枪尾部:枪尾部接供氧管,进水管和出水管。
o 在顶吹氧气转炉吹炼过程中,特别是吹炼过程剧化的开始阶段,有时炉渣会起泡并从炉口溢出,这就是吹炼过程中发生的典型的乳化和泡沫现象。
o 由于氧射流对熔池的强烈冲击和CO气泡的沸腾作用,使熔池上部金属、熔渣和气体三相剧烈混合,形成了转炉内发达的乳化和泡沫状态,如图10所示。
图10 转炉内的泡沫现象示意图
1-氧枪;2-气-钢-渣乳化相;3-CO气泡;4-金属熔池;5-火点;
6-金属液滴;7-CO气流;8-飞溅出的金属液滴;9-烟尘
乳化(emulsification)是指金属液滴或气泡弥散在炉渣中,若液滴或气泡数量较少而且在炉渣中自由运动,这种现象称为渣钢乳化或渣气乳化。
若炉渣中仅有气泡,而且气泡无法自由运动,这种现象称炉渣泡沫化(slag foaming)。由于渣滴或气泡也能进入到金属熔体中,因此转炉中还存在金属熔体中的乳化体系。渣钢乳化是冲击坑上沿流动的钢液被射流撕裂或金属滴所造成的。通过对230tLD转炉乳液取样分析,发现其中金属液滴比例很大:吹氧6-7min时占45%-80%;10-12 min时占40%-70%;15-17min时占30%-60%。可见,吹炼时金属和炉渣密切相混。
研究表明,金属液滴比金属熔池的脱碳、脱磷、脱锰更有效。金属液滴尺寸愈小,脱除量愈多。而金属液滴的含硫量比金属熔池的含硫量高,金属液滴尺寸愈小,含硫量愈大。生产实践表明,冶炼中期硬吹时,由于渣内富有大量CO气泡以及渣中氧化铁被金属液滴中的碳所还原,导致炉渣的液态部分消失而“返干”。
软吹时,由于渣中(FeO)含量增加,并且氧化位(即Fe3+/Fe2+)升高,持续时间过长就会产生大量起泡沫的乳化液,乳化的金属量非常大,生成大量气体,容易发生大喷或溢渣。因此,必须正确调整枪位和供氧量,使乳化液中是金属保
持某一百分比。
◆供氧压力:
保证射流出口速度达到超音速,并使喷头出口处氧压稍高于炉膛内炉气压力。对三孔喷头,供氧压力可由下式经验计算:
◆氧气流量:指在单位时间内向熔池供氧的数量,常用标准状态下体积量度,其单位为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、供氧时间等因素决定。即
◆供氧强度:指在单位时间内每吨钢的氧耗量,它的单位是m3/(t·min)。供氧强度的大小根据转炉的公称吨位、炉容比来确定。小型转炉的供氧强度为 2.5-4.5m3/(t·min),120t以上的转炉一般为2.8-3.6m3/(t·min)。
3)供氧操作
供氧操作是指调节氧压或枪位,达到调节氧气流量、喷头出口气流压力及射流与熔池的相互作用程度,以控制化学反应进程的操作。
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。国内多采用第三种操作法。
枪位及其控制:
所谓枪位,是指氧枪喷头端面距静止液面的距离,常用H表示,单位是m。目前,一炉钢吹炼中的氧枪操作有两种类型,一种是恒压变枪操作,一种是恒枪变压操作。比较而言,恒压变枪操作更为方便、准确、安全,因而国内钢厂普遍采用。
枪位的变化范围和规律:
关于枪位的确定,目前的做法是经验公式计算,实践中修正。一炉钢冶炼中枪位的变化范围可据经验公式确定:
H=(37~46)P×D出 式中:
P—供氧压力,MPa;
D—喷头的出口直径,mm;
H—枪位,mm。
具体操作中,枪位控制通常遵循“高-低-高-低”的原则:
(1)前期高枪位化渣但应防喷溅。吹炼前期,铁水中的硅迅速氧化,渣中的(SiO2)较高而熔池的温度尚低,为了加速头批渣料的熔化(尽早去P并减轻炉衬侵蚀),除加适量萤石或氧化铁皮助熔外应采用较高的枪位,保证渣中的(FeO)达到并维持在25~30%的水平;否则,石灰表面生成C2S 外壳,阻碍石灰溶解。当然,枪位亦不可过高,以防发生喷溅,合适的枪位是使液面到达炉口而又不溢出。
(2)中期低枪位脱碳但应防返干。吹炼中期,主要是脱碳,枪位应低些。但此时不仅吹入的氧几乎全部用于碳的氧化,而且渣中的(FeO)也被大量消耗,易出现“返干”现象而影响S、P的去除,故不应太低,使渣中的(FeO)保持在10~15%以上。
(3)后期提枪调渣控终点。吹炼后期,C-O反应已弱,产生喷溅的 可能性不大,此时的基本任务是调好炉渣的氧化性和流动性继续去除硫磷,并准确控制终点碳(较低),因此枪位应适当高些。
(4)终点前点吹破坏泡沫渣。接近终点时,降枪点吹一下,均匀钢液的成分和温度,同时降低炉渣的氧化铁含量并破坏泡沫渣,以提高金属和合金的收得率。
枪位的调节。生产条件千变万化,因此具体操作中还应根据实际情况对枪位进行适当的调节:
(1)铁水温度:若遇铁水温度偏低,应先压枪提温,而后再提枪化渣,以防渣中的(FeO)积聚引发大喷,即采用低-高-低枪位操作。
(2)铁水成分:铁水硅、磷高时,若采用双渣操作,可先低枪位脱硅、磷,倒掉酸性渣;若单渣操作,由于石灰加入量大,应较高枪位化渣。铁水含锰高时,有利于化渣,枪位则可适当低些。
(3)装入量变化:炉内超装时,熔池液面高,枪位应相应提高,否则,不仅化渣困难而且易烧坏氧枪。
(4)炉内留渣:采用双渣留渣法时,由于渣中(FeO)高,有利于石灰熔化,因此吹炼前期的枪位适当低些,以防渣中(FeO)过高引发泡沫喷溅。
(5)供氧压力:高氧压与低枪位的作用相同,故氧压高时,枪位应高些。
恒压变枪操作的几种模式,如图11所示
A 高—低—高的六段式操作:
开吹枪位较高,及早形成初期渣;二批料加入后适时降枪,吹炼中期炉渣返干时又提枪化渣;吹炼后期先提枪化渣后降枪;终点拉碳出钢。
B 高—低—高的五段式操作:
五段式操作的前期与六段式操作基本一致,熔渣返干时可加入适量助熔剂调整熔渣流动性,以缩短吹炼时间。
图11 恒压变枪操作的几种模式
C 高一低一高一低的四段式操作:
在铁水温度较高或渣料集中在吹炼前期加入时可采用这种枪位操作。开吹时采用高枪位化渣,使渣中含(FeO)量达25~30%,促进石灰熔化,尽快形成具有一定碱度的炉渣,增大前期脱磷和脱硫效率,同时也避免酸性渣对炉衬的侵蚀。在炉渣化好后降枪脱碳,为避免在碳氧化剧烈反应期出现返干现象,适时提高枪位,使渣中(FeO)保持在10~15%,以利磷、硫继续去除。在接近终点时再降枪加强熔池搅拌,继续脱碳和均匀熔池成分和温度,降低终渣(FeO)含量。
四、造渣制度
造渣是转炉炼钢的一项重要操作。所谓造渣,是指通过控制入炉渣料的种类和数量,使炉渣具有某些性质,以满足熔池内有关炼钢反应需要的工艺操作。造渣制度是确定合适的造渣方法、渣料的种类、渣料的加入数量和时间以及加速成渣的措施。由于转炉冶炼时间短,必须快速成渣,才能满足冶炼进程和强化冶炼的要求,同时造渣对避免喷溅、减少金属损失和提高炉衬寿命都有直接影响。
一、成渣过程及造渣途径
转炉冶炼各期,都要求炉渣具有一定的碱度,合适的氧化性和流动性,适度的泡沫化。
o 吹炼初期,要保持炉渣具有较高的氧化性,∑(FeO)稳定在25%-30%,以促进石灰熔化,迅速提高炉渣碱度,尽量提高前期去磷去硫率和避免酸性渣侵蚀炉衬;
o 吹炼中期,炉渣的氧化性不得过低(∑(FeO)保持在10%-16%),以避免炉渣返干;