1、第五章第五章 转炉炼钢工艺转炉炼钢工艺5.1 现代转炉炼钢发展趋势现代转炉炼钢发展趋势5.2 氧气转炉炼钢及设备特点氧气转炉炼钢及设备特点 5.3 转炉炼钢工艺制度转炉炼钢工艺制度 5.4 复吹转炉炼钢工艺复吹转炉炼钢工艺 5.5 转炉的其他冶炼工艺介绍转炉的其他冶炼工艺介绍 5.6 转炉典型钢种的冶炼及其质量转炉典型钢种的冶炼及其质量5.7 转炉炼钢过程自动控制转炉炼钢过程自动控制5.8 转炉溅渣护炉技术转炉溅渣护炉技术 自供热转炉的发展演变过程5.1 5.1 现代转炉炼钢发展趋势现代转炉炼钢发展趋势由传统供热向外加燃料联合供热转炉的发展演变过程由传统供热向外加燃料联合供热转炉的发展演变过程
2、 转炉炼钢功能的发展和完善转炉炼钢功能的发展和完善 5.2 5.2 氧气顶吹转炉炼钢及设备特点氧气顶吹转炉炼钢及设备特点 q 氧气转炉炼钢的特点氧气转炉炼钢的特点 生产率高、钢中气体含量少，钢质量好；生产率高、钢中气体含量少，钢质量好；可炼品种多、原料适应性强；可炼品种多、原料适应性强；成本低、投资少、建厂快；成本低、投资少、建厂快；生产较均衡，利于与连铸配合，利于实现生产的自动控制；生产较均衡，利于与连铸配合，利于实现生产的自动控制；p 氧气顶吹转炉设备氧气顶吹转炉设备 炉体结构及倾动机构炉体结构及倾动机构 供氧系统供氧系统 供料系统供料系统 废气处理系统废气处理系统 送往高炉利用送往高炉利
3、用吸吸滤滤池池渣渣罐罐水封逆止阀水封逆止阀进入煤气柜进入煤气柜不不回回收收时时放放空空洗洗涤涤塔塔炉顶料仓炉顶料仓带式运输机带式运输机电动机电动机传动机构传动机构振动给料器振动给料器电子称电子称实实心心轴轴风风机机烟烟道道支架支架溜溜槽槽文氏管文氏管脱水器脱水器密封料仓密封料仓转转炉炉氧氧枪枪氧气顶吹转炉及其附属设备示意图氧气顶吹转炉及其附属设备示意图回收煤气回收煤气汽包汽包沉淀池沉淀池转炉炉体结构及倾动机构转炉炉体结构及倾动机构 炉帽（锥形）：炉帽（锥形）：水冷炉口（顶部）水冷炉口（顶部）出钢口（炉帽与炉身交界处）出钢口（炉帽与炉身交界处）炉壳炉壳 档渣板（环形伞状）档渣板（环形伞状）炉身（
4、圆筒形）炉身（圆筒形）筒球型筒球型 炉底（球形）炉底（球形）锥球型锥球型 炉体金属结构炉体金属结构 托圈托圈 截锥型截锥型 耳轴耳轴 转炉转炉 轴承座轴承座 工作层工作层 炉衬炉衬炉膛内腔炉膛内腔 填充层填充层 永久层永久层 倾动机构倾动机构 电动机、减速装置（减速机、制动装置等）电动机、减速装置（减速机、制动装置等）氧气顶吹转炉设备氧气顶吹转炉设备散状料供应系统主要设备组成及其作用散状料供应系统主要设备组成及其作用v主要设备有地面料仓、提升运输设备、高位料仓、主要设备有地面料仓、提升运输设备、高位料仓、称量和加料设备。生产流程如下：称量和加料设备。生产流程如下：散状料散状料地位料仓地位料仓皮
5、带运输等皮带运输等斗式提升机斗式提升机高位料仓高位料仓电磁振动给料器电磁振动给料器自动称量漏斗自动称量漏斗汇总漏斗汇总漏斗溜槽溜槽转炉炉口转炉炉口皮带运输机（皮带走廊）皮带运输机（皮带走廊）氧气顶吹转炉设备氧气顶吹转炉设备 废气处理系统废气处理系统 转炉烟气净化及回收处理的意义转炉烟气净化及回收处理的意义防止环境污染、回收能源。防止环境污染、回收能源。烟气的处理方式有燃烧法与未燃法两种烟气的处理方式有燃烧法与未燃法两种 烟尘的净化方式也有两种，即湿式净化与干式净化。烟尘的净化方式也有两种，即湿式净化与干式净化。o 目前绝大多数顶吹转炉的烟气是采用未燃法（氮幕法）、湿目前绝大多数顶吹转炉的烟气是
6、采用未燃法（氮幕法）、湿法法净化回收系统，称净化回收系统，称OGOG系统；系统；o 有的也采用未燃、干式净化回收系统，又称有的也采用未燃、干式净化回收系统，又称LTLT系统。系统。o 烟气除尘设备烟气除尘设备洗涤除尘器（文氏管）、静电除尘器、布洗涤除尘器（文氏管）、静电除尘器、布袋除尘器等。袋除尘器等。燃烧法与未燃法除尘特性比较燃烧法与未燃法除尘特性比较 项目项目 燃烧法燃烧法 未燃法未燃法空气燃烧系数空气燃烧系数1 1（1.2 1.2 或或3 34 4）1（=0.08）烟气烟气成分成分以以 COCO2 2、N N2 2 为主为主以以 CO（转炉煤气）为主（转炉煤气）为主烟尘烟尘成分成分以以
7、FeFe2 2O O3 3 为主，颗粒为主，颗粒细小细小以以 Fe O 为主，颗粒为主，颗粒较大较大冷却方式冷却方式废热锅炉法废热锅炉法（1.2 1.2）空空气冷却法气冷却法（3 34 4）汽化冷却汽化冷却控制控制的方法的方法活动烟罩活动烟罩活动烟罩和炉口压力调节法或活动烟罩和炉口压力调节法或氮幕法（氮幕法（OG法）法）优缺点优缺点操作简单，运行安全。处操作简单，运行安全。处理烟气量大（是未燃法的理烟气量大（是未燃法的46倍倍），系统设备庞大），系统设备庞大基建投资高；颗粒细小，基建投资高；颗粒细小，除尘效率低。除尘效率低。烟气量烟气量(很小很小)，设备体积，设备体积小小，投资投资省省（仅为燃
8、烧法的（仅为燃烧法的 5060）；且可）；且可回收煤气回收煤气；颗粒；颗粒较大，除尘效率较大，除尘效率高高；烟气成分；烟气成分以以 CO为主，系统运行安全性为主，系统运行安全性差差，易发生爆炸事故。故要求，易发生爆炸事故。故要求系统的系统的密封性密封性要要好好。趋势趋势采用该法除尘且采用该法除尘且回收煤气回收煤气 OG系统的流程：系统的流程：烟气烟气烟罩烟罩汽化冷却烟道汽化冷却烟道一级文氏管一级文氏管90度弯头脱水器度弯头脱水器二级文氏管二级文氏管 90度弯头脱水器度弯头脱水器丝网脱水器丝网脱水器 回收回收三通阀三通阀水封逆止阀水封逆止阀V形水封形水封煤气柜煤气柜 风机风机 放散放散旁通阀旁通
9、阀放散烟囱放散烟囱测定孔测定孔一级文氏管一级文氏管放散烟囱放散烟囱煤气柜煤气柜V形水封形水封上部安全阀上部安全阀汽化冷却烟道汽化冷却烟道水封逆止阀水封逆止阀二级文氏管二级文氏管下部安全阀下部安全阀上烟罩上烟罩上烟罩上烟罩烟裙烟裙流流量量计计90度弯头脱水器度弯头脱水器风风机机旁旁通通阀阀三三通通阀阀丝网除雾气丝网除雾气 OG系统的流程示意图系统的流程示意图 LT法净化、回收系统工艺流程法净化、回收系统工艺流程LT法净化、回收系统工艺流程法净化、回收系统工艺流程未燃烟气（未燃烟气（8001000 ）活动罩裙活动罩裙冷却烟道（或余热冷却烟道（或余热锅炉）锅炉）蒸发冷却器蒸发冷却器（蒸发冷却塔）（蒸
10、发冷却塔）煤气冷却（煤气冷却（150200）、干燥（水雾蒸发）、除粗尘、干燥（水雾蒸发）、除粗尘 干粗尘干粗尘 回收回收三通阀三通阀冷却塔冷却塔煤气柜煤气柜电除尘器电除尘器（除细尘）（除细尘）风机风机（I D）切换站切换站 （73 ）干细尘干细尘 放散放散放散烟囱放散烟囱(氮气引射装置氮气引射装置)热压块设备热压块设备（压块）（压块）转炉转炉 静电除尘器的主要特点静电除尘器的主要特点:除尘效率高（净化效率高），可达除尘效率高（净化效率高），可达99.9，而且稳，而且稳定，不受烟气量波动的影响，最适宜捕集定，不受烟气量波动的影响，最适宜捕集小于小于1m的烟尘；的烟尘；处理烟气量大，阻力损失小（一
11、般在处理烟气量大，阻力损失小（一般在30毫米水柱以毫米水柱以下），可用于高温烟气；下），可用于高温烟气；维护费用较低，使用寿命长。维护费用较低，使用寿命长。但一次性投资高（设备投资费用大），设备庞大，但一次性投资高（设备投资费用大），设备庞大，占地面积大。占地面积大。选用时要考虑设置增湿塔，降低烟尘电阻率后再进选用时要考虑设置增湿塔，降低烟尘电阻率后再进入静电除尘器，才能发挥其特性（电除尘器适宜烟入静电除尘器，才能发挥其特性（电除尘器适宜烟尘电阻率为尘电阻率为1081011m）。）。布袋布袋式除尘器工作原理式除尘器工作原理滤袋滤袋尘粒出口尘粒出口净气净气含尘气体含尘气体反吹风机反吹风机反吹管传
12、动反吹管传动 布袋式除尘器布袋式除尘器 布袋式除尘器是干式除布袋式除尘器是干式除尘设备尘设备，由许多单体布，由许多单体布袋组成。袋组成。工作原理工作原理如下：如下：布袋是由普通涤纶或高布袋是由普通涤纶或高温纤维、或玻璃纤维制成温纤维、或玻璃纤维制成的编织袋。含尘气体通过的编织袋。含尘气体通过布袋过滤，尘埃附着于布布袋过滤，尘埃附着于布袋表面，使气与尘分离，袋表面，使气与尘分离，气得到净化。附着于布袋气得到净化。附着于布袋表面的尘埃，定期通过反表面的尘埃，定期通过反吹风使其脱落，得到清理。吹风使其脱落，得到清理。5.3 5.3 转炉炼钢工艺制度转炉炼钢工艺制度冶炼过程概述冶炼过程概述 从从装料装
13、料到到出钢出钢，倒渣倒渣，转炉一炉钢的冶炼过程转炉一炉钢的冶炼过程包括包括装料、吹炼、脱氧装料、吹炼、脱氧出钢、溅渣护炉和倒渣出钢、溅渣护炉和倒渣几个阶段。几个阶段。一炉钢的一炉钢的吹氧时间吹氧时间通通常为常为12-18min12-18min，冶炼周冶炼周期期为为30min30min左右左右。u上炉钢出完钢后，上炉钢出完钢后，倒净炉渣倒净炉渣，堵出钢口堵出钢口，兑铁水兑铁水和和加废加废钢钢，降枪供氧降枪供氧，开始吹炼。，开始吹炼。u在送氧开吹的同时，加入第一批渣料，加入量相当于全在送氧开吹的同时，加入第一批渣料，加入量相当于全炉总渣量的炉总渣量的三分之二三分之二，开吹，开吹4-64-6分钟后，
14、第一批渣料化好，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，需加入第三批再加入第二批渣料。如果炉内化渣不好，需加入第三批萤石渣料。萤石渣料。u吹炼过程中的吹炼过程中的供氧强度供氧强度：小型转炉为小型转炉为2.5-4.52.5-4.5m m3 3/(t/(tmin)min)；120t120t以上的转炉一般为以上的转炉一般为2.8-3.62.8-3.6m m3 3/(t/(tmin)min)。冶炼过程概述冶炼过程概述开吹时开吹时氧枪枪位采用氧枪枪位采用高枪位高枪位，目前是为了早化渣，多去磷，目前是为了早化渣，多去磷，保护炉衬；保护炉衬；在在吹炼过程中吹炼过程中适当适当降低枪位降低枪
15、位的保证炉渣不的保证炉渣不“返干返干”，不喷溅，不喷溅，快速脱碳与脱硫，熔池均匀升温为原则；快速脱碳与脱硫，熔池均匀升温为原则；在在吹炼末期吹炼末期要要降枪降枪，主要目的是熔池钢水成分和温度均匀，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，同时使降低渣中加强熔池搅拌，稳定火焰，便于判断终点，同时使降低渣中FeFe含量，减少铁损，达到溅渣的要求。含量，减少铁损，达到溅渣的要求。u当吹炼到所炼钢种要求的当吹炼到所炼钢种要求的终点碳范围终点碳范围时，即时，即停吹停吹，倒炉取样倒炉取样，测定钢水温度测定钢水温度，取样，取样快速分析快速分析CC、SS、PP的含量，的含量，当温
16、当温度和成分符合要求时，就出钢度和成分符合要求时，就出钢。当当钢水流出总量的四分之一时钢水流出总量的四分之一时，向钢包中的脱氧合金化剂，向钢包中的脱氧合金化剂，进行脱氧进行脱氧，合金化合金化，由此一炉钢冶炼完毕。，由此一炉钢冶炼完毕。冶炼过程概述冶炼过程概述 1 1、冶炼前的准备、冶炼前的准备p操作用具的准备操作用具的准备p补炉操作补炉操作p转炉溅渣护炉转炉溅渣护炉 2 2、冶炼操作、冶炼操作u摇炉进料操作摇炉进料操作u转炉冶炼特征演示转炉冶炼特征演示u转炉倒渣、出钢转炉倒渣、出钢u转炉操作全程演示转炉操作全程演示冶炼工艺制度冶炼工艺制度炉 前 用 具炉 后 用 具炉前操作用具炉前操作用具取样
17、瓢；补炉长瓢2；补炉短瓢；刮板；撬棒；竹片条；铝条；样模；铁锹；长钢管；测温枪；合金料桶或运料小车；吹氧管；鎯头把炉后用具示意图 炉后操作用具补炉长瓢(与炉前共用)；补炉短瓢(与炉前共用)；撬捧(与炉前共用)；长撬捧；泥塞棒；氧气皮管，氧气管(与炉前共用)；铁锹；鎯头(与炉前共用)；出钢口塞；挡渣球。转炉简介转炉解剖现场转炉炉内演示补炉操作程序请单击画面请单击画面转炉是炼钢的反应容器，它由炉帽、炉身和炉底组成。在炉帽和炉身的连接处安置一个出钢口转炉剖面图转炉炉内请单击画面请单击画面请单击画面请单击画面补炉操作程序 补炉底补炉底 程序1）摇炉使转炉大炉口向下，2）倒净炉内的残钢、残渣。3）摇炉至
18、补炉所需的工作位置。4）摇动炉子至加废钢位置往复 摇动炉子，一般不少于3次。5）降枪。开氧吹开补炉砂。6）烘烤 补大面程序补大面程序一般对前后大面(前后大面也叫作前墙和后墙)交叉补。1）摇炉使转炉大炉口向下，倒净炉内的残钢、残渣。2）摇炉至补炉所需的工作位置。3）倒砂 4）贴砖 5）喷补 6）烘烤 转炉溅渣护炉简介转炉溅渣护炉操作演示溅渣护炉工艺是在转炉出钢后，在炉内留有适当的炉渣，然后插入喷枪，籍以向炉内吹入高压氮气，使炉渣飞溅，覆盖到炉壁上，经冷却、凝固并形成具有一定耐火度的渣层，从而保护了原有炉衬，延长了转炉寿命。转炉溅渣护炉操作演示请单击画面请单击画面 转炉摇炉进料注意事项转炉倾动机构
19、简介转炉兑铁水操作程序转炉兑铁水操作现场图示转炉加废钢操作程序转炉加废钢、兑铁水现场操作摇炉进料注意事项1 1、摇炉进料时必须集中思想，向前或向后摇炉要到位。、摇炉进料时必须集中思想，向前或向后摇炉要到位。2 2、必须立即将摇炉手柄回复到零位，使转炉止动定位。、必须立即将摇炉手柄回复到零位，使转炉止动定位。3 3、兑铁水基本转倾角度为、兑铁水基本转倾角度为+60+60，进废钢基本转倾角，进废钢基本转倾角 度为度为+45+45，但兑铁水、进废钢的实际操作均需作必，但兑铁水、进废钢的实际操作均需作必 要调整。倾动角度调整严格听从炉前指挥人员的指挥。要调整。倾动角度调整严格听从炉前指挥人员的指挥。4
20、 4、进料前要进行检查，一般不采用留渣作业。、进料前要进行检查，一般不采用留渣作业。5 5、为确保安全，炉料进炉前要先按警铃，示意炉口正前、为确保安全，炉料进炉前要先按警铃，示意炉口正前 方平台上人员避让，特别是新开炉及补炉后第一炉。方平台上人员避让，特别是新开炉及补炉后第一炉。6 6、倒渣前必须要先按、倒渣前必须要先按“倒渣警铃倒渣警铃”，要求清渣组准备，要求清渣组准备 好渣包并通知炉下人员远离，以防人员烫伤。好渣包并通知炉下人员远离，以防人员烫伤。倾动机构使转炉正反360度旋转的机械设备，以便进行兑铁水、加废钢和倒渣的工艺操作。倾动机构包括电动机、制动器和减速器。转炉炉体倾动的类型：（1）
21、落地式（2）半悬挂式（3）悬挂式（4）液压倾动 转炉兑铁水操作程序兑铁水兑铁水A A 准备工作准备工作 转炉具备兑铁水条件或等待兑铁水时，将铁水包吊至转炉正前方，吊车放下副钩，炉前指挥人员将两只铁水包底环分别挂好钩。B B 兑铁水操作兑铁水操作1)炉前指挥人员站于转炉和转炉操作室中间近转炉的侧旁(如图所示)。指挥人员的站位必须能同时被摇炉工和吊车驾驶员看到，又不会被烫伤的位置。2)指挥吊车驾驶员开动大车和主、副钩将铁水包运至炉口正中和高度恰当的位置。3)指挥吊车驾驶员开小车将铁水包移近炉口位置，必要时指挥吊车对铁水包位置进行微调。4)指挥吊车上升副钩，开始兑铁水。5)随着铁水不断兑入炉内，要同
22、时指挥炉口不断下降和吊车副钩的不断上升，使铁水流逐步加大，并使铁水流全部进入炉内，而铁水包和炉口互不相碰，铁水不溅在炉外。6)兑完铁水指挥吊车离开，至此兑铁水完。转炉兑铁水操作现场图示A 准备工作准备工作 废钢在废钢跨装入废钢斗，由吊车吊起，送废钢在废钢跨装入废钢斗，由吊车吊起，送至炉前平台，由炉前进料工将废钢斗尾部钢丝绳至炉前平台，由炉前进料工将废钢斗尾部钢丝绳从吊车主钩上松下，换钩在吊车副钩上待用。从吊车主钩上松下，换钩在吊车副钩上待用。如逢雨天废钢斗中有积水，可在炉前平台起如逢雨天废钢斗中有积水，可在炉前平台起吊废钢斗时将废钢斗后部稍稍抬高或在兑铁水前吊废钢斗时将废钢斗后部稍稍抬高或在兑
23、铁水前进废钢进废钢。B 加废钢操作加废钢操作 炉前指挥人员站立于转炉和转炉操作室中间炉前指挥人员站立于转炉和转炉操作室中间近转炉的侧旁近转炉的侧旁(同兑铁水位置同兑铁水位置)。待兑铁水吊车开走。待兑铁水吊车开走后即指挥进废钢。后即指挥进废钢。1)指挥摇炉工将炉子倾动向前指挥摇炉工将炉子倾动向前(正方向正方向)至进废至进废钢位置。钢位置。2)指挥吊废钢的吊车工开吊车至炉口正中位指挥吊废钢的吊车工开吊车至炉口正中位置。置。3)指挥吊车移动大、小车将废钢斗口伸进转指挥吊车移动大、小车将废钢斗口伸进转炉炉口。炉炉口。4)指挥吊车提升副钩，将废钢倒入炉内。如指挥吊车提升副钩，将废钢倒入炉内。如有废钢搭桥
24、，轧死等，可指挥吊车将副钩稍稍下有废钢搭桥，轧死等，可指挥吊车将副钩稍稍下降，再提起，让废钢松动一下，再倒入炉内。降，再提起，让废钢松动一下，再倒入炉内。5)加完废钢后即指挥吊车离开，指挥转炉摇加完废钢后即指挥吊车离开，指挥转炉摇正，至此加废钢毕。正，至此加废钢毕。加废钢加废钢操作程序操作程序现场转炉兑铁水加废钢操作请单击画面请单击画面 5.3.1 5.3.1 原料装入制度原料装入制度u装料工艺对转炉炼钢的技术经济指标有明显的装料工艺对转炉炼钢的技术经济指标有明显的影响。影响。u对使用废钢的转炉，如先装废钢后兑铁水，为对使用废钢的转炉，如先装废钢后兑铁水，为了保护炉衬不被废钢击伤，应先加洁净的
25、轻废了保护炉衬不被废钢击伤，应先加洁净的轻废钢，再加中型和重型废钢。钢，再加中型和重型废钢。过重的废钢，最好过重的废钢，最好在兑铁水后加入在兑铁水后加入。u为了防止炉衬过分急冷，装完废钢后应立即兑为了防止炉衬过分急冷，装完废钢后应立即兑入铁水。入铁水。u炉役末期，以及废钢装入量很大的转炉，均应炉役末期，以及废钢装入量很大的转炉，均应先兑铁水后加废钢先兑铁水后加废钢。5.3.1 5.3.1 原料装入制度原料装入制度p不同的转炉，以及同一转炉在不同的生产条件不同的转炉，以及同一转炉在不同的生产条件下，都有其不同的合理的金属装入量。下，都有其不同的合理的金属装入量。p装入量过大，喷溅增加，熔池搅拌不
26、好，造渣装入量过大，喷溅增加，熔池搅拌不好，造渣困难，炉衬特别是炉帽寿命缩短，供氧强度也困难，炉衬特别是炉帽寿命缩短，供氧强度也因喷溅大而被迫降低。因喷溅大而被迫降低。p装入量过小，炉产量减少。因熔池过浅，炉底装入量过小，炉产量减少。因熔池过浅，炉底容易受来自氧气射流区的高温和高氧化铁的循容易受来自氧气射流区的高温和高氧化铁的循环流冲击，甚至损坏炉底。环流冲击，甚至损坏炉底。转炉控制装入量的三种方法定量装入定量装入l在整个炉役期间，保持每炉的金属装入量不变。在整个炉役期间，保持每炉的金属装入量不变。l优点是生产组织简便，对大型企业尤为突出。优点是生产组织简便，对大型企业尤为突出。l缺点是容易造
27、成炉役前期装入量偏大而熔池偏深，炉役后期缺点是容易造成炉役前期装入量偏大而熔池偏深，炉役后期装入量又偏小而熔池偏浅。装入量又偏小而熔池偏浅。l大型转炉可以采用。大型转炉可以采用。定深装入定深装入l在整个炉役期间，保持每炉的金属熔池深度不变。在整个炉役期间，保持每炉的金属熔池深度不变。l优点是氧枪操作稳定，有利于提高供氧强度和减少喷溅，不优点是氧枪操作稳定，有利于提高供氧强度和减少喷溅，不必担心氧气射流冲击炉底，可以充分发挥转炉的生产能力。必担心氧气射流冲击炉底，可以充分发挥转炉的生产能力。l缺点是装入量及出钢量变化极为频繁，采用模铸时铸锭很难缺点是装入量及出钢量变化极为频繁，采用模铸时铸锭很难
28、配合。但对采用连铸的车间是有其优越性的。配合。但对采用连铸的车间是有其优越性的。分阶段定量装入分阶段定量装入l整个炉役按炉膛扩大的程度划分为若干阶段，各阶段实行定整个炉役按炉膛扩大的程度划分为若干阶段，各阶段实行定量装入。量装入。l保持了比较适当的熔池深度及装入量的相对稳定性，既能满保持了比较适当的熔池深度及装入量的相对稳定性，既能满足吹炼工艺要求，也便于组织生产，为各厂普遍采用。足吹炼工艺要求，也便于组织生产，为各厂普遍采用。影响金属装入量的因素1)1)炉容比炉容比u炉容比是指转炉内部自由空间的容积炉容比是指转炉内部自由空间的容积(V)(V)与金属装入量与金属装入量(T)(T)之比，之比，V
29、/TV/T。u转炉喷溅和生产率均与其炉容比密切相关。国内外绝大多转炉喷溅和生产率均与其炉容比密切相关。国内外绝大多数转炉的数转炉的V/T=0.8V/T=0.81.01.0。u一般在转炉容量小、铁水硅磷含量高、供氧强度大、喷头一般在转炉容量小、铁水硅磷含量高、供氧强度大、喷头孔数少，用铁矿石和氧化铁皮冷却时，炉容比靠上限；反孔数少，用铁矿石和氧化铁皮冷却时，炉容比靠上限；反之，则靠下限。之，则靠下限。u各阶段的金属装入量应能保证一定的炉容比。各阶段的金属装入量应能保证一定的炉容比。国内一些企业顶吹转炉的炉容比国内一些企业顶吹转炉的炉容比厂名厂名宝钢宝钢首钢首钢鞍钢鞍钢本钢本钢攀钢攀钢首钢首钢太钢
30、太钢 吨位吨位/t/t30030021021018018012012012012080805050炉熔比炉熔比/m/m3 3t t-1-11.051.050.970.970.860.860.910.910.900.900.840.840.970.97影响金属装入量的因素 氧气射流对熔池的穿透深度的近似计算公式氧气射流对熔池的穿透深度的近似计算公式：（2）4.06.005.002max金dPKh2)2)金属熔池深度金属熔池深度为保证生产安全和炉底寿命，熔池深度为保证生产安全和炉底寿命，熔池深度(H(H熔熔)应大于氧气射应大于氧气射流对熔池的最大穿透深度流对熔池的最大穿透深度(hmax(hmax)
31、。或。或 H H熔熔=K=K1 1h hmaxmax （1 1）影响金属装入量的因素3)3)浇注钢锭的重量浇注钢锭的重量p模铸时，为了保证钢锭的适当浇高，减轻缩孔、疏松缺陷模铸时，为了保证钢锭的适当浇高，减轻缩孔、疏松缺陷和尽量减少浇余，装入量应与浇注钢锭的重量相配合，即：和尽量减少浇余，装入量应与浇注钢锭的重量相配合，即：)(收得率铁合金用量钢水收得率浇注损失钢锭支数钢锭单重装入量p按炉容比、熔池深度和浇注钢锭的重量算出的装入量不相同按炉容比、熔池深度和浇注钢锭的重量算出的装入量不相同时，首先应保证浇注一定支数的钢锭，熔池深度则可以略为加时，首先应保证浇注一定支数的钢锭，熔池深度则可以略为加
32、深而不应减浅，炉容比可以略大或略小。深而不应减浅，炉容比可以略大或略小。4)4)炉子附属设备炉子附属设备p应与钢包容量、浇注吊车起重能力、转炉倾动力矩大小、连应与钢包容量、浇注吊车起重能力、转炉倾动力矩大小、连铸机的操作等相适应。铸机的操作等相适应。5.3.2 5.3.2 供氧制度供氧制度u氧气转炉炼钢以氧气作为基本的氧化剂。氧气转炉炼钢以氧气作为基本的氧化剂。u转炉的供氧方法不同，炼钢过程的特点也不同。转炉的供氧方法不同，炼钢过程的特点也不同。u由于喷头的孔数、氧枪与熔池面的距离或其它供氧参数不由于喷头的孔数、氧枪与熔池面的距离或其它供氧参数不同，也会带来不同的吹炼特点。同，也会带来不同的吹
33、炼特点。u供氧在氧气转炉炼钢过程中起主导作用并影响全局，它支供氧在氧气转炉炼钢过程中起主导作用并影响全局，它支配着氧气射流与熔池的接触面积、一次反应区的位置和尺配着氧气射流与熔池的接触面积、一次反应区的位置和尺寸、熔池的搅拌状况、元素的氧化速度、渣中氧化铁的含寸、熔池的搅拌状况、元素的氧化速度、渣中氧化铁的含量，因而对化渣、喷溅、杂质的去除速度、终点碳和温度量，因而对化渣、喷溅、杂质的去除速度、终点碳和温度的控制以及各项技术经济指标都有重大影响。的控制以及各项技术经济指标都有重大影响。u供氧是根据原材料、所炼钢种、炉子容量和尺寸及氧源压供氧是根据原材料、所炼钢种、炉子容量和尺寸及氧源压力等条件
34、确定氧枪的类型、结构和尺寸，吹炼过程中氧枪力等条件确定氧枪的类型、结构和尺寸，吹炼过程中氧枪在熔池面上的高度在熔池面上的高度(枪位枪位)和工作氧压。和工作氧压。氧氧 枪枪请请 单单 击击 画画 面面氧枪氧枪是转炉供氧的是转炉供氧的主要设备，它是由主要设备，它是由喷头、枪身和尾部喷头、枪身和尾部结构组成。结构组成。喷头喷头是用导热性良是用导热性良好的紫铜经锻造和好的紫铜经锻造和切割加工而成，也切割加工而成，也有用压力浇铸而成有用压力浇铸而成的。喷头的形状有的。喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等。目前和螺旋型等。目前应用最多的是多孔应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。的拉瓦尔型喷头
35、。5.3.2 5.3.2 供氧制度供氧制度1 1、氧气从氧枪中的流出、氧气从氧枪中的流出n氧枪出口断面上的氧流参数是最重要的特性参数，它决定氧枪出口断面上的氧流参数是最重要的特性参数，它决定着氧气射流的基本特性。着氧气射流的基本特性。n顶吹氧气转炉都采用超音速氧枪。拉瓦尔型的氧枪喷头能顶吹氧气转炉都采用超音速氧枪。拉瓦尔型的氧枪喷头能够最大限度地把氧气的压力能转变为动能，可以得到稳定够最大限度地把氧气的压力能转变为动能，可以得到稳定的和最大流速的超音速射流。的和最大流速的超音速射流。KKKKFF112)111(211出口出口临界出口氧枪喷孔的出口断面积 氧枪喷孔的临界断面积 F出口出口F临界临
36、界为定值时，改变进入喷孔前的氧气压力，不为定值时，改变进入喷孔前的氧气压力，不能改变氧流的出口速度，而只能改变氧气的流量。能改变氧流的出口速度，而只能改变氧气的流量。5.3.2 5.3.2 供氧制度供氧制度 2 2、转炉炉膛内氧气射流的特性、转炉炉膛内氧气射流的特性u氧气射流在顶吹转炉炉膛内的流动状况和特点大致如下：氧气射流在顶吹转炉炉膛内的流动状况和特点大致如下：氧气射流分三段：射流轴心速度仍保持等于出口的速度，这氧气射流分三段：射流轴心速度仍保持等于出口的速度，这一段称为一段称为初始段初始段。射流轴心速度逐渐降低到音速，这一段称。射流轴心速度逐渐降低到音速，这一段称为为过渡段过渡段，过渡段
37、以后的亚音速段称为，过渡段以后的亚音速段称为基本段基本段。在转炉炉膛内，氧气射流遭到与射流运动方向相反，在转炉炉膛内，氧气射流遭到与射流运动方向相反，以以COCO为为主的相遇气流的作用，使射流的衰减加速主的相遇气流的作用，使射流的衰减加速。氧气射流在转炉炉膛内向下流动的过程中，将从周围抽吸烟氧气射流在转炉炉膛内向下流动的过程中，将从周围抽吸烟尘、金属滴和渣滴等比重很大的质点，使射流的速度降低，尘、金属滴和渣滴等比重很大的质点，使射流的速度降低，扩张角减小。扩张角减小。炉膛内的氧气射流，因被加热膨胀，使射程和扩张角增大。炉膛内的氧气射流，因被加热膨胀，使射程和扩张角增大。多孔喷头与单孔喷头的射流
38、流动状况有重要区别。多孔喷头多孔喷头与单孔喷头的射流流动状况有重要区别。多孔喷头射流的速度衰减和全能衰减都较快，因而射程较短。射流的速度衰减和全能衰减都较快，因而射程较短。氧枪出口处的氧气射流，其密度显著大于周围气相介质的密氧枪出口处的氧气射流，其密度显著大于周围气相介质的密度，这应有利于射程的增大。度，这应有利于射程的增大。5.3.2 5.3.2 供氧制度供氧制度3 3、氧气射流对转炉熔池的作用、氧气射流对转炉熔池的作用p氧气射流对熔池的物理作用氧气射流对熔池的物理作用l射流的穿透深度、冲击面积和冲击点的分布射流的穿透深度、冲击面积和冲击点的分布)1(04.06.005.00BdHdPKh金
39、考虑实际转炉吹炼特点的系数，等于40 枪位常数，对于低粘度的液体为40 4.06.005.00max金dPKh在枪位等于零在枪位等于零(H=0)时，时，在喷头和氧气流量一定的情况下，降低枪位增大穿透深度时，在喷头和氧气流量一定的情况下，降低枪位增大穿透深度时，冲击面积随之减小；相反，提枪增大冲击面积时，穿透深度随冲击面积随之减小；相反，提枪增大冲击面积时，穿透深度随之减小。因此，变化枪位是调节穿透深度和冲击面积的有效方之减小。因此，变化枪位是调节穿透深度和冲击面积的有效方法。法。5.3.2 5.3.2 供氧制度供氧制度l氧气射流对熔池的搅拌氧气射流对熔池的搅拌在氧气射流与熔池相遇处，射流的动能
40、在氧气射流与熔池相遇处，射流的动能20%20%消耗于对熔池的搅拌，消耗于对熔池的搅拌，5 510%10%消耗于克服对射流的推挤力，消耗于克服对射流的推挤力，707080%80%消耗于射流冲击液体时消耗于射流冲击液体时非弹性碰撞的能量损失。非弹性碰撞的能量损失。沸腾对熔池搅拌起着主要作用。但也受氧气射流的支配。如减小氧气沸腾对熔池搅拌起着主要作用。但也受氧气射流的支配。如减小氧气射流的穿透深度而增大冲击面积，便可使射流的穿透深度而增大冲击面积，便可使COCO气体沿熔池横断面分散析气体沿熔池横断面分散析出；同理，增多喷孔数和增大喷孔倾角，能使出；同理，增多喷孔数和增大喷孔倾角，能使COCO气体呈多
41、股的形式在气体呈多股的形式在不同的地点分散析出，因而显著改变熔池中液体循环的速度场。不同的地点分散析出，因而显著改变熔池中液体循环的速度场。“软吹软吹”（氧压很低或枪位很高）和（氧压很低或枪位很高）和“硬吹硬吹”（高氧压或枪位很低）（高氧压或枪位很低）5.3.2 5.3.2 供氧制度供氧制度l射流与熔池之间的相互破碎和乳化射流与熔池之间的相互破碎和乳化在氧气射流及因射流而产生的在氧气射流及因射流而产生的COCO气体的共同作用下，引起气体的共同作用下，引起射流与金属、炉渣之间的相互破碎，并形成金属射流与金属、炉渣之间的相互破碎，并形成金属炉渣乳炉渣乳浊液。浊液。气体射流中液滴的最小直径气体射流中
42、液滴的最小直径d d滴滴minmin理论上可按下式计算：理论上可按下式计算：2min气气液滴wLad拉普拉斯准数 液滴表面处气流的速度 5050吨转炉在吹炼中期，金属与炉渣的接触表面积约为：吨转炉在吹炼中期，金属与炉渣的接触表面积约为：505060=3000m60=3000m2 2。计算虽粗略，但说明，在顶吹氧气转炉吹。计算虽粗略，但说明，在顶吹氧气转炉吹炼过程中，炉渣与金属接触的总表面积极大，有利于渣炼过程中，炉渣与金属接触的总表面积极大，有利于渣-钢钢之间反应的迅速进行。之间反应的迅速进行。5.3.2 5.3.2 供氧制度供氧制度p氧气射流对熔池的化学作用氧气射流对熔池的化学作用l进入熔池
43、的高速氧气射流，将射流周围坑穴中的金属表面层进入熔池的高速氧气射流，将射流周围坑穴中的金属表面层以及卷入射流中的金属滴表面层氧化成以及卷入射流中的金属滴表面层氧化成FeFe2 2O O3 3。液滴成为将氧。液滴成为将氧传给熔池的基本载体。载氧液滴参与熔池的循环运动，并在传给熔池的基本载体。载氧液滴参与熔池的循环运动，并在熔池中进行二次氧化，将氧传给金属。熔池中进行二次氧化，将氧传给金属。l在高枪位或低氧压在高枪位或低氧压“软吹软吹”的情况下，射流穿透深度小，熔的情况下，射流穿透深度小，熔池搅拌微弱，载氧液滴中的池搅拌微弱，载氧液滴中的FeFe2 2O O3 3向熔池传氧较慢而上浮路程向熔池传氧
44、较慢而上浮路程较短，使炉渣的氧化性提高；较短，使炉渣的氧化性提高；l在低枪位或高氧压在低枪位或高氧压“硬吹硬吹”的情况下，则载氧液滴将载有较的情况下，则载氧液滴将载有较少的氧进入炉渣，而使炉渣的氧化性降低。少的氧进入炉渣，而使炉渣的氧化性降低。l部分氧直接与炉渣接触，将氧直接传给炉渣：部分氧直接与炉渣接触，将氧直接传给炉渣：1/201/202 2+2(FeO)=(Fe+2(FeO)=(Fe2 20 03 3)l由于熔池搅拌，可迅速将氧传给金属和进行杂质的氧化反应。由于熔池搅拌，可迅速将氧传给金属和进行杂质的氧化反应。5.3.2 5.3.2 供氧制度供氧制度l氧气射流直接与金属接触氧化金属中杂质
45、的机理有三种氧气射流直接与金属接触氧化金属中杂质的机理有三种不同的观点。第一种是不同的观点。第一种是“直接氧化直接氧化”或或“一步氧化一步氧化”，认为金属中的杂质被气态氧直接氧化：认为金属中的杂质被气态氧直接氧化：xR+y/2OxR+y/2O2 2=R=Rx xO Oy yl第二种是第二种是“间接氧化间接氧化”或或“二步氧化二步氧化”，认为氧气与金，认为氧气与金属接触首先将铁元素氧化：属接触首先将铁元素氧化：2Fc+O2Fc+O2 2=2(FeO)=2(FeO)(EeO)=FeO (EeO)=FeO yFeO+xR=yFeO+xR=（R Rx xO Oy y）+yFe+yFe l第三种观点实际
46、上是上述两种观点的综合，认为在吹炼第三种观点实际上是上述两种观点的综合，认为在吹炼时既有直接氧化，也有间接氧化。时既有直接氧化，也有间接氧化。5.3.2 5.3.2 供氧制度供氧制度4 4、顶吹氧气转炉的氧枪操作、顶吹氧气转炉的氧枪操作u变动枪位是目前控制吹炼过程的重要手段。变动枪位是目前控制吹炼过程的重要手段。u变动枪位可以改变射流对熔池的穿透深度和冲击面积，因变动枪位可以改变射流对熔池的穿透深度和冲击面积，因而可以控制渣中氧化铁的含量和杂质的去除速度，可以在而可以控制渣中氧化铁的含量和杂质的去除速度，可以在很大程度上控制化渣速度和喷溅的大小，还能在一定程度很大程度上控制化渣速度和喷溅的大小
47、，还能在一定程度上控制熔池的升温速度。上控制熔池的升温速度。u枪位根据如下的因素确定：枪位根据如下的因素确定：l吹炼的不同时期吹炼的不同时期吹炼前期吹炼前期硅迅速氧化，渣中硅迅速氧化，渣中SiOSiO2 2的浓度大和熔池温度不高。的浓度大和熔池温度不高。要求快速熔化石灰，尽快形成碱度要求快速熔化石灰，尽快形成碱度1.51.51.71.7的活跃的炉的活跃的炉渣，以免酸性渣严重浸蚀炉衬和尽量增加前期的去磷率。渣，以免酸性渣严重浸蚀炉衬和尽量增加前期的去磷率。温度正常时，除适当加入萤石或温度正常时，除适当加入萤石或FeOFeO皮等助熔剂外，一般采皮等助熔剂外，一般采用较高的枪位，使渣中的用较高的枪位
48、，使渣中的(FeO(FeO)稳定在稳定在252530%30%的水平的水平。氧枪操作氧枪操作吹炼中期吹炼中期强烈脱碳。吹入的氧全部消耗于碳的氧化，且强烈脱碳。吹入的氧全部消耗于碳的氧化，且渣中的氧化铁也消耗于脱碳。渣中的氧化铁也消耗于脱碳。渣中渣中(FeO(FeO)降低将使渣的熔降低将使渣的熔点升高。渣中点升高。渣中(FeO(FeO)降低过多时会使炉渣显著变粘，影响降低过多时会使炉渣显著变粘，影响磷、硫的继续去除，甚至发生回磷磷、硫的继续去除，甚至发生回磷。这种炉渣变粘的现象。这种炉渣变粘的现象称为炉渣称为炉渣“返干返干”。为防止中期炉渣。为防止中期炉渣“返干返干”而又不产生而又不产生喷溅，枪位
49、应控制在使渣中喷溅，枪位应控制在使渣中(FeO(FeO)含量保持在含量保持在101015%15%的的范围内。范围内。吹炼后期吹炼后期进一步调整好炉渣的氧化性和流动性，继续去进一步调整好炉渣的氧化性和流动性，继续去除磷和硫，准确控制终点。除磷和硫，准确控制终点。在过程化渣不太好或中期炉渣在过程化渣不太好或中期炉渣“返干返干”较严重时，后期应首先适当提枪化渣，而在接近较严重时，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，终点时，再适当降枪，以加强熔池搅拌，均匀熔池温度和均匀熔池温度和成分，降低镇静钢和低碳软钢的终渣成分，降低镇静钢和低碳软钢的终渣(FeO(FeO)含量，提高
50、金含量，提高金属和合金收得率并减轻对炉衬的浸蚀。属和合金收得率并减轻对炉衬的浸蚀。氧枪操作氧枪操作l熔池深度熔池深度熔池越深，相应渣层越厚，吹炼过程中熔池面上涨越高，熔池越深，相应渣层越厚，吹炼过程中熔池面上涨越高，故枪位也应在不致引起喷溅的条件下相应提高，以免化渣故枪位也应在不致引起喷溅的条件下相应提高，以免化渣困难和枪龄缩短。困难和枪龄缩短。在其它条件不变时，装入量增多，枪位应相应增高；随着在其它条件不变时，装入量增多，枪位应相应增高；随着炉龄的增长，熔池变浅，枪位应相应降低；随着炉容量增炉龄的增长，熔池变浅，枪位应相应降低；随着炉容量增大，熔池深度增加，枪位应相应增高。大，熔池深度增加，
