1、课程结构第一讲 绪论和转炉炼钢用原材料绪 论一、转炉炼钢用原材料本讲小结：第一讲 绪论和转炉炼钢用原材料绪 论1、钢铁在国民经济中的重要性钢铁工业是国家的基础工业之一，钢铁产量是衡量一个国家工业水平和生产能力的主要标志，钢铁是使用最多的金属材料，钢铁的质量和品种对国民经济其它工业部门产品的质量，都有着极大的影响。2、钢与生铁的区别钢与生铁都是以铁元素为主，并含有少量碳、硅、锰、磷、硫等元素的铁碳合金。根据碳元素含量的不同而区分为钢和生铁，一般，含碳量在2%43% 的为生铁，含碳量在003% 2%为钢，如果含碳量小于003%称为纯铁。钢铁中常见元素的含量见表1-1 。表1-1 钢铁中常见元素的含
2、量，%生铁含碳较高，其性质硬而脆，不能锻造。钢具有比生铁更好的综台机械性能，如有较高的机械强度和韧性；若在钢中添加一些合金元素，则可得到特殊性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐酸钢等等。若对钢进行热处理可在颇大范围内改变同一成分钢的性能。3近代炼钢方法及其优缺点1885年贝塞麦法,即酸性空气底吹转炉炼钢法。优点：不需要外加热源。缺点：不能去除磷、硫。此法只适合用低磷、硫的铁水作原料。1878年托马斯法，即碱性空气底吹转炉炼钢法。优点：能够脱磷。可用高磷铁水吹炼。缺点：只适合于处理一定成分的铁水。用空气炼，大量热量消耗于加热空气中的氮，不能大量加入废钢。1865年平炉炼钢法。优点：原料的适应性强，冶炼
3、品种广，钢的质量好，熔炼过程容易控制。缺点：热效率低，冶炼一炉钢时间长，生产率低。1952年顶吹氧气转炉炼钢优点：（1）生产率高（2）原料适应性好（3）冶炼的钢质量好、品种多（4）基建投资少、建设速度快（5）原料消耗少，热效率高、成本低（6）利于自动化生产和开展综合利用1968年氧气底吹转炉：底吹氧与相比，具有对熔池搅拌强烈，脱磷能力强，能冶炼超低碳钢，铁和锰地氧化损失较少，炉内反应平稳，减少钢渣喷溅，脱氧、脱磷效果好，能用高磷生铁吹炼，更接近平衡态等优越性，曾受到很多国家重视。顶底复合吹炼：在及底吹氧气的基础上，出现了顶底复合吹炼转炉炼钢法，既有的特点又有底吹转炉的特点，又克服了各自的不足，
4、因此，得到迅速发展。1904年电炉炼钢法：它以废钢作为主要原料，通过电弧加热获得高温，可控制炉内气氛，特别是适合冶炼合金钢，尤其是高级合金钢和特殊钢，被各国普遍采用，产量稳定增长。近年来，有些国家用大型超高功率电弧炉（容量最大已达400） ，生产普通碳素钢，与氧气转炉炼钢相竞争。钢液炉外精炼：是近代炼钢的新技术，把传统的炼钢工艺分成两步，先在初炼炉（转炉或电炉）内进行熔化和粗精炼，然后把钢液移至钢包或专用容器中进一步精炼。一、转炉炼钢用原材料炼钢用原材料可分为金属和非金属料两类。金属料主要指铁水，废钢和铁合金；非金属材料主要指造渣料，氧化剂，冷却剂和增碳剂等。1金属料（1）铁水占总装入量的70
5、%100% ，铁水的物理热和化学热是氧气转炉炼钢的唯一热源。所以铁水的温度和化学成分是否合适、稳定，对转炉炼钢获得良好的技术经济指标是十分重要的。转炉炼钢对铁水的质量要求铁水温度要高：要求12501300 （也可以放宽到1200 ） 。温度高低对兑入废钢比有影响。铁水化学成分：希望能对铁水进行预处理，成为高碳、低硅、低磷、低硫的铁水。（2）废钢废钢分外来废钢和返回废钢二大类。氧气顶吹转炉吹炼时，可以加入多达30%的废钢。作为调整吹炼温度的冷却剂。（3）铁合金转炉常用的铁合金：锰铁、硅铁、铝及复合脱氧剂 Mn-Si。冶炼合金钢还要用钢种需要的铁合金，如 Fe-Cr、Fe-W、Fe-Mo 等。根据
6、脱氧要求，使用 Ca-Si、Cr-Si 、Al-Mn-Si 等复合脱氧剂。通常同一合金的不同牌号中，元素含量越高、碳磷含量越低，价格越高。2非金属料（1）石灰：是碱性炼钢炉的主要造渣材料。炼钢用石灰的基本要求如下： 石灰成分要求 CaO%含量高、SiO 2%和 S%含量低。一般要求石灰的有效碱 CaO 有效8085%（%CaO 有效 =%CaO 石灰 -B%SiO2石灰 ） ，石灰 “活性”指标好。 “活性”是指石灰在熔渣中溶解速度的指标，即作为衡量石灰和其它物质发生反应的能力。 “活性” 石灰晶粒细小，气孔率高，呈海绵状，活性石灰加入熔池后，熔化快、成渣早、渣量少，能够提早脱除磷、硫，操作顺
7、利。石灰容易吸收水分而粉化。应尽量使用新烧成的石灰，使用前对石灰进行高温烘烤。石灰块度一般为540毫米（转炉）为宜。（2）白云石：白云石的化学组成为 CaMg（CO 3） 2的矿物，用白云石造渣可增加渣中 MgO 含量，减少炉渣对炉衬的侵蚀和熔损。但在造渣时要发生分解反应，吸收热量。影响废钢加入量。为此，有条件的厂宜使用轻烧白云石。所谓的轻烧白云石是将生白云石在9001200焙烧，使其分解出大部分CO2。（3）萤石：萤石主要作用是迅速稀释炉渣而不降低碱度。能够加速石灰的溶解,迅速提高碱性熔渣的流动性。萤石稀释炉渣的作用持续时间不长，萤石用量多，渣子过稀，会严重侵蚀炉衬。另外，在氧气顶吹转炉内过
8、多地使用萤石还会造成严重的喷溅。（4）合成渣料合成渣料熔点低（11801360） ，碱度高（CaO/SiO 2=513） ，粒度小，成分混合均匀且能在高温下爆裂。加入转炉后极易熔化快速成渣。（5）铁矿石和氧化铁皮铁矿石主要成分为 Fe2O3、Fe 3O4，用来改善脱磷条件及控温。氧化铁皮使用前要烘烤干燥，去除水分和油污。3炼钢用气体（1）氧气氧气是氧气转炉炼钢的主要氧化剂。（2）氮气和氩气作为复合吹炼转炉的底吹搅拌用气。（3）二氧化碳和一氧化碳也是复合吹炼转炉底吹搅拌用气。（4）天然气可用作底吹用气，既可搅拌熔池，又能助燃。本讲小结：（1）现代炼钢方法主要有两大类：1）高炉顶吹（复吹）氧气转炉
9、 炉外精炼铸（锭）坯；2） 废钢电弧炉 炉外精炼 铸（锭）坯。（2）氧气顶吹转炉炼钢：原材料为铁水，热源是铁水中 元素化学反应热，冶炼速度快、产量高，品种主要是低碳钢和部分合金钢。（3）电弧炉炼钢：原材料为固体废钢，热源主要是电能，钢质量好、品种多、主要是冶炼优质合金钢；采用高功率和超高功率后，冶炼速度快、电耗低，可与转炉竞争，与炉外精炼相配合可冶炼优质碳素钢、低合金钢和高级优质合金钢。（4）炉外精炼：精炼的手段有真空、吹氩、搅拌、加热、喷粉、微调合金等。常见的精炼方法有真空脱气法（RH 法和 DH 法） 、钢包炉精炼法（LF 法和 ASEA- SKF 法）真空氧气脱碳法（VOD 法） 、氩氧
10、脱碳法（AOD 法）以及各种喷粉法。（5）转炉炼钢用的原材料主要有：金属料 ： 铁水，废钢和铁合金；非金属材料：造渣 料，氧化剂，冷却剂和增碳剂等。炼钢用气体：主要为氧气、氩气和氮气。（6）对铁水要求：铁水温度要高 ；铁水化学成分要合适稳定，希望为高碳、低硅、低磷、低硫的铁水。（7）炼钢用石灰的基本要求：石灰的有效碱 CaO 有效 高石灰的 “活性”指标好使用前对石灰进行 高温烘烤。课程结构第二讲 氧气转炉内的基本反应一、炼钢的基本任务二、转炉内的基本反应及吹炼过程五大元素的变化规律本讲小结：第二讲 氧气转炉内的基本反应内容介绍：本讲分内容分为三部分：1炼钢的基本任务2炉内的基本反应，重点是碳
11、氧反应3吹炼过程中五大元素的变化规律一、炼钢的基本任务炼钢的基本任务为脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去气、去夹杂物，调整钢的化学成分和调整钢水温度。可归纳为“四脱二去二调整” 。二、转炉内的基本反应及吹炼过程五大元素的变化规律碳、硅、锰、磷、硫是钢中的重要元素，统称为钢中五大元素，在13001400它们氧化的次序该是：SiMnCFePS1Si、Mn 的氧化在冶炼初期硅的氧化反应 进行 得很激烈，锰的氧化反应也很容易进行。只有在硅、锰元素被大量氧化后，磷和碳的氧化反应才能充分进行。（1）钢中硅的氧化直接氧化。反应式如下：Si+O2=（SiO 2）kJ/mol在碱性炼钢条件下，当炉渣形成后，反应式如下：
12、Si+2（FeO） +（CaO）=（ CaO*SiO2）+2Fe kJ/mol硅实际上几乎全部被氧化。而生成的 CaO*SiO2很稳定，不会发生硅的还原。在氧气转炉炼钢中，开吹几分钟内硅即迅速被氧化完毕，并放出大量的热。（2）钢中锰的氧化Mn+1/2O2=（MnO）Mn+O=（MnO）Mn+（FeO）=（MnO ）+Fe第三个反应是在炉渣和金属界面上进行的，是锰氧化的主要反应。在氧气转炉冶炼时，锰和硅一样在开吹后的几分钟内迅速被氧化，但随着渣中（MnO）含量增高和熔池温度的升高会出现回锰现象。也就是说当铁水中含锰较高或减少放渣次数时, 钢中残锰即会升高。（3）吹炼过程中 Si、Mn 成分的变化
13、1）吹炼初期，硅、锰迅速被氧化，进一步吹炼时硅的含量基本不变。2）吹炼中后期，由于熔池温度升高，渣碱度高，有可能使锰从渣中还原出来。温度和渣碱度越高，回锰也越高（余锰高） 。3）吹炼末期，渣中含量提高，会使锰重新氧化。2碳的氧化（1）氧气转炉内碳氧反应式及反应区碳氧反应主要通过间接氧化完成，反应式为：C+O=CO碳氧反应 CO 气泡的生成地点，大致可分为下列五种情况：1）高速氧流作用区。2）炉渣-金属界面：3）金属-炉渣-气体乳浊液：4）炉底与炉衬的粗糙表面：5）沸腾熔池中的气泡表面：（2）吹炼过程的脱碳速度 吹炼第 期（即吹炼初期）：碳的氧化速度很小，随着熔池Si的降低，脱碳速度增大。当熔池
14、温度升到1458碳开始氧化，当温度升到1480 时碳才激烈氧化。吹炼第 期：此时熔池温度已大于1500 ，是碳激烈氧化的阶段，脱碳速度基本不变，随着供氧量的增加，脱碳速度加快。供氧量越大脱碳速度越大。最大可达（0305）%C/分。vc=k%O吹炼第 期：当 C降到02%以后，供氧量已不是控制环节，主要取决于C 的扩散。所以vc 和C含量成正比。因此，随着%C的降低，脱碳速度 vc 减小。vc=k%C把脱碳速度 vc 取决于供氧量的高碳范围和脱碳速度 vc 取决于C扩散的低碳范围之间的碳的交界值，称为临界含碳量 C 临。即%CC 临 vc=k%O%CC 临 vc=k%C临界含碳量愈低，脱碳愈容易
15、, 在常压条件下，临界含碳量 C 临 =015%020%。（3）LD 炉中的脱磷石灰脱磷的反应写成下列形式：2P+5（ FeO） +3（CaO ）= （ Ca3P2O8）+5Fe或2P+5 （ FeO）+4（CaO）=（Ca 4P2O9）+5Fe 脱磷要求熔渣高碱度、高（FeO ）含量、偏低温度，大渣量（必要时采用换渣操作） ，炉渣的流动性要良好。吹炼前期：熔池温度偏低，对脱磷极为有利。吹炼中期：熔池温度升高，碳激烈氧化，强烈地消耗渣中 FeO 含量，使（FeO）降到7%10%不仅碱度上升迟缓，而且出现所谓“返干” 现象。所以这阶段P变化不大，甚至出现回磷现象。吹炼末期：熔池温度虽然达到最高，
16、但由于高碱度、高 FeO 炉渣已造好，特别是脱碳速度已大为降低。所以这阶段对脱磷也是有利的，使P 进一步降低。必须指出，采用脱磷处理的铁水，吹炼过程中不必考虑脱磷。防止回磷当出钢温度高，渣碱度低，或钢水严重侵蚀钢包砖衬，尤其是当钢水接近浇完时回磷更严重。防止回磷的措施有：减少金属在钢包内停留时间；提高钢包内渣层的原始碱度；用碱性包衬；用挡渣球、滑动水口等机械方法防止下渣。（3）LD 炉中脱硫脱硫反应式FeS+ （CaO）=（CaS ）+（ FeO）促进脱硫反应的基本要素是高温、造高碱度、低 FeO 熔渣。转炉中是无法同时达到这三个要求的，特别是低 FeO 这一条件在整个吹炼过程中都做不刭。所以
17、转炉炼钢的脱硫能力是有限的。为此应对铁水进行脱硫预处理，提高转炉冶炼的技术经济指标。本讲小结：1炼钢的基本任务是：四脱（脱碳、脱磷、脱硫、脱氧）二去（去气、去夹杂物）二调整（调整成分、调整温度）2转炉内的基本反应（）Si、Mn 的氧化直接氧化：Si+O 2=（SiO 2）Mn+1/2O2=（MnO）碱性渣形成：Si+2（FeO） +（CaO）=（ CaOSiO2）+2FeMn+（FeO）=（MnO ）+Fe在碱性渣下 Si、Mn 迅速被氧化，Si 不会被还原；Mn 会随着温度升高、炉渣碱度增加而被还原。（2） 氧气转炉内碳氧碳氧反应主要通过间接氧化完成，反应式为：C+O=CO氧气转炉内碳氧反应
18、 CO 气泡的生成地点主要是在金属-炉渣- 气体乳浊液：其次在高速氧流作用区。吹炼过程的脱碳速度：%CC 临 vc=k%O%CC 临 vc=k%C（）脱磷的反应2P+5（ FeO） +3（CaO ）= （ Ca3P2O8）+5Fe或2P+5 （ FeO）+4（CaO）=（Ca 4P2O9）+5Fe脱磷要求熔渣高碱度、高（FeO ）含量、偏低温度，大渣量（必要时采用换渣操作） ，炉渣的流动性要良好。防止回磷的措施有：减少金属在钢包内停留时间；提高钢包内渣层的原始碱度；用碱性包衬；用挡渣球、滑动水口等机械方法防止下渣。（）脱硫反应式FeS+（ CaO）=（CaS ）+（ FeO）促进脱硫反应的基本
19、要素是高温、造高碱度、低 FeO 熔渣。转炉中是无法同时达到这三个要求的，特别是低 FeO 这一条件在整个吹炼过程中都做不刭。所以转炉炼钢的脱硫能力是有限的。为此应对铁水进行脱硫预处理，提高转炉冶炼的技术经济指标。3吹炼过程五大元素的变化规律（）吹炼初期：Si、Mn 迅速被氧化；碳氧反应微弱；脱磷有利，去硫甚少。（）吹炼中期：可能产生回 Mn、回磷；C-O 反应激烈，脱碳速度与供氧强度成正比；硫少量去除。（）吹炼后期：Mn 可进一步被氧化；脱碳速度随C后含量降低而减小；磷、硫可进一步降低。必须指出：脱磷取决于造渣好坏，脱硫量总体而言是很少的。课程结构第三讲 装料及供氧一、装料二、供氧本讲小结：
20、第三讲 装料及供氧内容介绍：本讲分为二大部分一、装料：1确定装入量的原则2介绍装入制度3装料操作二、供氧1顶吹氧射流与熔池间的相互作用：讲述枪位、硬吹、软吹等基本概念，以及向金属熔池传氧的方式2供氧量及供氧强度3氧枪操作原则及基本枪位法一、装料1装入量装入量过少，炉子产量低，使熔池过浅，炉底容易受氧流的冲击作用而过早损坏，甚至烧穿炉底，造成漏钢事故；装入量过多，熔池过深使搅拌效果差，造渣困难，喷溅严重，金属损失增加，冶炼时间延长，炉衬特别是炉帽寿命低。因此，对于不同的转炉或同一转炉在不同的炉役期，应有不同的装入量。确定装入量时要考虑以下因素：合适的炉容比。炉容比是指转炉炉膛容积与装入量之比。用
21、符号 V/t 表示。一般为0810米3/吨。炉容比过小，即装入量过多，熔池过深；炉容比过大，即装入量过少，产量过低，熔池过浅。合适的熔池深度。既要保证使熔池能得到激烈而均匀地搅拌，又不使氧流冲刷炉底。所以熔池静止深度必须大于氧流股对熔池的最大冲击深度。模铸时要与钢锭重量相配合。即装入量应保证扣除吹炼和浇铸过程中的金属损失后，钢水量是单支钢锭重量的整倍数。2装入制度炉料装入制度有以下三种：（1）定量装入：每炉装入量不变。（2）定深装入：随着炉子容积不断扩大，逐渐增大装入量，保持熔池深度不变。（3）分阶段定量装入：在整个炉役期间，根据炉膛容积扩大的程度，分为若干个阶段，在每个阶段内实行定量装入。大
22、型转炉一般采用定量装入，中、小型转炉普遍用分阶段定量装入，而定深装入法实际上是不采用的。3装入操作一般是先兑铁水，后装废钢，废钢装入量不超过30%，我国废钢加入量平均为100150kg/t。如果采用溅渣护炉技术，用炉内残渣预热废钢，则先加部分石灰，再装废钢，最后兑铁水。防止兑铁水喷溅。兑铁水应先慢后快，以防引起剧烈的碳氧反应，造成铁水大量飞溅，酿成事故。二、供氧向熔池内吹入工业纯氧是炼钢过程中供氧最主要的方法。转炉炼钢时，使用出口为拉瓦尔型的多孔或单孔的喷枪。高压氧气是经水冷喷枪从熔池面上某一距离吹入的。为使氧流有足够的能力穿入熔池，氧气的使用压力为0612MPa，氧流出口速度可达450500
23、米/秒。1顶吹氧射流与熔池间的相互作用（1）冲击熔池。形成冲击深度和冲击面积高速氧流冲击熔池时的接触面积称为冲击面积。这是转炉内各种相互作用最活泼的地区，称为一次反应区。高速氧流冲击熔池时冲击出来的凹坑的最低点到静止液面之间的距离称为冲击深度。（2）氧射流对熔池的搅拌氧射流对熔池的冲击力度与氧压大小和枪位高低有关。转炉中以氧枪喷头至平静熔池面的距离表示枪位。这个距离较大时称枪位高，反之称枪位低。采用高枪位（喷头离液面较远）或较低氧压。氧流对液面的冲击压力较低，金属液面被冲击成一个深度较小而面积较大的浅坑。此时金属的循环运动较弱且较平稳，这种情况一般称为“软吹”。采用低枪位（喷头离液面较近）或高
24、氧压。金属液面被氧流冲击成一个深坑，产生一个范围较窄、深度较大的作用区，作用区的温度可达22002700,一部分金属被粉碎成细微液滴，从切线方向喷出来，而熔池本身受到强烈的搅拌而进行循环运动，这种情况一般称为“硬吹”。（3）氧射流和熔池之间的相互破碎在氧射流和碳氧反应生成的 CO 气体的共同作用下，发生射流与金属、熔渣之间的相互破碎，使大量细小的金属液滴和渣滴相互掺混，高度弥散，即出现了强烈的乳化过程。并形成金属一熔渣乳浊液，使各相之间的接摘面积剧烈增大，从而使冶炼过程快速进行。（4）向金属熔池传氧硬吹时：金属液滴的传氧，乳浊液传氧；软吹时：主要是氧经熔渣传入钢液的间接传氧。2供氧量和供氧强度
25、供氧量：是指单位时间内通过氧枪向熔池喷射的氧气体积。其单位为标米3/分或标米3/ 小时。供氧量又叫 氧气流量。供氧时间：50吨以下转炉取1216分，50120吨至吨转炉取1618分，120吨以上转炉取1820分。供氧强度：是指单位时间内每吨金属的耗氧量。单位为标米3/分吨。供氧强度一般为2540。3氧枪操作采用恒压变枪操作。即在吹炼一炉钢的过程中，氧压保持不变，只变化枪位。优点是操作简单、灵活，吹炼时比较稳定。恒压变枪操作时，通常把吹炼过程中的枪位分为基本枪位、高枪位和低枪位三种。枪位高低根据以下因素而定：（1）吹炼前期：吹炼前期枪位的确定原则是早化渣、多去磷。所以应采用较高的枪位，使渣中的（
26、FeO）稳定在（2530 ）% 的水平，但枪位也不能过高，以免产生严重喷溅。最佳枪位应当是炉渣刚到炉口而又不喷出。化渣后，随着硅、锰氧化，熔池温度上升，应适当降低枪位，防止产生喷溅。（2）吹炼中期：吹炼中期枪位的控制原则是不喷溅、化好渣、快速脱碳和熔池均匀升温。应降低枪位。为防止中期炉渣“返干”而又不产生喷溅，枪位也不能过低，应控制在使渣中（FeO）含量保持在（1015）%的范围内。所谓炉渣 “返干”是指渣中（ FeO）含量降低过多会使炉渣显著变粘。出现炉渣“ 返干” 现象，这会影响磷、硫的继续去除，甚至发生回磷。（3）吹炼后期：可分成提枪和降枪两个阶段。主要任务是调整好炉渣的氧化性和流动性，
27、继续去除磷,同时通过高温、高碱度炉渣去除硫，准确控制终点。所以后期应首先适当提枪化渣，而在接近终点拉碳前，再适当降枪，以加强熔池搅拌，均匀熔池温度和成分，稳定火焰，便于判断终点。并使终渣中（FeO）含量降低，提高金属和合金收得率，减轻对炉衬的侵蚀。目前大型氧气顶吹转炉使用得较多的是基本枪位操作法。操作时以基本枪位为主线，上下波动200300mm。全程紧抓基本枪位，开吹或炉渣返干时适当提枪 100150mm ，化渣完毕后即回到基本枪位上。喷溅时适当压枪100mm 左右，正常时回到基本枪位。此外还有采用三段式、四段式、六段式枪位操作，不一一介绍。本讲小结：一、装料1确定装入量时要考虑以下因素：（1
28、）合适的炉容比。（2）合适的熔池深度。2炉料装入方法有以下三种：定量装入、定深装入和分阶段定量装入。大型转炉一般采用定量装入，国内中、小型转炉普遍使用分阶段定量装入，而定深装入法实际上是不采用的。3氧气顶吹转炉的装料顺序：一般情况下是先加废 钢后兑铁水，先加废钢可使炉内残留的炉渣及钢水温度降低，再兑入铁水时，可大大减缓碳氧反应速度，避免大喷。二、供氧（1）氧气顶吹转炉的枪位是指氧枪喷头至平静熔池面的距离。（2）硬吹：低枪位操作，熔池面被氧流冲击成一个深坑，产生一个范围较窄、深度较大的作用区，熔池受到强烈的搅拌而进行循环运动。（3）软吹：高枪位操作，金属液面被冲击成一个深度较小而面积较大的浅坑，
29、金属的循环运动较弱。（4）氧气顶吹转炉传氧：硬吹时金属液滴被氧化和乳浊液传氧是属于直接传氧；由于金属液滴和乳浊液极大地增加金属液、炉渣、氧气三者间的接触面积，加速了传氧过程。软吹时会出现间接传氧，即氧气通过炉渣传入金属液中。（5）氧气顶吹转炉的供氧一般采用恒氧压变枪位操作。通常吹炼前期采用较高枪位化渣,当熔池温度升高、碳开始氧化应适当降低枪位；但枪位又不能过低，以免渣中（FeO）含量降低过多会使炉渣显著变粘（炉渣“返干”） 。为防止中期炉渣“ 返干”而又不产生喷溅，枪位应控制在使渣中（FeO）含量保持在1015%的范围内；后期应先提枪化渣，在接近终点时再适当降低枪位。目前大型氧气顶吹转炉使用得
30、较多的是基本枪位操作法。操作时以基本枪位为主线，上下波动200300mm。全程紧抓基本枪位，开吹或炉渣返干时适当提枪 100150mm ，化渣完毕后即回到基本枪位上。喷溅时适当压枪100mm 左右，正常时回到基本枪位。课程结构第四讲 造 渣一、石灰的溶解和成渣过程（化渣）二、渣量和石灰加入量三、造渣方法四、渣料加入时间本讲小结：第四讲 造 渣内容介绍：一、石灰的溶解和成渣过程1石灰的溶解过程和影响溶解速度的因素2加速成渣的措施二、渣量和石灰加入量的计算三、造渣方法四、渣料加入时间氧气顶吹转炉开吹后的首要任务，便是迅速造好有一定碱度和氧化性的、流动性良好的和数量足够的炉渣。做到这一点，便可延长炉
31、衬寿命，加速熔池中传热和传质，有效地发展熔体乳化，减轻喷溅，并达到早期脱磷和脱硫的目的。一、石灰的溶解和成渣过程（化渣）1石灰在渣中的溶解（1）石灰溶解过程：大量的冷石灰加入熔池后，立即在石灰块表面生成一层渣壳。等渣壳加热和熔化后，石灰块表面层才能与液渣接触并发生反应。液渣中的 FeO 会与石灰中的 CaO、SiO 2等形成熔点远低于 CaO 的固溶体或共晶体，使石灰溶解。当熔渣碱度为187后石灰块表面会形成高熔点的2CaO*SiO 2固体层，严重地阻碍石灰块的继续溶解。为此必须设法降低2CaO*SiO 2熔点或破坏这个固体层，才能使石灰继续溶解。（2）影响石灰溶解速度的因素：渣中 FeO 对
32、加速石灰溶解极为有利。这是由于：1）FeO 可以改善熔渣对石灰的润湿和熔渣向石灰缝中渗透；2）FaO 能够最大限度地降低熔渣的粘度；3）当（FaO）含量高时，能使石灰表面生成的 2CaO*SiO2固体层熔点降低、质地疏松。渣中（ CaO）浓度：随着渣中（CaO）含量的增加，石灰溶解速度加快，当（CaO ）35% 40%时则石灰的溶解速度减慢。渣中（ MnO）的作用：对石灰的溶解速度所起的作用比 FeO 差，在（FeO ）足够的情况下才能有效地帮助石灰溶解。MgO 的作用：渣中（MgO）含量增加到6%对石灰的溶解是有利的。渣中（ SiO2）在不超过20%的范围 对石灰溶解有利。当超过此值时，促进
33、2CaO*SiO 2形成，反而不利于石灰的溶解。 熔池温度高和石灰预热有利石灰的溶解；石灰块度小，可以缩短吹炼初期石灰表面渣壳的的熔化时间。要求采用小块石灰，块度为1030mm 较好，不要超过 40mm。降低熔渣的粘度、加强熔池的搅拌程度及增大石灰和熔渣的接触面都对石灰溶解有利。2加速成渣的措施（1）采用高枪位操作。使（FeO）含量高，石灰能够速溶，碱度值上升快， “返干”现象基本消除。这种渣在吹炼前期便有很好的脱磷、脱硫能力。（2）合理控制渣的氧化性和脱碳速度。提高氧化铁含量和脱碳速度都会加速石灰溶解，而且二者又都取决于枪位。提高枪位使熔渣中（FeO）含量增高，对石灰溶解有利；但会降低 vc
34、 及减弱氧流对熔池的搅拌，又使得石灰的溶解条件变坏。所以应根据各阶段的温度条件，改变枪位，使二者接近合理的数值，以获得最大的石灰溶解条件。（3）采用合成渣料。（4）消除石灰成团。加石灰采取多批少量的加入方法。（5）用白云石或镁质造渣。增加初期渣中 MgO，可以减缓并推迟石灰表面形成高熔点的2CaOSiO2外壳层，有利于石灰溶解加快。实践中一般终渣 MgO 含量控制在6% 8%。白云石或镁质材料应在开吹时就加入炉内，以利早成渣保护炉衬。二、渣量和石灰加入量1渣量渣量用炉料质量占金属质量的百分数表示。一般在10%15% 。渣量多少首先取决于原料条件及冶炼要求。通常渣量大去除磷硫也多，所以渣量不能少
35、，更不可无渣。但渣量太多，对冶炼过程也是不利的，比如会造成喷溅使金属损失增加，会加剧对炉衬的侵蚀及降低热效率。因此生产中应控制石灰加入量，在保证去除磷硫的条件下，尽可能采用小渣量操作。2石灰加入量炉渣主要来自加入的造渣材料，所以控制好造渣材料的加入量是控制渣量大小的主要手段。石灰加入量计算的基本方法是，首先根据炉料中的含硅量，算出渣中（SiO 2）的含量，再根据炉渣碱度 B 值计算出需要多少石灰。（1）转炉吹炼低磷铁水时，碱度 B 用%CaO/%SiO 2表示，计算公式如下：式中 60/28 SiO2和 Si 相对分子质量之比，表示1公斤硅氧化后生成60/28=214公斤的 SiO2 ；CaO
36、%有效 石灰中有效的 CaO 含量，其计算法为 CaO%有效 = CaO% -BSiO2%石灰 （SiO 2%石灰为石灰中的含量）（2）转炉吹炼高磷铁水时，用 CaO/（SiO 2+P2O5）表示熔渣碱度，石灰加入量计算公式为：式中：23为 P2O5和 P 相对分子质量之比，表示1公斤磷氧化后生成23公斤的 P2O5；093是去磷效率。（3）加入铁矿石作冷却剂时，需补加石灰量为：一般100kg 矿石应补加石灰 3040kg。3白云石加入量一般为：白云石加入量/石灰加入量 =018。三、造渣方法氧气顶吹转炉炼钢应根据铁水的硅、磷含量和成品钢对磷、硫的要求，选择适当的造渣方法。常用的造渣方法有单渣
37、法、双渣法、双渣留渣法等。单渣法单渣法是指一炉钢的吹炼过程中，从开吹到终点，中间不倒渣的操作。这种方法操作简单，劳动条件好，吹炼时间短而生产率高。脱硫效率最高为35% 左右。用低磷铁水吹炼碳素钢、低合金钢时采用此法。凡是铁水预处理后进入转炉都采用单渣法少渣量操作。2双渣法双渣法是指在吹炼过程中途倒出或扒除 l2 23熔渣，倒渣一次，然后分二次加入渣料重新造渣。根据铁水成分和所炼钢种的要求，也可以多次倒渣造新渣。在下面的情况下才采用双渣法操作。（1）铁水为中磷铁水。（2）生产高碳低磷钢（3）为了提高脱硫效率（4）铁水含硅量高Si1%3双渣留渣法是将上一炉高温、高碱度、流动性良好的终渣，部分留在炉
38、内。以加速本炉初期渣的形成，并在吹炼过程中部分放渣和造新渣的操作方法。用高磷铁水吹炼，必须采用此法，否则钢中磷含量不会合格。必须指出，随着铁水处理技术的广泛使用，转炉造渣只需采用单渣法、少渣量操作。四、渣料加入时间渣料的加入数量和时间对化渣速度有直接的影响。若在开吹时将渣料全部一次加入炉内，熔池必然温度偏低，渣料不易熔化，并且还会抑制碳的氧化。所以单渣操作时，渣料一般都是分两批加入。具体数量各厂不同。第一批渣料是总量的一半或一半以上，其余的第二批加入。如果需要调整熔渣或炉温，才有所谓第三批渣料。在正常情况下，第一批渣料是在开吹的同时加入。第二批渣料的加入时间一般在 Si、Mn 氧化基本结束，第
39、一批渣料基本化好，碳焰初起时加入较为合适。第二批渣料也可以分小批多次加入，对石灰渣化有利，也有利碳的均衡氧化。但最后一小批料必须在终点拉碳前一定时间加完，否则渣料来不及熔化就要出钢了。第三批渣料的加入时间要看炉渣化得好坏及炉温的高低而定。炉渣化得不好，可适当加入少量萤石进行调整。炉温较高时，可加入适量的冷却剂调整。本讲小结：1加速成渣的措施（1）采用高枪位操作，使（FeO）含量高，石灰能够速溶，碱度值上升快， “返干”现象基本消除。这种渣在吹炼前期便有很好的脱磷、脱硫能力。（2）合理控制渣的氧化性和脱碳速度。提高氧化铁含量和脱碳速度都会加速石灰溶解，应根据各阶段的温度条件，改变枪位，使二者接近
40、合理的数值，以获得最大的石灰溶解条件。（3）采用合成渣料。（4）消除石灰成团。加石灰采取多批少量的加入方法。（5）用白云石或镁质造渣。使初渣中 MgO 为6%8%。2渣量与石灰加入量：（1）渣量用炉料质量占金属质量的百分数表示。一般在10%15%（2）石灰加入量计算的基本方法是，首先根据炉料中的含硅量，算出渣中（SiO 2）的含量，再根据炉渣碱度 B 值计算出需要多少石灰。3造渣方法：根据铁水中磷含量进行造渣：用低磷铁水吹炼时采用单渣法；用中磷铁水吹炼时采用双渣法；用高磷铁水吹炼时采用双渣留渣法。随着铁水处理技术的广泛使用，转炉造渣只需采用单渣法、少渣量操作。4渣量加入时间在正常情况下，分两批
41、加入。第一批渣料是在开吹的同时加入，加人量为总量的一半或一半以上。第二批渣料的加入时间一般在 Si、Mn 氧化基本结束，第一批渣料基本化好，碳焰初起时加入较为合适。第二批渣料也可以分小批多次加入，对石灰渣化有利，也有利碳的均衡氧化。但最后一小批料必须在终点拉碳前一定时间加完。课程结构第五讲 温度及终点控制一、温度控制二、终点控制和出钢第五讲 温度及终点控制内容介绍：一、温度控制1吹炼过程温度控制的原则2吹炼过程热量的收入与支出3吹炼过程温度控制的方法4确定出钢温度二、终点控制的出钢1终点标志及终点碳控制2终点温度的判断3转炉出钢在氧气顶吹转炉冶炼过程中，温度的控制是指吹炼过程温度控制和终点温度
42、控制。冶炼任何钢种，出钢温度过高、过低都会对浇注操作不利，并影响钢的质量。 因此，控制终点温度的关键是要控制好吹炼过程温 度，所以在生产中必须建立合理的吹炼过程温度制度，以满足吹炼过程及终点的温度要求。一、温度控制1吹炼过程温度控制的原则（1）满足快速造渣的要求，保证尽快形成成分和性质符合要求的炉渣。（2）满足去除磷、硫和其它杂质的要求。（3）满足吹炼过程平稳和顺行的要求。吹炼的前、中期，特别是在碳氧化期，温度过高或过低都容易产生喷溅。（4）协调熔池的升温和脱碳，保证能顺利而准确地控制终点。2吹炼过程的温度控制（1）吹炼过程热量的收入与支出氧气转炉炼钢的热量来源主要是铁水的物理热和元素氧化反应
43、放出的热量。热量的支出看，主要是钢水的物理热约占63%，炉渣带走的热量大约占 16%，还有炉气、炉衬和操作中喷溅等造成的热损失。兑入炉内的铁水温度一般为12001300,经过短短的十多分钟的吹炼，元素的氧化反应热就使钢液温度达到16401670 ,平均每分钟升温为2030。铁水带入的物理热和元素氧化放出的化学热除了能满足出钢温度（包括抵偿炼钢过程的热损失）要求外，还有富余。因此，必须加入一定数量的冷却剂，才能使终点温度控制在规定范围内。（2）吹炼过程中的温度控制方法加入冷却剂在氧气顶吹转炉吹炼过程中，温度的控制主要是通过加入冷却剂进行控制，其次是适当调整枪位。转炉吹炼使用的冷却剂有废钢、铁矿石
44、、氧化铁皮等，控制好过程温度。总的原则是，首先根据铁水温度、成分及终点温度的要求，确定冷却剂加入总量，然后在一定时间内分批加入。废钢是在开吹前一次加入。铁矿石和氧化铁皮又能起到助熔剂的作用。可以与根据吹炼情况，分批与石灰一起加入。加入提温剂在氧气顶吹转炉吹炼过程中，有时会遇到突发事故造成熔池温度过低，此时可适当添加提温剂来提高熔池温度，常用提温剂有硅铁、铝铁，焦炭也可作为提温剂。吹炼操作的影响1）采用低枪位操作或提高供氧强度，应酌情减少冷却剂的用量。2）吹炼过程中发生喷溅，会造成较大的热损失，要特别注意调整冷却剂的用量。3）造渣的影响：渣量多热损失大，操作不当而发生严重跑渣 ，一次加料过多使熔
45、池温度下降过多，不得不在终点加提温剂提温。3确定出钢温度出钢温度取决于钢的熔点及出钢和浇注过程中钢液的热损失，钢的成分不同，钢的熔点也不同。钢中元素使熔点的降低值 t列于下表中。表：溶解1%元素使纯铁熔点降低值降低铁熔点能力强而通常含量又较大的元素是碳，而氢、氮、氧等元素在铁中含量很低，对铁熔点影响不大，一般认为钢中气体能使钢的熔点降低约7。钢熔点的近似值可由下式确定：式中 t 熔 钢的熔点，；1538纯铁熔点，；t纯铁中某元素含量增加 1%时熔点降低值，；%j 钢中元素 j 的质量分数。例题：计算40Cr 钢的熔点，化学成分如下：元素 C Mn Si P S CrWj/% 040 065 0
46、20 002 003 090解：由表10-1查得每加入1% 元素时铁熔点降低值如下：含1% C Mn Si P S Crt/ 65 5 8 30 25 15考虑钢中气体含量使铁熔点降低7，则t 熔=1538-（6504+50 65+802+30002+25003+1509+7）=1538-34-7=1497钢种的熔点确定之后，再根据出钢过程的温度降、钢水在钢包内镇静时的温度降、浇注过程中的温度降，决定其出钢温度。通常是在钢熔点之上再加60120；如钢水吹氩还要加50。即：t 出 =t 熔 +（60120）+50 对于炉容量较小的炉子，因其出钢、浇注过程中热损失大，可选取上限。通常1050吨钢水
47、取80120，50 吨以上炉子取 6080 。二、终点控制和出钢1终点控制到达终点的具体标志是：（1）钢中碳含量达到所炼钢种的控制范围；（2）钢中 P、S 含量低于规格下限以下的一定范围；（3）出钢温度能保证顺利进行精炼、浇注；（4）对于沸腾钢，钢水应有一定氧化性。吹炼终点控制的基本要求是，在吹氧结束时金属的化学成分和温度同时达到出钢的要求。硫和磷在吹炼终点前就应使其符合要求，所以终点控制便简化成碳含量和温度的控制。关于温度控制已在前面介绍，所以这里仅讲终点碳的控制。终点碳的控制存在两种不同的方法：“拉碳法”和 “增碳法 ”。（1）拉碳法在熔池中碳达到出钢要求时停止吹氧，即到达吹炼终点。此时钢
48、中磷、硫、温度等都符合出钢要求，而且钢中碳加上铁合金带入的碳正好符合所炼钢种的要求，不需要再向熔池中加增碳剂。这种控制终点碳的操作称为拉碳法。拉碳法操作用于含碳量大于010%的钢种，又叫“高拉碳” 。（2）增碳法增碳法是在吹炼平均含碳量008%的钢种时，统统将碳吹至007% 008%时停吹，在钢包内按规格要求增碳，这种控制终点碳的操作称为增碳法。拉碳法终点（FeO）低，金属收得率高；氧气消耗量少，节省增碳剂；延长炉龄。终点钢液含氧低，脱氧剂用量少，钢中非金属夹杂含量少。但是拉碳法一次命中率低，有相当多的炉次碳拉低了。这时唯一的办法是在钢包内向钢水增碳。被迫采用增碳法。（3）后吹氧气顶吹转炉中吹氧脱碳，当含碳量降至007%008%之间时，脱碳速度就很小了。此时吹入的氧气主要用于氧化钢液中的铁元素，并使钢液中的含氧量急剧增加，一般都把此时作为吹炼终点，如果由于种种原因继续吹炼就称之为后吹。后吹是因为终点温度不够或硫、磷含量较高而被迫继续吹氧的不正常操作。后吹的危害是很严重的。2转炉出钢（1）转炉出钢的条件钢液的含碳量达到了所
