转炉吹炼过程中各元素的氧化过程及特征

转炉吹炼过程中各元素的氧化过程及特征
转炉吹炼过程中各元素的氧化过程及特征

转炉吹炼过程中各元素的氧化过程及特征
氧气顶吹转炉炼钢的吹氧时间仅仅是十几分钟,在这短短的时间内要完成造渣、脱碳、脱磷、脱硫、去气、去除非金属夹杂物及升温等基本任务.
由于使用的铁水成分和所炼钢种的不同,吹炼工艺也有所区别.一炉钢的吹炼过程:1)吹炼前期20％时间里,Fe、Si、Mn元素即被大量氧化,而且Si、Mn的含量降到很低,几乎为痕迹量（一般0.01%以下为痕量,0.01～1%为微量）.继续吹炼,它们不再氧化.其反应式如下：
[Fe]+ {O2}=(FeO)
2(FeO)+ {O2}=(Fe2O3)
(Fe2O3)+[Fe]=3(FeO)
[Si]+{O2}=(SiO2)
[Si]+2(FeO)={SiO2}+2[Fe]
(SiO2)+2(CaO)=(2CaO•SiO2)
[Mn]+ {O2}=(MnO)
[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]
[Mn]+[O]=(MnO)
Fe、Si、Mn的氧化均为放热反应.在碱性操作条件下,冶炼后期硅含量为痕迹量；冶炼的中、后期有回锰现象,为吸热反应,反应式如下：
(MnO•SiO2)＋2(Ca0)＝（2Ca0•SiO2）＋(MnO)
(MnO)+[Fe]＝［Mn］＋(FeO)
(2)Si、Mn被氧化的同时,碳也被少量氧化,当Si、Mn氧化基本结束后,炉温达到1450℃以上时,碳的氧化速度迅速提高.吹炼后期,脱碳速度又有所降低,反应式如下：
[C]＋ {O2}={CO}
[C]＋(FeO)={CO}＋[Fe]
[C]＋[O]＝{CO}
在碳氧反应中除了与渣中FeO的反应是吸热外,都是放热反应.冶炼中期碳氧反应速度最快.
(3)吹炼一开始,由于硅的迅速氧化,使渣中 （SiO2）高达20％.又因为石灰的逐渐渣化,渣中CaO的含量不断地升高.当硅的氧化基本结束后,渣中SiO2的含量又有所下降.炉渣碱度随石灰的渣化而迅速提高.
(4)渣中 （TFe）在开吹后不久,就可以达到20％～30％.随着脱碳速度的提高,渣中 （TFe）逐渐降低,吹炼后期又有所升高.
(5)由于碱性氧化性炉渣的迅速形成,大约在吹炼的40％时间内,磷已降至0.02％.脱P反应如下：
2[P]＋5(Fe0)＋3(CaO)＝（3CaO•P2O5）＋5[Fe]
2[P]十5(FeO)＋4(CaO)＝（4CaO•P2O5）＋5［Fe］
脱磷反应为放热反应.冶炼的中、后期若温度过高,也会发生回磷,脱氧合金加入不当也会发生回磷现象.其反应式如下：
（4CaO•P2O5）+2(SiO2) = 2（2CaO•SiO2）＋(P2O5)
2(P2O5)＋5[Si]＝5 (SiO2)＋4[P]
(P2O5)+5[Mn] = 5(MnO)十2[P]
3(P2O5)＋10[Al]＝5 (Al2O3)＋6[P]
硫在开吹后下降不明显,在吹炼中、后期,高碱度活性渣形成后,温度升高才得以脱除.其反应式如下:
[FeS]＋(CaO)＝(FeO)＋(CaS)
[FeS]＋(MnO)＝(FeO)＋(MnS)
(CaS)＋3(Fe2O3)＝{SO2}＋6(Fe0)＋(CaO)
(CaS)＋ {O2}= {SO2}＋(CaO)
(6)渣中MgO含量的变化与是否采用白云石或菱镁矿造渣工艺有关.如果加白云石或菱镁矿,还与加入的数量有关.图3-2是30t转炉吹炼过程渣中Mg0含量的变化情况.可以看出,未加白云石时,从开吹至7min左右Mg0含量逐渐上升,7至13minMg0变化不大,后期由于渣量的增加,MgO含量略有下降,这说明吹炼的前7min,初期酸性熔渣对炉衬的侵蚀较大,渣中Mg0含量增加.当加入800kg白云石造渣后,前期Mg0波动不大,后期Mg0上升后又下降.由此可见,由于加入了白云石造渣,保持一定Mg0含量,在冶炼过程中能减轻熔渣对炉衬的侵蚀.
图3－2 吹炼过程中炉渣中MgO含量的变化（30t转炉）
1－加白云石；2－未加白云石
(7)由于铁水中各元素氧化放出热量,熔池温度升高.元素的氧化速度与熔池的升温速度是一致的,但是由于吹炼过程还要加冷却剂,熔池的实际升温情况与冷却剂加入的种类、数量、时间以及其他因素有关.吹炼过程中熔池需要升温400～500℃.
根据一炉钢吹炼过程中金属成分、炉渣成分、熔池温度的变化规律,吹炼过程大致可以分为以下3个阶段：
(1)吹炼前期.吹炼前期也称硅锰氧化期.兑入铁水加废钢后,供氧的同时加入大部分造渣料.吹炼前期的任务是早化渣,多去磷,均匀升温.这样不仅对去除P、S有利,同时又可以减少熔渣对炉衬的侵蚀.为此,开吹时必须有一个合适的枪位,能够加速第一批渣料的熔化,及早形成具有一定碱度、一定TFe和MgO含量并有适当流动性和正常泡沫化的初期渣.
当Si、Mn氧化基本结束,第一批渣料基本化好,碳焰初起时,加入第二批渣料.第二批渣料可以一次加入,也可以分小批多次加入.
(2)吹炼中期.吹炼中期也称碳的氧化期,由于碳激烈氧化,渣中TFe含量往往较低,容易出现熔渣“返干”现象,由此而引起喷溅.在这个阶段内主要是控制碳氧反应均衡进行,在脱碳的同时继续去除P和S.操作的关键仍然是合适的枪位.这样不仅对熔池有良好的搅拌,又能保持渣中有一定的TFe含量,并且还可避免熔渣严重的“返干”和喷溅.
(3)终点控制.终点的任务是在拉准碳的同时确保钢中P、S含量合乎要求；钢水温度达到所炼钢种要求的范围；控制好熔渣的氧化性；使钢水中氧含量合适,以保证钢的质量.为完成上述任务,确定一个合适的枪位同样是很重要的.
拉碳后,测温、取样.若成分和温度合格,便可以出钢.在出钢过程中进行脱氧合金化.
出钢完毕,检查炉衬损坏情况,进行溅渣或喷补后,便组织装料,继续炼钢.炼好一炉钢必须抓住各阶段的关键、精心操作,才能达到优质、高产、低耗、长寿的目标.