煉鋼原理與工藝

1、目前主要的煉鋼方法有氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法、電弧爐煉鋼法以及爐外精煉技術(shù)。氧氣轉(zhuǎn)爐包括氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐、氧氣底吹轉(zhuǎn)爐、氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐及頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐等，故常簡稱為LD。它拄要原料是鐵水，同時(shí)可配加10%30%的廢鋼；生產(chǎn)中不需要外來熱源，依告靠吹入的氧氣與鐵水中的碳、硅、猛、磷等元素反應(yīng)放出的熱量使熔池獲得所需的冶煉溫度。其突出的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)周期短、產(chǎn)量高；不足之處是生產(chǎn)的鋼種有限，主要冶煉低碳鋼和部分合金鋼。電爐煉鋼法是以電能為主要能源、廢鋼為主要原料的煉鋼方法，顯著的優(yōu)點(diǎn)是，熔池溫度易于控制和爐內(nèi)氣氛可以調(diào)整，用來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼和高合金鋼。設(shè)備也比較簡單，而投資小，建廠快。爐外精煉，是指從初煉爐即氧氣爐或電弧爐

2、中出來的初煉鋼水，在另一個(gè)冶金容器中進(jìn)行精煉的工藝過程。精煉的目的是進(jìn)一步去氣、脫硫、脫氧、排除夾雜物、調(diào)整及均勻鋼液的成分和溫度等，提高鋼水質(zhì)量；縮短初煉爐的冶煉時(shí)間，精煉的手段有真空、吹氬、攪拌、加熱、噴粉等。但目前世界上氧氣轉(zhuǎn)爐鋼的產(chǎn)量仍占總產(chǎn)量的60%左右。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本過程是：裝料（即加廢鋼、兌鐵水搖正爐體降槍開始吹煉并加入第一批渣料（吹煉中期）加入第二批渣料（終點(diǎn)前）測溫、取樣（碳、磷及溫度合格后）傾爐出鋼并進(jìn)行脫氧合金化。所謂裝料，是指將煉鋼所用的鋼鐵爐料裝入爐內(nèi)的工藝操作。電爐煉鋼所用原料，主要有廢鋼、生鐵和直接還原鐵三種。廢鋼是電爐煉鋼的主原料。按其來源不同，廢鋼大致

3、可分為返回廢鋼和外購廢鋼兩類。B對(duì)廢鋼的要求對(duì)廢鋼的一般要求是清潔少銹，無混雜，成分明確，塊度合適。在電弧爐煉鋼中，生鐵一般是用來提高爐料的配碳量的。轉(zhuǎn)爐煉鋼的原料主要是鐵水，其次還配用部分廢鋼。1.2.1.1鐵水鐵水是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的主原料，一般占裝入量的70%以上。鐵水的物理熱和化學(xué)熱是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的唯一熱源。A、對(duì)鐵水溫度的要求較高的鐵水溫度，不僅能保證轉(zhuǎn)爐煉順利進(jìn)行，同時(shí)還能增加放心鋼的配加量，降低轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)成本。希望鐵水的溫度盡量高些，入爐時(shí)仍在12501300。1、兌入轉(zhuǎn)爐時(shí)的鐵水溫度相對(duì)穩(wěn)定。2、鐵水的成分應(yīng)該合適而穩(wěn)定。3、鐵水中的硅，是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要發(fā)熱元素之一。鐵水

4、含硅量以0.5%0.8%為宜。4、對(duì)于含硅量過高的鐵水應(yīng)進(jìn)行預(yù)脫硅處理，以改善轉(zhuǎn)爐的脫磷條件，并減少渣量。5、鐵水的含猛量（1）鐵水中的猛是一種有益元素；（2）鐵水的含猛量多低于0.3%。6、鐵水的含磷量（1）磷會(huì)使鋼產(chǎn)生“冷脆”，是鋼中的有害元素之一。鐵水的含磷量小于0.15%0.20%。7、鐵水的含硫量（1）硫會(huì)使鋼產(chǎn)生“熱脆”現(xiàn)象，也是鋼中的有害元素，鐵水含硫量低于0.04%0.05%。鐵水含硫高時(shí)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)脫硫處理是經(jīng)濟(jì)有效的脫硫方法。鐵水的成分也應(yīng)相對(duì)穩(wěn)定，以方便冶煉操作和生產(chǎn)調(diào)度。還希望兌入轉(zhuǎn)爐的鐵水盡量少帶渣。1.2.1.2廢鋼廢鋼是轉(zhuǎn)爐的另一種金屬爐料，作為冷卻劑使用的。轉(zhuǎn)爐

5、的裝入制度，包括裝入量、廢鋼比及裝料順序三個(gè)問題。1.2.2.1裝入量的確定轉(zhuǎn)爐的裝入量是指每爐裝入鐵水和廢鋼兩種金屬爐料的總量。目前控制氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐裝入量的方法有以下三種。（1）定量裝入法。所謂定量裝入，是指在整個(gè)爐役期內(nèi)，每爐的裝入量保持不變的裝料方法。優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)組織簡單，便于實(shí)現(xiàn)吹煉過程的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，定量裝入法適合于大型轉(zhuǎn)爐。（2）定深裝入法。所謂定深裝入，是指在一個(gè)爐役期間，隨著爐襯的侵蝕爐子實(shí)際容積不斷擴(kuò)大而逐漸增加裝入量以保證溶池深度不變的裝料方法。優(yōu)點(diǎn)是：氧槍操作穩(wěn)定，有利于提高供氧強(qiáng)度并減輕噴濺；又能充分發(fā)揮爐子的生產(chǎn)能力。但是裝入量和出鋼量生產(chǎn)組織難度大。（3）分階段定

6、量裝入法。該法是根據(jù)爐襯的侵蝕規(guī)律和爐膛的擴(kuò)大程度，將一個(gè)爐役期劃分成35個(gè)階段，每個(gè)階段實(shí)行定量裝入，裝入量逐段遞增。因此中小轉(zhuǎn)爐煉鋼廠普遍采用。1.2.2.2廢鋼比廢鋼的加入量占金屬裝入量的百分比稱為廢鋼比。提高廢鋼比，可以減少鐵水的用量，從而有助于降低轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)成本；同時(shí)可減少石灰的用量和渣量，有利于減輕吹煉中的噴濺，提高冶煉收得率；還可以縮短吹煉時(shí)間、減少氧氣消耗和增加產(chǎn)量。廢鋼比大多波動(dòng)在10%30%之間。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的裝料順序，一般情況下是先加廢鋼后兌鐵水，以避免廢鋼表面有水或爐內(nèi)渣未倒凈裝料時(shí)引起爆炸。爐役后期，可先兌鐵水后加廢鋼。煉鋼的主要任務(wù)之一，就是要將金屬爐料中的雜質(zhì)元素

7、如碳、磷等降低到鋼種規(guī)格所要求的程度。煉鋼生產(chǎn)首先要有一個(gè)氧化過程。供入爐內(nèi)的氧，可以三種不同的形態(tài)存在，即生態(tài)、溶于鋼液和溶解在渣中。溶池內(nèi)的氧主要來源于直接吹氧、加礦分解和爐氣傳氧三個(gè)方面。直接吹入氧氣是煉鋼生產(chǎn)中向熔池供氧的最主要方法。要求氧氣的含氧量不得低于98.5%，水分不能超過3g/m3，而且具有一定的壓力。轉(zhuǎn)爐煉鋼采用高壓氧氣經(jīng)水冷氧槍從溶池上方垂直向下吹入的方式供氧；氧槍的噴頭是拉瓦爾型的，工作氧壓0.51.1MPa，氧氣流股的出口速度高達(dá)450500m/s，即屬于超音速射流，以使得氧氣流股有足夠的動(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。2.1.2加入鐵

8、礦石和氧化鐵皮而在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼中，鐵礦石和氧化鐵皮則多是作為冷動(dòng)劑或造渣劑使用的。煉鋼對(duì)鐵礦石的要求是，含鐵要高、有害雜質(zhì)要低，一般成分為：在氧化精煉過程中，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)不斷傳入溶渣和鋼液。雜質(zhì)元素，是指鋼液中除鐵以外的其他各種元素如硅、猛、碳、磷等。它們的氧化方式有兩種：直接氧化和間接氧化。所謂直接氧化，是指吹入熔池的氧氣直接與鋼液中雜質(zhì)元素作用而發(fā)生的氧化反應(yīng)。雜質(zhì)元素的直接氧化反應(yīng)發(fā)生在溶池中氧氣射流的作用區(qū)，或氧射流破碎成小氣泡被卷入金屬內(nèi)部時(shí)。所謂間接氧化，是指吹入溶池的氧氣先將鋼液中的鐵元素氧化成氧化亞鐵（FeO），并按分配定律部分地?cái)U(kuò)散進(jìn)入

9、鋼液，然后溶解到鋼液中的氧再與其中的雜質(zhì)元素作用而發(fā)生的氧化反應(yīng)。雜質(zhì)元素的間接氧化反應(yīng)發(fā)生在熔池中氧氣射流 用區(qū)以外的其也區(qū)域。間接氧化是指鋼中的O或渣中的（FeO）與鋼液中的雜質(zhì)元素間發(fā)生的氧化反應(yīng)。在氧氣射流的作用區(qū)及其附近區(qū)域，大量進(jìn)行的是鐵元素的氧化反應(yīng)，而不是雜質(zhì)元素的直接氧化反應(yīng)。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的供氧方式，主要是直接向溶池吹氧氣。所謂供氧強(qiáng)度，是指單位時(shí)間內(nèi)向每金噸金屬供給的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)氧氣量的多少。供氧時(shí)間，主要與轉(zhuǎn)爐的容量的大小有關(guān)，而且隨著轉(zhuǎn)爐容量增大供氧時(shí)間增加；通常情況下，容量小于50噸的轉(zhuǎn)爐取1216分鐘；50噸轉(zhuǎn)爐取1618分鐘；容量大于120噸的轉(zhuǎn)爐則取1820分鐘?？s

10、短吹氧時(shí)間可以提高供氧強(qiáng)度，從而可強(qiáng)化轉(zhuǎn)爐的吹煉過程，提高生產(chǎn)率。槍位，通常定義為氧槍噴頭至平靜熔池液面的距離。槍位的高低是轉(zhuǎn)爐吹煉過程中的一個(gè)重要參數(shù)，控制好槍位是供氧制度的核心內(nèi)容，是轉(zhuǎn)爐煉鋼的關(guān)鍵所在。轉(zhuǎn)爐煉鋼中，高壓、超音速的氧氣射流連續(xù)不斷地沖擊熔池，在熔池的中央沖出一個(gè)“凹坑”，該坑的深度常被叫做氧氣射流的沖擊深度，坑日的面積被稱為氧氣射流的沖擊面積；與此同時(shí)，到達(dá)抗底后的氧氣射流形成反射流股，通過與鋼液間的摩擦力引起熔池內(nèi)的鋼液進(jìn)行環(huán)流運(yùn)動(dòng)。鋼液的環(huán)流運(yùn)動(dòng)極大地改善了爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，對(duì)加速治煉過程具有重要意義。吹煉過程中，采用低槍位或高氧壓的吹氧操作稱為“硬吹”。硬吹時(shí)

11、，氧氣射流與熔池間煉時(shí)的槍位較低或氧壓較高，氧氣射流與熔池接觸時(shí)的速度較快、斷面積較小，因而熔池的中央被沖出一個(gè)面積較小而深度較大的作用區(qū)。作用區(qū)內(nèi)的溫度高達(dá)22002700，而且鋼液被粉碎成細(xì)小的液滴，從坑的內(nèi)壁的切線方向?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為“軟吹”。軟吹時(shí)，氧氣射流與熔池間的作用吹煉時(shí)的槍位較高或氧壓較低，與熔池接觸時(shí)氧氣射流的速度較慢、斷面積較大，因而其沖擊溶度較小而沖擊面積較大；同時(shí)所產(chǎn)生的鋼液中因此而形成的環(huán)流也就相對(duì)較弱，即氧氣射流對(duì)熔池的攪拌效果較差。轉(zhuǎn)爐的吹氧操作可有以下三

12、種類型。（1）恒氧壓變槍位操作。所謂恒氧壓變槍位操作，是指在一爐鋼的吹煉過程中氧氣的壓力保持不變，而通過改變槍位來調(diào)節(jié)氧氣射流對(duì)熔池的沖擊深度和沖擊面積，以控制冶煉過程順利進(jìn)行的吹氧方法。恒氧壓變槍位的吹氧操作能根據(jù)一爐鋼冶煉中各階段的特點(diǎn)靈活地控制爐內(nèi)的反應(yīng)，吹煉平穩(wěn)、金屬損失少，去磷和去硫效果好。目前國內(nèi)各廠普遍采用這種吹氧操作。恒槍位變氧壓操作。所謂恒槍位變氧壓操作，是指在一爐鋼的吹煉過程，噴槍的高度，即槍位保持不變，僅靠調(diào)節(jié)氧氣的壓力來控制冶煉過程的吹氧方法。變槍位變氧壓操作。變槍位變氧壓操作是在煉鋼中同時(shí)改變槍位和氧壓的供氧方法。目前國內(nèi)普遍采用的是分階段恒氧壓變槍位操作，低槍位吹煉

13、時(shí)，鋼液的環(huán)流強(qiáng)，幾乎整個(gè)熔池都能得到良好的攪拌；高槍位吹煉時(shí)，鋼液的環(huán)流弱，氧氣射流對(duì)熔池的攪拌效果差。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐內(nèi)的傳氧方式有兩種：直接傳氧和間接傳氧。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。其傳氧的途徑有以下兩個(gè)；（1）通過金屬液滴直接傳氧。A、硬吹時(shí)，氧氣射流強(qiáng)烈沖擊熔池而濺起來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。B、通過乳濁液直接傳氧高壓氧氣射流自上而下吹入熔池，在將熔池出一凹坑的同時(shí)，射流的末端也被碎裂成許多小

14、氣泡。這些小氧氣泡與被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。由于熔池的乳化，極大地增加了鋼液、熔渣、氧氣三者之間的接觸面積，據(jù)估算低槍位吹氧時(shí)，氧氣射流大量地直接向熔池傳氧，因而雜質(zhì)元素的氧化速度較快；但是，渣中的（FeO）低而化渣能力差些。所謂間接傳氧，是指吹入爐內(nèi)的氧氣經(jīng)熔液傳入鋼液的傳氧方式。軟吹時(shí)，接傳氧作用則會(huì)明顯加強(qiáng)。轉(zhuǎn)爐煉鋼中采用高槍位吹氧時(shí)，氧氣射流的間接傳氧作用得以加強(qiáng)，使得渣中的（FeO）含量較高而化渣能力較強(qiáng)；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，力爭做到毀不出現(xiàn)“噴濺”，又

15、不產(chǎn)生“返干”，使冶煉過程順利到達(dá)終點(diǎn)。A、一爐鋼吹煉過程中槍位的變化：槍位的變化規(guī)律通常是：高低高低。吹煉前期，最佳的槍位應(yīng)該是，使?fàn)t內(nèi)的熔渣適當(dāng)泡沫化即乳濁液漲至爐口附近而又不噴出。吹煉中期的槍位也不宜過低。合適的槍位是使渣中的（FeO）保持在10%15%的范圍內(nèi)。吹煉后期：該階段應(yīng)先適當(dāng)提槍化渣，而接近終點(diǎn)時(shí)再適當(dāng)降槍，以加強(qiáng)對(duì)熔池的攪拌，均勻鋼液的成份和溫度。2.3.4復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的底部供氣制度頂?shù)讖?fù)合吹煉技術(shù)是近年來氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的重要發(fā)展。氧氣轉(zhuǎn)爐的頂?shù)讖?fù)合吹煉法，可以通過選擇不同的底吹氣體的種類和數(shù)量及頂槍的供氧制度，得到冶煉不同原料和鋼種的最佳復(fù)合吹煉工藝。按照底吹氣體的性質(zhì)不同

16、，大致可以將它們分為以下兩類：（1）底吹惰性氣體。吹氣的方式多采用透氣元件法，底吹惰性氣體的目的是為了加強(qiáng)對(duì)熔池的攪拌，以改善成渣過程，減少噴濺，縮短冶煉時(shí)間等。（2）底吹氧氣或氧氣和石灰粉：使用雙層套管式噴嘴。生產(chǎn)中，底吹氣體種類的選用應(yīng)根據(jù)所煉鋼種的質(zhì)量要求和氣體的來源和價(jià)格而定，而總用量不大于頂吹氣體的5%，供氣壓力在0.5MPa以上。目前國內(nèi)多采前期吹氮、后期吹氬（無氬氣時(shí)用博士 氧化碳代替）的底吹工藝。2.3.4.3復(fù)合吹煉的冶金效果復(fù)吹轉(zhuǎn)爐增加了底部供氣，加強(qiáng)了對(duì)熔池的攪拌，降低了熔渣與鋼液之間異相反應(yīng)的不平衡程度，可以在渣中的（FeO）含量較低的情況下完成去磷的任務(wù)，爐渣中的（F

17、eO）含量較低，吹煉終點(diǎn)時(shí)鋼液的殘猛量較高；在整個(gè)吹煉過程中，熔渣和金屬的混合良好，可以加速雜質(zhì)元素的氧化。消防了熔池內(nèi)成分與溫度不均勻的現(xiàn)象，輕吹煉中的噴濺，使冶煉過程迅速而平穩(wěn)。復(fù)吹轉(zhuǎn)爐鋼的品種廣泛，可以冶煉高碳鋼，也能生產(chǎn)超低碳鋼，還可以直接吹煉不銹鋼和高牌號(hào)電工鋼等合金鋼；造渣，是指通過控制人爐渣料的種類和數(shù)量，使?fàn)t渣具有某些性質(zhì)，以滿足溶池內(nèi)有關(guān)煉鋼反應(yīng)需要的工藝操作。造渣是完成煉鋼過程的重要手段，造好渣是煉好鋼的前提。煉鋼中，造氧化渣的主要目的是為了去除鋼中的磷，并通過氧化渣向熔池傳氧。煉鋼中的去磷過程，主要是在鋼-渣兩相的界面上進(jìn)行的。造氧化渣，就是要設(shè)法使熔渣具有適于脫磷反應(yīng)的

18、理化性質(zhì)；還要精心控制造渣過程，煉鋼過程對(duì)氧化渣的要求是：較高的堿度、較強(qiáng)的氧化法性、適量的渣量、良好的流動(dòng)性及適當(dāng)泡沫化。堿度的控制。堿度是爐渣酸堿性的衡量指標(biāo)，是煉鋼中有效去磷的必須條件。渣中的（FeO）含量相同的條件下，堿度為1.87時(shí)其活度最大，爐渣的氧化性最強(qiáng)。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼中，通常是將堿度控制在2.42.8的范圍內(nèi)。渣中的（FeO）含量。渣中（FeO）含量的高氏，標(biāo)志著渣氧化性的強(qiáng)弱及去磷能力的大小。生產(chǎn)中通常將渣中的（FeO）含量控制在10%20%之間。渣量的控制。過大的渣量不僅增加造渣材料的消耗和鐵的損失，還會(huì)給冶煉操作帶來諸多不便，生產(chǎn)中渣量控制的基本原則是，在保證完成脫磷

19、、膠硫的條件下，采用最小渣量操作。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)，一般情況下適宜的渣量約為鋼液量的10%12%，可采用雙渣操作。爐渣的流動(dòng)性。對(duì)于去磷、去硫這些雙相界反應(yīng)業(yè)說，保證熔渣具有良好的流動(dòng)性十分重要。影響爐渣流動(dòng)性的主要因素是溫度和成分。爐渣的泡沫化。泡沫化的爐渣，使鋼-渣兩相的界面積大為增加，改善了去磷反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，可加快去磷反應(yīng)速度。但應(yīng)避免爐渣的嚴(yán)重泡沫化，以防噴濺發(fā)生。3.1.2使用的目的是獲得堿性爐渣，以去除鋼中的磷或硫。石灰是由主要成分為CaCO3的石灰石煅燒而成。對(duì)煉鋼用石灰的基本要求是：CaO盡量高、SiO2及S等雜質(zhì)盡量氏、活性要好、新鮮干燥、塊度合適，具體分析如下：石灰中

20、的有用成分是CaO，當(dāng)然是CaO含量越高越好，石灰的有效堿應(yīng)不低于80%85%，SiO2不超過2.5%，S低于0.2%。石灰中可利用的氧化鈣的含量（CaO）有效=（CaO）石灰=R×（SiO2）石灰所謂“活性”，是指石灰與熔渣的反應(yīng)能力，它是衡量石灰在渣中熔解速度的指標(biāo)。2、石灰的“活性”與生產(chǎn)石灰時(shí)的煅燒溫度有關(guān)。石灰石的分解溫度為880910，如果煅燒溫度控制在10501150時(shí)，燒成的石灰晶粒細(xì)?。▋H1m左右）、氣孔率高（可達(dá)40%以上），呈海綿狀，“活性”很好，稱軟燒石灰或輕燒石灰。熔化快，成渣早，有利于前期去磷，稱過燒石灰或硬燒石灰。不利于冶煉操作。如果煅燒溫度低于900，

21、由于燒成溫度低，石灰燒不透，核心部分仍是石灰石，稱生燒石灰。生灰石灰入爐后，其中殘留的石灰石要繼續(xù)分解而吸熱，不僅成渣慢而且對(duì)熔池升溫不利。評(píng)價(jià)石灰活性的正確方法，是將石灰加入到一定溫度的熔渣中，經(jīng)過一定時(shí)間間隔后，測定未熔化的石灰質(zhì)（重）量，然后根據(jù)石灰在爐渣中的溶解速度判斷其活性。石灰的水活性的檢驗(yàn)方法，主要有以下三種：第一是AWWA法，它是將100g石灰加入到盛有400ml 25水的燒杯中；第二是ASTM法；第三是鹽酸法；石灰的塊度對(duì)于石灰的塊度，轉(zhuǎn)爐煉鋼一般要求為540mm，塊度過大時(shí)，熔化慢，化渣晚。塊度過小，則易被爐氣帶走?；煊性S多粉末的石灰。煉鋼所用石灰還應(yīng)新鮮干燥。轉(zhuǎn)爐車間附近

22、建有石灰窯，螢石的主要成分是CaF2，它能加速石灰熔化和消除爐渣“返干”，而且作用迅速。一般要求其CaF2不低于85%，SiO2結(jié)不超過4%，CaO不超過5%。翠綠透明的螢石質(zhì)量最好；白色的次之；帶有褐色條紋或黑色斑點(diǎn)的螢石含有硫化物雜質(zhì)，其質(zhì)量最差。一是螢石的稀渣作用持續(xù)時(shí)間不長，隨著氟的揮發(fā)而逐漸消失，而且揮發(fā)物對(duì)人體及爐襯都有一定的危害。二是螢石用量大時(shí)，爐渣過稀，會(huì)嚴(yán)重侵蝕爐襯。三是螢石的資源短缺，價(jià)格昂貴。轉(zhuǎn)爐煉鋼中多用鐵礬土和氧化鐵皮代替螢石。它們的化渣和稀渣速度不及螢石，消耗的熱量也比螢石多，而且氧化鐵皮表面粘有油污，鐵礬土含有較多的SiO2和H2O，均含對(duì)冶煉產(chǎn)生不利影響。鐵礬

23、土的主要成分是Al2O3。合成渣料是轉(zhuǎn)爐煉鋼中的新型造渣材料。它是將石灰和熔劑按一定比例混合制成的低熔點(diǎn)、高堿度的復(fù)合造渣材料，即把爐內(nèi)的造查過程部分地，甚至全部移到爐外進(jìn)行。這是一個(gè)提高成渣速度、改善冶煉效果的有效措施。國內(nèi)使用較多的合成渣料是冷固結(jié)球團(tuán)。它是用主要成分為FeO（67%左右）和Fe2O3（16%左右）的污泥狀的轉(zhuǎn)爐煙塵配加一定的石灰粉、生白云石粉和氧化鐵皮，該合成渣料的成份均勻、堿度高、熔點(diǎn)低，而且遇高溫會(huì)自動(dòng)暴裂，加入轉(zhuǎn)爐后極易熔化，能很快形成高堿度、強(qiáng)氧化性和良好流動(dòng)性的熔渣。白云石是碳酸鈣和碳酸鎂的復(fù)合礦物，高溫下分解后的主要組分為CaO和MgO。轉(zhuǎn)爐煉鋼中廣泛采用加入

24、一定數(shù)量的白云石來代替部分石灰的造渣工藝，白云石造渣工藝的主要目的是延長爐襯壽命，根據(jù)氧化鎂在渣中有一定溶解度的特點(diǎn)，向爐內(nèi)加入一定數(shù)量的白云石，從而減弱熔渣對(duì)鎂質(zhì)爐初中MgO的溶解；另一方面，冶煉中隨著爐渣堿度的提高，渣中MgO達(dá)過飽和狀態(tài)而有少量的固態(tài)氧化鎂顆粒析出，使后期爐渣的黏度明顯升高。加白云石造渣可以大幅度提高爐齡，而且，渣中（MgO）含量控制在6%8%較為適宜。對(duì)于轉(zhuǎn)爐煉鋼用白云石，一般要求其MgO含量在20%以上，CaO含量不低于30%，硫、磷雜質(zhì)元素含量要低，塊度以540mm為宜。白云石造渣時(shí)以采用輕燒白云石為好。轉(zhuǎn)爐煉鋼中使用部分礦石作冷卻劑或電爐煉鋼中加礦氧化時(shí)，由于鐵礦

25、石中含有一定數(shù)量的SiO2，為保證爐渣的堿度不變應(yīng)補(bǔ)加適量的石灰。每千克礦石需補(bǔ)加石灰的數(shù)量按下式計(jì)算：補(bǔ)加石灰量（kg/kg）=轉(zhuǎn)爐煉鋼中采用白云石造渣工藝時(shí)，白云石的用量約為石灰用量的四分之一。加速石灰熔化、迅速成渣是煉鋼，尤其是轉(zhuǎn)爐煉鋼中的重要任務(wù)。影響石灰在渣中的溶解速度的因素主要是石灰的質(zhì)量、熔池溫度及熔渣的組成。熔池溫度的允許波動(dòng)范圍并不大，對(duì)石灰溶解速度的調(diào)控能力較為有限。通過控制爐渣的成分來影響石灰的溶解速度是最為直接、方便和快捷的方法。渣中（CaO）的含量小于30%35%時(shí)，石灰的溶解速度隨其增加而增大。當(dāng)渣中（SiO2）的濃度低時(shí)隨著（SiO2）含量增加，石灰的溶解速度增大

26、。當(dāng)（SiO2）大于25%時(shí)，進(jìn)一步增加其含量，不僅會(huì)在石灰表面形成2CaO·SiO2硬殼，而且會(huì)增加渣中復(fù)合陰離子的數(shù)量，導(dǎo)致爐渣黏度上升而減緩石灰的溶解。隨著渣中FeO含量的增加，石灰的溶解速度直線增大。少量的（MgO）含量，有利于石灰的熔化。渣中的（CaF2）也具有極強(qiáng)的化渣和稀渣作用。選擇的依據(jù)是原材料的成分和所煉鋼種。在冶煉過程中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到終點(diǎn)出鋼的造渣方法稱為單渣法。單渣法操作的工藝簡單，冶煉時(shí)間短，生產(chǎn)率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，但其他除硫、磷的效率低些。單渣法適合于使用含磷、硫、硅較低的鐵水或冶煉對(duì)硫、磷要求不高的一般碳素鋼和低合金鋼。雙渣法，是指在吹

27、煉中途倒出部分爐渣，然后補(bǔ)回渣料再次造渣的操作方法。特點(diǎn)：爐內(nèi)如終保持較小的渣量，吹煉中可以避免因渣量過大而引起的噴濺，且渣少易化；同時(shí)又能獲得較高的去硫、去磷效率。適合于鐵水含硅、磷、硫量較高?；蛘呱a(chǎn)高碳鋼和低磷鋼種。采用雙渣法操作時(shí)，要注意兩個(gè)問題：一是倒出爐渣的數(shù)量。倒出1/2或2/3的爐渣。二是倒渣時(shí)機(jī)，應(yīng)選在渣中的磷含量最高（FeO）含量最低的時(shí)候進(jìn)行倒渣操作，理想效果：吹煉低碳鋼時(shí)，鋼渣操作應(yīng)該在鋼中含碳量降至0.6%0.7%時(shí)進(jìn)行。倒渣前1分鐘適當(dāng)提槍或加些螢石改善爐渣的流動(dòng)性，便于倒渣操作。雙渣留渣法是指將上一爐的高堿度、高溫度和較高（FeO）含量的終渣部分地留在爐內(nèi)，以便加

28、速下一爐鋼初渣的形成并在吹煉中途倒出部分爐渣再造新渣的操作方法。倒渣時(shí)機(jī)及倒渣量與雙渣法相似，但是由于留渣，初渣早成而前期的去硫及去磷效率高。采用雙渣留渣法時(shí)，兌鐵水前應(yīng)先加一批石灰稠化所留爐渣，而且兌鐵水時(shí)要緩慢進(jìn)行，以防發(fā)生爆發(fā)式碳氧反應(yīng)而引起嚴(yán)重噴濺。若上一爐鋼終點(diǎn)碳過低，一般不宜留渣。噴吹石灰粉造渣，是在冶煉的中、后期以氧氣為載體，用氧槍將粒度為1mm以下的石灰粉噴入熔池且在中途倒渣一次的操作方法。倒渣操作：一般選在鋼液含碳量為0.6%0.7%時(shí)進(jìn)行。由于噴吹的是石灰粉末，成渣速度更快，前期去硫、去磷的效率更高，該法需要破碎設(shè)備，而且粉塵量大，勞動(dòng)條件惡劣；石灰粉又更容易吸收空氣中的水

29、。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐雖能將高磷鐵水煉成合格的鋼，但技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差。單渣法生產(chǎn)穩(wěn)定、操作簡單、便于實(shí)行計(jì)算機(jī)控制。對(duì)于含硅、磷及硫較高的鐵水，入爐前進(jìn)行預(yù)處理使之達(dá)到單渣法操作的要求，即合理又經(jīng)濟(jì)。為了加速石灰的熔化，渣料應(yīng)分批加入。否則，會(huì)造成熔池溫度下降過多，導(dǎo)致渣料結(jié)團(tuán)且石灰塊表面形成一層金屬凝殼而推遲成渣，加速爐襯侵蝕并影響去硫和去磷。單渣操作時(shí)，渣料通常分兩批加入。第一批渣料在開吹的同時(shí)加入，石灰為全部的1/22/3，鐵礦石為總加入量的1/3，螢石則用全部的1/31/2。其余的為第二批渣料，一般是在硅及猛的氧化基本結(jié)束、頭批渣料已經(jīng)化好、碳焰初起的時(shí)候加入。如果二批渣料加入過早，爐內(nèi)溫度還

30、低且頭批渣料尚未化好又加冷料，勢必造成渣料結(jié)團(tuán)，爐渣更難很快化好。如果加入過晚，正值碳的激烈氧化時(shí)期，渣中的（FeO）較低，二批渣料難化，容易產(chǎn)生金屬飛濺。由于渣料的加入使?fàn)t溫降低，碳氧反應(yīng)將被抑制，導(dǎo)致渣中的氧化鐵積聚，一旦溫度上升，必會(huì)發(fā)生爆發(fā)式碳氧反應(yīng)而引起嚴(yán)重噴濺。二批渣料可視爐內(nèi)情況一次加入或分小批多次加入。分小批多次加入無疑對(duì)石灰熔化是有利的。最后一小批料必須在終點(diǎn)前34分鐘加入，否則所加渣料尚未熔化就要出鋼了。電爐煉鋼熔化期的任務(wù)主要有兩個(gè)：一是用電弧產(chǎn)生的熱量把固體爐料迅速熔化，并盡快將鋼液加熱到氧化所需的溫度1550。二是盡早造好有一定堿度的氧化渣，以去除鋼液中的一部分磷并減

31、少鋼液吸氣和金屬揮發(fā)。氧化期的主要任務(wù)是進(jìn)一步去磷至低于成品鋼的要求，并氧化脫碳以升溫、去氣、去夾雜。熔化期及氧化期需要的都是堿性氧化渣。為了順利完成上述任務(wù)造渣過程從裝料時(shí)就開始了。裝料前，先在爐底鋪一層約為料重1.5%的石灰，不僅能保護(hù)襯裝料時(shí)不被砸壞，而且有利于早成渣。爐內(nèi)形成熔池后，按料重的1%補(bǔ)加石灰，同時(shí)吹氧助熔并化渣。爾后不時(shí)補(bǔ)加石灰，最終使總渣量達(dá)到鋼液的4%5%；爐料化清后，扒除大部分爐渣或熔化后期自動(dòng)流渣，并補(bǔ)加渣料進(jìn)入氧化期。氧化期造渣的關(guān)鍵是根據(jù)脫磷和脫碳兩方面的要求正確地控制爐渣的成分及渣量。脫碳是氧化期的兩個(gè)重要反應(yīng)。氧化前期，邊吹氧邊自動(dòng)流渣，并及時(shí)補(bǔ)加石灰，渣量

32、保持在3%4%左右，堿度控制在2.53.0之間。隨著氧化的進(jìn)行，不時(shí)流渣并補(bǔ)加少量渣料，到氧化后期渣量減至2%3%。堿度降至2.0左右，以利于脫碳反應(yīng)的進(jìn)行。氧化渣的渣況是否正常，將直接關(guān)系到氧化過程能否順利進(jìn)行。而渣況的好壞，取決于爐渣的成分與溫度，加之冶煉過程中熔池的溫度及成分在不斷的變化著。對(duì)于轉(zhuǎn)爐練鋼，爐內(nèi)渣況良好的基本條件有兩個(gè)。第一是不出現(xiàn)“返干”現(xiàn)象；第二是不發(fā)生噴濺，特別是嚴(yán)重噴濺。無論是“返干”還是噴測，一旦出現(xiàn)均會(huì)嚴(yán)重影響爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，甚至釀成事故。因此轉(zhuǎn)爐煉鋼的渣況判斷的重點(diǎn)，應(yīng)放在對(duì)將會(huì)發(fā)生的“返干”或噴油的預(yù)測上，以便及時(shí)處理而避免發(fā)生。經(jīng)驗(yàn)預(yù)測。渣料化好、渣況正常

33、的標(biāo)志是：爐口的火焰比較柔軟，爐內(nèi)傳出的聲音也柔和、均勻。渣已化好、化透時(shí)，爐渣被一定程度地泡沫化了，渣層較厚。氧槍噴頭埋沒在泡沫渣中吹煉，氧氣射流從槍口噴出及其沖擊熔池時(shí)產(chǎn)生的噪聲大部分被渣層吸收，而傳到爐外的聲音就較柔和；從熔池中逸出的CO氣體的沖力也大為減弱，在爐口處燃燒時(shí)的火焰也就顯得較為柔軟。爐口的火焰由柔軟逐漸向硬直的方向發(fā)展，爐內(nèi)傳出的聲音也由柔和漸漸變得刺耳起來，表明爐渣將要出現(xiàn)“返干”現(xiàn)象。這是槍位過低或較低的槍位持續(xù)時(shí)間過長，激烈的脫碳反應(yīng)大量消耗了渣中的氧化鐵所致。迅速調(diào)高槍位并酌情加入適量螢石，便可避免“返干”的出現(xiàn)。如果爐內(nèi)傳出的聲音漸漸變悶，爐口處的火焰也逐漸轉(zhuǎn)暗且

34、飄忽無力；還不時(shí)地從爐口濺 出片裝泡沫渣，說明爐查正在被嚴(yán)重泡沫化，渣面距爐口已經(jīng)很近，不久就要發(fā)生噴濺。二批料加入過晚易出現(xiàn)此種現(xiàn)象。其原因是，當(dāng)時(shí)爐內(nèi)的碳氧反應(yīng)已較激烈，加入冷料后使?fàn)t溫突然下降，抑制了碳氧反應(yīng)，使渣中的氧化鐵越積越多；隨著溫度漸漸升高，熔池內(nèi)的碳氧反應(yīng)又趨激烈，產(chǎn)生的CO氣體逐漸增多，爐渣的泡沫化程度也就越來越高。迅速調(diào)低槍位消耗渣中多余的氧化鐵即可避免噴濺的發(fā)生。聲納控渣儀預(yù)測。一些大型鋼廠使用聲納控渣儀對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼中的“返干”和噴濺進(jìn)行預(yù)測和預(yù)報(bào)，并取得了不錯(cuò)的效果。聲納控渣儀的工作原理是：在爐口附近安裝定向取聲裝置和聲納儀采集爐口噪聲，對(duì)其進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換、選頻、濾波、放

35、大、整表后輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)在其顯示器上的音強(qiáng)化渣圖中繪制冶煉過程中的噪聲強(qiáng)度曲線，間接地反映渣層厚度或渣面的高低，同時(shí)對(duì)吹煉過程中可能發(fā)生的噴濺或“返干”進(jìn)行預(yù)報(bào)，并由報(bào)警裝置發(fā)出聲、光信號(hào)。有大量微小氣泡存在的熔渣呈泡沫狀，這樣的渣子們們稱之為泡沫渣。泡沫渣中氣泡的體積通常要大于熔渣的體積，可見泡沫渣中的渣子是以氣泡的液膜的形式存在的。泡沫渣中往往還懸浮有大量的金屬液滴。爐渣被泡沫化后，鋼、渣、氣三相之間的接觸面積大為增加，可使傳氧過程及鋼、渣間的物化反應(yīng)加速進(jìn)行，冶煉時(shí)間大大縮短；爐渣的泡沫化，使得在不增加渣量的情況下，渣的體積顯著增大，渣層的厚度成倍增加，對(duì)爐氣的過濾作用得以加強(qiáng)，可

36、減少爐氣帶出的金屬和煙塵，提高金屬收得率。A、熔渣泡沫化的條件：1、這是熔渣泡沫化的外部條件。向熔渣吹入氣體，或熔池內(nèi)有大量氣體通過鋼渣界同面向渣中轉(zhuǎn)移均可促使?fàn)t渣泡沫化。例如熔池內(nèi)的碳氧反應(yīng)，因其反應(yīng)的產(chǎn)物是CO氣體，而且要通過渣層向外排出，因而具有促使熔渣起泡的作用。2、熔渣本身有一定的發(fā)泡性。這是熔渣泡沫化的內(nèi)部條件。一是泡沫促持時(shí)間，又稱之為泡沫壽命。泡沫壽命越長，熔渣的發(fā)泡性越好。二是泡沫渣的高度，此值愈大爐渣的發(fā)泡性愈好。熔渣發(fā)泡性的本質(zhì)即渣中氣泡的穩(wěn)定性。實(shí)際生產(chǎn)中，熔渣的泡沫化程度是形成泡沫渣的外部條件和內(nèi)部條件共同作用的結(jié)果。外部條件主要是進(jìn)氣量和氣體種類，而內(nèi)部條件即爐渣的

37、發(fā)泡性則是由其本身的性質(zhì)決定的。爐渣的表面張力愈小，其表面積就愈易增大即小氣泡愈易進(jìn)入而使之發(fā)泡。爐渣的黏度，將增加氣泡合并長大及從渣中逸出的阻力，渣中氣泡的穩(wěn)定性增加。影響爐渣泡沫化程度的因素主要有以下四個(gè)：進(jìn)氣量和氣體的種類；熔池溫度；熔渣的堿度及（FeO）含量；熔渣的其他成分。在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，由于脫碳量及脫碳速度均很大，形成泡沫渣的氣體來源充足；加之，為了去除硫和磷，爐渣的堿度及（FeO）含量均較高，具備了形成泡沫渣的良好條件，因此，轉(zhuǎn)爐吹煉中爐渣的泡沫化是必然現(xiàn)象。如果滬渣過分泡沫化則會(huì)溢出爐外，甚至產(chǎn)生噴濺，不僅影響爐襯壽命和正常生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成人身及設(shè)備的安全事故。開吹初期，由于

38、渣量較小，脫碳速度不大，爐渣的泡沫化程度較低。吹煉進(jìn)行到全程的25%時(shí)間后，脫碳速度逐漸增加，加之渣量已較大，爐渣的泡沫化程度也逐漸增加，并漸漸埋沒氧槍噴頭。當(dāng)吹煉進(jìn)行到全程的50%60%時(shí)間時(shí)，渣面高度達(dá)最大值，并有溢出爐口的趨勢，此時(shí)爐內(nèi)的脫碳速度達(dá)峰值，且熔渣的堿度也恰好在1.82.0左右，由于熔池溫度已高，爐渣的堿度也達(dá)3.0左右；加之鋼液的含碳量已低，脫碳速度逐漸下降，爐渣的泡沫化程度也隨之逐漸降低，并趨于消失。轉(zhuǎn)爐吹煉的初期和末期，爐渣的泡沫化程度較低，控制的重點(diǎn)是防止吹煉中期出現(xiàn)嚴(yán)重的泡沫化現(xiàn)象。吹煉中期爐溫偏低時(shí)，容易發(fā)生爐渣的嚴(yán)重泡沫化現(xiàn)象。嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生爆發(fā)式的碳氧反應(yīng)，大量

39、的CO氣體攜帶泡沫渣從爐口噴出，形成所謂的噴濺。首先，要盡可能保證吹煉初期爐子熱行。吹煉初期爐子熱行，初渣易早成，可使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)正常，元素氧化速度適當(dāng)，從而避免吹煉中期爐溫還上不來的現(xiàn)象。比如鐵水溫度偏低時(shí)，應(yīng)先采用較低的槍位提溫。鐵礦石、氧化鐵皮或其他固態(tài)氧化劑等要分批多次加入，以免使熔池溫度下降過多而抑制爐內(nèi)的碳氧反應(yīng)。其次，應(yīng)盡量改善原料質(zhì)量。再次，要合理控制槍位。在槍位控制上，應(yīng)是在滿足化渣的條件下盡量低些，切忌化渣槍位過高和較高槍位下長時(shí)間化渣。如發(fā)現(xiàn)爐渣已經(jīng)嚴(yán)重泡沫化了，應(yīng)先短時(shí)提槍，借助氧氣射流的機(jī)械沖擊作用，使泡沫破裂，減輕噴油；而后立即硬吹一定時(shí)間，使渣中（FeO）的含量降低到

40、正常范圍。一是降低鋼液含氧量，以減少調(diào)整鋼液成分時(shí)所加合金元素的燒損。二是更有效地去硫，氧化精練雖也能去除部分硫，但效果遠(yuǎn)不及還原精煉。還原渣的標(biāo)志是渣中（FeO）含量很低，而且（FeO）含量愈低爐渣的還原性愈強(qiáng)即脫氧、脫硫的能力愈大。還原渣的（FeO）含量不大于0.5%。白渣是電弧爐煉鋼中常用的一種堿性還原渣。白渣中（FeO）含量較低，堿度較高，具有良好的脫氧和脫硫能力。好的白渣，在爐內(nèi)呈輕微的泡沫狀，并能均勻地粘在樣勺或耙子上，冷卻后呈白色并能自動(dòng)粉化，故稱白渣。白渣極易與鋼液分離而上浮，較少玷污鋼液，所以通常規(guī)定必須要白渣下出鋼。電石渣：電石渣是電弧爐煉鋼中采用的另一種堿性還原渣。該渣的

41、基本成分與白渣相似，不同的是渣中含有一定量的碳化鈣，其渣樣冷卻后呈灰色，并有白色條紋。硅鐵粉的粒度應(yīng)不大于1mm；使用前必須在100200的溫度下干燥4小時(shí)以上，保證水分不超過0.2%。硅鈣粉：硅鈣粉由硅鈣合金磨制成，是一種優(yōu)良的脫氧劑。它的脫氧及脫硫能力極強(qiáng)，而且不會(huì)使鋼液增碳，硅鈣粉的粒度應(yīng)不大于1mm；使用前也必須進(jìn)行干燥。鋁粉：鋁粉的脫氧能力很強(qiáng)，主要用于冶煉低碳不銹鋼和某些低碳合金結(jié)構(gòu)鋼的還原精煉。一定溫度下，與一定成分的熔渣相平衡的鋼液在含氧量愈低，爐渣的還原性愈強(qiáng)。熔渣的組成中，堿度的高低和（FeO）的含量對(duì)熔渣的還原性起著決定性的作用。保持良好的流動(dòng)性是充發(fā)發(fā)揮爐渣的還能能力和

42、加速還原過程的重要條件。還源精煉時(shí)，還應(yīng)保持適當(dāng)?shù)脑?。首要的問題都是要造好“稀”的含義是基本渣料中稀渣劑的比例較高，渣料熔化后滬渣的黏度較低，其目的是保證撒加粉脫氧劑后還原渣具有良好的流動(dòng)性；“薄”的意思是爐渣層薄即應(yīng)采用較小的渣量。扒除氧化渣后迅速加入鋼液量2.5%3.0%的基本渣料，其配比為石灰：螢石：黏土磚塊=4：1：1，并立即以較大功率供電，使?fàn)t料盡快熔化覆蓋鋼液，以減少其吸氣和降溫。維持白渣：采用白渣還原時(shí)，鋼液將增碳0.02%0.05%，因此，當(dāng)冶煉含碳量低于0.2%或含碳范圍較窄的鋼種時(shí)，可用密度較小的木炭粉代替焦粉進(jìn)行還原。準(zhǔn)確判斷還原渣的渣況并及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整操作，對(duì)提高

43、鋼的質(zhì)量、縮短還原時(shí)間等具有十分重要的意義。查看爐渣的顏色：堿性爐渣隨其氧化性的變化而呈現(xiàn)不同的顏色，所以爐渣的顏色是其氧化性強(qiáng)弱的標(biāo)志。爐渣的氧化性強(qiáng)即渣中（FeO）高時(shí)，爐渣呈黑色，隨著氧化性減弱即渣中（FeO）的減小渣色逐漸變淺：黑色黃色淡黃色白色。爐渣變成白色時(shí)，渣中的（FeO）含量一般不大于1%。評(píng)定白渣的好壞，不僅要看渣白的程度，而且要注意白渣保持的時(shí)間。隨時(shí)觀察爐渣顏色，準(zhǔn)確判斷渣況，對(duì)鋼渣成分的控制也有很大幫助。就渣色而言，氧化渣與電石渣相似，均為黑色，應(yīng)注意識(shí)別。觀察爐內(nèi)冒出的煙塵的顏色：爐內(nèi)的渣況不同，冒出來的煙塵的顏色也不同，且十分明顯。電石渣的煙霧濃厚，顏色灰黑；白渣或

44、弱電石渣，煙塵呈灰白色；爐渣脫氧不良時(shí)，煙塵則為灰黃色。硅在鐵液中可以無限溶解，在所有的雜質(zhì)元素中，硅與氧的親和力最大。煉鋼過程中，硅的氧化產(chǎn)物是只溶于爐渣而不溶于鋼液的酸性氧化物SiO2。在煉鋼過程中，硅的氧化方式主要是間接氧化。當(dāng)熔池未被爐渣覆蓋以及直接向熔池吹氧時(shí)，爐料中的硅還會(huì)被氧氣直接氧化一部分。硅的直接氧化和間接氧化均為強(qiáng)放熱反應(yīng)，所以硅的氧化反應(yīng)是在溫度相對(duì)較低的冶煉初期進(jìn)行的。轉(zhuǎn)爐煉鋼中，鐵水中的硅在開吹的幾分鐘內(nèi)便幾乎全被氧化；同時(shí)，硅元素氧化放出的熱量還是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要熱源之一。如果鐵水含硅較高，即使?fàn)t溫早已升到碳氧化所需的溫度，脫碳反應(yīng)也要等到鋼液中的硅含量低于0.15%

45、時(shí)才能激烈進(jìn)行。電爐煉鋼中，如果熔化期采取吹氧助熔措施，到爐料熔清時(shí)其中的硅已被激烈進(jìn)行。電爐煉鋼中，如果熔化期采取吹氧助熔措施，到爐料熔清時(shí)其中的硅已被氧化掉90%。冶煉溫度一定時(shí)，硅的氧化程度取決于基氧化產(chǎn)物SiO2在渣中的存在狀態(tài)。冶煉初期，渣中存在較多的堿性氧化物是（FeO）因此，SiO2先與其結(jié)合成硅酸鐵。在目前的堿性操作中，隨著石灰的熔化，（2FeO·SiO2）中的FeO逐漸被堿性更強(qiáng)的CaO所置換，生成硅酸鈣；煉鋼溫度下，2CaO·SiO2十分穩(wěn)定，爐料中硅氧化得很徹底，而且即使到了冶煉后期溫度升高后，也不會(huì)發(fā)生SiO2的還原反應(yīng)。猛與氧的親和力不如硅與氧的親

46、和力大，冶煉中它被氧化成只溶于爐渣的弱堿性氧化物MnO。猛的氧化方式也是以間接氧化為主。猛的間接氧化和直接氧化也都是放熱反應(yīng)，因此猛的氧化反應(yīng)也是在冶煉的初期進(jìn)行的。不過因氧化過程中放熱較少，猛氧化的激烈程度不及硅。而在轉(zhuǎn)爐吹煉中，鐵水中的猛80%左右也是在開吹后幾分鐘內(nèi)被氧化掉的。在目前生產(chǎn)上所采用的堿性操作中，由于渣中存在著大量的強(qiáng)堿性氧化物（CaO），顯弱堿性的氧化猛大部分以自由的（MnO）存在，因而冶煉中猛氧化得遠(yuǎn)不如硅那么徹底，而且轉(zhuǎn)爐吹煉后期熔池溫度升高后還會(huì)發(fā)生猛的還原反應(yīng)。熔渣的堿度越高、（FeO）含量越低以及熔池溫度越高，還原出的猛越多，吹煉結(jié)束時(shí)鋼液中的猛含量即“余猛”就越

47、高。碳氧反應(yīng)是貫穿于整個(gè)練鋼過程的一個(gè)主要反應(yīng)。煉鋼的重要任務(wù)之一，就是通過向金屬熔池供氧，把金屬中的碳含量降至所煉鋼種的終點(diǎn)要求。大量的碳氧反應(yīng)產(chǎn)物CO氣體從熔池中逸出，會(huì)引起熔池劇烈的沸騰。（1）CO氣體逸出引起的沸騰對(duì)熔池具有強(qiáng)烈的攪拌作用，可強(qiáng)化熔池的傳質(zhì)與傳熱過程，促進(jìn)鋼液、熔渣的成分和溫度的均勻。（2）碳氧反應(yīng)時(shí)對(duì)熔池的攪拌可以加快反應(yīng)物和生成物的擴(kuò)散，并增大爐渣和金屬的反應(yīng)界面，能使熔池內(nèi)的物理化學(xué)反應(yīng)加速進(jìn)行；（3）上浮的CO氣體可攜帶和促進(jìn)鋼中的氣體和非金屬夾雜物上浮，有利于提高鋼的質(zhì)量；（4）大量CO氣體通過渣層使?fàn)t渣泡沫化和熔池中的氣體、爐渣、金屬三相乳化，可大大加速煉鋼

48、反應(yīng)。碳氧反應(yīng)的熱力學(xué)主要研究碳氧反應(yīng)方程式及其平衡常數(shù)、碳氧濃度積、熔池內(nèi)的碳氧關(guān)系、碳氧反應(yīng)的熱效應(yīng)、渣況及真空對(duì)碳氧反應(yīng)的影響等。煉鋼過程中熔池內(nèi)的碳有兩種氧化方式，在氧氣煉鋼條件下，金屬熔池中少部分碳可以在反應(yīng)區(qū)與氣態(tài)氧接觸而發(fā)生直接氧化，其反應(yīng)式為：C+O2=CO G=-152570-34T而熔池中的大部分碳是與溶解在金屬中的氧相互作用而被間接氧化的，其反應(yīng)式為：C+O=CO G=-22200-38.34T碳的間接氧化反應(yīng)為弱放熱反應(yīng)，在煉鋼溫度下其平衡常數(shù)會(huì)隨溫度的長高而略有下降。平衡常數(shù)m=C%·O%故稱m為碳氧濃度乘積。即在一定溫度和壓力下，鋼液中碳與氧的質(zhì)量百分濃度

49、之積是一個(gè)常數(shù)，而與反應(yīng)物和生成物的濃度無關(guān)。溫度一定時(shí)，當(dāng)鋼中的碳含量高時(shí)，與之相平衡的氧含量就低；反之，當(dāng)鋼中碳含量低時(shí)，與之相平衡的氧含量就高。當(dāng)C%0.4時(shí)，隨著鋼中碳含量的降低，氧含量升高得越來越快，尤其是當(dāng)C%0.1時(shí)，與之相平衡的氧含量急居增高。溫度對(duì)鋼液中的碳氧關(guān)系影響不大。說明當(dāng)鋼中碳含量一定時(shí)，與其相平衡的氧含量受溫度的影響很小。據(jù)研究證明，m值隨溫度及含碳量的變化而變化。含碳量一定時(shí)，隨著溫度的升高m值將增大，這是因?yàn)殇撘褐械奶佳醴磻?yīng)為弱放熱反應(yīng)的緣故。在碳低時(shí)，則是由于部分碳按照下列反應(yīng)。在煉鋼溫度下，只有當(dāng)碳含量低于0.1%旱，氣相中CO2才能達(dá)到1%以上，可見煉鋼熔

50、池中碳的氧化產(chǎn)物絕大部分為CO。C-O反應(yīng)產(chǎn)物為氣體CO和CO2，氧氣轉(zhuǎn)爐及電弧爐氧化期等熔池中的實(shí)際氧含量O%實(shí)際高于與C%相平衡的含氧量O%平衡，這二者之差稱為過剩氧，用O%表示。O%=O%實(shí)際-O%平衡過剩氧氣O%的存在是熔池中發(fā)生碳氧反應(yīng)的必要條件（1）過剩氧O%與脫碳反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素有關(guān)。脫碳速度大時(shí)，則碳氧反應(yīng)接近平衡，過剩氧少；反之，過剩氧就多。過剩氧O%隨鋼液的含碳量不同而不同。鋼液的含碳量較低，則過剩氧O%越小，即O%實(shí)際越接近于與碳平衡的氧含量O%平衡。正因?yàn)槿鄢刂械奶己脱趸旧媳３种胶獾年P(guān)系，即碳高時(shí)氧低，因此，在含碳量較高的冶煉初期，增加向熔池的供氧量，只能提高脫碳速度

51、而不會(huì)增加鋼液中的氧含量；冶煉后期，要使含碳量降低到0.15%0.20%，則必須維持鋼液中有較高的氧含量。%O渣也隨熔池中碳含量的變化而變化，并存在下列關(guān)系。O%渣=a(FeO)·O%max實(shí)際上O%渣也隨熔池中碳含量的變化而變化，并存在下列關(guān)系：O%平衡O%實(shí)際O%渣這個(gè)氧濃度差正是熔池中氧不斷地從渣向金屬傳遞和脫碳反應(yīng)不斷進(jìn)行的動(dòng)力。要想使熔池含碳量低至0.05%，必須提高熔池中的氧含量，同時(shí)還要有很高的熔池溫度和渣中氧化鐵濃度。1/2O2+C=CO H=-152.4kJ這是一個(gè)放熱反應(yīng)，因此一般認(rèn)為碳的氧化熱是轉(zhuǎn)爐煉鋼的一個(gè)重要熱源。（FeO）+C=Fe+CO H=85.31k

52、J鋼液與爐渣之間的兩相反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，提高溫度有利于反應(yīng)向生成物方向進(jìn)行。轉(zhuǎn)爐煉鋼中激烈的碳氧反應(yīng)要等到爐內(nèi)溫度較高后方能進(jìn)行、電爐煉鋼中規(guī)定加礦氧化溫。鋼中的氧和碳相互作用的熱效應(yīng)C+O=CO H=-35.61Kj，這是一個(gè)弱放熱反應(yīng) ，降低溫度有利于反應(yīng)向生成物方向自發(fā)進(jìn)行。對(duì)于煉鋼熔池內(nèi)的碳氧反應(yīng)，除反應(yīng)物的濃度即O%、C%和熔池溫度外，爐渣的成分、堿度和渣量對(duì)碳氧反應(yīng)也有著重要的影響。A、爐渣成分的影響爐渣成分中對(duì)碳氧反應(yīng)影響較大的是氧化鐵的含量O%。渣中的FeO越高，通過渣鋼界面進(jìn)入熔池向反應(yīng)區(qū)傳輸?shù)难跻苍蕉?，?duì)碳氧反應(yīng)越有利。而且隨著碳氧反應(yīng)的進(jìn)行，必須逐漸增加渣中的FeO，因

53、為，在一定溫度和壓力下進(jìn)行碳氧反應(yīng)時(shí)，由碳氧濃度積的概念可知，隨著鋼中碳含量的不斷降低 ，與之相平衡的氧含量則不斷提高，為了使碳氧反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行和保持合適的脫碳速度就必須增加渣中的FeO，保證鋼中的實(shí)際含氧量能大于平衡值。碳氧反應(yīng)主要是間接反應(yīng)，即首先都是生成氧化鐵，然后再發(fā)生碳氧反應(yīng)。B、在溫度和FeO一定的情況下，R1.82.0時(shí)，爐渣的氧化性最強(qiáng)，在脫碳過程中，應(yīng)控制爐渣堿度在2.0左右，使其具有最大的氧化能力。爐渣流動(dòng)性的好壞，會(huì)影響到渣鋼反應(yīng)的接觸面積和渣中氧化鐵（FeO）向鋼液擴(kuò)散的速度，同時(shí)還會(huì)影響到反應(yīng)產(chǎn)物CO氣泡的逸出，所以必須保持爐渣良好的流動(dòng)性，使碳氧反應(yīng)能順利進(jìn)行。C、在

54、脫碳過程中，采用小渣量、薄渣層的操作是有利的。薄渣中氧化鐵的濃充相對(duì)較高，而且又減少了（FeO）向鋼中擴(kuò)散的距離和CO氣泡的逸出壓力，所以有利于碳氧反應(yīng)的順利進(jìn)行。在真空條件下，由于外界壓力的降低，為碳氧反應(yīng)創(chuàng)造了良好的熱力學(xué)條件。碳氧反應(yīng)式仍是：C+O=CO。在真空條件下使Pco降低，平衡向氧氣脫碳，并通過包底吹氬促進(jìn)鋼液循環(huán)。當(dāng)向鋼液中吹入氬氧混合氣體時(shí)，其中的氧參與脫碳反應(yīng)，生成CO氣體，隨著脫碳反應(yīng)的進(jìn)行，系統(tǒng)中CO氣體的分壓逐漸升高；但由于有氬氣泡的存在，CO會(huì)擴(kuò)散到其中，從而使碳氧反應(yīng)產(chǎn)物CO的分壓降低，促進(jìn)鋼液中的碳氧反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，最后CO氣體隨氬氣泡的上升而一起排出鋼液。氬氧

55、精煉為“簡化真空”。碳氧反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)主要研究碳氧反應(yīng)的機(jī)理和生產(chǎn)中最為關(guān)心的脫碳速度問題。熔池中的碳氧反應(yīng)是一個(gè)多相反應(yīng)，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)反應(yīng)，必須一方面向反應(yīng)區(qū)及時(shí)供氧和供碳，另一方面反應(yīng)產(chǎn)物CO必須及時(shí)排出。金屬與爐氣之間隔有一層爐渣，反應(yīng)產(chǎn)物CO不可能直接進(jìn)入氣相，而只能在熔池內(nèi)部以氣泡的形式析出，脫碳過程要經(jīng)過以下三個(gè)步驟：（1）熔池內(nèi)的C和O向反應(yīng)區(qū)即金屬液-氣泡界面擴(kuò)散；（2）C和O在氣泡表面吸附并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成CO氣體。（3）生成的CO進(jìn)入氣泡，氣泡長大并上浮排出。1、碳氧反應(yīng)產(chǎn)物CO在金屬中溶解度很小，只有以CO氣泡形式析出，才能使碳氧反應(yīng)順利進(jìn)行。2、要在一個(gè)均勻的鋼液中生成

56、一個(gè)CO氣泡新相，一個(gè)首要的條件是要求生成新相的物質(zhì)CO在鋼液中有一定的過飽和度，物質(zhì)在溶液中以過飽和狀態(tài)存在時(shí)，其自由能要大于它純態(tài)時(shí)的自由能。3、在一個(gè)均勻的液相中所析出一個(gè)新相，而且這個(gè)新相能夠長大，還要求早日生成的種核能夠達(dá)到一定的尺寸，即要達(dá)到“臨界半徑”。4、在冶煉過程中，鋼液中的CO不可能達(dá)到很大的過飽和度，這就要求CO在析出時(shí)要先形成半徑較大的種核，在溶液中的某些地方，在某一瞬間，在一個(gè)很小的體積內(nèi)聚集大量的形核質(zhì)點(diǎn)。在溶液中的某些地方，在某一瞬間，在一個(gè)很小的體積內(nèi)聚集大量的形核質(zhì)點(diǎn)。該現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率是非常小的。在煉鋼熔池中如果要有氣泡生成，則氣泡內(nèi)的氣體必須克服作用于氣泡的

57、外部壓力才能形成。5、在均勻的鋼液內(nèi)部形成CO氣泡是不可能的，碳氧反應(yīng)只可能在現(xiàn)成的氣泡表面進(jìn)行。6、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的碳氧反應(yīng)形式及CO氣泡的生成地點(diǎn)，大致可分為高速氧射流作用區(qū)、金屬與爐渣的相界面、金屬-爐渣-氣體三相乳濁液中、爐襯耐火材料的孔隙中及CO氣泡表面五種情況：第一，在高速氧射流作用區(qū)，氧射流末端被彌散成小氣泡，它是生成CO的現(xiàn)成表面，所以該區(qū)域能發(fā)生碳氧反應(yīng)。其間接氧化反應(yīng)式為O2=O C+O=CO或有少量的碳直接氧化C+ O2=CO 吹煉條件下，由于金屬熔池的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，不斷更新金屬液表面層，形成連續(xù)地供氧，而使得碳氧反應(yīng)連續(xù)不斷地進(jìn)行。在氧流作用區(qū)碳的氧化約占10%30%。第二，

58、在氧射流沖擊不到的地方，仍直爐渣與金屬的界面存在，當(dāng)?shù)V石、石灰以及其他渣中未熔彌散質(zhì)點(diǎn)與金屬液接觸時(shí)，接觸界面上的微孔中存在少量氣體。該處是碳氧反應(yīng)的現(xiàn)成表面，有部分碳在此被氧化。FeO+C=Fe+CO該區(qū)域脫碳時(shí)間短暫，脫碳量極少。第三，高壓氧氣流股沖擊熔池時(shí)，從熔池中飛濺出大量的金屬液滴，其中很大一部分從氧射流作用區(qū)飛出而直接散落在爐渣中，形成金屬-爐渣-氣體三相乳濁液。由于金屬液滴高度彌散在爐渣中呈乳濁狀態(tài)，其接觸面相當(dāng)大，供氧和供碳條件極為有利，乳濁液中金屬液滴含量最高可達(dá)70%，一般平均達(dá)到30%左右，在整個(gè)吹煉過程中，幾乎全部金屬都要經(jīng)過乳化，金屬液中的碳約有2/3是在乳濁液中被氧化的，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中的碳氧反應(yīng)主要發(fā)生在池濁液中。第四，爐襯耐火材料的精糙表面也是較好的生成CO氣