转炉炼钢工艺与操作-供氧制度与供氧操作

炼钢工艺与操作转炉炼钢工艺与操作-供氧制度与供氧操作4.转炉冶炼一炉钢

氧气顶吹转炉在一炉钢的吹炼过程中，元素的氧化，造渣去除磷硫，熔池升温等主要任务都是通过氧气流股与金属熔池的作用——供氧来完成的。通过供氧制度可以控制熔池元素氧化速度，控制造渣和炉渣的氧化性，所以供氧制度对造渣去除硫磷，喷溅量、以及炉衬寿命等均有直接影响。

供氧制度的主要内容包括合理确定喷头结构、供氧压力、供氧强度、喷枪高度以及在吹炼中如何调节枪位。

氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身和尾部结构组成。喷头是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加工而成，也有用压力浇铸而成的。喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等。4.2供氧制度与供氧操作4.转炉冶炼一炉钢目前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。拉瓦尔型喷头是收缩—扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比p出/p0<0.528时形成超音速射流

1、氧射流与熔池的相互作用氧射流冲击力大（硬吹），则射流的穿透深度大，冲击面积小，对熔池的搅拌强烈；反之（软吹），则射流的穿透深度小，冲击面积大，对熔池搅拌弱。在氧射流的作用下，熔池将受到搅拌，产生环流、喷溅、振荡等复杂运动。硬吹的作用是：增大脱碳速度在不同的吹炼方式下，熔池的化学反应形式也不同。硬吹时，载氧射流大量进入钢中，碳的氧化反应激烈，而熔渣氧化性弱；反之，则进入钢中氧少，熔渣氧化性提高。4.转炉冶炼一炉钢

2、枪位对吹炼过程的影响（1）枪位与熔池搅拌的关系

当采用“硬吹”时，即枪位较低或供氧压力较高时，氧气流股对熔池的冲击力量较大，形成了较深的冲击深度，同样产生的小液滴和小气泡的数量也多，炉内的化学反应速度快，特别是脱碳速度的加快，大量的C0气体排出，使熔池得到充分搅动，也就是说，枪位越低，熔池搅拌得越充分。应当注意，这里所述枪位越低的波动范围，是在所选用的枪位下限不足以损坏炉底的前提下调节的。

当采用“软吹”时，即枪位较高或供氧压力较低时，氧气流股对熔池的冲击力量减小，反射流股的数量增加，冲击面积加大，对熔池液面的搅动有所增强，对熔池内部的搅动相应减弱了。4.转炉冶炼一炉钢（2）枪位与（FeO）的关系渣中（FeO）含量与吹炼的关系极为密切，它不仅关系着成渣速度，而且是转炉的各元素氧化反应的参加者，如脱磷、脱碳都与（FeO）有直接关系。另外，渣中（FeO）的含量对炉龄、喷溅铁损失等都有重要的影响。在某种程度上氧气顶吹转炉炼钢的氧枪操作主要是通过枪位的变化来调节和控制炉渣中有合适的（FeO）含量，以满足吹炼过程各期的需要。如果（FeO）控制不当，会给吹炼带来困难，如化渣太晚，严重“返干”，或化渣太早，喷溅厉害。因此，在吹炼中为了提高渣中（FeO）含量，往往适当地提高氧枪高度、为了降低渣中（FeO）含量，则采用低枪位操作。4.转炉冶炼一炉钢4.转炉冶炼一炉钢（3）枪位与熔池温度的关系

枪位对熔池温度的影响是通过炉内化学反应速度来体现的。

枪位低时，对熔池搅拌作用强烈，氧气、炉渣、金属液接触密切，化学反应速度快，冶炼时间短，热损失部分减少，则熔池升温速度加快，温度较高。

枪位高时，反应速度缓慢，冶炼时间延长，热损失部分增加，因而熔池升温速度缓慢，温度偏低。因此，在铁水温度低时，可适当采用低枪位操作，以利于溶池迅升温。4.转炉冶炼一炉钢4.转炉冶炼一炉钢

3、供氧参数

（1）氧气流量与供氧强度

氧气流量指单位时间内向熔池的供氧量，其单位为Nm3／min或Nm3／h。

氧气流量=单位金属的需氧量(Nm3／t)×金属装入量(t)÷供氧时间(min)。

供氧强度指单位时间内每吨金属的供氧量，其单位为Nm3／t·min。

供氧强度=氧气流量(Nm3／min)÷金属装入量(t)

目前国内小型转炉的供氧强度一般波动在2.5～4.5Nm3／t·min之间，少数转炉控制在4.0Nm3／t·min以上。＞120吨供氧强度为2.8--3.6m3/(t．min)。

国外转炉供氧强度波动范围为2.5～4.0m3/(t．min)。4.转炉冶炼一炉钢（2）供氧压力与氧枪高度

氧压是供氧操作的一个重要参数，氧压就是指测定点的压力或称氧压P用，单位为Pa。它并非喷头出口压力或喷头前压力，在实际生产中，氧压的测定点与喷头前有一定的距离，所以有一定的压力损失，一般允许P用偏离设计氧压±20％，目前国内一些小型转炉的工作氧压约为0.5～0.8MPa，一些大型转炉则为0.85～1.2MPa。

所谓氧枪高度(即枪位)就是指氧枪喷头出口端距离静止金属液面的高度，单位为cm或mm。氧枪高度合适与否，直接影响熔池的搅拌、化渣、渣中含量，喷溅，吹炼时间，及炉龄等各个方面。确定合适的氧枪高度主要考虑两个因素：一是使流股有一定的冲击面积，二是要在保证炉底不被冲刷损坏的条件下，使流股对金属熔池有一定的冲击深度。4.转炉冶炼一炉钢（3)氧枪喷嘴数目单孔拉瓦尔：冲击能力大，冲击面积小，喷溅大，化渣慢。多孔拉瓦尔：每个喷孔轴线与几何中心线间均有夹角。冲击能力小，冲击面积大；喷溅小，化渣快，平稳；需降低枪位。一般为3，4，5，7孔喷头。4、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）几种供氧操作特点恒压变枪：供氧操作是指在一炉钢吹炼过程中氧气压力保持不变，通过改变氧枪高度来调节氧气流对熔池的穿透深度和冲击面积，以控制吹炼过程顺利进行。我国目前普遍采用这种操作。4.转炉冶炼一炉钢

也有的采用分阶段恒压变枪操作，即随炉役期的变化，采用分阶段恒压变枪的供氧操作。生产实践证明，这种供氧操作可根据一炉钢吹炼各期特点，易做到较为灵活的控制，吹炼较稳定，造渣去除硫，磷效果良好，吹损较少。恒枪变压：是指一炉钢吹炼过程中氧枪高度保持不变，仅调节氧气压力来控制吹炼过程，氧气压力可根据各阶段熔池反应的需要氧气情况加以调节。这种供氧操作在吹炼条件比较稳定的情况下较为有效，可简化操作，但调节氧压不如调节枪位灵活、效果明显，如果大幅度降低氧压则会延长吹炼时间，因而在吹炼条件多变的情况下，不采用这种供氧操作。变压变枪：供氧操作不但可以使化渣迅速，而且还可以提高吹炼前期和吹炼后期的供氧强度，缩短吹氧时间，但变压与变枪其效果相互影响，操作中不易做到正确地控制。4.转炉冶炼一炉钢（2）供氧操作及其分析(恒压变枪)

①吹炼前期枪位的调节和控制

吹炼前期的特点是硅、锰迅速氧化、渣中Si02浓度大，熔池温度不高，此时要求将加入炉内的石灰尽快地化好，以便形成碱度≮1．5～1．7的活跃炉渣，以减轻酸性渣对炉衬的侵蚀，并增加吹炼前期的脱硫与脱磷率。为此，除应适当地加入萤石或氧化铁皮助熔外，还应采用较高的枪位，如果枪位过低，不仅因渣中(FeO)低会在石灰表面形成高熔点而且致密的2Ca0·Si02，阻碍石灰的溶解，还会由于炉渣未能很好地覆盖熔池表面而产生飞溅，当然，前期枪位也不宜过高，以免发生严重喷溅。4.转炉冶炼一炉钢

②吹炼过程的枪位控制

吹炼过程枪位控制的基本原则是：继续化好渣、化透渣、快速脱碳、不喷溅、熔池均匀升温。吹炼中期的特点是强烈脱碳，在这个阶段中，不仅吹入的氧气全部用于碳的氧化，而且渣中的氧化铁也大量被消耗。渣中∑(FeO)的降低将使炉渣的熔点上升，流动性下降，还会使炉渣出现“返干”现象，影响硫，磷的去除甚至于发生回磷现象，金属飞溅也严重，为了防止中期炉渣返干，应该适当提枪，增加渣中氧化亚铁，使渣中∑(FeO)保持在10～15％的范围内。4.转炉冶炼一炉钢③吹炼后期的枪位控制

吹炼后期脱碳反应已经减弱，产生喷溅的可能性不大。这一阶段的基本任务是进一步凋整好炉渣的氧化性和流动性，继续去除硫、磷、使熔池钢液成分和温度均匀，稳定火焰，便于准确地控制终点。

为此在过程化渣不太好，或者中期炉渣返干较严重时，后期应首先适当提枪化渣，而在接近终点时，再适当降枪，以加强熔池搅拌，使熔池的温度和成分均匀化。

4.转炉冶炼一炉钢吹炼硅钢等含碳很低的钢种时，还应注意加强熔池搅拌以加速后期脱碳，均匀熔池的温度和成分以及降低终渣的∑(FeO)含量。为此在过程化渣不太好，或者中期炉渣返干较严重时，后期应首先适当提枪化渣，而在接近终点时，再适当降枪，以加强熔池搅拌，使熔池的温度和成分均匀化，降低镇静钢和低碳钢的终点∑(FeO)，提高金属和合金收得率并减轻对炉衬的侵蚀。

吹炼沸腾钢时，则应按要求控制终渣的(FeO)含量，当温度高时，可采用缩短最后的降枪时间，即降枪晚一点的办法。反之，当温度低时，可适当延长终点降枪操作时间。4.转炉冶炼一炉钢5、几种典型氧枪枪位操作恒枪位操作：在铁水中磷、硫含量较低时,吹炼过程中枪位基本不作变动。低一高一低枪位操作：铁水入炉温度较低或铁水中[Si][P]>1.2%高一低一高一低枪位操作：铁水温度较高或渣料集中在吹炼前期加入，开吹时采用高枪位化渣，使渣中(Fe0)达25-30%，促进石灰熔化，形成具有