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1、1.转炉炼钢原材炼钢原材料是炼钢的基础，炼钢原材料质量的好坏对炼钢工艺和钢的质量有直接影响。炼钢原材料分为主原料、辅原料和各种铁合金。1.1 主原料转炉炼钢主原料为铁水和废钢。我国废钢资源较少，我公司主要采用铁水和生铁块。1.1.1 转炉炼钢对铁水的要求铁水一般占转沪装入量的70一100。铁水的物理热与化学热是氧气顶吹转炉炼钢的基本热源。因此，对入炉铁水温度和化学成分必须有一定要求。1.1.1.1 铁水的温度铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志，铁水物理热约占转炉热收入的50。我国规定，入炉铁水温度应大干1250。1.1.1.2铁水的化学成分氧气顶吹转炉能够将各种成分的铁水冶炼成钢，但铁水
2、中各元素的含量适当和稳定，才能保证转炉的正常治练和获得良好的技术经济指标，因此力求提供成分适当并稳定的铁水。A 硅(Si)硅是炼钢过程的重要发热元素之一，硅含量高，热来源增多，能够提高废钢比。Si氧化生成的SiO2是炉渣的主要酸性成分。因此铁水硅含量是石灰消耗量的决定因素。通常大、中型转炉用铁水硅含量可以偏下限；而对于热量不富余的小型转炉用铁水硅含量可偏上限。过高的硅含量，会给冶炼带来不良后果，主要有以下几个方面：(1)增加渣料消耗，渣量大。过大的渣量容易引起喷溅，随喷溅带走热量，并加大金属损失。(2)加剧对炉衬的冲蚀。(3)初期渣中SiO2浓度超过一定数值时，影响石灰的渣化，从而影响着成渣速
3、度，也就影响着P、S的脱除，延长了冶炼时间。B 锰(Mn)铁水锰含量高对冶炼有益，可以促进初期渣早化，改善熔渣流动性，利于脱硫，能提高炉衬寿命；减少氧枪粘钢，还利于提高金属收得率；同时终点钢中余锰高，能够减少合金用量等。我国锰矿资源不多，当前使用较多的为低锰铁水，一般铁水中wMn020一040。C 磷(P)磷是强发热元素，通常是冶炼过程要去除的有害元素。氧气顶吹转炉的脱磷效率在85一95，铁水中磷含量越低，转炉工艺操作越简化，并有利于提高各项技术经济指标。铁水中磷来源于铁矿石，根据磷含量的多少铁水可以分为如下三类： wp0.30 低磷铁水 wp0.30一1.50 中磷铁水 wp1.50 高磷铁
4、水吹炼低磷铁水，转炉可采用单渣操作，中磷铁水则需采用双渣或双渣留渣操作；而高磷铁水就要多次造渣，或采用喷吹石灰粉工艺。D 硫(S)钢中硫是有害元素。转炉中硫主要来自金属料和熔剂材料等，而其中铁水的硫是主要来源。在转炉内氧化性气氛中脱硫是有限的，脱硫率只有35一40。1.1.1.3 铁水带渣量铁水带来的高炉渣中Si02、S含量较高，若随铁水进入转炉会导致石灰消耗量增多，渣量增大，喷溅加剧，损坏炉衬，降低金屑收得率，损失热量等。为此铁水在入转炉之前应扒渣。我公司炼钢用铁水标准Si%S%P%温度，带渣量%0.400.0500.2012500.81.1.2 生铁块生铁块也叫冷铁，其成分与铁水相近，但不
5、含显热。它的冷却效应比废钢低。我公司炼钢用生铁快标准Si%S%P%1.500.0700.301.2 辅原料1.2.1 造渣剂1.2.1.1 冶金石灰（1）石灰是碱性炼钢方法基本的造渣材料。它是由石灰石煅烧而成。来源广，石灰有强的脱P、S能力，不危害炉衬。 为了强化转炉吹炼快速化好去除S、P效率高的炉渣，必须对石灰提出一定的要求。 化学成分: 要求石灰CaO含量高，Si和S的含量尽可能的低。石灰中含S高，意味着石灰的去S能力低，有时甚至引起增S，特别在炼低S的钢种时，对石灰含S量要求更严。石灰中SiO2低，意味着石灰的有效CaO含量高，有利于提高炉渣碱度，减小渣量，减小对炉衬的侵蚀。CaO有效=
6、CaO%石灰-SiO2石灰R 在终点碱度为3时，石灰中SiO2含量增加1%，就使有效CaO含量减少约3%。 物理性能: 快速化渣的关键是石灰的溶解速度。为了加快石灰溶解，要求石灰气孔率大，体积密度小，晶粒细小。这种石灰晶面多，晶粒间的联结力小，空隙多。 加入转炉后，熔渣能迅速沿空隙渗入石灰块内部，使液体炉渣与石灰块接触的比表面积增大，加速了炉渣与石灰块之间的传热和传质，因而使石灰块的熔解加速。 另外，要求石灰块的块度均匀合适，块度过大，溶解慢，甚至到吹炼终点还来不及溶解完，不能及时而充分的起作用。过细的石灰易被废气带走，一般以550mm粒度为宜。 石灰易吸水粉化，变成Ca（OH）2。因此，要求
7、用密闭的容器贮存和运输，并且应精良使用新烧的石灰。 石灰在炉渣中的溶解速度取决于石灰与炉渣的反应能力，用石灰的“活性”表示。石灰在水中的溶解速度即石灰的“水活性”可以近似的反映石灰在炉渣中的熔解速度。因此用测定石灰的“水活性”来衡量石灰的反应能力。 煅烧情况:石灰石主要成分是CaCO3，其分解温度为880910。分解反应为： CaCO3CaO+CO2石灰石的煅烧温度和煅烧时间对石灰质量影响很大，因此可见石灰石分为三类：生烧、过烧、软烧。a 生烧石灰煅烧温度过低（1200）或煅烧时间过长，石灰石分解快，CaO晶粒长大快，晶粒粗大，气孔率低，体积密度大，反应能力差，不利于快速成渣。c 软烧石灰（活
8、性石灰）煅烧温度控制在10501150，获得晶粒细小，气孔率高（40%）,体积密度小（约1.6g/cm3）反应能力高的活性石灰，有利于快速成渣。国外采用回转窑或沸腾床熔炼炉生产活性石灰。我国多用竖窑和固体燃料得不到质量高的软烧石灰。因为沿炉子断面上气流分布不均匀，温度分布也不均匀，造成中心温度低，周围温度高，容易出现很多过烧，且质量不稳定，目前已开始注意。石灰的质量不仅与煅烧方法有关，而且与石灰石的块度和石灰石的性质有关。石灰石块度均匀适当。块度不均匀时，小块的已过烧，大块烧不透。块度过大时，外边的已过烧，内部尚不透。石灰石的气孔率高，则软烧石灰的空隙的有效半径越大，反应能力越强。我公司转炉石
9、灰标准CaO% MgO%SiO2%S%灼减%活性度，4mol/ml401，10min粒度, mm8273.50.106.0260750mm，超出范围比例10%。冶金石灰国家行业标准品级类别CaO，%MgO，%SiO2，%S，%灼减，%活性度，4mol/ml401，10min普通冶金石灰特级925.01.50.0202360一级902.00.0304320二级882.50.0505280三级853.50.1007250四级805.00.10091801.2.1.2 萤石萤石的主要成分是CaF2，纯CaF2的熔点在1418。造渣加入萤石可以加速石灰的熔解，萤石的助熔作用是在很短的时间内能够改善炉渣
10、的流动性，但过多的萤石用量，会产生严重的泡沫渣，导致喷溅，同时加剧炉衬的损坏，并污染环境。转炉炼钢用萤石的CaF2应大于85，wSiO25.0,wS0.10，块度在540mm，并要干燥清洁。1.2.1.3 生白云石生白云石即天然白云石，主要成分是CaMg(CO3)2。焙烧后为熟白云石，其主要成分CaO与MgO。白云石可代替部分石灰造渣技术，其目的是保持渣中有一定的MgO含量，以减轻初期酸性渣对炉衬的侵蚀，提高炉衬寿命，生白云石也是溅渣护炉的调渣剂。由于生白云石在炉内分解吸热，所以用轻烧白云石效果最为理想。1.2.2冷却剂氧气顶吹转炉炼钢过程热量有富余，因而根据热平衡计算加入一定数量的冷却剂，以
11、准确地命中终点温度。氧气顶吹转炉用冷却剂有废钢、生铁块、铁矿石、氧化铁皮、球团矿、烧结矿、石灰石和生白云石等。铁矿石主要成分Fe2O3和Fe3O4，铁矿石在熔化后铁被还原，过程吸收热量，因而能起到调节熔他温度的作用。但铁矿带入脉石,增加石灰消耗和渣量，同时一次加入量不能过多，否则会产生喷溅。铁矿石还能起到氧化作用。氧气顶吹转炉用铁矿石要求TFe含量要高，SiO2和S含量要低，块度适中，并要干燥清洁。铁矿石化学成分最好为：wTFe56；wSiO210；wS0.20；块度在l0一50mm为宜。球团矿中wTFe60，但氧含量也高，加入后易浮于液面，操作不当会产生喷溅。铁矿石与球团矿的冷却效应高，加入
12、时不占用冶炼时间，调节方便，还可以降低钢铁料消耗。氧化铁皮来自轧钢车间副产品，其含铁量高wTFe90，其他杂质量比不大于3.0，使用前烘烤干燥，去除油污。加氧化铁皮有利于化渣和脱磷。1.3 铁合金吹炼终点要脱除钢中多余的氧，并调整成分达到钢种规格，需加入铁合金以脱氧合金化。转妒常用的合金有FeMn、Fesi、MnSi合金、CaSi合金、铝、FeA1、CaA1Ba合金、A1BaSi合金等。转炉对铁合金的要求是：（1） 铁合金块度应合适，为10-50mm。（2）保证钢质量的前提下，选择价格便宜的铁合金，以降低钢的成本。（3）铁合金应保持干燥、干净。（4）铁合金成分应符合技术标准规定，以免炼钢操作失
13、误。1.4 炼钢常用气体（1）氧气氧气是转炉炼钢的主要氧化剂。现代炼钢工业用氧气是由空气分离制取的。当前炼钢用氧气的要求纯度要高99.6；并需要脱除水分；氧压应稳定。（2）氮气氮气是转炉溅渣护炉和复吹工艺的主要气源。对氮气的要求是满足溅渣和复吹需要的供气流量，气压要稳定。氮气的纯度大于99.95%，氮气在高温下干燥、无油。（3）氩气氩气是转炉炼钢复吹和钢包吹氩的工艺的主要气源。对氩气的要求是：满足吹氩和复吹用供气量，气压稳定，氩气纯度大于99.95%，无油、无水。课后作业：1、我公司转炉炼钢对铁水成分和温度的要求及带渣量的要求？答：我公司原料标准要求铁水Si0.40%,S0.050%，P0.2
14、0%，铁水温度1250，铁水带渣量0.8%。对于冶炼品种钢按各钢种工艺规程执行。2、转炉炼钢对石灰的要求？答：转炉炼钢石灰要求石灰CaO含量高，Si和S的含量尽可能的低要求石灰气孔率大，体积密度小，晶粒细小加入转炉能够快速溶解要求石灰块的块度均匀合适3、写出石灰石的分解反应？石灰分为哪几类？答：分解反应为：CaCO3CaO+CO2石灰石分为三类：生烧石灰、过烧石灰、软烧石灰。4、转炉炼钢常用的冷却剂有哪些？答：转炉炼钢用冷却剂有废钢、生铁块、铁矿石、氧化铁皮、球团矿、烧结矿、石灰石和生白云石等。5、转炉炼钢对氧气、氮气、氩气有哪些要求？答：炼钢用氧气的要求纯度要高99.6，并需要脱除水分，氧压
15、应稳定氮气的要求是满足溅渣和复吹需要的供气流量，气压要稳定，氮气的纯度大于99.95%，氮气在高温下干燥、无油氩气的要满足吹氩和复吹用供气量，气压稳定，氩气纯度大于99.95%，无油、无水。2. 铁水预处理 在现代钢铁冶金生产工艺中，很重要的一门技术就是铁水预处理，又称为铁水炉外处理。它对于优化钢铁冶金工艺、 提高钢的质量、 发展优质钢种、 提高钢铁冶金企业的综合效益起着重要作用，已发展成为钢铁冶炼中不可缺少的工序。 2.1 铁水预处理概述 铁水预处理是指高炉铁水在进入炼钢炉之前预先脱除某些杂质的预备处理过程，包括预脱硫、 预脱硅和预脱磷，简称铁水“三脱” 。铁水预脱硫则是指铁水在进入炼钢炉前
16、的脱硫处理过程，又称为炉外脱硫，它是铁水预处理中最先发展成熟的工艺。在我国，铁水预脱硫是目前钢铁企业工艺技术结构调整、增铁节焦、 改善钢材质量、 扩大纯净钢冶炼品种、 提高钢铁产品竞争力和附加值的最有效途径。2.1.1 铁水预脱硫2.1.1.1铁水预脱硫处理方法 铁水预脱硫的方法很多，各种方法经工业实际应用，有的因处理能力、 耐火材料寿命、 处理效果及可控性、 环境污染等问题逐渐被淘汰。现就国内外较普遍采用的 KR 搅拌法和喷吹法。我公司采用铁水预脱硫方法为喷吹法。2.1.1.2预脱硫常用脱硫剂 2.1.1.2.1 苏打灰（Na2CO3) 碳酸钠，又名苏打，是最古老的炉外脱硫剂，它是一种很强的
17、单一脱硫剂。当加入铁水时，与硫发生以下反应： Na2CO3(l) +S+2C=Na2S(l)+3CONa2CO3(l) +S+Si=Na2S(l)+SiO2(s)+CONa2O(l) + S = Na2S（l）+O 苏打作为脱硫剂，因其价格贵、 大量的氧化钠挥发损失严重、 效率低、 污染环境、 对人体有害、 渣中Na2O 侵蚀铁水包衬，且因渣的流动性好扒渣困难等缺点，基本已停止使用。2.1.1.2.2 石灰粉(CaO) 石灰粉主要成分是CaO，用石灰脱硫反应式如下：2CaO(S) + S + 1/2Si=(CaS)(S) + 1/2(Ca2SiO4)石灰价格便宜、使用安全，但在石灰粉颗粒表面形
18、成2CaOSiO2致密层，限制了脱硫反应的进行，因此，石灰消耗用量大，致使生成的渣量大和铁损大，铁水降温也较多。另外石灰还有易吸潮变质的缺点。2.1.1.2.3电石粉(CaC2) 电石粉主要成分是CaC2，其脱硫反应为： CaC2(S)+S=(CaS)(S) + 2C 用电石粉脱硫，铁水温度低于1300时脱硫率很低。渣量大，渣中含电石颗粒，遇水产生乙炔（C2H2）气体。脱硫过程易析出石墨碳污染环境。电石易吸潮产生乙炔发生爆炸，需要以惰性气体密封保存和运输。2.1.1.2.3 金属镁（Mg）金属镁喷入铁水中，在高温下发生液化、气化并溶于铁水：Mg(S) Mg(l) Mg(g) MgMg与S反应存
19、在两种情况：一：Mg+S=MgS(S) 3-8%二：MgMg Mg + S = MgS(S) 以第二种为主镁在铁水温度下与硫亲和力极强，脱硫效率高，可控制在0.001%的精度。金属镁活性度很高，极易氧化，易燃易爆，必须经过钝化处理，才能安全运输、储存和使用。用镁脱硫，铁水温降小，渣量及铁损少且不损坏处理罐内衬，环境污染小。价格昂贵。2.1.1.3 扒渣经过脱硫处理的铁水，脱硫产物浮于铁水渣表面，因为渣中MgS或CaS在氧化性气氛条件下会被氧还原，发生以下反应：(MgS)+O=(MgO)+S(CaS)+O=(CaO)+S因此，只有经过扒渣的铁水才能兑入转炉。课后作业1、什么是铁水预处理？答：铁水
20、预处理是指高炉铁水在进入炼钢炉之前预先脱除某些杂质的预备处理过程，包括预脱硫、 预脱硅和预脱磷，简称铁水“三脱” 。2、常用的脱硫方法有哪几类？我公司采用哪种脱硫方法？答：常用的脱硫方法有 KR 搅拌法和喷吹法。我公司采用铁水预脱硫方法为喷吹法。3、金属镁脱硫的机理是什么？答：镁在铁水温度下与硫亲和力极强，喷入铁水中，在高温下发生液化、气化并溶于铁水发生如下反应：Mg+S=MgS(S) Mg + S = MgS(S)4、铁水脱硫后兑入转炉前为什么要扒渣？答：经过脱硫处理的铁水，脱硫产物浮于铁水渣表面，因为渣中MgS或CaS在氧化性气氛条件下会被氧还原，发生以下反应：(MgS)+O=(MgO)+
21、S(CaS)+O=(CaO)+S因此，只有经过扒渣的铁水才能兑入转炉。3. 转炉炼钢基本原理3.1 转炉炼钢的基本任务生铁中除了含有较多的碳外，还含有一定量的硅、锰、磷、硫等杂质，它们统称为钢铁中五大元素。炼钢就是用氧化的方法去处生铁种的这些杂质，在根据钢种的要求加入适量的合金元素，使之成为具有高的强度、韧性或其他特殊性能的钢。除五大元素外，钢中还含有氮、氢、氧和非金属杂质物。它们是在冶炼过程中随原材料炉气而进入钢流的，或是冶炼过程中残留在钢中的化学反应物。这些物质对钢的性能有重大影响，必须尽量降低其含量。综上所述，可将炼钢基本任务归纳如下：.脱碳：含碳量的不同是引起生铁同钢性能差异的决定因素
22、。根据Fe-C相图，含碳量在0.0218%2.11%之间的铁碳合金为钢；碳含量在2.11%以上的铁碳合金为生铁；碳含量在0.0218%以下的为工业纯铁。在不同钢种中，含碳量也仍然是控制其性能的最主要元素。钢中含碳量增加则硬度、强度、脆性都将提高，延展性下降，反之，含碳量减少则硬度、强度下降而延展性提高，铁含碳范围.2%,所以，炼钢过程必须按钢种规格将碳氧化至一定范围。2. 脱磷、脱硫：对绝大多数钢种来说，磷、硫为有害元素。磷将引起钢的冷脆，而硫则引起钢的热脆。因此要求在炼钢过程中尽量除之。3. 脱氧：因为用氧化法炼钢，氧化去处钢铁中杂质后，钢中必然残留大量氧，还会给钢的性能带来危害，应当除去。
23、用人为地方法减少钢中含氧量的操作叫做脱氧。一般是向钢流中加入比铁有更大亲氧力的元素（如Al、Si、Ca等合金）来完成。4. 去除气体和非金属夹杂物：钢中期体主要指溶解在钢中的氢和氮。非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、氮化物、磷化物以及它们所形成的复杂化合物。在转炉炼钢方法中，主要靠碳氧反应时生成的CO气泡的溢出所引起的熔池沸腾来降低钢中的气体和非金属夹杂物。5. 升温与合金化：上述所有冶金过程均须在一定高温下才能完成，同时为保证钢水能浇成合格钢锭，也要求出钢时钢水有一定的温度。因此，将钢水加热并控制在一定的温度范围内，是炼钢必须完成的任务。为使钢具有良好的性能或某种特殊性能，还必须根据钢中要求加
24、入适量合金元素。所以炼钢的基本任务包括：脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；去除钢中有害气体和夹杂物；提高温度；调整成分；并浇成合格的钢锭或铸坯。炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢基本任务。3.2 氧气射流与溶池的相互作用转炉炼钢通过向熔池供氧来去除金属液中的杂质元素，同时向熔池吹气以强化搅拌，实现快速炼钢。供氧是通过氧枪喷头向熔池吹入超音速氧气射流来实现的，即氧射流。为了使氧流有足够的能力穿入熔池，使用拉瓦尔型的多孔喷头，氧气使用压力为(1014)104Pa，时，氧流出口速度可达400440m/s。3.2.1 射流状态3.2.1.1 单孔喷头的射流状态高压氧射流由喷头喷出后，在向前
25、运动时，吸收了炉内气体导致氧射流流量不断增加，流股各截面速度逐渐变小，边缘速度比中间降低的快，截面逐渐扩大。当供氧压力一定时，喷头距液面较近，则对液面的冲击力较大，冲击面积较小。反之3.2.1.2 多孔喷头的射流状态多孔喷头增大了射流流量，分散射流，增加流股与与熔池的接触面积，使逸出气体更均匀，吹炼更平稳。多孔喷头射流的速度衰减要快些，射程要短些，几股射流之间还存在着相互影响。3.2.2 射流与溶池的物理作用A.形成凹坑（1）主要为铁的氧化物（2）冲击深度，即不能损坏炉底又要有一定的深度（熔池深度的50-75%）。（3）冲击面积硬吹、软吹概念B. 熔池与射流间的相互破碎与乳化转炉吹炼中，由于氧
26、气射流和炉内产生的CO气体共同作用，引起氧气射流与金属液和炉渣之间的相互破碎，形成液滴和气泡，产生金属-炉渣-气泡的乳化液，它们之间的接触面积剧烈增大，加快反应速度。3.2.3 射流与溶池的化学作用氧气射流对金属熔池的传氧方式有直接传氧和间接传氧，以间接传氧为主。直接传氧：金属中的氧被气态氧直接氧化XR+y/2O2=RxOy间接传氧：氧气与金属接触首先将铁元素氧化2Fe+O2=2（FeO）生成的（FeO）溶解到金属中在氧化金属中的杂质（FeO）=FeOyFeO+xR=(RxOy)+yFe3.3 转炉冶炼基本反应3.3.1吹炼过程状况吹炼过程金属液成分、温度和炉渣成分变化规律：（1） 硅在吹炼前
27、期，一般在4min内即被基本氧化。（2） 锰在吹炼前期被氧化到很低，随着吹炼进行而逐步回升。（3） 磷在吹炼前期快速降低，进入吹炼中期略有回升，而到吹炼后期再度降低。（4） 硫在吹炼过程中是逐步降低的。（5） 碳在吹炼过程中快速减少，但前期脱碳速度慢，中期脱碳速度快。（6）熔池温度在吹炼过程中逐步升高，尤以吹炼前期升温速度快。（7）渣中的酸性氧化物（SiO2）和（P2O5）在吹炼前期逐渐增多，随着石灰的溶解增加，渣量增大而降低。（8）渣中（FeO）前后期高，中期低。（9）随着吹炼的进行，石灰溶解增多，渣中（CaO）逐渐增高，炉渣R也随之增大。（10）吹炼初期发生脱氮，中期停滞，到末期又进行脱氮
28、，但停吹前2-3min起但含量又上升。3.3.2炉渣的形成与变化转炉炼钢过程时间很短，必须快速成渣，使炉渣尽快有适当的碱度、和流动性，以便迅速地将铁水中的磷、硫等夹杂物去除到所炼钢种的要求。3.3.2.1 炉渣的形成炉渣一般是由铁水中的硅、锰、磷、铁的氧化以及加入的石灰、白云石等渣料溶解而成；另外还有带入转炉的高炉渣、侵蚀的炉衬等。3.3.2.2 石灰的溶解石灰在炉渣中的溶解分三步：第一步,液态炉渣经过石灰块外部扩散边界层向反应区迁移，并沿气孔想石灰块内部迁移。第二步，炉渣与石灰在反应去进行化学反应，形成新相。反应不仅在石灰表面进行，而且在内部气孔表面上进行，其反应为：2（FeO）+(SiO2
29、)+CaO（FeO）+(CaO.FeO.SiO2)(Fe2O3)+2CaO（2CaO.Fe2O3）(CaO.FeO.SiO2)+ CaO(2CaO.SiO2)+（FeO）第三步，反应产物离开反应区向炉渣转移。石灰块表面的(2CaO.SiO2)（熔点2130）外壳阻碍石灰的溶解。A. 炉渣成分对石灰溶解的影响石灰溶解速度与炉渣成分之间的统计关系为：vcao=K（wcao+1.34wMgO+2.74wFeO+1.90wMnO-39.1）可见，（FeO）对石灰的溶解速度影响最大，它是石灰溶解的基本溶剂。B.温度的影响C. 熔池搅拌的影响D. 石灰质量的影响3.3.3 吹炼过程化学反应(1)吹炼前期2
30、0时间里，Fe、Si、Mn元素即被大量氧化，而且Si、Mn的含量降到很低，几乎为痕迹量。继续吹炼，它们不再氧化；吹炼终了时，Mn有回升现象。其反应式如下：Fe十1/2O2(Feo)2(FeO)十1/2O2(Fe2O3)(Fe2O3)十Fe3(FeO)Si十O2(SiO2) （放热）Si十2(FeO)(SiO2)十2Fe （放热）(SiO2)十2(CaO)(2CaO.SiO2)在碱性渣操作条件下，渣中存在着大量自由状态的(CaO)，(SiO2)是酸性氧化物，全部与(CaO)等碱性氧化物形成类似(2CaO.SiO2)的复杂氧化物，渣中(SiO2)呈结合状态。只有自由氧化物才有反应能力，因此在吹炼后
31、期温度升高(SiO2)也不会被还原，钢中硅含量为“痕迹”。Mn十1/2O2(MnO) （放热）Mn十(Fe0)(Mn0)十Fe （放热）Mn十O(MnO) （放热）MnO是碱性氧化物，在吹炼前期形成（MnO.SiO2），随着渣中CaO含量的增加，会发生（MnO.SiO2）+2(CaO)=(2CaO.SiO2)+(MnO)(MnO)呈自由状态，吹炼后期炉温升高后，(MnO)被还原，反应如下(MnO)+C=Mn+CO(MnO)+Fe=Mn+(Fe0)所以吹炼终了时钢中存在残锰。(2)Si、Mn被氧化的同时，碳也被少量氧化，当Si、Mn氧化基本结束后，炉温达到1450以上时，碳的氧化速度迅速提高。吹
32、炼后期，脱碳速度又有所降低，反应式如下：C+1/2O=CO （放热）C+（FeO）=CO+）Fe （吸热）C+O=CO （放热）在碳氧反应中除了与渣中FeO的反应是吸热外，都是放热反应，冶炼中期碳氧反应速度最快。(3)由于碱性氧化性炉渣的迅速形成，大约在吹炼的40时间内，磷已降至0.02。脱P反应如下；2P十5(FeO)十3(CaO)(3Ca0.P205)十5Fe （放热）2P十5(FeO)十4(CaO)(4Ca0.P205)十5Fe （放热）脱磷反应为放热反应。冶炼的中、后期若温度过高，会发生回磷，脱氧合金加入不当也会发生回磷现象。其反应式如(4Ca0.P205)十2(Si02)2(2CaO
33、.SiO2)十(P205)2(P205)十5Si5(SiO2)十4P(P205)十5Mn5(MnO)十2P3(P205)十10A15(Al203)十6P或2(4Ca0.P205)十5Si4P+5(SiO2)+8(CaO)(4Ca0.P205)十5Mn2P+5(MnO)+4(CaO)3(4Ca0.P205)十10A16P+5(Al203)+12(CaO)（4）硫在开吹后下降不明显，在吹战中、后期，高碱度活性渣形成后，温度升高才得以脱除，其反应式如下：FeS十(CaO)(FeO)十(CaS) （吸热）FeS十(MnO)（FeO)十(MnS) （吸热）转炉内还会发生气化脱硫反应，约占脱硫总量的10%
34、-40%。由于硫与氧的亲和力比碳与氧、硅与氧的亲和力低得多，所以钢液中只要有存在，硫被直接氧化的可能性很小。(CaS)十3(Fe2O3)SO2十6(FeO)十(CaO)(CaS)十3/2O2SO2十(CaO)课后作业1、转炉炼钢的基本任务？通过哪些手段完成？2、炉渣是如何形成的？3、氧气射流对金属熔池的传氧方式？4、石灰石如何溶解的？5、为什么吹炼终点钢液中的硅含量为痕迹？6、转炉炼钢的基本反应？4 转炉炼钢工艺转炉炼钢冶炼工艺分为五大制度如下：装入制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点控制及脱氧合金化制度。4.1 装入制度4.1.1 装人制度内容及依据装入制度就是确定转炉合理的装入量，合适
35、的铁水废钢比。转炉的装入量是指主原料的装入数量，它包括铁水和废钢。每座转炉都必须有个合适的装入量，若装人量过大，将导致吹炼过程的严重喷溅，造渣困难，延长冶炼时间，吹损增加，炉衬寿命降低。装入量过小时，不仅产量下降，由于装入量少，熔池变浅，控制不当，炉底容易受氧气流股的冲击作用而过早损坏，甚至使炉底烧穿，进而造成漏钢事故，对钢的质量也有不良影响。在确定合理的装入量时，必须考虑以下因素：(1)要有合适的炉容比。新转炉砌砖后的容积称为转炉的工作容积，它与装入量的比值VT(m3t)称之为炉容比。一定公称吨的转炉，要有一个合适的炉容比，即保证炉内有足够的冶炼空间。转炉建成后，炉容比就已经确定了，冶炼过程
36、应根据铁水的成分、使用冷却剂的种类、氧枪喷嘴的结构等因素适当调整装入量，保持合适的炉容比，达到良好的综合指标。例如，铁水中Si、P含量较高时，吹炼过程渣量大，炉容比应该相应大些，否则就会导致喷溅的增加。以废钢做冷却剂的转炉炉容比，比用以铁矿石(或氧化铁皮)为主做冷却剂的炉容比，可以小0.10.2m3t。大转炉的炉容比可以小些，小转炉的炉容比要稍大些。(2)合适的熔池深度。确定装入量时，除了考虑转炉要有一个合适的炉容比外，还应保持合适的熔池深度。以保证炉底不受氧气流股的冲击，熔池的深度必须大于氧气流股对熔池最大穿透深度。(3)对于模铸车间，装入量应与锭型配合好。装入量减去吹损及浇注必要损失后的钢
37、水量应是各种锭型的整数倍，尽量减少注余钢水量。装入量可按下列公式进行计算。式2l中有关单位采用t。对连铸工艺，转炉装入量可根据实际情况在一定范围内波动。此外，确定装入量时，还要受到钢包的容积、转炉的倾动机构能力、浇注吊车的超重能力等因素的制约。所以在制定装入制度时，既要发挥现有设备潜力，又要防止片面的不顾实际的盲目超装，以免造成浪费和事故。4.1.2 装人制度类型氧气顶吹转护的装入制度有：定量装入制度、定深装入制度和分阶段定量装入制度。其中定深装入制度即每妒熔池深度保持不变，由于生产组织困难，现已很少使用。定量装入制度相分阶段定量装入制度在国内外得到广泛应用。4.1.2.1 定量装入制度定量装
38、入制度就是在整个炉役期间，每炉的装入量保持不变，这种装入制度的优点是：便于生产组织，操作稳定，有利于实现过程自动控制，但炉役前期熔池深、后期熔池变浅，只适合大吨位转炉。国内外大型转炉已广泛采用定量装入制度。4.1.2.2 分阶段定量装入制度在一个炉役期间，按炉膛扩大程度划分为几个阶段，每个阶段定量装入。这样既大体上保持了整个炉役中具有比较合适的熔池深度，又保持了各个阶段中装入量的相对稳定，既能增加装入量，又便于组织生产。这是适应性较强的一种装入制度。我国各中、小转炉炼钢厂普遍采用这种装入制度。4.1.2 装人操作4.1.2.1 铁水、废钢的装入顺序A 先兑铁水后装废钢这种装入顺序可以避免废钢直
39、接撞击炉衬，但炉内留有液态残渣时，兑铁易发生喷溅。B 先装废钢后兑铁水这种装入顺序废钢直接撞击炉衬，但目前国内各钢厂普遍采用溅渣护炉技术，运用此法可防止兑铁喷溅，但补炉后的第一炉钢可采用前法。4.2 供氧制度供氧制度就是使氧气流股最合理地供给熔池，创造良好的物理化学反应条件。因此，供氧制度的内容包括确定合理的喷嘴结构、供氧强度、氧压和枪位操作。4.2.1 喷嘴的类型及特点熔池供氧的主要设备是氧枪。氧枪由喷嘴和枪身两部分组成，并通水冷却。喷嘴也叫喷头，它的结构有整体式的，也有组合式的。大多数喷嘴是用紫铜锻造后切削加工而成，也有直接铸造成型的。枪身是无缝钢管。喷嘴与枪身通过焊接连接。马赫数Ma是指
40、气体的流速V与音速a之比。即马赫数MaVa。当马赫数Ma1时，为亚音速气流；马赫数Ma1时，气流速度为音速，超音速气流的马赫数Ma1。高压氧气在输送管道中的流动速度较低，在60ms以下。氧气流通过喷嘴后，形成流速为450ms以上的超音速的氧气射流，其流速为音速的2倍左右，即Ma2。射流是指高压气体从喷嘴喷出后所形成的定向流股。显然，喷嘴就是压力一速度的能量转换器，也就是将高压低速氧气流转化为低压高速的氧射流。由于流股的动能与速度的平方成正比，因此，超音速氧射流具有很大的动能。由此可见，合理的喷嘴结构应使压力能最大限度地转换成速度能，同时喷出的氧流应该满足吹炼的要求。在工艺操作上的反映是化渣速度
41、快，不喷溅，不粘枪，不烧枪，枪位稳定，便于控制。所以选择合理的喷嘴结构是氧气顶吹转炉炼钢的关键之一。目前所用氧枪喷嘴都是拉瓦尔管型结构。拉瓦尔型喷嘴能够把压力能(势能)最大限度地转换成速度能(动能)，获得最大流速的氧射流，因而被广泛应用。根据喷嘴的孔数可以分为单孔喷嘴和多孔喷嘴。多孔喷嘴有三孔、四孔、五孔、六孔、八孔等类型。单孔拉瓦尔型喷嘴，在转炉炼钢已经很少使用，除了少数小转炉采用三孔喷嘴，80t以上中、大型转炉均采用四孔、五孔及五孔以上喷嘴。4.2.1.1 单孔拉瓦尔型喷嘴拉瓦尔管喷嘴内型分为两段，即收缩段和扩张段。两段相交处为最小断面，其直径为临界直径，又叫喉口。使用单孔拉瓦尔喷嘴时，氧
42、射流对熔他的冲击能力强，冲击面积小，所以化渣速度较慢，喷溅较大。4.2.1.2 多孔拉瓦尔型喷嘴为了进一步提高供氧强度，提高转炉的生产能力，满足大吨位转炉生产的需要，出现了三孔、四孔、五孔乃至五孔以上的喷嘴。多孔喷嘴的优点是：提高了供氧强度和冶炼强度；增大了冲击面积化渣好；操作平稳，不易喷溅。4.2.2 枪位对吹炼过程的影响A.枪位与熔池搅拌的关系当氧流与熔池液面接触时，必然对熔池液面有一个冲击力，将液面挤开，形成一个凹坑，通常称这个凹坑的深度为冲击深度。转炉炼钢吹炼有两种模式：即硬吹和软吹。硬吹是指枪位低或氧压高的吹炼模式。当采用硬吹时，氧气流股对熔池的冲击力大，形成的冲击深度较深，冲击面积
43、较小；此外，硬吹时产生的小液滴和气泡的数量也多，气一熔渣一金属乳化充分，炉内的化学反应速度快，特别是脱碳速度加快，大量的CO气体排出，使熔池得到充分的搅动，同时降低了熔渣的TFe含量。也就是说，枪位越低，熔池内部搅动得越充分。软吹是指枪位较高或氧压较低的吹炼模式。在软吹时，氧气流股对熔池的冲击力减小，冲击深度变浅，反射流股的数量多，冲击面积加大，对于熔池液面搅动有所增强。脱碳速度降低，因而对熔池内部的搅动相应减弱，熔渣中的TFe含量有所增加。如果枪位过高，或者氧压很低时，氧气流股的动能低到根本不能吹开熔池液面，只是从表面掠过，这时反射氧流也起不到搅拌液面作用，这种操作叫“吊欢”。长时间吊欢是有
44、很大危害的，应该避免。如果短时间内采用高低枪位交替操作，还有利于消除炉内液面上可能出现的“死角”。所以，在炉投后期，成渣速度慢时，可采用高低枪位交替操作，能够消除渣料结蛇，加快化渣。B.枪位与渣中TFe含量的关系FeO是比较特殊的氧化物，它不是全部进入熔渣，还可以溶于金属液，氧化si、Mn、P、C等元素，使其本身还原。吹炼过程中，不断向炉内供氧，FeO不断地生成，它从熔池上浮过程中也不断消耗，只有来不及与其他元素反应的FeO才能保留在熔渣中，因而FeO成为氧的“传递者”。枪位不仅影响着Fe0的生成速度，同时也关系着FeO的消耗速度。在低枪位操作时，炉内各元素的氧化反应激烈地进行着，但低枪位操作
45、一段时间后，FeO的消耗速度大大增加。当枪位低到一定的程度，或长时间使用某一低枪位吹炼时，FeO的消耗速度可能超过其生成速度，因此熔渣中TFe的含量不仅不会增加，反而会减少。当采用高枪位操作时，由于氧气流股对熔池作用的动能减少，熔池内的化学反应速度缓慢了，FeO的消耗速度减少得比较明显这时才有可能使FeO在熔渣中聚积起来，起到提高TFe含量的作用。C.枪位与熔池温度的关系枪位对熔池温度的影响，是通过炉内化学反应速度来体现的。采用低枪位操作，氧气、熔渣、金属液接触密切，化学反应速度快，结果熔池升温速度加快，吹炼时间短，热损失部分减少，炉温较高。枪位高，反应速度缓慢,因而熔池升温速度缓慢，吹炼时间延长，热损失部分增多
