3  頂吹轉爐吹煉工藝

3-1  裝入制度包括哪些內容?

裝入制度是確定轉爐合理的裝入量，合適的鐵水廢鋼比。轉爐的裝入量是指主原料即鐵水和廢鋼的裝入數量。

3-2  什么是轉爐的爐容比，影響轉爐爐容比的因素有哪些?

新轉爐砌磚完成后的容積稱為轉爐的工作容積，也稱有效容積，以“V”表示，公稱噸位用“T”表示，兩者之比值“V／T”稱之為爐容比，單位為(m3／t)。一定公稱噸位的轉爐，都有一個合適的爐容比，即保證爐內有足夠的冶煉空間，從而能獲得較好的技術經濟指標和勞動條件。爐容比過大，會增加設備重量、廠房高度和耐火材料消耗量，因而使整個車間的費用增加，成本提高，對鋼的質量也有不良影響；而爐容比過小，爐內沒有足夠的反應空間，勢必引起噴濺，對爐襯的沖刷加劇，操作惡化，導致金屬消耗增高，爐襯壽命降低，不利于提高生產率。因此在生產過程中應保持設計時確定的爐容比。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，爐容比應相應增大。若采用鐵水預處理工藝時，可以小些。

(2)供氧強度。供氧強度增大時，脫碳速度較快，為了不引起噴濺就要保證有足夠的反應空間，爐容比應增大些。

(3)冷卻劑的種類。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，則爐容比可適當小些。

爐容比還與氧槍噴嘴的結構有關。

轉爐的爐容比一般在0.85～1.0m3／t，為減少噴濺，爐容比應不低于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，除了考慮轉爐要有一個合適的爐容比外，還應保持合適的熔池深度。以保證爐底不受氧氣射流的沖聲，熔池深度必須超過氧流對熔池的最大穿透深度。

對于模鑄工藝，裝入量還應與錠型相配合。裝入量減去吹損及澆注必要損失后的鋼水量，應是各種錠型的整數倍，盡量減少注余。

對連鑄車間，轉爐裝入量可根據實際情況在一定范圍內波動。

此外，確定裝入量時，既要考慮發揮現有設備潛力，又要防止片面不顧實際的盲目超裝，以免造成事故和浪費。

3-4  生產中應用的裝入制度有哪幾種類型，各有什么特點？

氧氣頂吹轉爐的裝入制度有：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，由于生產組織的制約，實際上難以實現。

(1)定量裝入制度。在整個爐役期間，每爐的裝入量保持不變。這種裝入制度的優點是：發揮了設備的最大潛力，生產組織、操作穩定，有利于實現過程自動控制。但爐役前期熔池深、后期熔池變淺，只適合大、中型轉爐。國內外大型轉爐已廣泛采用定量裝入制度。

(2)分階段定量裝入制度。在一個爐役期間，按爐膛擴大的程度劃分為幾個階段，每個階段為定量裝入。這樣既大體上保持了整個爐役中具有比較合適的爐容比和熔池深度，又保持了各個階段中裝入量的相對穩定；既能增加裝入量，又便于組織生產。這是適應性較強的一種裝入制度。我國各中、小型轉爐普遍采用這種裝入制度。

3-5  供氧制度包括哪些內容，它有什么重要性?

供氧制度的主要內容包括確定合理的噴頭結構、供氧強度、氧壓和槍位控制。氧氣頂吹轉爐煉鋼的供氧制度是使氧氣射流最合理地供給熔池，創造良好的物理化學反應條件。它是控制整個吹煉過程的中心環節，直接影響吹煉效果和鋼的質量。供氧是保證雜質去除速度、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鍵操作。此外，它還關系終點碳和溫度的控制以及爐襯壽命；對轉爐強化冶煉、擴大鋼的品種和提高質量也有重要影響。

3-6  什么是拉瓦爾型噴頭，它有什么特點?

拉瓦爾噴頭是收縮—擴張型噴孔，當出口氧壓與進口氧壓之比p出/pO<0.528時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，在出口處達到超音速。

由于氧氣是可壓縮流體，當高壓低速氧氣流經拉瓦爾管收縮段時，氧流速度提高，在到達音速時若繼續縮小管徑，氧流速度并不再增高，只會造成氧氣密度增大；此時要繼續提高氧流速度，只能設法增大管徑，使其產生絕熱膨脹過程，氧壓降低，密度減小、體積膨脹。當氧壓與外界氣壓相等時，就可以獲得超音速的氧射流，壓力能轉變為動能。擴大管徑。拉瓦爾型噴頭能夠把壓力能(勢能)最大限度地轉換成速度能(動能)，并能獲得比較穩定的超音速射流，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經濟指標，因此拉瓦爾型噴頭被廣泛應用。

3-7  氧氣自由射流的運動規律是怎樣的?

氣體從噴孔向無限大的空間噴出后，噴出氣體與空間氣體的物理性質相同時，所形成的氣流稱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，在一段長度內其流速不變為等速段。由于射流邊緣與周圍介質氣體發生摩擦，卷入部分介質氣體并與之混合而減速；隨著射流向前運動，到達一定距離后，射流中心軸線上的某一點速度等于音速，即馬赫數Ma=1，在這點以前的區域，包括等速段，稱為射流的超音速核心段，又稱為首段。首段長度大約是噴孔出口直徑的6倍。此點以后的區域，氧流的速度低于音速，稱為亞音速射流段，又稱為尾段。當射流截面上的速度與周圍介質一樣時，射流就沉沒在周圍介質之中。在超音速區域內，等速段以后射流周圍有亞音速氣流，射流的擴張角較小，為10°～12°；亞音速區域內無超音速氣流，射流的擴張角較大，為22°～26°。

超音速核心段的長度一般隨出口馬赫數成正比例增加。超音速核心段的長度是決定氧槍高度的基礎，也關系到射流對熔池的沖擊能量。

高速氧氣從噴孔噴出后，形成的射流與周圍的氣體相接觸，由于射流內氣體的靜壓低于外界靜止氣體的壓強，周圍的氣體被卷入。距噴孔出口的距離越遠，被卷入的氣體數量越多。因此射流的流量不斷增加，橫截面不斷擴大，同時流速不斷降低，此現象稱做射流的衰減。在同一橫截面上速度的分布特點是射流中心軸線上的速度最大，離中心軸線越遠，各點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射流的衰減率，射流截面直徑增大速率也稱射流擴展率，這兩個參數是自由射流的基本特征。

3-8多孔噴頭氧氣射流運動有什么特點?

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，吹煉過程更平穩。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。當各股氧流開始相交后，就有了動量的交換，相互混合，這種混合從射流的邊緣逐漸向中心軸線發展，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，對熔池的沖擊力減小，沖擊面積增大，槍位操作穩定，利于吹煉。

多股氧流是從其內側開始混合的，混合后的射流內側邊緣卷入周圍介質氣體的數量比外側少，內側氧流速度降低慢，外側氧流速度降低快，于是每股氧流的最大速度點就偏離了氧流的幾何中心軸線位置，偏向氧槍的軸線。這樣就出現了各股氧流的軸線逐漸向氧槍中心線靠攏的趨勢。

若噴孔與中心線夾角過小，多股氧射流過早匯合，就與單個自由射流一樣，減小了對熔池的沖擊面積，對吹煉不利。因此在設計多孔噴頭時，要合理選擇每個拉瓦爾噴孔與氧槍中心軸線的夾角，保證各股氧流在到達熔池液面以前，基本上不匯合，這樣就能充分發揮多孔噴頭的優越性。

多孔噴頭有三孔、四孔、五孔、六孔、七孔、甚至八孔等類型。小型轉爐使用三孔拉瓦爾噴頭；而中型和大型轉爐普遍采用四孔、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點：如可以提高供氧強度和冶煉強度，可以增大沖擊面積，利于成渣，操作平穩不易噴濺。但是，多孔噴頭端面的中心區域(俗稱鼻子尖部位)冷卻效果較差，吹煉過程中該區域氣壓較低，鋼液和熔渣易被吸入并黏附到噴頭上而被燒壞。為了加強這個區域的冷卻，采用中心水冷鑄造噴頭，可延長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是什么?

氧氣流量(Q)是指在單位時間(t)內向熔池供氧的數量(體積)V，常用標準狀態下體積(標態)量度，其單位是m³/min或m³/h。氧氣流量是根據吹煉每噸金屬料所需要的氧氣量、金屬裝入量、供氧時間等因素確定的。

氧流量過大，就會使化渣、脫碳失去平衡，造成噴濺。氧流量過小，會延長吹煉時間，降低生產率。對于一定的原料成分、造渣工藝及供氧制度，應根據冶煉實踐總結出氧流量最佳控制范圍。

3-10  什么是供氧強度，確定供氧強度的依據是什么?

供氧強度是單位時間內每噸鋼的氧耗量，它的單位(標態)是Nm³/(t•min)，可由下式確定：

供氧強度的大小應根據轉爐的公稱噸位、爐容比來確定。供氧強度過大，會造成嚴重的噴濺，供氧強度過小延長吹煉時間。通常在不產生噴濺的情況下，盡可能采用較大的供氧強度。目前國內中、小型轉爐的供氧強度(標態)為2.5～4.5 Nm³/(t•min)，大于120t轉爐的供氧強度(標態)為2.8～3.6 Nm³/(t•min)；國外轉爐供氧強度(標態)波動在2.5～4.0 Nm³/(t•min)之間。

來源：鋼鐵技術網