【文章內(nèi)容簡介】 斷裂，氣相內(nèi)回流壓向噴孔端面，如（40）圖221所示，這一現(xiàn)象稱為氣泡對噴孔的后座。經(jīng)測定，～，尤其是氧化性氣體后座會加速爐襯和噴嘴的損壞。研究表明，采用縫隙型和多金屬管型的底吹供氣元件能有效消除后座現(xiàn)象。思考題1獲得超音速射流應(yīng)具備什么條件？射流的衰減有何規(guī)律？2氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中的氧射流有何特征？3解釋名詞：沖擊深度沖擊面積硬吹軟吹4簡述槍位與爐內(nèi)反應(yīng)的關(guān)系。5底吹氣體是如何攪拌熔池的？ 轉(zhuǎn)爐內(nèi)的基本反應(yīng)及熔體成分變化本章主要闡述轉(zhuǎn)爐吹煉過程中的硅錳氧化、脫碳、脫硫和脫磷等基本反應(yīng)及熔體成分的變化情況，為學(xué)習(xí)后面的工藝內(nèi)容作好理論準備。硅錳的氧化、脫碳、脫硫和脫磷是煉鋼的基本反應(yīng)，但在轉(zhuǎn)爐煉鋼中又有其特殊性。、錳的氧化前已述及，煉鋼中硅、錳的氧化以間接氧化方式為主，其反應(yīng)式為：[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2Fe放熱[Mn]+(FeO)=(MnO)+Fe放熱二者均是放熱反應(yīng)，因此它們都是在熔池溫度相對較低的吹煉初期被大量氧化；由于硅的氧化產(chǎn)物是酸性的SiO2，而錳的氧化產(chǎn)物是堿性的MnO，因此在目前的堿性操作中硅氧化得很徹底，即使后期溫度升高后也不會被還原，而錳則氧化得不徹底，而且冶煉后期熔池溫度升高后還會發(fā)生還原反應(yīng)，即吹煉結(jié)束時鋼液中還有一定數(shù)量的錳存在，稱“余錳”。轉(zhuǎn)爐煉鋼的主原料——鐵水中含有4.%左右的碳，遠高于鋼種的要求，因此脫碳是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要任務(wù)之一。1 脫碳反應(yīng)轉(zhuǎn)爐中的脫碳反應(yīng)以間接氧化為主：(FeO)+[C]={CO}+Fe。這是一個吸熱反應(yīng)，因此，熔池溫度升高至1500℃左右后脫碳反應(yīng)方能激烈進行。在氧氣射流的作用區(qū)，還會發(fā)生碳的直接氧化：1/2{O2}+[C]={CO}，它是強放熱反應(yīng)，故而，碳是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要熱源之一。復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底吹CO2氣體時，CO2也會參與碳的氧化：{ CO2}+[C]=2{CO}，因此會強化爐內(nèi)的脫碳反應(yīng)。2 脫碳速度及影響因素轉(zhuǎn)爐中脫碳速度如（49）圖37所示，呈三段臺階式變化。1）第一階段冶煉初期，熔池溫度低，主要是硅錳的氧化，脫碳速度很慢。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鐵水中的硅當(dāng)量即[%Si]+[%Mn]＞1時，脫碳速度趨于零，如圖38所示。隨吹煉進行，硅錳含量下降，溫度也漸高，近1400℃時碳開始氧化，速度直線上升。故稱該階段為硅錳控制階段。 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐由于有底吹攪拌，脫碳反應(yīng)開始較早，而且速度增加平穩(wěn)。2）第二階段冶煉中期，是碳激烈氧化階段，脫碳速度主要受供氧強度的影響，即氧的傳輸是限制性環(huán)節(jié)。如（50）圖39所示，供氧強度越大，脫碳速度也越大（但過大易產(chǎn)生噴濺）。復(fù)吹轉(zhuǎn)爐由于FeO控制得較低，最大速度不及頂吹轉(zhuǎn)爐，吹煉中不易噴濺但全程的平均速度較之還要大些。3）第三階段當(dāng)鋼液含碳量降低到一定程度時，碳的擴散成為限制性環(huán)節(jié)，脫碳速度取決于熔池攪拌情況。轉(zhuǎn)爐煉鋼中，脫碳反應(yīng)速度由氧的擴散控制轉(zhuǎn)成由碳的擴散控制時的鋼液含碳量稱為臨界含碳量。%左右，%；而且，同為臨界含碳量以下時，復(fù)吹的脫碳速度也大些，如（49）圖37。脫磷的反應(yīng)式為：2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO?P2O5)+5Fe 放熱其基本條件是高堿度、高氧化鐵和低溫度。而爐渣脫硫的反應(yīng)式為：[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)吸熱它的基本條件是高堿度、高溫度和低氧化鐵。兩者在堿度的要求上是一致的，而對溫度和氧化鐵含量的需求卻是矛盾的。因此，同時，吹煉前期，抓住溫度低的有利時機，高槍位操作快速成渣的同時提高爐渣的氧化性充分脫磷；冶煉中期，低槍位脫碳，控制適當(dāng)?shù)偷难趸F，強化脫硫過程。此處的熔體是指熔鐵和熔渣，（42）圖31為頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉過程中金屬成分、熔渣成分和溫度的變化情況，圖32則為復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的變化情況。一、金屬成分的變化規(guī)律轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，熔池中金屬成分的變化規(guī)律大致如下：（1）Si和Mn：鐵水中的Si和Mn，在吹煉初期的15～20%時間內(nèi)迅速下降。不同的是，硅氧化得比較徹底，且不再回升；而錳氧化得不夠徹底，后期溫度升高后還有所回升，而且復(fù)吹轉(zhuǎn)爐回升得更快些（因為其渣中FeO含量低）。（2）C：冶煉初期，碳的氧化速度較慢（溫低及Si、Mn的氧化）；進入中期后脫碳速度迅速增大（硅、錳氧化結(jié)束，熔池溫度也已升至1400℃以上）；終點前20%時間脫碳速度又逐漸慢（因[C]已較低，碳的擴散成了限制性環(huán)節(jié)）。對于復(fù)吹轉(zhuǎn)爐，由于熔池攪拌良好，改善了反應(yīng)的動力學(xué)條件，脫碳速度變化幅度要遠小于頂吹轉(zhuǎn)爐。（3）P：冶煉初期，脫磷速度較快（溫低）；冶煉中期脫磷速度明顯下降，甚至停止或發(fā)生“回磷” （溫度漸高，且脫碳速度加快，大量消耗渣中的（FeO），甚至引起爐渣“返干”）；冶煉后期，若控制得當(dāng)脫磷反應(yīng)仍能緩慢進行（熔池溫度雖較高，但脫碳速度較小，渣中的（FeO）高，爐渣堿度也較高）。（4）S：幾乎成直線緩慢下降，吹煉中期，碳的激烈氧化使渣中的（FeO）急劇下降而出現(xiàn)“返干”，脫硫停止（初期，雖溫低，但鐵水含碳高，硫的活度系數(shù)大而具有一定的脫硫能力；后期FeO高，但B高、T高，因而也能脫硫）。冶煉過程中，轉(zhuǎn)爐中熔渣成分的變化規(guī)律大致如下：（1）（FeO）：呈下凹弧形變化：吹煉初期，為了化渣槍位較高，渣中的（FeO）含量高達28%（復(fù)吹為16%）；中期隨脫碳進行（FeO）被大量消耗而逐漸降至12%以下（太低，出現(xiàn)返干，復(fù)吹為6%）；隨著[C]的減少，脫碳速度下降，（FeO）的濃度又漸升至15%（復(fù)吹為12%）。（2）（CaO）：隨著所加石灰的溶化，渣中的（CaO）含量漸升至50% （中期因爐渣“返干”溶化很慢甚至停止）。（3）（SiO2）和(MnO)：吹煉初期，硅、錳的氧化使之濃度很快分別達到20%和14%，而后隨著所加石灰的熔化逐漸降低至10%和6%。思考題1什么是臨界含碳量？頂吹轉(zhuǎn)爐和復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的臨界含碳量各為多少？2轉(zhuǎn)爐冶煉中如何調(diào)和脫硫和脫磷之間的矛盾？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)備等并進行必要的修補和修理；（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；3～5/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，亮度隨之提高；同時渣料熔化，噪聲減弱）；（4）3～5/后加入第二批渣料繼續(xù)吹煉（隨吹煉進行鋼中碳逐漸降低，約12/后火焰微弱，停吹）；（5）倒?fàn)t，測溫、取樣，并確定補吹時間或出鋼；（6）出鋼，同時（將計算好的合金加入鋼包中）進行脫氧合金化。本章的主要內(nèi)容：依據(jù)原料、設(shè)備等生產(chǎn)條件確定合理的裝料、造渣、供氧、溫度、終點控制與脫氧合金化等五大操作制度。 裝料制度所謂裝料，是指將煉鋼所用的鋼鐵爐料即鐵水和廢鋼裝入爐內(nèi)的工藝操作。頂吹轉(zhuǎn)爐的裝料制度包括確定裝入量、廢鋼比和裝料操作三方面的內(nèi)容。1裝入量的確定轉(zhuǎn)爐的裝入量是指每爐裝入鐵水和廢鋼兩種金屬爐料的總量。1 確定依據(jù)確定裝入量應(yīng)考慮的因素主要有兩個：1）熔池深度要合理生產(chǎn)實踐證明，～，既能防止氧氣射流沖蝕爐底，同時又能保證氧氣射流對熔池有較強的攪拌。國內(nèi)一些廠家不同容量轉(zhuǎn)爐執(zhí)行的熔池深度見下表：廠家首一太二首三攀本首二寶鋼容量/ t305080120210300池深/mm80010501190125016501949V/T（2）爐容比要合適轉(zhuǎn)爐的有效容積V與裝入量T的比值叫做爐容比，m3/t。目前，～ m3/t。V/T過小，意味著裝得過多，吹煉中易產(chǎn)生噴濺，且因熔池深而攪拌差；反之，不能充分發(fā)揮轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力，而且吹煉中氧射流易沖蝕爐底。各轉(zhuǎn)爐建成投產(chǎn)時，已有爐容比的設(shè)計值，即V/T的基本范圍，實際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)鐵水成分及冷卻劑的種類等因素調(diào)整裝入量，保持合適的爐容比，以獲得良好的綜合指標(biāo)。比如，鐵水的硅、磷含量較高時，冶煉中渣量大，應(yīng)適當(dāng)少裝些，保證較大的爐容比，否則吹煉過程中容易產(chǎn)生噴濺；以廢鋼做冷卻劑時，吹煉中不易噴濺，～ m3/t。國內(nèi)一些廠家不同容量轉(zhuǎn)爐執(zhí)行的爐容比見上表。2 裝入制度的類型頂吹轉(zhuǎn)爐的裝入制度以下三種：1）定量裝入定義：在整個爐役期內(nèi)每爐的裝入量保持不變的裝料方法叫定量裝入。特點：便于組織生產(chǎn)和實現(xiàn)吹煉過程的計算機自動控制；但吹氧操作困難，爐役前期的裝入量易偏大，熔池較深，攪拌不足，而爐役后期的裝入量易偏小，不僅不能發(fā)揮爐子的生產(chǎn)能力，且熔池較淺，氧射流易沖蝕爐底。轉(zhuǎn)爐容量越小，爐役前、后期爐子的橫斷面積與有效容積的差別越大，這一問題也就越突出。國內(nèi)外大型轉(zhuǎn)爐廣泛采用定量裝入制度。2）定深裝入定義：在一個爐役期間，隨著爐襯的侵蝕爐子實際容積不斷擴大而逐漸增加裝入量以保證熔池深度不變的裝料方法稱定深裝入。特點：熔池深度不變，吹氧操作穩(wěn)定，有利于提高供氧強度并減輕噴濺，同時又能充分發(fā)揮爐子的生產(chǎn)能力；但其裝入