顶吹是转炉炼钢的核心冶金技术，通过设置在炉体顶部的氧气喷枪向熔池吹入高压氧气，实现金属液的氧化脱碳和杂质去除。该工艺在20世纪中期实现工业化应用，其典型设备为LD转炉（氧气顶吹转炉），具有冶炼周期短（20-40分钟）、原料适应性强等优势。
顶吹工艺包含硬吹与软吹两种操作模式，通过调节氧枪高度和氧气压力控制熔池动力学条件。冶炼过程分为准备期、氧化期和终点控制三个阶段，中期脱碳速度可达0.4%/min，碳氧反应产生的CO气体强化熔池搅拌，形成三相乳化现象 [2]。
该技术现已发展为顶底复吹工艺的基础组成部分，通过优化供氧制度与造渣工艺，可处理含磷量0.3%以上的铁水。截至2023年，中国80吨以上转炉已普遍采用顶吹结合底吹惰性气体的复吹技术 [3]。
- 工艺类型
- 顶吹氧气炼钢
- 应用领域
- 转炉炼钢
- 主要设备
- 顶吹氧枪
- 供氧纯度
- ＞99.5%
- 工作压力
- 0.8-1.2MPa
- 工艺优势
- 熔池搅拌强度高 [2-3]
技术原理
播报编辑
顶吹工元恋寒艺通酷删拳求过顶部氧枪枣体拒向熔池表面喷射超音速氧气流股（马己润赫数柜迁≥2.0），氧气射流穿透熔渣层与金属液发生气-液-渣三相反应。在吹牛艰祖炼中期，碳氧反应产生的CO气葛讲腊泡形成乳化相，使渣中脚霸辣FeO含量降低至10%-15%，同时促进熔池循环流动。
脱碳反应动力学受氧传递速率控制，反应式为[C]+[O]→CO↑。该反应级数随冶炼阶段变化：前期为一级反应（速率受碳扩散控制），中期转为零级反应（受供氧强度主导）。
工艺特点
播报编辑
- 供氧制度采用恒压变枪操作模式，枪位调节范围1.2-2.5米
- 氧枪喷嘴设计为多孔拉瓦尔型，出口气流速度≥500m/s
- 成渣过程分三批加入石灰，首批加入量占总量50%-60%
- 冶炼终点碳含量可控制在0.04%-0.08%范围内 [2]
工艺参数对冶金效果的影响表现为：
- 硬吹（枪位＜1.5米）降低渣中FeO含量，减少炉衬侵蚀
- 软吹（枪位＞2.0米）增强渣系氧化性，促进脱磷反应
- 供氧强度达到特定范围时，冶炼周期显著缩短 [2]
操作分类
播报编辑
根据供氧方式可分为两类基础操作模式：
- 1.深吹（硬吹）
- 特征：低枪位（1.0-1.5米）、高氧压（1.0-1.2MPa）
- 效果：熔池冲击深度达0.8-1.2米，渣中FeO含量降至8%-12%
- 适用：低磷铁水冶炼低碳钢种 [2-3]
- 2.浅吹（软吹）
- 特征：高枪位（2.0-2.5米）、低氧压（0.8-0.9MPa）
- 效果：熔池搅拌半径扩展，渣中FeO含量升至15%-20% [2]
- 适用：高磷铁水冶炼中高碳钢种 [2]
设备结构
播报编辑
顶吹系统关键组件包括：
- 氧枪装置：由三层同心钢管构成，内层通氧气（纯度≥99.5%），中层走冷却水（压力2.5-3.0MPa），外层为回水管
- 转炉炉型：筒球型或锥球型，炉容比0.9-1.05m³/t
- 除尘系统：采用未燃法OG装置，烟气回收热值达2000-2500kcal/Nm³ [1]
氧枪喷头参数设计要求：
- 喷嘴数量：5-6孔
- 倾角：12°-15°
- 喉口直径：28-35mm
- 扩张段长度：喉口直径的6-8倍 [2]
应用发展
播报编辑
中国自20世纪80年代引进顶吹技术后，通过工艺改进实现了多项创新：
- 溅渣护炉技术使炉龄突破10000炉次 [3]
- 动态控制模型将终点碳、温双命中率提升至92%以上 [3]
- 复合吹炼技术结合顶吹氧气与底吹惰性气体，熔池混匀时间缩短至60秒内 [3]
2020年后，顶吹工艺进一步与智能化技术融合：
- 激光测距系统实现枪位实时监控（精度±1cm） [1]
- 声纳化渣监测技术优化造渣过程 [1]
- 神经网络模型预测终点碳含量（误差≤0.01%） [1]
