【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l218min ，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3040min。表101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l3 14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0.2时，它们几乎全部与碳反应，生成气体产物 量为原气体量的2倍，搅拌能力明显大于N2，Ar。但是，随着熔池碳含量下降，02和C0的脱 碳效率明显下降，在含碳量为0.040.06时，其搅拌作用与N2，Ar相当。而在碳更低 时，氧搅拌作用小于N2，Ar，其原因是部分O2与铁反应生成Fe0，使气态C0急剧减少。 C0做底气搅拌效果与Ar相同，但冷却能力比Ar大20，为了保护喷嘴和炉底衬砖，它 需要与C02同时用，C02不超过C0含量的10。采用C0做底气需注意安全问题。 三、底部供气元件 炉底供气元件的类型有钢管型、砖型和两者相结合的细金属管多孔塞型三类。 （1）钢管型供气元件 它有单管、双层套管、环缝管或双槽式等。单管式为圆形等截面钢管，适用于喷吹Ar ，N2等气体，由于流量调节范围小和易烧损，已很少使用；双层套管式中心管通氧，内外 管间环缝通碳氢化合物保护介质，或者内管和环缝均通Ar、N2、 C02等相同 介质，但压力和流量不同；环缝式喷管是将内管用泥料堵塞、环缝通气，最大限度的扩大 双层套管枪的内外压差。图1013 供气元件的演变过程 图10 12为供气元件的演变过程。需要指出，由于冷却介质流量不足、冷却过度、管堵塞和气流 的“后坐”现象等，喷管式供气元件有时存在烧坏和结瘤现象，应该从冷却介质工艺上加 以改进，以保证喷管的正常使用。 使用碳氢化合物做氧气喷嘴的冷却介质，在喷嘴出口周围可以形成蘑菇头(凝结层)， 对喷嘴有保护作用，也保护喷嘴周围耐火材料不受损害。蘑菇头大小取决于所吹气体的冷 却能力和单位时间的吹入量。目前，靠向底气中引入一定浓度的氧气，可以有效控制蘑菇 头尺寸和通气性，从而可以消除炉底上涨和结壳影响，是保证喷嘴畅通的好办法。 （2）砖型供气元件 砖型供气元件包括弥散型透气砖、砖缝组合型和直孔型透气砖三类。弥散型透气砖适 于喷吹Ar、N2搅拌气体，气体阻力大、透气量小，不能喷吹氧化性气体；砖缝组合型供气 阻力小，适用于喷吹惰性气体，但容易漏气而且各缝隙气流不均；直孔型透气砖透气阻力 小而且气流分布较均匀，不容易漏气。 （3）多微孔透气塞式供气元件 它是钢管型和砖型供气元件两者的结合，微管直径早期为15mm左右，现增大到34m m。微管的合理排布方式是保证管上形成的蘑菇头连接起来，因此管距应在设定蘑菇头半径 的2倍以内。这样即使气体流量小蘑菇头也能连接起来，以防喷头烧损。这种供气元件气流 阻力小。气体流量调节范围大，同时气密性好。 四、复吹转炉工艺 （1）顶吹终点前后的底吹复吹法 它是在顶吹氧到终点后，底吹氩、氮等非氧化性或弱氧化性气体C02的吹炼法，此法实 质上是把钢包吹气的方法移植到顶吹转炉中。该法底部采用多孔透气砖。为了减小钢渣间 的温度差和促进脱磷，该法供气强度采用0.010.1m3(tmin)，时间5min足够了，但 要达到降低渣中(FeO)的目的，则需要采用合适的供气时间和供气强度。图1014 供气模式与钢中C、渣中TFe的关系 复吹的效果，关键看终渣的(TFe)。终吹前开始的大气量搅拌，特别是在氧由氧化碳开 始转向氧化铁的临界碳含量，即脱碳速度明显下降的碳含量(在05左右)之前开始搅拌 ，并适当延长搅拌时间，将取得较好的搅拌效果。否则，即使用02m3(mint)的供气 强度，降低(TFe)的效果也不明显。图10 14为日本川崎公司的研究结果，说明不同供气模式与钢中碳含量和停吹时(TFe)的关系。从 图10 14可见，在临界碳含量到达之前施以中等程度的搅拌，并适当延长搅拌时间，渣中(TFe)就 可以明显降低(图中B供气模式)。所以，有了通畅性良好、寿命长和能大幅度可调气量的供 气元件，还必须有合适的供气制度，才能取得良好的冶金效果。 按照日本的经验，在熔池含碳量较低时搅拌期加入0.2kgt焦炭，将取得较好的搅拌 效果，通常可以把(TFe)降低到10以下。 终点前后底吹的复吹法的缺点是降低炉子的生产率和炉龄。顶吹终点时熔池温度要高1 00C左右，以补偿底部搅拌的温降。此外，它不能降低顶吹的烟尘和喷溅量，不能用于吹炼 超低碳钢和不锈钢。 （2）顶吹氧同时底吹非氧化性气体的复吹法 该法关键是控制底气量、顶枪枪位和供氧强度，以达到控制渣中氧化铁的目的。 随着底气量的增加，渣中氧化铁将下降，当底气量增至氧气量的l10时，渣中氧化铁 将接近氧气底吹转炉的水平。此外，对于钢管型喷嘴还要考虑受结瘤的限制，通常底气量 不过分增长。 在强烈脱碳期，由于熔池搅拌强烈渣中氧化铁已下降，此时无需底部吹气搅拌，底气 量一般控制在不烧枪和钢水不灌枪的最低水平上。在吹炼时间的后13内，以上限吹氩， 到取样出钢时Ar气量仍减至最小。 图10 15为武钢开发的三种典型的复吹供气曲线。这三种供气曲线，在复吹的前期和脱碳期基本 一致，其差别是吹炼末期和后搅期，根据熔池中C的不同范围，采用不同的供气强度和后 搅时间，以提高熔池的搅拌强度，使钢渣氧化性得到有效图1015 复吹供气曲线 目前有的工厂因无氩而全程吹氮，这对要求含氮较低的许多钢种是不合适的。采用2 3时间吹氮，后l3时间吹氩，这样既节约氮气又可使钢中氮含量明显减少。 （3）顶底同时吹氧的复吹法 调节顶吹氧和底吹氧的流量比是该法操作的关键。当底吹氧量由极小值逐渐向上调时 ，炉内冶金特征便由LD法向底吹法过渡。当底吹氧气比达到4050时，冶金特征实际 上与氧气底吹转炉无明显差异。因此，在顶底同时吹氧的复吹转炉中，底吹氧气比通常控 制在540范围内。 （4）随底吹氧气喷吹粉剂的复吹法 喷吹石灰粉，通常混有一定数量的铁精矿粉和萤石粉，以降低石灰熔点和补充脱磷所 需氧化铁。由于粉剂迅速熔化成液滴，使脱磷和脱硫速度明显提高。粉剂中Ca0以7090 为宜，氧化铁配比以TFe为305为宜。 （5）大范围调节底气流量的高压复吹法 气量可调幅度对复吹关系重大，调气量范围大才能按钢种要求的供气模式供气。早期 的复吹法，也想加大后期熔池的搅拌程度，然而受前期化渣及元件可调气量幅度限制，气 量只能控制在约0.05m3(mint)水平上。直孔型透气砖、环缝式喷嘴、多微孔透气塞具 有气量可调幅度大(10倍)的优点，但若进一步增加调节幅度，在常压范围内仅凭改进元件 结构很难实现。1985 年，日本川崎公司开发出高压复吹技术LD KGC，供气压力高达4.05.0MPa，气量调节幅度达到0.0102Nm3(mint)，获得了20 倍的气体调节量。这样，即减小了元件尺寸并提高了畅通性，还可以按要求模式供气，降 低渣中的TFe，并可按喷溅预报调节大气量压喷。我国南京钢厂也开发成功气量范围达到0. 010.20m3(mint)的高压复吹方法(LDNGF)。 五、复吹转炉的冶金特征 顶吹转炉实践表明，它操作灵活，可以控制脱碳、脱硫反应同时进行，容易拉碳炼中 、高碳钢，熔渣氧化性高，成渣条件好；缺点是熔池搅拌差，熔池成分、温度不均匀性大 ，同时钢渣容易过氧化，容易产生喷溅和金属损失。底吹法熔池搅拌强烈，可以避免过氧 化，吹炼平稳，金属损失少，有利于炼低碳钢；缺点是成渣慢，若在吹炼中脱磷需喷石灰 粉。C0燃烧成C02数量少，废钢用量比LD法少。复吹法兼有这两者的优点，同时避免了两者 的缺点，因此其机能和适应性都增强了。图 1016 各种复吹方法的渣中全铁量范围 复吹法的主要冶金特征表现在以下方面： （1）炉渣氧化性明显降低。图10 16为各种复吹方法的渣中全铁量范围。复吹法炉渣氧化性介于纯顶吹和纯底吹之间。 （2）钢液中残锰量明显提高。 （3）熔池搅拌条件好，化渣快。 （4）脱碳、脱磷和脱硫反应非常接近平衡，有较高的磷和硫的分配系数。 （5）吹炼平衡、喷溅量少，金属收得率提高。第十一节 开新炉操作开新炉操作好坏对转炉炉衬寿命有很大影响。生产实践表明，新炉子炉衬的侵蚀速度 ，一般比炉子的中、后期要大得多，开新炉操作不当，还会发生炉衬塌落现象，严重影响 着炉衬寿命及各项技术经济指标。因此，对开新炉的要求是，在保证烘烤、烧结好炉衬的 基础上，同时要炼出合格的钢水。 一、开炉前准备及炉衬烧结过程 1开炉前的准备工作 为了顺利的炼好第一炉钢，在开炉前就要作好一切准备工作。开炉前应有专人负责对 转炉砌筑质量和系统设备做全面检查。 (1)认真检查炉衬的修砌质量，如果采用下修法时，要特别注意检查炉底与炉身接缝处 是否严密，否则开炉后容易发生漏钢事故。 (2)检查转炉倾动机构是否能正常倾动；氧枪升降机构是否能正常升降，氧枪提升事故 手柄应处于备用状态。有副枪的要检查副枪的升降、旋转和联接偶头等动作。 (3)检查散状料、合金料的各料仓及上料皮带机是否正常，开炉用料是否备好，检查其 加系统设备是否正常。 (4)确认炉下车辆是否正常，开动灵活，炉前、炉后挡火板、吹氩装置等设备运转是否 正常。 (5)检查烟气净化回收系统的风机、可调文氏管，汽化冷却设备等是否能够正常运行。 (6)检查供水系统、氧枪、水冷炉口、烟罩、炉前、炉后挡火板、烟气净化系统等所用 冷却水的压力和流量应符合要求，所有管路应畅通无阻塞。 (7)检查炉前所用的测试控制仪表工作正常可靠。 (8)炉前所用的各种工具及材料准备齐全。 在试车运转确认正常后，准备工作一切就绪，使设备处于运转或备用状态。 2炉衬的烧结过程。开新炉炉衬烧结的操作方法有多种，归纳后可分为炉衬预热烘烤和不预热烘烤两类。 国内转炉大多采用不预热烘烤的方法，即铁水 焦炭法。也有的采用全铁水正常吹炼。大型转炉多采用预热烘烤的方法。 (1)铁水焦炭烘炉法及焦炭烘炉法焦炭烘炉法 焦炭烘炉法，是在转炉兑铁水炼钢之前，首先用焦炭烘炉。一般先加入一部分焦炭引 燃，然后吹氧燃烧，在烘烤过程中所需要的焦炭由料仓经溜槽加入炉内，当炉衬烧结达到 要求时，再装入铁水炼钢。 采用焦炭烘炉操作时，主要应控制好氧压、枪位、底焦、批焦加入的数量及时间，炉 衬烘烤温度、烘烤时间等。 A氧压及枪高 氧压：开始烘炉点燃焦炭、待焦炭火焰上来后，并随炉温升高，氧压逐渐增大，这样 有利于炉衬快速烧结。 枪高：枪高时，氧流与焦炭层相遇，接触面积大，可使焦炭燃烧情况好，有利于炉衬 快速烧结。但是枪位过高时，可引起氧流冲刷炉衬，相反，过低又易引起氧流冲刷炉底， 甚至发生凹坑现象，使炉衬寿命降低。 B底焦及批焦的数量 焦炭是该法烘炉过程中唯一提供热量的来源，其数量的确定，应从满足炉衬烘烤过程 加热及升温速度、炉衬烧结厚度的需要。 底焦数量，应满足铺满炉底，并保持适当的厚度，以防止烘炉过程氧流直接冲刷炉底 ，产生凹坑现象。 批焦数量，通常按批焦间隔时间内在氧压及喷枪一定条件下，所能提供的氧量来确定 批焦重量，即此氧量所能燃烧