【正文】 n]+(FeO)=(MnO)+[Fe] (界面反應(yīng) ) (SiO2)+(MnO)=MnO ◆ 鐵水中錳含量高，單渣操作，鋼水殘錳也會高些。 表 1 頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉各期的特點(diǎn) 因素時(shí)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。（ 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)。吹煉一開始， [Si]迅速氧化，渣中 (SiO2)很快提高，有時(shí)可達(dá)到 30%。 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(dá) 15001550℃ 以上。 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。 ◆ 當(dāng)鋼水流出總量的四分之一時(shí)，向鋼包中的脫氧合金化劑，進(jìn)行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。 確定裝入量時(shí)，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 。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(shí)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(shí)保證鐵水的溫度穩(wěn)定，成分波動小）；廢鋼則是事先按計(jì)算值裝入料斗，用時(shí)天車加入。 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。 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(shí)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。 研究表明，金屬液滴比金屬 熔池的脫碳、脫磷、脫錳更有效。 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(shí)間等因素決定。 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。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(dá)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。接近終點(diǎn)時(shí)，降槍點(diǎn)吹一下，均勻鋼液的成分和溫度，同時(shí)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。 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(shí)降槍，吹煉中期爐渣返干時(shí)又提槍化渣；吹煉后期先提槍化渣后降槍；終點(diǎn)拉碳出鋼。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(shí)間以及加速成渣的措施。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。當(dāng) (MnO)高時(shí)，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。SiO2 分解為 2 CaOSiO2（熔點(diǎn) 2130℃ ）和 3 CaO 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。它的作用體現(xiàn)在： o CaF2 與 CaO 作用形成熔點(diǎn)為 1635K 的共晶體，直接促進(jìn)石灰的熔化； o 螢石能顯著降低 2 CaO采用單渣操作，工藝比較簡單，吹煉時(shí)間短，勞動條件好，易于實(shí)現(xiàn)。它的熔點(diǎn)約 1203K。吹煉末期，渣中 (FeO)有所增加，石灰的渣化加快，渣量又有增加。這些反應(yīng)不僅在石灰塊的外表面進(jìn)行，而且也在石灰氣孔的內(nèi)表面進(jìn)行。SiO2，其熔點(diǎn)為 2103℃ 。 o 初期渣，主要礦物為鈣鎂橄欖石和玻璃體 (SiO2)。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(dá)到噴濺少、拉碳準(zhǔn)、溫度合適、達(dá)到磷硫去除的最佳吹煉效果。 四、造渣制度 造渣是轉(zhuǎn)爐煉鋼的一項(xiàng)重要操作。 （ 4）爐內(nèi)留渣：采用雙渣留渣法時(shí)，由于渣中（ FeO）高，有利于石灰熔化，因此吹煉前期的槍位適當(dāng)?shù)托苑涝校?FeO）過高引發(fā)泡沫噴濺。吹煉后期， CO 反應(yīng)已弱，產(chǎn)生噴濺的 可能性不大，此時(shí)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(zhǔn)確控制終點(diǎn)碳（較低），因此槍位應(yīng)適當(dāng)高些。一爐鋼冶煉中槍位的變化范圍可據(jù)經(jīng)驗(yàn)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。min)。 ◆ 供氧壓力： 保證射流出口速度達(dá)到超音速，并使噴頭出口處氧壓稍高于爐膛內(nèi)爐氣壓力。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(shí)占 45%80%； 1012 min 時(shí)占 40%70%； 1517min 時(shí)占 30%60%。噴頭與中心套管焊接在一起。 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(qiáng)度、氧壓和槍位控制。分階段定量裝入法兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)中最常見的裝入制度。裝入量中鐵水和廢鋼配比是根據(jù)熱平衡計(jì)算確定。 ◆ 開吹時(shí)氧槍槍位采用高槍位，目前是為了早化渣，多去磷，保護(hù)爐襯； ◆ 在吹煉過程中適當(dāng)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(qiáng)熔池?cái)嚢?，穩(wěn)定火焰，便于判斷 終點(diǎn)，同時(shí)使降低渣中 Fe 含量，減少鐵損，達(dá)到濺渣的要求。 圖 7 爐鋼的吹氧 轉(zhuǎn)爐一爐鋼的基本冶煉過程。 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。 （ 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。 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。 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。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。 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。 ◆ 當(dāng)鋼水流出總量的四分之一時(shí)，向鋼包中的脫氧合金化劑，進(jìn)行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。 圖 5 吹煉一爐鋼過程中金屬、爐渣成分的變化 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。 思 考 題 轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼用的原材料各有哪些？ 轉(zhuǎn)爐煉鋼對鐵水成分和溫度有何要求？ 什么是活性石灰，它有哪些特點(diǎn)？ 螢石在煉鋼中起什么作用？ 什么是合成造渣劑？它有何作用？ 第二節(jié) 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼 ◆ 按爐襯耐火材料性質(zhì) —堿性轉(zhuǎn)爐和酸性轉(zhuǎn)爐 。對頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼用增碳劑的要求是固定碳要高，灰分，揮發(fā)分和硫，磷，氮等雜質(zhì)含量要低，且干燥，干凈，粒度適中。 因此，在電爐煉鋼的氧化期應(yīng)絕對禁用。經(jīng)焙燒可成為輕燒白云石，其主要成分為 CaOCaF2 對石灰的具體要求： 對轉(zhuǎn)爐石灰塊度為 2050mm，電爐為 2060mm 石灰的活度也稱水活度是石灰反應(yīng)能力的標(biāo)志，也是衡量石灰質(zhì)量的重要參數(shù)。由于海綿鐵具有較強(qiáng)的吸水能力，因此使用前須保持干燥或以紅熱狀態(tài)入爐。 （三）轉(zhuǎn)爐煉鋼對鐵合金的要求： 1）生鐵 主要在電爐煉鋼中使用，其主要目的在于提高爐料或鋼中的碳含量，并解決廢鋼或重料來源不足的困難。廢鋼的長度應(yīng)小于轉(zhuǎn)爐口直徑的 1/2，廢鋼單重一般不應(yīng)超過 300kg。 對鐵水帶渣量的要求： 高爐渣中含硫、 SiO和 Al2O3 量較高，過多的高爐渣進(jìn)入轉(zhuǎn)爐內(nèi)會導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐鋼渣量大，石灰消耗增加，造成噴濺，降低爐襯壽命，因此，進(jìn)入轉(zhuǎn)爐的鐵水要求帶渣量不得超過 %。同時(shí)鐵水含 Mn 高，終點(diǎn)鋼中余錳高，從而可以減少合金化時(shí)所需的錳鐵合金，有利提高鋼水純凈度。 ● 金屬料：鐵水、廢鋼、合金鋼 ● 非金屬料：造渣劑（石灰、螢石、鐵礦石）、冷卻劑（廢鋼、鐵礦石、氧化鐵、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦）、增碳劑和燃料（焦炭、石墨籽、煤塊、重油） ● 氧化劑：氧氣、鐵礦石、氧化鐵皮 入爐原料結(jié)構(gòu)是煉鋼進(jìn)程及各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響： ◆ 鋼鐵料結(jié)構(gòu)，即鐵水和廢鋼及廢鋼種類的合理分配； ◆ 造渣料結(jié)構(gòu)，即石灰、白云石、螢石、鐵礦石等的配比制度； ◆ 充分發(fā)揮各種煉鋼原料的功能使用效果，即鋼鐵 料和選渣料的合理利用。 彈簧鋼主要含有硅、錳、鉻合金元素，具有高的彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度以及高的沖擊韌性和塑性，專門用于制造螺旋簧及其他形狀彈簧，對鋼的表面性能及脫碳性能的要求比一般鋼更為嚴(yán)格。 合金工具鋼不僅含有很高碳，有的高達(dá) %，而且含有較高的鉻（達(dá)13%）、鎢（達(dá) 9%）、鉬、釩等合金元素，這類鋼主要用于各式模具。碳素結(jié)構(gòu)鋼的價(jià)格最低，工藝性能良好，產(chǎn) 量最大，用途最廣。 按鋼中所含有的主要合金元素不同可分為錳鋼、硅鋼、硼鋼、鉻鎳鎢鋼、鉻錳硅鋼等。 鋁加到鋼中將與氧發(fā)生反應(yīng)生成 Al2O3，在出鋼、鎮(zhèn)靜和澆鑄時(shí)生成的Al2O3 大部分上浮排除，在凝固過程中大量細(xì)小分散的 Al2O3 還能促進(jìn)形成細(xì)晶粒鋼。 錳 (Mn) 錳的作用是消除鋼中硫的熱脆傾向，改變硫化物的形態(tài)和分布以提高鋼質(zhì)； 錳是一種非常弱的脫氧劑，在碳含量非常低、氧含量很高時(shí)，可以顯示出脫氧作用，協(xié)助脫氧，提高他們的脫氧能力； 錳還可以略微提高鋼的強(qiáng)度，并可提高鋼的淬透性能，穩(wěn)定并擴(kuò)大奧氏體區(qū)，常作為合金元素生成奧氏體不銹鋼、耐熱鋼等。 鋼中大部分內(nèi)生夾雜是在脫氧和凝固過程中產(chǎn)生的。 鋼中氮含量高時(shí)，在 2504500℃ 溫度范圍，其表面發(fā)藍(lán)，鋼的強(qiáng)度升高，沖擊韌性降低，稱之為 “藍(lán)脆 ”。 鋼熱加工過程中，鋼中含有氫氣的氣孔會沿加工方向被拉長形成微裂紋，進(jìn)而引起鋼材的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性的降低，即發(fā)生 “氫脆 ”現(xiàn)象。 鋼中氧含量高，還會產(chǎn)生皮下氣泡，疏松等缺陷，并加劇硫的熱脆作用。一般 [Mn]/[S]≥7 時(shí)不產(chǎn)生熱脆，如圖 6 所示。 硫在鋼中以 FeS 的形式存在， FeS 的熔點(diǎn)為 1193℃ ， Fe 與 FeS 組成的共晶體的熔點(diǎn)只有 985℃ 。鋼中磷的含量高會引起鋼的 “冷脆 ”，即從高溫降到 0℃ 以下，鋼的塑性和沖擊韌性降低，并使鋼的焊接性能與冷彎性能變差。 二、我國鋼 鐵工業(yè)的狀況 我國很早就掌握了煉鐵的冶煉技術(shù)，東漢時(shí)就出現(xiàn)了冶煉和鍛造技術(shù)，南北朝時(shí)期就掌握了灌鋼法，曾在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。 1952 年奧地利的林茨城 (Linz)和多納維茲城 (Donawitz)先后建成了 30 噸的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐車間并投入生產(chǎn)，所以此法也稱為 LD 法。由于其成本低、爐容大，鋼水質(zhì)量優(yōu)于轉(zhuǎn)爐，同時(shí)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，平爐煉鋼法一時(shí)成為主要的煉鋼法。總之，鋼材仍將是 21 世紀(jì)用途最廣的結(jié)構(gòu)材料和最主要功能材料。 ◆ 當(dāng)鋼水流出總量的四分之一時(shí)，向鋼包中的脫氧合金化劑，進(jìn)行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。 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。 當(dāng)磷與硫逐漸減少，火焰退落，爐口出現(xiàn)四氧化三鐵的褐色蒸汽時(shí)，表明鋼已煉成。 轉(zhuǎn)爐煉鋼是在轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行。因此轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要另外使用燃料。磷酸亞鐵再跟生石灰反應(yīng)生成穩(wěn)定的磷酸鈣和硫化鈣，一起成為爐渣。頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉一爐鋼的操作過程主要由以下六步組成： （ 1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動設(shè)備等并進(jìn)行必要的修補(bǔ)和修理； （ 2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐體（至垂直位置）； （ 3）降槍開吹，同時(shí)加入第一批渣料（起初爐內(nèi)噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨后噴出暗紅的火焰； 3～ 5min 后硅錳氧接近結(jié)束，碳氧反應(yīng)逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度