炼钢工艺技术

1 转炉炼钢的原材料 1-1 转炉炼钢用原材料有哪些，为什么要用精料? 炼钢用原材料分为主原料、辅原料和各种铁合金。氧气顶吹转炉炼钢用主原料为铁水和废钢(生铁块)。炼钢用辅原料通常指造渣剂(石灰、萤石、白云石、合成造渣剂)、冷却剂(铁矿石、氧化铁皮、烧结矿、球团矿)、增碳剂以及氧气、氮气、氩气等。炼钢常用铁合金有锰铁、硅铁、硅锰合金、硅钙合金、金属铝等。 原材料是炼钢的物质基础，原材料质量的好坏对炼钢工艺和钢的质量有直接影响。国内外大量生产实践证明，采用精料以及原料标准化，是实现冶炼过程自动化、改善各项技术经济指标、提高经济效益的重要途径。根据所炼钢种、操作工艺及装备水平合理地选用和搭配原材料可达到低费用投入，高质量产出的目的。 转炉入炉原料结构是炼钢工艺 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 的基础，主要包括三方面内容：一是钢铁料结构，即铁水和废钢及废钢种类的合理配比；二是造渣料结构，即石灰、白云石、萤石、铁矿石等的配比制度；三是充分发挥各种炼钢原料的功能使用效果，即钢铁料和造渣料的科学利用。炉料结构的优化调整，代表了炼钢生产经营方向，是最大程度稳定工序质量，降低各种物料消耗，增加生产能力的基本保证。 1-2 转炉炼钢对铁水成分和温度有什么要求? 铁水是炼钢的主要原材料，一般占装入量的70％～100％。铁水的化学热与物理热是氧气顶吹转炉炼钢的主要热源。因此，对入炉铁水化学成分和温度必须有一定的要求。 A铁水的化学成分 氧气顶吹转炉炼钢要求铁水中各元素的含量适当并稳定，这样才能保证转炉冶炼操作稳定并获得良好的技术经济指标。 (1)硅(Si)。硅是转炉炼钢过程中发热元素之一。硅含量高，会增加转炉热源，能提高废钢比。有关资料表明，铁水中WSi每增加0.1％，废钢比可提高约1.3％。铁水硅含量高，渣量增加，有利于去除磷、硫。但是硅含量过高将会使渣料和消耗增加，易引起喷溅，金属的收得率降低。Si含量高使渣中SiO2含量过高，也会加剧对炉衬的冲蚀，并影响石灰渣化速度，延长吹炼时间。 通常铁水ωSi=0.30％～0.60％为宜。大中型转炉用铁水硅含量可以偏下限，而对于热量不富余的小型转炉用铁水硅含量可偏上限。转炉吹炼高硅铁水可采用双渣操作。 (2)锰(Mn)。铁水锰含量高对冶炼有利，在吹炼初期形成MnO，能加速石灰的溶解，促进初期渣及早形成，改善熔渣流动性，利于脱硫和提高炉衬寿命。铁水锰含量高.终点钢中余锰高，可以减少锰铁加入量，利于提高钢水纯净度等。转炉用铁水对ωMn/ωSi比值的要求为0.8～1.0，目前使用较多的为低锰铁水，ωMn=0.20％～0.80％o、 · (3)磷(P)。磷是高发热元素，对大多数钢种是要去除的有害元素。因此，要求铁水磷含量越低越好，一般要求铁水ωp≤0.20％哼铁水中磷含量越低，转炉工艺操作越简化，并有利于提高各项技术经济指标。 铁水磷含量高时，可采用双渣或双渣留渣操作，现代炼钢采用炉外铁水脱磷处理，或转炉内预脱磷工艺，以满足低磷纯净钢的生产需要。 (4)硫(S)。除了含硫易切削钢以外，绝大多数钢种硫也是要去除的有害元素。氧气转炉单渣操作的脱硫效率只有30％～40％。我国炼钢技术 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 要求入炉铁水ωS≤0.05％。冶炼优质低硫钢的铁水硫含量则要求更低，纯净钢甚至要求铁水ωS≤0.005％。因此，必须进行铁水预处理降低入炉铁水硫含量。 (5)碳(C)。铁水中ωC=3.5％～4.5％，碳是转炉炼钢的主要反热元素。 B铁水的温度 铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志，铁水物理热约占炉热收入的50%。铁水温度高有利于稳定操作和转炉的自动控制。铁水的温度过低，影响元素氧化过程和熔池的温升速度，不利于成渣和去除杂质，容易发生喷溅。因此，我国炼钢规定入炉铁水温度应大子1250℃，并且要相对稳定。 通常，高炉的出铁温度在1350～1450℃，由于铁水在运输待装过程中散失热量，所以最好采用混铁车或混铁炉的方式供应铁水，在运输过程应加覆盖剂保温，以减少铁水降温。 1-3 对铁水带渣量有什么要求，为什么? 铁水带来的高炉渣中SiO2、S等含量较高，若随铁水进入转炉会导致石灰消耗量增多，渣量增大，容易造成喷溅，增加金属消耗，影响磷、硫的去除，并损坏炉衬等。因此，要求入炉铁水带渣量比不超过0.50％。铁水带渣量大时，在铁水兑入转炉之前应尽进行扒渣。 1-4 转炉炼钢用废钢的来源有哪些，对废钢的要求是什么? 废钢的来源有自产废钢和外购废钢，自产废钢是指企业口生产过程中产生的废钢或回收的废旧设备、铸件等，外购废钢勇从国内或国外购买的废钢。 转炉炼钢对废钢的要求有： (1)废钢的外形尺寸和块度应保证能从炉口顺利加入转炉。废钢单重不能过重，以便减轻对炉衬的冲击，同时在吹炼期必须全部熔化。轻型废钢和重型废钢合理搭配。废钢的长度应小于转炉口直径的1/2，废钢的块度一般不应超过300kg，国标要求废钢长度不大于1000mm，最大单件重量不大于800kg。 (2)废钢中不得混有铁合金。严禁混入铜、锌、铅、锡等有色金属和橡胶，不得混有封闭器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。废钢的硫、磷含量均不得大于0.050％。 废钢中残余元素含量应符合以下要求：ωNi<0.30％、ωCr<0.30％、ωCu<0.30％、ωAs<0.80％。除锰、硅外，其他合金元素残余含量的总和不超过0.60％。 (3)废钢应清洁干燥，不得混有泥砂、水泥、耐火材料、油物、珐琅等，不能带水。 (4)废钢中不能夹带放射性废物，严禁混有医疗临床废物。 (5)废钢中禁止混有其浸出液中pH值大于等于12.5或小于等于2.0的危险废物。进口废钢容器、管道及其碎片必须向检验机构申报曾经盛装或输送过的化学物质的主要成分以及放射性检验证明书，经检验合格后方能使用。 (6)不同性质的废钢分类存放，以免混杂，如低硫废钢、超低硫废钢、普通类废钢等。另外，应根据废钢外形尺寸将废钢分为轻料型废钢、统料型废钢、小型废钢、中型废钢、重型废钢等。非合金钢、低合金钢废钢可混放在一起，不得混有合金废钢和生铁。合金废钢要单独存放，以免造成冶炼困难，产生熔炼废品或造成贵重合金元素的浪费。 1-5 转炉炼钢对入炉生铁块的要求是什么? 生铁块也叫冷铁，是铁锭、废铸铁件、包底铁和出铁沟铁的总称，其成分与铁水相近，但不含显热。它的冷却效应比废钢低，通常与废钢搭配使用。 入炉生铁块成分要稳定，硫、磷等杂质含量愈低愈好，最好ωS≤0.050％，ωP≤0.10％。硅的含量不能太高，否则，增加石灰消耗量，对炉衬也不利，要求铁块凹ωS<1.25％。 1-6 转炉炼钢对铁合金有哪些要求，常用铁合金的主要成分是怎样的? 转炉炼钢对铁合金的主要要求是： (1)铁合金块度应合适，为10～50mm；精炼用合金块度为10～30mm，成分和数量要准确。 (2)在保证钢质量的前提下，选用价格便宜的铁合金，以降低钢的成本。 (3)铁合金应保持干燥、干净。 (4)铁合金成分应符合技术标准规定，以避免炼钢操作失误。如硅铁中的铝、钙含量，沸腾钢脱氧用锰铁的硅含量，都直接影响钢水的脱氧程度。 转炉脱氧合金化常用的铁合金有Fe-Mn、Fe-Si、Mn-Si合金、Ca-Si合金、铝、Fe-A1、Ba-Ca-Si合金、Ba-AI-Si合金等。 1-7 转炉炼钢对增碳剂有什么要求? 转炉冶炼中、高碳钢种时，使用含杂质很少的石油焦作为增碳剂。对顶吹转炉炼钢用增碳剂的要求是固定碳要高，灰分、挥发分和硫、磷、氮等杂质含量要低，并要干燥，干净，粒度要适中。其固定碳ωC≥96％，挥发分≤1.0％，ωS≤0.5％，水分≤0.5％，粒度在1～5mm；粒度太细容易烧损，太粗加入后浮在钢液表面，不容易被钢水吸收。 1-8 转炉炼钢对石灰有什么要求？ 石灰是炼钢主要造渣材料，具有脱P，脱S能力，用量也最多。其质量好坏对吹炼工艺，产品质量和炉衬寿命等有着重要影响。因此，要求石灰CaO含量要高，SiO2含量和S含量要低，石灰的生过烧率要低，活性度要高，并且要有适当的块度，此外，石灰还应保证清洁、干燥和新鲜。 SiO2会降低石灰中有效CaO含量，降低CaO的有效脱硫能力。石灰中杂质越多越降低它的使用效率，增加渣量，恶化转炉技术经济指标。石灰的生烧率过高，说明石灰没有烧透，加入熔池后必然继续完成焙烧过程，这样势必吸收熔池热量，延长成渣时间；若过烧率高，说明石灰死烧，气孔率低，成渣速度也很慢。 石灰的渣化速度是转炉炼钢过程成渣速度的关键，所以对炼钢用石灰的活性度也要提出要求。石灰的活性度(水活性)是石灰反应能力的标志，也是衡量石灰质量的重要参数。此外，石灰极易水化潮解，生成Ca(OH)2，要尽量使用新焙烧的石灰。同时对石灰的贮存时间应加以限制，一般不得超过2天。块度过大，熔解慢，影响成渣速度，过小的石灰颗粒易被炉气带走，造成浪费。一般以块度为5～50mm或5～30mm为宜，大于上限、小于下限的比例各不大于10％。贮存和运输时必须防雨防潮。 1-9什么是活性石灰，活性石灰有哪些特点，使用活性石灰有什么好处? 通常把在1050～1150℃温度下，在回转窑或新型竖窑(套筒窑)内焙烧的石灰，即其有高反应能力的体积密度小、气孔率高、比表面积大、晶粒细小的优质石灰叫活性石灰，也称软烧石灰。 活性石灰的水活性度大于310mL，体积密度小，约为1.7～2.0g/cm3，气孔率高达40％以上，比表面积为0.5～1.3 g/cm3；晶粒细小，熔解速度快，反应能力强。使用活性石灰能减少石灰、萤石消耗量和转炉渣量，有利于提高脱硫、脱磷效果，减少转炉热损失和对炉衬的蚀损，在石灰表面也很难形成致密的硅酸二钙硬壳有利于加速石灰的渣化。 1-10 转炉用萤石起什么作用，对萤石有什么要求? 萤石是助熔剂，其主要成分是CaF2。纯CaF2的熔点为1418℃，萤石中还含有SiO2和S等成分，因此熔点在930℃左右；加入炉内后使CaO和石灰高熔点的2CaO·Si02外壳的熔点降低，生成低熔点化合物3CaO·CaF2·2SiO2(熔点为1362℃)，也可以与MgO生成低熔点化合物(1350℃)，从而改善炉渣的流动性。萤石助熔作用快、时间短。但过多使用萤石会形成严重的泡沫渣，导致喷溅，同时也加剧对炉衬的侵蚀，并污染环境。因此应严格控制吨钢萤石加入量。 转炉用萤石ωCaF2≥85％，ωSiO2≤5.0％，ωS≤0.10％，ωP≤0.06％，块度在5～50㎜，并要干燥、清洁。 近年来，由于萤石供应不足，各钢厂从环保的角度考虑，试用多种萤石代用品，均为以氧化锰或氧化铁为主的助熔剂，如铁锰矿石、氧化铁皮、转炉烟尘、铁矾土等。 1-11 转炉用白云石或菱镁矿的作用是什么，对白云石和菱镁矿有什么要求? (1)白云石是调渣剂，有生白云石与轻烧白云石之分。 生白云石的主要成分为CaCO3·MgCO3。经焙烧可成为轻烧白云石，其主要成分为CaO、MgO。根据溅渣护炉技术的需要，加入适量的生白云石或轻烧白云石保持渣中的MgO含量达到饱和或过饱和，以减轻初期酸性渣对炉衬的蚀损、使终渣能够做黏，出钢后达到溅渣的要求。 对生白云石的要求是ωMgO>20％，ωCaO≥29％，ωSiO2≤2.0％，烧减≤47％，块度为5～30mm。 由于生白云石在炉内分解吸热，所以用轻烧白云石效果最为理想。对轻烧白云石的要求是ωMgO≥35％，ωCaO≥50％，ωSiO2≤3.0％，烧减≤10％，块度为5～40mm。 (2)菱镁矿也是调渣剂，菱镁矿是天然矿物，主要成分是MgCO3，焙烧后用做耐火材料。对菱镁矿的要求是ωMgO≥45％，ωCaO <1.5％，ωSiO2≤1.5％，烧减≤50％，块度为5～30㎜。 (3)MgO-C压块是吹炼终点碳低或冶炼低碳钢溅渣时的调渣剂，由轻烧菱镁矿和碳粉制成压块，一般ωMgO=50％～60％，ωC=15％～20％，块度为10～30mm。 1-12 转炉炼钢常用哪些冷却剂? 氧气顶吹转炉炼钢过程的热量有富余，因而根据热平衡计算需加入适量的冷却剂，以准确地命中终点温度。氧气顶吹转炉用冷却剂有废钢、生铁块、铁矿石、氧化铁皮、球团矿、烧结矿、石灰石和生白云石等，其中主要为废钢、铁矿石。上述冷却剂的冷却效应从大到小排列顺序为：铁矿石、氧化铁皮、球团矿、烧结矿、石灰石和生白云石、废钢、生铁块。 1-13 转炉炼钢对铁矿石有什么要求? 铁矿石主要成分为Fe2O3或Fe3O4，铁矿石的熔化和铁被还原都吸收热量，因而能起到调节熔池温度的作用。但铁矿石带入脉石，增加渣量和石灰消耗量，同时一次加入量过多会引起喷溅和冒烟。铁矿石还能起到氧化作用。氧气顶吹转炉用铁矿石化学成分以ωTFe≥56%，ωSiO2≤10％，ωS≤0.20％，块度为10～50㎜为宜，并要求干燥、清洁。 1-14 转炉炼钢对氧化铁皮有什么要求? 转炉炼钢用氧化铁皮来自轧钢和连铸过程中产生的氧化壳层，其主要成分是氧化铁。因此，氧化铁皮可改善熔渣流动性，也有利于脱磷，并且可以降温。对氧化铁皮的要求是ωTFe>70％，SiO2、S、P等其他杂质含量均低于3.0％。粒度应不大于10mm，使用前烘烤干燥，去除油污。 1-15 转炉炼钢用合成造渣剂的作用是什么? 合成造渣剂是用石灰加入适量的氧化铁皮、萤石、氧化锰或其他氧化物等溶剂，在低温下预制成型。这种合成渣剂的熔点低，碱度高，成分均匀，粒度小，在高温下易碎裂，成渣速度快，因而减轻了转炉造渣的负担。 1-16 氧气转炉炼钢对氧气有什么要求? 氧气是顶吹转炉炼钢的主要氧化剂。炼钢用工业纯氧是由空气分离制取的。对炼钢用氧气的要求是纯度要高，φO2>99.6％，氧压应稳定，并要脱除水分。 1-17 转炉炼钢对氮气的要求是什么? 氮气是转炉溅渣护炉和复吹工艺的主要气源。对氮气的要求是满足溅渣和复吹需用的供气流量，气压要稳定。氮气的纯度大于99.95％，氮气在常温下干燥、无油。 1-18 转炉炼钢对氩气的要求是什么? 氩气是转炉炼钢复吹和钢包吹氩精炼工艺的主要气源。对氩气的要求是：满足吹氩和复吹用供气量，气压稳定，氩气纯度大于99.95％，无油、无水。 1-19 转炉炼钢对焦炭的要求是什么？ 转炉炼钢用焦炭烘烤炉衬。对焦炭要求是：固定碳高（一般要求大于80%），发热值高，灰分和有害杂质含量低（水分小于2%，ωS≤0.7%），块度应为10～40mm。 1-20 什么是铁水预处理? 铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前，为脱硫或脱硅、脱磷而进行的处理过程。 ’ 除上述普通铁水预处理外还有特殊铁水预处理，如针对铁水含有特殊元素提纯精炼或资源综合利用而进行的提钒、提铌、提钨等预处理技术。 1-21 在炼钢生产中采用铁水预脱硫技术的必要性是什么? (1)用户对钢的品种和质量要求提高，连铸技术的发展也要求钢中硫含量低(硫含量高容易使连铸坯产生裂纹)。铁水脱硫可满足冶炼低硫钢和超低硫钢种的要求。 (2)转炉炼钢整个过程是氧化气氛，脱硫效率仅为30％～40％；而铁水中的碳硅等元素氧含量低，提高了铁水中硫的活度系数，故铁水脱硫效率高；铁水脱硫费用低于高炉、转炉和炉外精炼的脱硫费用。 (3)减轻高炉脱硫负担后，能实现低碱度、小渣量操作，有利于冶炼低硅生铁，使高炉稳定、顺行，可保证向炼钢供应精料。 (4)有效地提高钢铁企业铁、钢、材的综合经济效益。 1-22铁水脱硫常用的脱硫剂有几类，各有何特点? 生产中，常用的脱硫剂有苏打灰(Na2CO3)、石灰粉(CaO)、电石粉和金属镁。 (1)苏打灰。其主要成分为Na2CO3，铁水中加入苏打灰后与硫作用发生以下3个化学反应： Na2CO3(1)+[S]+2[C]=Na2S(1)+3{CO} Na2CO3 (1)+[S]+[S]=Na2S(1)+SiO2(1)+｛CO｝ Na2O(1)+[S]=Na2S(1)+[O] 用苏打灰脱硫，工艺和设备简单，其缺点是脱硫过程中产生的渣会腐蚀处理罐的内衬，产生的烟尘污染环境，对入有害。目前很少使用。 (2)石灰粉。其主要成分为CaO，用石灰粉脱硫的反应式如下： 2CaO(S)+[S]+1/2[Si]=(CaS)(S)+1/2(Ca2SiO4) 石灰价格便宜、使用安全，但在石灰粉颗粒表面易形成2CaO·SiO2致密层，限制了脱硫反应进行，因此，石灰耗用量大，致使生成的渣量大和铁损大，铁水温降也较多。另外，石灰还有易吸潮变质的缺点。 (3)电石粉。其主要成分为CaC2，电石粉脱硫的反应式如下： CaC2+[S]=(CaS)(S)+2[C] 用电石粉脱硫，铁水温度高时脱硫效率高，铁水温度低于1300℃时脱硫效率很低。另外，处理后的渣量大，且渣中含有未反应尽的电石颗粒，遇水易产生乙炔(qH2)气体，故对脱硫渣的处理要求严格。在脱硫过程中也容易析出石墨碳污染环境。电石粉易吸潮生成乙炔(乙炔是可燃气体且易发生爆炸)，故电石粉需要以惰性气体密封保存和运输。 (4)金属镁。镁喷入铁水后发生如下反应： Mg+[S]=MgS(S) 镁在铁水的温度下与硫有极强的亲和力，特别是在低温下镁脱硫效率极高，脱硫过程可预测，硫含量可控制在0.001％的精度。这是其他脱硫剂所不能比拟的。 金属镁活性很高，极易氧化，是易燃易爆晶，镁粒必须经表面钝化处理后才能安全地运输、储存和使用。钝化处理后，使其镁粒表面形成一层非活性的保护膜。 用镁脱硫，铁水的温降小，渣量及铁损均少且不损坏处理罐的内衬，也不影响环境。因而铁水包喷镁脱硫工艺获得了迅猛的发展。 镁的价格较高，保存时须防止吸潮。 1-23 铁水脱硫的主要方法有哪些，铁水脱硫技术的发展趋势是怎样的? 迄今为止，入们已开发出多种铁水脱硫的方法，其中主要方法有：投入脱硫法、铁水容器转动搅拌脱硫法、搅拌器转动搅拌脱硫法和喷吹脱硫法等。 (1)投入法。该法不需要特殊设备，操作简单，但脱硫效果不稳定，产生的烟气污染环境。 (2)铁水容器搅拌脱硫法。该法主要包括转鼓法和摇包法，均有好的脱硫效果，该法容器转动笨重，动力消耗高，包衬寿命低，使用较少。 (3)采用搅拌器的机械搅拌法。如KR法即属于此类。 KR搅拌法由于搅拌能力强和脱硫前后能充分的扒渣，可将硫含量脱至很低，其缺点是设备复杂，铁水温降大。 (4)喷吹法。此法是用喷枪以惰性气体为载体，将脱硫剂与气体混合吹入铁水深部，以搅动铁水与脱硫剂充分混合的脱硫方法。该法可以在鱼雷罐车(混铁车)或铁水包内处理铁水。铁水包喷吹法目前已被广泛应用。 喷吹脱硫法具有脱硫反应速度快、效率高、操作灵活方便，处理铁水量大，设备投资少等优点。因而，它已成为铁水脱硫的主要方法。 铁水脱硫技术的发展趋势如下： (1)采用全量铁水脱硫工艺； (2)趋向在铁水包内预脱硫； (3)脱硫方法以喷吹法为主； (4)用金属镁做脱硫剂的趋势不断扩大。 1-24 用金属镁进行铁水脱硫的机理是什么? 镁其熔点为651℃，密度为2.8g/cm3，如与氧结合生成MgO后，其熔点为2800℃，密度为3.07～3.20g／cm3，二者均为高熔点、低密度稳定化合物。 镁通过喷枪喷入铁水中，镁在高温下发生液化、气化并溶于铁水： Mg(S)→Mg(1)→｛Mg｝→[Mg] Ms与S的相互反应存在两种情况： 第一种情况： ｛Mg｝+[S]二MgS(S) 第二种情况： {Mg}→[Mg] [Mg]+[S]=MgS(S) 在高温下，镁和硫有很强的亲和力，溶于铁水中的[Mg]和{Mg}都能与铁水中的[S]迅速反应生成固态的MgS，上浮进入渣中。 在第一种情况下，在金属—镁蒸气泡界面，镁蒸气与铁水中的硫反应生成固态MgS，这只能去除铁水中3％～8％的硫。 在第二种情况下，溶解于铁水中的镁与硫反应生成固态MgS，这是主要的脱硫反应，最为合理。在这种情况下，保证了镁与硫的反应不仅仅局限在镁剂导入区域或喷吹区域内进行，而是在铁水包整个范围内进行，这对铁水脱硫是十分有利的。 镁在铁水中的溶解度取决于铁水温度和镁的蒸气压。镁的溶解度随着压力的增加而增大，随铁水温度的上升而大幅度降低。为了获得高脱硫效率，必须保证镁蒸气泡在铁水中完全溶解，避免未溶解完的镁蒸气逸入大气造成损失。促进镁蒸气大量溶解于铁水中的措施是：铁水温度低；加大喷枪插入铁水液面以下的深度，提高镁蒸气压力，延长镁蒸气泡与铁水接触时间。 1-25 采用金属镁脱硫为什么要对镁粒进行表面钝化处理，对颗粒镁有什么要求? 金属镁活性很高，极易氧化，是易燃易爆晶。镁粒只有经表面钝化处理后才能安全地运输、储存和使用。经钝化处理后，镁粒表面形成一层非活性的保护膜，如盐钝化的涂层颗粒镁，制备时采用熔融液态镁离心重复分散技术，利用空气动力逆向冷却原理将盐液包敷在镁颗粒外层，形成银灰色均匀的球状颗粒。 单吹镁脱硫用的涂层颗粒镁要求： ωMg≥92％；粒度为0.5～1.6mm，其中粒度大于3mm以上的针状不规则颗粒少于8％。 1-26 铁水脱硫容器为什么趋向采用铁水包? 在鱼雷罐内进行脱硫，动力学条件较差，脱硫剂喷入后，由于鱼雷罐形状影响搅拌的均匀性，反应重现性差，脱硫剂消耗量大。采用铁水包喷吹脱硫，由于铁水包的几何形状，使脱硫反应具有更好的动力学条件和反应空间，可根据冶炼具体要求更准确地控制铁水的硫含量。一般容量大于80t的铁水包铁液深度都比鱼雷罐深，喷入铁水的脱硫剂与铁水进行反应更加充分，因此在铁水包内喷吹脱硫可以有效利用脱硫剂。同时铁水包内的铁水温度比鱼雷罐内低一些，更促进镁脱硫获得理想的脱硫效果，降低了铁水处理成本。由于铁水包内喷吹脱硫有较高的效率，与在鱼雷罐脱硫相比，如果将硫含量从0.045％降到0.010％，可节省脱硫剂15％；如果将硫含量从0.045％降到0.005％，可节省脱硫剂24％。显然，硫含量的目标值越低，在铁水包喷吹脱硫剂的优势越大。20世纪80年代已开始发展到在铁水包内处理铁水。目前新建铁水脱硫装置大多采用铁水包单独喷吹镁或复合喷吹镁的技术和设备。 1-27 喷镁脱硫要求铁水包净空是多少? 当铁水包喷镁脱硫时，镁通过喷枪喷入铁水，载气对铁水有搅拌作用，可以促进反应物的传质和产物的排出。由于镁在高温下液化、气化和溶于铁水，气化时产生的镁气体对铁水的搅拌作用强烈，顶吹时常发生喷溅。因此，铁水包应有不小于400mm高度的净空，同时设置防溅包盖是必要的。 1-28 铁水包喷吹镁脱硫与其他脱硫工艺比较具有哪些优点? 铁水包喷镁脱硫工艺与其他脱硫工艺相比，具有以下显著的优点： (1)脱硫效率高。可根据冶炼品种要求，铁水硫含量可脱至任意水平，深度脱硫时达到ωS=0.005％以下，甚至ωS=0.002％以下； (2)脱硫剂单耗低，处理时间短 (3)形成渣量少，扒渣铁损低； (4)对环境污染小； (5)温度损失少； (6)易于进行过程自动控制； (7)综合成本低。 1-29 铁水包喷吹颗粒镁脱硫，镁的单位消耗主要取决于哪些因素? 用镁脱硫的单耗主要取决于铁水初始硫含量、终点硫含量、铁水温度、铁水重量(铁水包内铁水深度)。 在理论上1kg金属镁能脱除1.32kg的硫；实际上，由于铁水中还有残余的镁、用于脱氧的镁、少量的镁蒸气逸出及与载气、顶渣反应损失的镁等原因，镁的利用率不可能达到100％。与初始硫含量低时相比，初始硫含量高时镁的利用率高。 镁脱硫与CaO、CaC2脱硫不同，镁脱硫反应为放热反应，低温对反应有利，在低温下镁在铁水中的溶解度大，有利于镁参与反应而提高利用率；但温度高时有利于反应产物上浮进入顶渣提高反应速度，但总的来说温度低对镁脱硫更有利。 铁水量多，铁水包内铁水深度大，喷枪插入深，镁的利用率高。铁水包内铁水深度浅，喷枪插入浅，镁气泡来不及完全溶解就从铁水液面逸出。因此，喷吹深度大可以减少镁的逸出损失。 1-30 铁水脱硫后兑入转炉前为什么必须扒渣? 经过脱硫处理后的铁水，须将浮于铁水表面上的脱硫渣除去，以免炼钢时造成回硫，因为渣中MgS或CaS会被氧还原，即发生如下反应： (MgS)+[O]=(MgO)+[S] (CaS)+[O]=(CaO)+[S] 因此，只有经过扒渣的铁水才能兑入转炉。钢水硫含量要求越低，相应要求扒渣时扒净率越高，尽量减少铁水的带渣量。 1-31 脱硫后的低硫铁水兑入转炉炼钢，为什么吹炼终点常常出现增硫现象? 经脱硫处理后的低硫铁水(ω〔S〕=0.002％～0.009％)，兑入转炉炼钢，有时出现不能进一步脱硫，吹炼终点的钢水还常常有增硫现象，这是因为炼钢过程中铁水渣、铁块、废钢、石灰中的硫进入钢水，而吹炼过程脱硫量低于增硫量所致，吹炼终点增硫量可达0.002％～0.005％，甚至0.005％以上。增硫主要发生在吹炼的前期和中期，一般铁块、废钢和铁水渣带入硫占炉料总硫量的60％以上，所以增硫成为生产超低硫钢种的重大障碍。因此，生产ω〔S〕<0.005％的超低硫钢种时，可采用铁水脱硫处理加上较高的铁水装入比，并尽量减少铁水的带渣量，同时出钢加合成渣、二次精炼脱硫，特别是用LF炉造高碱度还原渣，进一步深脱硫。 1-32 脱硫后扒渣时的铁损大小与哪些因素有关? 脱硫后扒渣时的铁损大小与以下因素相关。 (1)渣量越大，扒净率越高，铁损越大。 (2)渣偏干，渣铁易分离，易于扒除，铁损低；渣越稀，渣铁分离困难，铁损大。扒渣时，可加入适量稠渣剂。 (3)扒渣机工作性能好，扒渣效率高，铁损低。 (4)铁水包包嘴形状和倾角应有利于扒渣需要，减少扒渣“死区”。 (5)操作入员的技能十分重要，操作熟练、准确和灵敏，同样条件下能明显提高扒渣效率和降低铁水损失。 1-33 铁水采用三脱(脱硅、脱磷、脱硫)预处理有何优缺点? 铁水采用三脱预处理的优缺点如下： (1)可实现转炉少渣冶炼(渣量小于30kg／t)。 (2)铁水脱硫有利于冶炼高碳钢、高锰钢、低磷钢、特殊钢(如轴承钢)、不锈钢等。 (3)可提高脱碳速度，有利于转炉高速冶炼。 (4)转炉吹炼终点时钢水锰含量高，可用锰矿直接完成钢水合金化。 (5)铁水采用三脱预处理的缺点是铁水中发热元素减少，转炉的废钢加入量减少。 1-34 为何铁水脱磷必须先脱硅? 铁水预脱硅技术是基于铁水预脱磷技术而发展起来的。由于铁水中氧与硅的亲和力比磷大，当加入氧化剂脱磷时，硅比磷优先氧化，形成的Siq大大降低渣的碱度。为此脱磷前必须将硅含量降至0.15％以下，这个值远远低于高炉铁水的硅含量，也就是说，只有当铁水中的硅大部分氧化后，磷才能被迅速氧化去除。所以脱辚前必须先脱硅。 1-35 铁水脱硅有哪些方法，采用何种脱硅剂? 铁水脱硅方法有下列几种： (1)在高炉出铁沟脱硅。 (2)在高炉出铁沟摆槽上方喷射脱硅剂脱硅。 (3)在鱼雷罐车中喷射脱硅剂脱硅。 (4)在铁水罐中加入脱硅剂和吹氧脱硅。 脱硅剂均为氧化剂，常用高碱度烧结矿粒、氧化铁皮、铁矿石铁锰矿、烧结粉尘、氧气等。 1-36 铁水脱磷有哪些方法，采用何种脱磷剂? 铁水脱磷方法主要包括如下几种： (1)在铁水罐中喷射脱磷剂并吹氧脱磷。 (2)在鱼雷罐中喷射脱磷剂并吹氧脱磷。 (3)在转炉中进行铁水脱磷。 目前最广泛使用的脱磷剂为苏打系脱磷剂或石灰系脱磷剂。石灰系脱磷剂主要成分为CaO并配加一定量的烧结矿粉和萤石粉。若铁水同时脱磷和脱硫，则先用石灰剂脱磷后，再喷吹苏打粉(Na2CO3)进一步脱磷和脱硫。 1-37 铁水三脱预处理，硅、磷、硫含量一般脱到什么水平? 一般来说，炼钢用铁水预处理前后的硅、磷、硫含量变化如下： 铁水 ω[Si] ω[P] ω[S] 预处理前 0.30％～1.25％ 0.08％～0.20％ 0.02％～0.07％ 预处理后 0.10％～0.15％ <0.01％ <0.005％ 1-38 采用转炉双联工艺进行铁水预处理的特点是什么? 采用转炉进行铁水三脱预处理，有利于实现全量(100％)铁水预处理。此法具有如下特点： (1)与喷吹法相比，放宽对铁水硅含量要求。采用转炉三脱，控制铁水ω〔Si〕≤0.3％，可以达到脱磷要求，而喷吹法脱磷要求铁水ω〔Si〕≤0.15％。因此，采用转炉三脱可以和高炉低硅铁冶炼工艺相结合，省去脱硅预处理工艺。 (2)控制中等碱度R=2.5～3.0渣，可得到良好的脱磷、脱硫效果。通常采用的技术有：使用脱碳转炉精炼渣作为脱磷合成渣；增大底吹搅拌强度促进石灰渣化并适当增加萤石量；配加石灰粉和转炉烟尘制成的高碱度低熔点脱磷剂。 (3)严格控制处理温度，避免熔池脱碳升温。保证脱磷，抑制脱碳。 (4)增强熔池搅拌强度，同时采用弱供氧制度。 (5)渣量减少，冶炼时间缩短，生产节奏加快，炉龄提高。 2 转炉炼钢的一般原理 2-1 什么是超音速氧射流，什么是马赫数，确定马赫数的原则是什么? 速度大于音速的氧流为超音速氧射流。超过音速的程度通常用马赫数量度，即氧流速度与临界条件下音速的比值，用符号Ma代表。显然，马赫数没有单位。 马赫数的大小决定喷头氧气出口速度，也决定氧射流对熔池的冲击能量。马赫数过大则喷溅大，清渣费时，热损失加大，增大渣料消耗及金属损失，而且转炉内衬易损坏；马赫数过低，会造成搅拌作用减弱，氧气利用系数降低，渣中TFe含量增加，也会引起喷溅。当Ma>2.0时，随马赫数的增长氧气的出口速度增加变慢，要求更高理论设计氧压，这样，无疑在技术上不够合理，经济上也不划算。 目前国内推荐Ma=1.9～2.1。 2-2 氧气射流与熔池的相互作用的规律是怎样的? 超音速氧流其动能与速度的平方成正比，具有很高的动能。当氧流与熔池相互作用时，产生如下效果： (1)形成冲击区。氧流对熔池液面有很高的冲击能量，在金属液面形成一个凹坑，即具有一定冲击深度和冲击面积的冲击区。 (2)形成三相乳化液。氧流与冲击炉液面相互破碎并乳化，形成气、渣、金属三相乳化液。 (3)部分氧流形成反射流股。 2-3 氧气顶吹转炉的传氧载体有哪些? 氧气顶吹转炉内存在着直接传氧与间接传氧两种途径。直接传氧是氧气被钢液直接吸收，其反应过程是：[Pe]+1/2｛O2｝=[FeO]，[FeO]=[Fe]+[O]；间接传氧是氧气通过熔渣传人金属液中，其反应式为(FeO)=[FeO]、[FeO]=[Pe]十[O]。氧气顶吹转炉传氧以间接传氧为主。 氧气顶吹转炉的传氧载体有以下几种。 (1)金属液滴传氧。氧流与金属熔池相互作用，形成许多金属小液滴。被氧化形成带有富氧薄膜的金属液滴，大部分又返回熔池成为氧的主要传递者；熔池中的金属几乎都经历液滴形式，有的甚至多次经历液滴形式，金属液滴比表面积大，反应速度很快。 (2)乳化液传氧。氧流与熔池相互作用，形成气—渣—金属的三相乳化液，极大地增加了接触界面，加快了传氧过程。 (3)熔渣传氧。熔池表面的金属液被大量氧化，而形成高氧化铁熔渣，这样的熔渣是传氧的良好载体。 (4)铁矿石传氧。铁矿石的主要成分是Fe2O3、Fe3O4，在炉内分解并吸收热量，也是熔池氧的传递者。 顶吹转炉的传氧主要靠金属液滴和乳化液进行，所以冶炼速度快，周期短。 2-4 什么是硬吹，什么是软吹? 硬吹是指枪位低或氧压高的吹炼模式。当采用硬吹时，氧气流股对熔池的冲击力大，形成的冲击深度较深，冲击面积相对较小，因而产生的金属液滴和氧气泡的数量也多，气—熔渣—金属乳化充分，炉内的化学反应速度快，特别是脱碳速度加快，大量的CO气泡排出，熔池搅动强烈，熔渣的TFe含量较低。 软吹是指枪位较高或氧压较低的吹炼模式。在软吹时，氧气流股对熔池的冲击力减小，冲击深度变浅，冲击面积加大，反射流股的数量增多，对于熔池液面搅动有所增强，脱碳速度缓慢，因而对熔池内部的搅动相应减弱，熔渣中的TFe含量有所增加。 软吹和硬吹都是相对的。 2-5 转炉内金属液中各元素氧化的顺序是怎样的? 氧化物分解压越小，元素越易氧化。在炼钢温度下，常见氧化物的分解压排列顺序如下： P｛O2｝(Fe2O3)>P｛O2｝(FeO)> P｛O2｝(CO2)> P｛O2｝(MnO)> P｛O2｝(P2O5)>P｛O2｝(SiO2)>P｛O2｝(Al2O3)>P｛O2｝(MgO)> P｛O2｝(CaO) 因为转炉内是多相反应，因此铁水中元素的氧化顺序还与其浓度有关，所以吹炼开始元素氧化顺序为Fe、Si、Mn、P、C等。 2-6 在碱性操作条件下，为什么吹炼终点钢液中硅含量为痕量? 吹炼开始首先是Fe、Si被大量氧化，并放出热量，反应式为： [Fe]+1/2｛O2｝=(FeO) (放热) [Si]+｛O2｝=(SO2) (放热) [Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe] (放热) 在以碱性渣操作时，熔渣R>3.0，渣中存在着大量自由状态的(CaO)，SiO2是酸性氧化物，全部与CaO等碱性氧化物形成类似(2CaO·SiO2)的复杂氧化物，渣中SiO2呈结合状态。熔渣分子理论认为，只有自由氧化物才有反应能力，因此在吹炼后期温度升高SiO2也不会被还原，钢中硅含量为“痕量”。 可见在以碱性渣操作条件下，硅的氧化反应非常彻底。 2-7 在碱性操作条件下吹炼终了时，钢液中为什么会有“余锰”(含量)，余锰(含量)高低受哪些因素影响? 与硅相似，锰也很容易被氧化，反应式为： [Mn]+1/2｛O2｝=(MnO) (放热) [Mn]十(FeO)=(MnO)+[Fe] (放热) [Mn]+[O]二(MnO) (放热) 锰的氧化产物是碱性氧化物，在吹炼前期所形成的(MnO·SiO2)，随着渣中CaO含量的增加，会发生(MnO·SiO2)+2(CaO)=(2CaO·SiO2)+(MnO)反应，(MnO)呈自由状态，吹炼后期炉温升高后，(MnO)被还原，即：(MnO)+[C]=[Mn]+｛CO｝或(MnO)+[Fe]=(FeO)十[Mn]吹炼终了时，钢中的锰含量也称余锰或残锰。 余锰高，可以降低钢中硫的危害。但在冶炼工业纯铁时，要求锰含量越低越好，应采取措施降低终点锰含量。 根据化学平衡移动的原理，影响余锰量的因素有： (1)炉温高利于(MnO)的还原，余锰含量高。 (2)碱度升高，可提高自由(MnO)浓度，余锰量增高。 (3)降低熔渣中(FeO)含量，可提高余锰含量。因此钢中碳含量高、减少补吹、降低平均枪位、有复吹，余锰含量都会增高。 (4)铁水中锰含量高，单渣操作，钢中余锰也会高些。 2-8 在炼钢过程中碳氧反应的作用是什么? 炼钢过程中碳氧反应不仅完成脱碳任务，还有以下作用： (1)加大钢—渣界面，加速物理化学反应的进行。 (2)搅动熔池，均匀成分和温度。 (3)有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出。 (4)有利于熔渣的形成。 (5)放热升温。 (6)爆发性的碳氧反应会造成喷溅。 2-9 碳和氧反应达到平衡时碳和氧的关系是怎样的，如何表示，转炉熔池内实际碳氧含量的关系是怎样的? 转炉中的碳氧反应产物主要是CO，也有少量的CO2。转炉内碳氧反应式如下： [C]+1/2｛O2｝=｛CO｝ (放热) [C]+ (FeO)=｛CO｝+[Fe] (吸热) [C]+｛O｝=｛CO｝ (放热) 上述第3个碳氧反应式的平衡常数： 取pCO=1atm代入后得： 温度一定，Kp是定值，若令 ,则得出： ω[C]ω[O]=m 在1600℃下，Kp≈400，m≈0.0025。 当达到平衡时，钢中碳氧浓度的乘积阴为一个常数。在坐标系中它表现为双曲线的一支。 由于上述碳氧反应是放热反应，随温度升高，Kp值降低，m值升高，曲线向坐标系右上角移动。 钢中实际氧含量比碳氧平衡氧含量高，这是由于在钢中还存在着[Fe]+[O]=(FeO)反应，与(FeO)平衡的氧含量为ω[O]渣，(FeO)，平，钢中实际含氧量为ω[O]渣，(FeO)，平＞ω[O]实际＞ω[O]钢，CO平 2-10 熔池中脱碳速度的变化是怎样的，它与哪些因素有关? 炼钢碳氧反应主要以[C]十[O]=｛CO｝方式进行，其正反应速度表达式是νC=k正ω[C]ω[O]，反应速度受[C]和[O]两个浓度的影响，但钢液中[O]浓度随渣中TFe升高而增加。转炉内碳氧反应在吹炼初期虽然渣中TFe高，但由于炉温较低，影响传氧，碳氧反应速度较慢；在吹炼后期由于金属中ω[C]低，碳氧反应速度也降低；只有吹炼中期能够保证碳氧反应以较快速度进行，最高脱碳速度在(0.4～0.6)％／min。 2-11 影响脱磷的因素有哪些? 根据平衡移动的原理，从脱磷反应式可以看出，只有提高(FeO)和(CaO)的浓度，降低(4CaO·P2O5)浓度，反应才向正反应方向进行，终点[P]含量才会降低。 因此，高碱度、高氧化铁含量的熔渣，有利于脱磷，这两者缺一不可。 增加渣中FeO含量，可加速石灰的渣化和改善熔渣的流动性，有利于脱磷反应。 提高碱度可增加(CaO)的有效浓度，有利于提高脱磷效率；但碱度并非越高越好，加入过多的石灰，渣化不好，影响熔渣的流动性，对脱磷反而不利。 脱磷反应是强放热反应，因而炉温过高，反应则向逆反应方向进行，钢中磷含量不仅不能降低，反而会产生回磷；炉温过低，不利于石灰的渣化，并影响熔渣流动性，也阻碍脱磷反应的进行。 若原料中磷含量高，最好是采用炉外脱磷处理；也可采用双渣操作，或适当的加大渣量，这样就相对降低了4(CaO·P2O5)浓度，利于反应继续向正反应方向进行，对脱磷有利。脱磷是钢—渣界面反应，因此具有良好流动性的熔渣，进行充分的熔池搅动，会加速脱磷反应，提高脱磷效率。 当前采用溅渣护炉技术，渣中MgO含量较高，要注意调整好熔渣流动性，否则对脱磷也有影响。 总之，脱磷的条件是：高碱度、高氧化铁含量、良好流动性的熔渣；充分的熔池搅动；适当的温度和大渣量。 3 顶吹转炉吹炼工艺 3-1 装入制度包括哪些内容? 装入制度是确定转炉合理的装入量，合适的铁水废钢比。转炉的装入量是指主原料即铁水和废钢的装入数量。 3-2 什么是转炉的炉容比，影响转炉炉容比的因素有哪些? 新转炉砌砖完成后的容积称为转炉的工作容积，也称有效容积，以“V”表示，公称吨位用“T”表示，两者之比值“V／T”称之为炉容比，单位为(m3／t)。一定公称吨位的转炉，都有一个合适的炉容比，即保证炉内有足够的冶炼空间，从而能获得较好的技术经济指标和劳动条件。炉容比过大，会增加设备重量、厂房高度和耐火材料消耗量，因而使整个车间的费用增加，成本提高，对钢的质量也有不良影响；而炉容比过小，炉内没有足够的反应空间，势必引起喷溅，对炉衬的冲刷加剧，操作恶化，导致金属消耗增高，炉衬寿命降低，不利于提高生产率。因此在生产过程中应保持设计时确定的炉容比。影响炉容比的因素有： (1)铁水比和铁水成分。随着铁水比和铁水中Si、P、S含量增加，炉容比应相应增大。若采用铁水预处理工艺时，可以小些。 (2)供氧强度。供氧强度增大时，脱碳速度较快，为了不引起喷溅就要保证有足够的反应空间，炉容比应增大些。 (3)冷却剂的种类。若使用以铁矿石或氧化铁皮为主的冷却剂，成渣量大，炉容比也需相应增大些；若使用以废钢为主的冷却剂，成渣量小，则炉容比可适当小些。 炉容比还与氧枪喷嘴的结构有关。 转炉的炉容比一般在0.85～1.0m3／t，为减少喷溅，炉容比应不低于0.90m3／t。 3-3 确定装入量的原则是什么? 在确定合理的装入量时，除了考虑转炉要有一个合适的炉容比外，还应保持合适的熔池深度。以保证炉底不受氧气射流的冲声，熔池深度必须超过氧流对熔池的最大穿透深度。 对于模铸工艺，装入量还应与锭型相配合。装入量减去吹损及浇注必要损失后的钢水量，应是各种锭型的整数倍，尽量减少注余。 对连铸车间，转炉装入量可根据实际情况在一定范围内波动。 此外，确定装入量时，既要考虑发挥现有设备潜力，又要防止片面不顾实际的盲目超装，以免造成事故和浪费。 3-4 生产中应用的装入制度有哪几种类型，各有什么特点？ 氧气顶吹转炉的装入制度有：定量装入制度、分阶段定量装入制度和定深装入制度。其中定深装入制度是每炉装入量均使熔池深度保持不变，由于生产组织的制约，实际上难以实现。 (1)定量装入制度。在整个炉役期间，每炉的装入量保持不变。这种装入制度的优点是：发挥了设备的最大潜力，生产组织、操作稳定，有利于实现过程自动控制。但炉役前期熔池深、后期熔池变浅，只适合大、中型转炉。国内外大型转炉已广泛采用定量装入制度。 (2)分阶段定量装入制度。在一个炉役期间，按炉膛扩大的程度划分为几个阶段，每个阶段为定量装入。这样既大体上保持了整个炉役中具有比较合适的炉容比和熔池深度，又保持了各个阶段中装入量的相对稳定；既能增加装入量，又便于组织生产。这是适应性较强的一种装入制度。我国各中、小型转炉普遍采用这种装入制度。 3-5 供氧制度包括哪些内容，它有什么重要性? 供氧制度的主要内容包括确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位控制。氧气顶吹转炉炼钢的供氧制度是使氧气射流最合理地供给熔池，创造良好的物理化学反应条件。它是控制整个吹炼过程的中心环节，直接影响吹炼效果和钢的质量。供氧是保证杂质去除速度、熔池升温速度、造渣速度、控制喷溅和去除钢中气体与夹杂物的关键操作。此外，它还关系终点碳和温度的控制以及炉衬寿命；对转炉强化冶炼、扩大钢的品种和提高质量也有重要影响。 3-6 什么是拉瓦尔型喷头，它有什么特点? 拉瓦尔喷头是收缩—扩张型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比p出/pO<0.528时才能够形成超音速射流。在拉瓦尔喷头中，气流在喉口处速度等于音速，在出口处达到超音速。 由于氧气是可压缩流体，当高压低速氧气流经拉瓦尔管收缩段时，氧流速度提高，在到达音速时若继续缩小管径，氧流速度并不再增高，只会造成氧气密度增大；此时要继续提高氧流速度，只能设法增大管径，使其产生绝热膨胀过程，氧压降低，密度减小、体积膨胀。当氧压与外界气压相等时，就可以获得超音速的氧射流，压力能转变为动能。扩大管径。拉瓦尔型喷头能够把压力能(势能)最大限度地转换成速度能(动能)，并能获得比较稳定的超音速射流，在相同射流穿透深度的情况下，它的枪位可以高些，这就有利于改善氧枪的工作条件和炼钢的技术经济指标，因此拉瓦尔型喷头被广泛应用。 3-7 氧气自由射流的运动规律是怎样的? 气体从喷孔向无限大的空间喷出后，喷出气体与空间气体的物理性质相同时，所形成的气流称为自由射流或自由流股。 氧气从喷孔喷出后，形成超音速射流。从喷孔喷出的氧气射流，在一段长度内其流速不变为等速段。由于射流边缘与周围介质气体发生摩擦，卷入部分介质气体并与之混合而减速；随着射流向前运动，到达一定距离后，射流中心轴线上的某一点速度等于音速，即马赫数Ma=1，在这点以前的区域，包括等速段，称为射流的超音速核心段，又称为首段。首段长度大约是喷孔出口直径的6倍。此点以后的区域，氧流的速度低于音速，称为亚音速射流段，又称为尾段。当射流截面上的速度与周围介质一样时，射流就沉没在周围介质之中。在超音速区域内，等速段以后射流周围有亚音速气流，射流的扩张角较小，为10°～12°；亚音速区域内无超音速气流，射流的扩张角较大，为22°～26°。 超音速核心段的长度一般随出口马赫数成正比例增加。超音速核心段的长度是决定氧枪高度的基础，也关系到射流对熔池的冲击能量。 高速氧气从喷孔喷出后，形成的射流与周围的气体相接触，由于射流内气体的静压低于外界静止气体的压强，周围的气体被卷入。距喷孔出口的距离越远，被卷入的气体数量越多。因此射流的流量不断增加，横截面不断扩大，同时流速不断降低，此现象称做射流的衰减。在同一横截面上速度的分布特点是射流中心轴线上的速度最大，离中心轴线越远，各点的速度逐渐降低一直到零。在速度等于零的部位是射流的界面。射流中心速度的减小速率也称射流的衰减率，射流截面直径增大速率也称射流扩展率，这两个参数是自由射流的基本特征。 3-8多孔喷头氧气射流运动有什么特点? 从多孔喷头喷出的氧气流是多股的，增加了与熔池的接触面积，使氧气逸出更均匀，吹炼过程更平稳。多孔喷头的每一股氧流在与其他各股氧流相汇交之前，保持着自由射流的特性。当各股氧流开始相交后，就有了动量的交换，相互混合，这种混合从射流的边缘逐渐向中心轴线发展，各单股氧流所具有的自由射流特性逐渐消失。如果多股氧流在汇合前就与熔池液面相接触，对熔池的冲击力减小，冲击面积增大，枪位操作稳定，利于吹炼。 多股氧流是从其内侧开始混合的，混合后的射流内侧边缘卷入周围介质气体的数量比外侧少，内侧氧流速度降低慢，外侧氧流速度降低快，于是每股氧流的最大速度点就偏离了氧流的几何中心轴线位置，偏向氧枪的轴线。这样就出现了各股氧流的轴线逐渐向氧枪中心线靠拢的趋势。 若喷孔与中心线夹角过小，多股氧射流过早汇合，就与单个自由射流一样，减小了对熔池的冲击面积，对吹炼不利。因此在设计多孔喷头时，要合理选择每个拉瓦尔喷孔与氧枪中心轴线的夹角，保证各股氧流在到达熔池液面以前，基本上不汇合，这样就能充分发挥多孔喷头的优越性。 多孔喷头有三孔、四孔、五孔、六孔、七孔、甚至八孔等类型。小型转炉使用三孔拉瓦尔喷头；而中型和大型转炉普遍采用四孔、五孔及五孔以上喷头。与单孔喷头相比，多孔喷头有许多突出优点：如可以提高供氧强度和冶炼强度，可以增大冲击面积，利于成渣，操作平稳不易喷溅。但是，多孔喷头端面的中心区域(俗称鼻子尖部位)冷却效果较差，吹炼过程中该区域气压较低，钢液和熔渣易被吸入并黏附到喷头上而被烧坏。为了加强这个区域的冷却，采用中心水冷铸造喷头，可延长多孔喷头的使用寿命。 锻压组合式氧枪喷头能有效地改善喷孔之间的冷却效果，提高喷头寿命。 3-9 什么是氧气流量，确定氧气流量的依据是什么? 氧气流量(Q)是指在单位时间(t)内向熔池供氧的数量(体积)V，常用标准状态下体积(标态)量度，其单位是m3/min或m3/h。氧气流量是根据吹炼每吨金属料所需要的氧气量、金属装入量、供氧时间等因素确定的。 式中：Q——氧气流量(标态)，m3/min或m3/h； V——炉钢的氧气耗量(标态)，m3； t——炉钢吹炼时间，min或h。 氧流量过大，就会使化渣、脱碳失去平衡，造成喷溅。氧流量过小，会延长吹炼时间，降低生产率。对于一定的原料成分、造渣工艺及供氧制度，应根据冶炼实践 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 出氧流量最佳控制范围。 3-10 什么是供氧强度，确定供氧强度的依据是什么? 供氧强度是单位时间内每吨钢的氧耗量，它的单位(标态)是Nm3/(t·min)，可由下式确定： 式中 I——供氧强度(标态)，Nm3/(t·min)； Q——氧气流量(标态)，Nm3/(t·min)； T——出钢量，t。 供氧强度的大小应根据转炉的公称吨位、炉容比来确定。供氧强度过大，会造成严重的喷溅，供氧强度过小延长吹炼时间。通常在不产生喷溅的情况下，尽可能采用较大的供氧强度。目前国内中、小型转炉的供氧强度(标态)为2.5～4.5 Nm3/(t·min)，大于120t转炉的供氧强度(标态)为2.8～3.6 Nm3/(t·min)；国外转炉供氧强度(标态)波动在2.5～4.0 Nm3/(t·min)之间。 3-11 如何确定每吨金属料的氧气耗量? 吹炼1t金属料所需要的氧气量可以通过计算求出来。其步骤是：首先计算出熔池各元素氧化所需氧气量和其他氧耗量，然后再减去铁矿石或氧化铁皮带给熔池的氧量。 3-12 如何确定氧压，氧压过高或过低对氧气射流有何影响? 炼钢操作氧压是测定点的氧压，以p用表示；氧气经过管道、金属软管及氧枪中心管，才能到达喷头喷孔前沿，氧气从测定点到喷头喷孔前这段距离，会有一定的氧压损失。其氧压损失数值是可以测定出来的。 喷孔前的氧压用po表示，出口氧压用p出表示。po和p出都是喷头设计的重要参数。喷孔最佳操作氧压应等于或稍大于设计氧压，绝对不能在低于设计氧压下吹炼。在设计压力下操作时，喷孔出口的氧压p出等于炉内环境压力，可以获得稳定的射流，不会产生激波。 如果操作氧压高于设计氧压过多，则气流在到达喷孔出口时，尚未完成膨胀过程，仍然具有一定的压力能没有转换，这时氧流离开喷孔出口后继续进行膨胀，形成膨胀波系，射流会产生激波，使得氧流很不稳定，射流的能量损失比较大，不利于吹炼。导致这种情况的喷头叫做“膨胀不足的喷头”。 如果操作氧压低于设计氧压，氧流未到达出口之前就完成膨胀，且气流离开喷孔管壁，这时出口氧压小于环境压力，射流能量在喷孔内部由于激波的产生而损失比较大，氧流出喷孔后形成收缩波系使射流轴心速度衰减加快，导致这种情况的喷头叫做“过度膨胀喷头”。 喷孔前氧压po的值由出口马赫数确定。通常选取出口马赫数Ma=1.9～2.1，可以根据公式算出加值。出口氧压p出应稍高于或等于炉内环境压力。 操作氧压最好是在等于或稍高于设计氧压下吹炼，当操作氧压过高时，造成化渣不好，喷溅增加；如果操作氧压超过设