【正文】 、氧槍和噴頭特點1．氧槍結(jié)構(gòu)氧槍又稱吹氧管或噴槍，它是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中向熔池供氧的主要設備。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。如圖10—2所示，液滴形成由下述關系所決定：冶金中準確的乳化概念是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)象叫渣鋼或渣氣乳化；若爐渣中僅有氣泡，而且數(shù)量多或氣泡大，氣泡無法自由運動，則該現(xiàn)象叫爐渣泡沫化。研究表明，氧射流能量如果全部用于攪拌熔池，僅僅是C0攪拌能量的10％～20％。碳和錳的反應主要受氧的傳質(zhì)控制，～／mol。硬吹時，載氧射流大量進入鋼中，碳的氧化反應激烈，而熔渣氧化性弱；反之，則進入鋼中氧少，熔渣氧化性提高。沖擊面積隨槍位的變化，對應于不同的沖擊速度存在一個最佳位置，對應于最大沖擊面積下的槍位可由公式來確定。通常，一次反應區(qū)直接氧化反應優(yōu)先得到發(fā)展，二次反應區(qū)間接氧化反應得到發(fā)展。氧射流與熔池接觸時在液面上形成沖擊區(qū)——凹坑，凹坑實際上是高溫反應區(qū)。氧射流的能量主要用于攪動熔池，克服阻力及能量損失。它由超音速段、音速段和亞音速段組成，其射程隨出口氣流馬赫數(shù)增大而延長。通過供氧制度可以控制熔池元素氧化速度，控制造渣和爐渣的氧化性，所以供氧制度對造渣去除硫磷，噴濺量、以及爐襯壽命等均有直接影響。轉(zhuǎn)爐煉鋼廠根據(jù)各自的鐵水條件和冶煉品種來確定廢鋼比，一般在10%15%。左右結(jié)束。向轉(zhuǎn)爐兌鐵前應指揮天車對正轉(zhuǎn)爐。指揮天車對正轉(zhuǎn)爐，將廢鋼料槽的前沿落在轉(zhuǎn)爐的爐口上。裝料的程序一般是先加廢鋼，后兌鐵水。3．分階段定量裝入2．定深裝入1．定量裝入 一些大、中型轉(zhuǎn)爐的熔池深度裝入量(t)5080100200300熔池深度(mm)10501190125016501900合適的熔池深度應大于頂槍氧氣射流對熔池的最大穿透深度的一定尺寸，以保證生產(chǎn)安全、爐底壽命和冶煉效果。表10—2列出了我國一些鋼廠轉(zhuǎn)爐的爐容比。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。這三種表示方法因出發(fā)點不同而各有特點，均被采用，其中以爐產(chǎn)鋼水量使用較多。一、裝入量裝入量指煉一爐鋼時鐵水和廢鋼的裝入數(shù)量，它是決定轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量、爐齡及其他技術經(jīng)濟指標的重要因素之一?！?0 氧(拉碳)終點副槍測量或倒爐測溫取樣出鋼加合金工藝操作渣中CaO含量、堿度隨冶煉時間延長逐漸提高，中期提高速度稍慢些；渣中氧化鐵含量前后期較高，中期隨脫碳速度提高而降低；渣中Si02，Mn0，P205含量取決于鋼中Si，Mn，P氧化的數(shù)量和熔渣中其他組分含量的變化。碳含量％以后，脫碳速度又趨下降。表10—1為氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)一爐鋼的操作過程，圖10—1為轉(zhuǎn)爐吹煉一爐鋼過程中金屬和爐渣成分的變化。 轉(zhuǎn)爐冶煉過程概述第一節(jié)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程，主要是降碳、升溫、脫磷、脫硫以及脫氧和合金化等高溫物理化學反應的過程，其工藝操作則是控制裝料、供氧、造渣、溫度及加入合金材料等，以獲得所要求的鋼液，并澆成合格鋼錠或鑄坯。吹煉的前l(fā)／3—1／4時間，硅、錳迅速氧化到很低的含量。在開吹后不久，隨著硅的降低，磷被大量氧化，但在吹煉中后期磷下降速度趨緩慢，甚至有回升現(xiàn)象。在吹煉過程中金屬熔池升溫大致分三階段：第一階段升溫速度很快，第二階段升溫速度趨緩慢，第三階段升溫速度又加快。(出鋼倒渣完畢)加廢鋼，兌鐵水下氧槍，點火吹煉從高位料倉加熔劑(造渣料)吹煉過程加熔劑、調(diào)整槍位控制爐渣副槍測量或倒爐取樣測溫(出盡鋼水)濺渣 吹煉時間 %圖10—1第二節(jié) 在轉(zhuǎn)爐爐役期的不同時期，有不同的合理裝入量。用鐵水和廢鋼的平均爐裝入量表示公稱容量，便于做物料平衡與熱平衡計算。爐容比是指轉(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)。表102表10—3為一些大、中型氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的熔池深度。3．應與鋼包容量、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。 定量裝入是指在整個爐役期間，保持每爐的金屬裝入量不變。 定深裝入是：指在整個爐役期間，保持每爐的金屬熔池深度不變。 分階段定量裝入是指在一個爐役期中，按爐膛擴大的程度劃分為若干階段，每個階段實行定量裝入。1．加廢鋼由于頂吹轉(zhuǎn)爐主要靠鐵水的物理熱和化學熱來煉鋼，為了合適地掌握冶煉過程和終點溫度，根據(jù)鐵水條件需配加一定數(shù)量的廢鋼作為冷卻劑。然后指揮天車起付鉤將廢鋼倒入轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐應向前傾+30176。在兌鐵水時要防止灑鐵。供氧制度的主要內(nèi)容包括合理確定噴頭結(jié)構(gòu)、供氧壓力、供氧強度、噴槍高度以及在吹煉中如何調(diào)節(jié)槍位。除超音速段外，射流斷面不斷擴大。研究表明，用于攪動熔池的能量約占射流初始能量的20％,克服浮力的能量約占5％～l0％，非彈性碰撞的能量損失約占70％～80％。熱模擬實驗表明，高溫反應區(qū)呈火焰狀，亦稱火點。穿透深度和沖擊面積是凹坑特征的主要標志，～90t轉(zhuǎn)爐上得出了確定穿透深度的公式。熔池的攪拌程度與氧射流的沖擊強度密切相關。定性得到證實的元素氧化機理為：第一，當C，Mn，Si，％—％時，它們優(yōu)先在金屬—氣體界面上氧化，此時氧由氣相內(nèi)部向金屬表面的傳質(zhì)是反應過程的限制環(huán)節(jié)。硅的氧化則可能不僅如此，～／mol，這說明硅的氧化不是在純外部擴散狀態(tài)下進行，而是在外部和內(nèi)部擴散之間的某種過渡狀態(tài)下進行。因此，頂吹轉(zhuǎn)爐的缺點之一就是吹煉前、末期攪拌不足，因為此時產(chǎn)生C0氣泡數(shù)量有限?？梢姡瑺t渣泡沫化是渣氣乳化體系的一種特例。圖10—2通過估算，lOOt轉(zhuǎn)爐吹煉時的凹坑體積約10L，而反應區(qū)內(nèi)液滴的總表面積卻超過lm2，至少比凹坑表面積大一個數(shù)量級。氧槍是由噴頭，槍身和槍尾三部分組成。2．噴頭類型及特點噴頭又稱槍頭或噴嘴?！　　　　　　　　　　　D10—3 直型氧槍示意圖各種噴頭結(jié)構(gòu)如圖10—10—10—10—10—10—10—10所示。一般喉口長度為直徑的1／2—1／3。 單三式噴頭結(jié)構(gòu)示意圖　　　　單孔拉瓦爾型噴頭是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐早期使用的一種噴頭，現(xiàn)在小爐子仍然使用?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　斪⒁?，這里所述槍位越低的波動范圍，是在所選用的槍位下限不足以損壞爐底的前提下調(diào)節(jié)的。綜上所述，槍位在適當?shù)姆秶鷥?nèi)變化，有利于調(diào)節(jié)熔池表面和內(nèi)部的攪動作用。在某種程度上氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的氧槍操作主要是通過槍位的變化來調(diào)節(jié)和控制爐渣中有合適的(FeO)含量，以滿足吹煉過程各期的需要。Fe0是比較特殊的氧化物，它不全部進入爐渣，當與金屬液接觸時，還能氧化其它元素(如硅、錳、磷、碳)，使其本身還原，在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，不斷向爐內(nèi)供氧，F(xiàn)e0不斷的生成，并在熔池內(nèi)上浮過程中不斷的消耗，只有來不及消耗的Fe0才能進入渣中，因而Fe0成了氧的“傳遞者”。由于槍位不同則吹氧時間不同，同時吹煉各期渣中含量不同。前幾項熱支出如果條件一定時，變化不大，但后部分的熱支出與吹煉時間密切相關。槍位高時，反應速度緩慢，冶煉時間延長，熱損失部分增加，因而熔池升溫速度緩慢，溫度偏低。氧氣流量=單位金屬的需氧量(Nm3／t)金屬裝入量(t)247。供氧強度=氧氣流量(Nm3／min) 247。 供氧強度一般波動在2．5～4．0 Nm3／t它并非噴頭出口壓力或噴頭前壓力，在實際生產(chǎn)中，氧壓的測定點與噴頭前有一定的距離，所以有一定的壓力損失，一般允許P用偏離設計氧壓177。此外，還必須考慮與爐渣形成及雜質(zhì)去除速度相協(xié)調(diào)。確定合適的氧槍高度主要考慮兩個因素：一是使流股有一定的沖擊面積，二是要在保證爐底不被沖刷損壞的條件下，使流股對金屬熔池有一定的沖擊深度。 供氧操作分為恒壓變槍、恒槍變壓和分階段恒壓變槍幾種方法。生產(chǎn)實踐證明，這種供氧操作可根據(jù)一爐鋼吹煉各期特點，易做到較為靈活的控制，吹煉較穩(wěn)定，造渣去除硫，磷效果良好，吹損較少。2．供氧操作及其分析(恒壓變槍)（1）吹煉前期槍位的調(diào)節(jié)和控制開吹前操作人員應詳細了解以下情況：a．噴頭的結(jié)構(gòu)、氧氣壓力情況；b．鐵水成分，主要是硅、硫、磷的含量；c．鐵水溫度；d．爐子情況，是新爐還是老爐，是否補爐，相應的裝入量是多少，爐內(nèi)是否有剩余鋼水和渣；e．吹煉的鋼種及其對造渣、溫度控制的要求；f．上一班或上一爐操作情況。為此，除應適當?shù)丶尤胛炇蜓趸F皮助熔外，還應采用較高的槍位，如果槍位過低，不僅因渣中(FeO)低會在石灰表面形成高熔點而且致密的2Ca0反之，如果鐵水含硅很低(0．3％)，則槍位可適當采用低槍位操作。 裝入量過大，熔池液面較高，如果不相應提高槍位，渣子不易化好而且噴濺嚴重，還可能造成粘槍或燒槍事故。 鐵水中硫磷含量高，或吹煉低硫鋼，或石灰質(zhì)量差，加入量大時，由于渣量大使熔池液面顯著上升，且化渣較困難，化渣時槍位應相應提高些。新爐階段槍位可適當?shù)鸵恍蠣t階段槍位可采用高低槍位交替保證熔池有良好的攪動促進化渣。凡是影響熔池深度的各種因素發(fā)生變化時，都應相應地改變槍位。（2）吹煉過程的槍位控制吹煉過程槍位控制的基本原則是：繼續(xù)化好渣、化透渣、快速脫碳、不噴濺、熔池均勻升溫。這一階段的基本任務是進一步凋整好爐渣的氧化性和流動性，繼續(xù)去除硫、磷、使熔池鋼液成分和溫度均勻，穩(wěn)定火焰，便于準確地控制終點。反之，當溫度低時，可適當延長終點降槍操作時間。 造渣制度并盡可能避免噴濺，減少金屬損失和提高爐村壽命。對冶煉含碳量≥0．10％的鎮(zhèn)靜鋼，終渣(FeO)通常應控制不大于l5％～20％，在保證去P的前提下，渣中(FeO)盡可能控制在低限；冶煉沸騰鋼，終渣(FeO)通常應不大于l2％，需避免終渣氧化性過弱或過強。2．轉(zhuǎn)爐成渣過程吹煉初期，液態(tài)爐渣主要來自鐵水中Si，Mn，F(xiàn)e的氧化產(chǎn)物。吹煉中期，由于爐溫升高，石灰進一步熔化，同時因為脫碳速度加快而導致渣中(FeO)逐漸降低，使石灰熔化速度有所減緩。同時，熔池中乳化和泡沫現(xiàn)象趨于減弱和消失。Ca)Si04]和玻璃體(Si02)。Si02)的混合晶體，當(MnO)高時，鈣鎂橄欖石以2Fe0Si02殼層，阻礙了新鮮爐渣向石灰塊內(nèi)部的滲入，導致石灰熔解速度下降。Si02和3Ca0Si02也能分解為2Ca0從爐渣下層取出未熔石灰塊，觀察其斷面并分析從外到內(nèi)各層的化學成分可知，爐渣由表及里向石灰塊內(nèi)部滲透，表面有反應產(chǎn)物形成。轉(zhuǎn)爐條件下石灰熔化速度Vcao的近似方程式為：式中 G——石灰重量。轉(zhuǎn)爐快速造渣可以采取的措施包括：（1）采用具有高反應能力的活性石灰：（2）在有條件時，采用粉狀石灰增加石灰顆粒的比表面積；（3）采用錳礦、白云石做助熔劑；（4）采用自熔合成渣；（5）改善和加強熔池攪拌；（6）適當提高熔池溫度和保持爐渣的過熱度；（7）合理控制爐渣氧化性和碳氧化速度；（8）采用兌鐵水前預加石灰和留渣操作工藝等。當鐵水含硅、磷、硫較低(P0．20％，S0．055％，Si1．0％)時，或鋼種對磷、硫要求不高時，或者吹煉低碳鋼時，都可以采用單渣操作。脫硫效率在3040％左右。采用雙渣操作，中途倒渣的好處是：a．由于去除磷、硫的數(shù)量大，或因鐵水si高，加入的渣料多，因此形成的渣量大。采用雙渣操作，可以在轉(zhuǎn)爐內(nèi)保持最小的渣量，同時又能達到最高的去除磷硫效率。（3）雙渣留渣操作留渣操作就是將上爐終點渣的一部分或全部留在爐內(nèi)，然后在吹煉第一期結(jié)束時倒出來，重新造渣。根據(jù)以上的分析比較可知，單渣操作是比較簡單穩(wěn)定的，有利于煉鋼過程的自動控制。2．渣料加入量石灰加入量1000}／(％CaO)有效，kg／t金屬料(％Si02)石灰；2．14——MSi02／MSi，即Si02與Si的相對分子質(zhì)量之比；R=(％CaO)／(％Si02)——堿度。1000}／％(CaO)有效，kg／t金屬料式中：R=(％CaO)／{(％Si02)+0．634(％P205)}；1．31=(0．6340．90)142／62；142／62為P205質(zhì)量與P2相對分子質(zhì)量之比。它對轉(zhuǎn)爐的化學反應方向、反應程度、各元素間的相對反應