3 頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉工藝
3-1 裝入制度包括哪些內(nèi)容?
裝入制度是確定轉(zhuǎn)爐合理的裝入量，合適的鐵水廢鋼比。轉(zhuǎn)爐的裝入量是指主原料即鐵水和廢鋼的裝入數(shù)量。
3-2 什么是轉(zhuǎn)爐的爐容比，影響轉(zhuǎn)爐爐容比的因素有哪些?
新轉(zhuǎn)爐砌磚完成后的容積稱(chēng)為轉(zhuǎn)爐的工作容積，也稱(chēng)有效容積，以“V”表示，公稱(chēng)噸位用“T”表示，兩者之比值“V／T”稱(chēng)之為爐容比，單位為(m3／t)。一定公稱(chēng)噸位的轉(zhuǎn)爐，都有一個(gè)合適的爐容比，即保證爐內(nèi)有足夠的冶煉空間，從而能獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和勞動(dòng)條件。爐容比過(guò)大，會(huì)增加設(shè)備重量、廠房高度和耐火材料消耗量，因而使整個(gè)車(chē)間的費(fèi)用增加，成本提高，對(duì)鋼的質(zhì)量也有不良影響；而爐容比過(guò)小，爐內(nèi)沒(méi)有足夠的反應(yīng)空間，勢(shì)必引起噴濺，對(duì)爐襯的沖刷加劇，操作惡化，導(dǎo)致金屬消耗增高，爐襯壽命降低，不利于提高生產(chǎn)率。因此在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)保持設(shè)計(jì)時(shí)確定的爐容比。影響爐容比的因素有：
(1)鐵水比和鐵水成分。隨著鐵水比和鐵水中Si、P、S含量增加，爐容比應(yīng)相應(yīng)增大。若采用鐵水預(yù)處理工藝時(shí)，可以小些。
(2)供氧強(qiáng)度。供氧強(qiáng)度增大時(shí)，脫碳速度較快，為了不引起噴濺就要保證有足夠的反應(yīng)空間，爐容比應(yīng)增大些。
(3)冷卻劑的種類(lèi)。若使用以鐵礦石或氧化鐵皮為主的冷卻劑，成渣量大，爐容比也需相應(yīng)增大些；若使用以廢鋼為主的冷卻劑，成渣量小，則爐容比可適當(dāng)小些。
爐容比還與氧槍噴嘴的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
轉(zhuǎn)爐的爐容比一般在0.85～1.0m3／t，為減少?lài)姙R，爐容比應(yīng)不低于0.90m3／t。
3-3 確定裝入量的原則是什么?
在確定合理的裝入量時(shí)，除了考慮轉(zhuǎn)爐要有一個(gè)合適的爐容比外，還應(yīng)保持合適的熔池深度。以保證爐底不受氧氣射流的沖聲，熔池深度必須超過(guò)氧流對(duì)熔池的最大穿透深度。
對(duì)于模鑄工藝，裝入量還應(yīng)與錠型相配合。裝入量減去吹損及澆注必要損失后的鋼水量，應(yīng)是各種錠型的整數(shù)倍，盡量減少注余。
對(duì)連鑄車(chē)間，轉(zhuǎn)爐裝入量可根據(jù)實(shí)際情況在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。
此外，確定裝入量時(shí)，既要考慮發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備潛力，又要防止片面不顧實(shí)際的盲目超裝，以免造成事故和浪費(fèi)。
3-4 生產(chǎn)中應(yīng)用的裝入制度有哪幾種類(lèi)型，各有什么特點(diǎn)？
氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的裝入制度有：定量裝入制度、分階段定量裝入制度和定深裝入制度。其中定深裝入制度是每爐裝入量均使熔池深度保持不變，由于生產(chǎn)組織的制約，實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)。
(1)定量裝入制度。在整個(gè)爐役期間，每爐的裝入量保持不變。這種裝入制度的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)揮了設(shè)備的最大潛力，生產(chǎn)組織、操作穩(wěn)定，有利于實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)控制。但爐役前期熔池深、后期熔池變淺，只適合大、中型轉(zhuǎn)爐。國(guó)內(nèi)外大型轉(zhuǎn)爐已廣泛采用定量裝入制度。
(2)分階段定量裝入制度。在一個(gè)爐役期間，按爐膛擴(kuò)大的程度劃分為幾個(gè)階段，每個(gè)階段為定量裝入。這樣既大體上保持了整個(gè)爐役中具有比較合適的爐容比和熔池深度，又保持了各個(gè)階段中裝入量的相對(duì)穩(wěn)定；既能增加裝入量，又便于組織生產(chǎn)。這是適應(yīng)性較強(qiáng)的一種裝入制度。我國(guó)各中、小型轉(zhuǎn)爐普遍采用這種裝入制度。
3-5 供氧制度包括哪些內(nèi)容，它有什么重要性?
供氧制度的主要內(nèi)容包括確定合理的噴頭結(jié)構(gòu)、供氧強(qiáng)度、氧壓和槍位控制。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的供氧制度是使氧氣射流最合理地供給熔池，創(chuàng)造良好的物理化學(xué)反應(yīng)條件。它是控制整個(gè)吹煉過(guò)程的中心環(huán)節(jié)，直接影響吹煉效果和鋼的質(zhì)量。供氧是保證雜質(zhì)去除速度、熔池升溫速度、造渣速度、控制噴濺和去除鋼中氣體與夾雜物的關(guān)鍵操作。此外，它還關(guān)系終點(diǎn)碳和溫度的控制以及爐襯壽命；對(duì)轉(zhuǎn)爐強(qiáng)化冶煉、擴(kuò)大鋼的品種和提高質(zhì)量也有重要影響。
3-6 什么是拉瓦爾型噴頭，它有什么特點(diǎn)?
拉瓦爾噴頭是收縮—擴(kuò)張型噴孔，當(dāng)出口氧壓與進(jìn)口氧壓之比p出/pO<0.528時(shí)才能夠形成超音速射流。在拉瓦爾噴頭中，氣流在喉口處速度等于音速，在出口處達(dá)到超音速。
由于氧氣是可壓縮流體，當(dāng)高壓低速氧氣流經(jīng)拉瓦爾管收縮段時(shí)，氧流速度提高，在到達(dá)音速時(shí)若繼續(xù)縮小管徑，氧流速度并不再增高，只會(huì)造成氧氣密度增大；此時(shí)要繼續(xù)提高氧流速度，只能設(shè)法增大管徑，使其產(chǎn)生絕熱膨脹過(guò)程，氧壓降低，密度減小、體積膨脹。當(dāng)氧壓與外界氣壓相等時(shí)，就可以獲得超音速的氧射流，壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。擴(kuò)大管徑。拉瓦爾型噴頭能夠把壓力能(勢(shì)能)最大限度地轉(zhuǎn)換成速度能(動(dòng)能)，并能獲得比較穩(wěn)定的超音速射流，在相同射流穿透深度的情況下，它的槍位可以高些，這就有利于改善氧槍的工作條件和煉鋼的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，因此拉瓦爾型噴頭被廣泛應(yīng)用。
3-7 氧氣自由射流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是怎樣的?
氣體從噴孔向無(wú)限大的空間噴出后，噴出氣體與空間氣體的物理性質(zhì)相同時(shí)，所形成的氣流稱(chēng)為自由射流或自由流股。
氧氣從噴孔噴出后，形成超音速射流。從噴孔噴出的氧氣射流，在一段長(zhǎng)度內(nèi)其流速不變?yōu)榈人俣?。由于射流邊緣與周?chē)橘|(zhì)氣體發(fā)生摩擦，卷入部分介質(zhì)氣體并與之混合而減速；隨著射流向前運(yùn)動(dòng)，到達(dá)一定距離后，射流中心軸線(xiàn)上的某一點(diǎn)速度等于音速，即馬赫數(shù)Ma=1，在這點(diǎn)以前的區(qū)域，包括等速段，稱(chēng)為射流的超音速核心段，又稱(chēng)為首段。首段長(zhǎng)度大約是噴孔出口直徑的6倍。此點(diǎn)以后的區(qū)域，氧流的速度低于音速，稱(chēng)為亞音速射流段，又稱(chēng)為尾段。當(dāng)射流截面上的速度與周?chē)橘|(zhì)一樣時(shí)，射流就沉沒(méi)在周?chē)橘|(zhì)之中。在超音速區(qū)域內(nèi)，等速段以后射流周?chē)衼喴羲贇饬?，射流的擴(kuò)張角較小，為10°～12°；亞音速區(qū)域內(nèi)無(wú)超音速氣流，射流的擴(kuò)張角較大，為22°～26°。
超音速核心段的長(zhǎng)度一般隨出口馬赫數(shù)成正比例增加。超音速核心段的長(zhǎng)度是決定氧槍高度的基礎(chǔ)，也關(guān)系到射流對(duì)熔池的沖擊能量。
高速氧氣從噴孔噴出后，形成的射流與周?chē)臍怏w相接觸，由于射流內(nèi)氣體的靜壓低于外界靜止氣體的壓強(qiáng)，周?chē)臍怏w被卷入。距噴孔出口的距離越遠(yuǎn)，被卷入的氣體數(shù)量越多。因此射流的流量不斷增加，橫截面不斷擴(kuò)大，同時(shí)流速不斷降低，此現(xiàn)象稱(chēng)做射流的衰減。在同一橫截面上速度的分布特點(diǎn)是射流中心軸線(xiàn)上的速度最大，離中心軸線(xiàn)越遠(yuǎn)，各點(diǎn)的速度逐漸降低一直到零。在速度等于零的部位是射流的界面。射流中心速度的減小速率也稱(chēng)射流的衰減率，射流截面直徑增大速率也稱(chēng)射流擴(kuò)展率，這兩個(gè)參數(shù)是自由射流的基本特征。
3-8多孔噴頭氧氣射流運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)?
從多孔噴頭噴出的氧氣流是多股的，增加了與熔池的接觸面積，使氧氣逸出更均勻，吹煉過(guò)程更平穩(wěn)。多孔噴頭的每一股氧流在與其他各股氧流相匯交之前，保持著自由射流的特性。當(dāng)各股氧流開(kāi)始相交后，就有了動(dòng)量的交換，相互混合，這種混合從射流的邊緣逐漸向中心軸線(xiàn)發(fā)展，各單股氧流所具有的自由射流特性逐漸消失。如果多股氧流在匯合前就與熔池液面相接觸，對(duì)熔池的沖擊力減小，沖擊面積增大，槍位操作穩(wěn)定，利于吹煉。
多股氧流是從其內(nèi)側(cè)開(kāi)始混合的，混合后的射流內(nèi)側(cè)邊緣卷入周?chē)橘|(zhì)氣體的數(shù)量比外側(cè)少，內(nèi)側(cè)氧流速度降低慢，外側(cè)氧流速度降低快，于是每股氧流的最大速度點(diǎn)就偏離了氧流的幾何中心軸線(xiàn)位置，偏向氧槍的軸線(xiàn)。這樣就出現(xiàn)了各股氧流的軸線(xiàn)逐漸向氧槍中心線(xiàn)靠攏的趨勢(shì)。
若噴孔與中心線(xiàn)夾角過(guò)小，多股氧射流過(guò)早匯合，就與單個(gè)自由射流一樣，減小了對(duì)熔池的沖擊面積，對(duì)吹煉不利。因此在設(shè)計(jì)多孔噴頭時(shí)，要合理選擇每個(gè)拉瓦爾噴孔與氧槍中心軸線(xiàn)的夾角，保證各股氧流在到達(dá)熔池液面以前，基本上不匯合，這樣就能充分發(fā)揮多孔噴頭的優(yōu)越性。
多孔噴頭有三孔、四孔、五孔、六孔、七孔、甚至八孔等類(lèi)型。小型轉(zhuǎn)爐使用三孔拉瓦爾噴頭；而中型和大型轉(zhuǎn)爐普遍采用四孔、五孔及五孔以上噴頭。與單孔噴頭相比，多孔噴頭有許多突出優(yōu)點(diǎn)：如可以提高供氧強(qiáng)度和冶煉強(qiáng)度，可以增大沖擊面積，利于成渣，操作平穩(wěn)不易噴濺。但是，多孔噴頭端面的中心區(qū)域(俗稱(chēng)鼻子尖部位)冷卻效果較差，吹煉過(guò)程中該區(qū)域氣壓較低，鋼液和熔渣易被吸入并黏附到噴頭上而被燒壞。為了加強(qiáng)這個(gè)區(qū)域的冷卻，采用中心水冷鑄造噴頭，可延長(zhǎng)多孔噴頭的使用壽命。
鍛壓組合式氧槍噴頭能有效地改善噴孔之間的冷卻效果，提高噴頭壽命。
3-9 什么是氧氣流量，確定氧氣流量的依據(jù)是什么?
氧氣流量(Q)是指在單位時(shí)間(t)內(nèi)向熔池供氧的數(shù)量(體積)V，常用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積(標(biāo)態(tài))量度，其單位是m3/min或m3/h。氧氣流量是根據(jù)吹煉每噸金屬料所需要的氧氣量、金屬裝入量、供氧時(shí)間等因素確定的。
氧流量過(guò)大，就會(huì)使化渣、脫碳失去平衡，造成噴濺。氧流量過(guò)小，會(huì)延長(zhǎng)吹煉時(shí)間，降低生產(chǎn)率。對(duì)于一定的原料成分、造渣工藝及供氧制度，應(yīng)根據(jù)冶煉實(shí)踐總結(jié)出氧流量最佳控制范圍。
3-10 什么是供氧強(qiáng)度，確定供氧強(qiáng)度的依據(jù)是什么?
供氧強(qiáng)度是單位時(shí)間內(nèi)每噸鋼的氧耗量，它的單位(標(biāo)態(tài))是Nm3/(t•min)，可由下式確定：
供氧強(qiáng)度的大小應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)爐的公稱(chēng)噸位、爐容比來(lái)確定。供氧強(qiáng)度過(guò)大，會(huì)造成嚴(yán)重的噴濺，供氧強(qiáng)度過(guò)小延長(zhǎng)吹煉時(shí)間。通常在不產(chǎn)生噴濺的情況下，盡可能采用較大的供氧強(qiáng)度。目前國(guó)內(nèi)中、小型轉(zhuǎn)爐的供氧強(qiáng)度(標(biāo)態(tài))為2.5～4.5 Nm3/(t•min)，大于120t轉(zhuǎn)爐的供氧強(qiáng)度(標(biāo)態(tài))為2.8～3.6 Nm3/(t•min)；國(guó)外轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度(標(biāo)態(tài))波動(dòng)在2.5～4.0 Nm3/(t•min)之間。
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