氧气转炉炼钢过程的解析与控制PDF电子书下载

1氧气转炉炼钢反应特点 1

1.1 炼钢反应的宏观结构（渣、金属液、气相的乳化与混合） 1

1.1.1 氧气转炉炼钢过程的基本特征 1

1.1.2 泡沫渣的生成与乳化反应 3

参考文献 6

1.2 熔池的氧化 7

1.2.1 熔池氧化过程的机理 7

1.2.2 熔池的传氧方式 10

1.2.3 氧流在炉渣和金属中的宏观分配 16

1.2.4 炉渣的氧化性及其影响因素 19

参考文献 20

1.3 金属滴在铁质渣中的氧化行为 20

参考文献 26

1.4 金属滴中碳还原渣中氧化铁的动力学 26

1.4.1 金属滴中碳还原渣中FeO的动力学分析 28

1.4.2 S＞0.01%时的FeO还原模型 36

1.4.3 低[S]含量下的FeO还原模型 38

参考文献 41

1.5 炉渣的氧化性状态 41

1.5.1 氧化铁活度 42

1.5.2 渣中Fe3＋/Fe 2＋比及其变化规律 65

参考文献 85

1.6 控制炉渣氧化性的因素和手段 87

1.6.1 影响炉渣氧化性的因素 87

1.6.2 炉渣（TFe）的控制模型 93

参考文献 100

1.7 如何更好地创建（TFe）控制模型 101

1.7.1 吹炼前、中期控制炉渣（TFe）含量的第一方程和第二方程如何建立 101

1.7.2 吹炼后期和终点控制炉渣（TFe）含量的第一方程和第二方程如何建立 103

1.7.3 全程控制炉渣（TFe）含量的模型如何建立 104

参考文献 105

1.8 炉渣氧分压、氧化铁活度和TFe含量的检测及新得出的lgpo2公式 105

参考文献 109

附录 Fe 3＋/Fe 2＋和Fe2O3/FeO的回归分析结果 110

2 射流、相似原理和射流与熔池的相互作用 118

2.1 射流 119

2.1.1 亚音速湍流自由射流 119

2.1.2 具有伴随流的亚音速湍流自由射流 124

2.1.3 超音速湍流自由射流 129

2.1.4 具有伴随流的超音速湍流自由射流 139

2.1.5 非工况下超音速湍流自由射流 143

2.1.6 具有中心孔的四孔喷枪的射流特性 147

2.1.7 喷头结构和操作参数对射流特性的影响 151

2.1.8 氧气射流在实际转炉中的情况 157

2.1.9 底吹射流 160

参考文献 166

2.2 相似原理 168

2.2.1 实验研究的任务和相似原理的价值 168

2.2.2 相似的定义和概念 168

2.2.3 单值条件 170

2.2.4 流动的力学相似 171

2.2.5 黏性流体流动的力学相似准数 172

2.2.6 量纲分析法 185

2.2.7 相似准数在实验研究中的应用 190

参考文献 195

2.3 射流与熔池相互作用下的熔池运动动力学 195

2.3.1 顶吹氧气射流冲击熔池深度的实验研究 196

2.3.2 底吹氧气转炉的熔池运动动力学 236

2.3.3 顶吹、底吹和复吹转炉熔池搅拌强度的实验研究 244

参考文献 253

3 硅、锰的氧化反应 256

3.1 硅和锰在熔池中的氧化 256

参考文献 260

3.2 锰氧化反应平衡研究 260

3.2.1 锰在铁液和Fet O- MnO渣系间的平衡分配 260

3.2.2 锰在铁液与FeO-MnO-MOx （MOx = PO2.5 ，SiO2，Al2O3，MgO，CaO）三元熔渣间的平衡分配 265

3.2.3 锰在铁液和多元渣系间的平衡分配 269

参考文献 279

3.3 硅、锰氧化还原动力学 281

3.3.1 锰的氧化反应动力学 281

3.3.2 锰的还原反应动力学 290

3.3.3 硅的氧化反应动力学 299

参考文献 305

3.4 硅、锰在氧气转炉中对冶金特性的影响 305

3.4.1 铁水硅含量对脱磷的影响 306

3.4.2 铁水含锰量对造渣的影响 313

3.4.3 铁水含锰量和渣中MnO含量对脱磷的影响 314

参考文献 323

3.5 元素的同时氧化和反应偏离平衡程度 324

3.5.1 元素的同时氧化条件和炉渣一次氧化产物中的氧在元素之间的分配 324

3.5.2 元素i的氧化过程偏离平衡的程度 327

参考文献 330

4 脱磷反应 331

4.1 磷的氧化反应热力学 331

4.1.1 磷的氧化条件 331

4.1.2 磷与硅、锰的耦合氧化 333

4.1.3 碳和磷的选择性氧化 336

参考文献 337

4.2 磷容量及其在脱磷中的地位 338

4.2.1 磷容量 338

4.2.2 Lp与Cp（或C PO 3- 4）等因素的关系 341

参考文献 342

4.3 磷酸盐容量C PO 3- 4的实验研究 342

4.3.1 熔剂成分对C PO 3- 4的影响 343

4.3.2 氧分压对C PO 3- 4的影响 347

4.3.3 温度对C PO 3- 4的影响 347

参考文献 348

4.4 磷的活度系数f P 349

参考文献 349

4.5 脱磷的氧分压P O2 349

参考文献 351

4.6 磷在渣和碳饱和的铁液间的平衡分配比（LP） 351

4.6.1 炉渣成分的影响 351

4.6.2 PO2的影响 356

4.6.3 温度的影响 356

4.6.4 LP的半经验式 358

参考文献 360

4.7 钢液氧化脱磷的平衡研究 361

4.7.1 脱磷平衡经验公式 361

4.7.2 温克勒-启普曼经验式 361

4.7.3 巴拉耶瓦经验式 362

4.7.4 李远洲对脱磷分配比表达式的见解 367

4.7.5 李远洲对P2O5活度系数γ P2O5表达式的见解 397

参考文献 410

4.8 脱磷反应动力学 412

4.8.1 磷氧化反应动力学 412

4.8.2 冶金过程的弥散相（金属滴和渣滴或粉粒）与熔体（渣池和金属熔池）间的宏观动力学 422

4.8.3 钢渣乳化的去磷动力学 424

4.8.4 喷粉去磷的动力学 425

参考文献 432

4.9 顶底复吹转炉脱磷最佳化工艺模型的探讨 432

4.9.1 试验条件 432

4.9.2 试验结果和讨论 433

4.9.3 小结 441

参考文献 441

4.10 氧气转炉最佳化脱磷工艺模型的探讨 442

4.10.1 吹炼前期最佳化脱磷工艺模型 443

4.10.2 拉碳脱磷的控制模型 447

4.10.3 冶炼低碳钢的终点脱磷控制模型 452

4.10.4 优化炼钢工艺的微机智能系统初步方案 456

4.10.5 小结 459

参考文献 459

5 脱硫反应 461

5.1 顶吹氧气转炉的脱硫行为 461

5.1.1 试验装置和条件 461

5.1.2 试验结果和讨论 462

5.1.3 小结 467

参考文献 468

5.2 顶吹氧气转炉的气化脱硫率和终点脱硫能力 468

5.2.1 气化脱硫率ηs·g及其影响因素 468

5.2.2 影响Ls的因素及其作用和地位 471

5.2.3 影响ns的因素及其作用和地位 475

5.2.4 小结 475

参考文献 476

5.3 顶吹氧气转炉的脱硫最佳化工艺静态控制模型的探讨 476

5.3.1 最佳化脱硫工艺的设计研究 476

5.3.2 最佳化脱硫工艺的设计 478

5.3.3 最佳化脱硫工艺的计算机智能系统 485

5.3.4 小结 485

参考文献 487

6 脱碳反应 488

6.1 碳的氧化反应 488

6.1.1 不同研究者的实验结果 488

6.1.2 碳氧反应平衡常数Kc-o 489

6.1.3 碳氧化反应的热效应 492

6.2 金属熔池中碳的氧化动力学 492

6.2.1 氧化过程的机理和速度 492

6.2.2 钢液脱碳过程的动力学 493

6.3 熔池中碳氧化反应过程的分析 496

6.4 熔炼的温度制度对钢水含氧量的影响 497

6.5 转炉一般脱碳模型的建立 499

6.5.1 脱碳一般模型 499

6.5.2 计算CT（即CB） 501

6.5.3 高拉补吹的耗氧分段控制模型 502

6.6 脱硅和脱碳的半经验混合模型 503

6.6.1 脱碳的传质方程 503

6.6.2 脱碳的反应机制 504

6.6.3 C＊ A的补充模型 506

6.6.4 脱硅对脱碳的影响 506

6.6.5 操作因素变化的修正 508

7 转炉吹炼过程解析 509

7.1 转炉吹炼过程参数的变化 509

7.1.1 碳含量的变化 509

7.1.2 硅含量的变化 509

7.1.3 锰含量的变化 509

7.1.4 磷含量的变化 510

7.1.5 渣中SiO2质量的变化 510

7.1.6 渣中FeO质量的变化 510

7.1.7 渣中MnO质量的变化 510

7.1.8 渣中P2O5质量的变化 510

7.1.9 渣中CaO质量的变化 510

7.1.10 废钢熔化速度 511

7.1.11 钢水量的变化 511

7.1.12 渣量的变化 512

7.1.13 钢水温度及变化 512

7.1.14 凹坑界面温度（T W） 512

7.1.15 吹炼开始时的熔池温度（Tm·i） 513

7.1.16 炉气温度的变化 514

7.1.17 转炉热平衡收支项 515

参考文献 516

7.2 硅锰磷碳同时氧化反应的数学模型 517

7.2.1 引言 517

7.2.2 四个反应物系 519

7.2.3 炼钢熔池中熔渣-金属界面处的两相浓度的确定 525

7.2.4 体系内存在物质源的扩散方程 528

参考文献 537

7.3 氧气顶吹转炉炼钢中元素氧化过程的数学模型 537

7.3.1 引言 537

7.3.2 元素氧化反应数学模型的设想 537

7.3.3 元素氧化的数学模型 538

参考文献 541

8 氧气转炉造渣和石灰熔化特点 542

8.1 转炉渣的基本性质和特征 542

8.1.1 碱度 542

8.1.2 氧化性 543

8.1.3 黏度 544

8.1.4 渣-金属-气体乳化液和炉渣起泡 545

参考文献 546

8.2 转炉渣的组成、来源和形成过程 546

8.2.1 转炉渣的组成、来源和含量范围 546

8.2.2 转炉渣的形成过程 547

8.2.3 化学成分的变化 548

8.2.4 矿物组成的变化 548

参考文献 549

8.3 石灰在转炉渣中的溶解动力学 550

8.3.1 石灰溶解过程 550

8.3.2 石灰溶解机理 550

8.3.3 石灰溶解动力学 556

8.3.4 影响石灰溶解速度的因素 564

参考文献 569

8.4 对转炉脱磷碱度和石灰用量公式的商榷 570

8.4.1 脱磷炉渣碱度公式 571

8.4.2 石灰加入量公式 571

8.4.3 白云石加入量公式 573

8.4.4 讨论 574

8.4.5 小结 578

参考文献 578

8.5 氧气转炉熔剂的选配 579

8.5.1 MgO、A12O3配比的选择 580

8.5.2 MnO、CaF2配比的选择 591

8.5.3 多种熔剂的配合使用 597

8.5.4 小结 598

参考文献 599

8.6 转炉泡沫渣操作的特性 600

8.6.1 泡沫渣在转炉炼钢中的作用 600

8.6.2 影响炉渣泡沫化的因素 602

8.6.3 吹炼过程中泡沫渣的形成与变化 604

8.6.4 泡沫渣的控制 605

8.7 转炉最佳化初渣的定义和特性参数 606

8.7.1 碱度 606

8.7.2 CaO/FeO或CaO/（FeO＋MnO）的最佳比值 613

8.7.3 MgO、CaF2和MnO的合理含量 616

参考文献 618

8.8 转炉终渣的合理类型 619

8.8.1 终渣的矿相组成与碱度 619

8.8.2 终渣的TFe（或ΣFeO）含量 626

8.8.3 终渣的熔剂组分 629

8.8.4 小结 632

参考文献 632

8.9 氧气转炉造渣最佳化工艺模型 633

8.9.1 模型结构 633

8.9.2 模型应用 642

8.9.3 小结 643

参考文献 643

8.10 炉渣成分、渣量和炉衬寿命的三角关系 644

8.10.1 吹炼前期的“三角”关系 644

8.10.2 吹炼终期的“三角”关系 645

8.10.3 小结 647

参考文献 648

9 复吹转炉合理的供氧、供气制度 649

9.1 复吹转炉顶部供氧和底部供气制度 649

9.1.1 复吹转炉顶部供氧压力的选择 649

9.1.2 复吹转炉底部供气量的确定 651

9.1.3 复吹转炉供氧和供气强度 659

9.1.4 不同铁水条件和冶炼钢种的供氧供气制度 665

参考文献 671

9.2 枪位制度的确定 672

9.2.1 枪位制度论述 672

9.2.2 吹炼前期枪位的判别准数 677

9.2.3 吹炼中期枪位的判别准数 686

9.2.4 吹炼后期枪位的判别准数 691

参考文献 695

9.3 双流复合吹炼的冶金特征 696

9.3.1 水力学模型试验 696

9.3.2 工业性热调试试验 699

9.3.3 小结 703

参考文献 703

10 喷枪和炉型的设计 704

10.1 顶吹喷枪类型和喷头设计 704

10.1.1 顶枪类型的选择 704

10.1.2 顶枪的喷头设计计算 708

参考文献 712

10.2 氧气底吹喷枪的设计计算 713

10.2.1 风嘴出口压力的选择 713

10.2.2 风嘴直径、个数和非圆形截面喷嘴的选择 715

10.2.3 单个风嘴供氧量的确定 717

10.2.4 喷枪供氧压力和流量的计算 721

10.3 多微孔环式风嘴 721

10.3.1 提出多微孔环式风嘴的理论依据 722

10.3.2 水力学模型试验结果 724

10.3.3 风嘴设计说明 725

10.3.4 工业性试验结果 727

10.4 顶吹转炉合理炉型的设计 727

10.4.1 炉子容量的含义 728

10.4.2 供氧制度与炉型的关系 728

10.4.3 炉型的选择 730

10.4.4 炉子主要尺寸参数的确定及其依据 731

10.5 氧气底吹转炉的炉型设计 739

10.5.1 设计原则 739

10.5.2 炉型设计举例 740

10.5.3 文献对李远洲公式的评估 746

参考文献 748

11 转炉热工调控 749

11.1 热化学中的几个问题 749

11.1.1 转炉成渣热的研究 749

11.1.2 生白云石冷却能力的重新评估 754

11.1.3 炉衬散热损失及辐射散热损失 762

参考文献 768

11.2 氧气转炉二次燃烧 768

11.2.1 脱碳和二次燃烧的热力学分析 769

11.2.2 二次燃烧模型 775

参考文献 783

12 计算机在转炉中的应用 784

12.1 转炉控制技术的发展 784

12.1.1 统计模型 785

12.1.2 CRM模型 786

12.1.3 静态控制模型的改进 786

12.1.4 动态控制模型 789

12.1.5 吹炼控制的发展 791

12.1.6 生产管理与工艺跟踪 794

12.2 转炉静态控制模型 796

12.2.1 模型中运算公式和操作特征参数的选择 797

12.2.2 计算流程图 803

12.2.3 静态工艺控制模型计算结果及分析 803