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自贝塞麦发明酸性空气底吹转炉炼钢法起,开始了转炉大量生产钢水的历史,如图3所示。上世纪50年代用氧气代替空气炼钢是炼钢史上的一次重大变革,70年代出现的氧气底吹转炉和顶吹复合转炉,是氧气转炉在发展和完善通路上取得的丰硕成果,如图4所示。
一、吹炼过程元素氧化规律
(一)炉钢吹炼过程和元素的氧化规律
1)冶炼过程概述
从装料到出钢,倒渣,转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧出钢、溅渣护炉和倒渣几个阶段,如图5所示。一炉钢的吹氧时间通常为12-18min,冶炼周期为30min左右。
上炉钢出完钢后,倒净炉渣,堵出钢口,兑铁水和加废钢,降枪供氧,开始吹炼。在送氧开吹的同时,加入第一批渣料,加入量相当于全炉总渣量的三分之二,开吹4-6分钟后,第一批渣料化好,再加入第二批渣料。如果炉内化渣不好,则许加入第三批萤石渣料。吹炼过程中的供氧强度:
小型转炉为2.5-4.5m3(t?min);120t以上的转炉一般为2.8-3.6m3(t?min)。
◆开吹时氧枪枪位采用高枪位,目前是为了早化渣,多去磷,保护炉衬;
◆在吹炼过程中适当降低枪位的保证炉渣不“返干”,不喷溅,快速脱碳与脱硫,熔池均匀升温为原则;
◆在吹炼末期要降枪,主要目的是熔池钢水成分和温度均匀,加强熔池搅拌,稳定火焰,便于判断终点,同时使降低渣中fe含量,减少铁损,达到溅渣的要求。
◆当吹炼到所炼钢种要求的终点碳范围时,即停吹,倒炉取样,测定钢水温度,取样快速分析[c]、[s]、[p]的含量,当温度和成分符合要求时,就出钢。
◆当钢水流出总量的四分之一时,向钢包中的脱氧合金化剂,进行脱氧,合金化,由此一炉钢冶炼完毕。
(1)硅的氧化规律
在吹炼初期,铁水中的[si]和氧的亲和力大,而且[si]氧化反应为放热反应,低温下有利于此反应的进行,因此,[si]在吹炼初期就大量氧化。
[si]+o2=(sio2)(氧气直接氧化)
[si]+2[o]=(sio2)(熔池内反应)
[si]+(feo)=(sio2)+2[fe](界面反应)
2(feo)+(sio2)=(2feo?sio2)
随着吹炼的进行石灰逐渐溶解,2feo?sio2转变为2cao?sio2,即sio2与cao牢固的结合为稳定的化合物,sio2活度很低,在碱性渣中feo的活度较高,这样不仅使[si]被氧化到很低程度,而且在碳剧烈氧化时,也不会被还原,即使温度超过1530c,[c]与[o]的亲和力也超过[si]与[o]的亲和力,终因(cao)与(sio2)结合为稳定的2cao?sio2,[c]也不能还原(sio2)。
硅的氧化对熔池温度,熔渣碱度和其他元素的氧化产生影响:
?[si]氧化可使熔池温度升高;
?[si]氧化后生成(sio2),降低熔渣碱度,熔渣碱度影响脱磷,脱硫;
?熔池中[c]的氧化反应只有到[%si]
影响硅氧化规律的主要因素:[si]与[o]的亲和力,熔池温度,熔渣碱度和feo活度。
(2)锰的氧化规律
在吹炼初期,[mn]也迅速氧化,但不如[si]氧化的快。其反应式可表示为:
[mn]+[o]=(mno)(熔池内反应)
[mn]+[o2]=(mno)(氧气直接氧化反应)
[mn]+(feo)=(mno)+[fe](界面反应)
(sio2)+(mno)=mno?sio2
余锰或残锰:
锰的氧化产物是碱性氧化物,在吹炼前期形成(mno?sio2)。但随着吹炼的进行和渣中cao含量的增加,会发生
(mno?sio2)+2(cao)=(2cao?sio2)+(mno)
(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)+[mn]
吹炼终了时,钢中的锰含量也称余锰或残锰。残锰高,可以降低钢中硫的危害,但冶炼工业纯铁,则要求残锰越低越好。
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