[科普中國]-供氧強(qiáng)度

簡(jiǎn)介

供氧工藝參數(shù)是轉(zhuǎn)爐煉鋼的重要參數(shù)，包括供氧壓力、供氧強(qiáng)度、噴頭結(jié)構(gòu)和氧槍高度控制等，它影響著鋼水的攪拌程度、脫碳速度、升溫速度、造渣速度、渣中TFe含量及磷分配比、氧氣消耗等，并對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉的平穩(wěn)進(jìn)行有重要作用。提高供氧強(qiáng)度能加快脫碳速度，縮短每爐鋼的供氧時(shí)間，減少氧氣消耗，降低噸鋼成本，提高產(chǎn)能，使轉(zhuǎn)爐冶煉與連鑄澆鑄相匹配，最大限度地發(fā)揮高拉速連鑄的作用。在提高供氧強(qiáng)度的同時(shí)，需考慮管道壓力損失，重新確定合適的氧槍槍體直徑、噴頭喉口直徑、噴孔夾角、噴孔數(shù)目、噴孔布置、馬赫數(shù)、氧槍冷卻水流量、滯止壓力等參數(shù)，以穩(wěn)定操作，保證冶煉效果1。

供氧強(qiáng)度的確定供氧強(qiáng)度是轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中單位時(shí)間內(nèi)向熔池中每1噸鋼水(或鋼鐵料)的供氧量。為確定供氧強(qiáng)度，需先求出每噸鋼鐵料的用氧量。按化學(xué)反應(yīng)求出每噸鋼鐵料中碳、硅、錳、磷、鐵的氧化需氧量，然后再根據(jù)氧氣的純度和氧氣利用率進(jìn)行修正，最后扣除冶煉過程加入的鐵礦石或氧化鐵皮帶入的氧，即得出每噸鋼鐵料的實(shí)際用氧量。

供氧強(qiáng)度大小的選擇主要取決于轉(zhuǎn)爐的噴濺情況，同時(shí)還應(yīng)考慮原料狀況、冶煉鋼種、爐容比、轉(zhuǎn)爐排煙能力等條件。通常應(yīng)在基本上不產(chǎn)生噴濺的情況下使用較大的供氧強(qiáng)度。提高供氧強(qiáng)度可以成比例地縮短轉(zhuǎn)爐吹氧時(shí)間。

自1997年以來，鋼鐵研究總院與各大鋼廠合作，在提高轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度方面進(jìn)行了深入研究。

我國中、小型轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度平均為3.75m3/(min· t)，大、中型轉(zhuǎn)爐的供氧強(qiáng)度在2.6 ～ 3.6m3/(min· t)。

提高供氧強(qiáng)度對(duì)轉(zhuǎn)爐冶煉的影響1 氧氣射流與熔池的作用

氧射流沖擊到熔池液面上，當(dāng)這個(gè)沖擊力大于維持液面靜平衡狀態(tài)的爐內(nèi)壓力時(shí)，就會(huì)把鋼水?dāng)D開而形成凹坑。氧射流對(duì)熔池?cái)嚢枳饔玫膹?qiáng)弱和均勻程度用凹坑深度(沖擊深度)和凹坑面積(沖擊面積)來衡量。沖擊深度取決于氧射流沖擊液面時(shí)的速度和密度。

在轉(zhuǎn)爐裝入量不變的情況下，提高供氧強(qiáng)度意味著氧氣流量的增加。對(duì)于相同噴孔數(shù)目、相同尺寸的氧槍噴頭，在同一槍位下，氧流量的增加使得氧射流(滯止點(diǎn)處)中心軸線上的速度增加，從而加大了射流對(duì)熔池的沖擊深度。對(duì)于噴孔數(shù)目不同的氧槍噴頭，在相同槍位、相同總噴出量時(shí)，噴孔數(shù)目的增加會(huì)使中心流股的衰減速度加快，射程變短，從而減小射流沖擊力，降低對(duì)熔池的沖擊深度。

另外，提高供氧強(qiáng)度能增加氧射流對(duì)熔池的攪拌能量，縮短熔池混勻時(shí)間，增強(qiáng)吹煉過程中渣鋼之間的乳化過程 ，改善熔池反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件，使得煉鋼反應(yīng)更接近于平衡狀態(tài)，降低吹煉終點(diǎn)碳氧積，提高鋼水質(zhì)量。

2 脫碳速度

轉(zhuǎn)爐內(nèi)鋼水氧化反應(yīng)速度幾乎和供氧量成正比例增加。在相同的供氧強(qiáng)度下，前期的脫碳速度主要與鐵水硅含量和鐵水溫度有關(guān)，鐵水硅含量和鐵水溫度越高，脫碳速度就越快;中期的脫碳速度差別不大。提高供氧強(qiáng)度一方面會(huì)使硅、錳的氧化加速，熔池溫度得以迅速提升，使得脫碳反應(yīng)提前并加快，吹氧時(shí)間減少。另一方面，碳氧激烈反應(yīng)產(chǎn)生大量CO氣泡，使渣被乳化成為高度彌散系統(tǒng)，吹煉反應(yīng)達(dá)到非常迅猛的程度，脫碳速率和升溫速度大幅升高。在脫碳期，脫碳速率達(dá)到最高且不隨時(shí)間變化，這時(shí)供氧是脫碳的限制性環(huán)節(jié)，只要增大供氧強(qiáng)度，脫碳就可以加速。由于供氧強(qiáng)度的提高，吹煉過程中會(huì)出現(xiàn)渣液面上漲，增加了噴濺的可能性，但只要保證脫碳反應(yīng)能平穩(wěn)進(jìn)行，尤其是對(duì)于冶煉含磷鋼種，如耐候鋼，由于過程渣量少，吹煉過程就能保持穩(wěn)定。

3 成渣速度及脫磷、脫硫效果

國內(nèi)很多鋼廠還未采用轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法脫磷煉鋼工藝，因此轉(zhuǎn)爐承擔(dān)著脫碳、脫磷、脫硫的任務(wù)，特別是冶煉中磷鐵水，轉(zhuǎn)爐的脫磷任務(wù)更重，因此要確定合適的造渣制度，快速成渣。提高供氧強(qiáng)度后，一方面單位時(shí)間內(nèi)供氧量增加，另一方面對(duì)熔池的沖擊深度提高、攪拌條件改善，從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度看，都有利于硅、錳氧化反應(yīng)向右邊進(jìn)行，從而使得硅、錳氧化和熔池升溫速度加快，有助于石灰等造渣料的熔解和傳質(zhì)，減少渣中未熔石灰，快速形成具有適當(dāng)?shù)膲A度、過熱度、氧化性和流動(dòng)性的爐渣，促進(jìn)渣—鋼之間的反應(yīng)，從而具備良好的脫磷、脫硫能力。

對(duì)于40t轉(zhuǎn)爐，在提高供氧強(qiáng)度后，吹氧3min時(shí)爐渣堿度可以達(dá)到1.5 ～ 2.0，在CaO-SiO2 -FeO三元相圖中，已進(jìn)入硅酸二鈣飽和區(qū)，爐渣巖相組成中2CaO· SiO2 可達(dá)50%，鎂橄欖石(Ca3MgSi2O4)30%～ 35%，RO相約為10%，TFe大于10%。吹煉中期，爐渣堿度上升到2.55，渣中氧化鐵含量適當(dāng)，爐渣仍具有較好的流動(dòng)性。吹煉末期，爐渣堿度上升到3.35，爐渣在三元相圖中進(jìn)入硅酸三鈣區(qū)域，礦物組織主要是2CaO· SiO2 (30% ～ 35%)，3CaO·SiO2(35% ～ 40%)，RO相(15%左右)。這表明，提高供氧強(qiáng)度后，成渣速度加快，冶煉全程爐渣能保持較高的堿度和流動(dòng)性，具有較強(qiáng)的脫磷、脫硫能力。

梅鋼也對(duì)供氧強(qiáng)度提高后的脫磷效果進(jìn)行過研究。冶煉含磷耐候鋼時(shí)，供氧強(qiáng)度調(diào)整前，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷含量均值為0.087 8%，供氧強(qiáng)度調(diào)整后，終點(diǎn)磷含量均值為0.088 8%，從中可以看出，對(duì)于冶煉含磷耐候鋼而言，供氧強(qiáng)度的提高對(duì)于終點(diǎn)磷含量的影響不大。

4 熔池升溫速度

由于提高供氧強(qiáng)度后，Si、Mn、C等元素的氧化反應(yīng)加快，使得熔池升溫速度發(fā)生變化，因此會(huì)對(duì)冷卻劑的加入時(shí)機(jī)和轉(zhuǎn)爐的平穩(wěn)冶煉產(chǎn)生影響。

全爐吹煉過程中平均升溫速度為34.6℃ /min，普通供氧強(qiáng)度的升溫速度為25 ～ 30℃ /min。在高供氧強(qiáng)度吹煉時(shí)鋼水過熱度仍處于正常范圍。升溫速度的提高有利于化渣、廢鋼熔化和加速熔池化學(xué)反應(yīng)。

5 氧氣消耗

供氧強(qiáng)度的提高使得熔池升溫速度和化學(xué)反應(yīng)速度加快，對(duì)熔池的攪拌能力增強(qiáng)，有利于提高氧氣的利用率。梅鋼煉鋼廠把氧氣流量從30 000m3/h增加到31 500m3/h后，氧氣消耗量平均每爐減少93.94m3。

6 對(duì)爐齡的影響

在高供氧強(qiáng)度吹煉時(shí)，轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)間縮短，熱效率提高，減少渣、鋼對(duì)爐襯的侵蝕。另外，供氧強(qiáng)度的提高使得起渣早、渣化得透，改善了造渣條件，也有利于提高爐齡2。

總結(jié)(1)提高供氧強(qiáng)度，能縮短吹煉時(shí)間，增加轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量。

(2)提高供氧強(qiáng)度會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)爐的冶煉過程產(chǎn)生影響。高供氧強(qiáng)度吹煉時(shí)，能強(qiáng)化氧射流與熔池的作用，加快脫碳速度、成渣速度和熔池升溫速度，減少氧氣消耗。

(3)冶煉含磷耐候鋼時(shí)，供氧強(qiáng)度的提高對(duì)于終點(diǎn)磷含量的控制影響不大3。