轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝課程

1、第三章轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝煉鋼任務(wù)：1、雜質(zhì)(P 、 S等)元素、有害氣體及夾雜物的去除；2、多余元素(C等)的氧化；3、調(diào)整成分、調(diào)整溫度，達到所煉鋼種的要求；獲得合格鋼坯或鋼錠。P148149:四脫、二去、二調(diào)整12第一節(jié) 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝簡介一. 一爐鋼的冶煉過程轉(zhuǎn)爐一爐鋼的冶煉過程包括：裝料 吹煉（供氧、造渣） 脫氧與合金化 出鋼 濺渣護爐和倒渣幾個階段。 一爐鋼的吹氧時間通常為1218min， 冶煉周期為25 40min。3氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝簡介二.一爐鋼冶煉過程中的金屬、爐渣成分和溫度的變化Si、Mn:吹煉的前1/31/4時間，硅、錳迅速氧化到很低的含量。堿性渣操作時，硅氧化較徹底，

2、錳在吹煉后期有回升現(xiàn)象； C:在硅、錳氧化的同時，碳也被氧化。當硅、錳氧化基本結(jié)束后，隨著熔池溫度升高，碳的氧化速度迅速提高。碳含量0.15%以后，脫碳速度又趨下降； 45氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝簡介P:在開吹后不久，隨著硅的降低，磷被大量氧化，但在吹煉中后期磷的下降速度趨緩慢，甚至有回升現(xiàn)象；S:硫在開吹后下降不明顯，吹煉后期去除速度加快。Fe:鐵的氧化主要取決于供氧情況。依據(jù)：氧勢圖。元素氧化順序：T 1530 ：C、Si、V、Mn、P、Fe6氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝簡介爐渣變化：熔渣成分與鋼中元素氧化、成渣情況有關(guān)。渣中CaO含量、堿度隨冶煉時間延長逐漸提高，中期提高速度稍慢；渣中氧化鐵(FeO

3、)含量前后期較高，中期隨脫碳速度提高而降低；渣中SiO2、MnO、P2O5含量取決于鋼中Si、Mn、P氧化的數(shù)量和熔渣中其它組成含量的變化。7氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝簡介溫度變化：吹煉過程中金屬升溫大致分三階段：第一階段升溫速度很快，第二階段升溫速度趨于緩慢，第三階段升溫速度又加快。出鋼溫度約16501680。根據(jù)熔體成分和溫度的變化，吹煉過程可分為三期：硅錳氧化期（吹煉前期）、碳氧化期（吹煉中期）、碳氧化末期（吹煉末期）。8第二節(jié) 轉(zhuǎn)爐煉鋼裝入制度裝入制度是指一個爐役期中裝入量的安排。裝入制度有三種：定量裝入、定深裝入和分階段定量裝入法。分階段定量裝入法兼有前兩者的優(yōu)點，是生產(chǎn)中最常見的裝入制度

4、。轉(zhuǎn)爐煉鋼的裝入量指煉一爐鋼時鐵水和廢鋼的裝入數(shù)量(多數(shù)廠是先加廢鋼)，它是決定轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量、爐齡及其它技術(shù)經(jīng)濟指標的重要因素之一。在轉(zhuǎn)爐爐役期的不同時期，有不同的合理裝入量。對于公稱容量一定的轉(zhuǎn)爐，金屬裝入變化量在一定范圍內(nèi)。 910轉(zhuǎn)爐煉鋼裝入制度轉(zhuǎn)爐公稱容量有三種表示方法：1.平均爐金屬料（鐵水和廢鋼）裝入量；2.平均爐產(chǎn)良錠（坯）量；3.平均爐產(chǎn)鋼水量。這三種表示方法因出發(fā)點不同各有特點，均被采用，其中以爐產(chǎn)鋼水量使用較多。平均爐金屬料（鐵水和廢鋼）裝入量便于作物料平衡和熱平衡計算。11裝入量中鐵水和廢鋼配比是根據(jù)熱平衡計算確定的。通常，鐵水配比為7090%，其值取決于鐵水溫度和成分、爐容

5、量、冶煉鋼種、原材料質(zhì)量和操作水平等。在確定裝入量時，必須考慮以下因素：1.要保證合適的爐容比爐容比：指轉(zhuǎn)爐內(nèi)自由空間的容積（V）與金屬裝入量(t)之比(V/t , m3/t)。它通常波動在0.831.0，它與鐵水成分、冷卻劑類型、氧槍噴頭結(jié)構(gòu)和供氧強度等因素有關(guān)，應(yīng)視具體情況加以確定。12廠名 太鋼二煉 首鋼三煉 攀鋼 本鋼二煉 鞍鋼三煉 首鋼二煉 寶鋼一煉 噸位/t 5080120120150210300爐容比/m3.t-1 0.970.840.900.910.860.971.0513轉(zhuǎn)爐煉鋼裝入制度2.要有合適的熔池深度合適的熔池深度應(yīng)大于頂槍氧氣射流對熔池的最大穿透深度一定尺寸，以保證

6、生產(chǎn)安全、爐底壽命和冶煉效果。P195表10-33.應(yīng)與鋼包容量、澆鑄吊車起重能力、轉(zhuǎn)爐傾動力矩大小、鑄機拉速及模鑄錠重等相適應(yīng)。14第三節(jié) 轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度一.氧射流及其對熔池的相互作用1.氧射流頂部氧射流是轉(zhuǎn)爐煉鋼最重要的供氧渠道。頂氧射流是通過水冷氧槍將高壓、高純的氧氣從出口馬赫數(shù)M遠大于1(1.92.1)的噴頭中噴出的超音速射流。15因氧氣是可壓縮流體，當高壓、低速氧氣流經(jīng)過拉瓦爾(Laval)管收縮段時，氧速提高。在到達音速時若繼續(xù)縮小管徑，氧速并不再提高，只會造成氧氣密度大；此時要繼續(xù)提高氧速，只能增大管徑，使其產(chǎn)生絕熱膨脹，氧壓降低，密度減小。當氧壓降至與外壓相等時，可獲得超音速

7、氧流，將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯恿δ堋?6由氧氣的流動方程可知：（查可壓縮流函數(shù)表）當出口氧壓與進口氧壓之比P出/P00.1%時，它們優(yōu)先在金屬-氣體界面上氧化，此時氧由氣相內(nèi)部向金屬表面（gM）的傳質(zhì)是反應(yīng)過程的限制環(huán)節(jié)。27在上述條件下（一次反應(yīng)區(qū)）主要是直接氧化反應(yīng)： C+ 1/2O2 = CO (3-3)CO+1/2O2 = CO2 (3-4)Si+ 1/2O2 = SiO (3-5)SiO + 1/2O2 =(SiO2) (3-6)Mn+ 1/2O2 =(MnO) (3-7)Mn+ 1/2O2 =(MnO) (3-8)P+ 1/2O2 =PO (3-9)2PO+3/2O2=(P2O5) (3-

8、10)Fe+ 1/2O2 =(FeO) (3-11)反應(yīng)（3-4）是在靠近溶體表面的層流區(qū)進行，反應(yīng)（3-11）的發(fā)展程度取決于C、Si、Mn的濃度。28轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度在一次反應(yīng)區(qū)以外的二次反應(yīng)區(qū)，主要是間接氧化； Fe+ 1/2O2 =(FeO) (FeO)=O +FeC COCO CO2Si + O (SiO2) Mn (MnO) P (P2O5) 間接氧化是煉鋼的主要的氧化反應(yīng)。 (FeO) 是氧的傳遞者。29轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度 元素的氧化順序取決于化學(xué)反應(yīng)自由能變化的比值;還與該元素在鋼中的濃度及其氧化物在渣中或氣相中濃度有關(guān);而與元素的表面活性關(guān)系不大。 LD的傳氧機理:是以間接氧化

9、為主。30轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度C-O反應(yīng)速度：轉(zhuǎn)爐煉鋼C-O反應(yīng)消耗O270%，貫穿于煉鋼過程的始終。有效控制C-O反應(yīng)是冶煉的關(guān)鍵。31前期：脫碳速度 Vc=-dC/dt=K1t,(由慢到快，最后達最大值 t_吹煉時間；K1_不是常數(shù)，決定與Si含量、熔池溫度和供氧強度等因素；32轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度中期（ C-O激烈反應(yīng)）：Vc= -dC/dt=K2 ,(保持最高水平，幾乎為定值， Vc最大可達0.3%0.5%C/min) K2_由氧流量Fo決定的常數(shù)， K2=Fok2；末期：Vc= -dC/dt=K3C, (隨C的減少不斷下降) K3由供氧強度和槍位所決定的常數(shù)。當碳含量降低到一定程度時，碳的擴

10、散速度減小，成為反應(yīng)的控制環(huán)節(jié)。33降低34轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度二.乳化和泡沫現(xiàn)象由于氧射流對熔池的強烈沖擊和C-O 反應(yīng)產(chǎn)物CO氣泡的沸騰作用，使熔池上部金屬、熔渣和氣體三相劇烈混合，形成了轉(zhuǎn)爐內(nèi)發(fā)達的乳化和泡沫狀態(tài)。這是氧射流與熔池的物理和化學(xué)共同作用的結(jié)果。3536氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐內(nèi)co氣泡可能 形成地點示意圖 1氧射流作用區(qū);2一爐渣-金屬界面;3一金屬 -爐渣-氣體乳濁液; 4一爐底和爐壁的粗糙 表面; 5沸騰熔池中的氣泡表面 co金屬液爐渣co325137轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度冶金中準確的乳化概念:金屬液滴或氣泡彌散在爐渣中。、若液滴或氣泡量較小而且在爐渣中可以自由運動，則該現(xiàn)象叫渣-鋼、渣-氣

11、乳化或渣-鋼-氣乳化；渣-鋼乳化是沖擊坑上沿流動的鋼液被射流撕裂成金屬滴所造成的。、若爐渣中僅有氣泡，而且數(shù)量多或氣泡大，使氣泡無法自由運動，則該現(xiàn)象叫爐渣泡沫化?？梢姡瑺t渣泡沫化是渣氣乳化體系的一種特例。由于渣滴或氣泡也能進入到金屬溶體中，因此轉(zhuǎn)爐中還存在金屬溶體中的乳化體系。3839轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度金屬小液滴形成由下述關(guān)系所決定 ： 1）如果在相界面上液滴的慣性力大于表面力和浮力的總和時，在金屬液層上緣形成液滴； 2）形成液滴所需要的力是由流動鋼液的動能轉(zhuǎn)化而來。在液滴脫離點力的關(guān)系為：有關(guān)公式推導(dǎo)略。（現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼）KpKa + Kgcos 式中Kp_鋼液慣性力; Ka _界面力; Kg

12、_重力; _液面方向與重力方向的夾角。 40在氧氣頂吹熔煉中鋼液滴乳化作用原理圖(a)一液滴生成示意圖；(b)一在液滴 脫離點上的慣性力Kp、重力Kgcos和界面力K間的平衡41轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度關(guān)于彌散液滴數(shù)量的研究很多，霧化液滴在50kg/t的數(shù)值是有可能的。 對230tLD轉(zhuǎn)爐乳化液取樣分析，其中金屬液滴比例很大： 吹煉時間min 6710121517金屬液滴比例%458040703060可見，吹煉時金屬和爐渣緊密相混，僅把沖擊坑表面看成氧氣-金屬接觸面是不適宜的。 424344轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度設(shè)淹沒條件下球形液滴直徑為0.1mm，進入射流的金屬量為吹入氧氣質(zhì)量的3倍，則吹入1m3氧氣產(chǎn)生

13、氣-液接觸比表面積可通過金屬液滴的平均尺寸和進入流股的液體數(shù)量來估算。在認為金屬液滴平均值徑波動在0.011.0mm范圍內(nèi)，設(shè)淹沒條件S為：S=n = ：一個液滴的平均表面積；n ：為液滴個數(shù)； ：液滴平均直徑； ：1m3氧氣中金屬液滴總質(zhì)量； 45轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度上述估算能得出比表面積的數(shù)量級。如噸鋼耗氧為：5056m3/t，則：乳化金屬液滴的比表面積為：18502072m2 /t。以100t轉(zhuǎn)爐為例，凹坑體積約為10L，表面積約為0.1m2，而反應(yīng)區(qū)內(nèi)液滴的總表面積卻超過1m2，至少比凹坑表面積大一個數(shù)量級。由此可見，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中形成的渣-金-氣乳化液和泡沫渣所產(chǎn)生的巨大比表面積

14、是高反應(yīng)速率的原因所在。4647結(jié)論：氧射流與熔池的相互作用產(chǎn)生如下結(jié)果:1).形成沖擊區(qū)及凹坑；2).形成三相乳化液；3).部分氧流形成反射流股.轉(zhuǎn)爐的傳氧載體有：1)爐渣(以(FeO)為主 )；2)金屬液滴；3)乳化相；4)鐵礦石(少量).氧化反應(yīng)方式：元素-O2、 元素-O、 元素-(FeO)48煉鋼過程中，碳氧反應(yīng)不僅完成脫碳任務(wù)，還有 以下作用:1)加大鋼-渣界面，加速物理化學(xué)反應(yīng)的進行;2)攪動熔池，均勻成分和溫度；3)有利于非金屬夾雜的上浮和有害氣體的排出；4)有利于熔渣的形成；5)放熱升溫；6)爆發(fā)性的碳氧反應(yīng)會造成噴濺。 49三.供氧參數(shù) 供氧：是指如何最合理地向熔池供給氧氣

15、，創(chuàng)造爐內(nèi)良好的物理化學(xué)條件，完成吹煉任務(wù)。 供氧制度：是指根據(jù)生產(chǎn)條件確定恰當?shù)墓┭鯊姸?，選擇和確定噴頭結(jié)構(gòu)、類型和尺寸，制定 合理的氧槍操作方法。當氧槍的結(jié)構(gòu)、類型和尺寸確定后，吹煉過程中能調(diào)節(jié)的供氧參數(shù)是槍 位和工作氧壓。 50轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度1.供氧壓力供氧壓力應(yīng)保證使射流出口速度達到超音速，并使噴頭出口處氧壓稍高于爐膛內(nèi)爐氣壓力，對于三孔噴頭來說，供氧壓力p0可按經(jīng)驗公式確定： 氧氣溫度，K；Q氧氣流量，m3/min；d臨 噴頭喉口直徑，mm。 目前，大型轉(zhuǎn)爐的供氧壓力通常為0.81.2Mpa。 51供氧制度中規(guī)定的工作氧壓是指測定點的壓力(并非噴頭出口壓力或噴頭前壓力)或稱為使用壓

16、力P用。測定點位于軟管前的輸氧管上，與噴頭前有一定的距離(如圖所示) _P出_p0設(shè)計工況氧壓又稱理論計算氧壓，它是指噴頭進口處的氧氣壓強，它近似等于滯止氧壓 (絕對壓力)。噴嘴前的氧壓用p0表示。 52轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度2.氧氣流量和供氧強度氧氣流量指單位時間內(nèi)向熔池的供氧量，供氧強度指單位時間內(nèi)每噸金屬的供氧量。這里，氧氣流量= 53轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度供氧強度=目前，多數(shù)轉(zhuǎn)爐的供氧強度控制在2.54.5m3/(t.min)。依據(jù)：爐子大小、爐容比。 54爐容量It 55 80 90 250 300 (廠名) (威遠鋼廠) (太鋼二煉鋼) (漣鋼 (寶鋼二煉鋼) (寶鋼一煉鋼 Ilm3 (t. min)-l 4. 3 4. 1 4. 2 3. 33 3. 78 55轉(zhuǎn)爐煉鋼供氧制度四.供氧操作供氧操作是指調(diào)節(jié)氧壓或者槍位，達到調(diào)節(jié)氧氣流量、噴頭出口氣流壓力及射流與熔池的相互作用程度，以控制化學(xué)反應(yīng)進程的操作。供氧操作分為恒壓變槍、恒搶變壓和分階段恒壓變槍幾種方法。在國內(nèi)，多采用分階段恒壓變槍操作法。5657對熔池的物理作用 對熔池的化學(xué)作用 調(diào)節(jié) 槍位 槍位 沖擊面積 沖擊深度 脫磷、脫硫、脫碳 化 渣 噴 濺 過高 過大 過淺 提高脫磷、脫硫速度。脫 化渣快，能促進 渣中(FeO)多，易 降低 碳速度