转炉炼钢(炼钢工艺学).ppt

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1、转炉炼钢工艺,1 现代转炉炼钢发展趋势氧气转炉炼钢及设备特点 转炉炼钢工艺制度 4 复吹转炉炼钢工艺 转炉的其他冶炼工艺介绍 转炉典型钢种的冶炼及其质量转炉炼钢过程自动控制转炉溅渣护炉技术,自供热转炉的发展演变过程,1 现代转炉炼钢发展趋势,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,2 氧气顶吹转炉炼钢及设备特点,氧气转炉炼钢的特点生产率高、钢中气体含量少，钢质量好；可炼品种多、原料适应性强；成本低、投资少、建厂快；生产较均衡，利于与连铸配合，利于实现生产的自动控制；氧气顶吹转炉设备炉体结构及倾动机构供氧系统供料系统废气处理系统,转炉炉体结构及倾动机构,炉帽（锥

2、形）：水冷炉口（顶部）出钢口（炉帽与炉身交界处）炉壳 档渣板（环形伞状）炉身（圆筒形）筒球型 炉底（球形）锥球型 炉体金属结构 托圈 截锥型 耳轴 转炉 轴承座 工作层 炉衬炉膛内腔 填充层 永久层 倾动机构 电动机、减速装置（减速机、制动装置等）,氧气顶吹转炉设备,散状料供应系统主要设备组成及其作用主要设备有地面料仓、提升运输设备、高位料仓、称量和加料设备。生产流程如下：,氧气顶吹转炉设备,废气处理系统转炉烟气净化及回收处理的意义防止环境污染、回收能源。烟气的处理方式有燃烧法与未燃法两种烟尘的净化方式也有两种，即湿式净化与干式净化。目前绝大多数顶吹转炉的烟气是采用未燃法（氮幕法）、湿法净化回

3、收系统，称OG系统；有的也采用未燃、干式净化回收系统，又称LT系统。烟气除尘设备洗涤除尘器（文氏管）、静电除尘器、布袋除尘器等。,燃烧法与未燃法除尘特性比较,LT法净化、回收系统工艺流程,静电除尘器的主要特点:,除尘效率高（净化效率高），可达99.9，而且稳定，不受烟气量波动的影响，最适宜捕集小于1m的烟尘；处理烟气量大，阻力损失小（一般在30毫米水柱以下），可用于高温烟气；维护费用较低，使用寿命长。但一次性投资高（设备投资费用大），设备庞大，占地面积大。选用时要考虑设置增湿塔，降低烟尘电阻率后再进入静电除尘器，才能发挥其特性（电除尘器适宜烟尘电阻率为1081011m）。,布袋式除尘器工作原理

4、,布袋式除尘器是干式除尘设备，由许多单体布袋组成。工作原理如下：,布袋是由普通涤纶或高温纤维、或玻璃纤维制成的编织袋。含尘气体通过布袋过滤，尘埃附着于布袋表面，使气与尘分离，气得到净化。附着于布袋表面的尘埃，定期通过反吹风使其脱落，得到清理。,转炉冶炼,3 转炉炼钢工艺制度,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、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。,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

5、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，需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)。,冶炼过程概述,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

6、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。,冶炼过程概述,1、冶炼前的准备操作用具的准备补炉操作转炉溅渣护炉,2、冶炼操作摇炉进料操作转炉冶炼特征演示转炉倒渣、出钢转炉操作全程演示,冶炼工艺制度,操作用具的准备,炉 前 用 具炉 后 用 具,炉前操作用具,取样瓢；补炉长瓢2；补炉短瓢；刮板；撬棒；竹片条；铝条；样模；铁锹；长钢管；测温枪；合金料桶或运料小车；吹氧管；鎯头把,炉后用具示意图,炉后操作用具,补炉长瓢(与炉前共用)；补炉短瓢(与炉前共用)；撬捧(与炉前共用)；长撬捧；泥塞棒；氧气皮管，氧气管(与炉前共用)；铁锹；鎯头(与炉

7、前共用)；出钢口塞；挡渣球。,补炉操作,转炉简介转炉解剖现场转炉炉内演示补炉操作程序,转炉简介,请单击画面,转炉简介,转炉是炼钢的反应容器，它由炉帽、炉身和炉底组成。在炉帽和炉身的连接处安置一个出钢口,转炉剖面图,转炉炉内,请单击画面,请单击画面,补炉操作程序,补炉底 程序1）摇炉使转炉大炉口向下，2）倒净炉内的残钢、残渣。3）摇炉至补炉所需的工作位置。4）摇动炉子至加废钢位置往复 摇动炉子，一般不少于3次。5）降枪。开氧吹开补炉砂。6）烘烤,补大面程序一般对前后大面(前后大面也叫作前墙和后墙)交叉补。1）摇炉使转炉大炉口向下，倒净炉内的残钢、残渣。2）摇炉至补炉所需的工作位置。3）倒砂 4）

8、贴砖 5）喷补 6）烘烤,转炉溅渣护炉简介转炉溅渣护炉操作演示,转炉溅渣护炉,溅渣护炉工艺是在转炉出钢后，在炉内留有适当的炉渣，然后插入喷枪，籍以向炉内吹入高压氮气，使炉渣飞溅，覆盖到炉壁上，经冷却、凝固并形成具有一定耐火度的渣层，从而保护了原有炉衬，延长了转炉寿命。,转炉溅渣护炉简介,转炉溅渣护炉操作演示,请单击画面,转炉摇炉进料操作,转炉摇炉进料注意事项转炉倾动机构简介转炉兑铁水操作程序转炉兑铁水操作现场图示转炉加废钢操作程序转炉加废钢、兑铁水现场操作,摇炉进料注意事项,1、摇炉进料时必须集中思想，向前或向后摇炉要到位。2、必须立即将摇炉手柄回复到零位，使转炉止动定位。3、兑铁水基本转倾角

9、度为+60，进废钢基本转倾角 度为+45，但兑铁水、进废钢的实际操作均需作必 要调整。倾动角度调整严格听从炉前指挥人员的指挥。4、进料前要进行检查，一般不采用留渣作业。5、为确保安全，炉料进炉前要先按警铃，示意炉口正前 方平台上人员避让，特别是新开炉及补炉后第一炉。6、倒渣前必须要先按“倒渣警铃”，要求清渣组准备 好渣包并通知炉下人员远离，以防人员烫伤。,倾动机构使转炉正反360度旋转的机械设备，以便进行兑铁水、加废钢和倒渣的工艺操作。倾动机构包括电动机、制动器和减速器。,转炉倾动机构简介,转炉炉体倾动的类型：（1）落地式（2）半悬挂式（3）悬挂式（4）液压倾动,转炉兑铁水操作程序,兑铁水A

10、准备工作 转炉具备兑铁水条件或等待兑铁水时，将铁水包吊至转炉正前方，吊车放下副钩，炉前指挥人员将两只铁水包底环分别挂好钩。B 兑铁水操作1)炉前指挥人员站于转炉和转炉操作室中间近转炉的侧旁(如图所示)。指挥人员的站位必须能同时被摇炉工和吊车驾驶员看到，又不会被烫伤的位置。2)指挥吊车驾驶员开动大车和主、副钩将铁水包运至炉口正中和高度恰当的位置。3)指挥吊车驾驶员开小车将铁水包移近炉口位置，必要时指挥吊车对铁水包位置进行微调。4)指挥吊车上升副钩，开始兑铁水。5)随着铁水不断兑入炉内，要同时指挥炉口不断下降和吊车副钩的不断上升，使铁水流逐步加大，并使铁水流全部进入炉内，而铁水包和炉口互不相碰，铁

11、水不溅在炉外。6)兑完铁水指挥吊车离开，至此兑铁水完。,转炉兑铁水操作现场图示,A 准备工作 废钢在废钢跨装入废钢斗，由吊车吊起，送至炉前平台，由炉前进料工将废钢斗尾部钢丝绳从吊车主钩上松下，换钩在吊车副钩上待用。如逢雨天废钢斗中有积水，可在炉前平台起吊废钢斗时将废钢斗后部稍稍抬高或在兑铁水前进废钢。B 加废钢操作 炉前指挥人员站立于转炉和转炉操作室中间近转炉的侧旁(同兑铁水位置)。待兑铁水吊车开走后即指挥进废钢。1)指挥摇炉工将炉子倾动向前(正方向)至进废钢位置。2)指挥吊废钢的吊车工开吊车至炉口正中位置。3)指挥吊车移动大、小车将废钢斗口伸进转炉炉口。4)指挥吊车提升副钩，将废钢倒入炉内。

12、如有废钢搭桥，轧死等，可指挥吊车将副钩稍稍下降，再提起，让废钢松动一下，再倒入炉内。5)加完废钢后即指挥吊车离开，指挥转炉摇正，至此加废钢毕。,加废钢操作程序,现场转炉兑铁水加废钢操作,请单击画面,3.1 原料装入制度,装料工艺对转炉炼钢的技术经济指标有明显的影响。对使用废钢的转炉，如先装废钢后兑铁水，为了保护炉衬不被废钢击伤，应先加洁净的轻废钢，再加中型和重型废钢。过重的废钢，最好在兑铁水后加入。为了防止炉衬过分急冷，装完废钢后应立即兑入铁水。炉役末期，以及废钢装入量很大的转炉，均应先兑铁水后加废钢。,3.1 原料装入制度,不同的转炉，以及同一转炉在不同的生产条件下，都有其不同的合理的金属装

13、入量。装入量过大，喷溅增加，熔池搅拌不好，造渣困难，炉衬特别是炉帽寿命缩短，供氧强度也因喷溅大而被迫降低。装入量过小，炉产量减少。因熔池过浅，炉底容易受来自氧气射流区的高温和高氧化铁的循环流冲击，甚至损坏炉底。,转炉控制装入量的三种方法,定量装入在整个炉役期间，保持每炉的金属装入量不变。优点是生产组织简便，对大型企业尤为突出。缺点是容易造成炉役前期装入量偏大而熔池偏深，炉役后期装入量又偏小而熔池偏浅。大型转炉可以采用。定深装入在整个炉役期间，保持每炉的金属熔池深度不变。优点是氧枪操作稳定，有利于提高供氧强度和减少喷溅，不必担心氧气射流冲击炉底，可以充分发挥转炉的生产能力。缺点是装入量及出钢量变

14、化极为频繁，采用模铸时铸锭很难配合。但对采用连铸的车间是有其优越性的。分阶段定量装入整个炉役按炉膛扩大的程度划分为若干阶段，各阶段实行定量装入。保持了比较适当的熔池深度及装入量的相对稳定性，既能满足吹炼工艺要求，也便于组织生产，为各厂普遍采用。,影响金属装入量的因素,1)炉容比炉容比是指转炉内部自由空间的容积(V)与金属装入量(T)之比，V/T。转炉喷溅和生产率均与其炉容比密切相关。国内外绝大多数转炉的V/T=0.81.0。一般在转炉容量小、铁水硅磷含量高、供氧强度大、喷头孔数少，用铁矿石和氧化铁皮冷却时，炉容比靠上限；反之，则靠下限。各阶段的金属装入量应能保证一定的炉容比。国内一些企业顶吹转

15、炉的炉容比,影响金属装入量的因素,氧气射流对熔池的穿透深度的近似计算公式：（2）,按式(2)计算氧气射流的最大穿透深度时，式(1)中的系数Kl为2.02.3。确定熔池深度后，便可根据炉役各阶段炉衬浸蚀情况估算出必须的金属装入量。,2)金属熔池深度为保证生产安全和炉底寿命，熔池深度(H熔)应大于氧气射流对熔池的最大穿透深度(hmax)。或 H熔=K1hmax（1）,影响金属装入量的因素,3)浇注钢锭的重量模铸时，为了保证钢锭的适当浇高，减轻缩孔、疏松缺陷和尽量减少浇余，装入量应与浇注钢锭的重量相配合，即：,按炉容比、熔池深度和浇注钢锭的重量算出的装入量不相同时，首先应保证浇注一定支数的钢锭，熔池

16、深度则可以略为加深而不应减浅，炉容比可以略大或略小。,4)炉子附属设备应与钢包容量、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。,3.2 供氧制度,氧气转炉炼钢以氧气作为基本的氧化剂。转炉的供氧方法不同，炼钢过程的特点也不同。由于喷头的孔数、氧枪与熔池面的距离或其它供氧参数不同，也会带来不同的吹炼特点。供氧在氧气转炉炼钢过程中起主导作用并影响全局，它支配着氧气射流与熔池的接触面积、一次反应区的位置和尺寸、熔池的搅拌状况、元素的氧化速度、渣中氧化铁的含量，因而对化渣、喷溅、杂质的去除速度、终点碳和温度的控制以及各项技术经济指标都有重大影响。供氧是根据原材料、所炼钢种、炉子容量和尺寸

17、及氧源压力等条件确定氧枪的类型、结构和尺寸，吹炼过程中氧枪在熔池面上的高度(枪位)和工作氧压。,氧 枪,请 单 击 画 面,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。,3.2 供氧制度,1、氧气从氧枪中的流出氧枪出口断面上的氧流参数是最重要的特性参数，它决定着氧气射流的基本特性。顶吹氧气转炉都采用超音速氧枪。拉瓦尔型的氧枪喷头能够最大限度地把氧气的压力能转变为动能，可以得到稳定的和最大流速的超音速射流。,氧枪喷孔的出口断面积,氧枪喷孔的

18、临界断面积,F出口F临界为定值时，改变进入喷孔前的氧气压力，不能改变氧流的出口速度，而只能改变氧气的流量。,3.2 供氧制度,2、转炉炉膛内氧气射流的特性氧气射流在顶吹转炉炉膛内的流动状况和特点大致如下：氧气射流分三段：射流轴心速度仍保持等于出口的速度，这一段称为初始段。射流轴心速度逐渐降低到音速，这一段称为过渡段，过渡段以后的亚音速段称为基本段。在转炉炉膛内，氧气射流遭到与射流运动方向相反，以CO为主的相遇气流的作用，使射流的衰减加速。氧气射流在转炉炉膛内向下流动的过程中，将从周围抽吸烟尘、金属滴和渣滴等比重很大的质点，使射流的速度降低，扩张角减小。炉膛内的氧气射流，因被加热膨胀，使射程和扩

19、张角增大。多孔喷头与单孔喷头的射流流动状况有重要区别。多孔喷头射流的速度衰减和全能衰减都较快，因而射程较短。氧枪出口处的氧气射流，其密度显著大于周围气相介质的密度，这应有利于射程的增大。,3.2 供氧制度,3、氧气射流对转炉熔池的作用氧气射流对熔池的物理作用射流的穿透深度、冲击面积和冲击点的分布,考虑实际转炉吹炼特点的系数，等于40,枪位,常数，对于低粘度的液体为40,在枪位等于零(H=0)时，,在喷头和氧气流量一定的情况下，降低枪位增大穿透深度时，冲击面积随之减小；相反，提枪增大冲击面积时，穿透深度随之减小。因此，变化枪位是调节穿透深度和冲击面积的有效方法。,3.2 供氧制度,氧气射流对熔池

20、的搅拌在氧气射流与熔池相遇处，射流的动能20%消耗于对熔池的搅拌，510%消耗于克服对射流的推挤力，7080%消耗于射流冲击液体时非弹性碰撞的能量损失。沸腾对熔池搅拌起着主要作用。但也受氧气射流的支配。如减小氧气射流的穿透深度而增大冲击面积，便可使CO气体沿熔池横断面分散析出；同理，增多喷孔数和增大喷孔倾角，能使CO气体呈多股的形式在不同的地点分散析出，因而显著改变熔池中液体循环的速度场。“软吹”（氧压很低或枪位很高）和“硬吹”（高氧压或枪位很低）,3.2 供氧制度,射流与熔池之间的相互破碎和乳化在氧气射流及因射流而产生的CO气体的共同作用下，引起射流与金属、炉渣之间的相互破碎，并形成金属炉渣

21、乳浊液。气体射流中液滴的最小直径d滴min理论上可按下式计算：,拉普拉斯准数,液滴表面处气流的速度,50吨转炉在吹炼中期，金属与炉渣的接触表面积约为：5060=3000m2。计算虽粗略，但说明，在顶吹氧气转炉吹炼过程中，炉渣与金属接触的总表面积极大，有利于渣-钢之间反应的迅速进行。,3.2 供氧制度,氧气射流对熔池的化学作用进入熔池的高速氧气射流，将射流周围坑穴中的金属表面层以及卷入射流中的金属滴表面层氧化成Fe2O3。液滴成为将氧传给熔池的基本载体。载氧液滴参与熔池的循环运动，并在熔池中进行二次氧化，将氧传给金属。在高枪位或低氧压“软吹”的情况下，射流穿透深度小，熔池搅拌微弱，载氧液滴中的F

22、e2O3向熔池传氧较慢而上浮路程较短，使炉渣的氧化性提高；在低枪位或高氧压“硬吹”的情况下，则载氧液滴将载有较少的氧进入炉渣，而使炉渣的氧化性降低。部分氧直接与炉渣接触，将氧直接传给炉渣：1/202+2(FeO)=(Fe203)由于熔池搅拌，可迅速将氧传给金属和进行杂质的氧化反应。,3.2 供氧制度,氧气射流直接与金属接触氧化金属中杂质的机理有三种不同的观点。第一种是“直接氧化”或“一步氧化”，认为金属中的杂质被气态氧直接氧化：xR+y/2O2=RxOy第二种是“间接氧化”或“二步氧化”，认为氧气与金属接触首先将铁元素氧化：2Fc+O2=2(FeO)(EeO)=FeO yFeO+xR=（RxO

23、y）+yFe第三种观点实际上是上述两种观点的综合，认为在吹炼时既有直接氧化，也有间接氧化。,3.2 供氧制度,4、顶吹氧气转炉的氧枪操作变动枪位是目前控制吹炼过程的重要手段。变动枪位可以改变射流对熔池的穿透深度和冲击面积，因而可以控制渣中氧化铁的含量和杂质的去除速度，可以在很大程度上控制化渣速度和喷溅的大小，还能在一定程度上控制熔池的升温速度。枪位根据如下的因素确定：吹炼的不同时期吹炼前期硅迅速氧化，渣中SiO2的浓度大和熔池温度不高。要求快速熔化石灰，尽快形成碱度1.51.7的活跃的炉渣，以免酸性渣严重浸蚀炉衬和尽量增加前期的去磷率。温度正常时，除适当加入萤石或FeO皮等助熔剂外，一般采用较

24、高的枪位，使渣中的(FeO)稳定在2530%的水平。,氧枪操作,吹炼中期强烈脱碳。吹入的氧全部消耗于碳的氧化，且渣中的氧化铁也消耗于脱碳。渣中(FeO)降低将使渣的熔点升高。渣中(FeO)降低过多时会使炉渣显著变粘，影响磷、硫的继续去除，甚至发生回磷。这种炉渣变粘的现象称为炉渣“返干”。为防止中期炉渣“返干”而又不产生喷溅，枪位应控制在使渣中(FeO)含量保持在1015%的范围内。吹炼后期进一步调整好炉渣的氧化性和流动性，继续去除磷和硫，准确控制终点。在过程化渣不太好或中期炉渣“返干”较严重时，后期应首先适当提枪化渣，而在接近终点时，再适当降枪，以加强熔池搅拌，均匀熔池温度和成分，降低镇静钢和

25、低碳软钢的终渣(FeO)含量，提高金属和合金收得率并减轻对炉衬的浸蚀。,氧枪操作,熔池深度熔池越深，相应渣层越厚，吹炼过程中熔池面上涨越高，故枪位也应在不致引起喷溅的条件下相应提高，以免化渣困难和枪龄缩短。在其它条件不变时，装入量增多，枪位应相应增高；随着炉龄的增长，熔池变浅，枪位应相应降低；随着炉容量增大，熔池深度增加，枪位应相应增高。造渣材料加入量及其质量铁水中磷、硫含量高，或吹炼低硫钢，或石灰质量低劣、加入量很大时，由于渣量增大使熔池面显著上升，化渣困难，枪位应相应提高。在铁水中硫、磷含量很低，加入的渣料很少，采用“软烧”石灰或合成造渣材料等情况下，化渣时枪位可降低，甚至可采用不变枪位的

26、恒枪操作。,氧枪操作,铁水温度和成分在铁水温度低或开新炉时，开吹后应先低枪提温，再提枪化渣，以免使渣中积聚过多的(FeO)而导致强烈脱碳时发生喷溅。为避免严重喷溅，铁水含硅量很高(1.2%)时，前期枪位不宜过高。喷头结构在一定的氧气流量下，增多喷孔数目，穿透深度减小，冲击面积增大，枪位应相应降低。三孔氧枪的枪位约为单孔氧枪的5575%。直筒型喷头的穿透深度比拉瓦尔型小，因而枪位应低些。顶吹氧气转炉多采用恒氧压变枪位操作。变氧压又变枪位的操作。,枪位操作演示,3.3 造渣工艺,吹炼过程中随着熔池温度的变化相应控制炉渣成分，使炉渣的物理化学性质符合炼钢的要求，是造渣工艺的基本内容。1、炉渣碱度的控

27、制炉渣碱度和石灰加入量的确定碱度和渣中Si02量是确定石灰加入量的主要依据。以单渣法为例，石灰加入量可按下式计算：,考虑随炉气带走的石灰粉和石灰在炉渣中不完全熔解的损失系数，通常K=1.11.15,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。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，如铁水含磷0.3%时，炉渣的碱度R=(%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氧化生成60/28（=2.14）kg的SiO2。,例 某厂的铁水含磷0

28、.25%、硅0.5%，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）=,=40.95 Kg/t,3.3 造渣工艺,吹炼高中磷铁水时，通常采用炉渣碱度为：,此时，石灰加入量可按下式计算：,石灰在炉渣中的熔解机理和影响石灰熔解速度的因素 在吹炼过程的任一时刻，熔融炉渣的实际碱度与石灰的熔解速度紧密相关。顶吹氧气转炉中石灰的熔解过程大致如下：,3.3 造渣工艺,开吹时，液态炉渣主要来自铁水中的硅、锰、铁的氧化，渣量很少，渣中SiO2的浓度很高。加入的大量石灰块使最初的液态炉渣冷却，在石灰块表面生成一层渣壳，渣壳的熔化约需数十

29、秒钟(50秒)。渣壳熔化后，石灰块的表面层开始与液态炉渣反应。由于钙镁橄榄石中的FeO和MnO与Si02的亲合力比CaO小，故被CaO置换，生成硅酸二钙2CaOSi02和RO相。2CaOSi02熔点很高（2130），结构致密，是石灰熔解缓慢的重要原因。炉渣成分对石灰溶解速度有很大影响。对于实际转炉炉渣，石灰的熔解速度与炉渣成分之间有一定的统计关系。JCaOK12+2.75FeO+1.9MnO-39.1),3.3 造渣工艺,FeO是石灰的基本溶剂。在不引起喷溅的条件下，尽量提高渣中FeO的浓度是加速石灰熔解的主要措施。MnO对加速化渣的影响仅次于FeO。炉渣中加入约少于6的MgO有利于石灰的熔解

30、。FeO对石灰熔解作用机理：它能显著降低炉渣的粘度，加速石灰块外部的传质；它能改善炉渣对石灰的润湿和炉渣向石灰孔隙中的渗透；它离解生成的离子（Fe2+、Fe3+、O2-）半径不大，且它与CaO同是立方晶系，有利于FeO向石灰晶格中迁移和扩散而生成低熔点的溶液；渣中FeO高，能减少石灰块表面硅酸二钙的生成，可使生成的硅酸二钙疏松，有利于其溶解。,3.3 造渣工艺,吹炼过程中成渣的途径 吹炼过程中，熔池的温度和成分不断变化，因而炉渣的物理化学性质也不断变化。希望炉渣成分的变化沿着最佳的途径进行，保证碱度迅速提高、炉渣流动性良好而又不产生喷溅，并尽可能使炉渣在开吹后不久就具有高的反应能力。氧气转炉吹

31、炼的炉渣中，CaO、SiO2和(FeO)三者之和一般约为7580%，它们对炉渣的物理化学性质影响最大。其余的氧化物中MgO的性质与CaO大致相似，P2O5与SiO2相似，MnO与FeO相似。因此，可用CaO-FeO-SiO2三元相图近似地研究吹炼过程中的成渣途径。,CaO-SiO2-FeO+Fe2O3相图,代表初渣的特性,代表终渣的特性,按成渣过程中(FeO)的含量不同可以分为高氧化铁成渣途径(铁质成渣途径)和低氧化铁成渣途径(钙质成渣途径),3.3 造渣工艺,低氧化铁成渣途径，通常用低枪位吹炼。在整个成渣过程中，炉渣的熔点都比较高，石灰块熔解缓慢，因而碱度上升较慢，炉渣粘稠。特别是吹炼中期，

32、炉渣“返干”严重炉渣去除磷、硫的能力很弱。用低磷、硫原料吹炼低碳软钢时，吹炼末期熔池含碳量降到0.1%以后，因渣中(FeO)急剧升高可迅速成渣，此时采用低氧化铁成渣途径可以避免吹炼过程中喷渣。这对超装的转炉尤为重要。,3.3 造渣工艺,高氧化铁成渣途径，渣中含氧化铁量比较高，通常用较高的枪位吹炼。炉渣成分变化的途径是在易熔区内，始终保持良好的流动性，石灰熔解迅速，碱度提高快。渣中(FeO)含量高，2CaOSiO2外壳对石灰熔解的阻碍不大，吹炼中期炉渣“返干”大大减轻，或被消除。这种造渣方法成渣快，炉渣较早就具有良好的去除磷、硫的能力，大大缩短了严重浸蚀炉衬的酸性渣存在时间，被普遍采用。特别是原

33、料磷、硫较高和吹炼高中碳钢时必须采用。高氧化铁炉渣的另一特点是泡沫化严重。因此，炉容比不足或操作不当造成炉渣中(FeO)过高时，会产生严重喷溅。在吹炼中必须注意。,3.3 造渣工艺,正确设计氧枪和控制枪位(必要时辅以变化氧压)是调节渣中(FeO)含量的主要措施。在吹炼过程中加氧化铁皮、铁矿石等，对保持渣中合理的(FeO)含量，加速石灰的熔解也有较好的效果。萤石能显著降低CaO以及2CaOSiO2的熔点，而且作用迅速。吹炼前期加入萤石能加速初期渣的形成，吹炼中期加入萤石可以防止炉渣“返干”炉渣中(FeO)的含量越低，萤石的化渣效果越明显。石灰的质量和加入方法对它的熔解速度也有很大影响。过早加入大

34、批量的石灰，往往会产生石灰结团，使石灰与液态炉渣的接触面积大大减小。石灰结团后在炉渣中熔解很慢。因此，生产中将石灰分批加入是合理的。,3.3 造渣工艺,2、炉渣粘度的控制粘度是炉渣重要的动力学性质。冶炼中渣粘的原因通常是炉渣的熔点与当时的熔池温度接近。且熔池温度低于炉渣的液相线时，则炉渣特别粘稠。提高渣中CaF2、(FeO)、MnO、MgO(6%-8%)等的含量，都能使炉渣熔点降低，流动性改善。为延长炉龄，确保去除磷、硫的条件下，加入白云石等含MgO的材料，可适当提高终渣的粘度。这种熔点较高和粘度较大的终渣停吹时部分沾附在炉衬内表面上，可使炉龄显著延长。,3.3 造渣工艺,3、炉渣氧化性的控制

35、炉渣氧化性是代表炉渣对碳、锰、硅、磷等杂质氧化能力的一种性质。它对终点钢水中的含氧量和钢的质量也有影响，对石灰的熔解速度起着重要的作用，还影响泡沫渣和喷溅的产生、炉衬的寿命、以及金属和铁合金的收得率。用渣中氧化铁的活度aFeO表示炉渣的氧化性是最合理的，因为渣中的氧化铁不全呈自由状态存在。但由于确定aFeO的数值相当复杂，生产中则普遍用氧化铁的浓度表示炉渣的氧化性，表示方法如下：1)单用氧化亚铁的浓度表示；2)用氧化亚铁与三氧化二铁之和表示，即(%FeO)=(%FeO)+(%Fe203),3.3 造渣工艺,3)用以氧为基础换算的“全氧法”表示，即(%FeO)=(%FeO)+1.35(%Fe20

36、3)4)用以铁水为基础换算的“全铁法”表示，即(%FeO)=(%FeO)+0.9(%Fe203)影响炉渣氧化性的因素:枪位和氧压经常是起主要作用的因素。通常，在一定的供氧强度下，枪位提高或氧压降低时，炉渣的氧化性增强。脱碳速度对炉渣氧化性有很大的影响。脱碳速度越大，碳夺取炉渣中的氧越强烈，而且熔池搅拌也越有力，促进炉渣中的氧化铁向金属中传递，使炉渣氧化性大大减弱。,3.3 造渣工艺,熔池温度对炉渣氧化性的影响是间接的。熔池温度低而使金属和炉渣粘度增大的情况下，炉渣向金属传递氧和金属吸收射流的氧减慢，使炉渣的氧化性增强。加入铁矿石或氧化铁皮等氧化剂使炉渣氧化性增强是暂时的。随着炉渣向金属的传氧和

37、脱碳等的耗氧，氧化剂带入炉渣的氧化铁将迅速被消耗。炉渣氧化性还与石灰的质量有关。用软烧石灰时，在其它条件相同的情况下，由于化渣容易，炉渣氧化性相应降低。终渣氧化性也受金属成分的影响。随着金属中碳和锰的含量降低，渣中(FeO)含量增高。,3.3 造渣工艺,终渣最佳的(FeO)含量与很多因素有关。除应尽可能满足石灰完全熔解的要求外，更重要的是渣中(FeO)含量影响终点钢水的含氧量和钢的质量。降低渣中(FeO)常用的方法：尽可能控制终点碳在出钢要求的上限；接近终点前适当降枪，吹炼含碳较高的钢种时以萤石帮助化渣；吹炼结束时，加入少量石灰稠化炉渣，使氧从炉渣向金属中的传递减慢；尽量减少出钢时进入盛钢桶的

38、渣量。吹炼含碳0.2%的沸腾钢时，往往需要增强炉渣的氧化性以提高钢水的含氧量，否则可能出现模内沸腾微弱，造成钢锭上涨等缺陷。吹炼含碳0.08%的沸腾钢时，则应避免终渣氧化性过强。,3.3 造渣工艺,4、泡沫渣及其控制在顶吹氧气转炉吹炼过程中，金属炉渣乳浊液的产生可以加速金属与炉渣间的传质。在转炉熔池上层的金属炉渣乳浊液中实际上经常还有大量CO气泡弥散分布在渣中形成泡沫渣。泡沫很少的炉渣中，传热和传质不受气泡的阻碍；在泡沫渣中则受到气泡的严重阻碍，这对炉渣与金属之间的物理化学反应显然是不利的。泡沫渣本身不是顶吹氧气转炉有效去磷的原因。泡沫渣一般在炉渣(FeO)高和熔池温度较低时产生。,转炉内的泡

39、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,金属与炉渣接触及物质扩散流的示意图,液滴流动路线,3.3 造渣工艺,泡沫渣的形成机理，同金属与炉渣之间的乳化机理有相似之处。一般认为，泡沫渣是由弥散分布在炉渣中的气泡和气泡之间的液体渣膜组成的。炉渣的表面张力减小和气泡之间的渣膜强度及稳定性增大，将促进泡沫渣的形成。在一定的含量范围内，Fe2O3、P205、CaF2、SiO2能使碱性炉渣的表面张力显著减小，增加这些成分能提高炉渣的泡沫化程度。P205和SiO2，不但使炉渣的表面张力减小，而且能增大渣膜的

40、粘度，使泡沫稳定。MgO也有提高渣膜粘度和稳定泡沫渣的作用，MnO则使碱性炉渣的泡沫化程度明显降低。,3.3 造渣工艺,碱度对炉渣的泡沫化有很大影响。如图所示，随着碱度增大，泡沫化程度先是增大，到CaOSiO2=1.51.7时达最大值；其后下降。这可能是由于碱度为1.51.7时渣中aFeO最大所致。,炉渣粘度增大，一般使泡沫渣的稳定性增加。因为在粘性渣中气泡的上浮缓慢，使滞留在炉渣中的气泡数量增多。温度对炉渣的泡沫化也有很大影响。温度低使炉渣黏度增大，促进炉渣的泡沫化。,泡沫渣控制,炉渣泡沫化严重时，短时间提枪，借氧气射流的机械冲击作用，使泡沫破裂，可以压制泡沫和减弱喷溅。为避免炉渣的过分泡沫

41、化，还应尽可能保持吹炼初期的热行。在铁水温度较低时，应先低枪提温，待温度上升后，再提枪化渣。铁矿石或其它固体氧化剂不应一次加入过多，以免使熔池温度剧烈下降，渣中(FeO)急剧增多。在加入铁矿石较多时，有必要短时间降低氧压。采用软烧石灰，可以降低化渣所要求的(FeO)含量，炉渣流动性也较好，可使炉渣泡沫化程度减小。铁水含硅量降低可以减少渣量，减轻泡沫渣的危害。加入少量石灰石(不超过装入量的11.5)也可以抑制泡沫渣和喷溅。,吹炼过程熔池渣的变化,3.3 造渣工艺,5、放渣及留渣操作 顶吹氧气转炉的造渣操作有吹炼中途不放渣的“单渣法”，中途放出部分炉渣的“双渣法”，以及将上炉的部分或全部终渣留在炉

42、内作为下一炉渣料的“留渣法”(或称“双渣留渣法”)。单渣法 用含硅量1.0%和含磷量0.30.4%的铁水吹炼低碳钢，在去硫率达到40即可满足所炼钢种的要求时，通常采用单渣法。其优点是操作简便，也节省了中间倒炉放渣的辅助时间，能提高生产率。双渣法 当铁水含硅量1.0%；生产去硫率40%的钢种；铁水含磷量达0.51.5%或原料含磷量虽0.5，但要求生产低磷的高、中碳钢；及要在炉内加入大量易氧化元素(例如铬)的合金钢时，应用双渣法。,3.3 造渣工艺,双渣留渣法 双渣法的终渣，一般有高的碱度和比较高的(FeO)含量，它对铁水具有一定的去磷和去硫能力，熔点不高，本身还含有大量的物理热。将这种炉渣部分地

43、、甚至全部留在炉内，可以显著加速下一炉初期渣的成渣过程，提高吹炼前期的去磷和去硫率，节省石灰用量和提高炉子的热效率。在留渣法中，必须特别注意防止兑铁水时产生严重喷溅。如上一炉终点碳过低，一般不宜留渣。,1 名词解释：单渣法 双渣法 双渣留渣法2 造渣方法如何选用？采用双渣法时何时倒渣为好？3 石灰用量如何计算？渣料如何加入？4 影响石灰溶解的因素有哪些？5 炉渣严重泡沫化的原因是什么？,思考题,在吹炼一炉钢的过程中，需要正确控制温度。温度制度主要是指炼钢过程温度控制和终点温度控制。转炉吹炼过程的温度控制相对比较复杂，如何通过加冷却剂和调节枪位，使钢水的升温和成分变化协调起来，同时达到吹炼终点的

44、要求，是温度控制的关键。热量来源：铁水的物理热和化学热，它们约各点热量来源的一半。热量消耗：转炉的热量消耗可分为两部分，一部分直接用于炼钢的热量，即用于加热钢水和炉渣的热量；一部分被废气、烟尘带走的热量，炉口炉壳的散热损失和冷却剂的吸热等。,3.4 温度制度,热量的消耗：钢水的物理热约占70%；炉渣带走的热量大约占10%；炉气物理热也约占10%；金属铁珠及喷溅带走热，炉衬及冷缺水带走热，烟尘物理热，生白云石及矿石分解及其他热损失共占约10%。转炉热效率：是指加热钢水的物理热和炉渣的物理热占总热量的百分比。LD转炉热效率比较高，一般在75%以上。原因是LD转炉的热量利用集中，吹炼时间短，冷却水、

45、炉气热损失低。,3.4 温度制度,出钢温度首先取决于炼钢中的凝固温度，凝固温度则根据钢种的化学成分而定，钢液凝固温度计算有多种经验公式，如：T凝=1536-（78%C+7.6%Si+4.9%Mn+34%P+30%S+5.0%Cu+3.1%Ni+2.0%V+1.3%Cr+18%Ti+3.6%Al）出钢温度需考虑从出钢到浇注各阶段的温降。T出=T凝+T+t1+t2+t3+t4+t5 式中：T钢液的过热度，它与钢种、坯型有关，板坯取15-20，低合金方坯取20-25；t1出钢过程温降；t2 出钢完毕至精炼之前的温降；t3 钢水精炼过程温降；t4 钢水精炼完毕至开浇之前的温降；t5 钢水从钢包至中间包

46、温降。,3.4 温度制度,溶解于铁中的元素为1%时，纯铁凝固点的降低值,转炉获得的热量除用于各项必要的支出外，还有大量富余热量，需加入一定数量的冷却剂。冷却剂除有冷却效应以外，对化渣、喷溅、氧耗、钢铁料消耗和冷却剂加入方法均有影响。要准确控制熔池温度，用废钢作冷却剂的效果最好，但为了促进化渣，也可以搭配一部分铁矿石或氧化铁皮。富余热量的利用是否合理，可以通过物料平衡和热平衡来检查，还可以通过物料平衡和热平衡发现操作、设备和原材料等方面存在的问题。,3.4 温度制度,顶吹氧气转炉的物料平衡和热平衡,某厂30吨顶吹氧气转炉吹炼的热平衡的结果原始数据 原材料和终点钢水及炉渣的成分、重量、温度的实测数

47、据如表1和表2。计算条件假定如下：1)炉气平均温度为1450；2)金属中烧损的碳，90%氧化为CO，10%氧化为CO2；3)炉衬消耗量为金属料的1%；4)炉渣中的铁珠量为渣量的8.0%；5)烟尘损失为金属料的1.16%，成分为70%Fe203，20%FeO；6)喷溅损失为金属料的1.2%，喷溅物的温度为1600；7)采用单渣法吹炼；8)氧气纯度为99.5%。,表1 30吨顶吹氧气转炉吹炼一炉钢的实测数据,表2 原材料成分,顶吹氧气转炉的物料平衡和热平衡,计算结果 1)终渣成分，%Si02 CaO CaF2 MnO MgO FeO Fe203 P205 A1203 CaS 16.27 50.71

48、 7.83 2.65 3.34 11.03 4.77 1.70 1.29 0.41 100.00 2)炉气成分，体积%CO C02 N2 O2 SO2 86.90 12.19 0.33 0.50 0.08 100.00,煤气回收,顶吹氧气转炉的物料平衡和热平衡,3)全炉物料平衡 表3 全炉物料平衡表（以100kg钢铁料计算）,误差=（120.29-120.46)120.29100%=-0.14%,顶吹氧气转炉的物料平衡和热平衡,4)全炉热平衡 未计算冷料的物理热，并假定冷料温度为25，作为计算的基准温度。,表4 全炉热平衡表,顶吹氧气转炉的物料平衡和热平衡,30吨顶吹氧气转炉吹炼铁水，具有如下

49、的热工特点：热量收入基本上是铁水的物理热和化学热。铁水的物理热占有重要的地位，它与元素氧化放出的热量相当。为增加废钢用量，应尽量提高铁水温度。在热量收入中，元素氧化放热也是重要的项目。碳氧化放出的热量占元素氧化总放热量的一半以上。这部分热量用于加热铁水和炉渣到终点温度是足够的。90的碳仅在炉内氧化为CO，而没有充分燃烧成CO2。未充分燃烧的CO的潜热占碳全部氧化时化学热的60%，应充分利用转炉内碳的化学热。炉料中的热量约为总热量的60%，炉气带走的热量约占34%，其它热损失约占6%，炉气热量的回收利用非常重要。,冷却剂及其特点转炉炼钢的冷却剂主要是废钢和矿石。废钢的冷却效应稳定，而且硅磷含量也

50、低，渣料消耗少，可降低生产成本；冶炼终点钢液温度偏高时，通常加适量石灰或白云石降温。各冷却剂的冷却效应冷却效应是指每kg冷却剂加入转炉后所消耗的热量，用q表示，单位是kJ/kg。矿石的冷却效应：矿石冷却主要靠Fe2O3的分解吸热，其冷却效应随铁矿的成分不同而变化，含Fe2O370%、FeO10%时铁矿石的冷却效应为：q矿=1C矿t+矿+1Fe2O3%112/1606456+FeO%56/724247）=11.02(1650-25)+209+10.7112/1606456+0.156/724247)=5360 kJ/kg,冷却剂用量确定,废钢的冷却效应：废钢主要依靠升温吸热来冷却熔池，由于不知准