【正文】 30t 轉(zhuǎn)爐鐵水量每增加 1t，終點(diǎn)溫度可提高 8℃ 。當(dāng)鐵水溫度每升高 10℃ ，鋼水終點(diǎn)溫度可提高 6℃ 。據(jù) 30t 轉(zhuǎn)爐測(cè)定，當(dāng)增加 ω[si]＝ ％時(shí)，可升高爐溫 15℃ 。 影響終點(diǎn)溫度的因素 在生產(chǎn)條件下影響終點(diǎn)溫度的因素很多，必須經(jīng)綜合考慮，再確定冷卻劑加入的數(shù)量。對(duì)一個(gè)工廠來說，由于所用的鐵水成分和溫度變化不大，因而渣量變化也不大，故吹煉過 程的熱消耗較為穩(wěn)定。其中，關(guān)鍵是選好二 批料加入時(shí)間，即必須在初期渣已化好，溫度適當(dāng)時(shí)加入。由于廢鋼在吹煉過程中加入不方便，影響吹煉時(shí)間，通常是在開 吹 前加入。為了使用方便，將各種常用冷卻 劑冷卻效應(yīng)換算值列表 3— 13。由于冷卻劑的成分有變化，所以冷卻效應(yīng)也在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)。 用同樣的方法可以計(jì)算出生白云石，石灰等材料的冷卻效應(yīng)。 C 氧化鐵皮的冷卻效應(yīng) 氧化鐵皮的冷卻效應(yīng)與礦石的計(jì)算方法基本上一樣。t 熔 + λ +c 液 (t 出 － t 熔 ) ] （ 314） 1 kg 廢鋼在出鋼溫度為 1680℃ 時(shí)的冷卻效應(yīng)是： Q 廢 ＝ 1 [ (1500－ 25 ) +272 + (1680－ 1500 ) ]＝ 1454kJ/kg 式中 ， ——分別為固態(tài)鋼和液態(tài)鋼的質(zhì)量熱容， kJ/(kg B 廢鋼的冷卻效應(yīng) 廢鋼的冷卻作用主要靠吸收物理熱，即從常溫加熱到全部熔化，并提高到出鋼溫度所需要的熱量。 設(shè)鐵礦石成分： ω (Fe2O3) = ％， ω （ FeO） = 0 礦石一般是在吹煉前期加入，所以溫升取 1325℃ ?！?)， C 礦 =(kg 鐵礦石的冷卻效應(yīng)可以通過下式計(jì)算： 64 Q 礦 ＝ m (C 礦 不同條件下，同一冷卻劑可以有不同的冷卻效應(yīng)?！?） t0 —— 室溫， ℃ t 出 —— 給定的出鋼溫度， ℃ ； t 熔 —— 冷卻劑的熔化溫度， ℃ ； λ 熔 —— 冷卻劑的熔化潛熱， kJ/kg。( t 熔 － t0)+λ 熔 +c 液 冷卻劑吸收的熱量包括將冷卻劑提高溫度所消耗的物理熱和冷卻劑參加化學(xué)反應(yīng)消耗的化學(xué)熱兩個(gè)部分。目前我國各廠采用定礦石調(diào)廢鋼或定廢鋼調(diào)礦石等兩種冷卻制度。但氧化鐵皮的密度小，在吹煉過程中容易被氣流帶走。 (3) 氧化鐵皮。 與廢鋼相比，使用鐵礦石做冷卻劑不需要占用裝料時(shí)間，能夠增加渣中 TFe，有利于化渣，同時(shí)還能降低氧氣和鋼鐵料的消耗，吹煉過程調(diào)整方便，但是以鐵礦石為冷卻劑使渣量增大，操作不當(dāng)時(shí)易噴濺，同時(shí)由于鐵礦石的成分波動(dòng)會(huì)引起冷卻效應(yīng)的波動(dòng)。用廢鋼做冷卻劑，可以減少渣料消耗量、降低成本。 (1) 廢鋼。這些冷卻劑可以單獨(dú)使用，也可以搭配使用。其準(zhǔn)確程度的關(guān)鍵是確定熱損失的大小。 63 如果裝入 30 t 鐵水，則可加廢鋼 t ，或者加 3 t 廢鋼和 1 t 多鐵礦。根據(jù)以上的計(jì)算應(yīng)為 : 70304 － 39874 =30430 kJ 若 以廢鋼為冷卻劑，廢鋼的加入量為： ＝1500－1650(＋272＋25－1500( 3 0 4 3 0 ）） ?? 式中 、 分別為固體廢鋼和鋼液的比熱 ((kJ/kg℃ )； 90、 1 10分別為鋼液、熔渣和爐氣的重量 (kg)； 200為假定爐氣的平均溫度為 1450℃，則溫升 為 1450－ 1250＝ 200℃ 。上述幾項(xiàng)熱損失一般占 10 % 以上。 除了考慮爐氣、爐渣加熱到 1250℃ 所耗熱量外，在吹煉過程中爐子也有一定的熱損失，如爐子輻射和對(duì)流的熱損失以及噴濺引起的熱損失等。 SiO2 Mn → MnO Fe → FeO P → 4CaO SiO2 20304 kJ P → 4CaO 用同樣的方法可以計(jì)算出其它元素在 1250℃ ，每氧化 1 kg 熔池所吸收之熱量。 例如碳氧化生成 CO2 ， 從表 311可以看出， 1200℃碳氧化 1 kg時(shí)熔池的吸熱量為 33022 kJ， 1400℃時(shí)為 32480 kJ。 終點(diǎn)溫度 : 1650℃。 鐵水溫度 : 1250℃。 為了正確地控制轉(zhuǎn)爐的終點(diǎn)溫度，就需要知道富余熱量有多少，這些熱量需要加入多少冷卻劑。因此要正確地控制溫度就必須注意鐵水含硅量的變 化。而錳和鐵的發(fā)熱能力不大，不是主要熱源。但由于鐵水中的碳含量高，故碳仍然是重要熱源。 SiO2) 152 / 20649 142 / 19270 132 / 17807 2[P]+5/2O2+4(CaO)=(4CaO 根據(jù) 37 式來計(jì)算在 1200℃ 時(shí) C—O 反應(yīng)生成 CO 時(shí)，氧化 1kg 碳可使熔池溫度升高的 數(shù) 值 為 ： 11300t ??????? ℃ 1kg 元素是 100 kg 金屬料的 1％，因此，根據(jù)同樣道理和假設(shè)條件，可以計(jì)算出其它 61 元素氧化 1％時(shí)熔池的升溫?cái)?shù) 值 ，計(jì)算結(jié)果見 表 311。℃ ，爐渣和爐襯的 CS為 kg現(xiàn)以 100 kg 金屬料為例，計(jì)算 各 元素的氧化放熱能使熔池升溫多少。例如鐵水溫度 1200℃ ，吹入的氧氣 25℃ ，碳氧反應(yīng)生成 CO 時(shí)： [ C ]1473＋ 21 {O2}298 = {CO}1473 Δ H1473K = － 135600 J/mol 則 1kg [ C ]氧化生成 CO 時(shí)放出的熱量為 135600／ 12≈ 11300 kJ／ kg。物理熱是指鐵水帶入的熱量 ，它與鐵水溫度有直接關(guān)系 ； 化學(xué)熱是指鐵水中各 種 元素氧化后放出的熱量，它與鐵水化學(xué)成分直接相關(guān)。為了確定冷卻劑的加入數(shù)量，應(yīng)先知道富余熱量，為此應(yīng)先計(jì)算熱量的收入與支出。 t 凝 = 1539 – (65+8+5+30+25+7) =1515℃ 取Δ t 1 為 70℃、Δ t 2 為 50℃、Δ t 3 為 30℃，則： t 出 = 1515 +70 + 50 +30 =1665℃ 60 表 310 1％的 i 元素使純鐵凝 固 溫度的降低值 元素 適用范圍 % Δ t i 元素 適用范圍 % Δ t i C 65 V 2 Si 8 Ti 18 Mn 5 Cu 5 P 30 H2 1300 S 25 N2 80 Al 3 O2 90 熱量來源與熱量支出 鐵水帶入爐內(nèi)的物理熱和化學(xué)熱 , 除能滿足出鋼溫度的要求 (包括吹煉過程中金屬升溫 300～ 400C℃；將造渣材料和爐襯加熱到出鋼溫度；高溫爐氣和噴濺物帶走的熱量以及其它熱損失 )外，還有富余。 現(xiàn)以 Q235F 鋼為例來計(jì)算出鋼溫度。 出鋼溫度可用 （ 38） 式計(jì)算： t 出 = t 凝 +Δ t 1 +Δ t 2 +Δ t 3 （ 38） 式中 t 凝 —— 鋼水凝固溫度，可用 39 式計(jì)算： Δ t 1 —— 鋼水過熱度； Δ t 2 —— 出鋼、吹氬、運(yùn)輸、鎮(zhèn)靜過程降溫 ； Δ t 3 —— 澆注過程降溫。 （ 2） 考慮出鋼過程和鋼水運(yùn)輸、鎮(zhèn)靜時(shí)間、鋼液吹氬時(shí)的降溫，一般為 40～ 80℃。因此，在吹煉過程中需要加入一定數(shù)量的冷卻劑，以便把 終點(diǎn)溫度控制 在 出鋼溫度 的范圍內(nèi)；同時(shí)還要求在吹煉過程中，熔池溫度均衡地升高，并在到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，使鋼液溫度和化學(xué)成分同時(shí)進(jìn)入鋼種所規(guī)定的范 圍內(nèi)。 由于氧氣轉(zhuǎn)爐采用純氧吹煉，大大減少了廢氣量及其所帶走的顯熱，因而具有很高的熱效率。出鋼溫度過低會(huì)造成回爐、包底凝鋼 、水口凍結(jié) 及 鑄坯（或 鋼錠 ） 的各種低溫缺陷和廢品；出鋼溫度過高 ， 則會(huì) 增加鋼中氣體、非金屬夾雜物的含量，還會(huì)增加鐵的燒損，影響鋼 的質(zhì)量、 造成 鑄坯 的各種高溫缺陷和廢品 ，甚至導(dǎo)致漏 鋼 事故的發(fā)生，同時(shí)也會(huì) 影響爐襯和氧槍的壽命。因此，為了快而多地去除鋼中的有害雜質(zhì)，保護(hù)或提取某些有益元素，加快吹煉過程成渣速度，加快廢鋼熔化，減少噴濺，提高爐齡等，都必須控制好吹煉過程溫度。 過程溫度控制 的意義在于 溫度對(duì)于 轉(zhuǎn)爐吹煉過程既是重要的熱力學(xué)參數(shù)，又是重要的 圖 3— 6 五段式操槍示意圖 圖 3— 5 六段式操槍示意圖 59 動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在接近終點(diǎn)時(shí)再降槍加強(qiáng)熔池?cái)嚢瑁^續(xù)脫碳和均勻熔池成分和溫度，降低終渣（ FeO）含量。開吹時(shí)采用高槍位化渣，使渣中含（ FeO）量達(dá) 25～ 30％，促進(jìn)石灰熔化，盡快形成具有一定堿度的爐渣，增大前期脫磷和脫硫效率，同時(shí)也避免酸性渣對(duì)爐襯的侵蝕。 B 高 — 低 — 高的五段式操作 五段式操作的前期與六段式操作基本一致，熔渣返干時(shí)可加入適量助熔劑調(diào)整熔渣流動(dòng)性，以縮短吹煉時(shí)間，見圖 36。下面就以恒壓變槍操作來 介紹幾種氧槍操作的方式。另一種類型是恒槍變壓，即在一爐鋼的吹煉過程中，氧槍槍位基本不動(dòng)，通過調(diào)節(jié)供氧壓力來控制吹煉過程。 58 此外，槍位還與工作氧壓有關(guān)，增大氧壓使射流的射程增長(zhǎng)，因而槍位應(yīng)相應(yīng)提高。通常，三孔氧槍 的槍位約為單孔氧槍的 55～ 75％。為了避免嚴(yán)重噴濺，鐵水含硅量很高（＞ ％）時(shí)，前期槍位不宜過高。相反，鐵水中硫、磷含量很低，加入的渣料很少，以及采用合成造渣材料等情況下，化渣時(shí)槍位可以降低，甚至可以采用不變槍位的恒槍操作。通常，在其它條件不變時(shí)，裝入量增多，槍位應(yīng)相應(yīng)增高；隨著爐齡的增長(zhǎng)，熔池變淺，槍位應(yīng)相應(yīng)降低；隨著爐容量增 大，熔池深度增加，槍位應(yīng)相應(yīng)增高 (同時(shí)氧壓也要提高 )等等。 (2) 熔池深度 熔池越深，相應(yīng)渣層越厚，吹煉過程中熔池面上漲越高，故槍位也應(yīng)在不致引起噴濺的條件下相應(yīng)提高，以免化渣困難和槍齡縮短。為此，在過程化渣不太好或中期爐渣“返干”較嚴(yán)重時(shí)，后期應(yīng)首先適當(dāng)提槍化渣，而在接近終點(diǎn)時(shí)，再適當(dāng)降槍，以加強(qiáng)熔池?cái)嚢?，均勻熔池溫度和成分，降低?zhèn)靜鋼和低碳鋼的終渣∑（ FeO）含量，提高金屬和合金收得率并減輕對(duì)爐襯的浸蝕。 吹煉后期因脫碳減慢，產(chǎn) 生噴濺的威脅較小，這時(shí)的基本任務(wù)是要進(jìn)一步調(diào)整好爐渣的氧化性和流動(dòng)性，繼續(xù)去除磷和硫，準(zhǔn)確控制終點(diǎn)。為防止中期爐渣“返干”而又不產(chǎn)生噴濺，槍位應(yīng)控制在使渣中∑（ FeO）含量保持在 10～ 15％的范圍內(nèi)。渣中∑（ FeO）降低過，則會(huì)使?fàn)t渣顯著變粘，影響磷、硫的繼續(xù)去除，甚至發(fā)生回磷。這時(shí)，不僅吹入的氧全部消耗于碳的氧化，而且渣中的氧化鐵也被消耗于脫碳。 加入的石灰化完后，如果不繼續(xù)加入石灰，就應(yīng)當(dāng)適當(dāng)降槍，使渣中∑（ FeO）適當(dāng)降低，以免在硅、錳氧化結(jié)束和熔池溫度上升后強(qiáng)烈脫碳時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重噴濺。 SiO2，阻礙石灰的溶解；還因熔池未能被爐渣良好覆蓋，產(chǎn)生金屬噴濺。所以，在溫度正常時(shí)，除適當(dāng)加入螢石或氧化鐵皮等助熔劑外，一般應(yīng)采用較高的槍位，使渣中的∑（ FeO）穩(wěn)定在 25～ 30％的水平。 吹煉前期的特點(diǎn)是硅迅速氧化，渣中 SiO2的濃度大和熔池溫度不高。為了保證 57 爐底不受損壞，要求氧氣流股的穿透深度（ h 穿 ）與熔池深度（ h 熔 ）之比要小于一定的比值。 噴槍高度范圍的經(jīng)驗(yàn)公式為 ： H =（ 25～ 55） d 喉 （ 37） 式中： H —— 噴咀距溶池面的高度，毫米； d 喉 —— 噴咀喉口直徑，毫米； 由于三孔噴咀的氧氣流股的鋪散面積比單孔的噴咀要大，所以三孔噴槍的槍位可比單孔噴槍的低一些。氧槍高度可按經(jīng)驗(yàn)確定一個(gè)控制范圍，然后根據(jù)生產(chǎn)中的實(shí) 際吹煉效果加以調(diào)整。由此可見，只有合適的槍位才能獲得良好的吹煉效果。但槍位過低，則不利于成渣，也可能沖擊爐底。根據(jù)氧氣射流特性可知，當(dāng) 氧壓一定時(shí)， 槍位越低，氧氣射流對(duì)熔池的沖擊動(dòng)能越大，熔池?cái)嚢杓訌?qiáng)，氧氣利用率越高，其結(jié)果是加速了爐內(nèi)脫硅、脫碳反應(yīng)，使渣中（ FeO）含量降低，表 3表 39的數(shù)據(jù)說明這種結(jié)果。 槍位 槍位是指由氧槍噴頭出口到靜止熔池表面之間的距離。 噴嘴前的氧壓與流量有一定關(guān)系，若已知氧氣流量和噴嘴尺寸， p0 是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出來的。從圖 3— 4 可以看出，當(dāng) p0 時(shí)，隨氧壓的增加，氧流速度顯著增加；當(dāng) p0 以后， 氧壓增加，氧流出口速度增加不多。 圖 3— 3 氧槍氧壓測(cè)定點(diǎn)示意圖 圖 3— 4 氧壓與出口速 度的關(guān)系 56