炼钢理论【整理】要点.pdf

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1、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、

2、 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70100。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，

3、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 Si=0.30 0.60 为宜。大中型转

4、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Mn/Si 比值的要求为0.8 1.0 ，目前使用较多的为低锰铁水， Mn=0.200.80o、? (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p0.20哼铁水中磷含量越低，转炉工

5、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3040。我国炼钢技术规范要求入炉铁水 S0.05 。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 S0.005 。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 C=3.54.5 ，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

6、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13501450，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

7、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。 1-8 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，

8、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 550mm 或 530mm 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，

9、活性石灰有哪些特点，使用活性石灰有什么好处? 通常把在10501150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

10、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 CaF2 85，SiO25.0， S0.10， P0.06，块度 在 550

11、 ，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Mg

12、O20 ，CaO 29，SiO22.0，烧减 47， 块度为 530mm 。 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 MgO 35，CaO 50，SiO23.0，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MgO 45， CaO 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，

13、 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。 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

14、喷溅。当Ma2.0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=1.92.1 。 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

15、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

16、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

17、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)PO2 (FeO) P O2 (CO2) PO2 (MnO) PO2 (P2O5)P O2 (SiO2)PO2 (Al2

18、O3)PO2 (MgO) PO2 (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)+2Fe ( 放热) 在以碱性渣操作时，熔渣R3.0，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

19、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

20、)+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，

21、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 (

22、 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： C O=m 在 1600下，Kp400，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 O 渣，(FeO)，平，钢中实际含氧量为O 渣，(

23、FeO)，平 O 实际 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C=k 正 C 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(

24、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

25、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。

26、 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“ VT”称之为炉容比， 单位为 (m3t) 。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。

27、 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 1.0m3t ， 为减少喷溅，炉容比应不低于 0.90m3t 。 3-3 确定装入量的

28、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。

29、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

30、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

31、出口氧压与进口氧压之比p 出/pO2.0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，这样在技术上不够合理，经济上也不合算。 目前国内推荐 Ma=1.92.1 。大于 120t 转炉， Ma=2.02.1 。 (4) 喷孔夹角和喷孔间距。喷头孔数和夹角之间的关系可参考有关数据选用。 喷孔之间间距过小， 氧气射流之间相互吸引， 射流向中心偏移， 从而影响每股射 流中心速度的衰减。 因此在喷头端面， 喷孔中心同喷头中心轴线之间的距离保持 在(0.8 1.0)d 出(d 出为喷孔出口直径 )较为合理。 3-22 造渣制度包括哪些内容 ? 造渣制度是确定合适的造渣方法、渣料的种类、渣

32、料的加入数量和时间以及加速 成渣的措施。 3-23 什么是单渣操作，它有什么特点？ 单渣操作就是在吹炼过程中只造一次渣，中途不倒渣、 不扒渣， 直到吹炼终点出 钢。 入炉铁水 Si、P、S含量较低，或者钢种对P、S要求不太严格，以及冶炼低碳钢 时，均可以采用单渣操作。 采用单渣操作，工艺比较简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现自动控制。 单渣操作一般脱磷效率在90左右，脱硫效率约为3040。 3-24 什么是双渣操作，它有什么特点？ 在吹炼中途倒出或扒除约1/2 2/3 炉渣，然后加入渣料重新造渣为双渣操作。 根据铁水成分和所炼钢种的要求，也可以多次倒渣造新渣。 在铁水磷含量高且吹炼高碳钢、

33、铁水硅含量高， 为防止喷溅， 或者在吹炼低锰钢 种时，为防止回锰等均可采用双渣操作。但当前有的转炉终点不能次拉碳，多 次倒炉并添加渣料补吹， 这也是一种变相的双渣操作； 这对钢的质量、 材料捎耗 以及炉衬都十分不利。 双渣操作脱磷效率可达95以上，脱硫效率约60左右。双渣操作会延长吹炼 时间，增加热量损失， 降低金属收得率， 也不利于过程自动控制， 恶化劳动条件。 对炼钢用铁水最好采用预处理进行三脱。 3-25 什么是留渣操作，它有什么特点? 留渣操作就是将上炉终渣的一部分留给下炉使用。终点熔渣的碱度高，温度高， 并且有一定 (TFe) 含量，留到下一炉，有利于初期渣尽早形成，并且能提高前期

34、去除 P、S的效率，有利于保护炉衬，节省石灰用量。 采用留渣操作时， 在兑铁水前首先要加石灰或者先加废钢稠化冷凝熔渣，当炉内 无液体渣时方可兑入铁水，以避免引发喷溅。 溅渣护炉技术在某种程度上可以看作是留渣操作的特例。 3-26 石灰的加入量如何确定 ? 石灰的加入量是根据铁水、废钢、生铁块中Si、P含量及炉渣碱度来确定的。 3-27 渣料的加入批量和时间应怎样考虑，为什么? 渣料的加入批量和时间对成渣速度有直接的影响。若在开吹时将渣料全部一次加 入炉内，必然导致熔池温度偏低，熔渣不易形成，并且还会抑制碳的氧化。所以 单渣操作时，渣料一般都是分两批加入。第一批渣料是总量的一半或一半以上， 其余

35、的第二批加入。如果需要调整熔渣或炉温，才有所谓第三批渣料。 在正常情况下，第一批渣料是在开吹的同时加入。第二批渣料的加入时间是在 Si 、Mn氧化基本结束，第一批渣料基本化好，碳焰初起时加入。 3-28 转炉炼钢造渣为什么要少加、不加萤石或使用萤石代用品? 萤石作为助熔剂的优点是化渣快，效果明显。但用量过多，对炉衬有侵蚀作用， 对环境也有污染， 有时容易形成严重泡沫渣而引起喷溅。另外，萤石是贵重资源， 所以要尽量少用或不用。 铁矿石、烧结矿、 OG泥烧结矿都可代替萤石。由于它们又是冷却剂，加入量要 根据熔池温度而定。有条件的也可采用贫锰矿石作助熔剂。 3-29 渣量的大小对冶炼有哪些影响，如何

36、用锰平衡法计算渣量? 大渣量操作对冶炼的影响如下： (1) 能适当地提高脱磷、脱硫效率； (2) 加大了渣料消耗量； (3) 容易造成喷溅，并增加热损失和铁损； (4) 加剧对炉衬的冲刷蚀损，降低炉龄。 所以在保证最大限度地去除磷、硫条件下，渣量越少越好。 渣量可以用元素平衡法计算。Mn和 P 两元素，从渣料及炉衬中的来源很少，其 数量可以忽略不计。因而可以用Mn或 P的平衡来计算渣量。 3-30 什么是少渣操作，转炉炼钢为什么要采用少渣操作? 在一般情况下，转炉炼钢渣量占金属量的10以上，但经过三脱预处理的铁水， 硅、磷、硫含量都很低，转炉炼钢脱磷、脱硫的负荷大大减轻了，可以只承担脱 碳和升

37、温的任务，能够做到少渣操作。 当每吨金属料中石灰加入量小于20kg/t时，每吨金属料形成渣量小于30kg/t 为少渣操作。 少渣操作的优点如下： (1) 由于铁水硅含量很低 ( Si 0.15) ，为保证炉渣碱度所需的石灰加入量 也可减少，降低了渣料消耗和能耗，减少了污染物的排放。 (2) 转炉中渣量少，因此氧的利用率高，终点氧含量低，余锰高，铁损少，合金 元素吸收率较高。 (3) 减少对炉衬侵蚀，减少喷溅。 3-31 石灰渣化的机理是怎样的 ? 石灰在炉内渣化过程是通过试验及对未熔透石灰块的成分分析了解的。开吹后， 各元素的氧化产物FeO 、SiO2、MnO 、Fe2O3等形成了熔渣。加入的

38、石灰块就浸泡 在初期渣中， 被这些氧化物包围着。 这些氧化物从石灰表面向其内部渗透，并与 CaO发生化学反应，生成一些低熔点的矿物，引起了石灰表面的渣化。这些反应 不仅在石灰块的外表面进行着， 而且也在石灰气孔的内表面进行声。石灰就是这 样逐渐被渣化的。 转炉炼钢炉渣碱度都大于3.0 ，其成分点在 CaO-FeO-SiO2三元相图 1600等温 截面图上处于、区，石灰在渣化成分点移至区( 液相区 ) 。MnO 和 Fe2O3同 样也能够破坏 2CaO?SiO2 的生成。 CaF2和少量 MgO能够扩大 CaO-FeO- SiO2三 元相图液相区，对成渣有利。 在吹炼前期，由于 (TFe) 含量

39、高，虽然炉温不太高，石灰也可以部分渣化；在吹 炼中期，由于碳的激烈氧化，(TFe) 被大量消耗，熔渣的矿物组成发生了变化， 由 2FeO?SiO2 CaO?FeO?SiO22CaO?SiO2 ，熔点升高，石灰的渣化有些停滞， 出现返干现象。大约在吹炼的最后的1/3 时间内，碳氧化的高峰已过，(TFe) 又 有所增加，因而石灰的渣化加快了，渣量又有增加。 3-32 吹炼过程中加速石灰渣化的途径有哪些? 根据石灰渣化的机理分析，加快石灰渣化的途径有： (1) 改进石灰质量，采用软烧活性石灰。这种石灰气孔率高，比表面积大，可以 加快石灰的渣化。 (2) 适当改变助熔剂的成分。增加MnO 、CaF2和

40、少量的 MgO 含量，都有利于石灰 的渣化。 (3) 提高开吹温度，石灰在初期渣中渣化速度也会加快。以废钢为冷却剂时，是 在开吹前加入，前期炉温提高较慢。 如果是用铁矿石为冷却剂， 它可以分批加入， 有利于前期炉温的提高，也有助于前期成渣。 (4) 控制合适的枪位既能促进石灰的渣化，又可避免发生喷溅，还可在碳的激烈 氧化期熔渣不返干。 (5) 采用合成渣可以促进熔渣的快速形成。 3-33 泡沫渣是怎样形成的，它对吹炼有什么影响，如何控制泡沫渣? 在吹炼过程中， 由于氧流与熔池的相互作用， 形成了气熔渣金属液密切混合 的三相乳化液。 分散在炉渣中的小气泡的总体积，往往超过熔渣本身的体积。 熔 渣

41、成为薄膜，将气泡包住并使其隔开，引起熔渣发泡膨胀，形成泡沫渣。正常泡 沫渣的厚度经常在12m乃至 3m 。 由于炉内的乳化现象， 大大发展了气熔渣金属液的界面，加快了炉内化学反 应速度。从而达到了良好的吹炼效果。倘若控制不当， 严重的泡沫渣也会导致事 故。 在吹炼初期，炉渣碱度低，并含有一定量的FeO 、SiO2、P2O5等成分，主要是这 些表面活性物质稳定了气泡。 在吹炼中期，碳激烈氧化产生大量的CO气体，由于炉渣碱度提高，形成了硅酸 盐及磷酸盐等高熔点矿物，表面活性物质减少，稳定气泡主要是固体悬浮微粒。 此时如果能控制得当，避免或减轻熔渣返干现象，就能得到合适的泡沫渣。 在吹炼后期， 脱碳

42、速度降低， 只要熔渣碱度不过高， 稳定泡沫的因素就大大减弱 了，一般不会产生严重的泡沫渣。 在吹炼过程中，氧压低，枪位过高，渣中(TFe) 大量增加，会促进泡沫渣的发展， 严重时还会产生泡沫性喷溅或溢渣。相反，枪位过低， 尤其是在碳氧化激烈的中 期，(TFe) 含量低，又会导致熔渣的返干而造成金属喷溅。所以，只有控制得当， 才能够保持正常的泡沫渣。 3-34 吹炼过程中为什么会出现熔渣“返干”现象? 在吹炼过程中，因氧压高，枪位过低，尤其是在碳氧化激烈的(TFe) 含量，保持 正常的泡沫渣。 3-35 用轻烧白云石为调渣剂其加入量怎样确定? 加入轻烧白云石为调渣剂，是给炉渣提供足够数量的MgO

43、 ，使其溶解度达到饱和 或过饱和。可以减轻初期渣对炉衬的蚀损量；终渣能够做黏，便于挂渣和溅渣， 保护炉衬利于延长炉衬的使用寿命。 终点渣 MgO 含量控制范围在 810，因此轻烧白云石的加入数量也不一样。 3-36 对轻烧白云石或菱镁矿的加入时间如何考虑？ 根据研究：当 R=0.7 时，炉衬的蚀损最严重；在R1.2时，炉衬的蚀损量才显著 下降。根据这个结论来看，轻烧白云石或菱镁矿应早加为好，以保持初期渣中 (MgO)， 8，减少炉衬蚀损，加速炉渣熔化。出钢后根据熔渣状况和溅渣的 要求，确定是否补加调渣剂稠渣。 3-37 转炉炼钢的温度制度包括哪些内容，它对冶炼有什么影响? 温度制度主要是指炼钢

44、过程温度控制和终点温度控制。 吹炼任何钢种，对其出钢温度都有要求。如果出钢温度过低，水口容易结瘤，钢 包易粘钢甚至出现要回炉处理的事故。若出钢温度过高， 不仅会增加钢中夹杂物 和气体含量，影响钢的质量，而且还会增加铁的烧损，降低合金元素吸收率，降 低炉衬和钢包内衬寿命， 造成连铸坯 ( 或钢锭 )多种缺陷甚至浇注漏钢。 沸腾钢出 钢温度过高时， 还会引起浇注前期模内不沸腾，后期大翻， 导致坚壳带过薄等缺 陷。因此，控制好终点温度是顶吹转炉吹炼工艺的重要环节之一。控制好炼钢过 程温度是确保终点温度达到目标值的关键。 3-39 什么叫转炉的热效率，如何提高热效率? 根据转炉初期渣碱度与炉衬蚀损量关

45、系的研究发现，当只从热量的来源看， 铁水 的物理热和化学热大约各占一半， 因此铁水的温度与化学成分直接关系转萨炼碉 热量的来源，所以对转炉用铁水的温度和化学成分必须有一定的要求。 从热量支出来看，钢水的物理热约占70，这是一项主要的支出，熔渣带走的 热量太约占 10，炉气物理热也约占10，金属铁珠及喷溅带走热、炉衬及冷 却水带走撤烟尘物理热，生白云石及矿石分解热，还有其他热损失总共约占 10。指钢水物理热及矿石分解热。 真正有效热占整个热量来源的70左右，在热量的利用上还有一定潜力。其中， 熔渣带走的热量大约占10，它与渣量的多少有关。因此在保证去除P、S的条 件下，宜用最小的渣量。渣量过大不

46、仅增加渣料的消耗，也增加热量的损失，为 此最好应用铁水预处理技术， 实现少渣操作； 同时在吹炼过程中还要尽量减少和 避免喷溅；缩短冶炼周期，减少炉与炉的间隔时间等，都是减少热损失，提高转 炉热效率的措施。热效率提高以后，可以多加废钢，或多加冷却剂铁矿石，以提 高金属收得率。 3-40 什么是转炉炼钢的物料平衡与热平衡， 物料平衡与热平衡计算的原理是 什么，物料平衡与热平衡计算有什么意义? 物料平衡是炼钢过程中加入炉内参与炼钢过程的全部物料与炼钢过程的产物之 间的平衡关系。热平衡是炼钢过程的热量来源与支出之间的平衡关系。 通过物料平衡和热平衡的计算， 结合炼钢生产的实践， 可以确定许多重要的工艺

47、 参数。对于指导生产和分析、研究、改进冶炼工艺、设计炼钢车间、选用炼钢设 备以及实现炼钢过程的自动控制都具有重要意义。 3-41 出钢温度是怎样确定的 ? 出钢温度首先取决于所炼钢种的凝固温度。而凝固温度要根据钢种的化学成分而 定。 钢液的凝固温度计算有多种经验公式，目前常用的凝固温度计算公式是 3-42 什么是冷却剂的冷却效应，各冷却剂之间的冷却效应值是怎样换算的? 在一定条件下，加入1kg 冷却剂所消耗的热量就是该冷却剂的冷却效应。 冷却剂吸收的热量包括冷却剂提高温度所消耗的物理热和参加化学反应消耗的 化学热两个部分。 Q冷=Q物+Q化 Q物取决于冷却剂的性质以及出钢温度。Q化不仅与冷却剂

48、本身的成分和性质有 关，还与冷却剂在熔池内参加的化学反应有关。在不同条件下， 同一冷却剂可以 有不同的冷却效应。 3-43 吹炼过程中怎样控制和调整熔池温度? 在吹炼过程中，可根据炉口火焰特征和参考氧枪冷却水进出水温度差判断熔池的 温度。过程温度的控制首先应根据终点温度的要求，确定冷却剂加入总量， 然后 在一定时间内分批加入。 废钢是在开吹前一次加入。 铁矿石和氧化铁皮又能起到 助熔剂的作用， 可随造渣材料同时加入。 若发现熔池温度不合要求， 凭经验数据 加入提温剂或冷却剂加以调整。 3-44 由于铁水因素的变动，如何调整冷却剂用量? 计算废钢加入量应考虑以下因素。 (1) 由于铁水成分变化引

49、起废钢加入量的变化。 (2) 由于铁水温度变化引起废钢加入量的变化。 (3) 由于铁水加入量变化引起废钢加入量的变化。 (4) 目标停吹温度变化引起废钢加入量的变化。 除上述情况以外，还有其他情况下温度控制应当修正值， 如铁水入炉后等待吹炼、 终点停吹等待出钢、 钢包粘钢等。 在出钢前若发现温度过高或过低时，应及时在 炉内处理，决不能轻易出钢。 3-45 什么是终点控制，终点的标志是什么? 终点控制主要是指终点温度和成分的控制。对转炉终点的精确控制不仅要保证终 点碳、温度的精确命中，确保S、P成分达到出钢要求，而且要求控制尽可能低 的钢水氧含量 O 转炉兑入铁水后，通过供氧、造渣等操作，经过一系列物理化学反