平爐煉鋼平爐操作工藝

根據(jù)鋼鐵料中生鐵(或鐵水)和廢鋼的配比，采用下列不同的操作方法:①礦石法。鋼鐵料絕大部分是鐵水，為氧化鐵水中的雜質(zhì)，在裝料時(shí)加入大量鐵礦石;②廢鋼礦石法。鋼鐵料中生鐵占50%以上，廢鋼占50%以下，并配加適量的鐵礦石;③廢鋼法。鋼鐵料中廢鋼占的比例大，為補(bǔ)充含碳量，適當(dāng)配加生鐵(30~40%)，裝料時(shí)可不加鐵礦石;④增碳法。鋼鐵料中絕大部分是廢鋼，裝料時(shí)加無(wú)煙煤或石油焦等增碳。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果考慮，有高爐供應(yīng)鐵水的地方一般用廢鋼礦石法，廢鋼便宜的地方常用廢鋼法。

平爐煉鋼的過(guò)程通常分為補(bǔ)爐、裝料(鐵礦石、石灰和廢鋼)、加熱、兌鐵水、熔化、精煉、脫氧和出鋼等幾個(gè)步驟:

以采用廢鋼礦石法操作的 300噸不吹氧的和吹氧的重油平爐為例，煉一爐鋼各期操作時(shí)間如表。

裝料和熔化時(shí)間約占全爐2/3左右，它與平爐的加熱狀態(tài)有密切關(guān)聯(lián)，所以稱它為熱工期。

open hearth steelmaking

用平爐以煤氣或重油為燃料，在燃燒火焰直接加熱的狀態(tài)下，將生鐵和廢鋼等原料熔化并精煉成鋼液的煉鋼方法。1856年德國(guó)人西門子 (K.W.Siemens)使用了蓄熱室為平爐的構(gòu)造奠定了基礎(chǔ)。1864年法國(guó)人馬丁(P.┵.Martin)利用有蓄熱室的火焰爐，用廢鋼、生鐵成功地?zé)挸隽虽撘?，從此發(fā)展了平爐煉鋼法。在歐洲一些國(guó)家稱為西門子-馬丁爐或馬丁爐。此法同當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)爐煉鋼法比較有下述特點(diǎn):①可大量使用廢鋼，而且生鐵和廢鋼配比靈活;②對(duì)鐵水成分的要求不像轉(zhuǎn)爐那樣嚴(yán)格，可使用轉(zhuǎn)爐不能用的普通生鐵;③能煉的鋼種比轉(zhuǎn)爐多，質(zhì)量較好。因此，堿性平爐煉鋼法問(wèn)世后就為各國(guó)廣泛采用，成為世界上主要的煉鋼方法。在1930~1960年的30年間，世界每年鋼的總產(chǎn)量近80%是平爐鋼。50年代初期氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐投入生產(chǎn)，從60年代起平爐逐漸失去其主力地位。許多國(guó)家原有的煉鋼主力──平爐已經(jīng)或正在陸續(xù)被氧氣轉(zhuǎn)爐和電爐所代替。

1890年，"江南機(jī)器制造總局"(在上海)建立3噸和15噸酸性平爐各一座，是中國(guó)最早的煉鋼平爐。到1949年除鞍山有一些較大的平爐外，有為數(shù)不多的小型平爐。中華人民共和國(guó)建立后，修復(fù)、改造原有的平爐，并建設(shè)了新的大中型平爐。進(jìn)入70年代后未新建平爐。

特征可歸納如下三點(diǎn):

從外部供給熱量 因平爐爐體龐大，冶煉時(shí)間長(zhǎng)，爐墻散熱損失和高溫廢氣帶走的熱量大，除鋼鐵原料中各元素氧化產(chǎn)生熱量外，必須從外部供給燃料和使用預(yù)熱空氣燃燒燃料，方能保持煉鋼時(shí)需要的熱量。不吹氧的平爐每煉1噸鋼大約消耗 100萬(wàn)千卡的熱量，相當(dāng)于140公斤標(biāo)準(zhǔn)煤。

氧化性氣氛 平爐熔煉室內(nèi)燃燒氣體(爐氣)中含有O2、CO2、H2O等，在高溫下，強(qiáng)氧化性氣體向熔池供氧量每小時(shí)可達(dá)金屬重量的0.2~0.4%，對(duì)熔池起氧化作用，使?fàn)t渣始終有較高的氧化性。單靠爐氣供氧，速度慢，加鐵礦石或吹氧可加速反應(yīng)過(guò)程。

爐渣的作用 爐渣的比重只有鋼液的1/2左右，浮在熔池面上，介于爐氣和鋼液之間，是爐氣向熔池傳熱和傳氧的媒介。此外，爐渣還有去除硫、磷等雜質(zhì)，保護(hù)鋼液不致過(guò)氧化和防止鋼液吸收氣體(H、N)等重要作用。因此平爐煉鋼要求造好具有一定堿度和流動(dòng)性良好的渣，爐內(nèi)需維持適當(dāng)?shù)脑亢驮鼘雍穸?，為造好渣，爐料熔化后，熔池中的鐵水要保持適量的含碳量。在精煉時(shí)，依靠爐渣的傳熱和傳氧，以及追加鐵礦石或吹氧促進(jìn)脫碳反應(yīng)激烈進(jìn)行，造成熔池的激烈沸騰，增大渣、鋼的接觸面積和加強(qiáng)傳熱、傳質(zhì)作用，以完成精煉任務(wù)。

總之，具有良好的熱工條件以保持高溫，造好流動(dòng)性、堿度和數(shù)量適宜的爐渣，精煉時(shí)保持較高的脫碳速度，使熔池沸騰活躍，對(duì)平爐煉鋼是極為重要的。

;有幾個(gè)主要參數(shù):①熱負(fù)荷。在平爐冶煉過(guò)程中每小時(shí)供給平爐的熱量( 千卡/小時(shí))，稱為平爐熱負(fù)荷。在煉一爐鋼的過(guò)程中，從裝料、加熱，直到熔化和各期中，爐料的物理狀態(tài)在不斷變化，并伴有不同的化學(xué)反應(yīng)，熔池內(nèi)部的傳熱條件和對(duì)熱量的需要不同，所以在冶煉一爐鋼的各期中應(yīng)給予不同的熱負(fù)荷。一般在裝料期熱負(fù)荷最大，熔化和精煉期較小，②空氣過(guò)剩系數(shù)。實(shí)際供給平爐內(nèi)的空氣量與燃料完全燃燒所需理論空氣量之比，一般為1.1~1.5。③爐膛壓力。爐頂中心處的爐內(nèi)外壓力差，一般為2~5毫米水柱。④爐頂溫度。爐頂?shù)膬?nèi)表面溫度，一般為1450~1700℃。⑤換向間隔時(shí)間。一次換向周期經(jīng)過(guò)的時(shí)間，一般為8~15分鐘。⑥蓄熱室溫度。蓄熱室上層格子磚的溫度，一般為1100~1200℃。此外，對(duì)燃燒重油的平爐還規(guī)定霧化劑的壓力和流量，以及從重油燒嘴供給的一次空氣量和從蓄熱室進(jìn)入的二次空氣量;對(duì)用氧強(qiáng)化燃燒的平爐還規(guī)定氧壓、氧量等項(xiàng)目。煉鋼過(guò)程的熱平衡示于表1。

從表1可見:①普通平爐熱收入項(xiàng)主要是燃料燃燒熱和熱空氣的物理熱，約占60~70%左右;②熱支出項(xiàng)中廢氣帶走的熱量將近一半;③吹氧時(shí)提高了有效熱利用率，降低了燃料消耗。

;用氧強(qiáng)化冶煉的方法應(yīng)用廣泛，1981年中國(guó)近80%的平爐鋼是用氧冶煉的 。供氧的方法有以下幾種:

平爐最早用氧的方法是把空氣的氧含量增加到25%左右，以加快燃燒，提高火焰溫度和剛性，增加平爐氧化能力，從而提高平爐生產(chǎn)率和降低燃料消耗。此法因耗氧量較多，效果不如直接向熔池吹氧，未能推廣。

從爐門用滲鋁鋼管或包有耐火泥的鋼管向熔池吹氧，一般用氧量為每噸鋼5~20米3。此法操作比較麻煩，影響爐體壽命，耗用鋼管亦較多，用氧量和效果都受到限制。 槍吹 在平爐后墻鋼液面下，埋入兩根或數(shù)根雙層或三層套管，氧氣通過(guò)內(nèi)管(稱氧槍)吹入爐內(nèi)。外層套管吹入柴油或天然氣、液化石油氣等冷卻介質(zhì)，依靠冷卻介質(zhì)的裂解吸熱保護(hù)氧槍，一般每噸鋼用氧20~40標(biāo)米3。此法需耗用冷卻介質(zhì)，同時(shí)槍體壽命和其周圍耐火材料壽命以及鋼液成分控制等都還存在一些問(wèn)題。 多孔噴槍頂吹 從平爐爐頂用水冷多孔噴槍向熔池直接吹氧，吹氧量一般為每噸鋼30~50標(biāo)米3，經(jīng)濟(jì)效益顯著，采用最廣。氧氣平爐的操作工藝與前面介紹的不同，不需要加熱時(shí)間，也沒有熔化和精煉的區(qū)分。在兌入鐵水后(一般兌入2/3鐵水)即開始下槍吹氧。在吹氧的同時(shí)，相應(yīng)地采取關(guān)閉爐頭氧氣燃油燒嘴、減少?gòu)臓t頭供給空氣量的熱工制度和增加后期爐渣堿度、渣層厚度的造渣制度，以及在不吹氧期(補(bǔ)爐、裝料和兌鐵水)在爐頭用氧氣燃油燒嘴加強(qiáng)供熱等措施。采用吹氧強(qiáng)化冶煉前后一些生產(chǎn)指標(biāo)變化情況見表2。吹氧平爐爐氣帶有煙塵的問(wèn)題很大，容易造成堵塞和惡化環(huán)境，加除塵器又不方便而且投資很大。

把一座平爐分為左右兩個(gè)爐床，都采用爐頂吹氧。左床吹氧進(jìn)行熔化和精煉時(shí)，利用它的廢氣加熱右床，進(jìn)行補(bǔ)爐、裝料、加熱和兌鐵水等操作。左床出鋼后，右床進(jìn)行熔化和精煉，并以它的廢氣加熱左床，冶、熔交替進(jìn)行。此法在提高產(chǎn)量和降低燃料消耗方面效果顯著，但對(duì)生產(chǎn)管理要求極為嚴(yán)格，勞動(dòng)強(qiáng)度大，僅在蘇聯(lián)等幾個(gè)國(guó)家使用。