氧气顶吹转炉炼钢终点碳控制的方法
转炉炼钢5大制度
【本章学习要点】本章学习转炉炼钢的装入制度、供氧制度、造渣制度、温度制度及其操作，终点控制及出钢，脱氧及合金化，转炉吹损与喷溅，顶底复合吹炼，转炉操作事故及处理。
第一节转炉冶炼过程概述氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是降碳、升温、脱磷、脱硫以及脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺操作则是控制装料、供氧、造渣、温度及加入合金材料等，以获得所要求的钢液，并浇成合格钢锭或铸坯。
从装料起到出完钢、倒完渣为止，转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧出钢、溅渣护炉、倒渣等几个阶段。
一炉钢的吹氧时间通常为l2～18min ，冶炼周期(相邻两炉之间的间隔时间，即从装料开始到装料开始或者从出钢毕到出钢毕)通常为30～40min。
表10—1为氧气顶吹转炉生产一炉钢的操作过程，图10—1为转炉吹炼一炉钢过程中金属和炉渣成分的变化。
吹炼的前l／3—1／4时间，硅、锰迅速氧化到很低的含量。
在碱性操作时，硅氧化较彻底，锰在吹炼后期有回升现象；当硅、锰氧化的同时，碳也被氧化。
当硅、锰氧化基本结束后，随着熔池温度升高，碳的氧化速度迅速提高。
碳含量<0.15％以后，脱碳速度又趋下降。
在开吹后不久，随着硅的降低，磷被大量氧化，但在吹炼中后期磷下降速度趋缓慢，甚至有回升现象。
硫在开吹后下降不明显，吹炼后期去除速度加快。
熔渣成分与钢中元素氧化、成渣情况有关。
渣中CaO含量、碱度随冶炼时间延长逐渐提高，中期提高速度稍慢些；渣中氧化铁含量前后期较高，中期随脱碳速度提高而降低；渣中Si02，Mn0，P205含量取决于钢中Si，Mn，P氧化的数量和熔渣中其他组分含量的变化。
在吹炼过程中金属熔池升温大致分三阶段：第一阶段升温速度很快，第二阶段升温速度趋缓慢，第三阶段升温速度又加快。
熔池中熔渣温度比金属温度约高20-1000C。
根据熔体成分和温度的变化，吹炼可分为三期：硅锰氧化期(吹炼前期)、碳氧化期(吹炼中期)、碳氧化末期(吹炼末期)。
钢铁行业氮氧化物控制技术及对策
钢铁行业氮氧化物控制技术及对策所属行业: 大气治理关键词：钢铁行业烧结烟气脱硝技术根据2007年第一次全国污染源普查数据，钢铁行业氮氧化物排放量已达81.74万t，约占全国总排放量的4.55%，是继火力发电、机动车、水泥工业后第四大氮氧化物排放源。
针对中国重要氮氧化物来源———钢铁工业的氮氧化物生成机制，排放节点及特征，国内外控制技术现状开展综述研究。
研究表明，钢铁工业中的氮氧化物的产生以高温型为主。
烧结、焦化、炼铁、炼钢、轧钢等过程为主要的氮氧化物排放源。
收集并整理了国外在钢铁各工序上的主要氮氧化物控制技术及其在国内的应用状况。
在回顾中国钢铁大气污染物控制历程的基础上，提出了中国钢铁行业氮氧化物控制的对策建议。
氮氧化物具有多重的环境效应。
我国的氮氧化物排放近年来增长迅猛，导致区域O3和PM2.5污染的加重，大范围的灰霾现象时有发生。
我国酸雨正在由硫酸型酸雨向硫酸/硝酸复合型过渡，氮氧化物排放增加引起的氮沉降成为我国水体富营养化的重要原因之一。
氮氧化物中的NO2更对人体健康也有着直接的危害。
根据研究者的评估，我国氮氧化物排放量已由1980年的486万t增至2000年的1177万t。
而据最新统计的结果，我国2011年氮氧化物排放量已达2273.6万t，呈加速上升态势。
为了进一步扼制氮氧化物不断增长的趋势，我国《国民经济和社会发展十二五规划纲要》已明确在“十二五”期间将氮氧化物排放量减少10%作为主要目标之一。
本研究针对我国重要氮氧化物来源———钢铁工业的氮氧化物生成机制，排放节点及特征，国内外控制技术现状开展研究分析，并提出了我国钢铁行业氮氧化物控制的对策建议。
1 我国钢铁工业的发展及氮氧化物排放现状我国钢铁工业经历了不平凡的发展历程，改革开放以来取得了举世瞩目的成就。
建国初期，粗钢产量只有15.8万t，而到2011年粗钢产量已达6.955亿t，是建国初期的4400倍，占世界总产量的45.5%。
然而钢铁工业快速发展所引起的环境污染问题也不容忽视。
转炉炼钢的基本任务及原理
脱碳反应的作用
脱碳反应除了调整钢液碳含量的作用 外，其反应产物CO气体的上浮排除 使得脱碳反应给炼钢带来独特的作用。
➢ 促进熔池成分﹑温度均匀； ➢ 提高化学反应速度； ➢ 降低钢液中的气体含量和夹杂物数量： ➢ 造成喷溅和溢出：
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2.2.1 脱碳反应
转炉中的脱碳反应以间接氧化为主：(FeO)+[C]={CO}+Fe。这是一 个吸热反应，因此，熔池温度升高至1500℃左右后脱碳反应方能激烈 进行。
如：
2［O］+[Si]=(SiO2)
或 2(FeO)+［Si］=2Fe+(SiO2)
在渣-金界面上往往产生元素的间接氧化反
应。
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2.1.4炼钢熔池中元素的氧化次序
溶解在铁液中的元素的氧化次序可以通过 与1molO2的氧化反应的标准吉布斯自由能 变化来判断。
在标准状态下，反应的ΔGo负值越多，该 元素被氧化的趋势就越大，则该元素就优 先被大量氧化。
氧化性——炉渣向金属熔池传氧的能力，一般以 渣中氧化铁（ ％∑ FeO）含量来表示。
把Fe2O3折合成FeO有两种计算方法：全氧法和全 铁法。全铁法较合理。
炉渣的氧化能力是个综合的概念，其传氧能力还 受炉渣粘度、熔池搅拌强度、供氧速度等因素的 影响。
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1.3.4炉渣成分的变化规律
冶炼过程中，转炉中熔渣成分的变化规律大致如下：
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1.2.2转炉里的氧气射流
3、射流的温度渐高 射流进入炉膛后被1450℃的炉气逐渐加
热，加之混入射流的炉气（CO）及金属滴被 氧化放热，使射流的温度逐渐升高。模拟实 验表明，距喷头孔径15～20倍处射流的温度 在1300～1600℃之间；距喷头孔径35～40倍 处射流的温度高达2150～2300℃，有人称转 炉里的氧气射流就象一个高温火炬。
碳钢和不锈钢冶炼基本知识
3.3.4第四阶段熔清（炉料熔毕）：主要是熔化低温区的炉料。吹氧助熔 可缩短熔化时间20—30分。熔化时部分元素要蒸发和氧化。熔化期造碱性渣 （一般炉底加入石灰）碱度在2.5—3.0，（FeO）在15—20%可达到较好的脱 磷效果。
三、不锈钢的品种及其应用
3.1品种分类： 200系：Cr—Ni型系： Cr—Ni型不锈钢，典型代表18—8型（304、321）。 400系：含铬不锈钢，Cr13型、Cr17型、409型等。 3.2应用：
碳钢和不锈钢冶炼基本知识
钢铁厂生产工艺流程图
碳钢部分 一、碳钢冶炼的基本方法 1、转炉炼钢：底吹转炉、顶吹转炉、顶底复合吹炼 2、电弧炉炼钢 3、炉外精炼
二、转炉炼钢
1、冶炼用原材料： 炼钢用原材料分为金属料和非金属料两种。
1.1 金属料：包括铁水、废钢、合金 1.2 非金属料：造渣材料、氧化剂 、冷却剂 、还原剂和 增碳剂
3.2装料 除对装料的外观尺寸有一定的要求外，对装料的要求总结如下：下部致密、上 部疏松、中间高四周低、穿井快、不搭桥、炉门口无大料。
3.3熔化 人为地划分为四个阶段： 3.3.1第一阶段起弧：开始通电时电极下降触及炉料，发生短路，在强大的短路 电流的作用下，电极与炉料间的空气被电离，形成电弧。
3.3.2第二阶段“穿井”：随着电极下面炉料的熔化，电极不断向下移动 ，逐渐在炉料中间三根电极下面形成3个洞，既所谓穿井。约经15—25分后 电极达到最低位置。
2.1.5脱氧、合金：
吹炼终点时钢中残留一定量的溶解氧，不脱除就不能顺利浇铸，而且 会使钢老化，使钢的脆性和电阻系数增大，影响钢的磁性，因此要脱氧。
氧气顶底复吹转炉炼钢
复吹底部吹惰性气体后钢水中 O - O 关系
吹入惰性气体 后,钢水中 C - O 的关系线下移,原 因是吹入熔池中 的N或Ar气泡降低 CO的分压,为脱碳 反应提供场所， 因此,在相同含碳 量时,复吹含氧量 低于顶吹，
3 钢水中的碳
复吹转炉钢水的脱碳速度高而且比
较均匀,原因是从顶部吹入大部分氧，从 底部吹入少量氧,供氧比较均匀,脱碳反应 也就比较均匀,使渣中∑ω FeO 含量始终 不高，在熔池底部生成的FeO与 C 有更 多的机会反应,FeO不易聚集,从而很少产 生喷溅，
复吹.顶吹.底吹转炉吹炼终点ω C 和ω O
9.3 侧吹氧气转炉炼钢法
1952年,唐山钢厂用碱性侧吹空气转 炉吹炼中磷铁水 ω P %=0.2～O.6 获得 成功，它是通过摇炉,调节熔池面与风眼 的相对位置和吹炼深度,控制造渣,进行钢 水脱碳和脱磷，1958年普遍推广，但空 气侧吹风眼侵蚀严重,吹损大,热量不充裕 等缺点，
1973年,沈阳第一炼钢厂和东北工学 院提出了转炉侧吹全氧炼钢法,并在3吨 侧吹转炉上进行试验获得成功，
9.4.2 顶底复吹转炉内的反应
1 成渣速度 复吹转炉与顶吹、底吹两种转炉相
比,熔池搅拌范围大,而且强烈,从底部喷 入石灰粉造渣,成渣速度快，通过调节氧 枪枪位化渣,加上底部气体的搅动,形成高 碱度、流动性良好和一定氧化性的炉渣, 需要的时间比顶吹转炉或底吹转炉的都
短，
2 复吹转炉渣中∑ FeO 含量变化
②改善了渣-金属间的平衡条件,减少了钢和渣的过 氧化现象, ③提高了钢液中的残锰含量, ④降低了钢液中的磷含量,减少了喷溅， ⑤金属中的碳氧更接近于平衡,对降低钢中的溶解 氧有明显效果，这对冶炼低碳钢十分有利，
转炉炼钢氧化还原终点控制方法
题目：转炉炼钢氧化还原终点控制方法一、引言转炉炼钢是一种重要的钢铁冶炼工艺，其氧化还原终点控制是影响钢水质量的关键因素之一。
本文将介绍转炉炼钢的氧化还原终点控制方法，包括主要的控制参数和常见的控制手段。
二、转炉炼钢氧化还原终点控制参数1. 氧气流量：氧气是转炉炼钢中的主要氧化剂，在氧气吹炼过程中，通过控制氧气流量可以调节炉内氧化还原反应的进程，从而控制钢水的氧化还原程度。
2. 废钢加入量：废钢是转炉炼钢中的一种重要原料，其氧化还原性能直接影响到炉内氧化还原反应的平衡状态。
3. 利用率控制：利用率是炼钢过程中的重要参数，通过控制利用率可以调节转炉炼钢的氧化还原终点。
三、转炉炼钢氧化还原终点控制方法1. 控制氧气流量：通过调节氧气流量的大小，可以实现炉内氧气含量的控制，进而控制炼钢过程的氧化还原程度。
一般来说，增加氧气流量可以提高炉内氧化反应的速度，减少氧气流量可以减缓炉内氧化反应的速度。
通过对氧气流量的调节，可以控制转炉炼钢的氧化还原终点，达到预期的钢水质量。
2. 控制废钢加入量：废钢是转炉炼钢的一种重要原料，其氧化还原性能直接影响到炉内氧化还原反应的平衡状态。
通过控制废钢的加入量，可以影响炉内氧化还原反应的平衡状态，进而控制转炉炼钢的氧化还原终点。
3. 控制利用率：利用率是炼钢过程中的重要参数，通过控制利用率可以调节转炉炼钢的氧化还原终点。
利用率是指在炼钢过程中废气、废热、废渣等的综合利用程度，通过控制利用率，可以实现炼钢过程中的能量平衡和物质平衡，进而影响炉内氧化还原反应的平衡状态。
四、结论通过对转炉炼钢氧化还原终点控制方法的介绍，我们可以看到，氧化还原终点控制是影响转炉炼钢钢水质量的重要因素。
我们可以通过控制氧气流量、废钢加入量和利用率来实现对转炉炼钢氧化还原终点的控制，进而实现炼钢过程中的氧化还原平衡。
这些控制方法对提高转炉炼钢的生产效率和钢水质量具有重要的意义。
五、氧化还原终点控制方法的改进传统的转炉炼钢氧化还原终点控制方法虽然能够实现对钢水质量的控制，但仍然存在一些问题，比如控制精度不高、操作复杂等。
炼钢过程中气体和夹杂物的冶金控制
1.降低钢的塑性 一般来说，钢的塑性随其含氢量的增加而降 低，但降低的程度一方面取决于钢的成分和 结构，另一方面则与加荷速度、试验温度等试 验条件有关。 2，使钢产生氢脆 氢脆属于应变时效型脆性，亦称滞后破坏， 表现为数情况下 沿晶界断裂。
一般来讲，（H）（N）在钢中的溶解度随 温度下降而变小，在转变温度和熔点处跳跃式 地变化。图4-1是一个大气压下，两种气体在 钢中的溶解度随温度变化的曲线。
二、钢中氢的行为及去除 (一)钢中氢的来源 钢中的氢主要来源于炼钢原料、耐火材料和 炉气中的水分。当高温钢液与含有大量水蒸气 的炉气相接触时，水蒸气在高温作用下分解并 被钢液吸收，使钢液中氢、氧含量同时增加， 其分解反应如下式所示 H2O(g)=2〔H〕+〔O〕 根据上式，可得出 ω(H)=√KH2PH2O/ωO
(二)氢对钢质量的影响 氢的原子半径小(0.053nm)，进入钢中后， 相当容易移动。由于氢在铁中移动的激活能 只为碳在铁中移动激活能的1/10，以致钢中的 氢容易在应力(主要指外加应力、残余应力、原 子之间相互作用力等)作用下，向钢中一些危险 区域扩散，以不同形式危害钢的性能。 钢中氢的危害主要表现在以下几个方面:
Triano在1955年提出的应变时效型氢脆的 解释，目前已为较多的人所接受，其概念如 下:含氢试样受载后，在其缺口尖端处产生应力 集中。氢原子在应力作用下向这里扩散聚集， 使缺口尖端处的位错周围形成柯氏气团，对位 错产生钉扎作用，导致位错难以运动，表现为 缺口尖端处被局部硬化。在外加应力作用下， 如果试样缺口尖端处的基体不能通过位错运动 产生局部塑性变形而使应力集中松弛的话，此 处就会萌生裂纹并由此扩展长大。
尔后，当裂纹尖端扩展到贫氢区后，由于贫 氢区的位错在应力作用下易于运动，所以裂纹 尖端的基体可以通过塑性变形使应力集中有所 松弛，此时裂纹停止长大。一旦氢原子在应力 作用下又扩散聚集到裂纹尖端时，此处位错又 被钉扎，应力集中加剧，以致裂纹又开始扩展 长大……如此循环下去，裂纹不断扩展，到一 定程度后试样突然脆断。
炼钢过程钢中氧的控制
炼钢过程钢中氧的控制（三种脱氧方式）1 钢中的氧——钢洁净度的量度炼铁是一个还原过程。
高炉内加入还原剂（C、CO）把铁矿石中的氧（Fe3O4、Fe2O3）脱除，使其成为含有C、Si、Mn、P、S的生铁。
炼钢是一个氧化过程。
把纯氧吹入铁水熔池，使C、Si、Mn、P氧化变成不同碳含量的钢液。
当吹炼到终点时，钢水中溶解了过多的氧，称为溶解氧[O]D或a[O]。
出钢时，在钢包内必须进行脱氧合金化，把[O]D转变成氧化物夹杂，它可用[O]I表示，所以钢中氧可用总氧T[O]表示：T[O]=[O]D+[O]I出钢时，钢水中[O]I→0，T[O]→[O]D；脱氧后：根据脱氧程度的不同[O]D→0，T[O]=[O]I。
因此，可以用钢中总氧T[O]来表示钢的洁净度，也就是钢中夹杂物水平。
钢中T[O]越低，则钢就越“干净”。
为使钢中T[O]较低，必须控制：（1）降低[O]D：控制转炉终点a[O]，它主要决定于冶炼过程；转炉采用复吹技术和冶炼终点动态控制技术可使转炉终点氧[O]D控制在（400～600）×10-6范围。
（2）降低夹杂物的[O]I：控制脱氧、夹杂物形成及夹杂物上浮去除——夹杂物工程概念（Inclusion Engineering）。
随着炉外精炼技术的发展，钢中的总氧含量不断减低，夹杂物越来越少，钢水越来越“干净”，甚至追求“零夹杂物”，钢材性能不断改善。
1970～2000年钢中T[O]演变，由于引入炉外精炼，对于硅镇静钢，T[O]可达（15～20）×10-6，对于铝镇静钢，T[O]可达到<10×10-6。
（3）连铸过程：一是防止经炉外精炼的“干净”的钢水不再污染，二是要进一步净化钢液，使连铸坯中的T[O]达到更低的水平。
钢中T[O]量与产品质量关系举例如下：（1）轴承钢T[O]由30×10-6降到5×10-6，疲劳寿命提高100倍。
（2）钢中T[O]与冷轧板表面质量存在明显的对应关系。
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氧气顶吹转炉炼钢终点碳控制的方法
终点碳控制的方法有三种，即一次拉碳法、增碳法和高拉补吹法。
一次拉碳法
按出钢要求的终点碳和终点温度进行吹炼，当达到要求时提枪。
这种方法要求终点碳和温度同时到达目标，否则需补吹或增碳。
一次拉碳法要求操作技术水平高，其优点颇多，归纳如下：
(1) 终点渣TFe含量低，钢水收得率高，对炉衬侵蚀量小。
(2) 钢水中有害气体少，不加增碳剂，钢水洁净。
(3) 余锰高，合金消耗少。
(4) 氧耗量小，节约增碳剂。
增碳法
是指吹炼平均含碳量≥0.08%的钢种，均吹炼到ω[C]＝0.05％～0.06％提枪，按钢种规范要求加入增碳剂。
增碳法所用碳粉要求纯度高，硫和灰分要很低，否则会玷污钢水。
采用这种方法的优点如下：
(1）终点容易命中，比“拉碳法”省去中途倒渣、取样、校正成分及温度的补吹时间，因而生产率较高；
(2）吹炼结束时炉渣Σ（FeO）含量高，化渣好，去磷率高，吹炼过程的造渣操作可以简化，有利于减少喷溅、提高供氧强度和稳定吹炼工艺；
(3）热量收入较多，可以增加废钢用量。
采用“增碳法”时应严格保证增碳剂质量，推荐采用C＞95％、粒度≤10毫米的沥青焦。
增碳量超过0.05％时，应经过吹Ar等处理。
高拉补吹法
当冶炼中、高碳钢钢种时，终点按钢种规格稍高一些进行拉碳，待测温、取样后按分析结果与规格的差值决定补吹时间。
由于在中、高碳(ω[c]>0.40％)钢种的碳含量范围内，脱碳速度较快，火焰没有明显变化，从火花上也不易判断，终点人工一次拉碳很难准确判断，所以采用高拉补吹的办法。
用高拉补吹法冶炼中、高碳钢时，根据火焰和火花的特征，参考供氧时间及氧耗量，按所炼钢种碳规格要求稍高一些来拉碳，使用结晶定碳和钢样化学分析，再按这一碳含量范围内的脱碳速度补吹一段时间，以达到要求。
高拉补吹方法只适用于中、高碳钢的吹炼。
根据某厂30 t 转炉吹炼的经验数据，补吹时的脱碳速度一般为0.005％/s。
当生产条件变化时，其数据也有变化。