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1、项目二：转炉炼钢工艺任务四：物料平衡与热平衡任务三：顶底复合吹炼技术任务二：氧气顶吹转炉炼钢工艺制度任务一：炼钢用原料的识别相关知识介绍载体： 合格钢 水的冶 炼任务五：常见钢种的冶炼项目二：转炉炼钢工艺相关知识：炼钢基本知识介绍 载体：合格钢水的冶炼 熟悉炼钢的任务及为完成任务所采取的措 施 熟悉顶吹供氧射流的运动特征及其对炼钢 工艺参数确定的影响、底吹射流对熔池的 作用及对氧气转炉炼钢工艺的影响 3熟悉熔池发生的变化及氧射流与熔池相互 作用对炼钢工艺参数的影响的技能教学目标 熟悉氧气转炉吹炼过程中金属液成分Si、Mn、C 、P、S的变化规律及发生的反应；熔渣成分、熔 池温度的变化情况；氧气
2、转炉一炉钢吹炼过程中 分为的阶段及各阶段的任务 掌握氧气转炉吹炼过程中基本特征；熟练掌握根 据火焰特征，判断熔池反应的进程、熔池出现的 状况的技能，确保冶炼的正常进行 掌握转炉冶炼过程中钢水温度、钢水成分的判断 方法技能，以便调整熔池温度、成分，以助准确 判断终点单元5： 2-5 转炉冶炼的基本判断方法单元4：2-4 转炉冶炼的基本特征单元3：2-3 氧气转炉冶炼的基本反应单元2：2-2 气体射流与熔池的相互作用单元1： 2-1 炼钢的基本任务相关知识介绍：2 氧气转炉炼钢的基础知识氧气转 炉炼钢 的基础 知识炼钢过程脱碳脱硫脱磷脱氧炼钢过程去气体去夹杂合金化调 温铁水钢2-1 炼钢的任务钢与
3、生铁的比较观看录像21录像网址： http:/www.scemi. com/jpkc/tfyzl/Arti cle/ShowArticle.a sp?ArticleID=38根据标准规定，钢的定义是：以 铁为主要元素，碳含量一般在2 以下，并含有其他元素材料的 统称钢与生铁的比较铁铁合金生铁铁钢钢成分含碳量2%4.3%0.03%2%其它元素硅、锰锰、硫、磷（少量）硅、锰锰（少量）机械性能 硬而脆无韧韧性坚坚硬韧韧性大，塑性 好可铸铸、不可锻锻可铸铸、可锻锻、可压压 延脱碳 基 本 任 务二、炼钢的基本任务及为完成任务所采取的主要措施脱磷、脱硫脱氧合金化去气和夹杂提高温度措施炼钢过程使用氧化剂，
4、如吹入氧 气，加入铁矿石等措施措施措施措施使用造渣剂造好渣加入脱氧剂、合金剂利用碳氧反应平炉炼钢：外来热源，燃料燃烧电炉炼钢：氧气转炉炼钢：电能转化为热能铁水的物理热和 化学热，不需外 来热源观看录像22 录像网址： http:/www.scemi. com/jpkc/tfyzl/Ar ticle/ShowArticle. asp?ArticleID=382-2 气体射流与熔池的相互作用顶吹供氧射流1底吹供气射流2氧射流与熔池的相互作用3底吹气体对熔池的作用4复合吹炼供气对熔池的搅拌5前言观看录像23 录像网址： http:/www.scemi. com/jpkc/tfyzl/Arti cle
5、/ShowArticle.a sp?ArticleID=38前言前 言氧气 转炉炼钢 工艺特征叙述射流的概念:是指高压气体从喷嘴喷出 后所形成的定向流股顶吹氧气转炉是将高压、高 纯度的氧气通过水冷氧枪，以 一定距离从熔池上面吹入的。根据图21 和图22讲 解枪位在炼钢中的作用供氧是炼钢过程的必 需环节，供氧的设备 是氧枪，在冶炼过程 中枪位不同，转炉内 的反应状况也不同， 因此对枪位和供氧强 度有要求。枪位和供 氧强度与在熔池内的 射流有关氧气射流是指高压气体从喷 嘴喷出后所形成的定向 流股 顶吹氧气转炉是将高压 、高纯度（含O2 99.5 以上）的氧气通过水冷 氧枪，以一定距离（喷 头到熔池
6、面的距离约为1 3米）从熔池上面吹入 的。为了使氧流有足够 的能力穿入熔池，使用 拉瓦尔型多孔喷头，氧 气的使用压力 0.81.2MPa，氧流出口 速度可达500ms-1左右2-2-1 顶吹供氧射流 2-2-1-1 自由流股的运动规律 气体从喷嘴向无 限大的空间喷出 后，空间内气体 的物理性质与喷 嘴喷出的气流的 物理性质相同， 这时喷出气体形 成的气流氧气从喷嘴喷出后，形成超音速流股。如图23所示 。从喷嘴喷出的氧气流股，在一段长度内其流速不变， 叫等速段。由于流股边缘与周围介质气体发生摩擦，卷 入部分气体并与之混合而减速，随着流股向前运动，达 到一定距离后，流股中心轴线上的某一点速度达到音
7、速 ，即马赫数Ma=1，这点以前的区域，包括等速段，称为 流股的超音速核心段，又称为首段（其长度大约是喷嘴 出口直径的6倍）。此点以后的区域，气流的速度低于音 速，称为亚音速气流段，又称为尾段。在超音速区域内 ，流股的扩张角较小，为100120，亚音速区域流股的 扩张角一般为220260运动规律定义（Ma)：指气体 的流动速度（）与 音速（）之比。马赫数Ma炼钢生产Ma: 据中科院蔡志鹏研究院调查， 80以上的喷头马赫数为Ma1.92.0。国外有马 赫数达2.3多的。根据气体动力学原理，喷头Ma2 左右，既节省能量，又可获得稳定的操作压力。1，超音速1，音速1，亚音速Ma结论： 在生产中希望铁
8、水到达液面的氧气流股具 有超音速或音速的射流Ma与氧气转炉炼钢生产的关联超音速 核心段 长度Ma 大小氧枪 操作高度流股对 熔池的 冲击能量 超音速核心段的长度一般随出口马赫数Ma 成比例增加 超音速核心段的长度是决定氧枪操作高度 的基础，也关系到流股对熔池的冲击能量 在生产中希望铁水到达液面的氧气流股具 有超音速或音速的射流流股的运动规律与炼钢工艺参数的关系2-2-1-2 转炉炉膛内氧气射流的特征 在转炉炉膛内，氧气射流 遭到与射流运动方向相反，以 CO为主的相遇气流的作用， 使射流的衰减加速。马赫数大于1的超音速 流股。氧气射流在转炉炉膛内 向下流动的过程中，将从周 围抽吸烟尘、金属滴和渣
9、滴 等比重很大的质点，使射流 的速度降低，扩张角减小 氧气射流进入炉膛时，其温度比周围介质温度低，而密 度高：o21.42Kg/m3, co=N21.25Kg/m3 , co2=1.963Kg/m3因此，氧气射流与炉内介质混合后，它的温度升高，而密度略 有降低。气体密度降低和受热膨胀，有利于射流的射程和扩张 角增加氧气射流在炉内抽吸的气体主要是CO，在高温下会产生 燃烧反应，使氧射流外表面形成一股高温气体火焰 综上所述氧气顶吹转炉里从单孔拉瓦尔喷嘴中流出的氧射流 可概括为：转炉炉膛内氧气射流的特征 非等温 反向流 超音速 轴对称湍流射流 射流是在周围 1600多度的高温 炉气中推进的，温差 很
10、大 是指氧气顶吹转 炉中，高温炉气 向上运动，氧射 流逆着炉气运动 方向向下运动， 这种射流射入运 动着的流体介质 中的运动情况， 叫作具有伴随流 的射流运动。动量传输射流质点 可以滑向运动到边界 以外的介质中去，把 自己的动量传给周围 介质的质点并且带动 其前进。传质射流 质点逸出边界进入周 围介质，介质质点则 渗进射流。 2-2-1-3 射流的状态高压氧射流由喷头喷出 后的运动规律： 氧射流流 量不断增加，流股各截面 速度逐渐变小，边缘速度 比中间降低得快，截面逐 渐扩大 超音速气流，流股并不马 上扩张，当射流速度降到 音速后，才扩张。射流展 开角约12左右A 单孔喷头的射流状态射流的状态
11、与炼钢工艺参数的关系当供氧压力一定时，若喷头距液 面较近，则对液面的冲击力较大 ，接触面积较小。相反，若喷嘴 距液面较远，则对液面的冲击力 减小，接触面积增大。如果喷头 至液面距离一定时，供氧压力增 大则氧射流动压头增大，对金属 液面的冲击力也增大，接触面积 减小B 多孔喷头的射流状态 多孔喷头的设计思想 增大流量，分散射流，增加流股与熔池液 面的接触面积，使气体逸出更均匀，吹炼 更平稳。然而，多孔喷头与单孔喷头的射 流流动状态有重要差别，在总的喷出量相 同的情况下，多孔喷头射流的速度衰减要 快些，射程要短些，几股射流之间还存在 相互影响 多孔喷头的单孔轴线速度衰减 多孔喷头中的单 孔轴线速度
12、衰减 规律与单孔喷头 的衰减规律是相 似的，只是速度 衰减更快一些。多孔喷头速度分布喷头无中心孔的速度分布 喷头有中心孔的速度分布 三孔喷头射流的截 面压力分布 (105Pa) 四孔喷头射流的截面速 度分布 多孔喷头 射流特点横截面增大速度分布非对称的速度衰减更快射流间相互作用2-2-2 底吹供气的射流（一）鼓泡与射流 气体从炉底吹入熔池属于浸没式射流运动浸没 射流鼓泡浸没射流在气体流量小时，气体在喷嘴出口 扩大而形成气泡，气泡长大到一定 大小后则脱离孔口上浮。如图2 15所示在流量达到某一临界值以上时， 气流在孔口处不扩大，而是在孔 口上形成连续的气体射流进入液 体中小结主要 知识点2-1
13、基本任务2-2 相互作用钢和生铁比较炼钢的基本任务顶吹供氧射流底吹气体2-2-3 氧射流与熔池的相互作用相互作用物理作用熔池发生的变化化学作用传氧机理2-2-3-1 氧射流与熔池的物理作用 氧射流通过高温炉气冲击金属熔池，引起 熔池内金属液的运动，起到机械搅拌作用 。搅拌作用强且均匀，则化学反应快，冶 炼过程平稳，冶炼效率高 搅拌作用的强弱和均匀程度与氧射流对熔 池的冲击状况与熔池运动情况有关。一般 以熔池中产生的凹坑深度（冲击深度）和 凹坑面积（冲击面积）来衡量 氧射流冲击在熔池表 面上，当这个冲击力 大于维持液面静平衡 状态的炉内压力时， 就会把铁水挤开而形 成凹坑 凹坑的特点：主要成 分
14、FeO（可达8598 ） 气相温度可高达2000 2400（较熔池温度高出 500800）A 凹坑的形成定义：凹坑的最底点到熔池 表面的距离称之为冲击深 度。 佛林经验公式如下（适用 于单孔喷头、多孔喷头应 作修正）： 冲击深度（h）冲击深度与炼钢过程的关系 在转炉冶炼中，希望氧射流 对熔池有一定的冲击深度， 这样才能保证良好的氧气利 用率和脱碳速度。实践证明 ，对冲击深度与熔池深度H 池之比有一定的要求。当 h/H池小于0.2时，氧气利用 率和脱碳速度大为降低；当 h/H池大于0.7时，有可能冲 坏炉底 h/H等于0.5时，可获得良好 的技术经济指标 在冶炼过程中，一般把氧射流与静止熔池 接
15、触时的流股截面积称为冲击面积 有效冲击面积 有效冲击面积的计算比较 困难，尚无精确的计算公式冲击面积熔池内全属液在氧射流作用下的运动过程 牵引作用：排出气体的速度 比较大，因此对凹坑壁面有 一种牵引的作用 搅拌作用：沿坑底流向四周 ，随后沿坑壁向上和向外运 动。往往沿凹坑周界形成一 个“凸肩”，然后在熔池上层 内继续向四周流动。从凹坑 内流出的铁水，为达到平衡 必须由四周给予补充，于是 就引起熔池内液体运动，其 总趋势是朝向凹坑，形成了 以射流滞止点为中心的环状 流，起到对熔池的熔池循环运动状况 结论 射流的动能主要消耗于非弹性碰撞的能量损失（约占70 80）和克服浮力的能量损失（约占510）
16、 用干搅动熔池的能量仅占20。因此只靠氧射流约20的 能量搅动熔池，搅拌强度显然是不足的 顶吹氧气转炉熔池搅动的能量主要是由吹炼过程中脱碳反 应产生的CO气体从熔池排出的上浮力提供的（忽略金属 液各部分因成分和温度不同所引起的密度不同产生的对流 ） 合理的喷头设计及供氧制度为氧气射流与熔池间的物理和 化学作用创造最良好的条件氧枪操作模式比较 枪位：氧枪喷头出口端部到静止熔池金属液面间的距离 软吹“软吹”时，射流将液面冲击成表面光滑的浅凹坑， 氧气流股沿着凹坑的表面反射并流散，熔池搅拌不强烈。 硬吹即枪位低或氧位高的氧枪操作模式， “硬吹”时， 射流具有较大的冲击深度，射流边沿部分会发生反射和液 体飞溅，而射流的主要部分则深深低穿透在熔池中，在这 种情况下，射流卷吸周围的液
