鐵水熔池造氣概述

噴粉脫硫反應(yīng)是在鐵水—熔渣界面進(jìn)行的。脫硫粉劑借助插入式噴槍高速噴入鐵水中后，由于流股的強(qiáng)烈攪拌作用，鐵水與粉劑迅速反應(yīng)，生成的富硫熔渣因密度小而上浮，經(jīng)過一段時間即可用專門的除渣裝置將其排除。射流與鐵水的相互作用如《圖1：射流與金屬熔池相互作用示意圖》所示。

根據(jù)射流在金屬熔池內(nèi)的流體力學(xué)、物理化學(xué)和傳熱傳質(zhì)等方面的特點(diǎn)不同，可在反應(yīng)器內(nèi)大致形成如下幾個區(qū)域：（1）氣粉射流區(qū)：它是由動能較大的氣粉流從噴嘴噴出時排開金屬液而形成的，但在其中也會卷入一些金屬液滴和渣滴。（2）粉粒侵入?yún)^(qū)：它在氣粉射流區(qū)的下部，是由動能較大的粉粒侵入金屬液而形成的。（3）氣體—液體卷流區(qū)：氣泡上浮時帶動金屬液體運(yùn)動，在這里發(fā)生強(qiáng)烈的傳質(zhì)過程和攪拌作用。（4）氣泡逸出區(qū)：它是由上浮的氣泡排開熔池表面的渣層而造成的。（5）渣層：熔池表面有渣覆蓋的部分。（6）金屬液水平流區(qū)：氣—液流上升到頂面以后，氣體逸出后液體形成表面流呈放射狀向四周散開，在這里發(fā)生熔渣—金屬界面的傳質(zhì)過程。（7）循環(huán)區(qū)：水平流在熔池壁面附近向下流動，在熔池下部又向中心流動，再次被氣液流抽引而發(fā)生循環(huán)運(yùn)動。噴射后形成的大量氣泡，產(chǎn)生“氣泡泵”作用，鐵水被不斷抽引、提升，而粉劑則在此過程中與鐵水相互接觸并完成脫硫反應(yīng)，然后成渣上浮，使鐵水得以凈化。

圖1為典型的有渣法埋弧電爐熔池結(jié)構(gòu)。有渣法電爐爐膛是由生料層、軟熔層、焦炭層、熔渣層、金屬熔池等幾個部分構(gòu)成。在靠近爐墻溫度比較低的部位存在由凝Ⅲ的熔渣和未反應(yīng)的爐料構(gòu)成的死料區(qū)。

電爐內(nèi)爐料下降過程先后經(jīng)歷的幾個主要區(qū)域是：爐料預(yù)熱區(qū)、爐料軟熔區(qū)、焦炭層、爐渣層和熔融金屬層。

生料層由術(shù)反應(yīng)的爐料，如焦炭、礦石和熔劑組成?？拷姌O的部位溫度較高，爐料熔化速度快，生料層的厚度較薄，而遠(yuǎn)離電極的部位料層較厚，爐料下沉速度相對較慢。爐氣在通過松散的乍料層時與爐料進(jìn)行熱交換，電流通過導(dǎo)電的爐料產(chǎn)生熱量使料層溫度升高。礦石中的高價氧化物，如MnO₂、Fe₂O₃，會住這一部位發(fā)生熱分解或被CO還原成低價氧化物。在溫度更高的部位，出現(xiàn)FeO的同態(tài)還原，有金屬鐵生成。

在料層溫度低于1300℃的區(qū)域，鉻鐵尖晶石中的Fe₂O₃和FeO被CO和C還原；在料層更深處溫度高于1300℃區(qū)域Cr₂O₃，開始出現(xiàn)還原。三價鐵、二價鐵和鉻先后從鉻鐵礦中分離出去，在礦石中形成分散的金屬珠；結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全改變的尖晶石仍維持著礦石顆粒形狀。尖品石的熔化溫度很高，只有在溫度更高的深度才會出現(xiàn)渣化。

當(dāng)料層溫度高于爐料的軟化溫度或還原反應(yīng)產(chǎn)物的熔點(diǎn)時，爐料出現(xiàn)軟熔現(xiàn)象。這一部位位于焦炭層卜部，稱為軟熔層。錳的高價氧化物Mn₂O₃和Mn₃O₄。在軟熔層全部還原生成低價氧化錳MnO并進(jìn)入熔渣。在1300～1500℃發(fā)生的鉻的固態(tài)還原也是這一區(qū)域的主導(dǎo)反應(yīng)，鉻的還原加劇了礦石解體進(jìn)程，大大加快了礦石的熔化。南于錳和鉻的還原遲于鐵的還原，在料層巾金屬顆粒中的錳鐵比或鉻鐵比由上到下逐漸增加。鐵和鉻的還原是強(qiáng)烈吸熱反應(yīng)。輸入爐內(nèi)的熱量有50%以上用于還原金屬氧化物。爐料層和軟熔層所產(chǎn)生的電阻熱量較少，軟熔層所需的熱量足由焦炭層向上傳遞的。軟熔層上下溫差較大，下部是還原反應(yīng)的主要部位。盡管初渣和含鐵較高的金屬珠有一定的流動性，但熔點(diǎn)很高的術(shù)還原礦石摻雜在其中，軟熔層整體并沒有流動性。當(dāng)爐料的熔化速度大于還原速度就會出現(xiàn)爐料過早熔化，爐膛導(dǎo)電結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致焦炭層上移。

熔化焊接時，在熱源作用下，焊件上形成的具有一定形狀的液態(tài)金屬部分被稱的焊接溶池?；『高^程中，電弧下的熔池金屬在電弧力的作用下克服重力和表面張力被排向熔池尾部。隨著電弧前移，熔池尾部金屬冷卻并結(jié)晶形成焊縫。

焊縫的形狀決定于熔池的形狀,熔池的形狀又與接頭的形式和空間位置、坡口和間隙的形狀尺寸、母材邊緣、焊絲金屬的熔化情況、熔滴的過渡方式等有關(guān)。接頭的形式和空間位置不同，則重力對熔池的作用不同。焊接工藝方法和規(guī)范參數(shù)不同,則熔的體積和熔池的長度等都不同。平焊位置時熔池處于最穩(wěn)定的位置,容易得到形良好的焊縫,在生產(chǎn)中常通過焊接變位機(jī)等裝置使接頭處于水平或船形位置進(jìn)行焊接。而在其他空間位置焊接(橫焊、立焊、仰焊、全位置焊)時,由于重力的作有使熔池金屬下淌的趨勢,因此要采取特殊措施(例如施加脈沖電流等)控制焊縫成形。當(dāng)坡口和間隙、焊接規(guī)范參數(shù)等不合適時，也有可能產(chǎn)生焊縫成形方面的缺欠。2100433B