转炉冶炼过程概述
炼钢工艺流程简介

这是火焰切割的场景。
★铸坯的输送
经切割的铸坯利用辊道输送至冷床。这是铸坯 在运输辊道上的场景。
★铸坯的收集(冷床,推钢)
连铸坯通过步进式翻转冷床冷却,然后由推钢 机收集。这就是步进式冷床场景。
★铸坯堆垛
用夹钳将铸坯从冷床上吊至指定的堆放 场地码放成垛,等待外运。
这就是成品铸坯垛场景。
★铸坯外运
★测温取样
每炉钢出钢前必须符合工艺规定的温 度和化学成分的要求,因此冶炼到一定阶 段需要倒炉进行测温取样。温度在现场大 屏幕和主控室计算机上均有显示,试样则 需送到炉前化验室经直读光谱仪分析再报 出结果。
这就是炉前工正在测温取样的场景。
★转炉出钢
出钢过程中要实现的目标是脱氧、脱碳、 脱硫、合金化,为此要向钢包中加入铁合 金、脱氧剂、脱硫剂、覆盖剂等。为了实 现无渣或少渣出钢还得投抛挡渣球。
★向混铁炉兑入铁水
混铁炉是一种贮存铁水的容器,通过 多包铁水混兑可以均匀铁水温度和成分, 为转炉冶炼创造更好的原料条件。此外由 于混铁炉容量较大,它还是调节高炉和转 炉生产节奏的缓冲器。
这就是向混铁炉兑入铁水的场景。
★混铁炉出铁
根据转炉生ห้องสมุดไป่ตู้的需要,混铁炉随时可提供一定量的铁 水。这是混铁炉出铁的场景。出铁量通过铁水车上的电子 秤称量并在大屏幕上显示。
电弧炉炼钢是除转炉炼钢以外最主要的炼钢 方法,与转炉炼钢相比主要区别在于使用的原料 不一样:转炉主原料是铁水,有足够的热源,故 只要吹氧就可以了;而电炉则不同,其主要原料 是废钢,必须输入足够的能量才能将其熔化,而 电弧加热是很成熟的工业化大生产加热方法,故 电弧炉就自然成为以废钢为主原料的炼钢工艺所 选择的炉型了。除此而外现代化超高功率电炉炼 钢与转炉炼钢有许多相似之处,如吹氧氧化、挡 渣出钢、炉外精炼、连铸等二者无大差别。另外, 很多有电炉的厂也建高炉,采取向电炉加入一定 量铁水(一般为30%左右)代替废钢,这就是电 炉工艺与转炉更拉近一步。
转炉炼铜生产

转炉炼铜生产1. 引言转炉炼铜是一种重要的冶炼工艺,用于将铜矿石转化为高纯度的铜金属。
在转炉炼铜生产过程中,铜矿石首先经过破碎、磨矿和浮选等预处理工序,然后进入转炉冶炼装置进行冶炼。
本文将详细介绍转炉炼铜的生产过程、工艺参数以及相关设备。
2. 转炉炼铜工艺流程转炉炼铜的工艺流程主要包括矿石破碎、磨矿、浮选、转炉冶炼等步骤。
以下是典型的转炉炼铜工艺流程:2.1 矿石破碎铜矿石经过采矿后,首先需要进行破碎工序。
破碎的目的是将较大的矿石块破碎成较小的颗粒,以便于后续的磨矿和浮选工艺。
常用的破碎设备包括颚式破碎机、冲击式破碎机等。
2.2 磨矿磨矿是将破碎后的铜矿石进一步细化,以提高其表面积,方便浸出和浮选。
常用的磨矿设备包括球磨机、研磨机等,通过不断地碾磨铜矿石,使其达到所需的细度要求。
浮选是将磨矿后的铜矿石浸出铜矿石中的铜和其他有价值的金属。
在浮选过程中,通过加入药剂和气泡,使铜矿石中的铜矿和副矿分离出来,并且获得所需的铜精矿。
浮选过程需要考虑浮选剂的选择、药剂浓度、气泡的生成等参数。
2.4 转炉冶炼在转炉炼铜的冶炼阶段,将铜精矿放入转炉中,通过高温加热使其熔化。
在冶炼过程中,铜精矿中的铜被还原为纯铜,并通过炉底的出口排出。
转炉冶炼的参数包括冶炼温度、矿石的加入量、冶炼时间等。
3. 转炉炼铜设备转炉炼铜生产中需要使用一系列的设备,包括破碎机、磨矿机、浮选机、转炉等。
以下是常用的转炉炼铜设备:3.1 破碎机破碎机主要用于将铜矿石破碎成适合后续工艺处理的颗粒。
常用的破碎机有颚式破碎机、冲击式破碎机等。
3.2 磨矿机磨矿机用于将破碎后的铜矿石细化,以提高其表面积,便于浸出和浮选。
常用的磨矿机有球磨机、研磨机等。
浮选机用于将磨矿后的铜矿石进行浮选分离,获得铜精矿。
常用的浮选机有机械式浮选机、气浮选机等。
3.4 转炉转炉是将铜精矿进行冶炼的关键设备。
转炉冶炼的过程通过加热和还原使铜精矿中的铜被还原成纯铜,并通过炉底的出口排出。
转炉工艺操作规程

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转炉工艺操作规程(大纲)一、转炉概述1.1转炉的定义与分类1.2转炉的构造及工作原理二、转炉工艺流程2.1原料准备2.2炉料投入2.3熔炼过程2.4炼钢操作2.5出钢与浇铸三、转炉操作要点3.1装炉操作3.2熔炼过程控制3.3炼钢操作技巧3.4出钢操作3.5常见问题及处理方法四、转炉设备维护与保养4.1设备检查与维修4.2易损件更换4.3设备润滑4.4电气设备维护五、转炉安全生产5.1安全操作规程5.2消防安全5.3环保与职业病防治5.4应急处理六、转炉工艺优化与新技术应用6.1工艺优化方向6.2新技术应用6.3节能减排措施七、转炉操作人员培训与管理7.1操作人员培训7.2操作技能考核7.3操作人员管理八、转炉工艺发展趋势与展望8.1行业发展现状8.2技术发展趋势8.3市场前景分析一、转炉概述1.1 转炉的定义与分类转炉是一种用于钢铁冶炼的重要设备,主要用于铁合金、不锈钢、普通钢等金属的冶炼和精炼。
转炉以其独特的炉体结构和冶炼方式,在全球钢铁工业中占据着举足轻重的地位。
按照转炉的炉役材料和工作温度,可以将转炉分为碳钢转炉、不锈钢转炉、真空转炉、铝转炉等。
1.2 转炉的构造及工作原理转炉主要由炉体、炉盖、炉裙、炉底、炉衬、炉帽、传动系统、操作系统等部分组成。
转炉工艺流程

转炉工艺流程转炉工艺是一种重要的冶炼工艺,广泛应用于钢铁生产中。
通过转炉工艺,可以将废钢、废铁等回收材料和生铁一起冶炼,生产出高质量的钢铁产品。
本文将详细介绍转炉工艺的流程及其各个环节的工作原理。
1. 原料准备在转炉工艺中,主要原料包括废钢、废铁、生铁等。
在进行冶炼之前,需要对这些原料进行准备工作。
首先是对废钢、废铁进行分类和清洁,去除杂质和污染物。
然后对生铁进行配比,确定合适的比例。
2. 转炉炉前准备在进行转炉冶炼之前,需要对转炉进行炉前准备工作。
首先是清理炉膛,确保炉膛内部干净。
然后是检查炉体和炉底的状况,确保设备完好。
接着是加入燃料和预热炉体,使炉体达到适宜的工作温度。
3. 转炉冶炼转炉冶炼是整个工艺的核心环节。
在冶炼过程中,首先将原料加入转炉中,然后通过吹氧工艺进行氧化还原反应,使原料中的杂质和有害元素得以去除,同时控制合金元素的含量。
在冶炼过程中,需要控制冶炼温度、氧气流量等参数,确保冶炼过程的稳定性和高效性。
4. 炉渣处理在转炉冶炼过程中,会产生大量炉渣。
炉渣中含有大量的有价金属和合金元素,需要进行有效的处理和回收。
通常采用炉渣精炼工艺,通过冷却、浇铸和破碎等步骤,将炉渣中的有价金属和合金元素分离出来,实现资源的综合利用。
5. 钢水处理在转炉冶炼过程中,产生的钢水需要进行进一步的处理。
主要包括脱氧、脱硫、合金调整等工艺。
通过加入适量的脱氧剂和脱硫剂,可以有效地降低钢水中的氧含量和硫含量,提高钢水的质量。
同时,根据产品要求,可以加入适量的合金元素,调整钢水的成分和性能。
6. 连铸经过上述工艺处理后的钢水,可以进行连铸工艺,将其铸造成板坯、方坯、圆坯等不同形状的铸坯。
连铸工艺是钢铁生产中的关键环节,直接影响产品的成形质量和生产效率。
7. 精炼对连铸坯进行精炼处理,通过真空处理、气体吹扫等工艺,进一步提高钢水的纯净度和均匀度,确保最终产品的质量。
8. 成品质检最后,对精炼后的钢材进行成品质检,包括化学成分分析、力学性能测试、表面质量检测等。
炼钢工艺流程

炼钢工艺流程【导读】:转炉炼钢是把氧气鼓入熔融的生铁里,使杂质硅、锰等氧化。
在氧化的过程中放出大量的热量(含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度),可使炉内达到足够高的温度。
因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。
炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧,去除有害气体和非金属夹杂物,提高温度和调整成分。
归纳为:“四脱”(碳、氧、磷和硫),“二去”(去气和去夹杂),“二调整”(成分和温度)。
采用的主要技术手段为:供氧,造渣,升温,加脱氧剂和合金化操作。
本专题将详细介绍转炉炼钢生产的工艺流程,主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。
由于时间的仓促和编辑水平有限,专题中难免出现遗漏或错误的地方,欢迎大家补充指正。
转炉冶炼目的:将生铁里的碳及其它杂质(如:硅、锰)等氧化,产出比铁的物理、化学性能与力学性能更好的钢。
【相关信息】钢与生铁的区别:首先是碳的含量,理论上一般把碳含量小于2.11%称之钢,它的熔点在1450-1500℃,而生铁的熔点在1100-1200℃。
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。
转炉冶炼原理简介:转炉炼钢是在转炉里进行。
转炉的外形就像个梨,内壁有耐火砖,炉侧有许多小孔(风口),压缩空气从这些小孔里吹炉内,又叫做侧吹转炉。
开始时,转炉处于水平,向内注入1300摄氏度的液态生铁,并加入一定量的生石灰,然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。
这时液态生铁表面剧烈的反应,使铁、硅、锰氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成炉渣,利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用,使反应遍及整个炉内。
几分钟后,当钢液中只剩下少量的硅与锰时,碳开始氧化,生成一氧化碳(放热)使钢液剧烈沸腾。
炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。
最后,磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。
转炉冶炼工艺流程

转炉冶炼工艺流程
1. 按照配料要求,将废钢等原料装入炉内,然后倒入铁水,并加入适量的造渣材料,如生石灰等。
2. 将氧气喷枪从炉顶插入炉内,吹入纯度大于99%的高压氧气流,使其与高温的铁水发生氧化反应,以除去杂质。
3. 在冶炼过程中,根据炉况变化,加入剩余造渣材料,如石灰、白云石、铁皮球、矿石、萤石等,以调节炉况,控制熔池温度和成分。
4. 在脱碳速度降低、熔池温度上升、炉口烟气变得稀疏透明时,确定冶炼终点,通过经验法或副枪系统判断碳、硫、磷、温度等是否满足要求。
5. 当冶炼终点满足要求时,停止吹炼,提升喷枪,准备出钢。
出钢时使炉体倾斜,钢水从出钢口注入钢水包里,同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。
6. 钢水合格后,可以浇成钢的铸件或钢锭,钢锭可以再轧制成各种钢材。
在转炉冶炼过程中,还会产生大量棕色烟气,主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等,需要进行净化回收,以防止污染环境。
此外,炼钢时生成的炉渣也可以综合利用,如用来做钢渣水泥,含磷量较高的炉渣可加工成磷肥等。
转炉冶炼过程概述

转炉冶炼过程概述【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)。
转炉炼钢工艺流程

转炉炼钢工艺流程转炉炼钢是一种常用的钢铁冶炼工艺,通过高温炼炉将生铁和废钢进行冶炼,以生产高品质的钢材。
下面将详细介绍转炉炼钢的工艺流程。
1. 原料准备转炉炼钢的原料主要包括生铁和废钢。
生铁是从高炉中得到的铁水,含有较高的碳含量,而废钢则是来自废旧钢材的回收利用。
在进行炼钢之前,需要对原料进行严格的筛选和分类,确保原料的质量符合生产要求。
2. 转炉炉前准备在进行转炉炼钢之前,需要对转炉进行一系列的准备工作。
首先是清理转炉内部的残渣和杂质,确保转炉内部的清洁。
然后对转炉进行加热,使其达到适宜的工作温度。
同时,还需要准备氧气、燃料和炉渣等辅助材料,以保障炼钢过程中的顺利进行。
3. 转炉炼钢过程转炉炼钢的主要过程包括炉前处理、吹炼、脱硫、脱磷、合金加入和出钢等环节。
首先是炉前处理,将预先准备好的生铁和废钢装入转炉中。
然后启动吹炼工艺,通过吹入高压氧气和燃料,使炉内的温度迅速升高,生铁和废钢开始熔化并发生氧化还原反应。
在这个过程中,炉内的温度可以达到数千摄氏度,将原料中的杂质和不纯物质燃尽,确保钢水的纯净度。
接下来是脱硫和脱磷的过程,通过向炉内加入适量的脱硫剂和脱磷剂,将钢水中的硫和磷等有害元素去除,提高钢材的质量和纯度。
在炼钢的过程中,根据需要还可以向炉内加入一定比例的合金元素,如铬、锰、钼等,以调整钢材的化学成分和性能。
最后是出钢过程,当炼钢结束后,通过倾炉口将炼好的钢水倒入钢包中,再经过连铸、轧制等工艺,最终得到成品钢材。
4. 转炉炼钢的优点转炉炼钢相比其他炼钢工艺具有以下优点:一是能够利用废钢资源,实现资源的循环利用;二是生产成本较低,能够生产出高品质的钢材;三是炼钢过程中能够控制钢材的化学成分和性能,满足不同用途的需要。
总之,转炉炼钢是一种成熟、高效的钢铁冶炼工艺,通过严格的工艺流程和操作规范,能够生产出优质的钢材产品,满足市场和用户的需求。
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【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)。
表10— 1 氧气顶吹转炉一炉钢的操作吹炼时间 %图10—1 转炉吹炼一炉钢过程中金属和炉渣成分的变化第二节装入制度与装入操作一、装入量装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量,它是决定转炉产量、炉龄及其他技术经济指标的重要因素之一。
在转炉炉役期的不同时期,有不同的合理装入量。
对于公称容量一定的转炉,金属装入量在一定范围内变化。
转炉公称容量有三种表示方法:平均炉金属料(铁水和废钢)装入量,平均炉产良锭(坯)量,平均炉产钢水量。
这三种表示方法因出发点不同而各有特点,均被采用,其中以炉产钢水量使用较多。
用铁水和废钢的平均炉装入量表示公称容量,便于做物料平衡与热平衡计算。
装入量中铁水和废钢配比是根据热平衡计算确定的。
通常,铁水配比为70%~90%,其值取决于铁水温度和成分、炉容量、冶炼钢种、原材料质量和操作水平等。
在确定装入量时,必须考虑以下因素:1.要保证合适的炉容比。
炉容比是指转炉内自由空间的容积(V)与金属装入量(t)之比(V/t,m3/t)。
它通常波动在0.7~1.0。
我国转炉炉容比一般不小于0.5。
合适的炉容比是从实践中总结出来的,它与铁水成分、冷却剂类型、氧枪喷头结构和供氧强度等因素有关,应视具体条件加以确定。
表10—2列出了我国一些钢厂转炉的炉容比。
2.要有合适的熔池深度。
合适的熔池深度应大于顶枪氧气射流对熔池的最大穿透深度的一定尺寸,以保证生产安全、炉底寿命和冶炼效果。
表10—3为一些大、中型氧气顶吹转炉的熔池深度。
3.应与钢包容量、浇铸吊车起重能力、转炉倾动力矩大小、铸机拉速及模铸锭重等相适应。
二、装入制度装入制度是指一个炉役期中装入量的安排。
装入制度有三种:定量装入、定深装入和分阶段定量装入法。
1.定量装入定量装入是指在整个炉役期间,保持每炉的金属装入量不变。
优点是生产组织简便,操作稳定,有利于实现过程自动控制,多为大型钢厂采用。
缺点是容易造成炉役前期装入量偏大而熔池偏深,炉役后期装入量偏小而熔池偏浅。
2.定深装入定深装入是:指在整个炉役期间,保持每炉的金属熔池深度不变。
优点是氧枪操作稳定,有利于提高供氧强度和减少喷溅,不必当心氧气射流冲击炉底,可以充分发挥转炉的生产能力。
但它使装人量和出钢量变化较频繁,给组织生产带来困难。
3.分阶段定量装入分阶段定量装入是指在一个炉役期中,按炉膛扩大的程度划分为若干阶段,每个阶段实行定量装入。
它兼有前两者的优点,是生产中最常见的装入制度。
三、装入操作上炉出钢完毕,溅渣护炉后,炼钢工检查炉衬情况,若各部位完好,便可以组织装料,继续炼钢。
装料的程序一般是先加废钢,后兑铁水。
1.加废钢由于顶吹转炉主要靠铁水的物理热和化学热来炼钢,为了合适地掌握冶炼过程和终点温度,根据铁水条件需配加一定数量的废钢作为冷却剂。
加废钢一般由炉前摇炉工指挥,转炉向前倾30°至45°指挥天车对正转炉,将废钢料槽的前沿落在转炉的炉口上。
然后指挥天车起付钩将废钢倒入转炉。
2.兑铁水混铁炉工将本炉所要铁水跟随天车送至炉前,为了节约时间,应在上一炉出钢前就把铁水准备好。
炉前工指挥天车的位置应转炉的侧面,在天车工和摇炉工都能看见的地方,哨音和手势要清楚。
向转炉兑铁前应指挥天车对正转炉。
转炉应向前倾+30°左右,指挥天车高度适宜后,缓慢向炉内兑铁水。
随着天车小钩的上升,缓慢向下摇炉至+60°左右结束。
在兑铁水时要防止洒铁。
3.废钢比废钢装入量和总装入量之比称为废钢比。
增加废钢比可以降低铁水消耗,降低转炉生产成本,还可以降低散状料的加入量,减少渣量,从而降低炉渣对炉衬的机械冲刷。
转炉炼钢厂根据各自的铁水条件和冶炼品种来确定废钢比,一般在10%-15%。
第三节供氧制度与供氧操作氧气顶吹转炉在一炉钢的吹炼过程中,元素的氧化,造渣去除磷硫,熔池升温等主要任务都是通过氧气流股与金属熔池的作用——供氧来完成的。
通过供氧制度可以控制熔池元素氧化速度,控制造渣和炉渣的氧化性,所以供氧制度对造渣去除硫磷,喷溅量、以及炉衬寿命等均有直接影响。
供氧制度的主要内容包括合理确定喷头结构、供氧压力、供氧强度、喷枪高度以及在吹炼中如何调节枪位。
一、氧射流及其与熔池的相互作用1.氧气射流无论对哪一种转炉,顶部氧流都是最重要的供氧渠道。
顶氧射流是从出口马赫数远大于l的喷头中喷出的超音速射流。
它由超音速段、音速段和亚音速段组成,其射程随出口气流马赫数增大而延长。
除超音速段外,射流断面不断扩大。
与自由射流相比,喷入炉膛的氧射流与炉内介质存在温度差、浓度差和密度差,此外还存在反向流动介质和化学反应。
炉膛内的氧射流实质上是一种复杂的扩张流,是具有化学反应的逆向流中的非等温超音速湍流射流。
氧射流的能量主要用于搅动熔池,克服阻力及能量损失。
研究表明,用于搅动熔池的能量约占射流初始能量的20%,克服浮力的能量约占5%~l0%,非弹性碰撞的能量损失约占70%~80%。
多孔喷头的设计是基于分散氧流,增加它与熔池的接触面积,使吹炼更趋平稳;它对熔池搅拌力减小,但使成渣速度加快。
2.氧射流与熔池的相互作用。
氧射流与熔池接触时在液面上形成冲击区——凹坑,凹坑实际上是高温反应区。
热模拟实验表明,高温反应区呈火焰状,亦称火点。
它由光亮较强的中心(一次反应区)和光亮软弱的狭窄的外围(二次反应区)所构成。
据测定,反应区的温度在2000 ~27000C之间。
通常,一次反应区直接氧化反应优先得到发展,二次反应区间接氧化反应得到发展。
穿透深度和冲击面积是凹坑特征的主要标志,弗林等人在0.05~90t转炉上得出了确定穿透深度的公式。
实验条件下发现,驱动压力对冲击面积的影响不明显。
当冲击速度增加到一定值后,冲击面积随驱动压力的升高而增加,但在高于设计压力的附近变化平缓;无论是多孔喷头还是单孔喷头,枪位对冲击面积的影响规律相同。
冲击面积随枪位的变化,对应于不同的冲击速度存在一个最佳位置,对应于最大冲击面积下的枪位可由公式来确定。
熔池的搅拌程度与氧射流的冲击强度密切相关。
氧射流冲击力大(硬吹),则射流的穿透深度大,冲击面积小,对熔池的搅拌强烈;反之(软吹),则射流的穿透深度小,冲击面积大,对熔池搅拌弱。
在氧射流的作用下,熔池将受到搅拌,产生环流、喷溅、振荡等复杂运动在不同的吹炼方式下,熔池的化学反应形式也不同。
硬吹时,载氧射流大量进入钢中,碳的氧化反应激烈,而熔渣氧化性弱;反之,则进入钢中氧少,熔渣氧化性提高。
定性得到证实的元素氧化机理为:第一,当C,Mn,Si,P等元素含量大于0.1%—0.3%时,它们优先在金属—气体界面上氧化,此时氧由气相内部向金属表面的传质是反应过程的限制环节。
第二,在上述条件下可以进行下述一系列反应:铁的氧化反应的发展程度取决于C,Mn,Si 的浓度。
第三,当这些元素的含量高时,其氧化速度很少与温度有关。
碳和锰的反应主要受氧的传质控制,其活化能为16.8~18.9kJ/mol。
硅的氧化则可能不仅如此,它的活化能为25.0~33.5kJ/mol,这说明硅的氧化不是在纯外部扩散状态下进行,而是在外部和内部扩散之间的某种过渡状态下进行。
这是由于在金属表面上形成的硅质炉渣、对氧向液体金属界面的扩散造成附加阻力所致。
第四,元素的氧化次序取决于化学反应自由能变化的比值,还与该元素在钢中的浓度及其氧化物在渣中或气相中浓度有关,而与元素的表面活性关系不大。
研究表明,氧射流能量如果全部用于搅拌熔池,仅仅是C0搅拌能量的10%~20%。
因此,顶吹转炉的缺点之一就是吹炼前、末期搅拌不足,因为此时产生C0气泡数量有限。
3.乳化和泡沫现象。
由于氧射流对熔池的强烈冲击和C0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。
冶金中准确的乳化概念是金属液滴或气泡弥散在炉渣中,若液滴或气泡量较小而且在炉渣中可以自由运动,则该现象叫渣钢或渣气乳化;若炉渣中仅有气泡,而且数量多或气泡大,气泡无法自由运动,则该现象叫炉渣泡沫化。
可见,炉渣泡沫化是渣气乳化体系的一种特例。
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成金属滴所造成的。
如图10—2所示,液滴形成由下述关系所决定:图10—2 液滴生成示意图第一,如果在相界面上液滴的惯性力大于表面力和浮力的总和时,在金属液层上缘形成滴。
第二,形成液滴所需要的力是由流动钢液的动能转化而来。
吹炼时金属和炉渣紧密相混,仅把冲击坑表面看成氧气—金属接触面是不适宜的。
通过估算,lOOt转炉吹炼时的凹坑体积约10L,表面积约为0.1m2,而反应区内液滴的总表面积却超过lm2,至少比凹坑表面积大一个数量级。
巴普基兹曼斯基曾用不同方法对金属与炉渣的总接触面积进行估算,有意义的是估算结果相差不大,即金属和炉渣的接触面积约为30~60m2/t金属。