转炉炼钢工艺.ppt

项目二：转炉炼钢工艺,,,,任务四：物料平衡与热平衡,任务三：顶底复合吹炼技术,任务二：氧气顶吹转炉炼钢工艺制度,任务一：炼钢用原料的识别,相关知识介绍,载体：合格钢水的冶炼,,,,,,,任务五：常见钢种的冶炼,项目二：转炉炼钢工艺载体：合格钢水的冶炼,相关知识：炼钢基本知识介绍,教学目标：1熟悉炼钢的任务及为完成任务所采取的措施；2、熟悉顶吹供氧射流的运动特征及其对炼钢工艺参数确定的影响、底吹射流对熔池的作用及对氧气转炉炼钢工艺的影响；3、熟悉熔池发生的变化及氧射流与熔池相互作用对炼钢工艺参数的影响的技能；,4、熟悉氧气转炉吹炼过程中金属液成分Si、Mn、C、P、S的变化规律及发生的反应；熔渣成分、熔池温度的变化情况；氧气转炉一炉钢吹炼过程中分为的阶段及各阶段的任务；5、掌握氧气转炉吹炼过程中基本特征；熟练掌握根据火焰特征，判断熔池反应的进程、熔池出现的状况的技能，确保冶炼的正常进行；6、掌握转炉冶炼过程中钢水温度、钢水成分的判断方法技能，以便调整熔池温度、成分，以助准确判断终点,,,,单元5： 2-5 转炉冶炼的基本判断方法,单元4：2-4 转炉冶炼的基本特征,单元3：2-3 氧气转炉冶炼的基本反应,单元2：2-2 气体射流与熔池的相互作用,单元1： 2-1 炼钢的基本任务,相关知识介绍：2氧气转炉炼钢的基础知识,氧气转炉炼钢的基础知识,,钢与生铁的比较,,观看录像2-1,,2-1：炼钢的任务,2-1：炼钢的任务,去除杂质调整钢的成分浇注成内外部质量好的铸坯,炼钢的基本方法,平炉炼钢（已淘汰）转炉炼钢电炉炼钢,观看录像2-2,,各种精炼炉的炼钢效率1- 碱性转炉炼钢法，2- 纯氧顶吹转炉炼钢法；3- 氧气侧吹转炉炼钢法，4- 平炉（氧气使用量10～40Nm3／t）， 5- 电炉，6- 平炉,与平炉、电炉炼钢法相比，氧气转炉炼钢法具有生产率高、钢中气体含量低、钢的质量好等特点。

顶吹氧气转炉炼钢法的小时产钢量为平炉炼钢法的6～8倍，是效率极高的炼钢方法转炉炼钢技术的发展,1855年，英国亨利.贝塞麦(Bessemer)发明酸性空气底吹转炉 1878年，英国人S.G.Thomas发明碱性空气底吹转炉 1952年，奥地利林茨（Linz）投产30t碱性氧气顶吹转炉 1953年，多那维茨（Donawitz）投产30t碱性氧气顶吹转炉 命名为LD氧气顶吹转炉炼钢法1967年，原联邦德国和法国建成氧气底吹转（OBM） 1974年，英国首先在1.25t顶底复合吹炼转炉炼钢 1975年，法国和卢森堡合作在65t顶底复合吹炼转炉炼钢 1977年，卢森堡阿尔卑德公司和德国钢铁研究院共同开发出顶吹氧、底吹惰性气体的复合吹炼技术，即LD-LBE技术,装料（补炉）,,供氧,造渣,温度控制,,,,脱氧合金化,,装入制度,供氧制度,,,,,,,造渣制度,,温度制度,,脱氧合金化制度,炼钢过程,2-2：气体射流与熔池的相互作用,本学习单元任务：学习顶吹供氧射流的运动特征并能应用其确定炼钢工艺参数---枪位,观看录像2-3,枪位在炼钢中的作用,供氧是炼钢过程的必需环节，供氧的设备是氧枪，在冶炼过程中枪位不同，转炉内的反应状况也不同，因此对枪位和供氧强度有要求。

枪位和供氧强度与在熔池内的射流有关 2-2：气体射流与熔池的相互作用,射流是指高压气体从喷嘴喷出后所形成的定向流股顶吹氧气转炉是将高压、高纯度（含O2 99.5％以上）的氧气通过水冷氧枪，以一定距离（喷头到熔池面的距离约为1～3米）从熔池上面吹入的为了使氧流有足够的能力穿入熔池，使用拉瓦尔型多孔喷头，氧气的使用压力0.8~1.2MPa，氧流出口速度可达500m•s-1左右2-2-1、顶吹供氧射流,2-2-1-1、自由流股的运动规律,气体从喷嘴向无限大的空间喷出后，空间内气体的物理性质与喷嘴喷出的气流的物理性质相同，这时喷出气体形成的气流,氧气从喷嘴喷出后，形成超音速流股从喷嘴喷出的氧气流股，在一段长度内其流速不变，叫等速段由于流股边缘与周围介质气体发生摩擦，卷入部分气体并与之混合而减速，随着流股向前运动，达到一定距离后，流股中心轴线上的某一点速度达到音速，即马赫数Ma=1，这点以前的区域，包括等速段，称为流股的超音速核心段，又称为首段（其长度大约是喷嘴出口直径的6倍）此点以后的区域，气流的速度低于音速，称为亚音速气流段，又称为尾段在超音速区域内，流股的扩张角较小，为100～120，亚音速区域流股的扩张角一般为220～260。

气体的流动速度与当地的音速之比,,与氧气转炉炼钢工艺参数确定的关联：超音速核心段的长度一般随出口马赫数Ma成比例增加超音速核心段的长度是决定氧枪操作高度的基础，也关系到流股对熔池的冲击能量在生产中希望铁水到达液面的氧气流股具有超音速或音速的射流2-2-1-2 转炉炉膛内氧气射流的特征,氧枪经常在出口马赫数远大于1的条件下工作在转炉炉膛内，氧气射流遭到与射流运动方向相反，以CO为主的相遇气流的作用，使射流的衰减加速氧气射流在转炉炉膛内向下流动的过程中，将从周围抽吸烟尘、金属滴和渣滴等比重很大的质点，使射流的速度降低，扩张角减小转炉炉膛内的氧气射流，其初始温度比周围介质的温度低得多，当射流与从周围抽吸的高温介质混合时，射流被加热 冷态实验表明，多孔喷头与单孔喷头的射流流动状况有重要区别 氧枪出口处的氧气射流，其密度显著大于周围气相介质的密度，这应有利于射程的增大转炉炉膛内氧气射流的特征,非等温反向流超音速轴对称,,湍流射流,射流是在周围1600℃多度的高温炉气中推进的，温差很大,是指氧气顶吹转炉中，高温炉气向上运动，氧射流逆着炉气运动方向向下运动，这种射流射入运动着的流体介质中的运动情况，叫作具有伴随流的射流运动。

动量传输—射流质点可以滑向运动到边界以外的介质中去，把自己的动量传给周围介质的质点并且带动其前进传质—射流质点逸出边界进入周围介质，介质质点则渗进射流2-2-1-3 、射流状态,A单孔喷头的射流状态高压氧射流由喷头喷出后的运动示意图,,,高压氧射流由喷头喷出后的运动规律 氧射流由喷头喷出后，在向前运动时，吸收了炉内气体，导致氧射流流量不断增加，流股各截面速度逐渐变小，边缘速度比中间降低得快，截面逐渐扩大由于动压头与速度平方成正比，故射流动压头也逐渐降低射流的状态与炼钢工艺参数的关系,,当供氧压力一定时，若喷头距液面较近，则对液面的冲击力较大，接触面积较小相反，若喷嘴距液面较远，则对液面的冲击力减小，接触面积增大如果喷头至液面距离一定时，供氧压力增大则氧射流动压头增大，对金属液面的冲击力也增大，接触面积减小B多孔喷头的射流状态,多孔喷头的设计思想：增大流量，分散射流，增加流股与熔池液面的接触面积，使气体逸出更均匀，吹炼更平稳然而，多孔喷头与单孔喷头的射流流动状态有重要差别，在总的喷出量相同的情况下，多孔喷头射流的速度衰减要快些，射程要短些，几股射流之间还存在相互影响,多孔喷头的单孔轴线速度衰减,,多孔喷头中的单孔轴线速度衰减规律与单孔喷头的衰减规律是相似的，只是速度衰减更快一些。

多孔喷头速度分布：,,喷头无中心孔的速度分布,,,喷头有中心孔的速度分布,多孔喷头速度分布：多孔喷头的速度分布是非对称的，它受喷孔布置的影响若喷头中心有孔时，其流股速度的最大值在氧枪中心线上；若喷头中心没有孔时，其流股速度的最大值不在中心线上,,,三孔喷头射流的截面压力分布(105Pa),四孔喷头射流的截面速度分布,中心区域各射流围成的中心区域的压力下降，介质流速增大，从而倾向于各射流互相牵引靠近喷头中心线二侧速度明显偏高，压力明显偏低2-2-2 、底吹供气的射流,底吹气体射流定位：气体从炉底吹入熔池属于浸没式射流运动，当气体通过浸没喷嘴流出时，气体在熔池中既可以形成气泡，也可以形成射流鼓泡：在气体流量小时，气体在喷嘴出口扩大而形成气泡，气泡长大到一定大小后则脱离孔口上浮，他们定义这种现象为鼓泡 射流：射流在流量达到某一临界值以上时，气流在孔口处不扩大，而是在孔口上形成连续的气体射流进入液体中，他们定义这种现象为浸没射流浸没射流：在流量达到某一临界值以上时，气流在孔口处不扩大，而是在孔口上形成连续的气体射流进入液体中，他们定义这种现象为浸没射流根据鼓泡和射流所占的时间比例，依据流量计算出表观马赫数，得出这三者之间的关系,,,图示关系,数学关联式,与炼钢工艺参数确定的关联：枪位、供氧强度方面分析,2-2-3 、氧射流与熔池的相互作用,,,,2-2-3-1氧射流与熔池的物理作用,氧射流通过高温炉气冲击金属熔池，引起熔池内金属液的运动，起到机械搅拌作用。

搅拌作用强且均匀，则化学反应快，冶炼过程平稳，冶炼效率高搅拌作用的强弱和均匀程度与氧射流对熔池的冲击状况与熔池运动情况有关一般以熔池中产生的凹坑深度（冲击深度）和凹坑面积（冲击面积）来衡量A、凹坑的形成 氧射流冲击在熔池表面上，当这个冲击力大于维持液面静平衡状态的炉内压力时，就会把铁水挤开而形成凹坑凹坑的特点：主要成分FeO（可达85～98％）,a.冲击深度（h）定义：凹坑的最底点到熔池表面的距离称之为冲击深度佛林经验公式如下（适用于单孔喷头、多孔喷头应作修正）：,,冲击深度与炼钢过程的关系,在转炉冶炼中，希望氧射流对熔池有一定的冲击深度，这样才能保证良好的氧气利用率和脱碳速度实践证明，对冲击深度与熔池深度H池之比有一定的要求当h/H池小于0.2时，氧气利用率和脱碳速度大为降低；当h/H池大于0.7时，有可能冲坏炉底h/H池等于0.5时，可获得良好的技术经济指标b、冲击面积在冶炼过程中，一般把氧射流与静止熔池接触时的流股截面积称为冲击面积 有效冲击面积 有效冲击面积的计算比较困难，尚无精确的计算公式熔池内全属液在氧射流作用下的运动过程,,B熔池内全属液在氧射流作用下的运动过程,牵引作用氧射流冲击熔池液面后，使其形成凹坑，凹坑中心部分被吹入气流所占据，排出气体沿坑壁流出，排出的气流层一方面与吹入气流的边界相接触，另一方面与凹坑壁相接触。

由于排出气体的速度比较大，因此对凹坑壁面有一种搅拌作用这样就会使邻近凹坑的液体层获得一定速度，沿坑底流向四周，随后沿坑壁向上和向外运动往往沿凹坑周界形成一个“凸肩”，然后在熔池上层内继续向四周流动从凹坑内流出的铁水，为达到平衡必须由四周给予补充，于是就引起熔池内液体运动，其总趋势是朝向凹坑，这样熔池内铁水就形成了以射流滞止点为中心的环状流，起到对熔池的枪位的确定,,熔池循环运动状况,,,使用单孔喷枪时,使用多孔喷枪时,结论,在氧气射流与熔池相遇处，按非弹性体的碰撞进行研究，射流的动能主要消耗于非弹性碰撞的能量损失（约占70～80％）和克服浮力的能量损失（约占5～10％）；用干搅动熔池的能量仅占20％因此只靠氧射流约20％的能量搅动熔池，搅拌强度显然是不足的这可由顶吹氧气转炉吹炼低碳钢的末期，脱碳速度比底吹氧气转炉慢得多，而且熔池成分和温度不均匀的现象来说明因此顶吹氧气转炉熔池搅动的能量主要是由吹炼过程中脱碳反应产生的CO气体从熔池排出的上浮力提供的（忽略金属液各部分因成分和温度不同所引起的密度不同产生的对流）当然，脱碳反应速度及其反应的均匀性也和氧气射流与熔池的作用情况密切相关例如减小氧气射流的穿透深度而增大冲击面积，可使CO气体沿熔池横断面分散析出；同样增多喷孔数和增大喷孔倾角，能使CO气体呈多股形式在不同的地点分散析出，因而显著改善熔池中液体循环的速度场。

所以合理的喷头设计及供氧制度为氧气射流与熔池间的物理和化学作用创造最良好的条件炼钢生产实际中根据枪位的变化情况氧枪操作模式比较,软吹—“软吹”时，射流将液面冲击成表面光滑的浅凹坑，氧气流股沿着凹坑的表面反射并流散，熔池搅拌不强烈硬吹－即枪位低或氧位高的氧枪操作模式， “硬吹”时，射流具有较大的冲击深度，射流边沿部分会发生反射和液体飞溅，而射流的主要部分则深深低穿透在熔池中，在这种情况下，射流卷吸周围的液体，并把它破碎成小液滴，然后这些小液滴又被氧射流带动向下运动整个熔池处于强烈的搅拌状况整个熔池处于强烈的搅拌运动，环流较强后吹-在生产中将终点碳在0.07～0.10％之间，由于种种原因仍需继续进行的吹炼，叫做后吹，也叫低吹此时吹入的氧气主要氧化钢液中的铁元素，钢液中的含氧量开始急剧增加,。