側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼

為了克服空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼熱效率低、鋼中含氮量高的缺點(diǎn)，用氧氣代替空氣吹煉是惟一的出路，但一般耐火材料噴嘴承受不了吹氧煉鋼時(shí)的強(qiáng)烈侵蝕。1973年，中國東北工學(xué)院(冶金系、沈陽第一鋼廠、唐山鋼廠參照氧氣底吹轉(zhuǎn)爐使用油、氧噴嘴的經(jīng)驗(yàn)，將側(cè)吹轉(zhuǎn)爐的風(fēng)嘴改為油、氧噴嘴，解決了吹氧煉鋼的噴嘴壽命問題。于是空氣側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法被改造成為氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的工藝操作和空氣側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼基本相同。只是由于不再把空氣中大量的氮吹入爐內(nèi)，熱效率提高，原料中廢鋼比可達(dá)10%～25%，鋼鐵料消耗降低30～100kg/t鋼，鐵損減少使?fàn)t齡也有了提高。油、氧噴嘴的構(gòu)造如圖4所示。它由兩根同心套管組成，外管為無縫鋼管，內(nèi)管為紫銅管。銅管內(nèi)通氧氣，外壁切削出幾條細(xì)的螺旋油槽，和外層鋼管構(gòu)成輕柴油的通路。輕柴油和氧同時(shí)吹入爐內(nèi)，輕柴油在噴嘴出口受熱氣化和裂解，吸收了很多熱量，使噴嘴受到冷卻，噴嘴出口溫度保持在200～250℃，使噴嘴能正常吹氧而保持較長的壽命。

從1974年到1976年，中國有26座空氣側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐改造成氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐，總?cè)萘窟_(dá)150_t。在推廣應(yīng)用吹氧后，發(fā)現(xiàn)氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐容量仍然不能增大。側(cè)吹轉(zhuǎn)爐的除塵設(shè)備大(因?yàn)樾枰诖禑挄r(shí)傾動(dòng)爐身，8t側(cè)吹轉(zhuǎn)爐和25t頂吹轉(zhuǎn)爐的除塵設(shè)備相當(dāng));氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐消耗輕柴油4～8L/t;鋼鐵料消耗比頂吹轉(zhuǎn)爐高10～20kg/t。由于存在這些缺點(diǎn)，到90年代初，除唐山鋼廠一個(gè)氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐車間還在繼續(xù)生產(chǎn)外，其余的氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐或改為頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐，或者停止了生產(chǎn)。

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在中國，新中國成立后，國家建設(shè)的展開迫切需要鋼材。原有的一些小型貝塞麥轉(zhuǎn)爐，因?yàn)闋t襯是酸性的，無法使用含磷量達(dá)0.2%～0.3%的生鐵煉鋼。1951年唐山鋼廠開始試驗(yàn)將側(cè)吹轉(zhuǎn)爐的酸性爐襯改造為堿性爐襯，并通過一系列的工業(yè)試驗(yàn)建立了搖爐制度(通過爐身傾動(dòng)使風(fēng)嘴在吹煉全程位于熔池表面)、造渣制度、裝入制度等操作制度，解決了吹損大及去磷不穩(wěn)定等問題，于1952年正式投入工業(yè)生產(chǎn)，并命名為側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法。之后，上海、天津、烏魯木齊等地也建立了堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐，并將爐體由直筒形改為渦鼓形(圖2)。這種煉鋼法設(shè)備簡單、投資少、生產(chǎn)率高，適合中國當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)條件。1958年開始，全國各地大批建造了側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼車間，此法成為中國50～70年代的主要煉鋼方法之一，側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼占總產(chǎn)鋼量的比值為：50年代22.4%，60年代21.49%，70年代降為12.08%，到1982年降為5.1%。

側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼的第1期是硅、錳氧化期，此時(shí)爐渣堿度較低，提高渣的(FeO)含量也能使磷迅速氧化，渣況好時(shí)此期去磷率可達(dá)70%左右，這時(shí)倒出部分爐渣可以鞏固去磷效果。但是倒渣操作使熱損失和鐵損失顯著增加。第2期為碳氧化期，爐口形成白亮火焰，爐溫也迅速升高，這時(shí)可以造新渣去磷。爐渣造得好，磷和碳可同步氧化去除。但造渣不好，碳氧化完時(shí)磷含量仍高于鋼種要求成分，只好進(jìn)行“后吹”脫磷。但后吹也增大了鐵的損失和提高了鋼水氧化性。當(dāng)溫度、碳、磷均合格時(shí)，可進(jìn)行脫氧和出鋼操作。圖3為側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐吹煉過程的金屬成分和爐渣成分的變化。

側(cè)吹和底吹相比不僅氣流位置和方向不同，側(cè)吹時(shí)鼓風(fēng)壓力亦較低，攪拌能力不及底吹。因此在熔池表面生成的氧化鐵不至于被硅、碳等元素完全還原，較高的氧化鐵促進(jìn)石灰熔化而較早形成堿性氧化渣，使磷能在前期去除。底吹時(shí)鼓風(fēng)由爐底進(jìn)入，有很強(qiáng)的攪拌能力，鐵和磷在底部氧化后又全部被碳還原，在脫碳期不能形成流動(dòng)良好的渣，磷只能在后吹期脫除。側(cè)吹轉(zhuǎn)爐中如果在第2期脫碳過快，也可能造成爐渣返干，不利于脫磷的進(jìn)行。反之，如果鼓風(fēng)壓力過小或風(fēng)嘴相對(duì)位置偏高，攪拌力不足，則鐵大量氧化，不僅鐵損增大而且有噴濺危險(xiǎn)。只有控制好風(fēng)嘴高度和鼓風(fēng)壓力，保持適當(dāng)?shù)臄嚢枘芰?，才能使?fàn)t渣狀況良好，脫磷和脫碳同時(shí)順利進(jìn)行?？諝鈧?cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐由于碳氧化生成的CO能繼續(xù)燃燒，爐氣中的CO₂含量比底吹轉(zhuǎn)爐高。側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐爐氣的CO₂/CO值平均達(dá)到0.6～2.2，而底吹空氣或頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐平均只有0.2%左右。側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐爐氣中自由氧含量平均只有0.9%左右，氧的利用率達(dá)95%以上。因此，側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐的熔池金屬溫度比底吹轉(zhuǎn)爐高。然而側(cè)吹時(shí)鼓風(fēng)沒有穿過熔池，爐氣溫度低于熔池溫度，一般為750～800℃，而底吹轉(zhuǎn)爐則接近1400℃。側(cè)吹轉(zhuǎn)爐的面吹、淺吹操作減少了氮從熔池吸熱，使?fàn)t氣帶走金屬液的熱量大大減少。側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐爐氣帶走的熱損失約相當(dāng)于底吹轉(zhuǎn)爐的50%。

側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼的缺點(diǎn)是爐子容量不大，不能形成規(guī)模效益。煉鋼過程的鐵損失大。鋼中含氮量較高。80年代以后，大多數(shù)側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐被氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐所取代。

小型貝塞麥轉(zhuǎn)爐用酸性耐火材料制作爐襯，吹空氣冶煉。爐子容量很小。一般只有幾噸，在機(jī)械制造廠鑄鋼車間使用。爐子小則熱損失大，而鑄鋼要求鋼水溫度高一些，這就產(chǎn)生了困難。后來有人發(fā)現(xiàn)將底吹風(fēng)嘴改為由側(cè)方排列，在鐵水面上吹煉，可以提高鋼水溫度，于是小的貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼就改造成側(cè)吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼，廣泛用于鑄鋼車間。中國于20世紀(jì)30～40年代在青島、上海、重慶、昆明、大冶和唐山等地也建設(shè)了一些小貝塞麥轉(zhuǎn)爐，爐容量為1.5～3.0t，主要用于供給鑄鋼鋼水。圖1為小型貝塞麥轉(zhuǎn)爐示意圖。鼓風(fēng)風(fēng)嘴的高度恰好位于熔池表面，鼓入的空氣將鐵水中的硅、錳和碳氧化，反應(yīng)放出熱量使溫度升高。碳氧化生成的CO在熔池面上又繼續(xù)氧化生成CO2，放出更多的熱量，于是碳的發(fā)熱能力顯著增大。另外熔池表面吹煉也使鐵氧化，生成的FeO迅速進(jìn)入渣中，這個(gè)反應(yīng)也放出一些熱量。渣中的(FeO)含量比底吹轉(zhuǎn)爐中也高一些。小型貝塞麥法的吹煉操作基本上和貝塞麥法相同，第1期是硅、錳的氧化期，第2期是碳的氧化期，碳氧化完后爐口火焰收縮即可以停吹，然后脫氧出鋼。吹煉時(shí)間大約在10～15min。

從轉(zhuǎn)爐爐身側(cè)面吹入空氣或氧氣以氧化去除鐵水中的雜質(zhì)元素并提供熱量而獲得鋼水的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法。根據(jù)轉(zhuǎn)爐爐襯材料和吹入的氧化性氣體的不同，側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法有：空氣側(cè)吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即小型貝塞麥法，空氣側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法和氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法3種。

氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼關(guān)于車間布置和廠房結(jié)構(gòu)的要求

我圍所有空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)車間，在解決供氧問題后，只需在原有車間內(nèi)稍加改動(dòng)或增添少錄設(shè)備(如除塵和機(jī)械化上料等)，均可適應(yīng)全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的需要。例如對(duì)一座年產(chǎn)20-24萬噸的3x8噸空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐車間，若維持車間年產(chǎn)能力不變，則投資幾百萬元以增添除塵上料系統(tǒng)后，就可改為2座(或3吹2 ) 8-}-10噸的全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐，若爐座不變(3吹3的活爐座)，則另增添.吊車等附屬設(shè)備后，可使年產(chǎn)能力提高到30萬噸以上。

對(duì)于新建車間，廠房高度可以比頂吹車間顯著降低，和氧氣底吹轉(zhuǎn)滬一樣，無需建造氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐所需那樣的高架廠房。按國外新建底吹轉(zhuǎn)爐車間的資料報(bào)導(dǎo)，廠房比頂吹矮三分之一 。

氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼主要煉鋼設(shè)備

1.氧槍

全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐所用氧槍，其工作原理和國外氧氣底吹轉(zhuǎn)爐的氧槍相同，目.前各廠均采用柴油作冷卻保護(hù)介質(zhì)。氧槍由兩根同心套管組成，內(nèi)管用銅管，外管用普通碳素鋼管制作。氧槍中心管路供氧，內(nèi)外管之間的特制間隙走油。在工作條件下，油與氧氣同時(shí)噴入爐內(nèi)，油在槍口處的升溫、汽化和裂解而吸收熱量，加上氧氣噴出時(shí)的膨脹吸熱，使氧槍頭部溫度始終保持在幾百度而能正常供氧(經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定氧槍槍身和頭部附近溫度在250-200℃以下)。爐役期內(nèi)槍頭端面層因高溫而逐漸燒掉，與爐襯變薄而同步變短，直至停爐。

唐鋼一煉1975年在風(fēng)氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐上試用全鋼管氧槍，效果較好，為節(jié)約氧槍用銅作了初步嘗試。

幾年來的實(shí)際應(yīng)用證明、我國自行設(shè)計(jì)制作的氧槍，具備結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護(hù)方便、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。與國外氧氣底吹氧槍只能使用300-400爐、單耗速度1.3-2.5毫米/爐比較，我國自制氧槍壽命高1-2倍，平均單耗速度達(dá)到了0.6-0.7毫米/爐。唐鋼全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐幾次爐令超千爐爐役，氧槍殘余長度仍有原長的三分之一左右。

關(guān)于油比，全氧側(cè)吹槍數(shù)比同樣條件的氧氣底吹少，故相同容量轉(zhuǎn)爐的吹煉期耗油量(公斤/噸鋼)句以低于)。目前6-8噸全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐，采用爐役全程恒油操作，耗油量為6-8公斤戶噸鋼。鞍鋼150噸轉(zhuǎn)爐全氧側(cè)吹試驗(yàn)時(shí)，平均柴油單耗達(dá)到3.12公斤/噸鋼。

氧槍的安裝和快速更換技術(shù)，是我國氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法投產(chǎn)以來，所積累起的重要經(jīng)驗(yàn)之一。如某些高爐齡的爐役，在開爐后第3爐，第6爐以及爐役中、末期均發(fā)生過油路堵塞、噴渣等燒壞氧槍的事故，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)快速更換氧槍和重新燒補(bǔ)凹坑后，爐子仍正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于側(cè)吹氧槍區(qū)，熔池靜壓小，爐襯及氧槍侵損慢，各廠大膽試用了氧槍磚內(nèi)予埋定位鋼管、開爐前現(xiàn)場(chǎng)裝槍的工藝。這種鋼管的內(nèi)徑可以比氧槍外徑大2 - 8毫米，余量大于3毫米時(shí)，可用耐火泥漿將縫隙灌死以防回油串火燒槍。采用這種裝槍工藝，可以保證裝槍質(zhì)量、換槍迅速和方便。

2.爐體

目前，全國各廠生產(chǎn)的全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐，公稱爐容量分別為3、4、5、6、8噸，爐型有渦鼓型和直筒型兩種。都是由原空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐和氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐改成，爐型和尺寸參數(shù)以及爐襯材質(zhì)、修砌工藝等都基本未變。二十余座全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐，除沈陽一鋼為三噸直筒型爐型外，其余全都為渦鼓型。因生產(chǎn)使用只有兩年多時(shí)間，有關(guān)爐型的試驗(yàn)研究工作尚未來得及深入進(jìn)行，對(duì)于直筒爐型和渦鼓爐型，以及新爐型設(shè)想，均難以作出結(jié)論。現(xiàn)用的兩種爐型都可獲得較好的爐齡和其它技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但目前傾向于采用渦鼓型 。

為了適應(yīng)氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼這一新生事物迅速發(fā)展的需要，保證上述任務(wù)的完成，我們建議:

①將我國首創(chuàng)的、初獲較好效果并有重要發(fā)展前途的“氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼”，列為國家重點(diǎn)科研項(xiàng)目。加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，提供必要的條件，扶植這一社會(huì)主義新生事物的茁壯成長，為趕超世界先進(jìn)水平，為加速我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。

②在冶金部和有關(guān)省、市、自治區(qū)冶金局的領(lǐng)導(dǎo)下，組織有關(guān)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、科研教學(xué)等單位，根據(jù)生產(chǎn)需要，開展調(diào)查研究工作，盡快提出現(xiàn)有車間改造的合理方案和新建小型轉(zhuǎn)爐車間的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，以及開展全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐大型化和其它長遠(yuǎn)發(fā)展課題的研究 。2100433B

在當(dāng)代各種煉鋼方法紛紛采用氧氣強(qiáng)化冶煉的階段，我國各地空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐也面臨了一個(gè)技術(shù)改造和發(fā)展的問題。大家知道，我國的堿性空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼是解放以后試驗(yàn)成功，在一九五八年大辦鋼鐵的群眾運(yùn)動(dòng)中迅速發(fā)展起來的一種煉鋼方法。它較好地適應(yīng)了我國資源條件不適當(dāng)時(shí)地方工農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，二十多年為我國鋼鐵工業(yè)為發(fā)展和改善鋼鐵工業(yè)的布局，作出了一定的貢獻(xiàn)。一九五八年偉大領(lǐng)袖毛主席親臨上鋼一廠二轉(zhuǎn)爐車間一號(hào)空氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐爐前視察，給我國鋼鐵工人以極大的鼓舞。十幾年來，上海、唐山、天津、沈陽等全國各轉(zhuǎn)爐鋼廠的工人、干部和技術(shù)人員遵循毛主席所指引的方向，堅(jiān)持技術(shù)革新和技術(shù)革命的群眾運(yùn)動(dòng)，為完善和發(fā)展我國側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)作出了巨大的成績。

為加速我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)改造，在大力發(fā)展氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的同時(shí)，究競(jìng)?cè)绾瘟⒆阌谖覈唧w條件，充分發(fā)揮我國側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的特長，對(duì)各地原有煉鋼車間和設(shè)備實(shí)行革新、挖潛、改造，為多快好省發(fā)展我國鋼鐵工業(yè)，趕超世界先進(jìn)水平而闖出一條新的途徑，一直是我國煉鋼技術(shù)改造中的關(guān)鍵點(diǎn) 。