氧气顶吹转炉炼钢

R.D.佩尔克等著，邵象华、楼盛赫等译校：《氧气顶吹转炉炼钢》，冶金工业出版社，北京，（上册）1980，（下册）1982。(R.D.Pehlke,ed., BOF Steelmaking,AIME,1974～1977.)

氧气顶吹转炉炼钢

责任编辑：苏方来源：成都钢铁网2008年06月20日

氧气顶吹转炉炼钢(oxygen top blown converter steelmaking)

由转炉顶部垂直插入的氧枪将工业纯氧吹入熔池，以氧化铁水中的碳、硅、锰、磷等元素，并发热提高熔池温度而冶炼成为钢水的转炉炼钢方法。它所用的原料是铁水加部分废钢，为了脱除磷和硫，要加入石灰和萤石等造渣材料。炉衬用镁砂或白云石等碱性耐火材料制作。所用氧气纯度在99％以上，压力为0．81～1．22MPa(即8～12atm)。

简史空气底吹转炉和平炉是氧气转炉出现以前的主要炼钢设备。炼钢是氧化熔炼过程，空气是自然界氧的主要来源。然而空气中4／5的气体是氮气，空气吹炼时，这样多的氮气在炉内穿行而过，白白带走大量的热且有部分氮溶解在铁液中，成为恶化低碳钢品质的重要原因。平炉中，氧在用于燃烧燃料之后，过剩的氧要通过渣层传入钢水，所以反应速率极慢，这也就增加了热损失。因此，直接把氧气吹入熔池炼钢，成为许多冶金学家向往的目标。早在19世纪，现代炼钢法的创始人贝塞麦(H．Bessemer)就有了纯氧炼钢的设想，但因没有大量氧气而未进行试验。20世纪20年代后期，以空气液化和分馏为基础的林德一弗兰克(Linde —Frankel)制氧技术开发成功，能够生产可供工业使用的廉价氧气，氧气炼钢又为冶金界所注意。从1929年开始，柏林工业大学的丢勒尔教授(R．Durrer)在实验室中研究吹氧炼钢，第二次世界大战开始后转到瑞士的冯?罗尔(V．Roll)公司继续进行研究。1936～1939年勒莱普(O.Lellep)在奥伯豪森(Oberhausen)进行了底吹氧炼钢的试验，由于喷嘴常损坏未能成功。1938年亚琛(Aachen)工业大学的施瓦茨(C．V．Schwarz)提出用超音速射流向下吹氧炼钢，并在实验室进行了试验，将托马斯生铁吹炼成低氮钢，但因熔池浅而损坏了炉底。1948年丢勒尔(R．Durrer)等在冯?罗尔(V onRoll)公司建成2．5t的焦油白云石衬的试验转炉，以450的斜度将水冷喷嘴插入铁水吹氧炼钢，无论贝塞麦生铁或托马斯生铁都能成功炼成优质钢水，而且认识到喷嘴垂直向下时，最有利于喷嘴和炉衬的寿命。这样就最后完成了转炉吹氧炼钢的实验室试验。从实验室研究向工业化试验的进一步发展是由奥地利的沃埃施特(VOEST)公司完成的。第二次世界大战后奥地利面临重建钢铁工业的需要，该国缺少废钢使得平炉或电炉炼钢法缺乏竞争力。沃埃施特公司注意到丢勒尔的试验，决心开发一个具有竞争力的新的炼钢方法。1949年5月在奥地利累欧本(Leoben)开了一次氧气炼钢的讨论会，决定冯?罗尔、曼内斯曼(Mannesmann)、阿尔派(ALPINE)和沃埃施特4个公司协作，在沃埃施特的林茨(Linz)钢厂作进一步的试验。1949年6月在林茨建成2t顶吹氧试验转炉，由苏埃斯(T．Suess)和豪特曼(H．Hauttmann)负责，在丢勒尔参与下，成功地解决了合适的氧气压力、流量和喷嘴与熔池面距离等工艺操作问题。之后迅速建立15t试验转炉，广泛研究新方法所冶炼钢的品质。由于钢的质量很好而且炼钢工艺的效率很高，1949年末该公司决定在林茨投资建设世界第一个氧气顶吹转炉工厂。并命名该炼钢法为LD法。林茨的30tLD转炉工厂于1952年11月投产。翌年春季第2个30tLD转炉工厂在奥地利多纳维兹([)onawitz)建成投产。1950年由苏埃斯申请得到专利权。推动炼钢工业再次大变革的氧气顶吹转炉炼钢法登上了历史舞台。该法问世后，数十年内迅速取代了平炉炼钢而成为世界上最主要的炼钢方法。在北美，美国是平炉炼钢大国，有平炉熔池吹氧的经验。美国又是第二次世界大战的最大战胜国，工业基础雄厚。在得知转炉氧气炼钢的信息后，美国麦克劳斯(McLouth)公司和加拿大多法斯柯(DOFASCO)公司于1954年各迅速建成一个35t氧气顶吹转炉车间并投产。随后

1957年琼斯一拉弗林(Jones—Laughlin)公司阿里奎帕(Aliquippa)厂建成当时世界最大的(80t 级)顶吹氧气转炉。美国人没有购买奥地利的专利，由此发生了关于氧气顶吹转炉炼钢专利权的纠纷，最终美国方面胜诉。BOF法(Basic oxygen Furnace的第一个字母构成)成为北美对氧气顶吹转炉炼钢的习惯称呼。但美国矿冶工程师协会(AIME)主持编写的权威著作《BOF Steelmaking》中明确承认丢勒尔(Durrer)在开发氧气转炉炼钢上的贡献。

日本对于发展氧气转炉炼钢非常关注，先经过多次考察，在1951年用5t钢包改造的试验装置进行试验(包括空气侧吹的试验)后，决心向沃埃施特和阿尔派(现已合并为奥钢联V AI)购买专利特许权，于1957年在八幡建设第一个LD车间，到1963年其LD钢产662量即超过平炉钢，1978年关闭所有的平炉，前后仅历20年。日本对顶吹转炉炼钢理论研究、扩大炼钢品种、改进炉衬耐火材料和提高炉龄、炉气回收技术、用副枪测取冶炼信息和计算机自动控制、分解炼钢操作功能使转炉冶炼更加简化、配合连铸机实现全连铸炼钢生产等方面，均进行了深入研究和技术创新。日本已成为氧气转炉炼钢技术最发达的国家。

20世纪50年代中期，中国有远见的科学家叶渚沛大力提倡发展氧气转炉炼钢，北京钢铁研究总院、中国科学院化工冶金研究所、北京钢铁学院(北京科技大学前身)等也进行了实验室规模的氧气转炉炼钢试验。然而对于中国发展氧气转炉炼钢的可行性，冶金界没有统一认识。当时以美国为首的西方国家对中国实行经济封锁，只有前苏联可以提供平炉炼钢成套设备；中国的制氧机制造工业还十分薄弱；由于这些客观情况，加上一些主观上的原因，中国氧气转炉炼钢发展比较缓慢。1964年中国的第一座30t氧气顶吹转炉车间才在石景山钢铁厂(首都钢铁公司前身)建成投产。到70年代一些地方钢铁厂相继建设了氧气顶吹转炉和把空气侧吹转炉改建为氧气顶吹转炉，在攀枝花、本溪钢铁公司建成120t级的氧气顶吹转炉车间。1979年全国氧气转炉钢产量超过了平炉钢，1978～1985年建设了宝山钢铁总厂300t氧气顶吹转炉，转炉炼钢技术方达到国际水平。1986年氧气转炉钢产量超过总产钢量的50％。中国在氧气转炉炼钢的基本操作制度、可压缩性氧气射流结构和多孔喷枪的设计、含钒生铁吹炼工艺、创造不烘炉炼钢操作、改进白云石炉衬质量和研究白云石造渣工艺以提高转炉炉龄等方面，也进行了许多研究和开发工作。然而有部分转炉还存在装备水平落后、炼出的钢质量差、产品深加工水平和专业化水平低等问题，影响着转炉炼钢生产的竞争力。

吹炼过程前一炉钢出完钢后，倒净炉渣，如炉体正常，即堵出钢口，加废钢，兑入铁水，将炉体转到直立位置，边降枪边供氧；降到规定枪位后，按设定的供氧强度开始吹炼。在供氧开吹的同时，加入第1批渣料，一般相当于全炉渣料总量的2／3。在开吹后4～6min，第1批渣料熔化好，再加入第2批渣料，相当于全炉渣料总加入量的1／3。如炉内化渣良好，就不再加第3批渣料(萤石)；必要时可在开吹后的第10～12min加入炉内。吹炼过程氧压在0．8～1．2MPa，一般根据设计采取恒定氧压操作，而根据吹炼要求变化氧枪高度(喷嘴出口到熔池面距离)。开吹时氧枪高度约为1．5m，吹炼过程中约为1．2m，终点前1min 枪位降到1m左右。也可以在吹炼过程中采用调节氧压操作。当吹炼达到所炼钢种要求的终点碳范围时，即停止吹氧，倒炉取样和测定钢水温度。吹炼低碳钢时，炼钢工可目测钢样含碳量是否合格。吹炼中、高碳钢时，则需送样快速分析[%C]或用凝固定碳法快速测定含碳量。当钢水成分和温度合乎要求时，即可倾动转炉出钢。当钢水流出总量的1／4时，向钢包加脱氧剂和合金，进行钢水脱氧和合金化，至此一炉钢冶炼完毕。(见彩图插页第12页)图1为装料、吹氧和出钢时转炉位置的变化和一炉钢吹炼过程的各期时间的概况。图2为吹炼过程中钢中各元素的变化情况。可以看出，在吹炼初期硅、锰迅速氧化，然后碳激烈氧化。磷的去除和脱碳反应同步进行。吹炼后期温度升高时，有锰还原的现象，有时磷也可能被还原而重新回到钢中。

热源及温度控制铁水中的硅、锰、碳、铁等元素被吹入的氧所氧化时，能释放出大量的热。由于反应速率快以及转炉比较封闭，热损失少，所以转炉炼钢不需增加外来的热源，炼

钢的热源是铁水的物理热和化学热。根据热平衡计算，氧化反映所放出的热除了保证铁水温度(约1300℃)升高到钢水所要求的温度(约1600℃)外，还有一定的富余量，因此可以熔化一些废钢，这些废钢可以看作是冷却剂。除废钢外，加入的铁矿石、石灰、石灰石也有冷却效果，因为铁矿石或石灰石吸热分解作用，它们的冷却效果大约为废钢或石灰的3倍。各元素的氧化发热能力也有所不同。表1为不同温度下每氧化1kg元素时给予熔池的热量和氧化1％元素使熔池升高温度(℃)的比较。这是根据各个化学反应的热效应和1mol元素的质量计算出来的。可以看出，硅和磷的发热量均很大；碳随其氧化程度不同，发热量有所不同，完全燃烧(生成CO2)的碳发热量比硅、磷还大，但不完全燃烧的碳(生成CO)发热量则小得多。在转炉炼钢时，只有10％～15％的碳能完全燃烧。然而炼钢过程中碳被氧化的数量大(约4％)，所以主要的化学热热源仍然是碳。铁水硅的含量和高炉炼铁操作因素有关，每增加(或减少)O．1％si可使钢水温度增加(或减少)约15℃，为了保持转炉炼钢的稳定，必须要求铁水含Si量保持稳定。

在实际炼钢操作中，要根据炼钢过程热平衡计算和测定的结果，计算在本厂条件下每氧化0．1％的元素引起温度升高数，和各种冷却剂的降温数，以及一些操作因素(如金属装入量的增减，空炉等待时间的长短)对熔池温度升降的影响值，求得足够准确的结果。应用这些数据控制炼钢温度，并定期修正这些数据。日常生产要尽量保持原材料条件和操作条件稳定，以有利于炼钢温度控制的稳定。而炼钢温度又和炉渣的形成及冶金反应的进行方向有密切关系，所以准确而稳定的温度控制，是转炉炼钢操作正常进行的前提。

金属装入量在吹炼开始前装入转炉的铁水和废钢的总量。由所设计的炉子容量所决定。在装入前必须分别对铁水和废钢进行称量，才能保证装入量准确。称量废钢比较容易，而铁水是高温液体，称量起来较困难，现在多在吊车上安装电子秤，一边吊运一边称量出铁水的重量。准确称量金属料装入量对转炉操作非常重要，一方面因为配加的各种造渣剂、冷却剂、合金料的重量都是根据金属料的重量计算的；另一方面因为装入量不同，形成的熔池深度也不同，而熔池深度和吹氧操作有密切关系。原则上说，在一个炉龄周期内保持熔池深度恒定最为理想，这就是定深装入的原则。而实际上由于炉衬在冶炼过程中不断被侵蚀，旧炉膛内径比新炉大，当装入同样多的金属料时，新炉的熔池深度要深一些。实际的装入制度有两种：(1)定量装入，即在一个炉龄周期内所有炉次的装入量均相同。这只适用于大型转炉，因为炉子大，熔池深度的改变幅度相对说要小些。而定量装入可以使车间内各种起重运输设备都根据恒定的装入量来选配，经济合理。(2)阶段定量装入。小型转炉新旧炉衬内径差别大，熔池深度的改变也就相对较大，用恒定的装入量不能保证正常操作。故将炉龄期分成几个阶段，每一阶段定量装入，后一阶段比前一阶段的装入量有所增多。这样虽不保持熔池深度恒定，但变化幅度较小。起重运输设备要依据最大的装入量来选配，对于新炉有较大的富余。不论采用哪种装入制度，为了正确了解熔池深度的实际状况，经常测量熔池液面位置是非常必要的。装备有副枪的转炉可以利用副枪测量液面位置。而没有装备副枪的转炉，炼钢工在每次接班后，在氧枪端部临时装上一个探尺，测定液面位置一次，有利于合理掌握吹炼操作，避免盲目性。

氧气射流与熔池的相互作用高压氧气经过氧枪喷头的拉瓦尔喷嘴，成为超音速(450～500m／s)的氧流喷入转炉炉膛。氧流首先和炉气以及烟尘等相互作用，吸入氧流周围的气体，使流量不断加大而流速逐渐降低(衰减)，也就是说形成一个“射流”(也称流股)。图3为一个超音速射流的示意图。超音速射流属于湍流流动，为了方便实用，常用时均流速来表示其速度大小。超音速射流的前一段称为超音速段，其中最接近喷嘴出口的部分射流速度和出口速度相等，称为势流核心区，它的长度很短；超音速段其余部分的最大流速低于出口速度ue，但仍大于音速。流速小于音速的部分称为亚音速段。射流的超音速段不能和熔池直接接触，对其长度Ls应有定量估计。中国学者蔡志鹏对超音速射流作过认真的研究，他测定的

超音速段长度关系式：

式中de为喷嘴出口直径；M为喷嘴出口氧流马赫数。氧气射流内流速u的分布特征为，沿射流轴线方向速度逐渐衰减；在同一横截面上，轴线速度um最大，沿径向方向逐渐衰减。速度分布可用下列2式表示：

射流轴线上：

射流横截面上

式中z是距喷嘴出口的距离；Kj称为动量传递系数，超音速射流Kj=8．8～8．9；λj是射流截面速度分布系数，λj≤2Kj2，等号适用于不可压缩流，小于号适用于可压缩流。

上述原理虽然正确描述了单一超音速射流的流速分布特征，但转炉内的氧气射流还应考虑以下特殊问题：(1)炉内气体是高温的CO气，可以减轻射流的动量损失使衰减变慢；(2)炉膛内压力不等于一个大气压；(3)大多数转炉使用多孔喷枪，各个喷嘴喷出的射流之间相互吸引，轴线逐渐向内弯曲而非直线。对于多孔喷枪的射流特征需要实验测定。图4为三孔喷枪某个截面处的流速分布测定结果。这种测定工作对于掌握转炉操作非常重要。

氧气射流到达熔池面时，仍然具有相当可观的动能，能够把熔池中心冲成一个旋转抛物面形的凹坑，凹坑中心处的最大深度称为冲击深度，凹坑顶部水平面的面积称为冲击面积。冲击面积较小而冲击深度较大图4普通3孔喷枪某截面处的流速分布测定结果的吹炼方式称为硬吹；反之，冲击面积较大而冲击深度较浅的则称为软吹。硬吹或软吹对转炉冶炼过程有重要影响。硬吹时，氧流和铁作用生成的氧化铁被深深卷入金属液内部，并与碳、硅等结合成稳定的氧化物而排出．所以硬吹是加强脱碳的措施。软吹时，生成的氧化铁大多聚集在熔池顶部或表面，增大了溶解石灰的能力，所以软吹化渣快，有利于脱磷。有不少人应用动能平衡或动量平衡的原理从理论上计算冲击深度，也有人用模型实验测定冲击深度，都求得一些计算公式。但由于炼钢熔池是高温的，在冲击的同时产生激烈化学反应，而且大的熔池面上有振动和波浪等不易模拟和计算，所以各种计算公式都没有普遍应用。但从理论和经验可知，增大氧压或降低枪位，能增加射流和熔池作用时的动能，有利于形成硬吹。

在氧流和金属液的界面上，由于摩擦作用，射流的动量传递给金属液而造成金属液的循环流动，如图5所示。而造渣材料则被推向熔池四周的炉衬附近。推动金属液运动的能力是射流的搅拌功率，计算顶吹射流的搅拌功率(w／t)的公式如下：

式中θ为喷嘴张角，(。)；M为氧摩尔质量，kg／kmol；n为喷孔数；h为枪高，m；d为喷孔直径，m。这个公式比冲击深度计算公式应用广泛。它只考虑气流本身带入的动能，而不涉及冲击的效果。射流不仅能搅拌熔池，而且能破碎表面处的金属，使之成为许多液滴向四周飞溅。当熔渣形成后，液滴和炉渣以及气泡等形成高度弥散的乳化系统，称为泡沫渣。(如图6所示)转炉中几乎全部为泡沫渣所充满，在氧枪周围是一个释放CO气体的通道，在氧射流下方由于激烈的反应，温度高达约2500℃，称为火点。在这样高的温度下，一些铁原子挥发成气体后被氧化成极细小的烟尘。由气泡、液滴和炉渣形成的乳化相，有非常大的反应界面面积，这就是转炉炼钢反应速率极高的原因。

吹炼时氧的传递过程氧气射流和金属液接触后，金属液表面上的元素，依据它们和氧的亲和力的大小，先是硅、锰原子被氧化，继之碳原子被氧化。假如金属内部的硅、锰、碳原子能迅速运动到表面，那么它们将继续被氧化。但在炼钢温度下，物质传递的速率比化学反应速率慢，金属液内部的上述原子不能及时到达表面，于是大量的铁原子也被迅速氧化生成氧化铁。根据氧的平衡分配原理，和氧化铁接触的金属表面附近也就溶解了相当多的氧。溶解氧向金属内传递，在另外的界面(气泡、渣滴及炉衬)与金属中的元素化合成氧化物而排出。由于氧气射流的冲击和撕裂作用，在冲击坑边缘产生很多氧化铁滴和含氧金属液滴，这些液滴是氧的携带者．落回熔池后提高了熔渣层和金属液的氧。当泡沫渣形成后，金属液滴

穿行于泡沫渣内，虽然在渣内停留时间不长，但因其体积小，比表面积大，液滴内的杂质元素被迅速氧化去除。表2为液滴成分和金属熔池成分的对比。观察凝固后的液滴形态，有不少是空心的(图7)，也说明其中有强烈的脱碳反应。在液滴上进行的氧化反应，是转炉吹炼反应的主要部位，也是转炉生产率高的根本原因。

法国学者柯扎凯维奇(P．Kozakevitch)于1963年首先发表了金属液滴和泡沫渣在转炉吹炼中的意义的研究报告。此后十多年间有十余位学者对金属液滴的尺寸分布作了分析测定，德国学者朗格(K．W．Lange)对这些数据作了总结，发现不同方法所取得的这些数据和自己精心设计实验所收集的全部液滴都服从同一个尺寸分布曲线，称为RRS分布：

式中R为尺寸小于d的液滴的累计质量百分数，d`为累计为36．8％的液滴尺寸，代表破碎程度。n表示破碎难易的程度，上述十多次测定的平均值磊n=1．26。有趣的是，该颗粒尺寸分布与磨矿时矿粉尺寸的分布规律相同，也即可以把氧气射流看作一种特殊的磨碎机。

转炉吹炼反应在转炉中，无论杂质的氧化在什么部位进行，硅、锰、磷、碳的氧化顺序和进展程度在宏观上受热力学规律所制约。根据元素的选择性氧化原理，吉布斯能最小的反应最先进行。硅、锰、碳、磷氧化反应的标准吉布斯能(J／mol)为

由以上数据可知，硅、锰、磷3个元素的氧化，随着温度升高，其吉布斯能增高，在低温下有利于它们的氧化；碳氧化反应的吉布斯能则随温度的升高而下降，所以高温有利于脱碳的进行。计算和经验证明，在约1480℃以下，硅、锰氧化反应的吉布斯能较低，而约1480℃以上脱碳反应的吉布斯能低。所以吹炼初期，铁水中的硅和锰首先氧化，放出热量使温度上升，然后碳激烈氧化，进入脱碳期。在低温下磷虽然也能氧化，但P2O5不是稳定化合物，只有石灰溶解成碱性氧化渣，使P2O5。结合于渣中，也就是大大降低P2O5的活度，才能脱磷。锰的氧化物MnO是碱性的，在吹炼后期温度升高，而且炉渣碱度又很大，(MnO)呈游离态，部分发生分解，所以钢中锰有所回升。吹炼终点的含锰量称为残余锰，残锰的高低和冶炼温度、炉渣碱度和氧化性有关。终点温度高、渣碱度高，则残锰偏高。

碳激烈氧化产生大量CO气泡，使渣被乳化成为高度弥散系统，吹炼反应达到非常迅猛的程度。由于碳含量还相当高，只要能增大供氧强度，脱碳速率就能加大。图8为炼钢脱碳速率随含碳量的变化。当吹炼初期碳接近饱和浓度(约4％)时，由于硅锰氧化消耗了氧，脱碳速率低；随着硅锰氧化的进行和温度的上升，脱碳速率逐渐加大，在脱碳期，脱碳速率达到最高且不随时间变化，这时供氧是脱碳的控制环节，只要增大供氧强度，脱碳就可以加速。图中LD炉供氧强度最大为2．2m3／(t?min)，现在常用供氧强度为3～3．5m3／(t?min)，脱碳速率应更高。图中也给出了平炉用氧的脱碳速率，由于平炉构造上的原因，供氧强度小得多，脱碳速率也小得多。当脱碳进行到临界碳含量以下时，反应速率的控制环节转化为碳的传递，所以脱碳变慢，产生CO气泡的速率也减小，使熔池的流动减弱，更减慢了碳的传递。所以在临界碳含量以下，脱碳速率急剐下降。

脱碳反应是产生大量气体的冶金反应，在炼钢时进行脱碳不仅为了减少碳含量，而且要借助CO气泡的沸腾使熔池搅拌。在顶吹转炉中，氧气射流对熔池的搅拌比不上CO气泡的搅拌。CO气泡搅拌不仅有利于熔池成分和温度的均匀化，而且能去除钢中气体和非金属夹杂物，提高钢的质量。表3为转炉内氧气射流搅拌和c0气泡搅拌功率的比较。由表3数据可知，除了极小的转炉之外，c0气泡在搅拌熔池中所起的作用是主要的。当吹炼末期脱碳速率下降后，熔池的流动也显著减弱。随着碳的脱除，钢中氧含量不断增加。在脱碳进行时，钢中实际含氧量高于C～O平衡时的含氧量。因为转炉脱碳速率大，吹炼末期脱碳反应接近平衡，故氧含量决定于碳含量。根据终点碳的不同，氧含量在0．06％～0．1％范围。因此在吹炼结束后要进行脱氧操作，脱氧剂为硅铁、锰铁和铝等。脱氧剂可以加入炉内，也可在出钢时加入钢包内。加入炉内时脱氧剂的氧化损失大，收得率低，因此在钢包内加脱氧剂者居多。造渣和脱磷脱硫炉渣是炼钢过程的必然产物。形成炉渣的物质有各种杂质元素的氧化

物、侵蚀的炉衬以及加入炉内的造渣材料。炉渣并不是炼钢时的废弃品．而是控制某些冶金反应所必须的。在转炉中磷和硫靠碱性炉渣来去除。造碱性渣的基本材料是石灰。石灰加入量(kg)是根据铁水中硅、磷含量和要求的炉渣碱度而确定的，一般可按下式计算：

式中[％Si]为铁水含硅量；R为炉渣碱度，R=％(CaO)／(％SiO2)；2．14=60／28，为SiO2和Si的分子量之比，亦即1kgSi生成的SiO2的公斤数。(％CaO)有效为石灰中有效CaO含量：

可见，铁水含硅愈多，石灰中杂质愈多，需要加入的石灰量愈多。炉渣碱度根据铁水的磷、硫含量而定，一般选用R=3。石灰的主成分CaO的熔点为2572℃，纯CaO在炼钢温度不可能熔化。由CaO一FeO一SiO2三元相图(图9)可知，炼钢温度下区域Ⅱ为液态，亦即高FeO 而CaO／SiO2)。比例适当的渣可以熔化；当渣中除以上3种氧化物之外还有其他氧化物时，液相区Ⅱ还能扩大；CaO和SiO2生成的化合物2CaO?SiO2的熔点约2130℃，3CaO?SiO2在1900℃分解，在炼钢温度它们也是固态；区域Ⅲ是2CaO?SiO2和液相共存区，区域V是3CaO?SiO2和液相共存区。图9中的之字形曲线(粗实线)表示转炉炼钢过程中炉渣成分的走向：吹炼开始阶段产生较多的氧化硅、氧化锰及氧化铁，形成碱度低的液渣，随着吹炼进行，渣中氧化铁和碱度渐渐升高；脱碳激烈进行时，消耗了氧化铁，渣中氧化铁转为下降，这就是曲线的第2段；当曲线进入两相区Ⅲ，有固体物开始析出，进入得越深析出的固体2CaO ?SiO2越多，这称为炉渣的“返干”现象。“返干”不利于炼钢操作，应提高枪位或加入适量萤石使干渣熔化；脱碳速率降低后，渣中氧化铁又升高，最终进入图9中缸线附近的区域，即在较低Fe0含量下而得到碱度高的液渣成分区。高碱度渣的形成有利于脱磷反应的进行。脱磷反应可写作

在高碱度渣中，P2O5被CaO所结合，所以(P2O5)的活度大大降低，因此使脱磷有可能和脱碳同时进行。只要做到吹炼过程中不发生严重的“返干”，脱磷可以正常进行。在炉渣走向曲线的最终区时，炉渣有很强的脱磷能力。图10为在复杂的碱性氧化渣系中，磷分配比(P)／[P]等值线的研究结果。可见在该区域(P)／[P]可达500，即脱磷能力很强。脱硫适于在还原条件下进行，在转炉中脱硫能力有限。图11为在钢铁生产流程中硫的变化，炼钢炉渣下的硫分配比很小，比铁水预处理和炉外精炼时的脱硫能力差得多。理想的脱硫环节是铁水预处理，转炉中应该要求不再增硫，而这也需要造成高碱度渣。

转炉炼钢速率很快，因此造渣速率也须很快，才能协调进行。石灰在高氧化铁渣中熔化很快，但石灰与SiO2生成硅酸二钙(2CaO?SiO2)外壳包围在石灰颗粒表面后，就限制了石灰的熔化。氧化铁、萤石、氧化锰等有利于破坏硅酸二钙壳，使石灰熔化加快。为了使石灰快速熔化，改善石灰本身的质量是很重要的。活性石灰中有大量气孔，密度小而比表面积大，在渣中熔化速率快，转炉造渣应使用活性石灰。转炉造渣还可以加入适量的白云石，以提高渣中MgO含量，减少渣对炉衬的侵蚀。图12为CaO`-FeO`-SiO2系中MgO溶解度等值线。图中也画出了转炉炉渣在冶炼过程的走向(粗实线曲线)。在吹炼前期，渣子偏酸，MgO溶解度高，加入白云石可以中和渣子的酸性，减轻对炉衬的侵蚀。同时MgO也有利于石灰的熔化。吹炼末期，MgO溶解度降到约3％，前期溶入炉渣的MgO部分析出成为固体，使渣变黏，在出钢时这种黏渣还可粘附在炉衬上，成为保护层。所以转炉造渣加入适量的白云石，是保护炉衬的重要措施。

钢的品种和质量钢中气体和夹杂物是评价钢的冶金质量的主要指标。氧气顶吹转炉炼钢反应速率快，沸腾激烈，所以钢中H、N、O含量较低，[H]为(3～5)×10-4％，[N]为(2～4)×10-3％，低碳钢[O]为0．06％～0．10％。夹杂物和脱氧及凝固操作有关。影响顶吹转炉钢含氮量的重要因素是氧气纯度，由表4数据可以看出。所以用于转炉炼钢的氧气应该是99％以上的纯氧。

低碳钢是转炉炼钢的主要产品。由于转炉脱碳快，钢中气体含量低，所以钢的塑性和低温塑

性好，有良好的深冲性和焊接性能。用转炉钢制造热轧薄板、冷轧薄板、镀锌板、汽车板、冷弯型钢、低碳软钢丝等，都具有良好的性能。

转炉冶炼中、高碳钢虽然有一些困难，但也能保证钢的质量。转炉钢制造的各种结构钢、轴承钢、硬钢丝等都已广泛使用。冶炼高碳钢的困难是拉碳和脱磷。在C>O．2％时靠经验拉碳很难控制准确，如果有副枪可借副枪控制，没有副枪时需要炉前快速分析，这就耽误了时间。高碳钢终点(FeO)低，脱磷时间短，因此需要采用双渣操作，即在脱碳期开始时放掉初期渣，把前期进入渣中的磷放走，然而双渣操作损失大量热量和渣中的铁，没有特殊必要不宜采用。增碳法是冶炼中、高碳钢的另一种操作法，这时吹炼操作和低碳钢一样，只是在钢包内用增碳剂增碳，使含碳量达到丘冈绅的要求。增碳剂为焦炭，石油焦等。中碳钢的增碳量小，容易完成。高碳钢增碳要很好控制，但轨钢、硬线等用增碳法冶炼可以保证质量合乎要求。

转炉冶炼低合金钢没有特殊困难。冶炼合金钢时，因为合金化需要加入钢包的铁合金数量大。会降低钢水温度，而过分提高出钢温度又使脱磷不利。所以冶炼合金钢应与炉外精炼相结合．用钢包炉完成合金化。另外，随着对钢的成分的控制要求不断严格，为减少钢性能的波动，要求成分范围越窄越好。这也需要在钢包精炼时进行合金成分微调的操作。

顶吹转炉冶炼超低碳钢(

该文章转自[成都钢铁网]：https://www.doczj.com/doc/206789846.html,/2008/1220/959.html

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太钢第二炼钢厂顶底复吹转炉工艺生产实践解读

太钢第二炼钢厂顶底复吹转炉工艺生产实践 发表日期：2007-3-14 阅读次数：328 摘要:太钢第二炼钢厂通过引进钢铁研究总院的“长寿复吹转炉炼钢工艺技术”，将2号、3号顶吹氧气转炉改造为顶底复吹转炉。总结阐述了改造后复吹转炉终点碳氧积、脱磷、脱碳、造渣和吹炼等各项工艺的研究。 关键词:顶底复吹转炉工艺研究 太原钢铁(集团)有限公司(以下简称太钢)第二炼钢厂有3座转炉，其中2号、3号转炉冶炼碳钢，原设计公称容量为50t顶吹氧气转炉，是1970年从奥地利引进投产的，2000年将其出钢量扩容为80t。2004年，引进钢铁研究总院的“长寿复吹转炉炼钢工艺技术”，将顶吹氧气转炉改造为顶底复吹转炉。 1 顶底复合吹炼转炉主要工艺技术指标 1.1 复吹转炉终点碳氧积 2005年对Q235-A、HP345、T5IOL、45钢等钢种进行了68炉碳氧积的测定，表明：在终点w(C)为0.07％，温度为1669℃的条件下，碳氧浓度积为0.00277。顶底复吹转炉终点碳氧关系见图1。 从图1中看出，随着转炉终点C含量的降低，终点溶解氧含量升高，特别是w(C)低于0.05％，溶解氧升高明显，因此在生产高碳钢时应控制终点C含量。使C含量控制在规格上限，降低溶解氧含量，提高钢液纯净度。 1.2 复吹转炉脱磷研究 1.2.1 复吹转炉吹炼终点渣中，FeO含量、碱度同磷分配比的关系 由于复吹终点渣中FeO含量明显降低，熔池相对平稳，致使脱磷困难，磷分配比低，仅为46.75。2005年，通过工艺摸索，提高转炉造渣工艺，转炉成品P含量降低，磷分配比明显提高，达到了76．44。取样分析渣中FeO含量、碱度同磷分配比的关系，结果见图2、图3。

世界氧气顶吹转炉炼钢技术发展史

世界氧气顶吹转炉炼钢技术发展史 氧气顶吹转炉炼钢(oxygen top blown converter steelmaking)由转炉顶部垂直插入的氧枪将工业纯氧吹入熔池，以氧化铁水中的碳、硅、锰、磷等元素，并发热提高熔池温度而冶炼成为钢水的转炉炼钢方法。它所用的原料是铁水加部分废钢，为了脱除磷和硫，要加入石灰和萤石等造渣材料。炉衬用镁砂或白云石等碱性耐火材料制作。所用氧气纯度在99％以上，压力为0．81～1．22MPa(即8～12atm)。 简史 空气底吹转炉和平炉是氧气转炉出现以前的主要炼钢设备。炼钢是氧化熔炼过程，空气是自然界氧的主要来源。然而空气中4／5的气体是氮气，空气吹炼时，这样多的氮气在炉内穿行而过，白白带走大量的热且有部分氮溶解在铁液中，成为恶化低碳钢品质的重要原因。平炉中，氧在用于燃烧燃料之后，过剩的氧要通过渣层传入钢水，所以反应速率极慢，这也就增加了热损失。因此，直接把氧气吹入熔池炼钢，成为许多冶金学家向往的目标。早在19世纪，现代炼钢法的创始人贝塞麦(H．Bessemer)就有了纯氧炼钢的设想，但因没有大量氧气而未进行试验。20世纪20年代后期，以空气液化和分馏为基础的林德一弗兰克(Linde—Frankel)制氧技术开发成功，能够生产可供工业使用的廉价氧气，氧气炼钢又为冶金界所注意。从1929年开始，柏林工业大学的丢勒尔教授(R．Durrer)在实验室中研究吹氧炼钢，第二

次世界大战开始后转到瑞士的冯?罗尔(V．Roll)公司继续进行研究。1936～1939年勒莱普(O.Lellep)在奥伯豪森(Oberhausen)进行了底吹氧炼钢的试验，由于喷嘴常损坏未能成功。1938年亚琛(Aachen)工业大学的施瓦茨(C．V．Schwarz)提出用超音速射流向下吹氧炼钢，并在实验室进行了试验，将托马斯生铁吹炼成低氮钢，但因熔池浅而损坏了炉底。1948年丢勒尔(R．Durrer)等在冯?罗尔(VonRoll)公司建成2．5t的焦油白云石衬的试验转炉，以450的斜度将水冷喷嘴插入铁水吹氧炼钢，无论贝塞麦生铁或托马斯生铁都能成功炼成优质钢水，而且认识到喷嘴垂直向下时，最有利于喷嘴和炉衬的寿命。这样就最后完成了转炉吹氧炼钢的实验室试验。从实验室研究向工业化试验的进一步发展是由奥地利的沃埃施特(VOEST)公司完成的。第二次世界大战后奥地利面临重建钢铁工业的需要，该国缺少废钢使得平炉或电炉炼钢法缺乏竞争力。沃埃施特公司注意到丢勒尔的试验，决心开发一个具有竞争力的新的炼钢方法。1949年5月在奥地利累欧本(Leoben)开了一次氧气炼钢的讨论会，决定冯?罗尔、曼内斯曼(Mannesmann)、阿尔派(ALPINE)和沃埃施特4个公司协作，在沃埃施特的林茨(Linz)钢厂作进一步的试验。1949年6月在林茨建成2t顶吹氧试验转炉，由苏埃斯(T．Suess)和豪特曼(H．Hauttmann)负责，在丢勒尔参与下，成功地解决了合适的氧气压力、流量和喷嘴与熔池面距离等工艺操作问题。之后迅速建立15t试验转炉，广泛研究新方法所冶炼钢的品质。由于钢的质量很好而且炼钢工艺的

顶吹转炉

太原科技大学 课程设计说明书 设计题目： 50t 氧气顶吹转炉设计 设计人：郭晓琴 指导老师：杨晓蓉 专业：冶金工程 班级：冶金工程081401 学号： 200814070105 材料科学与工程学院 2011年12月30 日

目录 摘要................................................ 错误！未定义书签。第一章绪论................................................ 错误！未定义书签。 1.1 氧气顶吹转炉炼钢的发展概况......................... 错误！未定义书签。 1.2 氧气顶吹转炉炼钢的优点............................. 错误！未定义书签。 1.3 转炉炼钢生产技术发展趋势........................... 错误！未定义书签。第二章炉型尺寸计算........................................ 错误！未定义书签。 2.1转炉炉型及其选择.................................... 错误！未定义书签。 2.2转炉炉型尺寸计算.................................... 错误！未定义书签。 2.2.1 熔池尺寸...................................... 错误！未定义书签。 2.2.2 炉容比（容积比）.............................. 错误！未定义书签。 2.2.3炉帽尺寸...................................... 错误！未定义书签。 2.2.4炉身尺寸...................................... 错误！未定义书签。 2.2.5出钢口尺寸.................................... 错误！未定义书签。第三章氧气顶吹转炉耐火材料................................ 错误！未定义书签。 3.1 炉衬的组成和材质的选择............................. 错误！未定义书签。 3.2炉衬厚度的确定...................................... 错误！未定义书签。第四章氧气顶吹转炉金属构件的确定.......................... 错误！未定义书签。 4.1炉壳组成及结构形成................................. 错误！未定义书签。 4.2炉壳钢板材质与厚度的确定 (7) 4.3支撑装置 (7) 4.3.1 托圈......................................... 错误！未定义书签。 4.3.2炉衬的组成和材质的选择....................... 错误！未定义书签。 4.3.3耳轴及其轴承................................. 错误！未定义书签。 4.4倾动机构........................................... 错误！未定义书签。 4.5高径比的核定....................................... 错误！未定义书签。参考文献.............................................................. - 12 -

50吨氧气顶吹转炉炉体设计

50吨氧气顶吹转炉炉体设计 1 氧气顶吹转炉炼钢的发展概况 氧气顶吹转炉炼钢法是20世纪50年代产生和发展起来的炼钢技术，但从起出现至今已有100多年的历史。早在1856年英国人亨利·贝塞麦就研究开发了酸性底吹转炉炼钢法，以铁水为原料，从转炉底部通入空气氧化去除杂质冶炼成钢。第一次实现了液态钢冶炼的规模生产，从此进入了现代钢铁工业生产阶段。1878年德国尼·托马斯研究发明的碱性底吹转炉炼钢法，以碱性耐火材料砌筑炉衬，吹炼过程中可加入石灰造渣，能够脱除铁水中的P、S，解决了高磷铁水冶炼技术问题。由于转炉炼钢法有生产率高、成本低、设备简单等优点，在欧洲得到迅速的发展，并成为当时主要的炼钢方法。 第二次世界大战之后，从空气中分离氧气技术的成功，提供了大量廉价的工业纯氧，使贝塞麦的氧气炼钢设想得以实现。由于氧气顶吹转炉炼钢首先在林茨和多那维茨两城投入生产，所以取这两个城市名称的第一个字母L-D（LD）作为氧气顶吹转炉炼钢法的代称。 LD炼钢法具有反应速度快，热效率高，又可使用约30%的废钢为原料；并克服了底吹转炉钢质量差，品种少的缺点；因而一经问世就显示出巨大的优越性和生命力。进入20世纪70年代以后，顶吹转炉炼钢技术趋于完善。转炉的最大公称吨位达380t；单炉生产能力达到400~500万t/a；能够冶炼全部平炉钢种，若与有关精炼技术相匹配，还可以冶炼部分电炉钢种；大型转炉炉龄在1999年达到10000炉次/炉役以上；并实现了计算机控制终点碳与出钢温度。 1951年碱性空气侧吹转炉炼钢法首先在我国唐山钢厂试验成功，并于1952年投入工业生产。1954年开始了小型氧气顶吹转炉炼钢的试验研究工作，1962年将首钢试验厂空气侧吹转炉改建成3t氧气顶吹转炉，开始了工业性试验。在试验取得成功的基础上，我国第一个氧气顶吹转炉炼钢车间（2×30t）在首钢建成，于1964年12月26日投入生产。以后，又在唐山、上海、杭州等地改建了一批3.5~5t的小型氧气顶吹转炉。1966年上钢一厂将原有的一个空气侧吹转炉炼钢车间，改建成3座30t的氧气顶吹转炉炼钢车间，并首次采用了先进的烟气净化回收系统，于当年8月投入生产，还建设了弧形连铸机与之相配套，试验和扩大了氧气顶吹转炉炼钢的品种。这些都为我国日后氧气顶吹转炉炼钢技术的发展提供了宝贵经验。此后，我国原有的一些空气侧吹转炉车间逐渐改建成中小型氧气顶吹转炉车间，并新建了一批中、大型氧气顶吹转炉车间。20世纪80年代宝钢从日本引进建成具有70年代末技术水平的300t大型转炉3座、首钢购入二手设备建成210t转炉车间；90年代宝钢又建成250t转炉车间，武钢引进250t 转炉，唐钢建成150t转炉车间，重钢和首钢又建成80t转炉炼钢车间；许多平炉车间改建成氧气顶吹转炉车间等。到1998年，我国氧气顶吹转炉共有221座，其中100t以下的转炉有188座，（50-90t的转炉有25座），100-200t的转炉有23

氧气顶吹转炉炼钢终点碳控制的方法

氧气顶吹转炉炼钢终点碳控制的方法 终点碳控制的方法有三种，即一次拉碳法、增碳法和高拉补吹法。 一次拉碳法 按出钢要求的终点碳和终点温度进行吹炼，当达到要求时提枪。 这种方法要求终点碳和温度同时到达目标，否则需补吹或增碳。一次拉碳法要求操作技术水平高，其优点颇多，归纳如下： (1) 终点渣TFe含量低，钢水收得率高，对炉衬侵蚀量小。 (2) 钢水中有害气体少，不加增碳剂，钢水洁净。 (3) 余锰高，合金消耗少。 (4) 氧耗量小，节约增碳剂。 增碳法 是指吹炼平均含碳量≥0.08%的钢种，均吹炼到ω[C]＝0.05％～0.06％提枪，按钢种规范要求加入增碳剂。增碳法所用碳粉要求纯度高，硫和灰分要很低，否则会玷污钢水。 采用这种方法的优点如下： (1）终点容易命中，比“拉碳法”省去中途倒渣、取样、校正成分及温度的补吹时间，因而生产率较高； (2）吹炼结束时炉渣Σ（FeO）含量高，化渣好，去磷率高，吹炼过程的造渣操作可以简化，有利于减少喷溅、提高供氧强度和稳定吹炼工艺； (3）热量收入较多，可以增加废钢用量。 采用“增碳法”时应严格保证增碳剂质量，推荐采用C＞95％、粒度≤10毫米的沥青焦。增碳量超过0.05％时，应经过吹Ar等处理。 高拉补吹法 当冶炼中、高碳钢钢种时，终点按钢种规格稍高一些进行拉碳，待测温、取样后按分析结果与规格的差值决定补吹时间。 由于在中、高碳(ω[c]>0.40％)钢种的碳含量范围内，脱碳速度较快，火焰没有明显变化，从火花上也不易判断，终点人工一次拉碳很难准确判断，所以采用高拉补吹的办法。用高拉补吹法冶炼中、高碳钢时，根据火焰和火花的特征，参考供氧时间及氧耗量，按所炼钢种碳规格要求稍高一些来拉碳，使用结晶定碳和钢样化学分析，再按这一碳含量范围内的脱碳速度补吹一段时间，以达到要求。高拉补吹方法只适用于中、高碳钢的吹炼。根据某厂30 t 转炉吹炼的经验数据，补吹时的脱碳速度一般为0.005％/s。当生产条件变化时，其数据也有变化。

氧气底吹转炉炼铅法

金属硫化物精矿不经焙烧或烧结焙烧直接生产出金属的熔炼方法称为直接熔炼。 对硫化铅精矿来说,这种粒度仅为几十微米的浮选精矿因其微粒小,比表面积大,化学反映和熔化过程都有可能很快进行，充分利用硫化矿粒子的化学活性和氧化热，采用高效、节能、少污染的直接熔炼流程处理是合理的。传统的烧结—鼓风炉流程将氧化——还原两过程分别在两台设备中进行，存在许多难以克服的弊端。随着能源、环境污染控制以及生产效率和生产成本对冶炼过程的要求越来越严格，传统炼铅法受到多方面的严峻挑战。具体说来，传统法有如下主要缺点： （1）随着选矿技术的进步，铅精矿品位一般可以达到60%，这样精矿给正常烧结带来许多困难，导致大量的熔剂、反粉或还有炉渣的加入，将烧结炉料的含量降至40%～50%。送往熔炼的是低品位的烧结块，致使每生产1t多炉渣，设备生产能力大大降低。 （2）1t PbS精矿氧化并造渣可放出2x106kJ以上的热量，这种能量在烧结作业中几乎完全损失掉，而在鼓风炉熔炼过程中又要另外消耗大量昂贵的冶金焦。 （3）铅精矿一般含硫15％～20％，处理1t精铅矿可生产0.5t硫酸，但烧结焙烧脱硫率只有70％左右，故硫的回收率往往低于70％，还有30％左右，还有30％左右的硫进入鼓风炉烟气，回收很困难，容易给环境造成污染。 （4）流程长，尤其是烧结及其返粉制备系统，含铅物料运转量大，粉尘多，大量散发的铅蒸汽、铅粉尘严重恶化了车间劳动卫生条件，容易造成劳动者铅中毒。 近30年来，冶金工作者力图通过PbS受控氧化即按反映式PbS+O 2＝Pb+SO 2 的途径来实现硫化铅精矿的直接熔炼，以简化生厂流程，降低生产成本，利用氧化反应的热能以降低能耗，产出高浓度的SO 2 烟气用于制硫，减小对环境污染。但由于直接熔炼产生大量铅蒸汽、铅粉尘，且熔炼产物不是粗铅含硫高就是炉渣含铅高，致使许多直接熔炼方法都不很成功。 冶金工作者通过Pb－S—O系化学势图的研究，找到了获得成分稳定的金属铅的操作条件，但也明确指出，直接熔炼要么产出高硫铅，要么形成高铅渣；要

氧气底吹转炉炼钢

通过转炉底部的氧气喷嘴，把氧气吹入炉内熔池进行炼钢的方法。 简史?? 氧气底吹转炉始于改造托马斯转炉(见托马斯法)。西欧富有高磷铁矿资源，用它炼出的生铁含磷高达1．6％～2．0％。以这种高磷铁水为原料的传统炼钢方法即托马斯法，也即碱性空气底吹转炉法，其副产品钢渣可作磷肥。对于高磷铁水，托马斯法过去一直是综合技术经济指标较好的一种炼钢方法。直至20世纪60年代，西欧还存在年产能力约1000万t钢的托马斯炉。但作为炼钢氧化剂的空气，其中氧气仅占1／5，其余4／5的氮气不仅吸收大量热量，并使钢中氮含量增加，引起低碳钢的脆性。为此人们一直试图用纯氧代替空气，以改进钢的质量和提高热效率。但采用氧气后，化学反应区的温度很高，底吹所用氧气喷嘴很快被烧坏。1965年加拿大空气液化公司为了抑制氧气炼钢产生的大量污染环境的褐色烟尘，试验在氧枪外层通气态或液态冷却剂，取得了预期效果，并同时解决了氧枪烧损快的问题。1967年联邦德国马克西米利安冶金厂(Maximilianshttte)引进了这项技术，以丙烷为氧喷嘴冷却剂，用于改造容量为24t的托马斯炉，首先试验成功氧气底吹转炉炼钢，取名OBM 法。1970年法国文代尔一西代尔公司(Wendel—Sidelor?? Co．)的隆巴(Rombas)厂以燃料油为氧喷嘴冷却剂，也成功地将24t托马斯炉改造成氧气底吹转炉，称为LWS法。随后用氧气底吹氧枪改造的托马斯炉在西欧得到迅速推广，炉容量大多为25～70t，用于高磷铁水炼钢，脱磷仍在后吹期完成，副产品钢渣作磷肥。1971年美国钢铁公司(U．S．Steel? Corp．)引进COBM法，为了解决经济有效地吹炼低磷生铁和设备大型化问题，在该公司炼钢实验室的30t试验炉上作了系列的中间试验，增加了底部吹氧同时喷吹石灰粉的系统，吹炼低磷普通铁水可在脱碳同时完成脱磷，称为Q—BOP法。随后，在菲尔菲德(Fairfield)厂和盖里(Gary)厂分别建设了两座200tQ—BOP炉和3座235tQ—BOP炉。前者取代原有平炉，后者取代正在建设的氧气顶吹转炉。从而实现了氧气底吹转炉的大型化，并扩大了应用范围。到20世纪70年代末氧气底吹转炉年产钢能力总计约3500万t。在中国，1973年钢铁研究总院在300kg 氧气底吹试验转炉上进行了底吹氧气和石灰粉的炼钢试验。随后，该院与北京钢铁设计研究总院及有关单位合作，在唐山钢厂、首都钢铁公司、济南第二钢厂及马鞍山钢铁公司先后完成了5t氧气底吹转炉炼钢的工业性试验。同时还进行了铁水提铌、提钒的试验。后由于顶底复吹转炉的出现和发展而停止。 工艺特点?? 氧气底吹转炉所用炉衬耐火材料、原材料及基本工艺和氧气顶吹转炉相同或相似。主要金属炉料是铁水和约10％～25％的废钢。供氧压力约为0．6～1．0MPa(6～10atm)。每炉吹炼时间(吹氧时间)一般为15～20min。每炉冶炼周期(本炉出钢到下炉出钢时间)一般为30～40min。氧耗量为50～60m3／t。主要工艺特点是从转炉底部供氧。(见图1)装有氧喷嘴的转炉炉底可以拆卸、更换。氧喷嘴由同心的双层套管组成。内层为铜管或不锈钢无缝管，外层用碳素钢无缝管。内层通氧气，并可同时喷吹石灰粉。两层套管之间的间隙通冷却剂。冷却剂通常为气态或液态的碳氢化合物，如天然气、丙烷或燃料油等。依靠碳氢化合物裂解吸热，并在氧流周围形成保护气膜，以及高速气流带走热量，以降低氧喷嘴及其附近反应区的温度，达到保护氧气喷嘴、减缓烧损的目的。为了使熔池搅拌均匀，反应界面大，吹炼平稳，并避免氧喷嘴个数少、直径过大、氧流比较集中而导致氧气穿透熔池，因此采用多支氧喷嘴，分散供氧。每支氧喷嘴的内径尺寸不超过熔池深度的1／35。这个数据适用于吹氧压力约为0．5～1MPa的中、小型转炉。例如：容量为30t的转炉，熔池平均深度为700mm，据此每支氧喷嘴最大内径为20mm；氧气压力为0．8MPa；氧气含石灰粉为1～2kg／m3，则氧气流量约为130m3／h?cm2；耗氧量为60m3／t；吹炼时间最多为20min。因此可以算出：需要供氧流量为5400m3／h，所需氧喷嘴内管总横截面约为42cm2，所需氧喷嘴数为14个。大型氧气底吹转炉的氧喷嘴直径与熔池深度之比可以大于上述数据，一般不超过熔池深度的1／15。例如200～240t氧气底吹转炉所用氧喷嘴数可采用10～16个。氧喷嘴之间以及氧喷嘴与炉壁之间要有适当间距，使熔池搅拌均匀和反应平稳，并减轻对炉衬耐火材料的侵蚀。氧喷

转炉炼钢工艺标准经过流程

转炉炼钢工艺流程 这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。 转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。开始时，转炉处于水平，向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。 当磷与硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果空气是从炉低吹入，那就是低吹转炉。 随着制氧技术的发展，现在已普遍使用氧气顶吹转炉（也有侧吹转炉）。这种

转炉吹如的是高压工业纯氧，反应更为剧烈，能进一步提高生产效率和钢的质量。 转炉一炉钢的基本冶炼过程。顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程主要由以下六步组成： （1）上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；（2）倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）； （3）降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉内噪声较大，从炉口冒出赤色烟雾，随后喷出暗红的火焰；3～5min后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉口的火焰变大，亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱）； （4）3～5min后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约12min 后火焰微弱，停吹）； （5）倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢； （6）出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。 上炉钢出完钢后，倒净炉渣，堵出钢口，兑铁水和加废钢，降枪供氧，开始吹炼。在送氧开吹的同时，加入第一批渣料，加入量相当于全炉总渣量的三分之二，开吹3-5分钟后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果炉内化渣不好，则许加入第三批萤石渣料。 吹炼过程中的供氧强度：

转炉工作原理及结构设计要点

攀枝花学院本科课程设计 转炉工作原理及结构设计 学生姓名： 学生学号： 院（系）： 年级专业： 指导教师： 二〇一三年十二月

转炉工作原理及结构设计 1.1 前言 1964年，我国第一座30t氧气顶吹转炉炼钢车间在首钢建成投产。其后，上钢一厂三转炉车间、上钢三厂二转炉车间等相继将原侧吹转炉改为氧气顶吹转炉。20世纪60年代中后期，我国又自行设计、建设了攀枝花120t大型氧气顶吹转炉炼钢厂，并于1971年建成投产。进入20世纪80年代后，在改革开放方针策的指引下，我国氧气转炉炼钢进入大发展时期，由于氧气转炉炼钢和连铸的迅速发展，至1996年我国钢产量首次突破1亿t，成为世界第一产钢大国。 1.2 转炉概述 转炉（converter）炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成，呈圆筒形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源，是最重要的炼钢设备，也可用于铜、镍冶炼。转炉按炉衬的耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云石为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）转炉；按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹转炉；按吹炼采用的气体，分为空气转炉和氧气转炉。转炉炼钢主要是以液态生铁为原料的炼钢方法。其主要特点是：靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如碳、锰、硅、磷等）与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。炉料主要为铁水和造渣料（如石灰、石英、萤石等），为调整温度，可加入废钢及少量的冷生铁块和矿石等。 1.2.1 转炉分类 1.2.1.1 炼钢转炉 早期的贝塞麦转炉炼钢法和托马斯转炉炼钢法都用空气通过底部风嘴鼓入钢水进行吹炼。侧吹转炉容量一般较小，从炉墙侧面吹入空气。炼钢转炉按不同需要用酸性或碱性耐火材料作炉衬。直立式圆筒形的炉体，通过托圈、耳轴架置于支座轴承上，操作时用机械倾动装置使炉体围绕横轴转动。 50年代发展起来的氧气转炉仍保持直立式圆筒形，随着技术改进，发展成顶吹喷氧枪供氧，因而得名氧气顶吹转炉，即L-D转炉（见氧气顶吹转炉炼钢）;用带吹冷却剂的炉底喷嘴的，称为氧气底吹转炉（见氧气底吹转炉炼钢）。

100t顶底复吹转炉炉型设计说明书

目录 前言 (1) 一、转炉炉型及其选择 (1) 二、炉容比的确定 (3) 三、熔池尺寸的确定 (3) 四、炉帽尺寸的确定 (5) 五、炉身尺寸的确定 (6) 六、出钢口尺寸的确定 (6) 七、炉底喷嘴数量及布置 (7) 八、高径比 (9) 九、炉衬材质选择 (9) 十、炉衬组成及厚度确定 (9) 十一、砖型选择 (12) 十二、炉壳钢板材质与厚度的确定 (14) 十三、校核 (15) 参考文献 (16)

专业班级学号姓名成绩 前言： 转炉是转炉炼钢车间的核心设备。转炉炉型及其主要参数对转炉炼钢的生产率、金属收的率、炉龄等经济指标都有直接的影响，其设计是否合理也关系到冶炼工艺能否顺利进行，车间主厂房高度和与转炉配套的其他相关设备的选型。所以，设计一座炉型结构合理，满足工艺要求的转炉是保证车间正常生产的前提，而炉型设计又是整个转炉车间设计的关键。 设计内容：100吨顶底复吹转炉炉型的选择与计算；耐火材料的选择；相关参数的选择与计算。 一、转炉炉型及其选择 转炉有炉帽、炉身、炉底三部分组成。转炉炉型是指由上述三部分组成的炉衬内部空间的几何形状。由于炉帽和炉身的形状没有变化，所以通常按熔池形状将转炉炉型分为筒球形、锥球型和截锥形等三种。炉型的选择往往与转炉的容量有关。

（1）筒球形。熔池由球缺体和圆柱体两部分组成。炉型形状简单，砌砖方便，炉壳容易制造，被国内外大、中型转炉普遍采用。 （2）锥球型。熔池由球缺体和倒截锥体两部分组成。与相同容量的筒球型比较，锥球型熔池较深，有利于保护炉底。在同样熔池深度的情况下，熔池直径可以比筒球型大，增加了熔池反应面积，有利于去磷、硫。我国中小型转炉普遍采用这种炉型，也用于大型炉。 （3）截锥形。熔池为一个倒截锥体。炉型构造较为简单，平的熔池底较球型底容易砌筑。在装入量和熔池直径相同的情况下，其熔池最深，因此一般不适用于大容量炉，我国30t以下的转炉采用较多。不过由于炉底是平的，便于安装底吹系统，往往被顶底复吹转炉所采用。 顶底复吹转炉炉型图 顶底复吹转炉炉型的基本特征如下： （1）吹炼的平稳和喷溅程度优于顶吹转炉，而不及底吹转炉，故炉子的高宽比略小于顶吹转炉，却大于底吹转炉，即略呈矮胖型。 （2）炉底一般为平底，以便设置喷口，所以熔池常为截锥型。 （3）熔池深度主要取决于底部喷口直径和供气压力，同时兼顾顶吹氧流的穿透

氧气顶吹转炉炼钢

R.D.佩尔克等著，邵象华、楼盛赫等译校：《氧气顶吹转炉炼钢》，冶金工业出版社，北京，（上册）1980，（下册）1982。(R.D.Pehlke,ed., BOF Steelmaking,AIME,1974～1977.) 氧气顶吹转炉炼钢 责任编辑：苏方来源：成都钢铁网2008年06月20日 氧气顶吹转炉炼钢(oxygen top blown converter steelmaking) 由转炉顶部垂直插入的氧枪将工业纯氧吹入熔池，以氧化铁水中的碳、硅、锰、磷等元素，并发热提高熔池温度而冶炼成为钢水的转炉炼钢方法。它所用的原料是铁水加部分废钢，为了脱除磷和硫，要加入石灰和萤石等造渣材料。炉衬用镁砂或白云石等碱性耐火材料制作。所用氧气纯度在99％以上，压力为0．81～1．22MPa(即8～12atm)。 简史空气底吹转炉和平炉是氧气转炉出现以前的主要炼钢设备。炼钢是氧化熔炼过程，空气是自然界氧的主要来源。然而空气中4／5的气体是氮气，空气吹炼时，这样多的氮气在炉内穿行而过，白白带走大量的热且有部分氮溶解在铁液中，成为恶化低碳钢品质的重要原因。平炉中，氧在用于燃烧燃料之后，过剩的氧要通过渣层传入钢水，所以反应速率极慢，这也就增加了热损失。因此，直接把氧气吹入熔池炼钢，成为许多冶金学家向往的目标。早在19世纪，现代炼钢法的创始人贝塞麦(H．Bessemer)就有了纯氧炼钢的设想，但因没有大量氧气而未进行试验。20世纪20年代后期，以空气液化和分馏为基础的林德一弗兰克(Linde —Frankel)制氧技术开发成功，能够生产可供工业使用的廉价氧气，氧气炼钢又为冶金界所注意。从1929年开始，柏林工业大学的丢勒尔教授(R．Durrer)在实验室中研究吹氧炼钢，第二次世界大战开始后转到瑞士的冯?罗尔(V．Roll)公司继续进行研究。1936～1939年勒莱普(O.Lellep)在奥伯豪森(Oberhausen)进行了底吹氧炼钢的试验，由于喷嘴常损坏未能成功。1938年亚琛(Aachen)工业大学的施瓦茨(C．V．Schwarz)提出用超音速射流向下吹氧炼钢，并在实验室进行了试验，将托马斯生铁吹炼成低氮钢，但因熔池浅而损坏了炉底。1948年丢勒尔(R．Durrer)等在冯?罗尔(V onRoll)公司建成2．5t的焦油白云石衬的试验转炉，以450的斜度将水冷喷嘴插入铁水吹氧炼钢，无论贝塞麦生铁或托马斯生铁都能成功炼成优质钢水，而且认识到喷嘴垂直向下时，最有利于喷嘴和炉衬的寿命。这样就最后完成了转炉吹氧炼钢的实验室试验。从实验室研究向工业化试验的进一步发展是由奥地利的沃埃施特(VOEST)公司完成的。第二次世界大战后奥地利面临重建钢铁工业的需要，该国缺少废钢使得平炉或电炉炼钢法缺乏竞争力。沃埃施特公司注意到丢勒尔的试验，决心开发一个具有竞争力的新的炼钢方法。1949年5月在奥地利累欧本(Leoben)开了一次氧气炼钢的讨论会，决定冯?罗尔、曼内斯曼(Mannesmann)、阿尔派(ALPINE)和沃埃施特4个公司协作，在沃埃施特的林茨(Linz)钢厂作进一步的试验。1949年6月在林茨建成2t顶吹氧试验转炉，由苏埃斯(T．Suess)和豪特曼(H．Hauttmann)负责，在丢勒尔参与下，成功地解决了合适的氧气压力、流量和喷嘴与熔池面距离等工艺操作问题。之后迅速建立15t试验转炉，广泛研究新方法所冶炼钢的品质。由于钢的质量很好而且炼钢工艺的效率很高，1949年末该公司决定在林茨投资建设世界第一个氧气顶吹转炉工厂。并命名该炼钢法为LD法。林茨的30tLD转炉工厂于1952年11月投产。翌年春季第2个30tLD转炉工厂在奥地利多纳维兹([)onawitz)建成投产。1950年由苏埃斯申请得到专利权。推动炼钢工业再次大变革的氧气顶吹转炉炼钢法登上了历史舞台。该法问世后，数十年内迅速取代了平炉炼钢而成为世界上最主要的炼钢方法。在北美，美国是平炉炼钢大国，有平炉熔池吹氧的经验。美国又是第二次世界大战的最大战胜国，工业基础雄厚。在得知转炉氧气炼钢的信息后，美国麦克劳斯(McLouth)公司和加拿大多法斯柯(DOFASCO)公司于1954年各迅速建成一个35t氧气顶吹转炉车间并投产。随后

浅论底吹氧枪

浅论底吹氧枪 高长春袁培新陈汉荣 摘要：本文较系统的论述有色金属氧气底吹熔炼氧枪基本原理，介绍氧枪设计计算方法，提出延长氧枪使用寿命的技术措施。 关键词：氧气底吹熔炼，氧枪结构、材质、气力学参数，氧枪蚀损机理。 有色金属氧气底吹熔炼在国内外已有二十多年历史。近几年国内氧气底吹炼铅工艺发展迅速，预计到2010年用该工艺生产粗铅将超过100万吨/年，占全国总产量的40%；氧气底吹炼铜工艺也在起步，发展前景看好。氧枪是氧气底吹熔炼工艺中的核心技术，这种技术已比较成熟，但氧枪使用寿命仍然是关键问题。本文围绕延长氧枪使用寿命问题，就氧枪基本原理，主要技术参数计算方法等方面作粗浅分析论述，以期起到抛砖引玉的作用。 1、氧枪和底吹熔池运动 氧气底吹熔炼熔池的运动是喷入氧气和其他气体的结果。气体射流由喷嘴喷出后，沿射流的纵轴向熔池面伸展，这时射流四周的熔池沿射流束的径向流来。射流束的流速愈大，熔池流向射流束的速度亦愈大。射流带动熔池向上运动，熔池衰减射流的能量，减缓射流的运动，互相运动的同时发生物理化学反应，射流则逐渐扩大。但主射流仍保持着“气柱”或“气舌”的形状，直到达到一定高度后，方在主射流的顶部发生气—液交混，而形成气泡带向熔池面伸展。气体到达熔池面时便逸出，熔池则再向下流动形成回流，形成熔池熔液不断循环流动。这个不断循环流动的过程，便是氧气和其他气体不断地把能量传送给熔池的过程；这个不断循环流动的过程，造成底吹熔炼有别于顶吹或侧吹熔炼过程的反应特性和流动特性，使熔池得到充分搅拌，具有更为优越的传质、传热功能，喷入氧气得到极高的利用率。水力学模型实验和底吹熔炼生产实践发现，喷咀喷出气体的压力和喷枪结构选择不当，会出现严重的“气泡后座”现象、严重的喷溅现象、严重的熔池振荡现象，甚至气流射穿熔池。 底吹气体传送给熔池的能量，有气体的动量、冲量、功能和膨胀功。动量、

氧气顶吹转炉炉体设计

氧气顶吹转炉炉体设计

目录 一转炉系统设备.............................................................................................................- 1 - 1.1 炉型.....................................................................................................................- 1 - 1.1.1 转炉炉型概念.............................................................................................- 1 - 1.1.2 合理的炉型要求.........................................................................................- 1 - 1.1.3 转炉的基本炉型.........................................................................................- 2 - 1.1.3.1 筒球型.................................................................................................- 2 - 1.1.3.2 锥球型.................................................................................................- 2 - 1.1.3.3 截锥型.................................................................................................- 2 - 1.2 转炉炉型主要参数确定.....................................................................................- 3 - 1.2.1 转炉的公称容量.........................................................................................- 3 - 1.2.2 炉容比.........................................................................................................- 3 - 1.2.2.1 铁水比、铁水成分.............................................................................- 3 - 1.2.2.2 供氧强度.............................................................................................- 3 - 1.2.2.3 冷却剂的种类.....................................................................................- 4 - 1.2.3 高径比.........................................................................................................- 4 - 1.3 炉型主要尺寸的确定.........................................................................................- 4 - 1.3.1 筒球型氧气顶吹转炉的主要尺寸.............................................................- 4 - 1.3.1.1 熔池直径D..........................................................................................- 5 - 1.4 炉壳.....................................................................................................................- 6 - 1.4.1 炉壳的作用.................................................................................................- 6 - 1.4.2 炉壳的组成.................................................................................................- 6 - 1.4. 2.1 炉帽.....................................................................................................- 6 - 1.4. 2.2 炉身.....................................................................................................- 8 - 1.4. 2.3 炉底.....................................................................................................- 8 - 1.4. 2.4 制作及要求.........................................................................................- 8 - 1.5 炉体支撑系统.....................................................................................................- 9 - 1.5.1 托圈与耳轴.................................................................................................- 9 - 1.5.1.1 托圈与耳轴的作用、结构.................................................................- 9 - 1.5.1.2 托圈与耳轴的连接...........................................................................- 10 - 1.5.2 炉体与托圈...............................................................................................- 10 - 1.5.3 耳轴轴承座...............................................................................................- 13 - 1.6 转炉倾动机构...................................................................................................- 14 - 1.6.1 工作特点...................................................................................................- 14 - 1.6.1.1 减速比大...........................................................................................- 14 - 1.6.1.2 倾动力矩大.......................................................................................- 14 - 1.6.1.3 启动制动频繁，承受的动载荷大...................................................- 14 - 1.6.1.4 工作条件恶劣...................................................................................- 15 - 1.6.2 结构要求...................................................................................................- 15 - 1.6. 2.1 满足工艺需要...................................................................................- 15 - 1.6. 2.2 具有两种以上倾动速度...................................................................- 15 - 1.6. 2.3 安全可靠运转...................................................................................- 15 - 1.6. 2.4 良好的适应性...................................................................................- 15 - 1.6. 2.5 结构紧凑效率高...............................................................................- 15 -