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  崽崽LOVE愛 2017-01-02 00:00:00

  1、轉(zhuǎn)爐煉鋼法的分類轉(zhuǎn)爐是以鐵水為主要原料的現(xiàn)代煉鋼方法。該種煉鋼爐由圓臺型爐帽、圓柱型爐身和球缺型爐底組成。爐身設(shè)有可繞之旋轉(zhuǎn)的耳軸，以滿足裝料和出鋼、倒渣操作，故而得名。酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐——貝塞麥爐（英國1856年） 空氣轉(zhuǎn)爐{堿性空氣底吹轉(zhuǎn)爐——托馬斯?fàn)t（德國1878年） 堿性空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐（ZG1952年）轉(zhuǎn)爐{ 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐——LD（奧地利1952年） 氧氣轉(zhuǎn)爐{氧氣底吹轉(zhuǎn)爐——OBM（德國1967年） 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐（法國1975年）2、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法簡介(1)誕生的背景及簡稱現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)首先是一個氧化精煉過程，Z初的貝氏爐和托馬斯?fàn)t之所以采用空氣吹煉正是利用其中的氧。二次世界大戰(zhàn)以后，工業(yè)制氧機在美國問世，使利用純氧煉鋼成為可能，但原來的底吹方式爐底及噴槍極易燒壞。美國聯(lián)合碳化物公司于1947年在實驗室進行氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的實驗并獲成功，命名為BOF。奧地利聞之即派有關(guān)專家前往參觀學(xué)習(xí)，回來后于1949年在2噸的轉(zhuǎn)爐上進行半工業(yè)性實驗并獲成功，1952年、1953年30噸氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐分別在Linz和Donawitz建成投產(chǎn)，故常簡稱LD。1967年12月德國與加拿大合作發(fā)明了氧氣底吹轉(zhuǎn)爐，使用雙層套管噴嘴并通以氣態(tài)碳氫化合物進行冷卻。1975年法國研發(fā)了頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，綜合了LD和OBM的優(yōu)點，77年在世界年會上發(fā)表。(2)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的特點1）優(yōu)點氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐一經(jīng)問世就顯示出了極大的優(yōu)越性，世界各國竟相發(fā)展，目前成為Z主要的煉鋼法。其優(yōu)點主要表現(xiàn)在：（1）熔煉速度快，生產(chǎn)率高（一爐鋼只需20分鐘）；（2）熱效率高，冶煉中不需外來熱源，且可配用10%～30%的廢鋼；（3）鋼的品種多，質(zhì)量好（高低碳鋼都能煉，S、P、H、N、O及夾雜含量低）；（4）便于開展綜合利用和實現(xiàn)生產(chǎn)過程計算機控制。2）缺點當(dāng)然，LD尚存在一些問題，如吹損較高（10%，）、所煉鋼種仍受一定限制（冶煉含大量難熔元素和易氧化元素的高合金鋼有一定的困難）等。3氧氣轉(zhuǎn)爐的發(fā)展趨勢對于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的推廣和普及首推日本迅速，且引導(dǎo)了LD的發(fā)展趨勢：（1）容量大型化（相對投資較?。唬?）配加爐外精煉以增加品種，提高質(zhì)量（理論上可煉任何鋼種）；（3）引入底吹技術(shù)，實施復(fù)合吹煉（減少噴濺，降低吹損）；（5）實現(xiàn)冶煉過程計算機控制。1轉(zhuǎn)爐煉鋼的原材料引言轉(zhuǎn)爐煉鋼所用原材料可分為金屬料和非金屬料兩大類。原材料質(zhì)量的好壞，不僅關(guān)系到吹煉操作的難易，而且會影響鋼的產(chǎn)量、質(zhì)量和生產(chǎn)成本。1.1金屬料轉(zhuǎn)爐煉鋼的金屬料主要是鐵水、廢鋼和鐵合金。1.1.1鐵水1作用：轉(zhuǎn)爐煉鋼的主原料，一般占裝入量的70%以上。2要求鐵水應(yīng)符合一定要求，以簡化和穩(wěn)定操作并獲得良好技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。1）溫度≥1250℃而且穩(wěn)定鐵水溫度的高低，標(biāo)志著其物理熱的多少。較高的鐵水溫度，不僅能保證轉(zhuǎn)爐吹煉順利進行，同時還能增加廢鋼的配加量，降低生產(chǎn)成本。因此，希望鐵水的溫度盡量高些，一般應(yīng)保證入爐時仍在1250℃～1300℃以上。另外，還希望鐵水溫度相對穩(wěn)定，以利于冶煉操作和生產(chǎn)調(diào)度。2）成分合適而且波動小 轉(zhuǎn)爐煉鋼的適應(yīng)性較強，可將各種成分的鐵水吹煉成鋼。但是，為了方便轉(zhuǎn)爐操作及降低生產(chǎn)成本，鐵水的成分應(yīng)該合適而穩(wěn)定。（1）鐵水的含磷量≤0.4%：磷會使鋼產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象，是鋼中的有害元素之一。轉(zhuǎn)爐單渣法冶煉時的脫磷效果為85%～95%，普碳鋼的含磷量通常要求≤0.04%，因此，國標(biāo)規(guī)定鐵水的含磷量小于0.4%。需要指出的是，高爐內(nèi)不能去磷，如果鐵水的含磷量超過0.4%，或者吹煉低磷鋼，則需采用雙渣法冶煉或?qū)﹁F水進行預(yù)脫磷處理。（2）鐵水的含硫量≤0.07%：硫會使鋼產(chǎn)生“熱脆”現(xiàn)象，也是鋼中的有害元素。轉(zhuǎn)爐的脫硫效果不理想，單渣法冶煉時的脫硫率僅為30%～35%，而通常要求鋼液的含硫量在0.05%以下，因此國標(biāo)規(guī)定鐵水含硫量≤0.07%。如果鐵水含硫量超過0.07%或吹煉低硫鋼，則需采用雙渣法冶煉或?qū)﹁F水進行預(yù)脫硫處理。（3）鐵水的含硅量：鐵水中的硅是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要發(fā)熱元素之一，含硅量每增加0.1%，廢鋼比可增加1.3%～1.5%。對于大、中型轉(zhuǎn)爐，鐵水含硅量以0.5%～0.8%為宜。小型轉(zhuǎn)爐的熱損較大，鐵水的含硅量可以高些。若含硅量低于0.5%，鐵水的化學(xué)熱不足，會導(dǎo)致廢鋼比下降，小容量轉(zhuǎn)爐甚至不能正常吹煉；反之，如果鐵水含硅量高于0.8%，不僅會增加造渣材料的消耗，而且使?fàn)t內(nèi)的渣量偏大，過多的渣量容易引起噴濺，增加金屬損失。另外，鐵水含硅量高時，初期渣子的堿度低，對爐襯的侵蝕作用加?。煌瑫r，初期渣中的二氧化硅含量高，這會使渣中的FeO、MnO含量相對降低，容易在石灰塊表面生成一層熔點為2130℃的2CaO•SiO2外殼，阻礙石灰熔化，降低成渣速度，不利于早期的去磷。應(yīng)該指出的是，一些鋼廠鐵水的含硅量超過了1.2%，個別的甚至達到了1.5%，對此應(yīng)進行預(yù)脫硅處理，以減輕轉(zhuǎn)爐的負擔(dān)。（4）鐵水的含錳量：鐵水中的錳是一種有益元素，主要體現(xiàn)在錳氧化后生成的氧化錳能促使石灰溶解，有利于提高爐齡和減輕氧槍粘鋼。我國大多數(shù)鋼鐵廠所用鐵水的含錳量都不高，多為0.2%～0.4%。提高鐵水含錳量的方法主要是向高爐的原料中配加錳礦石，但這將會使煉鐵生產(chǎn)的焦比升高和高爐的生產(chǎn)率下降。對于鐵水增錳的合理性還需要做詳細的技術(shù)經(jīng)濟對比，因此，目前對鐵水含錳量不提硬性要求。（5）鐵水的含碳量：碳也是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要發(fā)熱元素，≥3.5%的含碳量即可滿足冶煉要求，而通常鐵水含碳4%左右，故一般不做要求。國內(nèi)一些轉(zhuǎn)爐煉鋼廠對鐵水成分的控制見表（6）1-1。3）帶渣量≤0.5%高爐渣中含有大量的S、SiO2，因此希望兌入轉(zhuǎn)爐的鐵水盡量少帶渣，以減輕脫硫任務(wù)和減少渣量，通常要求帶渣量不得超過0.5%。3鐵水的預(yù)處理定義：鐵水在兌入轉(zhuǎn)爐之前進行的脫硫、脫磷或脫硅操作叫做鐵水預(yù)處理。目的：減輕高爐、轉(zhuǎn)爐的負擔(dān)，提高生產(chǎn)率。1）鐵水爐外脫硫鐵水脫硫的條件比鋼水優(yōu)越（鐵水中碳、硅、磷等元素的含量高，硫的活度系數(shù)大，同時鐵水中的氧含量低），脫硫效率比鋼水脫硫高4～6倍，經(jīng)濟上比轉(zhuǎn)爐雙渣法合算，因此鐵水預(yù)脫硫技術(shù)已被國內(nèi)外廣泛采用?；舅悸罚合蜩F水中加入脫硫劑使之化合入渣。（1）脫硫劑及其特點：目前常用的鐵水預(yù)脫硫劑主要有以下四種。①電石粉（CaC2）脫硫反應(yīng)：CaC2（S）+[S]=CaS(S)+2[C]特點：脫硫能力強，但脫硫過程中有少量CO和C2H2逸出，并帶出電石粉，污染環(huán)境，因而必須安裝除塵裝置；價格較貴。②石灰粉（CaO）脫硫反應(yīng)：2CaO(S)+[S]+1/2[Si]=CaS(S)+1/22CaO•SiO2（S）特點：價格便宜，脫硫成本低，但單獨使用時脫硫能力差，而且石灰表面會出現(xiàn)C2S，阻礙脫硫反應(yīng)繼續(xù)進行，降低脫硫速度和效率，為此，常配加適量的鋁或蘇打粉避免C2S的生成：CaO(S)+[S]+2/3[Al]=CaS(S)+1/3Al2O3（S）使脫硫速度和效率明顯提高，如8圖1-1。③蘇打粉（Na2CO3）脫硫反應(yīng)：Na2CO3（l）+[S]+[Si]=Na2S(l)+SiO2(S)+{CO}特點：脫硫能力很強，且產(chǎn)生的氣體具有攪拌作用，脫硫速度快，但價格貴且污染嚴重，現(xiàn)已很少使用，有時與其它粉劑配成復(fù)合脫硫劑。④金屬鎂脫硫反應(yīng)：金屬鎂的沸點僅為1107℃，鐵水溫度下為氣體，故脫硫反應(yīng)為：{Mg}+[S]=MgS(S)特點：金屬鎂直接加入鐵水時，會發(fā)生爆發(fā)式氣化反應(yīng)，不僅導(dǎo)致鎂的利用率大大降低，而且還會引起鐵水噴濺而造成事故，因此不能單獨使用，常與其它粉劑組成復(fù)合脫硫劑。在相同的鐵水條件下，各脫硫劑的能力強弱順序為：Na2CO3、CaC2、Mg、CaO，見9表1-3。以上脫硫劑有的可單獨使用，但多為幾種配合使用，如電石粉+石灰粉、金屬鎂+電石粉、石灰粉+蘇打粉、金屬鎂+石灰粉等，其脫硫能力有較大差別。（2）脫硫的方法及效果：鐵水預(yù)脫硫的基本工藝是向鐵水中加入脫硫劑并使之混合而發(fā)生脫硫反應(yīng)，目前使用Z廣泛的是機械攪拌法和噴吹法。①機械攪拌法混合方式：將脫硫劑加入鐵水罐中，用耐火材料制成的攪拌器插入鐵水?dāng)嚢?，使之與脫硫劑充分混合。特點：脫硫效果與攪拌器的轉(zhuǎn)速及脫硫劑的種類有關(guān)，見（10）圖1-3、1-4。此法有多種形式，具有代表性的是日本的KR法（電石粉為主），武鋼二煉79年引進，經(jīng)消化改造使用以石灰粉為主的脫硫劑。②噴吹法混合方式：它是以空氣或惰性氣體為載體，利用噴槍將粉狀脫硫劑噴射到鐵水中，使鐵水與脫硫劑充分混合。寶鋼80年代由日本引進的叫DTS法，噴吹電石粉。各種脫硫劑在噴射法中的應(yīng)用效果見圖1-6。實際生產(chǎn)中，各廠應(yīng)根據(jù)要求達到的脫硫程度、鐵水的熱損和鐵損、脫硫設(shè)備費用、環(huán)境污染等問題，選用Z適合的脫硫劑和脫硫方法。2）鐵水預(yù)脫硅基本思路：向鐵水中加入氧化性的脫硅劑，使之氧化成SiO2進入爐渣。（1）脫硅劑：常用的脫硅劑是以氧化鐵皮和燒結(jié)礦粉為主，配加少量石灰和螢石以降低渣子的黏度。各廠家所用配比也不完全一樣：日本福山 氧化鐵皮70～，石灰0～20%，螢石0～10%；日本水島 燒結(jié)礦粉75%，石灰25%。脫硅劑用量約為15～30kg/t。（2）脫硅方法：常用的爐外脫硅方法有投入法和頂噴法兩種。投入法是在高爐出鐵時，將脫硅劑投到鐵水溝中，借助鐵水流入鐵水罐的沖擊攪拌作用使之充分混合、反應(yīng)。這是Z早的一種脫硅方法，效率較低，通常在50%左右。頂噴法是用0.2～0.3MPa壓力的空氣通過噴槍從（鐵溝或流入鐵水灌的鐵水流）鐵水液面以上一定高度將脫硅劑噴入，使之混合、反應(yīng)。由于該方式使鐵水與脫硅劑兩次混合，所以脫硅效率高達70～80%，鐵水含硅可達0.1～0.15%以下。3）鐵水預(yù)脫磷轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫磷效率較高，雙渣法冶煉尤其如此，但會增加造渣材料消耗，并延長冶煉時間，生產(chǎn)成本增大。近年來，鐵水的爐外脫磷研究有了較大的發(fā)展，已用于工業(yè)生產(chǎn)?；舅悸罚合蜩F水中加入脫磷劑使其中的磷氧化并固定在渣中。（1）脫磷劑：目前廣泛使用的是蘇打系和石灰系兩類。蘇打系脫磷劑：2[P]+5[O]+3Na2CO3(S)=(Na2O•P2O5)+3{CO}石灰系脫磷劑：2[P]+5[O]+4CaO(S)=(4CaO•P2O5)，其中常配有一定的氧化鐵皮或燒結(jié)礦粉和螢石粉助熔劑。（2）脫硅處理：由于磷與氧的親和力小于硅與氧的親和力，而且鐵水中總含有一定的硅，因此，欲要脫磷需先進行脫硅處理。使用蘇打系脫磷時要求[Si]＜0.1%，使用石灰系處理時要求[Si]＜0.15%。（3）鐵水爐外脫磷方法及效果：目前，鐵水脫磷方法主要噴吹法，它是以氣體作載體將脫磷劑噴吹到鐵水包中，使之充分混合，快速脫磷。日本新日鐵以氬氣噴吹45kg/t，時間20min，脫磷率達90%左右。3）鐵水同時脫硫和脫磷從上所述，蘇打和石灰既是脫硫劑也是脫磷劑，因此鐵水同時進行脫硫和脫磷不僅成本低而且生產(chǎn)率高。目前，已在工業(yè)上應(yīng)用的同脫工藝有以下兩種。（1）SARP法：即日本住友的堿性精煉工藝，它是將鐵水首先進行脫硅處理，當(dāng)[Si]＜0.1%后扒出爐渣，然后噴吹19kg/t蘇打粉，脫硫率可達96%，脫磷率可達95%。該法的特點是，脫硫磷效率高，但處理成本高、耐火材料侵蝕嚴重，同時有氣體（CO）污染。（2）ORP法：也是先進行脫硅處理，當(dāng)[Si]＜0.15%后扒出爐渣，然后噴吹52kg/t石灰基粉料，脫硫率可達80%，脫磷率可達88%。該法的特點是，處理成本低，但渣量大而鐵損多（TFe=20～30%）。1.1.2廢鋼1作用：廢鋼是轉(zhuǎn)爐煉鋼的另一種金屬爐料，其作用是冷卻熔池。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼中，主原料鐵水的物理熱和化學(xué)熱足以把熔池的溫度從1250℃～1300℃加熱到1600℃左右的煉鋼溫度，且有富余熱量，廢鋼就是被用來消耗這些富余熱量，以調(diào)控熔池的溫度。2要求（1）清潔、少銹，無混雜，不含有色金屬；（2）Z大長度不得超過爐口直徑的二分之一，Z大截面積要小于爐口面積的五分之一。3廢鋼的加工和預(yù)熱1）廢鋼的加工轉(zhuǎn)爐煉鋼所用廢鋼多為外購廢鋼。其來源廣泛，大小懸殊，外形各異，且多有混雜，應(yīng)針對所購廢鋼的特點進行相應(yīng)的加工處理如切割、打包、火燒、挑揀、水洗等，以滿足轉(zhuǎn)爐煉鋼對入爐廢鋼的基本要求。2）廢鋼的預(yù)熱目的：提高廢鋼比（見17表1-8），降低生產(chǎn)成本。方法及效果：利用鐵水罐余熱和燃料燃燒加熱。（首鋼）將廢鋼裝入鐵水罐中，置于煤氣烘烤器下烘烤30～40min，然后接鐵水一并倒入轉(zhuǎn)爐，廢鋼比提高10%。1.1.3鐵合金作用：脫氧劑、合金劑。種類：主要是Fe-Si、Fe-Mn、Mn-Si及Al，根據(jù)常煉鋼種不同還可能有Fe-Cr、Fe-W、Fe-Mo、Ni等合金。要求：成分準(zhǔn)確、塊度合適（5～40mm）、用前烘烤。思考題1簡述氧氣轉(zhuǎn)爐的發(fā)展趨勢。2轉(zhuǎn)爐煉鋼對鐵水有哪些要求？3常用的脫硫劑有哪些？它們的脫硫能力如何？4鐵水爐外預(yù)脫硫方法有哪些？影響機械攪拌法脫硫效果的因素是什么？5簡述SARP法同時脫硫脫磷工藝過程。6煉鋼用石灰應(yīng)滿足哪些要求？2.2底吹氣體射流2.2.1底吹氣體的行為森一美等冶金學(xué)家，實驗用氮氣從底部吹入水或水銀中，并用高速攝影機拍攝其流出情況，發(fā)現(xiàn)氣體通過浸沒式噴嘴流出時在熔池中的行為有兩種：（1）鼓泡流速較小時，氣體在噴嘴出口鼓起而形成氣泡并逐漸長大，當(dāng)氣泡長大一定程度（浮力大于粘滯力）后則脫離孔口上浮，這一現(xiàn)象稱為鼓泡。（2）形成射流流速較大時，氣體在孔口上形成連續(xù)的氣流射入液體中，這種現(xiàn)象稱為浸沒式射流。實驗發(fā)現(xiàn)，由流量計算的表觀馬赫數(shù)Ma/增加到1以上時，從噴嘴流出的氣體由鼓泡轉(zhuǎn)變成射流，即表觀馬赫數(shù)Ma/等于1的速度為臨界流速，如（32）圖2-12。表觀馬赫數(shù)Ma/用2-9式計算：Ma/=υ/a=Q/aA式中 υ——氣體出口速度，m/s；a——室溫的音速，m/s；A——噴嘴截面積，m2；Q——氣體流量，m3/s。

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