转炉炼钢工艺 (第1/7页)

    自贝塞麦发明酸性空气底吹转炉炼钢法起，开始了转炉大量生产钢水的历史，如图3所示。上世纪50年代用氧气代替空气炼钢是炼钢史上的一次重大变革，70年代出现的氧气底吹转炉和顶吹复合转炉，是氧气转炉在发展和完善通路上取得的丰硕成果，如图4所示。

    一、吹炼过程元素氧化规律

    （一）炉钢吹炼过程和元素的氧化规律

    1）冶炼过程概述

    从装料到出钢，倒渣，转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧出钢、溅渣护炉和倒渣几个阶段，如图5所示。一炉钢的吹氧时间通常为12－18min，冶炼周期为30min左右。

    上炉钢出完钢后，倒净炉渣，堵出钢口，兑铁水和加废钢，降枪供氧，开始吹炼。在送氧开吹的同时，加入第一批渣料，加入量相当于全炉总渣量的三分之二，开吹4－6分钟后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果炉内化渣不好，则许加入第三批萤石渣料。吹炼过程中的供氧强度：

    小型转炉为2.5－4.5m3/(tmin)；120t以上的转炉一般为2.8－3.6m3/(tmin)。

    ◆开吹时氧枪枪位采用高枪位，目前是为了早化渣，多去磷，保护炉衬；

    ◆在吹炼过程中适当降低枪位的保证炉渣不“返干”，不喷溅，快速脱碳与脱硫，熔池均匀升温为原则；

    ◆在吹炼末期要降枪，主要目的是熔池钢水成分和温度均匀，加强熔池搅拌，稳定火焰，便于判断终点，同时使降低渣中Fe含量，减少铁损，达到溅渣的要求。

    ◆当吹炼到所炼钢种要求的终点碳范围时，即停吹，倒炉取样，测定钢水温度，取样快速分析[C]、[S]、[P]的含量，当温度和成分符合要求时，就出钢。

    ◆当钢水流出总量的四分之一时，向钢包中的脱氧合金化剂，进行脱氧，合金化，由此一炉钢冶炼完毕。

    （1）硅的氧化规律

    在吹炼初期，铁水中的[Si]和氧的亲和力大，而且[Si]氧化反应为放热反应，低温下有利于此反应的进行，因此，[Si]在吹炼初期就大量氧化。

    [Si] O2=(SiO2)(氧气直接氧化)

    [Si] 2[O]=(SiO2)(熔池内反应)

    [Si] (FeO)=(SiO2) 2[Fe](界面反应)

    2(FeO) (SiO2)=(2FeOSiO2)

    随着吹炼的进行石灰逐渐溶解，2FeOSiO2转变为2CaOSiO2，即SiO2与CaO牢固的结合为稳定的化合物，SiO2活度很低，在碱性渣中FeO的活度较高，这样不仅使[Si]被氧化到很低程度，而且在碳剧烈氧化时，也不会被还原，即使温度超过1530℃，[C]与[O]的亲和力也超过[Si]与[O]的亲和力，终因（CaO）与（SiO2）结合为稳定的2CaOSiO2，[C]也不能还原（SiO2）。

    硅的氧化对熔池温度，熔渣碱度和其他元素的氧化产生影响：

    ▼[Si]氧化可使熔池温度升高；

    ▼[Si]氧化后生成（SiO2），降低熔渣碱度，熔渣碱度影响脱磷，脱硫；

    ▼熔池中[C]的氧化反应只有到[%Si]<0.15时，才能激烈进行。

    影响硅氧化规律的主要因素：[Si]与[O]的亲和力，熔池温度，熔渣碱度和FeO活度。

    （2）锰的氧化规律

    在吹炼初期，[Mn]也迅速氧化，但不如[Si]氧化的快。其反应式可表示为：

    [Mn] [O]=(MnO)（熔池内反应）

    [Mn] [O2]=(MnO)（氧气直接氧化反应）

    [Mn] (FeO)=(MnO) [Fe](界面反应)

    (SiO2) (MnO)=MnOSiO2

    余锰或残锰：

    锰的氧化产物是碱性氧化物，在吹炼前期形成(MnOSiO2)。但随着吹炼的进行和渣中CaO含量的增加，会发生

    （MnOSiO2) 2（CaO）=（2CaOSiO2） （MnO）

    （MnO）呈自由状态，吹炼后期炉温升高后，（MnO）被还原，即

    （MnO） [C]=[Mn] [CO]或（MnO） [Fe]=（FeO） [Mn]

    吹炼终了时，钢中的锰含量也称余锰或残锰。残锰高，可以降低钢中硫的危害，但冶炼工业纯铁，则要求残锰越低越好。

    影响残锰的因素：

    ◆炉温高有利于（MnO）的还原，残锰量高；

    ◆碱度升高，可提高自由(MnO)浓度，残锰量增加；

    ◆降低熔渣中（FeO）含量，可提高残锰含量;

    ◆铁水中锰含量高，单渣cao作，钢水残锰也会高些。

    （3）碳的氧化规律

    影响碳氧化速度的变化规律的主要因素有：熔池温度、熔池金属成分、熔渣中(∑FeO)和炉内搅拌强度。在吹炼的前、中、后期，这些因素是在不断发生变化，从而体现出吹炼各期不同的碳氧化速度，如图6所示。

    吹炼前期：熔池平均温度低于1400－1500℃，[Si]、[Mn]含量高且与[O]亲和力均大于[C]－[O]的亲和力，(∑FeO)较高，但化渣、脱碳消耗的(FeO)较少，熔池搅拌、碳的氧化速度不如中期高。

    吹炼中期：熔池温度高于1500℃，[Si]、[Mn]含量降低，[P]－[O]亲和力小于[C]－[O]亲和力，碳氧化消耗较多的（FeO），熔渣中(∑FeO)有所降低，熔池搅拌强烈，反应区乳化较好，结果此期的碳氧化速度高。

    吹炼后期，熔池温度很高，超过1600℃，[C]含量较低，(∑FeO)增加，熔池搅拌不如中期，碳氧化速度比中期低。

    （4）磷的变化规律

    磷的变化规律主要表现为吹炼过程中的脱磷速度。脱磷速度的变化规律，主要受熔池温度，熔池中金属[P]含量，熔渣中(∑FeO)，熔渣碱度，熔池的搅拌强度或脱碳速率的影响。

    表1顶吹转炉吹炼各期的特点

    因素时期

    熔池温度

    (%∑FeO)

    炉渣碱度

    降碳速度

    前期

    较低

    较高

    低

    低于中期

    中期

    较高

    较低

    较高

    高于初期

    后期

    高

    高

    高

    低于中期

    前期不利于脱磷的因素是炉渣碱度比较低，因