2.2.1转炉炼钢原理简介:
这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。把空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。 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、锰氧化电力线网络摄像机 () 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。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙,一起成为炉渣。
当磷于硫逐渐减少,火焰退落,炉口出现四氧化三铁的褐蒸汽时,表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风,并把转炉转到水平位置,把钢水倾至钢水包里,再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果空气是从炉低吹入,那就是低吹转炉。
2.2.2转炉冶炼的具体原理
『 (1)熔池元素氧化规律
Si的变化规律
开吹时[]大量氧化,并结合为(),随石灰溶解转变为稳定化合物()
Mn的变化规律
吹炼初期迅速氧化,中后期被[]还原,后期由于渣中氧化性提高,[]被再次氧化.
C的变化规律
熔池中氧与碳生成{}气泡上浮,[%]×[%]=m(常数0.002~0.0025),[]与[]成反比. 吹炼初期由于[]、[]的氧化,脱碳速度小,中期脱碳速度最快,后期[]浓度低,脱碳速度下降.
P的变化规律
低温、适宜的高碱度、高氧化性利于脱[P],吹炼前期应使石灰快速成渣,将()置换为()和()稳定化合物,使[P]去除.
S的变化规律
高温利于脱[],渣中() 活度大,利于脱[],但转炉渣的氧化性高,因此转炉的脱[]效率低.』[1]
(2)转炉中各种元素具体的反应机理
的变化规律
钢液中硅的氧化特点
在任何一种炼钢方法中,硅的氧化反应都进行得很激烈。因为硅是易氧化元素,在所有的杂质元素中,硅和氧的亲和力最大,硅的氧化产物是只溶于炉渣的酸性氧化物,它的分解压力比碳、锰、磷的氧化物分解压力都低,从而使得生成的很稳定。所以,硅极易被氧化,且氧化时放出大量的热量。
在氧气转炉中开吹几分钟内硅即被氧化完毕;
在超高功率电炉大量用氧的情况下,在熔化末期或氧化初期,硅几乎氧化完毕;
在普通电炉中熔化期硅将被氧化掉70%,少量的残余硅在氧化初期也能降低到最低限度;
硅的氧化反应的反应产物容易从反应区排出。
硅的氧化反应
(1)硅的氧化反应方程式
当金属炉料未被炉渣覆盖,或氧流直接吹入金属熔池时,炉料中的硅被气态氧直接氧化(1)
当炉渣形成后或金属液滴和气泡与渣接触时,硅的氧化主要在炉渣与金属界面上进行
(2)
金属液中的[Si]和[O]的反应
(3)
注意:硅的氧化都是较强的放热反应。
(2)硅的氧化产物是
Si氧化时产生的()起初与(大蒜剥皮器)结合生成硅酸铁():
(4)
在碱性渣炼钢操作中,随着石灰的逐渐熔化, () 中的FeO被强碱性的CaO所置换得到氧化产物硅酸钙:
(5)
硅酸钙(2CaO·SiO2)很稳定,所以在碱性炼钢操作中,冶炼前期Si几乎全部被氧化,不会再被还原。
硅的还原
在酸性炼钢操作中,当熔池温度升高到一定程度后,将发生硅的还原反应。
(6)
从反应式可看出,当有产生CO气泡核心的条件时,就有可能发生Si的还原反应。
影响硅的氧化和还原反应的因素
主要因素是温度、炉渣成分、金属液成分和炉气氧分压。
(1) 温度低有利于硅的氧化;
(2) 增加CaO、FeO含量,有利于硅的氧化。
(3) 金属液中增加硅元素含量,有利于硅的氧化;
(4) 炉气中氧分压越高,越有利于硅的氧化。
硅的氧化对冶炼的影响
(1)硅的氧化有利于保持或提高钢液的温度。
硅氧化是强放热反应。在转炉吹炼初期,由于硅大量氧化,熔池温度升高,进入碳氧化期。
在钢液脱氧过程中,由于含硅脱氧剂的氧化,可补偿一些钢包的散热损失。
(2)硅氧化反应的产物影响炉渣成分
SiO2降低了炉渣碱度,不利于钢液脱磷、脱硫,侵蚀炉衬耐火材料,降低炉渣氧化性,增加造渣的消耗。
Mn的变化规律
钢液中锰的氧化情况
锰的氧化反应也在冶炼初期进行的。锰的氧化激烈程度不及硅,锰被氧化成只溶于炉渣的弱碱性氧化物MnO,且其氧化过程所放出热较少,在电炉炼钢熔化期的料中锰约半数以上被氧化,而氧气转炉吹炼的铁水中约80%锰在开吹后几分钟被氧化掉了。
锰的氧化反应式
直接氧化
(7)
被钢液中的氧氧化
(8)
在炉渣―金属界面上的氧化多媒体控制器——锰氧化的主要反应
(9)
注意:锰的间接和直接氧化都是放热反应
渣中的锰被还原的反应式医用拉链
(10)
炼钢中Mn的氧化程度也取决于其氧化产物在渣中的存在状态,碱性渣炼钢操作中渣中存在大量强碱性氧化物(),而显弱碱性的氧化锰大部分故以自由的()存在,故的氧化不如氧化得彻底。
氧气转炉吹炼后期熔池温度升高还会发生Mn的还原。熔渣的碱度越高、()含量越底及池温越高,还原出的越多,在吹炼结束时钢液中残量(或“余锰”)就越高。
影响锰的氧化和还原反应的因素
主要因素有温度、炉渣和金属液成分、炉气氧分压。
(1)温度低有利于锰的氧化。
(2)炉渣碱度高,使()的活度提高,不利于锰的氧化。
(3)炉渣氧化性强,则有利于锰的氧化。
(4)炉气氧分压越高,越有利于锰的氧化。
锰的氧化对冶炼的影响
在转炉吹炼初期,锰氧化生成可帮助化渣,并减轻初期渣中对炉衬耐火材料的侵蚀。
锰的还原对冶炼的影响
在碱性转炉炼钢过程中,当脱碳反应激烈进行时,炉渣中()大量减少,温度升高,这样使钢液中[]回升,这就是产生所谓的锰还原。炼钢过程中,应尽量控制锰的氧化,以提高钢水残(余)锰量,发挥残锰的作用。
『案例:转炉锰矿直接合金化可行性研究
简介
锰矿直接合金化就是指直接用锰合金元素氧化物( 锰矿) 作为合金化添加剂, 加入炼钢转炉内,在一定的工艺条件下, 通过钢中元素或配加还原剂还原, 使锰矿中的锰在吹炼终点时尽可
能进入钢液, 从而达到合金化的目的。它与传统的使用铁合金方法相比, 可省去专门炼制铁合金的设备和能源消耗, 降低钢的合金化成本。同时, 使用较低品位的锰矿资源和废弃矿渣, 对资源的综合利用, 也具有十分重要的意义。近年来在此基础上发展起来的锰烧结矿直接合金化是一项创新技术, 目前只在国外较先进的冶金企业如新日铁、JFE、POSCO 等钢厂进行了试验, 在国内还未见报道。高压捕鼠器
(1)锰矿直接合金化原理
锰矿还原原理
锰矿中锰的存在形式随产地而不同, 主要有矿,矿,矿,、混合矿等。锰的低价氧化物较高价氧化物稳定, 把锰矿加入到转炉内, 随着温度的升高和炉内还原性气氛增加, 锰的高价氧化物逐级分解和被还原成低价。由于在高温下很稳定,不易分解, 也不能被还原; 在转炉内不加入其他还原剂的情况下, MnO 只能被[] 还原, 还原产物为锰和碳化锰 。
(11)
(12)
( 11) 式初始反应温度为1 420 ℃, (12) 式初始反应温度为1 226℃。可见( 12) 式开始反应温度低, 较( 11) 式更易进行。由于成的同样溶解于钢中, 故也增加钢中的锰含量。
(2)影响锰矿还原效果的主要因素
终点[] 对锰收得率的影响
由( 11)、( 12) 式看出, 提高终点[] 含量有利于提高锰的收得率。锰矿还原试验表明: 当[] <0. 08%时, 锰的还原程度受控于碳, 此时锰矿不能充分还原, 锰的收得率较低。
渣中() 对锰收得率的影响钢中残锰可用反应式表示为:
(13)
规划沙盘( 13) 式表明, 随着() 含量增加, 会加速[] 氧化, 使锰的收得率降低。
渣量对锰收得率的影响
在碱度相同的情况下, 渣量与收得率成反比,即渣量越大, 锰的收得率越低。因此, 实施少渣炼钢再配加锰矿合金化, 是降低消耗、提高锰收得率的有效途径。
』 [2]
碳的氧化
碳氧反应的意义
碳氧反应是炼钢过程中最重要的一个反应。一方面,把钢液中的碳含量降到了所炼钢种的规格范围内。另一方面,碳氧反应时产生的大量CO气泡从熔池中逸出时,引起熔池的 剧烈沸腾和搅拌,对炼钢过程起到了极为重要的作用,具体如下:
(1)加速了熔池内各种物理化学反应的进行;
(2)强化了传热过程;
(3)CO气泡的上浮有利于钢中气体[H]、[N]和非金属夹杂物的去除;
(4)促进了钢液和熔渣温度和成分的均匀,并大大加速成渣过程;
(5)大量的CO气泡通过渣层,有利于形成泡沫渣。
碳的氧化反应
氧气流股与金属液间的C—O反应
在氧气炼钢中,金属中一少部分碳可以受到直接氧化。
[C] + {O2} = {CO} +136000J
该反应放出大量的热,是转炉炼钢的重要热源。在氧射流的冲击区,氧气流股直接作用于钢液,发生此类反应。流股中的气体氧与钢液中的碳原子直接接触,反应生成气体产物一氧化碳,脱碳速度受供氧强度的直接影响,供氧强度越大,脱碳速度越快。
金属熔池内部的C—O反应
金属熔池中大部分的碳是同溶解在金属中的氧相作用而被间接氧化。
[C] + [O] = {CO}
该反应微弱放热反应,温度降低有利于反应的进行。在转炉和电炉炼钢吹氧脱碳时,气体氧会使熔池内的铁原子大量氧化成(Fe0), 或由加入矿石或氧化铁皮在钢、渣界面上还原形成(Fe0), 然后(FeO)扩散并溶解于钢中,钢中[C]溶解的[O]发生作用。
金属液与渣液界面的C—O反应
当渣中(FeO)含量较高时,渣中的(FeO),一方面会向钢液中扩散,发生第二类反应,另一方面也会直接发生界面反应,如下:
[C] +(FeO)= {CO} + [Fe]
的变化规律
在钢中磷是以[]或[]形式存在,为方便起见,均用[] 表示。