实验名称

转炉脱碳能力模拟研究

对应系统

转炉模拟系统

实验

基本

情况

简介

实验性质

新开

实验学时

6学时

实验类型

创新性

适应专业

冶金工程

创新点

了解转炉冶炼过程中各参数对钢液含碳量的影响

实验内容

1. 目的

（1）掌握脱碳热力学、动力学条件；

（2）研究各参数变化对终点钢水含碳量的影响；

（3）掌握顶底复吹转炉冶炼低碳钢操作要点。

2. 范围

适用于转炉炼钢过程中的工艺技术训练。

3. 步骤及内容

3.1任务要求

模拟公称容量250t顶底复吹转炉的实际冶炼过程，根据脱碳热力学、动力学条件，研究冶炼过程各参数变化如：铁水温度、冷却剂配入量、吹氧量、吹氧时间、底气流量、终点温度等对钢液终点碳含量的影响。并最终通过顶底复吹转炉完成对低碳钢的冶炼。

3.2脱碳反应热力学

在转炉炼钢时向熔池吹氧脱碳，其反应是：2C+O2→2CO；这是个弱放热反应，其平衡常熟K随温度升高而稍有减小。在炼钢温度下，K为400～500。当CO的分压为1大气压时，钢液中碳和氧的平衡浓度积为：m=[%C]·[%O]=0.002～0.0025。在炼钢过程前期，炉内温度较低，钢中的硅、锰含量减少，炉温升高，一直到脱氧前，钢液中的碳氧反应即为控制钢中氧含量的主要反应。所以，实际炼钢过程中也存在着[C]高则[O]低，[C]低则[O]高的规律，只不过是实际的碳氧浓度积较上述平衡浓度积为大。这说明了碳氧反应未达到平衡又接近平衡。气相中一氧化碳分压降低时，[%C]·[%O]亦成比例地降低，碳氧反应更为完全。温度升高，钢液中许多元素的脱氧能力明显下降，但碳氧反应的平衡常数随温度变化很小，在更高的温度下，降低气相中一氧化碳分压，可使碳氧反应进

得更完全。

3.3脱碳反应动力学

钢液中碳氧反应的速度很快。在碳含量不很低时，反应速度取决于供氧强度，与[C]浓度无关。当钢中含碳量低于某个临界值（一般认为此临界值在0.07～0.12%之间），供氧强度对脱碳速度已不起明显作用。此时，起决定作用的是钢液中碳和氧向气泡与金属的反应界面的扩散。一般认为，碳高氧低时，起限制性作用的是氧的扩散；碳低氧高时，则是碳。这种情况下，增大气泡-金属界面（如吹入气体）和增加熔池搅拌强度，可以提高脱碳速度。

3.4铁水温度

一般来说，铁水温度越高，转炉冶炼过程成本越低。但对于低碳钢的冶炼，如果铁水温度过高，在相同的出钢温度下，吹氧量和冶炼时间将缩小。因此脱碳量将降低，导致终点碳含量超标。因此请根据实际模拟冶炼情况确定最佳的铁水入炉温度。

3.5底吹氩气

根据脱碳反应热力学、动力学，底吹氩气有利于碳氧反应的发生。请考查底吹时间、底气用量对脱碳效果及成本的影响。并确定最佳的底气用量、底吹时间。

3.6出钢温度

一般来说，在要求范围内，出钢温度越低，成本越低。但对于低碳钢的冶炼，为将碳含量降低到一定的程度必须保证足够的供氧量，因此温度会上升。请根据模拟情况确定在保证脱碳量达到要求的情况下最低的出钢温度。

3.7废钢加入量

废钢作为冷却剂，它的加入既要考虑热平衡，又要考虑其带入的杂质元素对钢水质量的影响，同时还要考虑其成本的控制。请根据模拟冶炼实际情况确定最佳的废钢加入量。

3.8铁矿石加入量

铁矿石可作为氧化剂和冷却剂加入转炉中，请考查铁矿石的加入对脱碳反应的影响。并根据模拟冶炼实际情况确定最佳的铁矿石加入量。

3.9供氧量

实验内容

图1 碳含量变化图

在吹炼过程中考查碳含量随时间、钢液温度变化情况。并改变参数：如吹氧量、冷却剂加入量、加入时间等，考查碳含量变化规律。

3.10模拟结果

完成低碳钢的转炉冶炼。若在模拟吹炼后没有得到合适的终点碳含量或终点温度，请进行事故原因分析，并拟定补救措施或改进方案。

4、知识点

1．转炉炼钢物料平衡和热平衡计算

2．脱碳反应热力学、动力学

5、思考题

1． 为什么超低碳钢的冶炼必须通过精炼才能完成？

2． 顶底复吹转炉与顶吹转炉比较，哪个更有利于脱碳反应的发生？

3．现代钢铁企业冶炼超低碳钢的基本工艺流程是什么？