【文章內(nèi)容簡介】 。 3）白云石白云石的主要成分CaCO3MgCO3。經(jīng)焙燒可成為輕燒白云石，其主要成分為CaOMgO。轉(zhuǎn)爐采用生白云石或輕燒白云石代替部分石灰造渣。可減輕爐渣對爐襯的侵蝕，提高爐襯壽命具有明顯效果。濺渣護(hù)爐操作時(shí)，通過加入適量的生白云石或輕燒白云石保持渣中的MgO含量達(dá)到飽和或過飽和，使終渣能夠做黏，出鋼后達(dá)到濺渣的要求。對生白云石的要求: 4）火磚塊 火磚塊是澆鑄系統(tǒng)的廢棄品，它的作用是改善熔渣的流動(dòng)性，特別是對含MgO高的熔渣，稀釋作用優(yōu)于螢石。火磚塊中含有約30%的Al2O3，易使熔渣起泡并具有良好的透氣性。但火磚塊中還含有55%—70%的SiO2，能大大降低熔渣的堿度及氧化能力，對脫磷、脫硫極為不利。因此，在電爐煉鋼的氧化期應(yīng)絕對禁用。在還原期要適量少用，只用在冶煉不銹鋼或高硫鋼時(shí)才稍用多一些。 5）合成造渣劑合成造渣劑是用石灰加入適量的氧化鐵皮、螢石、氧化錳或其他氧化物等熔劑，在低溫下預(yù)制成型。合成渣劑熔點(diǎn)低、堿度高、成分均勻、粒度小，且在高溫下易碎裂，成渣速度快，因而改善了冶金效果，減輕了轉(zhuǎn)爐造渣負(fù)荷。高堿度燒結(jié)礦或球團(tuán)礦也可做合成造渣劑使用，其化學(xué)成分和物理性能穩(wěn)定，造渣效果良好。 三、增碳劑在冶煉過程中，由于配料或裝料不當(dāng)以及脫碳過量等原因，有時(shí)造成鋼中碳含量沒有達(dá)到預(yù)期的要求，這時(shí)要向鋼液中增碳。常用的增碳劑有增碳生鐵、電極粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭粉。轉(zhuǎn)爐冶煉中，高碳鋼種時(shí)，使用含雜質(zhì)很少的石油焦作為增碳劑。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。其固定碳C≥96%，揮發(fā)分≤%，S≤%，水分≤%，粒度在15mm。四、氧化劑氧氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要氧化劑，%，氧氣壓力要穩(wěn)定，并脫除水分。鐵礦石中鐵的氧化物存在形式是Fe2O%，%%。在煉鋼溫度下，F(xiàn)e2O3不穩(wěn)定，在轉(zhuǎn)爐中較少使用。鐵礦石作為氧化劑使用要求高（全鐵56%），雜質(zhì)量少，塊度合適。氧化鐵亦稱鐵磷，是鋼坯加熱，軋制和連鑄過程中產(chǎn)生的氧化殼層，鐵量約占70%75%。氧化鐵皮還有助于化渣和冷卻作用，使用時(shí)應(yīng)加熱烘烤，保持干燥。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。 ◆按供入氧化性氣體種類—空氣和氧氣轉(zhuǎn)爐?！舭垂獠课弧敶怠⒌状?、側(cè)吹及復(fù)合吹轉(zhuǎn)爐。 ◆按熱量來源—自供熱和外加熱燃料轉(zhuǎn)爐。自貝塞麥發(fā)明酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法起，開始了轉(zhuǎn)爐大量生產(chǎn)鋼水的歷史，如圖3所示。上世紀(jì)50年代用氧氣代替空氣煉鋼是煉鋼史上的一次重大變革，70年代出現(xiàn)的氧氣底吹轉(zhuǎn)爐和頂吹復(fù)合轉(zhuǎn)爐，是氧氣轉(zhuǎn)爐在發(fā)展和完善通路上取得的豐碩成果，如圖4所示。 圖3 自供熱轉(zhuǎn)爐的發(fā)展演變過程圖4 由傳統(tǒng)供熱向外加燃料聯(lián)合供熱轉(zhuǎn)爐的發(fā)展演變過程一、吹煉過程元素氧化規(guī)律（一）爐鋼吹煉過程和元素的氧化規(guī)律 1）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(hù)爐和倒渣幾個(gè)階段，如圖5所示。一爐鋼的吹氧時(shí)間通常為1218min，冶煉周期為30min左右。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。在送氧開吹的同時(shí)，加入第一批渣料，加入量相當(dāng)于全爐總渣量的三分之二，開吹46分鐘后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果爐內(nèi)化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。吹煉過程中的供氧強(qiáng)度：(tmin)；(tmin)?！糸_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。◆當(dāng)吹煉到所煉鋼種要求的終點(diǎn)碳范圍時(shí)，即停吹，倒?fàn)t取樣，測定鋼水溫度，取樣快速分析[C]、[S]、[P]的含量，當(dāng)溫度和成分符合要求時(shí)，就出鋼。◆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。（1）硅的氧化規(guī)律在吹煉初期，鐵水中的[Si]和氧的親和力大，而且[Si]氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，低溫下有利于此反應(yīng)的進(jìn)行，因此，[Si]在吹煉初期就大量氧化。 [Si]+O2=(SiO2) (氧氣直接氧化) [Si]+2[O]= (SiO2) (熔池內(nèi)反應(yīng)) [Si]+(FeO)=(SiO2)+2[Fe] (界面反應(yīng)) 2(FeO)+(SiO2)=( 2FeOSiO2) 隨著吹煉的進(jìn)行石灰逐漸溶解，2FeOSiO2轉(zhuǎn)變?yōu)?CaOSiO2，即SiO2與CaO牢固的結(jié)合為穩(wěn)定的化合物，SiO2活度很低，在堿性渣中FeO的活度較高，這樣不僅使[Si]被氧化到很低程度，而且在碳劇烈氧化時(shí)，也不會(huì)被還原，即使溫度超過1530℃，[C]與[O]的親和力也超過[Si]與[O]的親和力，終因（CaO）與（SiO2）結(jié)合為穩(wěn)定的2CaOSiO2，[C]也不能還原（SiO2）。硅的氧化對熔池溫度，熔渣堿度和其他元素的氧化產(chǎn)生影響：▼ [Si]氧化可使熔池溫度升高；▼ [Si]氧化后生成（SiO2），降低熔渣堿度，熔渣堿度影響脫磷，脫硫；▼ 熔池中[C]的氧化反應(yīng)只有到[%Si]，才能激烈進(jìn)行。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。（2）錳的氧化規(guī)律在吹煉初期，[Mn]也迅速氧化，但不如[Si]氧化的快。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余錳或殘錳：錳的氧化產(chǎn)物是堿性氧化物，在吹煉前期形成(MnOSiO2)。但隨著吹煉的進(jìn)行和渣中CaO含量的增加，會(huì)發(fā)生（MnOSiO2)+2（CaO）=（2 CaOSiO2）+（MnO）（MnO）呈自由狀態(tài)，吹煉后期爐溫升高后，（MnO）被還原，即 （MnO）+[C]=[Mn]+[CO]或（MnO）+[Fe]=（FeO）+[Mn]吹煉終了時(shí)，鋼中的錳含量也稱余錳或殘錳。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。影響殘錳的因素：◆爐溫高有利于（MnO）的還原，殘錳量高； ◆堿度升高，可提高自由(MnO)濃度，殘錳量增加；◆降低熔渣中（FeO）含量，可提高殘錳含量?！翳F水中錳含量高，單渣操作，鋼水殘錳也會(huì)高些。（3）碳的氧化規(guī)律 影響碳氧化速度的變化規(guī)律的主要因素有：熔池溫度、熔池金屬成分、熔渣中(∑FeO)和爐內(nèi)攪拌強(qiáng)度。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。吹煉前期：熔池平均溫度低于14001500℃，[Si]、[Mn]含量高且與[O]親和力均大于[C][O]的親和力， (∑FeO)較高，但化渣、脫碳消耗的(FeO)較少，熔池?cái)嚢琛⑻嫉难趸俣炔蝗缰衅诟?。吹煉中期：熔池溫度高?500℃ ，[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?cái)嚢鑿?qiáng)烈，反應(yīng)區(qū)乳化較好，結(jié)果此期的碳氧化速度高。吹煉后期，熔池溫度很高，超過1600℃，[C]含量較低， (∑FeO)增加，熔池?cái)嚢璨蝗缰衅?，碳氧化速度比中期低。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。脫磷速度的變化規(guī)律，主要受熔池溫度，熔池中金屬[P]含量，熔渣中(∑FeO)，熔渣堿度，熔池的攪拌強(qiáng)度或脫碳速率的影響。 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。中期不利于脫磷的因素是（∑FeO）較低，因此，如何控制渣中(∑FeO)達(dá)10%20%，避免爐渣“返干”是中期脫磷的關(guān)鍵。后期不利于脫磷的熱力學(xué)因素是熔池溫度高。（5）硫的變化規(guī)律硫的變化規(guī)律也主要表現(xiàn)在吹煉過程中的脫硫速度，脫硫速度變化規(guī)律的主要影響因素與脫磷的類似。不同時(shí)期，其表現(xiàn)是不相同。吹煉前期，由于溫度和堿度較低，（FeO）較高，渣的流動(dòng)性差，因此脫硫能力較低，脫硫速度很慢；吹煉中期，熔池溫度逐漸升高，（FeO）比前期有所降低，堿度因大量石灰熔化而增大，熔池乳化比較好，是脫硫的最好時(shí)期；吹煉后期，熔池溫度已升至出鋼溫度，（FeO）回升，比中期高，堿度高熔池?cái)嚢璨蝗缰衅冢虼?，脫硫速度低于或稍低于中期?)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。（1）爐渣中(FeO)的變化規(guī)律爐渣中（FeO）的變化取決于它的來源和消耗兩方面。（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)?！?槍位：槍位低時(shí)，高壓氧氣流股沖擊熔池，熔池?cái)嚢鑴×遥薪饘僖旱卧龆?，形成渣、金乳濁液，脫碳速度加快，消耗渣中（FeO）降低。槍位高時(shí)，脫碳速度低，渣中（FeO）增高?！?礦石：渣料中加礦石多，則渣中（FeO）增高?！?脫碳速度：脫碳速度高，渣中（FeO）低；脫碳速度低，渣中（FeO）高。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐通過改變槍位可達(dá)到化渣、降碳的不同目的，這是它與其他煉鋼方法相比，具有操作靈活的特點(diǎn)。（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。吹煉初期，熔池溫度不高，渣料中石灰還未大量熔化。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%。因此，初期爐渣堿度不高。吹煉中期，熔池的溫度比初期提高，促進(jìn)大量石灰熔化，熔池中[Si]已氧化完了， SiO2來源中斷。中期脫磷速度，熔池?cái)嚢杈惹捌趶?qiáng)，這些因素均有利于形成高堿度爐渣。吹煉后期, 熔池的溫度比中期進(jìn)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(dòng)性良好發(fā)爐渣。（3）熔池溫度的變化規(guī)律 熔池溫度的變化與熔池的熱量來源和熱量消耗有關(guān)。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。綜合作用的結(jié)果，吹煉前期終了，熔池溫度可升高至1500℃左右。 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。吹煉后期，熔池溫度接近出鋼溫度，可達(dá)16501680℃左右，具體因鋼種、爐子大小而異。在整個(gè)一爐鋼的吹煉過程中，熔池溫度約提高350℃左右。綜上所述，頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐開吹以后，熔池溫度、爐渣成分、金屬成分相繼發(fā)生變化，它們各自的變化又彼此相互影響，形成高溫下多相、多組元同時(shí)進(jìn)行的極其復(fù)雜的物理化學(xué)變化。 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(hù)爐和倒渣幾個(gè)階段。爐鋼的吹氧時(shí)間通常為1218min，如圖7所示，冶煉周期為30min左右。圖7 爐鋼的吹氧轉(zhuǎn)爐一爐鋼的基本冶煉過程。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(dòng)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，亮度隨之提高；同時(shí)渣料熔化，噪聲減弱）；（4）3～5min后加入第二批渣料繼續(xù)吹煉（隨吹煉進(jìn)行鋼中碳逐漸降低，約12min后火焰微弱，停吹）；（5）倒?fàn)t，測溫、取樣，并確定補(bǔ)吹時(shí)間或出鋼；（6）出鋼，同時(shí)（將計(jì)算好的合金加入鋼包中）進(jìn)行脫氧合金化。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。在送氧開吹的同時(shí)，加入第一批渣料，加入量相當(dāng)于全爐總渣量的三分之二，開吹35分鐘后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果爐內(nèi)化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。 吹煉過程中的供氧強(qiáng)度：(tmin)；(tmin)?！糸_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)嚢瑁€(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?！舢?dāng)吹煉到所煉鋼種要求的終點(diǎn)碳范圍時(shí)，即停吹，倒?fàn)t取樣，測定鋼水溫度，取樣快速分析[C]、[S]、[P]的含量，當(dāng)溫度和成分符合要求時(shí)，就出鋼?！舢?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。o 16