煉鋼供氧工藝介紹

1、煉鋼供氧工藝介紹煉鋼的基本任務(wù)是靠向熔池供氧，造堿性渣，去除原料中的雜 質(zhì)，得到成分和溫度合格的鋼水。 因此可以說(shuō)供氧是煉鋼過(guò)程進(jìn)行的 中心環(huán)節(jié)。熔池內(nèi)氧的主要來(lái)源于直接吹氧、加礦分解和爐氣供氧三個(gè)方 面。1 直接吹氧 直接吹入氧氣是煉鋼生產(chǎn)中向熔池供氧的最主要方法。目前煉 鋼所用的氧都是由工業(yè)制氧機(jī)分離空氣所得。 通常要求氧氣的含氧量 不低于98.5%,水分不能超過(guò)3g/m3,而且具有一定的壓力。LD 轉(zhuǎn)爐為了獲得較高的脫碳速度，縮短冶煉時(shí)間，采用高壓氧 氣經(jīng)水冷氧槍從熔池上方垂直向下吹入的方式供氧, 而且氧槍的噴頭 是拉瓦爾型的，工作氧壓0.5 I.IMpa,氧氣流股的出口速度高達(dá)450

2、500m/s,即屬于超音速射流。超音速氧流有足夠的動(dòng)能去沖擊、攪 拌熔池,改善脫碳反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件,加速反應(yīng)的進(jìn)行。在轉(zhuǎn)爐內(nèi)超 音速射流向前流動(dòng), 與周?chē)橘|(zhì)進(jìn)行物質(zhì)和能量交換, 其流速逐漸變 慢,斷面積逐漸增大,溫度逐漸升高。2 加入鐵礦石和氧化鐵皮 鐵礦石和氧化鐵皮是作為冷卻劑加入的,因?yàn)樗鼈冎饕际且?鐵的氧化物形式存在的,加入熔池后,隨著升溫、熔化并溶解,可提 高渣中（FeO的含量，從而會(huì)向熔池中供氧。3 爐氣傳氧如果煉鋼爐內(nèi)爐氣中氧的分壓大于渣中氧化亞鐵的分解壓，同 時(shí)又大于鋼液中氧化亞鐵的分解壓時(shí)， 氣相中的氧就會(huì)不斷地傳入熔 池。有研究表明，在煉鋼溫度下，氧化性熔渣中（FeO的分

3、解壓約為10-2Pa,鋼液中FeO分解壓約為10-4 10-5Pa，而LD轉(zhuǎn)爐爐 氣中氧的分壓接近于1atm?？梢?jiàn)，在氧化精煉過(guò)程中，煉鋼爐內(nèi)具 備了爐氣向熔池傳氧的條件，氣相中的氧會(huì)不斷地傳入熔渣和鋼液。如何合理的向熔池供氧以便得到最佳的冶煉條件，在生產(chǎn)上也 稱(chēng)供氧制度。包括兩個(gè)方面：根據(jù)原料，爐子噸位，設(shè)計(jì)好的氧槍?zhuān)?制定合理的氧槍操作制度。因此，選定氧槍后，要確定供氧制度，只需要制定合理的氧槍 操作制度，它包括：確定恰當(dāng)?shù)墓┭鯊?qiáng)度，確定供氧壓力，確定合理 的槍位及在吹煉過(guò)程中如何調(diào)節(jié)槍位。1 供氧強(qiáng)度 所謂供氧強(qiáng)度，是指單位時(shí)間內(nèi)向每噸金屬供給的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氧氣量的多少，即：供氧強(qiáng)度（m3

4、/ （t min）二每噸金屬需氧量（m 3 /t ） / 供養(yǎng)時(shí)間（ min）。生產(chǎn)實(shí)踐表明，容量為 3050噸的轉(zhuǎn)爐，供氧強(qiáng)度為 2.8 4.0m3 /（t -min）,120 150 噸的轉(zhuǎn)爐，供氧強(qiáng)度為 2.5 3.5m3 /（t min）。 國(guó)外大型轉(zhuǎn)爐的供氧強(qiáng)度一般為 2.5 4.0m3 / /1 min）。2 供氧壓力氧氣的壓力是轉(zhuǎn)爐煉鋼中供氧操作的一個(gè)重要參數(shù)。對(duì)于同一 氧槍來(lái)說(shuō)， 提高氧氣壓力可以增加供氧強(qiáng)度而縮短冶煉時(shí)間。 但是槍 位一定時(shí)， 過(guò)分增大氧壓會(huì)引起嚴(yán)重噴濺， 同時(shí)氧氣射流對(duì)熔池的沖 擊深度也會(huì)增加，從而有沖蝕爐底的危險(xiǎn)。合適的供氧壓力，一般是 先經(jīng)驗(yàn)選定， 然后

5、在使用中修正。 轉(zhuǎn)爐中涉及的氧氣壓力主要是噴頭 前的絕對(duì)壓力p0和使用壓力p用(表壓)。噴頭前的氧壓 p0 是設(shè)計(jì)噴頭和確定吹煉制度時(shí)的原始參數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，小型轉(zhuǎn)爐的p0 一般為0.4 0.7Mpa,大型轉(zhuǎn)爐的p0則為0.8 1.1Mpa。通常所說(shuō)的供氧壓力，是指轉(zhuǎn)爐車(chē)間內(nèi)氧氣壓力測(cè)定點(diǎn)的表壓 值，又稱(chēng)使用壓力，常以 p 用表示。使用壓力 p 用與噴頭前壓力 p0 間的關(guān)系為：p 用=p0-0.1+ (0.15 0.25)MPa實(shí)際供氧壓力允許有約 45%的正偏差，特別是在采用分階段定量 裝入法時(shí)，隨著裝入量的遞增， 要相應(yīng)提高供氧壓力， 以增大供氧量。3 槍位及其控制 轉(zhuǎn)爐煉鋼中的槍位，通常

6、定義為氧槍噴頭至平靜熔池液面的距 離。這一距離較大時(shí)，稱(chēng)高槍位，反之稱(chēng)低槍位。槍位高低是轉(zhuǎn)爐吹 煉過(guò)程中的一個(gè)重要參數(shù)， 它不僅與熔池內(nèi)鋼液環(huán)流運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱有直 接關(guān)系，而且對(duì)轉(zhuǎn)爐內(nèi)的傳氧情況有重大影響。一、槍位與熔池內(nèi)鋼液環(huán)流的關(guān)系 轉(zhuǎn)爐煉鋼中，氧氣流股不斷沖擊熔池， 在熔池中央沖出一個(gè) “凹” 坑，該坑的深度常被叫做氧氣射流的沖擊深度， 坑口的面積被稱(chēng)為氧 氣射流的沖擊面積；與此同時(shí)，到達(dá)坑底后的氧氣射流形成反射流股， 通過(guò)與鋼液的摩擦力引起熔池內(nèi)的鋼液進(jìn)行環(huán)流運(yùn)動(dòng)， 改善了爐內(nèi)化 學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，對(duì)加速冶煉有重要意義。在吹煉過(guò)程中，采用低槍位或高氧壓的吹氧操作稱(chēng)為“硬吹” 。 硬吹時(shí)，

7、氧氣射流與熔池接觸時(shí)的速度較快，斷面積較小，因而熔池 中央唄沖出一個(gè)面積較小而深度較大的作用區(qū)。 該區(qū)內(nèi)溫度高達(dá) 2200 2700C,而且鋼液被粉碎成細(xì)小的液滴，從坑的內(nèi)壁的切線(xiàn)方向?yàn)R 出，形成很強(qiáng)的反射流股， 從而帶動(dòng)鋼液進(jìn)行劇烈的循環(huán)流動(dòng)，幾乎 使整個(gè)熔池都得到了強(qiáng)有力的攪拌。采用高槍位或低氧壓的吹氧操作稱(chēng)為“軟吹” 。軟吹時(shí)，與熔池 接觸的氧氣射流速度較慢、 斷面積較大， 因而其沖擊深度較小而沖擊 面積較大， 同時(shí)產(chǎn)生的反射流股也較弱， 鋼液因此而形成的環(huán)流也就 相對(duì)較弱，氧氣對(duì)熔池的攪拌效果較差。轉(zhuǎn)爐的吹氧操作有三種類(lèi)型，即恒氧壓變槍位操作、恒槍位變 氧壓操作和變槍位變氧壓操作。 所

8、謂恒氧壓變槍位操作， 是指在一爐 鋼的吹煉過(guò)程中的氧氣的壓力保持不變， 而通過(guò)變槍位來(lái)調(diào)節(jié)氧氣射 流對(duì)熔池的沖擊深度和沖擊面積， 以控制冶煉過(guò)程順利進(jìn)行的吹氧方 法。生產(chǎn)實(shí)踐證明， 這種方法能根據(jù)一爐鋼冶煉過(guò)程中各階段的特點(diǎn) 靈活地控制爐內(nèi)的反應(yīng)，吹煉平穩(wěn)、金屬損失少，去磷硫效果好，國(guó) 內(nèi)外各廠(chǎng)普遍采用這種方法。 恒槍位變氧壓的操作比較簡(jiǎn)單， 但是吹 煉效果不太理想， 而且要求鐵水成分和溫度波動(dòng)范圍較小。 變槍位變 氧壓操作， 不但可以化渣迅速， 而且可以提高吹煉前期和后期的供氧強(qiáng)度，縮短冶煉時(shí)間。但是這種方法要求技術(shù)水平高，不容易掌握。如今， 國(guó)內(nèi)外煉鋼廠(chǎng)普遍采用的是分階段恒氧壓變槍位操作。

9、二、槍位對(duì)爐內(nèi)傳氧的影響LD 轉(zhuǎn)爐的傳氧方式有兩種：直接傳氧和間接傳氧。它們分別發(fā) 生在不同的冶煉條件即槍位下。1、直接傳氧 所謂直接傳氧，是指吹入熔池的氧氣被鋼液直接吸收的傳氧方 式。硬吹時(shí)，轉(zhuǎn)爐內(nèi)的傳氧方式主要是直接傳氧。其傳氧途徑主要有 一下兩個(gè)：（1）通過(guò)金屬液滴直接傳氧 硬吹時(shí)，氧氣射流強(qiáng)烈沖擊熔池而濺起來(lái)的那些金屬液滴被氣相中的氧氣氧化，其表面形成一層富氧的FeO渣膜。這種帶有FeO渣 膜的金屬液滴很快落入熔池， 并隨其中的鋼液一起進(jìn)行環(huán)流而成為氧 的主要傳遞者。其傳氧過(guò)程如下：a、吹入的氧與濺起的金屬液滴接觸，氣態(tài)的氧唄金屬液滴表面 吸附并分解成原子態(tài)的氧。b、 被吸附的原子態(tài)的

10、氧使金屬液滴表面氧化，產(chǎn)生FeO渣膜； 同時(shí)，有一部分原子態(tài)的氧進(jìn)入金屬液滴中。c、進(jìn)行環(huán)流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，金屬液滴表面的 FeO渣膜大量消耗于 沿途的雜質(zhì)元素的間接氧化，余者則進(jìn)入渣中；與此同時(shí)，溶于金屬 液滴內(nèi)的氧也將周?chē)碾s質(zhì)元素氧化。（2）通過(guò)乳濁液直接傳氧 高壓氧氣射流自上而下吹入熔池，將熔池沖出一個(gè)凹坑的同時(shí)， 射流末端也被碎裂成許多小氣泡。 這些小氧氣泡與氧氣射流擊碎的金 屬液和熔渣一起形成了三相乳濁液， 其中的金屬液滴可將小氣泡中的 氧直接吸收。熔池的乳化極大地增加了鋼液、熔渣、氧氣三者之間的 接觸面積，一般情況可達(dá)0.61.5 m2/ kg,從而大大加快爐內(nèi)的傳氧 速度。這也是氧

11、氣轉(zhuǎn)爐比電弧爐的冶煉速度快許多的主要原因。（2） 間接傳氧 所謂間接傳氧，是指吹入爐內(nèi)的氧氣經(jīng)熔渣傳入鋼液的傳氧方 式。軟吹時(shí)， 因?yàn)檠鯕馍淞鲗?duì)金屬熔池的沖擊相對(duì)較弱而沖擊深度較 小，因而生成的金屬液滴和小氣泡數(shù)量較少， 熔池的乳化程度也較低， 直接傳氧作用大為減弱。 但是，此時(shí)氧氣射流與熔池的作用面積相對(duì) 較大，因此，“熔渣先被氧氣射流氧化，繼而再將氧傳給鋼液”的間 接傳氧作用則會(huì)明顯加強(qiáng)。具體傳氧過(guò)程如下：a、爐渣中的低價(jià)氧化鐵被氧氣射流氧化成高價(jià)氧化鐵。b、含有高價(jià)氧化鐵的熔渣被吹離作用區(qū)，在與別處的鋼液接觸 時(shí)被還原成低價(jià)氧化物。c、當(dāng)渣中的（FeO含量較高時(shí)，按分配定律部分地轉(zhuǎn)入鋼液

12、。 軟吹時(shí)間接傳氧作用強(qiáng)，渣中（FeO含量較高，化渣能力較強(qiáng)；但由于直接傳氧作用很弱，雜質(zhì)元素的氧化速度較慢。三、槍位控制 轉(zhuǎn)爐煉鋼中槍位控制的基本原則是，根據(jù)吹煉中出現(xiàn)的具體情 況及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，力爭(zhēng)做到既不出現(xiàn)“噴濺” ，又不產(chǎn)生“返 干”，使冶煉過(guò)程順利到達(dá)終點(diǎn)。1 一爐鋼吹煉過(guò)程中槍位的變化 一爐鋼吹煉的不同階段，轉(zhuǎn)爐內(nèi)的熔渣組成、鋼液成分、熔池 溫度及所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)等均不相同， 因此向爐內(nèi)供氧的條件也不同。 在目前的供氧壓力0.5I.IMPa情況下，三孔拉瓦爾噴頭氧槍的槍位（H, mm在吹煉中的變化范圍與噴頭喉口直徑（d, mm的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 式為：H=（ 35 55）d而槍位的變

13、化規(guī)律通常是：高t低t高t低。吹煉前期,爐內(nèi)反應(yīng)的主要特點(diǎn)是,鐵水的硅迅速氧化,渣中 的酸性氧化物（SiO2）快速增加，同時(shí)熔池溫度尚低。此時(shí)要加入大 量石灰盡快形成堿度不低于 1.51.7的熔渣,縮短酸性渣的過(guò)度時(shí)間,以減輕爐襯損失和增加前期 的去磷量。所以, 吹煉前期應(yīng)采用較高的槍位,使渣中的氧化鐵穩(wěn)定 在25%左右，迅速在所加入的石灰表面形成熔點(diǎn)僅為1205 C的CaOFeOSiO2,加速石灰的溶解。若槍位過(guò)低，將會(huì)導(dǎo)致渣中的（FeO） 不足而在石灰塊的表面生成熔點(diǎn)高達(dá) 2130C的2CaO- SiO2,阻礙石 灰的熔化.但槍位也不可過(guò)高，否則渣中（FeO過(guò)多引起爐渣嚴(yán)重泡 沫化而產(chǎn)生噴

14、濺。 最佳的槍位應(yīng)控制在使?fàn)t內(nèi)熔渣適當(dāng)泡沫化又不產(chǎn) 生噴濺。吹煉中期,爐內(nèi)渣子已化好,硅、錳的氧化已近結(jié)束,熔池溫 度也較高，碳氧反應(yīng)開(kāi)始加速。此時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低槍位，以防噴濺，同 時(shí)配合脫碳反應(yīng)所需的供氧條件。 激烈的碳氧反應(yīng)也會(huì)消耗大量渣中（FeO。如果渣中（刀FeO降低過(guò)多，會(huì)使?fàn)t渣熔點(diǎn)升高甚至出現(xiàn) 高熔點(diǎn)的硅酸鈣固態(tài)顆粒使?fàn)t渣黏度增大， 這種現(xiàn)象稱(chēng)為爐渣“返干”； 同時(shí)也會(huì)因鋼液表面裸露出現(xiàn)金屬飛濺的情況。 為此，中期的槍位也 不宜過(guò)低，應(yīng)使渣中（刀FeO保持在10%- 15%勺范圍內(nèi)。吹煉后期，爐內(nèi)的碳氧反應(yīng)已較弱，因爐渣嚴(yán)重泡沫化而產(chǎn)生 噴濺勺可能性較小，此時(shí)主要任務(wù)是調(diào)整好爐渣勺氧化

15、性和流動(dòng)性， 繼續(xù)去磷；同時(shí)，通過(guò)高溫、高堿度勺爐渣去除鋼液中勺硫；準(zhǔn)確控 制終點(diǎn)。所以此階段應(yīng)先提槍化渣，接近終點(diǎn)時(shí)再適當(dāng)降槍?zhuān)约訌?qiáng) 對(duì)熔池的攪拌，均勻鋼液成分和溫度，同時(shí)降低終渣中（刀FeO含量，提高金屬和合金勺收得率，并減輕熔渣對(duì)爐襯勺侵蝕。2 生產(chǎn)條件改變時(shí)調(diào)節(jié)氧槍的基本原則影響槍位的因素主要是熔池深度、鐵水溫度和成分、石灰的質(zhì) 量及用量和供氧壓力等。渣量一定時(shí)，熔池越深，渣層就越厚，也越難化渣，同時(shí)吹煉 中熔池液面上漲也越多。 因此在不引起噴濺前提下槍位應(yīng)高些， 以免 化渣困難。生產(chǎn)中，凡是影響熔池深度的因素發(fā)生變化時(shí)，均需相應(yīng) 調(diào)整槍位。例如，鐵水配比高時(shí)，冶煉中渣量大，熔池深度增加，槍 位應(yīng)相應(yīng)提高；爐役后期，熔池變淺，槍位應(yīng)相應(yīng)