氧气转炉——喷溅

氧气转炉——喷溅1．氧气转炉炼钢相关知识一个世纪以前，英国H. 贝氏麦1856年在登记贝氏麦酸性转炉炼钢法专利时，就提出用纯氧炼钢的重要意义。

到上个世纪末，德国的K. V. 林德肯首先生产可供工业使用的氧气。

1930年，德国南部马克西米利安（Maxhutte）厂在托马斯转炉试验30%富氧炼钢。

1947年，R. 杜勒（R. Durrer）和他的同事H. 赫尔瑞格（H. Hellhrugge）在瑞士格拉费根（Gerlafigen）钢厂2.5t转炉上进行顶吹氧试验。

奥地利联合钢铁公司在奥地利林茨（Linz）2t和5t的转炉上进行试验并于1949年10月获得成功， 1952年建于林茨的一个容量为30t 的工厂建成开工生产。

过了一年，奥地利阿尔卑斯矿业公司在多那维茨（Donawitz）也建了一个工厂开始生产，并把这种炼钢法命名为LD氧气顶吹转炉炼钢法。

他是世界炼钢技术的一次巨大变革。

1.1氧气转炉炼钢的发展1956年转炉炼钢占世界钢产量的1%，1961年占到6%，1967年已经超过平炉钢，1973年的调查结果表明，转炉钢的生产能力已达到3.66亿吨，计划与在建的生产能力为1亿吨。

世界各种炼钢方法产量比例如表1-1，1978年～1996年我国各种炼钢方法构成如表1-2。

表1-1 世界各种炼钢方法产量比例（%）炼钢方法1950年1970年1980年1990年1993年1996年托马斯转炉16.0 3.8氧气转炉43.0 54.0 57.5 59.5 60.2 平炉77.5 39.0 24.0 15.0 9.6 6.5 电弧炉 6.5 14.2 22.0 27.5 30.9 32.9表1-2 1978～1996年我国各种炼钢方法构成一览表1.2供氧制度供氧制度就是使氧气流股最合理的供给熔池，创造良好的物理化学反应条件。

因此，供氧制度的内容包括确定合理的喷嘴结构、供氧强度、氧压和枪位操作。

1.2.1氧枪喷嘴的类型及特点熔池供氧的主要设备是氧枪。

氧枪由喷嘴和枪身两部分组成，并通过水冷。

喷嘴的结构有整体式和组合式，大多数喷嘴是紫铜锻造后切削加工而成，也有直接铸造成型的。

枪身是无缝钢管，喷嘴和枪身通过螺纹或焊接等方式与枪身相连接。

高压氧气在输送管道中的流动速度较低，在60m/s以下。

氧气流通过喷嘴后，形成流速为450m/s以上的超音速氧气射流，其流速为音速的两倍左右。

射流是指高压气体从喷嘴喷出后形成的定向流股。

显然，喷嘴就是压力-速度的能量转换器，也就是将高压低速氧气流转化为低压高速的氧射流。

合理的喷嘴结构应使压力能最大限度地转换成速度能，同时喷出的氧流应该满足吹炼的要求。

在工艺操作上反映是：化渣速度快、不喷溅、不粘枪、不烧枪、枪位稳定，便于控制。

目前所用氧枪喷嘴都是拉瓦尔管结构。

拉瓦尔管就是收缩-扩张型，能够产生超音速气流的喷嘴。

在拉瓦尔管中，气流在喉口处速度等于临界条件的音速，在出口处达到超音速。

拉瓦尔型喷嘴能把压力能最大限度地转换成速度能，获得最大流速的氧射流。

根据喷嘴的孔数可以分为单孔喷嘴和多孔喷嘴。

LD最初采用的是直上直下的单孔拉瓦尔型喷嘴，随着供氧强度的增大，喷溅现象趋于严重，而且渣料的熔化速度很慢，于是出现了多孔喷嘴。

1.2.1.1单孔拉瓦尔喷嘴1.2.1.2多孔拉瓦尔喷嘴多孔喷嘴的优点：提高的供氧强度和冶炼强度；增大了冲击面积，化渣好；操作平稳，不易于喷溅。

A 三孔喷嘴我国小型转炉一般采用三孔喷嘴，它的优点是三个小孔都是拉瓦尔型喷嘴，使用它的结论是吹炼强度高，热效率稳定，同时枪龄也较高，但加工比单孔喷嘴复杂。

B四孔以上喷嘴我国120t以上中、大型转炉采用四孔、五孔喷嘴。

四孔、五孔喷嘴的使用效果是令人满意的。

五孔以上喷嘴由于加工不便，因此，应用较少。

对多孔喷头而言，喷孔出口在喷头端面上的分布对喷头性能影响很大。

夹角过大会使喷头冲击能力减弱，降低气流对熔池的搅拌力，从而影响冶炼速度；而夹角过小又不利于化渣，同时三孔射流有可能产生交汇现象，恶化气流品质。

国内部分厂家氧枪喷头喷孔倾斜角度喷孔倾斜角度推荐值1.2.2氧气流量与供氧强度A 氧气流量氧气流量Q是指在单位时间t内向熔池供氧的数量V。

氧气流量是根据吹炼每吨钢所需要的氧气量、金属装入量、供氧时间等因素来确定的，即：Q＝V/t式中Q——氧气流量（标态）；V——炉钢的氧耗量（标态）；t——炉钢吹炼时间。

梅山最大供氧强度为32000Nm3/min，正常供氧强度30000Nm3/min。

每孔平均流量(Nm 3/min)B 供氧强度供氧强度I 是单位时间内每吨金属氧耗量，可由下式确定：I =Q /T式中 I ——供氧强度（标态）； Q ——氧气流量（标态）； T ——一炉钢的金属装入量。

C 供氧操作供氧操作是指调节氧压或枪位，达到调节氧气流量、喷头出口气压及射流与熔池的相互作用程度，以控制化学反应进程的操作。

供氧操作分为恒压变枪、恒枪变压和分阶段恒压变枪几种方法。

1.3 造渣制度造渣制度就是要确定合适的造渣方法、渣料的加入数量和时间，以及如何加速成渣。

转炉炼钢造渣的目的是：去除磷硫、减少喷溅、保护炉衬、减少终点氧。

1.3.1 造渣方法造渣方法有单渣操作、双渣操作、留渣操作等。

1.3.1.1单渣操作单渣操作就是在冶炼过程中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣、直到终点出钢。

单渣操作工艺简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现自动控制。

单渣操作的脱磷效率在90%左右，脱硫效率在35%左右。

当铁水Si 、P 、S 含量低，或者钢种对P 、S 要求不严格，以及冶炼低碳钢种时，均可采用单渣操作。

1.3.1.2双渣操作双渣操作是在冶炼途中倒出或扒除1/2～2/3熔渣，然后加入渣料重新造渣。

双渣操作对钢的质量、消耗以及炉衬都十分不利，现在除冶炼低锰钢外已经很少采用。

1.3.1.3留渣操作留渣操作就是将上炉终点熔渣的一部分或全部留给下炉使用。

终点熔渣的碱度高，温度高，并且有一定TFe 含量，留到下一炉有利于初期渣及早形成，并能提高前期去除P 、S 的效率，有利于保护炉衬，节省石灰用量。

在留渣操作时，兑铁水前首先要加石灰或小块废钢稠化熔渣，避免兑铁水时产生喷溅。

1.3.2 渣料加入量确定 1.3.2.1石灰加入量确定铁水磷含量较低（w [P]<0.30%）时，按下式计算石灰量：[]1000i a i 14.2t /kg 2⨯⨯⨯-⨯R O S R O C S ，石灰）（，石灰）（）＝石灰加入量（ωωω式中 2.14——SiO 2与Si 的相对分子质量之比值，它的含义是1kg Si 氧化后生成2.14kg SiO 2；R ——炉渣碱度，)()(2SiO m CaO m R =；w (CaO ，石灰)－R×w (SiO 2，石灰)——石灰中的有效氧化钙。

其中R×w (SiO 2，石灰)相当于石灰中的SiO 2占用CaO 量。

铁水磷含量较低（w [P]>0.30%）时，按下式计算石灰量：[]1000i a ][29.2i 14.2t /kg 2⨯⨯⨯-⨯+⨯R O S R O C P S ，石灰）（，石灰）（）＝石灰加入量（ωωωω式中 2.29——P 2O 5与P 的相对分子质量之比，它的含意为1kg P 氧化生成2.29 kg P 2O 5。

若采用部分矿石冷却时，应根据矿石加入量及矿石成分补加石灰。

除了加入矿石需补加石灰外，加入萤石、贫锰矿、白云石、菱镁矿、煤块、硅石等含SiO 2的辅原料，都应该补加石灰，补加量可用下式计算：，石灰）（，石灰）（，石灰）（＝）（料应该补加石灰加入量的辅原含菱镁矿、煤块、硅石等白云石、矿石、萤石、贫锰矿、每222i a i t /kg i kg 1O S R O C O S R O S ωωω⨯-⨯1.3.2.2萤石加入量确定萤石作为助熔剂的优点是化渣快，效果明显，但用量过多，对炉衬有侵蚀作用，对环境也有污染，有时容易形成严重泡沫渣而造成喷溅。

另外，萤石也是贵重资源，要尽量少用。

1.4 装入制度装入制度就是确定转炉合理的转入量，合适的铁水废钢比。

转炉的装入量是指住原料的装入数量，它包括铁水和废钢。

在确定合理的装入量时，必须考虑一下因素： （1） 要有合适的炉容比。

以V （m 3）表示转炉的工作容积，以T （t ）表示公称吨位，两者的比值V /T （m 3/t ）称之为炉容比。

（2） 合适的熔池深度。

（3） 对于模铸车间，装入量应与锭型配合好。

合金吸收率（％）－合金用量钢水收得率（％）失钢锭支数＝浇注必要损钢锭单重装入量＝⨯⨯氧气顶吹转炉得装入制度有：定量装入制度、定深装入制度和分阶段定量装入制度。

定量装入制度就是在整个炉役期间，每炉得装入量保持不变，这种装入制度的优点是：便于生产组织，操作稳定，有利于实现过程自动控制，但炉役前期熔池深、后期熔池变浅，只适合大吨位转炉。

分阶段定量装入即在一个炉役期间，按炉膛扩大的程度划分为几个阶段，每个阶段定量装入。

分阶段定量装制度既大体保持了整个炉役中具有比较合适的熔池深度，又保持了各个阶段转入量的相对稳定，既能增加装入量，又便于组织生产。

定深装入制度即每炉熔池深度保持不变，此装入制度生产组织困难。

2．转炉新技术应用顶底复合吹炼兼有顶吹转炉合底吹转炉的冶金特点。

顶底复吹的分类：按照从底部吹入气体的性质：（1）吹入惰性气体Ar、N2、CO2或者它们的混合气体。

（2）底部吹入氧气或氧气加石灰粉。

按照底部吹入形式：（1）透气砖法。

（2）双层套管喷嘴法。

顶底复吹取得的技术经济效果：（1）炉渣氧化性明显降低；（2）钢液中残锰量明显提高；（3）脱磷脱硫反应非常接近平衡，有较高的磷和硫的分配系数；（4）吹炼平衡、喷溅量少，提高金属收得率；（5）提高钢的质量，扩大品种；（6）提高转炉的废钢比。

1.用静态模型与终点前副枪检测动态控制相结合控制工氧操作2.用炉气定碳仪控制供氧操作3.声纳仪和氧枪振动仪的应用4.高强度用氧5.氧枪冷却用加药剂处理的循环水6.采用PLC监控系统现代转炉炼钢重要技术铁水预处理铁水脱硫(1)铁水脱硫的优点铁水中碳、硅含量高,提高硫的反应能力,从而有利脱硫；铁水中氧含量低,提高渣、铁之间的硫分配比,脱硫效率高；铁水脱硫因其较好的动力学条件,脱硫剂利用率高,而且脱硫速度快；铁水脱硫费用低,如高炉、转炉、炉外精炼每脱除1kg硫,其费用分别约为铁水脱硫的2.6倍、16.9倍和6.1倍；铁水脱硫对提高炼铁和炼钢的生产能力、节约工序能耗、降低成本都有利。

(2)铁水脱硫的主要方法①投入法,它有较好的脱硫效果。

②铁水容器转动搅拌脱硫法,铁水搅拌可以扩大脱硫反应界面,加速反应物质的传输过程,从而提高了反应速度。

它分为转鼓法和摇包法。