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第四章 氧气顶吹转炉炼钢工艺
内容提要
一炉钢的吹炼过程 装入制度 供氧制度 造渣制度 温度制度 终点控制和出钢 脱氧合金化 吹损与喷溅 操作事故及处理 转炉炼钢仿真操作训练
§4—1 一炉钢的吹炼过程
一.钢与铁的区别及炼钢的任务 1.钢与铁的性能比较
钢和铁都是铁碳合金，同属于黑色金属，但它们的性质有明显不同。生铁硬而脆，焊接性差。钢具有很好的物理化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛；
用途不同对钢的性能要求也不同，从而对钢的生产也提出了不同的要求。
2.钢与铁性能差别的原因：
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碳和其它合金元素的含量不同。在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。 钢和生铁含碳量的界限通常是： 生铁： [C]=1.7～4.5％ 钢： [C]≤ 1.7％
生铁和钢的化学成分
材料
化学成分％ C
Si
Mn
P
S
炼钢生铁 3.5～4.0 0.6～1.6 0.2～0.8 0.0～0.4 0.03～0.07 碳素镇 静钢 沸腾钢
0.061.50 0.050.27
3.炼钢的基本任务： ⑴ 脱碳；
将铁水中的碳大部分去除，同时随着脱碳的进行，产生大量CO气泡，在CO排出过程中，搅拌熔池促进化渣，同时脱除[H]、[N]和夹杂。 ⑵ 去除杂质（去P、S和其它杂质）；
铁水中[P]、[S]含量高，而钢中[P]会造成“冷脆”，[S]造成“热 脆”。通常大多数钢种对P、S含量均有严格要求，炼钢必须脱除P、S等有害杂质。
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～0.1
0.37
～0.25
0.80 0.250.70
～≤0.045 ≤0.05
～≤0.07 ～≤0.045 ≤0.05
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⑶ 去除气体及夹杂物；
在炼钢过程中通过熔池沸腾（碳氧反应、底吹惰性气体搅拌）脱除H]、[N]和非金属夹杂物。 ⑷ 脱氧合金化；
在炼钢过程中因为脱碳反应的需要，要向钢液中供氧，就不可避免地使后期钢中含有较高的氧，氧无论是以液体形态还是以氧化物形态存在于钢中都会降低钢的质量，所以必须在冶炼后期或出钢过程中将多余的氧去除掉。 在冶炼过程中，铁水中的Si、 Mn大部分氧化掉了，为了保证成品钢中的规定成分，要向钢水中加入各种合金元素，这个过程与脱氧同时进行，称为合金化。
⑸升温（保证合适的出钢温度）。
铁水温度一般在1250～1300℃，而钢水的出钢温度一般在1650℃以上，
才能顺利浇注成铸坯，因此炼钢过程也是一个升温过程。 3.完成炼钢各项任务的基本方法 ⑴氧化
为了将铁水等炉料中的硅、锰、碳等元素氧化掉，可以采用“吹氧”方法，即直接喷吹氧气、或加入其它氧化剂，如铁矿石、铁皮等。 ⑵造渣
为了去除炉料中的P、S等杂质，在炼钢过程中加入渣料（石灰、白云石、
熔剂等），形成碱度合适，流动性良好，足够数量的炉渣，一方面完成脱除P、S的任务，同时减轻对炉衬对侵蚀。 ⑶升温
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转炉主要是依靠碳、硅、锰等元素氧化放出等热量，以及铁水的物理热实现升温。
⑷加入脱氧剂和合金料
通过向炉内或钢包内加入各种脱氧剂和合金料的方法，完成脱氧及合金化的
任务。
二．金属成分和炉渣成分的变化规律
1．Si在吹炼前期（一般在3～4分钟内）即被基本氧化。
在吹炼初期，铁水中的[Si]和氧的亲和力大，而且[Si]氧化反应为放热反应，低温下有利于此反应的进行，因此，[Si]在吹炼初期就大量氧化。 [Si]+O2=(SiO2) (氧气直接氧化) [Si]+2[O]= (SiO2) (熔池内反应) [Si]+(FeO)=(SiO2)+2[Fe] (界面反应) 2(FeO)+(SiO2)=(2FeO〃SiO2)
随着吹炼的进行石灰逐渐溶解，2FeO〃SiO2转变为2CaO〃SiO2，即SiO2与CaO牢固的结合为稳定的化合物，SiO2活度很低，在碱性渣中FeO的活度较高，这样不仅使[Si]被氧化到很低程度，而且在碳剧烈氧化时，也不会被还原，即使温度超过1530℃，[C]与[O]的亲和力也超过[Si]与[O]的亲和力，终因（CaO）与（SiO2）结合为稳定的2CaO.SiO2，[C]也不能还原（SiO2）。 硅的氧化对熔池温度，熔渣碱度和其他元素的氧化产生影响： [Si]氧化可使熔池温度升高；
[Si]氧化后生成（SiO2），降低熔渣碱度，熔渣碱度影响脱磷，脱硫； 熔池中[C]的氧化反应只有到[%Si]<0.15时，才能激烈进行。
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影响硅氧化规律的主要因素：[Si]与[O]的亲和力，熔池温度，熔渣碱度和FeO活度。
2．Mn在吹炼前期被氧化到很低，随着吹炼进行而逐步回升（回锰现象）。在
复吹转炉中，Mn的回升趋势比顶吹转炉要快些。（原因：复吹∑（FeO）低）
在吹炼初期，[Mn]也迅速氧化，但不如[Si]氧化的快。其反应式可表示为：
[Mn]+[O]=(MnO) （熔池内反应） [Mn]+{O2}=(MnO) （氧气直接氧化反应） [Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe] (界面反应)
(SiO2)+(MnO)=MnO〃SiO2
锰的氧化产物是碱性氧化物，在吹炼前期形成(MnO.SiO2)。但随着吹炼的进行和渣中CaO含量的增加，会发生
（MnO〃SiO2)+2（CaO）=（2CaO〃SiO2）+（MnO）
（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）+[Mn]
吹炼终了时，钢中的锰含量也称余锰或残锰。残锰高，可以降低钢中硫的危害，但冶炼工业纯铁，则要求残锰越低越好。 影响残锰的因素：
炉温高有利于（MnO）的还原，残锰量高； ◆碱度升高，可提高自由(MnO)浓度，残锰量增加； ◆降低熔渣中（FeO）含量，可提高残锰含量;
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