【正文】 鋼冶煉完畢。SiO2 轉(zhuǎn)變?yōu)?2CaO 影響硅氧化規(guī)律的主要因素： [Si]與 [O]的親和力，熔池溫度，熔渣堿度和 FeO 活度。SiO2)。殘錳高，可以降低鋼中硫的危害，但冶煉工業(yè)純鐵，則要求殘錳越低越好。在吹煉的前、中、后期，這些因素是在不斷發(fā)生變化，從而體現(xiàn)出吹煉各期不同的碳氧化速度，如圖 6 所示。 圖 6 轉(zhuǎn)爐內(nèi)碳氧反應(yīng)速度變化 （ 4）磷的變化規(guī)律 磷的變化規(guī)律主要表現(xiàn)為吹煉過程中的脫磷速度。 后期不利于脫磷的熱力學(xué)因素是熔池溫度高。 2)爐渣成分和溫度的變化規(guī)律 轉(zhuǎn)爐吹煉過程中熔池內(nèi)的爐渣成分和溫度影響著元素的氧化和脫除規(guī)律，而元素的氧化和脫除又影響著爐渣成分和熔池溫度的變化。槍位高時，脫碳速度低，渣中（ FeO）增高。 （ 2）爐渣堿度的變化規(guī)律 爐渣堿度的變化規(guī)律取決于石灰的熔解、渣中 (SiO2)和熔池溫度。 吹煉中期，熔池的溫度比初期提高，促進大量石灰熔化，熔池中 [Si]已氧化完了， SiO2 來源中斷。 吹煉初期，兌入爐內(nèi)的鐵水溫度一般為 1300℃ 左右，鐵水溫度越高，帶入爐內(nèi)的熱量就越高， [Si]、 [Mn]、 [C]、 [P]等元素氧化放熱，但加入廢鋼可使兌入的鐵水溫度降低，加入的渣料在吹煉初期大量吸熱。在整個一爐鋼的吹煉過程中，熔池溫度約提高 350℃ 左右。 圖 7 爐鋼的吹氧 轉(zhuǎn)爐一爐鋼的基本冶煉過程。如果爐內(nèi)化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。 ◆ 開吹時氧槍槍位采用高槍位，目前是為了早化渣，多去磷，保護爐襯； ◆ 在吹煉過程中適當降低槍位的保證爐渣不 “返干 ”，不噴濺，快速脫碳與脫硫，熔池均勻升溫為原則； ◆ 在吹煉末期要降槍，主要目的是熔池鋼水成分和溫度均勻，加強熔池攪拌，穩(wěn)定火焰，便于判斷 終點，同時使降低渣中 Fe 含量，減少鐵損，達到濺渣的要求。先加潔 凈的輕廢鋼，再加入中型和重型廢鋼，以保護爐襯不被大塊廢鋼撞傷，而且過重的廢鋼最好在兌鐵水后裝入。裝入量中鐵水和廢鋼配比是根據(jù)熱平衡計算確定。 o 爐子附屬設(shè)備：應(yīng)與鋼包容量、澆注吊車起重能力、轉(zhuǎn)爐傾動力矩大小、連鑄機的操作等相適應(yīng)。分階段定量裝入法兼有兩者的優(yōu)點，是生產(chǎn)中最常見的裝入制度。兌鐵水時，應(yīng)爐內(nèi)無渣（否則加石灰）且先慢后快，以防引起劇烈的碳氧反應(yīng)，將鐵水濺出爐外而釀成事故。 圖 8 吹煉一爐鋼過程中金屬、爐渣成分的變化 三、供氧制度 供氧制度的主要內(nèi)容包括確定合理的噴頭結(jié)構(gòu)、供氧強度、氧壓和槍位控制。噴頭的形狀有拉瓦爾型、直筒型和螺旋型等。噴頭與中心套管焊接在一起。 圖 10 轉(zhuǎn)爐內(nèi)的泡沫現(xiàn)象示意圖 1氧槍； 2氣 鋼 渣乳化相； 3CO 氣泡； 4金屬熔池； 5火點； 6金屬液滴； 7CO 氣流； 8飛濺出的金屬液滴； 9煙塵 乳化（ emulsification）是指金屬液滴或氣泡彌散在爐渣中，若液滴或氣泡數(shù)量較少 而且在爐渣中自由運動，這種現(xiàn)象稱為渣鋼乳化或渣氣乳化。通過對 230tLD 轉(zhuǎn)爐乳液取樣分析，發(fā)現(xiàn)其中金屬液滴比例很大：吹氧 67min 時占 45%80%； 1012 min 時占 40%70%； 1517min 時占 30%60%。而金屬液滴的含硫量比金屬熔池的含硫量高，金屬液滴尺寸愈小，含硫量愈大。 ◆ 供氧壓力： 保證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。min)。min)。 槍位及其控制： 所謂槍位，是指氧槍噴頭端面距靜止液面的距離，常用 H 表示，單位是 m。一爐鋼冶煉中槍位的變化范圍可據(jù)經(jīng)驗公式確定： H=（ 37～ 46） PD 出 式中： P—供氧壓力， MPa； D—噴頭的出口直徑， mm； H—槍位， mm。 （ 2）中期低槍位脫碳但應(yīng)防返干。吹煉后期， CO 反應(yīng)已弱，產(chǎn)生噴濺的 可能性不大，此時的基本任務(wù)是調(diào)好爐渣的氧化性和流 動性繼續(xù)去除硫磷，并準確控制終點碳（較低），因此槍位應(yīng)適當高些。生產(chǎn)條件千變?nèi)f化，因此具體操作中還應(yīng)根據(jù)實際情況對槍位進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)： （ 1）鐵水溫度：若遇鐵水溫度偏低，應(yīng)先壓槍提溫，而后再提槍化渣，以防渣中的（ FeO）積聚引發(fā)大噴，即采用低 高 低槍位操作。 （ 4）爐內(nèi)留渣：采用雙渣留渣法時，由于渣中（ FeO）高，有利于石灰熔化，因此吹煉前期的槍位適當?shù)托?，以防渣中?FeO）過高引發(fā)泡沫噴濺。 圖 11 恒壓變槍操作的幾種模式 C 高一低一高一低的四段式操作： 在鐵水溫度較高或渣料集中在吹煉前期加入時可采用這種槍位操作。 四、造渣制度 造渣是轉(zhuǎn)爐煉鋼的一項重要操作。 一、成渣過程及造渣途徑 轉(zhuǎn)爐冶煉各期，都要求爐渣具有一定的堿度，合適的氧化性和流動性，適度的泡沫化。泡沫性爐渣應(yīng)盡早形成，并將其泡沫化程度控制在合適范圍，以達到噴濺少、拉碳準、溫度合適、達到磷硫去除的最佳吹煉效果。 o 吹煉中期，隨著爐溫的升高和石灰的進一步熔化，同時脫碳反應(yīng)速度加快導(dǎo)致渣中 (FeO)逐漸降低，使石灰融化速度有所減緩，但爐渣泡沫化程度則迅速提高。 o 初期渣，主要礦物為鈣鎂橄欖石和玻璃體 (SiO2)。SiO2， 3 CaOSiO2，其熔點為 2103℃ 。Fe2O3 生成。這些反應(yīng)不僅在石灰塊的外表面進行，而且也在石灰氣孔的內(nèi)表面進行。 如生成 CaO吹煉末期，渣中 (FeO)有所增加，石灰的渣化加快，渣量又有增加。同時，前期過飽和的 MgO 會隨著爐渣堿度的提高而逐漸析出，使后期渣變粘，可以使終渣掛在爐襯表面上，形成爐渣保護層，有利于提高爐齡。它的熔點約 1203K。 二、造渣方法 根據(jù)鐵水成分和所煉鋼種來確定造渣方法。采用單渣操作，工藝比較簡單，吹煉時間短，勞動條件好，易于實現(xiàn)。 o 單渣法：整個吹煉過程中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到吹煉終點出鋼。它的作用體現(xiàn)在： o CaF2 與 CaO 作用形成熔點為 1635K 的共晶體，直接促進石灰的熔化； o 螢石能顯著降低 2 CaOSiO2 殼層。 采用白云石或輕燒白云石代替部分石灰石造渣，提高渣中 MgO 含量，減少爐渣對爐襯的侵蝕，具有明顯效果。SiO2 （熔點 1480℃ ）則不會妨礙石灰熔解。SiO2（熔點 2130℃ ）和 3 CaO o 吹煉初期，各元素的氧化產(chǎn)物 FeO、 SiO MnO、 Fe2O3 等形成了熔渣。SiO2 分解為 2 CaOSiO2 和 3 CaO當 (MnO)高時，它是以 2FeO. SiO2 和 2M 為主，通常玻璃體不超過 7%8%，渣中自由氧化物相 (RO)很少。 o 吹煉末期，脫碳速度下降，渣中 (FeO)再次升高，石灰繼續(xù)熔化并加快了熔化速度。加入爐內(nèi)的石灰塊由于溫度低 ,表面形成冷凝外殼，造成熔化滯止期，對于塊度為 40mm 左右的石灰，渣殼熔化需數(shù)十秒。 爐渣粘度和泡沫化程度也應(yīng)滿足冶煉進程需要。造渣制度是確定合適的造渣方法、渣料的種類、渣料的加入數(shù)量和時間以及加速成渣的措施。在 爐渣化好后降槍脫碳，為避免在碳氧化劇烈反應(yīng)期出現(xiàn)返干現(xiàn)象，適時提高槍位，使渣中（ FeO）保持在 10～ 15％，以利磷、硫繼續(xù)去除。 恒壓變槍操作的幾種模式，如圖 11 所示 A 高 —低 —高的六段式操作： 開吹槍位較高，及早形成初期渣；二批料加入后適 時降槍，吹煉中期爐渣返干時又提槍化渣；吹煉后期先提槍化渣后降槍；終點拉碳出鋼。鐵水含錳高時，有利于化渣，槍位則可適當?shù)托＝咏K點時，降槍點吹一下，均勻鋼液的成分和溫度，同時降低爐渣的氧化鐵含量并破壞泡沫渣，以提高金屬和合金的收得率。但此時不僅吹入的氧幾乎全部用于碳的氧化，而且渣中的（ FeO）也被大量消耗，易出現(xiàn) “返干 ”現(xiàn)象而影響 S、 P 的去除，故不應(yīng)太低，使渣中的（ FeO）保持在 10～ 15%以上。吹煉前期，鐵水中的硅迅速氧化，渣中的（ SiO2）較高而熔池的溫度尚低，為了加速頭批渣料的熔化（盡早去 P 并減輕爐襯侵蝕），除加適量螢石或氧化鐵皮助熔外應(yīng)采用較高的槍位，保證渣中的（ FeO）達到并維持在 25～ 30%的水平；否則，石灰表面生成 C2S 外殼，阻礙石灰溶解。比較而言，恒壓變槍操作更為方便、準確、安全，因而國內(nèi)鋼廠普遍采用。 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。小型轉(zhuǎn)爐的供氧強度為 (t 氧氣流量是根據(jù)吹煉每噸金屬料所需要的氧氣量、金屬裝入量、供氧時間等因素決定。 軟吹時，由于渣中（ FeO）含量增加，并且氧化位（即 Fe3+/Fe2+）升高，持續(xù)時間過長就會產(chǎn)生大量起泡沫的乳化液，乳化的金屬量非常大，生成大量氣體，容易發(fā)生大噴或溢渣。 研究表明，金屬液滴比金屬 熔池的脫碳、脫磷、脫錳更有效。由于渣滴或氣泡也能進入到金屬熔體中，因此轉(zhuǎn)爐中還存在金屬熔體中的乳化體系。 o 在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，特別是吹煉過程劇化的開始階段，有時爐渣會起 泡并從爐口溢出，這就是吹煉過程中發(fā)生的典型的乳化和泡沫現(xiàn)象。拉瓦爾型噴頭是收縮 —擴張收縮型噴孔，當出口氧壓與進口氧壓之比 p 出 /p0 時形成超音速射流，如圖 9所示。 1）氧槍 氧槍是轉(zhuǎn)爐供氧的主要設(shè)備，它是由噴頭、槍身和尾部結(jié)構(gòu)組成。但補爐后的第一爐鋼應(yīng)采用前法，如圖 8 所示。t1 裝料操作：目前，國內(nèi)的大中型轉(zhuǎn)爐均采用混鐵爐（轉(zhuǎn)爐容量的 15～20 倍）供應(yīng)鐵水，即高爐來的鐵水儲存在混鐵爐中，用時倒入鐵水罐天車兌入（解決高爐出鐵與轉(zhuǎn)爐用鐵不一致的矛盾，同時保證鐵水的溫度穩(wěn)定，成分波動?。粡U鋼則是事先按計算值裝入料斗，用時天車加入。目前國內(nèi)采用三種即定量裝入量、定深裝入量和分階段定量裝入法。 確定裝入量時，考慮的因素： o 爐容比：它是指轉(zhuǎn)爐內(nèi)自由空間的容積與金屬裝入量之比 (m3/t)，通常在 波動，我國轉(zhuǎn)爐爐容比一般 。爐役末期 ,以及廢鋼裝入量比較多的轉(zhuǎn)爐也可以先兌鐵水 ,后加廢鋼。 ◆ 當鋼水流出總量的四分之一時，向鋼包中的脫氧合金化劑，進行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。min)； 120t 以上的轉(zhuǎn)爐一般為 (t 上爐鋼出完鋼后，倒凈爐渣，堵出鋼口，兌鐵水和加廢鋼，降槍供氧，開始吹煉。 冶煉過程概述：從裝料到出鋼，倒渣，轉(zhuǎn)爐一爐鋼的冶煉過程包括裝料、吹煉、脫氧出鋼、濺渣護爐和倒渣幾個階段。 吹煉中期，熔池中 [C]繼續(xù)大量氧化放熱， [P]也繼續(xù)氧化放熱，均使熔池溫度提高，可達 15001550℃ 以上。 吹煉后期 , 熔池的溫度比中期進一步提高 ,接近出鋼溫度 ,有利于石灰渣料熔化 ,在中期爐渣堿度較高的基礎(chǔ)上 ,吹煉后期 ,仍能得到高堿度 ,流動性良好發(fā)爐渣。吹煉一開始， [Si]迅速氧化，渣中 (SiO2)很快提高，有時可達到 30%。 ◆ 脫碳速度：脫碳速度高，渣中（ FeO）低；脫碳速度低，渣中（ FeO）高。（ FeO）的來源主要與槍位、加礦量有關(guān)，（ FeO）的消耗主要與脫碳速度有關(guān)。不同時期，其表現(xiàn)是不相同。 表 1 頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉各期的特點 因素時期 熔池溫度 (%∑FeO) 爐渣堿度 降碳速度 前期 較低 較高 低 低于中期 中期 較高 較低 較高 高于初期 后期 高 高 高 低于中期 前期不利于脫磷的因素是爐渣堿度比較低，因此，為及早形成堿度較高的爐渣，是前期脫磷的關(guān)鍵。 吹煉中期：熔池溫度高于 1500℃ ， [Si]、 [Mn]含量降低， [P][O]親和力小于 [C][O]親和力，碳氧化消耗較多的（ FeO），熔渣中 (∑FeO)有所降低，熔池攪拌強烈，反應(yīng)區(qū)乳化較好，結(jié)果此期的碳氧化速度高。 ◆ 鐵水中錳含量高，單渣操作，鋼水殘錳也會高些。SiO2)+2（ CaO） =（ 2 CaO其反應(yīng)式可表示為： [Mn]+[O]=(MnO) （熔池內(nèi)反應(yīng)） [Mn]+[O2]=(MnO) （氧氣直接氧化反應(yīng)） [Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe] (界面反應(yīng) ) (SiO2)+(MnO)=MnOSiO2， [C]也不能還原（ SiO2）。 [Si]+O2=(SiO2) (氧氣直接氧化 ) [Si]+2[O]= (SiO2) (