转炉炼钢的基本原理.ppt

2 转炉炼钢的基本原理 2.1 顶吹氧气射流 2.1.1超音速射流概述 （1） 音速及超音速 1）音速 所谓音速是指声音（波）的传播速度。 可用下式计算：a=(KgRT)1/2 式中 a——音速，m/S； K——气体的热容比，对于空气和氧气来说为1.4； g——重力加速度，9.8m/S2； R——气体常数，26.49m/k； T——温度，K。 对于氧气来说，其音速值a=（1.4×9.8×26.49T）1/2=19.07T1/2 氧枪喷头出口处的温度一般为200K，所以该处的音速值为：a=19.07×（200）1/2≈270m/S 2）超音速 流体的速度大于音速的状况称超音速，常用马赫数M来表示：M=υ/a，即流体速度是音速的倍数。 目前转炉所用氧枪的马赫数在1.5～2.2之间，则氧气流股的速度为： υ=270×（1.5～2.2）=405～594（500左右）m/s （2） 获得超音速射流的条件 1）采用拉瓦尔管喷头：收缩段→喉口→扩张段 氧气流股在收缩段得以加速，至喉口处达音速；进入扩张段后，流股减压膨胀而再次加速，至喷头出口处氧气压力与外压相等时达超音速。 2）出口处与进口处的压强比小于0.5283，即P出/P进＜0.5283 （3） 超音速射流的结构 1）超音速区：从出口到一定长度内； 2）音速区：由于与周围介质间的动能传递和物质交换，使射流的速度渐慢，减速的过程有由边沿向轴心扩展，到某一距离减至音速; 3）亚音速区：音速边界线以下区域。 2.1.2转炉里的氧气射流 1 喷头出口处氧气流股达超音速 转炉所用氧枪采用拉瓦尔喷头，且尺寸按P出/P0＜0.5283要求设计，通常M高达1.5～2.2，流股的展开和衰减慢，动能利用率高，对熔池的搅拌力强。 2 射流的速度渐慢、截面积渐大 射流进入炉膛后，由于受反向气流（向上的炉气）的作用而速度逐渐变慢；同时，由于吸收部分炉气而断面逐渐变大，扩张角120左右。 3 射流的温度渐高 射流进入炉膛后被1450℃的炉气逐渐加热，加之混入射流的炉气（CO）及金属滴被氧化放热，使射流的温度逐渐升高。 2.2底吹气体射流 2.2.1底吹气体的行为 （1）鼓泡 流速较小时，气体在喷嘴出口鼓起而形成气泡并逐渐长大，当气泡长大一定程度（浮力大于粘滞力）后则脱离孔口上浮，这一现象称为鼓泡。 （2）形成射流 流速较大时，气体在孔口上形成连续的气流射入液体中，这种现象称为浸没式射流。 表观马赫数Ma/用2-9式计算： Ma/=υ/a=Q/aA 式中 υ——气体出口速度，m/s；a——室温的音速，m/s； A——喷嘴截面积，m2；Q——气体流量，m3/s。 2.2.2氧气射流与熔池间的相互作用 1 物理作用 1）氧气射流冲击熔池 冲击结果：氧射流到达熔池表面时其M仍大于1，高速射流自上而下冲击熔池，将其中央冲出一个凹坑。从凹坑的最低点到静止液面的距离叫冲击深度，又叫穿透深度，以h冲表示；射流与熔池的接触时的截面积称冲击面积，常用A表示。 熔池运动示意图 H一枪高；Lo一熔池深度；h一凹坑深度； b一凹坑宽度 影响因素： （1）高枪位或低氧压吹炼时，h小、A大，称软吹，反之，称硬吹； （2）生产中多采用恒氧压变枪位操作，即一炉钢吹炼过程中保持供氧压力不变，而通过变化枪位来调节h和A，以满足炉内反应所需； 2）氧气射流搅拌熔池 产生过程： 气流从坑底沿四壁向上流动时，二者之间的摩擦力使钢液也随之向上，到达液面时流向炉壁，导致该处钢液向下流动并补向熔池中心，形成环流，从而对熔池起到了搅拌作用。 影响因素： 硬吹时，凹坑深，熔池内的钢液环流强，氧气射流的搅拌作用大；反之，软吹时氧气射流的搅拌作用小。 不同枪位炉内熔池运动状况（模型实验） （a）枪位较高时;（b）枪位较低时，凹坑加深仍有停滞区； （c）枪位更低时，凹坑穿透到底部 2 化学作用 （1）直接氧化： 1/2{O2} +[C] ={CO} {O2} +[Si] =(SiO2) 1/2{O2} +[Mn] =(MnO) 1/2{O2} +Fe =（FeO） （2）间接氧化： （FeO）=[FeO] [FeO]+[C] ={CO} +Fe 2[FeO]