转炉炼钢的基本原理10个问答

        1、什么是超音速氧射流，什么是马赫数
　　速度大于音速的氧流为超音速氧射流。超过音速的程度通常用马赫数量度，即氧流速度与临界条件下音速的比值，用符号Ma代表。显然，马赫数没有单位。
　　马赫数的大小决定喷头氧气出口速度，也决定氧射流对熔池的冲击能量。马赫数过大则喷溅大，清渣费时，热损失加大，增大渣料消耗及金属损失，而且转炉内衬易损坏;马赫数过低，会造成搅拌作用减弱，氧气利用系数降低，渣中TFe含量增加，也会引起喷溅。当Ma>2.0时，随马赫数的增长氧气的出口速度增加变慢，要求更高理论设计氧压，这样，无疑在技术上不够合理，经济上也不划算。
　　目前国内推荐Ma=1.9～2.1。
　　2、氧气射流与熔池的相互作用的规律
　　超音速氧流其动能与速度的平方成正比，具有很高的动能。当氧流与熔池相互作用时，产生如下效果：
　　(1)形成冲击区。氧流对熔池液面有很高的冲击能量，在金属液面形成一个凹坑，即具有一定冲击深度和冲击面积的冲击区。
　　(2)形成三相乳化液。氧流与冲击炉液面相互破碎并乳化，形成气、渣、金属三相乳化液。
　　(3)部分氧流形成反射流股。
　　3、氧气顶吹转炉的传氧载体有哪些
　　氧气顶吹转炉内存在着直接传氧与间接传氧两种途径。直接传氧是氧气被钢液直接吸收，其反应过程是：+1/2{O2｝=，=+;间接传氧是氧气通过熔渣传人金属液中，其反应式为(FeO)=、=十。氧气顶吹转炉传氧以间接传氧为主。
　　氧气顶吹转炉的传氧载体有以下几种。
　　(1)金属液滴传氧。氧流与金属熔池相互作用，形成许多金属小液滴。被氧化形成带有富氧薄膜的金属液滴，大部分又返回熔池成为氧的主要传递者;熔池中的金属几乎都经历液滴形式，有的甚至多次经历液滴形式，金属液滴比表面积大，反应速度很快。
　　(2)乳化液传氧。氧流与熔池相互作用，形成气-渣-金属的三相乳化液，极大地增加了接触界面，加快了传氧过程。
　　(3)熔渣传氧。熔池表面的金属液被大量氧化，而形成高氧化铁熔渣，这样的熔渣是传氧的良好载体。
　　(4)铁矿石传氧。铁矿石的主要成分是Fe2O3、Fe3O4，在炉内分解并吸收热量，也是熔池氧的传递者。
　　顶吹转炉的传氧主要靠金属液滴和乳化液进行，所以冶炼速度快，周期短。
　　4、什么是硬吹什么是软吹
　　硬吹是指枪位低或氧压高的吹炼模式。当采用硬吹时，氧气流股对熔池的冲击力大，形成的冲击深度较深，冲击面积相对较小，因而产生的金属液滴和氧气泡的数量也多，气—熔渣—金属乳化充分，炉内的化学反应速度快，特别是脱碳速度加快，大量的CO气泡排出，熔池搅动强烈，熔渣的TFe含量较低。
　　软吹是指枪位较高或氧压较低的吹炼模式。在软吹时，氧气流股对熔池的冲击力减小，冲击深度变浅，冲击面积加大，反射流股的数量增多，对于熔池液面搅动有所增强，脱碳速度缓慢，因而对熔池内部的搅动相应减弱，熔渣中的TFe含量有所增加。
　　软吹和硬吹都是相对的。
　　5、转炉内金属液中各元素氧化的顺序是怎样的
　　氧化物分解压越小，元素越易氧化。在炼钢温度下，常见氧化物的分解压排列顺序如下：
　　因为转炉内是多相反应，因此铁水中元素的氧化顺序还与其浓度有关，所以吹炼开始元素氧化顺序为Fe、Si、Mn、P、C等。
　　6、碱性操作条件下，为什么吹炼终点钢液中硅含量为痕量
　　吹炼开始首先是Fe、Si被大量氧化，并放出热量，反应式为：
　　+1/2{O2｝=(FeO)(放热)
　　+{O2｝=(SO2)(放热)
　　+2(FeO)=(SiO2)+2(放热)
　　在以碱性渣操作时，熔渣R>3.0，渣中存在着大量自由状态的(CaO)，SiO2是酸性氧化物，全部与CaO等碱性氧化物形成类似(2CaO·SiO2)的复杂氧化物，渣中SiO2呈结合状态。熔渣分子理论认为，只有自由氧化物才有反应能力，因此在吹炼后期温度升高SiO2也不会被还原，钢中硅含量为“痕量”。
　　可见在以碱性渣操作条件下，硅的氧化反应非常彻底。
　　7、在碱性操作条件下吹炼终了时，钢液中为什么会有余锰
　　与硅相似，锰也很容易被氧化，反应式为：
　　+1/2{O2｝=(MnO)(放热)
　　十(FeO)=(MnO)+(放热)
　　+二(MnO)(放热)
　　锰的氧化产物是碱性氧化物，在吹炼前期所形成的(MnO·SiO2)，随着渣中CaO含量的增加，会发生(MnO·SiO2)+2(CaO)=(2CaO·SiO2)+(MnO)反应，(MnO)呈自由状态，吹炼后期炉温升高后，(MnO)被还原，即：(MnO)+=+{CO｝或(MnO)+=(FeO)十吹炼终了时，钢中的锰含量也称余锰或残锰。
　　余锰高，可以降低钢中流的危害。但在冶炼工业纯铁时，要求锰含量越低越好，应采取措施降低终点锰含量。
　　根据化学平衡移动的原理，影响余锰量的因素有：
　　(1)炉温高利于(MnO)的还原，余锰含量高。
　　(2)碱度升高，可提高自由(MnO)浓度，余锰量增高。
　　(3)降低熔渣中(FeO)含量，可提高余锰含量。因此钢中碳含量高、减少补吹、降低平均枪位、有复吹，余锰含量都会增高。
　　(4)铁水中锰含量高，单渣操作，钢中余锰也会高些。
　　8、在炼钢过程中碳氧反应的作用是什么
　　炼钢过程中碳氧反应不仅完成脱碳任务，还有以下作用：
　　(1)加大钢—渣界面，加速物理化学反应的进行。
　　(2)搅动熔池，均匀成分和温度。
　　(3)有利于非金属夹杂的上浮和有害气体的排出。
　　(4)有利于熔渣的形成。
　　(5)放热升温。
　　(6)爆发性的碳氧反应会造成喷溅。
　　9、熔池中脱碳速度的变化与哪些因素有关
　　炼钢碳氧反应主要以十={CO｝方式进行，其正反应速度表达式是νC=k正ωω，反应速度受和两个浓度的影响，但钢液中浓度随渣中TFe升高而增加。转炉内碳氧反应在吹炼初期虽然渣中TFe高，但由于炉温较低，影响传氧，碳氧反应速度较慢;在吹炼后期由于金属中ω低，碳氧反应速度也降低;只有吹炼中期能够保证碳氧反应以较快速度进行，较高脱碳速度在(0.4～0.6)%/min。
　　10、影响脱磷的因素有哪些
　　根据平衡移动的原理，从脱磷反应式可以看出，只有提高(FeO)和(CaO)的浓度，降低(4CaO·P2O5)浓度，反应才向正反应方向进行，终点含量才会降低。
　　因此，高碱度、高氧化铁含量的熔渣，有利于脱磷，这两者缺一不可。
　　增加渣中FeO含量，可加速石灰的渣化和改善熔渣的流动性，有利于脱磷反应。
　　提高碱度可增加(CaO)的有效浓度，有利于提高脱磷效率;但碱度并非越高越好，加入过多的石灰，渣化不好，影响熔渣的流动性，对脱磷反而不利。
　　脱磷反应是强放热反应，因而炉温过高，反应则向逆反应方向进行，钢中磷含量不仅不能降低，反而会产生回磷;炉温过低，不利于石灰的渣化，并影响熔渣流动性，也阻碍脱磷反应的进行。
　　若原料中磷含量高，较好是采用炉外脱磷处理;也可采用双渣操作，或适当的加大渣量，这样就相对降低了4(CaO·P2O5)浓度，利于反应继续向正反应方向进行，对脱磷有利。脱磷是钢—渣界面反应，因此具有良好流动性的熔渣，进行充分的熔池搅动，会加速脱磷反应，提高脱磷效率。
　　当前采用溅渣护炉技术，渣中MgO含量较高，要注意调整好熔渣流动性，否则对脱磷也有影响。
　　总之，脱磷的条件是：高碱度、高氧化铁含量、良好流动性的熔渣;充分的熔池搅动;适当的温度和大渣量。