540mm为宜。白云石造渣时以采用轻烧白云石为好。转炉炼钢中使用部分矿石作冷却剂或电炉炼钢中加矿氧化时，由于铁矿石中含有一定

25、数量的SiO2，为保证炉渣的碱度不变应补加适量的石灰。每千克矿石需补加石灰的数量按下式计算：补加石灰量（kg/kg）=转炉炼钢中采用白云石造渣工艺时，白云石的用量约为石灰用量的四分之一。加速石灰熔化、迅速成渣是炼钢，尤其是转炉炼钢中的重要任务。影响石灰在渣中的溶解速度的因素主要是石灰的质量、熔池温度及熔渣的组成。熔池温度的允许波动范围并不大，对石灰溶解速度的调控能力较为有限。通过控制炉渣的成分来影响石灰的溶解速度是最为直接、方便和快捷的方法。渣中（CaO）的含量小于30%35%时，石灰的溶解速度随其增加而增大。当渣中（SiO2）的浓度低时随着（SiO2）含量增加，石灰的溶解速度增大。当（SiO

26、2）大于25%时，进一步增加其含量，不仅会在石灰表面形成2CaOSiO2硬壳，而且会增加渣中复合阴离子的数量，导致炉渣黏度上升而减缓石灰的溶解。随着渣中FeO含量的增加，石灰的溶解速度直线增大。少量的（MgO）含量，有利于石灰的熔化。渣中的（CaF2）也具有极强的化渣和稀渣作用。选择的依据是原材料的成分和所炼钢种。在冶炼过程中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到终点出钢的造渣方法称为单渣法。单渣法操作的工艺简单，冶炼时间短，生产率高，劳动强度小，但其他除硫、磷的效率低些。单渣法适合于使用含磷、硫、硅较低的铁水或冶炼对硫、磷要求不高的一般碳素钢和低合金钢。双渣法，是指在吹炼中途倒出部分炉渣，然后

27、补回渣料再次造渣的操作方法。特点：炉内如终保持较小的渣量，吹炼中可以避免因渣量过大而引起的喷溅，且渣少易化；同时又能获得较高的去硫、去磷效率。适合于铁水含硅、磷、硫量较高。或者生产高碳钢和低磷钢种。采用双渣法操作时，要注意两个问题：一是倒出炉渣的数量。倒出1/2或2/3的炉渣。二是倒渣时机，应选在渣中的磷含量最高（FeO）含量最低的时候进行倒渣操作，理想效果：吹炼低碳钢时，钢渣操作应该在钢中含碳量降至0.6%0.7%时进行。倒渣前1分钟适当提枪或加些萤石改善炉渣的流动性，便于倒渣操作。双渣留渣法是指将上一炉的高碱度、高温度和较高（FeO）含量的终渣部分地留在炉内，以便加速下一炉钢初渣的形成并在

28、吹炼中途倒出部分炉渣再造新渣的操作方法。倒渣时机及倒渣量与双渣法相似，但是由于留渣，初渣早成而前期的去硫及去磷效率高。采用双渣留渣法时，兑铁水前应先加一批石灰稠化所留炉渣，而且兑铁水时要缓慢进行，以防发生爆发式碳氧反应而引起严重喷溅。若上一炉钢终点碳过低，一般不宜留渣。喷吹石灰粉造渣，是在冶炼的中、后期以氧气为载体，用氧枪将粒度为1mm以下的石灰粉喷入熔池且在中途倒渣一次的操作方法。倒渣操作：一般选在钢液含碳量为0.6%0.7%时进行。由于喷吹的是石灰粉末，成渣速度更快，前期去硫、去磷的效率更高，该法需要破碎设备，而且粉尘量大，劳动条件恶劣；石灰粉又更容易吸收空气中的水。氧气顶吹转炉虽能将高磷

29、铁水炼成合格的钢，但技术经济指标较差。单渣法生产稳定、操作简单、便于实行计算机控制。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，即合理又经济。为了加速石灰的熔化，渣料应分批加入。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，加速炉衬侵蚀并影响去硫和去磷。单渣操作时，渣料通常分两批加入。第一批渣料在开吹的同时加入，石灰为全部的1/22/3，铁矿石为总加入量的1/3，萤石则用全部的1/31/2。其余的为第二批渣料，一般是在硅及猛的氧化基本结束、头批渣料已经化好、碳焰初起的时候加入。如果二批渣料加入过早，炉内温度还低且头批渣料尚未化好又加

30、冷料，势必造成渣料结团，炉渣更难很快化好。如果加入过晚，正值碳的激烈氧化时期，渣中的（FeO）较低，二批渣料难化，容易产生金属飞溅。由于渣料的加入使炉温降低，碳氧反应将被抑制，导致渣中的氧化铁积聚，一旦温度上升，必会发生爆发式碳氧反应而引起严重喷溅。二批渣料可视炉内情况一次加入或分小批多次加入。分小批多次加入无疑对石灰熔化是有利的。最后一小批料必须在终点前34分钟加入，否则所加渣料尚未熔化就要出钢了。电炉炼钢熔化期的任务主要有两个：一是用电弧产生的热量把固体炉料迅速熔化，并尽快将钢液加热到氧化所需的温度1550。二是尽早造好有一定碱度的氧化渣，以去除钢液中的一部分磷并减少钢液吸气和金属挥发。氧

31、化期的主要任务是进一步去磷至低于成品钢的要求，并氧化脱碳以升温、去气、去夹杂。熔化期及氧化期需要的都是碱性氧化渣。为了顺利完成上述任务造渣过程从装料时就开始了。装料前，先在炉底铺一层约为料重1.5%的石灰，不仅能保护衬装料时不被砸坏，而且有利于早成渣。炉内形成熔池后，按料重的1%补加石灰，同时吹氧助熔并化渣。尔后不时补加石灰，最终使总渣量达到钢液的4%5%；炉料化清后，扒除大部分炉渣或熔化后期自动流渣，并补加渣料进入氧化期。氧化期造渣的关键是根据脱磷和脱碳两方面的要求正确地控制炉渣的成分及渣量。脱碳是氧化期的两个重要反应。氧化前期，边吹氧边自动流渣，并及时补加石灰，渣量保持在3%4%左右，碱度

32、控制在2.53.0之间。随着氧化的进行，不时流渣并补加少量渣料，到氧化后期渣量减至2%3%。碱度降至2.0左右，以利于脱碳反应的进行。氧化渣的渣况是否正常，将直接关系到氧化过程能否顺利进行。而渣况的好坏，取决于炉渣的成分与温度，加之冶炼过程中熔池的温度及成分在不断的变化着。对于转炉练钢，炉内渣况良好的基本条件有两个。第一是不出现“返干”现象；第二是不发生喷溅，特别是严重喷溅。无论是“返干”还是喷测，一旦出现均会严重影响炉内的化学反应，甚至酿成事故。因此转炉炼钢的渣况判断的重点，应放在对将会发生的“返干”或喷油的预测上，以便及时处理而避免发生。经验预测。渣料化好、渣况正常的标志是：炉口的火焰比较

33、柔软，炉内传出的声音也柔和、均匀。渣已化好、化透时，炉渣被一定程度地泡沫化了，渣层较厚。氧枪喷头埋没在泡沫渣中吹炼，氧气射流从枪口喷出及其冲击熔池时产生的噪声大部分被渣层吸收，而传到炉外的声音就较柔和；从熔池中逸出的CO气体的冲力也大为减弱，在炉口处燃烧时的火焰也就显得较为柔软。炉口的火焰由柔软逐渐向硬直的方向发展，炉内传出的声音也由柔和渐渐变得刺耳起来，表明炉渣将要出现“返干”现象。这是枪位过低或较低的枪位持续时间过长，激烈的脱碳反应大量消耗了渣中的氧化铁所致。迅速调高枪位并酌情加入适量萤石，便可避免“返干”的出现。如果炉内传出的声音渐渐变闷，炉口处的火焰也逐渐转暗且飘忽无力；还不时地从炉口

34、溅 出片装泡沫渣，说明炉查正在被严重泡沫化，渣面距炉口已经很近，不久就要发生喷溅。二批料加入过晚易出现此种现象。其原因是，当时炉内的碳氧反应已较激烈，加入冷料后使炉温突然下降，抑制了碳氧反应，使渣中的氧化铁越积越多；随着温度渐渐升高，熔池内的碳氧反应又趋激烈，产生的CO气体逐渐增多，炉渣的泡沫化程度也就越来越高。迅速调低枪位消耗渣中多余的氧化铁即可避免喷溅的发生。声纳控渣仪预测。一些大型钢厂使用声纳控渣仪对转炉炼钢中的“返干”和喷溅进行预测和预报，并取得了不错的效果。声纳控渣仪的工作原理是：在炉口附近安装定向取声装置和声纳仪采集炉口噪声，对其进行信号转换、选频、滤波、放大、整表后输入计算机，由

35、计算机在其显示器上的音强化渣图中绘制冶炼过程中的噪声强度曲线，间接地反映渣层厚度或渣面的高低，同时对吹炼过程中可能发生的喷溅或“返干”进行预报，并由报警装置发出声、光信号。有大量微小气泡存在的熔渣呈泡沫状，这样的渣子们们称之为泡沫渣。泡沫渣中气泡的体积通常要大于熔渣的体积，可见泡沫渣中的渣子是以气泡的液膜的形式存在的。泡沫渣中往往还悬浮有大量的金属液滴。炉渣被泡沫化后，钢、渣、气三相之间的接触面积大为增加，可使传氧过程及钢、渣间的物化反应加速进行，冶炼时间大大缩短；炉渣的泡沫化，使得在不增加渣量的情况下，渣的体积显著增大，渣层的厚度成倍增加，对炉气的过滤作用得以加强，可减少炉气带出的金属和烟尘

36、，提高金属收得率。A、熔渣泡沫化的条件：1、这是熔渣泡沫化的外部条件。向熔渣吹入气体，或熔池内有大量气体通过钢渣界同面向渣中转移均可促使炉渣泡沫化。例如熔池内的碳氧反应，因其反应的产物是CO气体，而且要通过渣层向外排出，因而具有促使熔渣起泡的作用。2、熔渣本身有一定的发泡性。这是熔渣泡沫化的内部条件。一是泡沫促持时间，又称之为泡沫寿命。泡沫寿命越长，熔渣的发泡性越好。二是泡沫渣的高度，此值愈大炉渣的发泡性愈好。熔渣发泡性的本质即渣中气泡的稳定性。实际生产中，熔渣的泡沫化程度是形成泡沫渣的外部条件和内部条件共同作用的结果。外部条件主要是进气量和气体种类，而内部条件即炉渣的发泡性则是由其本身的性质

37、决定的。炉渣的表面张力愈小，其表面积就愈易增大即小气泡愈易进入而使之发泡。炉渣的黏度，将增加气泡合并长大及从渣中逸出的阻力，渣中气泡的稳定性增加。影响炉渣泡沫化程度的因素主要有以下四个：进气量和气体的种类；熔池温度；熔渣的碱度及（FeO）含量；熔渣的其他成分。在转炉炼钢中，由于脱碳量及脱碳速度均很大，形成泡沫渣的气体来源充足；加之，为了去除硫和磷，炉渣的碱度及（FeO）含量均较高，具备了形成泡沫渣的良好条件，因此，转炉吹炼中炉渣的泡沫化是必然现象。如果沪渣过分泡沫化则会溢出炉外，甚至产生喷溅，不仅影响炉衬寿命和正常生产，严重时还会造成人身及设备的安全事故。开吹初期，由于渣量较小，脱碳速度不大，

38、炉渣的泡沫化程度较低。吹炼进行到全程的25%时间后，脱碳速度逐渐增加，加之渣量已较大，炉渣的泡沫化程度也逐渐增加，并渐渐埋没氧枪喷头。当吹炼进行到全程的50%60%时间时，渣面高度达最大值，并有溢出炉口的趋势，此时炉内的脱碳速度达峰值，且熔渣的碱度也恰好在1.82.0左右，由于熔池温度已高，炉渣的碱度也达3.0左右；加之钢液的含碳量已低，脱碳速度逐渐下降，炉渣的泡沫化程度也随之逐渐降低，并趋于消失。转炉吹炼的初期和末期，炉渣的泡沫化程度较低，控制的重点是防止吹炼中期出现严重的泡沫化现象。吹炼中期炉温偏低时，容易发生炉渣的严重泡沫化现象。严重时会发生爆发式的碳氧反应，大量的CO气体携带泡沫渣从炉

39、口喷出，形成所谓的喷溅。首先，要尽可能保证吹炼初期炉子热行。吹炼初期炉子热行，初渣易早成，可使炉内反应正常，元素氧化速度适当，从而避免吹炼中期炉温还上不来的现象。比如铁水温度偏低时，应先采用较低的枪位提温。铁矿石、氧化铁皮或其他固态氧化剂等要分批多次加入，以免使熔池温度下降过多而抑制炉内的碳氧反应。其次，应尽量改善原料质量。再次，要合理控制枪位。在枪位控制上，应是在满足化渣的条件下尽量低些，切忌化渣枪位过高和较高枪位下长时间化渣。如发现炉渣已经严重泡沫化了，应先短时提枪，借助氧气射流的机械冲击作用，使泡沫破裂，减轻喷油；而后立即硬吹一定时间，使渣中（FeO）的含量降低到正常范围。一是降低钢液含

40、氧量，以减少调整钢液成分时所加合金元素的烧损。二是更有效地去硫，氧化精练虽也能去除部分硫，但效果远不及还原精炼。还原渣的标志是渣中（FeO）含量很低，而且（FeO）含量愈低炉渣的还原性愈强即脱氧、脱硫的能力愈大。还原渣的（FeO）含量不大于0.5%。白渣是电弧炉炼钢中常用的一种碱性还原渣。白渣中（FeO）含量较低，碱度较高，具有良好的脱氧和脱硫能力。好的白渣，在炉内呈轻微的泡沫状，并能均匀地粘在样勺或耙子上，冷却后呈白色并能自动粉化，故称白渣。白渣极易与钢液分离而上浮，较少玷污钢液，所以通常规定必须要白渣下出钢。电石渣：电石渣是电弧炉炼钢中采用的另一种碱性还原渣。该渣的基本成分与白渣相似，不同

41、的是渣中含有一定量的碳化钙，其渣样冷却后呈灰色，并有白色条纹。硅铁粉的粒度应不大于1mm；使用前必须在100200的温度下干燥4小时以上，保证水分不超过0.2%。硅钙粉：硅钙粉由硅钙合金磨制成，是一种优良的脱氧剂。它的脱氧及脱硫能力极强，而且不会使钢液增碳，硅钙粉的粒度应不大于1mm；使用前也必须进行干燥。铝粉：铝粉的脱氧能力很强，主要用于冶炼低碳不锈钢和某些低碳合金结构钢的还原精炼。一定温度下，与一定成分的熔渣相平衡的钢液在含氧量愈低，炉渣的还原性愈强。熔渣的组成中，碱度的高低和（FeO）的含量对熔渣的还原性起着决定性的作用。保持良好的流动性是充发发挥炉渣的还能能力和加速还原过程的重要条件。

42、还源精炼时，还应保持适当的渣量。首要的问题都是要造好“稀”的含义是基本渣料中稀渣剂的比例较高，渣料熔化后沪渣的黏度较低，其目的是保证撒加粉脱氧剂后还原渣具有良好的流动性；“薄”的意思是炉渣层薄即应采用较小的渣量。扒除氧化渣后迅速加入钢液量2.5%3.0%的基本渣料，其配比为石灰：萤石：黏土砖块=4：1：1，并立即以较大功率供电，使炉料尽快熔化覆盖钢液，以减少其吸气和降温。维持白渣：采用白渣还原时，钢液将增碳0.02%0.05%，因此，当冶炼含碳量低于0.2%或含碳范围较窄的钢种时，可用密度较小的木炭粉代替焦粉进行还原。准确判断还原渣的渣况并及时进行相应的调整操作，对提高钢的质量、缩短还原时间等

43、具有十分重要的意义。查看炉渣的颜色：碱性炉渣随其氧化性的变化而呈现不同的颜色，所以炉渣的颜色是其氧化性强弱的标志。炉渣的氧化性强即渣中（FeO）高时，炉渣呈黑色，随着氧化性减弱即渣中（FeO）的减小渣色逐渐变浅：黑色黄色淡黄色白色。炉渣变成白色时，渣中的（FeO）含量一般不大于1%。评定白渣的好坏，不仅要看渣白的程度，而且要注意白渣保持的时间。随时观察炉渣颜色，准确判断渣况，对钢渣成分的控制也有很大帮助。就渣色而言，氧化渣与电石渣相似，均为黑色，应注意识别。观察炉内冒出的烟尘的颜色：炉内的渣况不同，冒出来的烟尘的颜色也不同，且十分明显。电石渣的烟雾浓厚，颜色灰黑；白渣或弱电石渣，烟尘呈灰白色；

44、炉渣脱氧不良时，烟尘则为灰黄色。硅在铁液中可以无限溶解，在所有的杂质元素中，硅与氧的亲和力最大。炼钢过程中，硅的氧化产物是只溶于炉渣而不溶于钢液的酸性氧化物SiO2。在炼钢过程中，硅的氧化方式主要是间接氧化。当熔池未被炉渣覆盖以及直接向熔池吹氧时，炉料中的硅还会被氧气直接氧化一部分。硅的直接氧化和间接氧化均为强放热反应，所以硅的氧化反应是在温度相对较低的冶炼初期进行的。转炉炼钢中，铁水中的硅在开吹的几分钟内便几乎全被氧化；同时，硅元素氧化放出的热量还是转炉炼钢的主要热源之一。如果铁水含硅较高，即使炉温早已升到碳氧化所需的温度，脱碳反应也要等到钢液中的硅含量低于0.15%时才能激烈进行。电炉炼钢

45、中，如果熔化期采取吹氧助熔措施，到炉料熔清时其中的硅已被激烈进行。电炉炼钢中，如果熔化期采取吹氧助熔措施，到炉料熔清时其中的硅已被氧化掉90%。冶炼温度一定时，硅的氧化程度取决于基氧化产物SiO2在渣中的存在状态。冶炼初期，渣中存在较多的碱性氧化物是（FeO）因此，SiO2先与其结合成硅酸铁。在目前的碱性操作中，随着石灰的熔化，（2FeOSiO2）中的FeO逐渐被碱性更强的CaO所置换，生成硅酸钙；炼钢温度下，2CaOSiO2十分稳定，炉料中硅氧化得很彻底，而且即使到了冶炼后期温度升高后，也不会发生SiO2的还原反应。猛与氧的亲和力不如硅与氧的亲和力大，冶炼中它被氧化成只溶于炉渣的弱碱性氧化物

46、MnO。猛的氧化方式也是以间接氧化为主。猛的间接氧化和直接氧化也都是放热反应，因此猛的氧化反应也是在冶炼的初期进行的。不过因氧化过程中放热较少，猛氧化的激烈程度不及硅。而在转炉吹炼中，铁水中的猛80%左右也是在开吹后几分钟内被氧化掉的。在目前生产上所采用的碱性操作中，由于渣中存在着大量的强碱性氧化物（CaO），显弱碱性的氧化猛大部分以自由的（MnO）存在，因而冶炼中猛氧化得远不如硅那么彻底，而且转炉吹炼后期熔池温度升高后还会发生猛的还原反应。熔渣的碱度越高、（FeO）含量越低以及熔池温度越高，还原出的猛越多，吹炼结束时钢液中的猛含量即“余猛”就越高。碳氧反应是贯穿于整个练钢过程的一个主要反应。

47、炼钢的重要任务之一，就是通过向金属熔池供氧，把金属中的碳含量降至所炼钢种的终点要求。大量的碳氧反应产物CO气体从熔池中逸出，会引起熔池剧烈的沸腾。（1）CO气体逸出引起的沸腾对熔池具有强烈的搅拌作用，可强化熔池的传质与传热过程，促进钢液、熔渣的成分和温度的均匀。（2）碳氧反应时对熔池的搅拌可以加快反应物和生成物的扩散，并增大炉渣和金属的反应界面，能使熔池内的物理化学反应加速进行；（3）上浮的CO气体可携带和促进钢中的气体和非金属夹杂物上浮，有利于提高钢的质量；（4）大量CO气体通过渣层使炉渣泡沫化和熔池中的气体、炉渣、金属三相乳化，可大大加速炼钢反应。碳氧反应的热力学主要研究碳氧反应方程式及其

48、平衡常数、碳氧浓度积、熔池内的碳氧关系、碳氧反应的热效应、渣况及真空对碳氧反应的影响等。炼钢过程中熔池内的碳有两种氧化方式，在氧气炼钢条件下，金属熔池中少部分碳可以在反应区与气态氧接触而发生直接氧化，其反应式为：C+O2=CO G=-152570-34T而熔池中的大部分碳是与溶解在金属中的氧相互作用而被间接氧化的，其反应式为：C+O=CO G=-22200-38.34T碳的间接氧化反应为弱放热反应，在炼钢温度下其平衡常数会随温度的长高而略有下降。平衡常数m=C%O%故称m为碳氧浓度乘积。即在一定温度和压力下，钢液中碳与氧的质量百分浓度之积是一个常数，而与反应物和生成物的浓度无关。温度一定时，当钢中的碳含量高时，与之相平衡的氧含量就低；反之，当钢中碳含量低时，与之相平衡的氧含量就高。当C%0.4时，随着钢中碳含量的降低，氧含量升高得越来越快，尤其是当C%0.1时，与之相平衡的氧含量急居增高。温度对钢液中的碳氧关系影响不大。说明当钢中碳含量一定时，与其相平衡的氧含量受温度的影响很小。据研究证明，m值随温度及含碳量的变化而变化。含碳量一定时，随着温度的升高m值将增大，这是因为钢液中的碳氧反应为弱放