第七章 氧气转炉炼钢

锰的变化规律 底吹氧气转炉熔池中[Mn]的变化有两个特点： 吹炼终点钢水残[Mn]比顶吹转炉高;
[Mn]的氧化反应几乎达到平衡;
底吹转炉吹炼终点钢水残[Mn]比顶吹转炉高;
残[Mn]比顶吹转炉高的原因： 渣中(FeO)含量低于顶吹转炉，而且CO分压(约0.04MPa)低于顶吹转炉0.12MPa，顶吹转炉中的[O]活度高于底吹转炉2.5倍。 此外，底吹转炉喷嘴上部氧压高，Si氧化为SiO2并被石灰粉中CaO所固定，这样MnO的活度增大。
9.2 底吹氧气转炉炼钢法
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底吹转炉炼钢法的发展
酸性底吹空气转炉炼钢法 贝塞麦发明的酸性底吹空气转炉炼钢法只能脱碳，但不能脱磷、脱硫。
碱性底吹空气转炉 1878年，托马斯发明了碱性底吹空气转炉，用石灰造渣，能较好地进行脱磷，炉渣可做磷肥．
细金属管多孔塞式： 图4－12MHP供气元件 图4－13 MHP—D型 图4－14 新的类环缝管式 1—母体耐火材料； 金属砖结构 细金属管型供气元件 2—细金属管；3—集气箱； 4—进气箱
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由于脱碳速度快，前期渣中氧化铁低，故脱磷是在脱碳基本结束后(即吹炼后期)进行的。脱硫主要是在吹炼后半期高碱度炉渣形成后进行的。
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吹炼中期： 铁水中碳大量氧化，氧的脱碳利用率几乎是100 ％ 。而且铁矿石、铁皮分解出来的氧，也被脱碳反应消耗。这体现了底吹氧气转炉良好的熔池搅拌贯穿整个吹炼过程的特点。所以，渣中(FeO）)含量低于LD转炉，铁合金收得率高。
”
将Pco取为一个大气压，则可简化为：
由于Kc随温度的变化不大，在炼钢温度范围内为一定值，用M代表则可写出： M =[%C]·[%O] (8—7) M称为碳氧浓度积，它具有化学反应平衡常数的性质，在一定温度和压力下应是一个常数。

③ 耳轴 支撑托圈和炉体的载荷，传动扭矩使转炉旋转，耳轴要 求很高的强度和刚度。 耳轴和托圈用法兰盘、螺栓或焊接等方式连接成整体。
⑵ 倾动机构 作用：是倾动炉体，以满足兑铁水、加废钢、取样、 出钢和倒渣等操作的要求
要求：
① 在整个生产过程中，满足工艺要求。如以一定的转速连续回转360°， 可以停留在任何位置，能与氧枪等有一定连锁要求； ② 安全可靠的运转。即使某一部分发生事故，倾动机械也可继续工作， 维持到一炉钢结束； ③ 适应高温、动载荷、扭振的作用，具有较长的寿命。
冶金工程概论第07章氧气转炉炼钢(设备)
第 七 章 氧 气 转 炉 炼 钢
7.1 转炉炼钢原料
金属料：铁水（生铁）、废钢、铁合金； 非金属料：造渣材料、氧化剂、冷却剂和增碳剂。 7.1.1 金属料
⑴铁水 铁水一般占装入量的70～100%，是转炉炼钢的主要热源。对铁水要求 主要有：成分要求、温度要求 1）成分要求 硅(Si)：是重要的发热元素，铁水中含Si量高，炉内的化学热增加，一般 0.4-0.8%。 锰(Mn)：是发热元素，有利元素，一般0.2-0.4%。 磷(P)：是高发热元素，一般为有害元素，不加限制，尽量低且稳定。 硫(S)：一般为有害元素，[%S]<0.05。
⑵ 氧气顶吹转炉烟气的处理 处理般过程包括三部分： ① 对含有大量CO的高温炉气的处理； ② 然后对出炉口后的烟气进行收集和冷却； ③ 将冷却后的烟气进行净化。
氧气顶吹转炉烟气的净化处理方式主要分两大类：
① 燃烧法： 原理：即在炉气离开炉口进入烟罩时，使其与大量空气 混合，使炉气中的CO全部燃烧。采用较大的空气过剩系数。利用过剩的空气和水 冷烟道对烟气冷却，然后进入文氏管湿法净化系统进一步冷却，最后排入大气。 特点：这种方法不能回收煤气和余热。炉气的化学热和物理热全部浪费掉了，而 且由于吸入空气量大，进入净化系统的烟气量大大增加，使设备占地面积大，投资 和生产费用比未燃法高。但因不回收煤气，烟罩结构和净化系统的操作、控制较简 单。

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•⑵ 氧化剂 •① 氧气 •转炉炼钢的主要氧源，氧气纯度，超过98%；氧气压力要稳 定，0.6～1.5MPa之间。 •② 铁矿石和氧化铁皮 •氧化铁有利于化渣和冷却作用
•⑶ 冷却剂 作用：准确命中转炉终点温度。 种类：废钢、氧化铁皮、铁矿石、烧结矿、球团矿、石灰 石等。 •⑷ 增碳剂 •种类：木炭、电极粉、焦炭粉、生铁等。
第七章氧气转炉炼钢
第七章氧气转炉炼钢
•⑵ 吹炼过程熔池内金属、炉渣成分和温度变化 整个吹炼过程分为三期来描述，碳的氧化过程明显的分为 三个阶段： ➢ 吹炼前期：脱碳速度缓慢，其速度随吹炼时间的延长而几 乎成直线增加； ➢ 吹炼中期：脱碳迅速，其速度达最大值，且几乎不变； ➢ 吹炼后期：脱碳反应衰弱，其速度随吹炼时间而直线下降。
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•⑤ 吹炼中期脱碳反应激烈，渣中(％FeO)降低，致使炉渣熔 点增高和粘度加大，并可能出现稠渣(“返干“)现象。此时应 适当提高枪位，并可加入第二批料(氧化铁皮或矿石)，可考 虑加入萤石，但要防止“喷溅”。 •⑥ 吹炼末期，[％C]降低，脱碳反应减弱，火焰变短而透明。 确定吹炼终点，并提枪停止供氧，倒炉测温取样，若碳温合 适，则出钢，否则补吹后出钢。 •⑦ 出钢前挡渣帽，出钢程中加入脱氧剂和铁台金进行脱氧 合金化，在出钢末期加挡渣塞。
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7.3 氧气转炉炼钢工艺
特点 •① 完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热； •② 生产率高(冶炼时间在35分钟左右)； •③ 质量好(气体含量少，CO的反应搅拌，将N、 H除去)可 以生产超纯净钢,有害成份(S、P、N、H、O)＜80ppm； •④ 冶炼成本低，耐火材料用量比平炉及电炉用量低； •⑤ 原材料适应性强，高P、低P都可以。 •⑥ 冶炼品种多达400个。

③白云石(CaCO3·MgCO3) 经焙烧可得轻烧白云石（CaO·MgO），白云石的作用如下： 采用生白云石或轻烧白云石代替部分石灰造渣，可减轻炉渣
对炉衬的侵蚀。
溅渣护炉操作时，通过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，使终渣能够做黏，出 钢后达到溅渣的要求。 促进前期化渣(生成共熔点化合物，都比C2S的熔点低的多)
供料设备包括：铁水、废钢、铁合金和散状材料(熔剂)供 料设备等
⑴ 铁水供应设备 主要有三种： ① 高炉—铁水罐车—混铁炉—铁水罐—称量—转炉。 ② 高炉—混铁车—铁水罐—称量—转炉。 ③ 高炉—铁水罐车—铁水罐—称量—转炉。
混铁炉：是铁水的中间贮存设备，以协调高炉与转炉之间 铁水供求的不一致性，保证供应及时。同时还有均匀不同高 炉和不同时间的铁水。 混铁车：兼有运送和贮存铁水两种作用，实质上是列车式 的小型混铁炉
氧枪 又名喷枪或吹氧管，担负着向熔池吹氧的任务。 采用循环水冷却的套管结构；由喷头、枪身及尾部结构所 组成。
喷头： 采用紫铜制成，内通高压水强制冷却，均为超音速喷头。 喷头的类型按结构形状，可分为拉瓦尔型、直简型、螺 旋型等；按喷孔数目，可分为单孔、三孔和多孔喷头。
拉瓦尔喷头是：收缩—扩张型喷头，截面最小处为喉口
转炉托圈简图
③ 耳轴 支撑托圈和炉体的载荷，传动扭矩使转炉旋转，耳轴要 求很高的强度和刚度。 耳轴和托圈用法兰盘、螺栓或焊接等方式连接成整体。 ⑵ 倾动机构 作用：是倾动炉体，以满足兑铁水、加废钢、取样、
出钢和倒渣等操作的要求
要求：
① 在整个生产过程中，满足工艺要求。如以一定的转速连续回转360°， 可以停留在任何位置，能与氧枪等有一定连锁要求；