【正文】 42 3 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝 一爐鋼的操作過(guò)程 要想找出在吹煉過(guò)程中 金 屬成分和爐渣成分的變化規(guī)律，首先就必 須 熟悉一爐鋼的操作 、 工藝過(guò)程。在下面的圖 31中示出了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉一爐鋼的操作過(guò)程與相應(yīng)的工藝制度。 由圖可以清楚地看出，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的工藝操作過(guò)程可分以下幾步進(jìn)行： 1） 上爐鋼出完并倒完?duì)t渣后，迅速檢查爐體，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)爐，然后堵好出鋼 口 ，及時(shí)加料。 2） 在裝入廢鋼和兌入鐵水后，把爐體搖正。在下降氧槍的同時(shí)，由爐口上方的輔助材料溜槽，向 爐中加入第一批渣料（石灰 、 螢石、氧化鐵皮、鐵礦石），其量約為總量的 2／ 3～ 1／ 2。當(dāng)氧槍降至規(guī)定的槍位時(shí) ， 吹煉過(guò)程正式開(kāi)始。 當(dāng)氧氣流與溶池面接觸時(shí)，碳、硅、錳開(kāi)始氧化，稱(chēng)為點(diǎn)火。點(diǎn)火后約幾分鐘， 爐 渣形成覆蓋于 熔 池面上，隨著 Si、 Mn、 C、 P的氧化，熔池溫度升高，火焰亮度增加，爐渣起泡，并有小鐵粒從爐口噴濺出 來(lái) ，此時(shí)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)降低氧槍高度。 3） 吹煉中期脫碳反應(yīng)劇烈，渣中氧化鐵降低，致使?fàn)t渣的熔點(diǎn)增高和粘度增大，并可能出現(xiàn)稠渣（即 ―返干 ‖）現(xiàn)象。此時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高氧槍槍位，并可分批加入鐵礦石和第 二批造渣材料（其余的 1／ 3），以提高爐渣中的氧化鐵含量及調(diào)整爐渣。第三批造渣料為螢石，用以調(diào)整爐渣的流動(dòng)性，但是否加第三批造渣材料，其加入量如何，要視各廠生產(chǎn)的情況而定。 4） 吹煉末期，由于 熔 池金屬中含碳量 大 大降低，則使脫碳反應(yīng)減弱，爐內(nèi)火焰變得短而 透 明， 最后根據(jù)火焰狀況，供氧數(shù)量和吹煉時(shí)間等因素，按所煉鋼種的成分和溫度要求， 圖 31 頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉操作實(shí)例 l— 上爐排渣； 2— 裝料； 3— 吹煉； 4— 出鋼準(zhǔn)備； 5— 出鋼； 6— 排渣； 7— 下?tīng)t裝料； 8— 廢鋼 15000kg； 9— 鐵水 72500kg； 10— 石灰石 4200kgl； 11一鐵皮 700kg； 12— 螢石 180kg； 13— 鐵礦石 600kg； 14— 鐵礦石 200kg 7次； 15— 石灰 200kg 5次； 16— 錳鐵； 17— 取樣； 18— 測(cè)溫； 19— 錳鐵、鋁 43 確定吹煉終點(diǎn)，并且提高氧槍停止供氧（稱(chēng)之為拉碳）、倒?fàn)t、 測(cè) 溫、取樣。根據(jù)分析結(jié)果，決定出鋼或補(bǔ)吹時(shí)間。 5） 當(dāng)鋼水成分和溫度均已合格，打開(kāi)出鋼口，即可倒?fàn)t出鋼。在出鋼過(guò) 程中，向 鋼包內(nèi)加入鐵合金，進(jìn)行脫氧和合金化（有時(shí)可在打出鋼 口 前向爐內(nèi)投入部分鐵合金）。出鋼完畢，將爐渣倒入渣罐。 通常將相鄰兩爐之間的間隔時(shí)間（即從裝鋼鐵材料到倒渣完畢），稱(chēng)為冶煉周期或冶煉一爐鋼的時(shí)間。一般為 20～ 40min。其中把吹 入 氧氣的時(shí)間稱(chēng)為供氧時(shí)間或純吹煉時(shí)間。它與爐子噸位大小和工藝的不同有關(guān)。 裝入制度 裝入制度內(nèi)容及依據(jù) 裝入制度就是確定轉(zhuǎn)爐合理的裝入量，合適的鐵水廢鋼比。轉(zhuǎn)爐的裝入量是指主原料的裝入數(shù)量，它包括鐵水和廢鋼。 實(shí)踐證明每座轉(zhuǎn)爐都必須有個(gè)合適的裝 入量，裝入量過(guò)大或過(guò)小都不能得到好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。若裝入量過(guò)大，將導(dǎo)致吹煉過(guò)程的嚴(yán)重噴濺，造渣困難，延長(zhǎng)冶煉時(shí)間，吹損增加，爐襯壽命降低。裝入量過(guò)小時(shí)，不僅產(chǎn)量下降，而且由于熔池變淺，控制不當(dāng)，爐底容易受氧氣流股的沖擊作用而過(guò)早損壞，甚至使?fàn)t底燒穿，進(jìn)而造成漏鋼事故，對(duì)鋼的質(zhì)量也有不良影響。 在確定合理的裝入量時(shí)，必須考慮以下因素 ： （ 1） 要有合適的爐容比。 爐容比一般是指轉(zhuǎn)爐新砌磚 后 爐內(nèi)自由空間的容積 V與金屬裝入 量 T之比，以 V／ T表示，量綱為 m3／ t。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中，爐渣噴濺和生產(chǎn)率與爐容比密切相關(guān)。合適的爐容 比是從生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的，它與鐵水成分、噴頭結(jié)構(gòu) 、 供氧強(qiáng)度等因素有關(guān)。例如 ， 鐵水中含 Si、 P較高，則吹煉過(guò)程中渣 量 大，爐容比應(yīng)大一些，否則易使噴濺增加。使用供氧強(qiáng)度大的多孔噴頭，應(yīng)使?fàn)t容比大些，否則容易損壞爐襯。 目前，大多數(shù) 頂吹 轉(zhuǎn)爐的爐容比選擇在 ～ 間 ，表 31是國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)爐爐容比的統(tǒng)計(jì)情況。 表 31 頂吹轉(zhuǎn)爐爐容比 爐容量 ,t ≤ 30 50 100～ 150 150～ 200 200～ 300 300 V/T,m3/t ～ ～ ～ ～ ～ ～ 表 32 各廠頂吹轉(zhuǎn)爐爐容比 廠 名 首鋼一煉 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 30 50 80 120 120 150 210 300 爐容比/m3 t1 大轉(zhuǎn)爐的爐容比可以小些，小轉(zhuǎn)爐的爐容比要稍大些。目前我國(guó)一些鋼廠轉(zhuǎn)爐的爐容 44 比見(jiàn)表 32 所示。 （ 2）合適的熔池深度。為了保證生產(chǎn)安全和延長(zhǎng)爐底壽命，要保證熔池具 有一定的深度。 不同公稱(chēng)噸位轉(zhuǎn)爐的熔池深度如表 33 所示。 熔池深度Η必須大于氧氣射液對(duì)熔池的最大穿透深度 h，一般認(rèn)為對(duì)于單孔噴槍 h／ H≤ 是合理的。 表 33 不同公稱(chēng)噸位轉(zhuǎn)爐的熔池深度 公稱(chēng)噸位 / t 30 50 80 100 210 300 熔池深度 /㎜ 800 1050 1190 1250 1650 1949 （ 3）對(duì)于模鑄車(chē)間，裝入量應(yīng)與錠型配合好。裝入量減去吹損及澆注必要損失后的鋼水量，應(yīng)是各種錠型的整數(shù)倍，盡量減少注余鋼水量。裝入量可按下列公式進(jìn)行計(jì)算。 裝入量 =( % )鋼水收得率 澆注必要損失鋼錠支數(shù)鋼錠單重 ??合金用量合金吸收率 (%) （ 31） 上式中有關(guān)單位采用 t。 此外，確定裝入量時(shí)，還要受到鋼包的容積、轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)機(jī)構(gòu)能力、澆注吊車(chē)的起重能力等因素的制約。所以在制訂裝入制度時(shí)，既要發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備潛力，又要防止片面的不顧實(shí)際的盲目超裝，以免造成浪費(fèi)和事故。 裝入制度類(lèi)型 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的裝入制度有：定量裝入制度、定深裝入制度、分階段定量裝入制度。其中定深裝入制度即每爐熔池深度保持不變，由于生產(chǎn)組織困難，現(xiàn)已很少使用。定量裝入制度和分階段定量裝入制度在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。 定量裝入制度 定量裝入制度，就是在整個(gè)爐役期間，每爐的裝入量保持不變，這種裝入制度的優(yōu)點(diǎn)是：便于生產(chǎn)組織，操作穩(wěn)定，有利于實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)控制，但爐役前期熔池深、后期熔池變淺，只適合大噸位轉(zhuǎn)爐。國(guó)內(nèi)外大型轉(zhuǎn)爐已廣泛采用定量裝入制度。 分階段定量裝入制度 在一個(gè)爐役期間，按爐膛擴(kuò)大的程度劃分為幾個(gè)階段，每個(gè)階段定量裝入。這樣既大體上保持了整個(gè)爐役中具有比較合適的熔池深度，又保持了各個(gè)階段中裝入量的相對(duì)穩(wěn)定，既能增加裝入量，又便于組織生產(chǎn)。這是適應(yīng)性較強(qiáng)的一種裝入制度。我國(guó)各中 、小轉(zhuǎn)爐煉鋼廠普遍采用這種裝入制度。表 34為首鋼 30t 轉(zhuǎn)爐分階段定量裝入制度。 裝入操作 鐵水、廢鋼的裝入順序 A 先兌鐵水后裝廢鋼 這種裝入順序可以避免廢鋼直接撞擊爐襯，但爐內(nèi)留有液態(tài)殘?jiān)鼤r(shí)，兌鐵易發(fā)生噴濺。 B 先裝廢鋼后兌鐵水 這種裝入順序廢鋼直接撞擊爐襯，但目前國(guó)內(nèi)各鋼廠普遍采用濺渣護(hù)爐技術(shù)，運(yùn)用此法可防止兌鐵噴濺，但補(bǔ)爐后的第一爐鋼可采用前法。 45 表 34 首鋼 30t 轉(zhuǎn)爐分階段定量裝入制度 爐齡區(qū)間 1～50 51～100 101～ 400 4 01 裝入量 / t 35 41 46 46 出鋼量 / t 39 41 40 錠型 沸騰 沸騰 大頭 掛板 板坯 沸騰 大頭 掛板 板坯 爐容比 /m3 t1 模鑄根數(shù) 6 7 9 7 － 8 10 8 － 注：沸騰：沸騰鋼；掛板：普通鎮(zhèn)靜鋼；大頭：帶保 溫帽鋼錠 準(zhǔn)確控制鐵水廢鋼比 鐵水、廢鋼裝入比例的確定，從理論上講應(yīng)根據(jù)熱平衡 計(jì) 算而定。但在生產(chǎn)條件下，一般是根據(jù)鐵水成分、溫度、爐齡期長(zhǎng)短、廢鋼預(yù)熱等情況按經(jīng)驗(yàn)確定鐵水配入的下限值和廢鋼加入 的 上限值。在正 常 生產(chǎn)條件下，廢鋼加入 量 變化不大，各爐次廢鋼加入 量 的變化受上下?tīng)t次間隔時(shí)間 、鐵水成分、溫度等 的影響。目前，我 國(guó) 大多數(shù)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中鐵水比一般 波 動(dòng)在 75～ 90％之間，近幾年我 國(guó) 轉(zhuǎn)爐廢鋼加入量平均為 100～ 150kg／ t。 注意安全、防止污染 兌鐵水前轉(zhuǎn)爐內(nèi)應(yīng)無(wú)液態(tài)殘?jiān)?，并疏?周?chē)藛T，以防造成人員傷害和設(shè)備事故。如果沒(méi)有二次除塵設(shè)備，兌鐵水時(shí)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)角度小些，盡量使煙塵進(jìn)入煙道。 造渣制度 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的供氧時(shí)間僅僅十幾分鐘，在此期間必須形成具有一定堿度、氧化性和流動(dòng)性，合適的 MgO 含量、正常泡沫化的熔渣，以保證煉出合格的優(yōu)質(zhì)鋼水，并減少對(duì)爐襯的侵蝕。 轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣的目的是：去除磷硫、減少?lài)姙R、保護(hù)爐襯、減少終點(diǎn)氧。 造渣制度就是要確定合適的造渣方法、渣料的加入數(shù)量和時(shí)間，以及如何加速成渣。 爐渣的形成 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程時(shí)間很短，必須做到快速成渣，使 爐渣盡快具有適當(dāng)?shù)膲A度、氧化性和流動(dòng)性，以便迅速地把鐵水中的磷、硫等雜質(zhì)去除到所煉鋼種的要求以下。 爐渣的形成 爐渣一般是由鐵水中的 Si、 P、 Mn、 Fe的氧化以及加入的石灰溶解而生成；另外還有少量的其它渣料（白云石、螢石等）、帶入轉(zhuǎn)爐內(nèi)的高爐渣、侵蝕的爐襯等。爐渣的氧化性和化學(xué)成分在很大程度上控制了吹煉過(guò)程中的反應(yīng)速度。如果吹煉要在脫碳時(shí)同時(shí)脫磷，則必須控制（ FeO）在一定范圍內(nèi)，以保證石灰不斷溶解，形成一定堿度、一定數(shù)量的泡沫化爐渣。 開(kāi)吹后，鐵水中 Si、 Mn、 Fe等元素氧化生成 FeO、 SiO MnO等氧化物進(jìn)入渣中。這些氧化物相互作用生成許多礦物質(zhì)，吹煉初期渣中主要礦物組成為各類(lèi)橄欖石（ Fe、 Mn、Mg、 Ca） SiO4和玻璃體 SiO2。隨著爐渣中石灰溶解，由于 CaO與 SiO2的親合力比其它氧化物大， CaO逐漸取代橄欖石中的其它氧化物，形成硅酸鈣。隨堿度增加而形成 CaO?SiO2，3CaO?2SiO2， 2CaO SiO2， 3CaO SiO2，其中最穩(wěn)定的是 2CaO SiO2。到吹煉后期， C 46 一 O反應(yīng)減弱，（ FeO）有所提高，石灰進(jìn)一步溶解，渣中可能產(chǎn)生鐵酸鈣。表 35列出爐渣中的化合 物及其熔點(diǎn)。 表 3－ 5 爐渣中的化合物及其熔點(diǎn) 化合物 礦物名稱(chēng) 熔點(diǎn)， ℃ 化合物 礦物名稱(chēng) 熔點(diǎn)， ℃ CaO?SiO2 硅酸鈣 1550 CaO?Mg O?SiO2 鈣鎂橄欖石 1390 MnO?SiO2 硅酸錳 1285 CaO?Fe O ?SiO2 鈣鐵橄欖石 1205 Mg O?SiO2 硅酸鎂 1557 2CaO?Mg O?2SiO2 鎂黃長(zhǎng)石 1450 2CaO?SiO2 硅酸二鈣 2130 3CaO?Mg O?SiO2 鎂薔薇灰石 1550 Fe O?SiO2 鐵橄欖石 1205 2CaO?P2O5 磷酸二鈣 1320 2MnO?SiO2 錳橄欖石 1345 CaO?Fe2O3 鐵酸鈣 1230 2Mg O?SiO2 鎂橄欖石 1890 2CaO?Fe2O3 正鐵酸鈣 1420 石灰的溶解 石灰的溶解在成渣過(guò)程中起著決定性的作用，圖 32說(shuō)明渣量和石灰溶解量的變化情況。由圖可見(jiàn)，在 25％的吹煉時(shí)間內(nèi)，渣主要靠元素 Si、 Mn、 P和 Fe的氧化形成。在此以后的時(shí)間里，成渣主要是石灰的溶解，特別是吹煉時(shí)間的 60％以后，由于爐溫升高，石灰溶解加快使渣大量形成。 石灰在爐渣中的溶解是復(fù)雜的多相反應(yīng)，其過(guò)程分為三步： 第一步，液態(tài)爐渣經(jīng)過(guò)石灰塊外部擴(kuò)散邊界層向反應(yīng)區(qū)遷移，并沿氣孔向石灰塊內(nèi)部遷移。 第二步，爐渣與石灰在反應(yīng)區(qū)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成新相。反應(yīng)不僅在石灰塊外表面進(jìn)行。而且在內(nèi)部氣孔表面上進(jìn)行。其反應(yīng)為： 2（ Fe O） +（ SiO2） + CaO →（ Fe OX） +（ CaO? Fe O ?SiO2） （ Fe2O3） +2 CaO →（ 2 CaO ?Fe2O3） （ CaO? Fe O ?SiO2） + CaO→（ 2CaO?SiO2） +（ Fe O） 第三步 , 反應(yīng)產(chǎn)物離開(kāi)反應(yīng)區(qū)向爐渣熔體中轉(zhuǎn)移。 爐渣由表及里逐漸向石灰塊內(nèi)部滲透，表面有反應(yīng)產(chǎn)物形成。通常在頂吹轉(zhuǎn)爐和底吹轉(zhuǎn)爐吹煉前期從爐內(nèi)取出的石灰塊表面存在著高熔點(diǎn)、致密堅(jiān)硬的2CaO SiO2外殼，它阻礙石灰的溶解。但在復(fù)吹轉(zhuǎn)爐中從爐內(nèi)取出的石灰塊樣中，均沒(méi)有發(fā)現(xiàn) 2CaO SiO2外殼，其原因可認(rèn)為是底吹氣體加強(qiáng)了熔池?cái)嚢?，消除了頂吹轉(zhuǎn)爐中渣料被吹到爐膛四周的不活動(dòng)區(qū)，從而加快了（ FeO）向石灰滲透作用