转炉炼钢技术指导.ppt

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1、第三章 转炉炼钢,第一节 炼钢用原材料,第二节 氧气转炉炼钢,第三节 底吹氧气转炉炼钢法,第四节 顶底复合吹炼转炉炼钢法,第一节 炼钢用原材料,原材料是炼钢的基础，原材料的质量和供应条件对炼钢生产的各项技术经济指标产生重要影响。对炼钢原料的基本要求：既要保证原料具有一定的质量和相对稳定的成分，又要因地制宜充分利用本地区的原料资源，不宜苛求。炼钢原料分为金属料，非金属料和气体。,金属料：铁水、废钢、合金钢 非金属料：造渣剂（石灰、萤石、铁矿石）、冷却剂（废钢、铁矿石、氧化铁、烧结矿、球团矿）、增碳剂和燃料（焦炭、石墨籽、煤块、重油）氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮,入炉原料结构是炼钢进程及各项指标

2、结构产生重要影响:钢铁料结构，即铁水和废钢及废钢种类的合理分配；造渣料结构，即石灰、白云石、萤石、铁矿石等的配 比制度；充分发挥各种炼钢原料的功能使用效果，即钢铁料和 选渣料的合理利用。,一、金属料,1、铁 水 铁水是转炉炼钢的主要原材料，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；（2）带渣量；（3）温度。,1）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，铁水中Si量增加0.10%，废钢的加入量可提高1.3%-1.5%。铁水含Si量高，渣量增加，有利于脱磷、脱硫。硅含量过高会使渣料和消耗增加，易引起喷溅，金属收得率降低，同时渣中过量的S

3、iO2，也会加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰渣化速度，延长吹炼时间。通常铁水中的硅含量为0.30%-0.60%为宜。,2）锰（Mn）锰是发热元素，铁水中Mn氧化后形成的MnO能有效促进石灰溶解，加快成渣，减少助熔剂的用量和炉衬侵蚀。同时铁水含Mn高，终点钢中余锰高，从而可以减少合金化时所需的锰铁合金，有利提高钢水纯净度。转炉用铁水对锰与硅比值要求为0.8-1.0，目前使用较多的为低锰铁水，锰的含量为0.20%-0.80%。,3）磷（P）磷是高发热元素，对一般钢种来说是有害元素，因此要求铁水磷含量越低越好，一般要求铁水P0.20%。4）硫（S）除了含硫易切削以外，绝大多数钢种要求去除硫这一有害元素。氧

4、气转炉单渣操作的脱硫效率只有30%-40%。我国炼钢技术规程要求入炉铁水的硫含量不超过0.05%。,对铁水带渣量的要求：高炉渣中含硫、SiO2、和Al2O3量较高，过多的高炉渣进入转炉内会导致转炉钢渣量大，石灰消耗增加，造成喷溅，降低炉衬寿命，因此，进入转炉的铁水要求带渣量不得超过0.5%。,对铁水温度的要求：铁水温度是铁水含物理量多少的标志，铁水物理热得占转炉热收入的50%。应努力保证入炉铁水的温度，保证炉内热源充足和成渣迅速。我国炼钢规定入炉铁水温度应大于1250，并且要相对稳定。,2、废钢,转炉和电炉炼钢均使用废钢，氧气顶吹转炉用废钢量一般是总装入量的10%-30%。废钢分为一般废钢、轧

5、辊、次废铁、车等。,转炉炼钢对废钢的要求：,1)废钢的外形尺寸和块度 应保证能从炉口顺利加入转炉。废钢的长度应小于转炉口直径的1/2，废钢单重一般不应超过300kg。国标要求废钢的长度不大于1000mm，最大单件重量不大于800kg。,2）废钢中不得混有铁合金 严禁混入铜、锌、铅、锡等有色金属和橡胶，不得混有封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。废钢的硫、磷含量均不大于0.050%。3）废钢应清洁干燥 不得混有泥沙，水泥，耐火材料，油物等。,4）不同性质的废钢分类存放 非合金钢、低合金钢废钢可混放在一起，不得混有合金废钢和生铁。合金废钢要单独存放，以免造成冶炼困难，产生熔炼废品或造成贵重合

6、金元素的浪费。,3、生铁,主要在电炉炼钢中使用，其主要目的在于提高炉料或钢中的碳含量，并解决废钢或重料来源不足的困难。由于生铁中含碳及杂质较高，因此电炉钢炉料中生铁配比通常为10%-25%，最高不超过30%。电炉炼钢对生铁的质量要求较高，一般S、P含量要低，Mn不能高于2.5%，Si不能高于1.2%。,4、海绵铁,海绵铁是用氢气或其他还原性气体还原精铁矿而得。一般是将铁矿石装入反应器中，通入氢气或CO气体或使用固体还原剂，在低于铁矿石软化点以下的温度范围内反应，不生成铁水，也没有熔渣，仅把氧化铁中的氧脱掉，从而获得多孔性的金属铁即海绵铁。,海绵铁中金属铁含量较高，S、P含量较低，杂质较少。电炉

7、炼钢直接采用海绵铁代替废钢铁料，不仅可以解决钢铁料供应不足的困难，而且可以大大缩短冶炼时间，提高电炉钢的生产率。此外，以海绵铁为炉料还可以减少钢中的非金属夹杂物及氮含量。由于海绵铁具有较强的吸水能力，因此使用前须保持干燥或以红热状态入炉。,5、铁合金,常用的铁合金种类：简单合金：Fe-Mn，Fe-Si，Fe-Cr，Fe-V，Fe-Ti，Fe-Mo，Fe-W等 复合脱氧剂：Ca-Si合金，Al-Mn-Si合金，Mn-Si合金，Cr-Si合金，Ba-Ca-Si合金，Ba-Al-Si合金等 纯金属：Mn、Ti（海绵Ti）、Ni、Al。,1）对块要求 加入钢包中的尺寸为5-50mm，加入炉中的尺寸为3

8、0-200mm。往电炉中加Al时常将其化成铝饼，用铁杆穿入插入钢液。2）烘烤温度 锰铁、铬铁、硅铁应800，烘烤时间应2小时；钛铁、钒铁、钨铁加热近200，时间大于1小时。,二、非金属料,1、造渣剂（1）石灰 碱性炼钢方法的造渣料，主要成分为CaO，由石灰石煅烧而成，是脱P、脱S不可缺少的材料，用量比较大。其质量好坏对吹炼工艺、产品质量和炉衬寿命等产生主要影响。因此，石灰CaO含量高，SiO2和S 含量低，生过烧率低，活性高，块度适中，此外，石灰还应保持清洁、干燥和新鲜。,对石灰的具体要求：,对转炉石灰块度为20-50mm，电炉为20-60mm。,石灰的活度,也称水活度是石灰反应能力的标志，也

9、是衡量石灰质量的重要参数。常用盐酸滴定法来测量水活性，当盐酸消耗大于300ml时才属优质活性石灰。通常把在1050-1150温度下焙烧的石灰，具有高反应能力的体积密度小，气孔率高，比表面积大，晶粒细小的优质石灰叫活性石灰，也称软性石灰。活性石灰的水活性度大于310ml，体积密度g/3，气孔率高达40%，比表面积为cm2/g。活性石灰能减少石灰、萤石消耗量和转炉渣量，有利于提高脱S，脱P效果，减少转炉热损失和对炉衬的侵蚀。,（2）萤石,萤石的主要成分是 CaF2，焙烧约930。萤石能使CaO和阻碍石灰溶解的2CaO.SiO2外壳的熔点显著降低，生成低熔点3CaOCaF22SiO2（熔点1362）

10、，加速石灰溶解，迅速改善炉渣动性。萤石助熔的特点是作用快，时间短。但大量使用萤石会增加喷溅，加剧炉衬侵蚀，污染环境。,转炉用萤石要求:块度在5-50mm，且要干燥，清洁。近年来，萤石供应不足，各钢厂从环保角度考虑，使用多种萤石代用品，如铁锰矿石，氧化铁皮，转炉烟尘，铁矾土等。,（3）白云石,白云石的主要成分CaCO3.MgCO3。经焙烧可成为轻烧白云石，其主要成分为CaO.MgO。转炉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，提高炉衬寿命具有明显效果。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

11、要求。,对生白云石的要求:,（4）火砖块,火砖块是浇铸系统的废弃品，它的作用是改善熔渣的流动性，特别是对含MgO高的熔渣，稀释作用优于萤石。火砖块中含有约30%的Al2O3，易使熔渣起泡并具有良好的透气性。但火砖块中还含有55%70%的SiO2，能大大降低熔渣的碱度及氧化能力，对脱磷、脱硫极为不利。因此，在电炉炼钢的氧化期应绝对禁用。在还原期要适量少用，只用在冶炼不锈钢或高硫钢时才稍用多一些。,（5）合成造渣剂,合成造渣剂是用石灰加入适量的氧化铁皮、萤石、氧化锰或其他氧化物等熔剂，在低温下预制成型。合成渣剂熔点低、碱度高、成分均匀、粒度小，且在高温下易碎裂，成渣速度快，因而改善了冶金效果，减轻

12、了转炉造渣负荷。高碱度烧结矿或球团矿也可做合成造渣剂使用，其化学成分和物理性能稳定，造渣效果良好。,2、增碳剂,在冶炼过程中，由于配料或装料不当以及脱碳过量等原因，有时造成钢中碳含量没有达到预期的要求，这时要向钢液中增碳。常用的增碳剂有增碳生铁、电极粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭粉。转炉冶炼中，高碳钢种时，使用含杂质很少的石油焦作为增碳剂。对顶吹转炉炼钢用增碳剂的要求是固定碳要高，灰分，挥发分和硫，磷，氮等杂质含量要低，且干燥，干净，粒度适中。其固定碳C96%，挥发分1.0%，S0.5%，水分0.5%，粒度在1-5mm。,3、氧化剂,氧气是转炉炼钢的主要氧化剂，其纯度达到或超过99.5%，氧气压力

13、要稳定，并脱除水分。铁矿石中铁的氧化物存在形式是Fe2O3、Fe3O4和FeO其氧含量分别是30.06%，27.64%和22.28%。在炼钢温度下，Fe2O3不稳定，在转炉中较少使用。铁矿石作为氧化剂使用要求高（全铁56%），杂质量少，块度合适。氧化铁亦称铁磷，是钢坯加热，轧制和连铸过程中产生的氧化壳层，铁量约占70%-75%。氧化铁皮还有助于化渣和冷却作用，使用时应加热烘烤，保持干燥。,思 考 题,1、转炉和电炉炼钢用的原材料各有哪些？2、转炉炼钢对铁水成分和温度有何要求？3、什么是活性石灰，它有哪些特点？4、萤石在炼钢中起什么作用？5、什么是合成造渣剂？它有何作用？,第二节 氧气转炉炼钢,

14、按炉衬耐火材料性质碱性转炉和酸性转炉;按供入氧化性气体种类空气和氧气转炉;按供气部位顶吹、底吹、侧吹及复合吹转 炉;按热量来源自供热和外加热燃料转炉。,自贝塞麦发明酸性空气底吹转炉炼钢法起，开始了转炉大量生产钢水的历史。上世纪50年代用氧气代替空气炼钢是炼钢史上的一次重大变革，70年代出现的氧气底吹转炉和顶吹复合转炉，是氧气转炉在发展和完善通路上取得的丰硕成果。,贝塞麦转炉,贝塞麦肖像,自供热转炉的发展演变过程,由传统供热向外加燃料联合供热转炉的发展演变过程,转炉炼钢功能的发展和完善,一、吹炼过程元素的氧化规律,1、冶炼过程概述 从装料到出钢，倒渣，转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧出钢

15、、溅渣护炉和倒渣几个阶段。一炉钢的吹氧时间通常为12-18min，冶炼周期为30min左右。,吹炼一炉钢过程中金属、炉渣成分的变化,上炉钢出完钢后，倒净炉渣，堵出钢口，兑铁水和加废钢，降枪供氧，开始吹炼。在送氧开吹的同时，加入第一批渣料，加入量相当于全炉总渣量的三分之二，开吹4-6分钟后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果炉内化渣不好，则许加入第三批萤石渣料。,吹炼过程中的供氧强度：小型转炉为m3/(tmin)；120t以上的转炉一般为m3/(tmin)。开吹时氧枪枪位采用高枪位，目前是为了早化渣，多去磷，保护炉衬；在吹炼过程中适当降低枪位的保证炉渣不“返干”，不喷溅，快速脱碳与脱硫，熔池

16、均匀升温为原则；在吹炼末期要降枪，主要目的是熔池钢水成分和温度均匀，加强熔池搅拌，稳定火焰，便于判断终点，同时使降低渣中Fe含量，减少铁损，达到溅渣的要求。,当吹炼到所炼钢种要求的终点碳范围时，即停吹，倒炉取样，测定钢水温度，取样快速分析C、S、P的含量，当温度和成分符合要求时，就出钢。当钢水流出总量的四分之一时，向钢包中的脱氧合金化剂，进行脱氧，合金化，由此一炉钢冶炼完毕。,（1）硅的氧化规律,在吹炼初期，铁水中的Si和氧的亲和力大，而且Si氧化反应为放热反应，低温下有利于此反应的进行，因此，Si在吹炼初期就大量氧化。Si+O2=(SiO2)(氧气直接氧化)Si+2O=(SiO2)(熔池内反

17、应)Si+(FeO)=(SiO2)+2Fe(界面反应)2(FeO)+(SiO2)=(2FeO.SiO2),随着吹炼的进行石灰逐渐溶解，2FeO.SiO2转变为2CaO.SiO2，即SiO2与CaO牢固的结合为稳定的化合物，SiO2活度很低，在碱性渣中FeO的活度较高，这样不仅使Si被氧化到很低程度，而且在碳剧烈氧化时，也不会被还原，即使温度超过1530，C与O的亲和力也超过Si与O的亲和力，终因（CaO）与（SiO2）结合为稳定的2CaO.SiO2，C也不能还原（SiO2）。,硅的氧化对熔池温度，熔渣碱度和其他元素的氧化产生影响：Si氧化可使熔池温度升高；Si氧化后生成（SiO2），降低熔渣碱

18、度，熔渣碱 度影响脱磷，脱硫；熔池中C的氧化反应只有到%Si0.15时，才能 激烈进行。影响硅氧化规律的主要因素：Si与O的亲和力，熔池温度，熔渣碱度和FeO活度。,（2）锰的氧化规律,在吹炼初期，Mn也迅速氧化，但不如Si氧化的快。其反应式可表示为：Mn+O=(MnO)（熔池内反应）Mn+O2=(MnO)（氧气直接氧化反应）Mn+(FeO)=(MnO)+Fe(界面反应)(SiO2)+(MnO)=MnO.SiO2,余锰或残锰,锰的氧化产物是碱性氧化物，在吹炼前期形成(MnO.SiO2)。但随着吹炼的进行和渣中CaO含量的增加，会发生（MnO.SiO2)+2（CaO）=（2CaO.SiO2）+（

19、MnO）（MnO）呈自由状态，吹炼后期炉温升高后，（MnO）被还原，即（MnO）+C=Mn+CO 或（MnO）+Fe=（FeO）+Mn 吹炼终了时，钢中的锰含量也称余锰或残锰。,残锰高，可以降低钢中硫的危害，但冶炼工业纯铁，则要求残锰越低越好。影响残锰的因素：炉温高有利于（MnO）的还原，残锰量高；碱度升高，可提高自由(MnO)浓度，残锰量增加；降低熔渣中（FeO）含量，可提高残锰含量;铁水中锰含量高，单渣操作，钢水残锰也会高些。,（3）碳的氧化规律,影响碳氧化速度的变化规律的主要因素有：熔池温度、熔池金属成分、熔渣中(FeO)和炉内搅拌强度。在吹炼的前、中、后期，这些因素是在不断发生变化，从

20、而体现出吹炼各期不同的碳氧化速度。吹炼前期：熔池平均温度低于1400-1500，Si、Mn含量高且与O亲和力均大于C-O的亲和力，(FeO)较高，但化渣、脱碳消耗的(FeO)较少，熔池搅拌、碳的氧化速度不如中期高。,吹炼中期：熔池温度高于1500，Si、Mn含量降低，P-O亲和力小于C-O亲和力，碳氧化消耗较多的（FeO），熔渣中(FeO)有所降低，熔池搅拌强烈，反应区乳化较好，结果此期的碳氧化速度高。吹炼后期，熔池温度很高，超过1600，C含量较低，(FeO)增加，熔池搅拌不如中期，碳氧化速度比中期低。,转炉内碳氧反应速度变化,（4）磷的变化规律,磷的变化规律主要表现为吹炼过程中的脱磷速度。

21、脱磷速度的变化规律，主要受熔池温度，熔池中金属P含量，熔渣中(FeO)，熔渣碱度，熔池的搅拌强度或脱碳速率的影响。,顶吹转炉吹炼各期的特点,前期不利于脱磷的因素是炉渣碱度比较低，因此，为及早形成碱度较高的炉渣，是前期脱磷的关键。中期不利于脱磷的因素是（FeO）较低，因此，如何控制渣中(FeO)达10%-20%，避免炉渣“返干”是中期脱磷的关键。后期不利于脱磷的热力学因素是熔池温度高。,（5）硫的变化规律,硫的变化规律也主要表现在吹炼过程中的脱硫速度，脱硫速度变化规律的主要影响因素与脱磷的类似。不同时期，其表现是不相同。,吹炼前期，由于温度和碱度较低，（FeO）较高，渣的流动性差，因此脱硫能力较

22、低，脱硫速度很慢；吹炼中期，熔池温度逐渐升高，（FeO）比前期有所降低，碱度因大量石灰熔化而增大，熔池乳化比较好，是脱硫的最好时期；吹炼后期，熔池温度已升至出钢温度，（FeO）回升，比中期高，碱度高熔池搅拌不如中期，因此，脱硫速度低于或稍低于中期。,炉渣成分和温度的变化规律,转炉吹炼过程中熔池内的炉渣成分和温度影响着元素的氧化和脱除规律，而元素的氧化和脱除又影响着炉渣成分和熔池温度的变化。,2、炉渣中(FeO)的变化规律,炉渣中（FeO）的变化取决于它的来源和消耗两方面。（FeO）的来源主要与枪位、加矿量有关，（FeO）的消耗主要与脱碳速度有关。,枪位：枪位低时，高压氧气流股冲击熔池，熔池搅拌

23、剧烈，渣中金属液滴增多，形成渣、金乳浊液，脱碳速度加快，消耗渣中（FeO）降低。枪位高时，脱碳速度低，渣中（FeO）增高。矿石：渣料中加矿石多，则渣中（FeO）增高。脱碳速度：脱碳速度高，渣中（FeO）低；脱碳速度低，渣中（FeO）高。,氧气顶吹转炉通过改变枪位可达到化渣、降碳的不同目的，这是它与其他炼钢方法相比，具有操作灵活的特点。,3、炉渣碱度的变化规律,炉渣碱度的变化规律取决于石灰的熔解、渣中(SiO2)和熔池温度。吹炼初期，熔池温度不高，渣料中石灰还未大量熔化。吹炼一开始，Si迅速氧化，渣中(SiO2)很快提高，有时可达到30%。因此，初期炉渣碱度不高，一般为，平均为2.0左右。,吹炼

24、中期，熔池的温度比初期提高，促进大量石灰熔化，熔池中Si已氧化完了，SiO2来源中断。中期脱磷速度，熔池搅拌均比前期强，这些因素均有利于形成高碱度炉渣。吹炼后期,熔池的温度比中期进一步提高,接近出钢温度,有利于石灰渣料熔化,在中期炉渣碱度较高的基础上,吹炼后期,仍能得到高碱度,流动性良好发炉渣。,4、熔池温度的变化规律,熔池温度的变化与熔池的热量来源和热量消耗有关。吹炼初期，兑入炉内的铁水温度一般为1300左右，铁水温度越高，带入炉内的热量就越高，Si、Mn、C、P等元素氧化放热，但加入废钢可使兑入的铁水温度降低，加入的渣料在吹炼初期大量吸热。综合作用的结果，吹炼前期终了，熔池温度可升高至15

25、00左右。,吹炼中期，熔池中C继续大量氧化放热，P也继续氧化放热，均使熔池温度提高，可达1500-1550以上。吹炼后期，熔池温度接近出钢温度，可达1650-1680左右，具体因钢种、炉子大小而异。在整个一炉钢的吹炼过程中，熔池温度约提高350左右。,综上所述，顶吹氧气转炉开吹以后，熔池温度、炉渣成分、金属成分相继发生变化，它们各自的变化又彼此相互影响，形成高温下多相、多组元同时进行的极其复杂的物理化学变化。,二、装料制度,1、装料次序 对使用废钢的转炉，一般先装废钢后装铁水。先加洁净的轻废钢，再加入中型和重型废钢，以保护炉衬不被大块废钢撞伤，而且过重的废钢最好在兑铁水后装入。为了防止炉衬过分

26、急冷，装完废钢后，应立即兑入铁水。炉役末期,以及废钢装入量比较多的转炉也可以先兑铁水,后加废钢。,2、装入量 装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量，它是决定转炉产量、炉龄及其他技术经济指标的主要因素之一。装入量中铁水和废钢配比是根据热平衡计算确定。通常，铁水配比为70%-90%，其值取决于铁水温度和成分，炉容比、冶炼钢种、原材料质量和操作水平等。,确定装入量时，考虑的因素：,炉容比：它是指转炉内自由空间的容积与金属装入量之比(m3/t)，通常在波动，我国转炉炉容比一般0.75。熔池深度：合适的熔池深度应大于顶枪氧气射流对熔池的最大穿透深度，以保证生产安全，炉底寿命和冶炼效果。炉子附属设备：应

27、与钢包容量、浇注吊车起重能力、转炉倾动力矩大小、连铸机的操作等相适应。,控制装入量的方法,目前国内采用三种即定量装入量、定深装入量和分阶段定量装入法。定量装入量指整个炉役期间，保证金属料装入量不变；定深装入量指整个炉役期间，随着炉子容积的增大依次逐渐增大装入量，保证每炉的金属熔池深度不变；分阶段定量装入法指将整个炉按炉膛的扩大程度划分为若干阶段，每个阶段实行定量装入法。分阶段定量装入法兼有两者的优点，是生产中最常见的装入制度。,国内一些企业顶吹转炉的炉容比,目前，国内的大中型转炉均采用混铁炉（转炉容量的1520倍）供应铁水，即高炉来的铁水储存在混铁炉中，用时倒入铁水罐天车兑入（解决高炉出铁与转

28、炉用铁不一致的矛盾，同时保证铁水的温度稳定，成分波动小）；废钢则是事先按计算值装入料斗，用时天车加入。为减轻废钢对炉衬的冲击，装料顺序一般是先兑铁水后加废钢，炉役后期尤其如此。兑铁水时，应炉内无渣（否则加石灰）且先慢后快，以防引起剧烈的碳氧反应，将铁水溅出炉外而酿成事故。目前国内各厂普遍采用溅渣护炉技术，因而多为先加废钢后兑铁水，可避免兑铁喷溅。但补炉后的第一炉钢应采用前法。,三、供氧制度,供氧制度的主要内容包括确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位控制。供氧是保证杂质去除速度、熔池升温速度、造渣制度、控制喷溅去除钢中气体与夹杂物的关键操作，关系到终点的控制和炉衬的寿命，对一炉钢冶炼的技术经

29、济指标产生重要影响。,1、氧 枪,氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身和尾部结构组成。喷头是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加工而成，也有用压力浇铸而成的。喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等。目前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。拉瓦尔型喷头是收缩扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比p出/p00.528时形成超音速射流。,拉瓦尔型喷孔示意图,枪身：它由三层同心套管构成，中心管道氧气，中间管是冷却水的进水通道，外层管是出水通道。喷头与中心套管焊接在一起。枪尾部：枪尾部接供氧管，进水管和出水管。,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

30、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。,2、渣钢乳化,转炉内的泡沫现象示意图,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（slag foaming）。由于渣滴或气泡也能进入到金属熔体中，因此

31、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或金属滴所造成的。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%；10-12 min时 占40%-70%；15-17min时 占30%-60%。可见，吹炼时金属和炉渣密切相混。,研究表明，金属液滴比金属熔池的脱碳、脱磷、脱锰更有效。金属液滴尺寸愈小，脱除量愈多。而金属液滴的含硫量比金属熔池的含硫量高，金属液滴尺寸愈小，含硫量愈大。生产实践表明，冶炼中期硬吹时，由于渣内富有大量CO气泡以及渣中氧化铁被金属液滴中的碳所还原，导致炉渣的液态部分消失而“返干”。,软吹时，由于

32、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，使乳化液中是金属保持某一百分比。,3、供氧参数,供氧压力：保证射流出口速度达到超音速，并使喷头出口处氧压稍高于炉膛内炉气压力。对三孔喷头，供氧压力可由下式经验计算：,氧气流量：指在单位时间内向熔池供氧的数量，常用标准状态下体积量度，其单位为m3/min或m3/h。氧气流量是根据吹炼每吨金属料所需要的氧气量、金属装入量、供氧时间等因素决定。即,供氧强度：指在单位时间内每吨钢的氧耗量，它的单位是m3/(tmin

33、)。供氧强度的大小根据转炉的公称吨位、炉容比来确定。3/(tmin)，3/(tmin)。,4、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H表示，单位是m。目前，一炉钢吹炼中的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

34、钢冶炼中枪位的变化范围可据经验公式确定：H=（3746）PD出式中 P供氧压力，MPa；D喷头的出口直径，mm；H枪位，mm。,（1）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。（2）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

35、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：高氧压与低枪位的作用相同，故氧压高时，枪位应高些。,3）、恒压变枪操作的几种模式,A 高低高的六段式操作 开吹枪位较高，及早形

36、成初期渣；二批料加入后适时降枪，吹炼中期炉渣返干时又提枪化渣；吹炼后期先提枪化渣后降枪；终点拉碳出钢。B 高低高的五段式操作 五段式操作的前期与六段式操作基本一致，熔渣返干时可加入适量助熔剂调整熔渣流动性，以缩短吹炼时间。,四、造渣制度,造渣是转炉炼钢的一项重要操作。所谓造渣，是指通过控制入炉渣料的种类和数量，使炉渣具有某些性质，以满足熔池内有关炼钢反应需要的工艺操作。造渣制度是确定合适的造渣方法、渣料的种类、渣料的加入数量和时间以及加速成渣的措施。由于转炉冶炼时间短，必须快速成渣，才能满足冶炼进程和强化冶炼的要求，同时造渣对避免喷溅、减少金属损失和提高炉衬寿命都有直接影响。,1、成渣过程及造

37、渣途径,转炉冶炼各期，都要求炉渣具有一定的碱度，合适的氧化性和流动性，适度的泡沫化。吹炼初期，要保持炉渣具有较高的氧化性,(FeO)稳定在25%-30%，以促进石灰熔化，迅速提高炉渣碱度，尽量提高前期去磷去硫率和避免酸性渣侵蚀炉衬；吹炼中期，炉渣的氧化性不得过低(FeO)保持在10%-16%），以避免炉渣返干；,吹炼末期，要保证去除P、S所需的炉渣高碱度，同时控制好终渣氧化性，如冶炼C0.10%的镇静钢，终渣(FeO)应控制不大于15%-20%；冶炼沸腾钢，终渣(FeO)应不小于12%，需避免终渣氧化性过弱或过强。,炉渣粘度和泡沫化程度也应满足冶炼进程需要。前期要防止炉渣过稀，中期渣粘度要适宜

38、，末期渣要化透作黏。泡沫性炉渣应尽早形成，并将其泡沫化程度控制在合适范围，以达到喷溅少、拉碳准、温度合适、达到磷硫去除的最佳吹炼效果。,2、转炉成渣过程：,吹炼初期，炉渣主要来自铁水中Si、Mn、Fe的氧化产物。加入炉内的石灰块由于温度低,表面形成冷凝外壳，造成熔化滞止期，对于块度为40mm左右的石灰，渣壳熔化需数十秒。由于发生Si、Mn、Fe的氧化反应，炉内温度升高，促进了石灰熔化，这样炉渣的碱度逐渐得到提高。,吹炼中期，随着炉温的升高和石灰的进一步熔化，同时脱碳反应速度加快导致渣中(FeO)逐渐降低，使石灰融化速度有所减缓，但炉渣泡沫化程度则迅速提高。由于脱碳反应消耗了渣中大量的(FeO)

39、，再加上没有达到渣系液相线正常的过热度，使化渣条件恶化，引起炉渣异相化，并出现返干现象。,吹炼末期，脱碳速度下降，渣中(FeO)再次升高，石灰继续熔化并加快了熔化速度。同时，熔池中乳化和泡沫现象趋于减弱和消失。初期渣，主要矿物为钙镁橄榄石和玻璃体(SiO2)。钙镁橄榄石是锰橄榄石(2MnO.SiO2)、铁橄榄石(2FeO.SiO2)和硅酸二钙(2CaO.SiO2)的混合晶体。当(MnO)高时，它是以2FeO.SiO2和2MnO.SiO2为主，通常玻璃体不超过7%-8%，渣中自由氧化物相(RO)很少。,中期渣：石灰与钙镁橄榄石和玻璃体作用，生成CaO.SiO2，3CaO.2SiO2，2CaO.S

40、iO2和3CaO.SiO2等产物，其中最可能和最稳定的是2CaO.SiO2，其熔点为2103。末期渣：RO相急剧增加，生成的3CaO.SiO2分解为2CaO.SiO2和CaO，并有2CaO.Fe2O3生成。,吹炼过程熔池渣的变化,五、石灰渣化机理,炼钢过程中成渣速度主要指的是石灰熔化速度，所谓的快速成渣主要指的是石灰快速熔解于渣中。吹炼初期，各元素的氧化产物FeO、SiO2、MnO、Fe2O3等形成了熔渣。加入的石灰块就浸泡在初期渣中，初期渣中的氧化物从石灰表面向其内部渗透，并与CaO发生化学反应，生成一些低熔点的矿物，引起石灰表面的渣化。这些反应不仅在石灰块的外表面进行，而且也在石灰气孔的内

41、表面进行。,但是在吹炼初期，SiO2易与CaO反应生成钙的硅酸盐，沉集在石灰块表面上，如果生成物是致密的，高熔点的2CaO.SiO2（熔点2130）和3CaO.SiO2(熔点2070），则将阻碍石灰的进一步渣化熔解。如生成 CaO.SiO2（熔点1550）和3CaO.2SiO2（熔点1480）则不会妨碍石灰熔解。,影响石灰溶解速度的因素主要有：石灰本身质量 铁水成分 炉渣成分 供氧操作,采用白云石或轻烧白云石代替部分石灰石造渣，提高渣中MgO含量，减少炉渣对炉衬的侵蚀，具有明显效果。MgO在低碱度渣中有较高的熔解度，采用白云石造渣，初期渣中MgO浓度提高，会抑制熔解炉衬中的MgO，减轻初期炉渣

42、对炉衬的侵蚀。同时，前期过饱和的MgO会随着炉渣碱度的提高而逐渐析出，使后期渣变粘，可以使终渣挂在炉衬表面上，形成炉渣保护层，有利于提高炉龄。,在保证渣中有足够的(FeO)、渣中（MgO），不超过6%的条件下，增加初期渣中MgO含量，有利于早化渣并推迟石灰石表面形成高熔点致密的2CaO.SiO2壳层。,萤石的主要成分为CaF2，并含有SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaCO3和少量磷、硫等杂质。它的熔点约1203K。萤石加入炉内后，在高温下即爆裂或碎块并迅速熔化。它的作用体现在：CaF2与CaO作用形成熔点为1635K的共晶体，直接促进石灰的熔化；萤石能显著降低2CaO.SiO2的熔点,使炉

43、渣在高碱度下有较低的熔化温度；CaF2可降低炉渣粘度,六、造渣方法,根据铁水成分和所炼钢种来确定造渣方法。常用的造渣方法有单渣法、双渣法和双渣留渣法。单渣法：整个吹炼过程中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到吹炼终点出钢。入炉铁水Si、P、S含量较低，或者钢种对P、S要求不太严格，以及冶炼低碳钢，均可以采用单渣操作。采用单渣操作，工艺比较简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现自动控制。单渣操作一般脱磷效率在90%左右，脱硫效率约为30%-40%。,双渣法：整个吹炼过程中需要倒出或扒出约1/2-2/3炉渣，然后加入渣料重新造渣。根据铁水成分和所炼钢种的要求，也可以多次倒渣造新渣。在铁水含磷高且吹

44、炼高碳钢，铁水硅含量高，为防止喷溅，或者在吹炼低锰钢种时，为防止回锰等均可采用双渣操作。双渣操作脱磷效率可达95%以上，脱硫效率约60%左右。双渣操作会延长吹炼时间，增加热量损失，降低金属收得率，也不利于过程自动控制。其操作的关键是决定合适的放渣时间。,双渣留渣法：将双渣法操作的高碱度、高氧化铁、高温、流动性好的终渣留一部分在炉内，然后在吹炼第一期结束时倒出，重新造渣。此法的优点是可加速下炉吹炼前期初期渣的形成，提高前期的去磷、去硫率和炉子热效率，有利于保护炉衬，节省石灰用量。采用留渣操作时，在兑铁水前首先要加废钢稠化冷凝熔渣，当炉内无液体渣时才可兑入铁水，以避免引发喷溅。,泡沫渣 在吹炼过程

45、中，由于氧射流与熔池的相互作用，形成了气熔渣金属液密切混合的三相乳化液。分散在炉渣中的小气泡的总体积往往超过熔渣本身体积的数倍甚至数十倍。熔渣成为液膜，将气泡包住，引起熔渣发泡膨胀，形成泡沫渣。正常泡沫渣的厚度经常在1-2m，甚至3m。,由于炉内的乳化现象，大大发展了气熔渣金属液的界面，加快了炉内化学反应速度，从而达到良好的吹炼效果。当然若控制不当，严重的泡沫渣也会引发事故。大量的研究表明，气泡少而小，炉渣表面张力低，炉渣粘度大，温度低，泡沫容易形成并稳定地存在于渣中，生成泡沫渣。,吹炼前期，脱碳速度小，泡沫小而无力，易停留在渣中，炉渣碱度低，(FeO)较高，有利于渣中铁滴生成CO气泡，并含有

46、一定量的SiO2、P2O5等表面活性物质，因此易起泡沫。吹炼中期，脱碳速度大，大量的CO气泡能冲破渣层而排出，炉渣碱度高，(FeO)较低，SiO2、P2O5表面活性物质的活度降低，因此引起泡沫渣的条件不如吹炼初期，但如能控制得当，避免或减轻熔渣返干现象，就能得到合适的泡沫渣。吹炼后期，脱碳速度降低，产生的CO减少，碱度进一步提高，(FeO)较高，但C较低，产生的CO少，表面活性物质的活度比中期进一步降低，因此，泡沫稳定的因素大大减弱，泡沫渣趋向消除。,影响熔渣泡沫化的因素：,进入熔渣的气体量这是熔渣泡沫化的外部条件，单位时间内进入炉渣的气体越多，炉渣的泡沫化程度越高，例如吹炼中期脱碳速度快，产

47、生气体量大，容易出现炉渣严重泡沫化现象。熔渣本身的发泡性即气体在渣中的存留时间这是熔渣泡沫化的内部条件，它取决于熔渣的粘度和表面张力。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；增大炉渣的粘度，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。,泡沫渣的控制,转炉吹炼的初期和末期，因脱碳速度小而炉渣的泡末化程度较低，因而控制的重点是防止吹炼中期出现严重的泡沫化现象。通常是因枪位过高，炉内的碳氧反应被抑制，渣中聚集的(FeO)越来越多（内部条件具备），温度一旦上来便会发生激烈的碳氧反应，过量的CO气体充入炉渣（外部条件具备），使渣面上涨并从炉口溢出或喷出，形成所谓

48、的喷溅。为此，生产中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，以免渣中(FeO)过高。出钢前压枪降低渣中的(FeO)，破坏泡沫渣，以减少金属损失。,渣料的用量,加入炉内的渣料主要是石灰和白云石，还有少量的萤石或氧化铁皮等熔剂。（1）石灰用量的确定 首先根据铁水的硅、磷含量和炉渣碱度计算铁水含磷0.3%时，炉渣的碱度B=（%CaO）/（%SiO2）=2.83.2，所以每吨铁水的石灰加入量按下式计算：,石灰用量（kg/t）=,式中%Si炉料中硅的质量分数；60/28表示1kgSi氧化后可生成60/28（=2.14）kg的SiO2。,例1 某厂的铁水含磷0.25%、硅0

49、.5%，冶炼所用石灰含CaO：86%，SiO2：2.5%，若炉渣碱度按3.0控制，求每吨铁水的石灰用量。,解：石灰用量（kg/t）=,（2）白云石用量的确定 白云石的加入量应根据炉渣要求的饱和MgO含量来确定。通常渣中MgO含量控制在8%10%，除了加入的白云石含有外，石灰和炉衬也会带入一部分。,理论用量W(kg/t)=,实际用量W/=WW灰W衬,3 熔剂的用量萤石用量：尽量少用或不用，部标要求4kg/t。矿石用量：铁矿石及氧化铁皮也具有较强的化渣能力，但同时对熔池产生较大的冷却效应，其用量应视炉内温度的高低，一般为装入量的25%。,关于渣料的加入，关键是要注意渣料的分批和把握加入的时间。（1

50、）渣料分批目的：渣料应分批加入以加速石灰的熔化（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）。批次：单渣操作时，渣料通常分成两批：1/22/3及白云石全部（冶炼初期炉衬侵蚀最严重）；1/21/3。,渣料的加入方法,（2）加料时间1）第一批渣料在开吹的同时加入。2）第二批渣料，一般是在硅及锰的氧化基本结束、头批渣料已经化好、碳焰初起的时候（30吨的转炉开吹6 min左右）加入（如果加入过早，炉内温度还低且头批渣料尚未化好又加冷料，势必造成渣料结团难化；反之，如果加入过晚，正值碳的激烈氧化时期，渣中的（FeO）较低渣料亦难化。问题的关键是正确判断炉况，头批渣料