氧气底吹转炉炼钢
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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。
氧气底吹转炉炼钢
锰的变化规律 底吹氧气转炉熔池中[Mn]的变化有两个特点： 吹炼终点钢水残[Mn]比顶吹转炉高;
[Mn]的氧化反应几乎达到平衡;
底吹转炉吹炼终点钢水残[Mn]比顶吹转炉高;
残[Mn]比顶吹转炉高的原因： 渣中(FeO)含量低于顶吹转炉，而且CO分压(约0.04MPa)低于顶吹转炉0.12MPa，顶吹转炉中的[O]活度高于底吹转炉2.5倍。 此外，底吹转炉喷嘴上部氧压高，Si氧化为SiO2并被石灰粉中CaO所固定，这样MnO的活度增大。
9.2 底吹氧气转炉炼钢法
氧气转炉炼钢车间
01
氧气转炉炼钢车间
单击此处添加文本具体内容，简明扼要的阐述您的观点，以便观者准确的理解您传达的思想。
氧气转炉炼钢车间
底吹转炉炼钢法的发展
酸性底吹空气转炉炼钢法 贝塞麦发明的酸性底吹空气转炉炼钢法只能脱碳，但不能脱磷、脱硫。
碱性底吹空气转炉 1878年，托马斯发明了碱性底吹空气转炉，用石灰造渣，能较好地进行脱磷，炉渣可做磷肥．
细金属管多孔塞式： 图4－12MHP供气元件 图4－13 MHP—D型 图4－14 新的类环缝管式 1—母体耐火材料； 金属砖结构 细金属管型供气元件 2—细金属管；3—集气箱； 4—进气箱
3
由于脱碳速度快，前期渣中氧化铁低，故脱磷是在脱碳基本结束后(即吹炼后期)进行的。脱硫主要是在吹炼后半期高碱度炉渣形成后进行的。
4
吹炼中期： 铁水中碳大量氧化，氧的脱碳利用率几乎是100 ％ 。而且铁矿石、铁皮分解出来的氧，也被脱碳反应消耗。这体现了底吹氧气转炉良好的熔池搅拌贯穿整个吹炼过程的特点。所以，渣中(FeO）)含量低于LD转炉，铁合金收得率高。
”
将Pco取为一个大气压，则可简化为：
由于Kc随温度的变化不大，在炼钢温度范围内为一定值，用M代表则可写出： M =[%C]·[%O] (8—7) M称为碳氧浓度积，它具有化学反应平衡常数的性质，在一定温度和压力下应是一个常数。
[Mn]的氧化反应几乎达到平衡;
底吹转炉吹炼终点钢水残[Mn]比顶吹转炉高;
残[Mn]比顶吹转炉高的原因： 渣中(FeO)含量低于顶吹转炉，而且CO分压(约0.04MPa)低于顶吹转炉0.12MPa，顶吹转炉中的[O]活度高于底吹转炉2.5倍。 此外，底吹转炉喷嘴上部氧压高，Si氧化为SiO2并被石灰粉中CaO所固定，这样MnO的活度增大。
9.2 底吹氧气转炉炼钢法
氧气转炉炼钢车间
01
氧气转炉炼钢车间
单击此处添加文本具体内容，简明扼要的阐述您的观点，以便观者准确的理解您传达的思想。
氧气转炉炼钢车间
底吹转炉炼钢法的发展
酸性底吹空气转炉炼钢法 贝塞麦发明的酸性底吹空气转炉炼钢法只能脱碳，但不能脱磷、脱硫。
碱性底吹空气转炉 1878年，托马斯发明了碱性底吹空气转炉，用石灰造渣，能较好地进行脱磷，炉渣可做磷肥．
细金属管多孔塞式： 图4－12MHP供气元件 图4－13 MHP—D型 图4－14 新的类环缝管式 1—母体耐火材料； 金属砖结构 细金属管型供气元件 2—细金属管；3—集气箱； 4—进气箱
3
由于脱碳速度快，前期渣中氧化铁低，故脱磷是在脱碳基本结束后(即吹炼后期)进行的。脱硫主要是在吹炼后半期高碱度炉渣形成后进行的。
4
吹炼中期： 铁水中碳大量氧化，氧的脱碳利用率几乎是100 ％ 。而且铁矿石、铁皮分解出来的氧，也被脱碳反应消耗。这体现了底吹氧气转炉良好的熔池搅拌贯穿整个吹炼过程的特点。所以，渣中(FeO）)含量低于LD转炉，铁合金收得率高。
”
将Pco取为一个大气压，则可简化为：
由于Kc随温度的变化不大，在炼钢温度范围内为一定值，用M代表则可写出： M =[%C]·[%O] (8—7) M称为碳氧浓度积，它具有化学反应平衡常数的性质，在一定温度和压力下应是一个常数。
《钢冶金学》_第6章 氧气底吹转炉和顶底复合吹炼转炉炼钢
钢冶金学重庆科技学院王宏丹◆氧气底吹转炉炼钢氧气底吹转炉炼钢OBM法和LWS法吹炼高磷铁水时的成分变化Q-BOP法吹炼过程中钢水和炉渣成分的变化Q-BOP法吹炼过程炉渣成分的变化吹炼终点[C]和[O]的关系图终点[C]和[Mn]的关系Q-BOP和LD炉内渣中（FeO）6.2.1 顶底复吹转炉炼钢工艺类型6.2 顶底复合吹炼转炉的冶金特点6.2.2 顶底复吹转炉的底吹供气和供气元件6.2.3 顶底复吹转炉内的冶金反应6.2.4 冶金效果氧气顶底复吹转炉炼钢在复吹转炉中，了解和掌握底吹气体的性质、冶金行为、合理地确定底吹气体比例，选择和控制底吹供气强度，是复吹转炉获得良好的技术经济指标的重要因素。
底吹气体的冶金行为主要表现在三个方面： 强化熔池搅拌，使钢水成分，温度均匀；加速炉内反应，使渣钢反应界面增大，元素间化学反应和传质过程更加趋于平衡；冷却保护供气元件，使供气元件使用寿命延长。
底吹气体底吹O：需用冷却介质来保护供气元件，会与熔2池中碳发生反应，产生较大的搅拌力。
：可不用冷却剂，会与熔池中碳发生反 底吹CO2应搅拌力较强的气体；会使熔池CO分压增加，不利于超低碳钢冶炼。
、Ar和CO：属中性或惰性气体，供入铁 底吹N2水中不参与熔池内的反应，只起搅拌作用。
底吹气体比例在复吹转炉中，底吹气体量的多少决定熔池内搅拌的强弱程度。
，其底吹 在冶炼超低碳钢种时，即使用底吹O2供气量也要达20%左右；对一些具有特殊功能的复吹工艺（如喷石灰粉、煤粉等），其底吹供气量可达40%。
就一般复吹转炉而言，为了保证脱硫、脱气和渣-钢间反应趋于平衡，在吹炼结束前，也要采用较大的底吹供气来搅拌熔池。
底吹供气强度获得最佳搅拌强度，使熔池混合最均匀。
大量实验研究表明，熔池的混匀程度与搅拌强度有关，而搅拌强度受供气量和底吹元件布置影响。
根据吹炼过程调节供气强度。
复吹转炉的特点是能有效地把熔池搅拌与炉渣氧化性有机统一起来，而实现手段就是控制底吹供气强度。
炼钢工艺简介(1)
炼钢工艺简介(1)
氧气顶吹转炉炼钢法的特点
• 利于自动化生产和开展综合利用 • 氧气顶吹转炉炼钢冶炼时间短，生产率高
，其机械化程度较高，有利于实现生产过程 的自动化，也有利于开展综合利用，如回收 煤气、炉尘（做烧结矿原料）等。
炼钢工艺简介(1)
四、炼钢基本原理
炼钢基本原理
一、什么叫钢
一般把碳小于2.11％的铁碳合金称为钢。 二、什么叫炼钢
炼钢工艺简介(1)
氧气顶吹转炉炼钢法的特点
• 原料消耗少，热效率高、成本低 • 氧气顶吹转炉炼钢的金属消耗一般为1100～1140
公斤／吨钢，稍高于平炉（但在良好燥作情况下 ，金属消耗与平炉接近）。但由于顶吹转炉的热 源是利用铁水本身的物理热和化学热，热效率高 ，不需外加热源，因此在燃料和动力消耗方面均 较平炉、电炉低。由于氧气顶吹转炉炼钢法具有 高的生产率和低的消耗，所以钢的成本也较低。
四、一炼钢技术经济指标
一炼钢在今年前几个月与国内部分同类生产厂指标相比， 在钢铁料消耗、日历作业率上差别较大.而与全国平均水平相 比各项指标均好于同时期的全国平均水平。 ➢ 钢铁料消耗比莱钢高21kg/t，比全国平均低了7.4 kg/t ➢ 日历作业率上比南京低15.56%，比全国平均高2.64％ ➢ 氧气消耗比莱钢高３.７８m3/t，比全国平均低3.85m3/t。 ➢ 转炉冶炼周期比安阳多１.５６min,比全国平均低6.9min。 ➢ 炉衬寿命比莱钢略低。 ➢ 具体对比数据见附表。
➢音频化渣技术：2000年转炉与上海工业大学合作开发的音 频化渣技术，该项技术能根据炉内反应的声音，分析炉渣 的性质，及时指导氧枪枪位控制，促进化渣
炼钢工艺简介(1)
➢ 转炉数据静态模拟控制：2001年，转炉与上海阿塞克自动 化公司合作，开发出转炉数据静态模拟控制系统，使小转炉 炼钢局部实现自动化，降低了劳动强度，改善了生产环境， 提高了转炉作业率及生产效率。
氧气顶吹转炉炼钢法的特点
• 利于自动化生产和开展综合利用 • 氧气顶吹转炉炼钢冶炼时间短，生产率高
，其机械化程度较高，有利于实现生产过程 的自动化，也有利于开展综合利用，如回收 煤气、炉尘（做烧结矿原料）等。
炼钢工艺简介(1)
四、炼钢基本原理
炼钢基本原理
一、什么叫钢
一般把碳小于2.11％的铁碳合金称为钢。 二、什么叫炼钢
炼钢工艺简介(1)
氧气顶吹转炉炼钢法的特点
• 原料消耗少，热效率高、成本低 • 氧气顶吹转炉炼钢的金属消耗一般为1100～1140
公斤／吨钢，稍高于平炉（但在良好燥作情况下 ，金属消耗与平炉接近）。但由于顶吹转炉的热 源是利用铁水本身的物理热和化学热，热效率高 ，不需外加热源，因此在燃料和动力消耗方面均 较平炉、电炉低。由于氧气顶吹转炉炼钢法具有 高的生产率和低的消耗，所以钢的成本也较低。
四、一炼钢技术经济指标
一炼钢在今年前几个月与国内部分同类生产厂指标相比， 在钢铁料消耗、日历作业率上差别较大.而与全国平均水平相 比各项指标均好于同时期的全国平均水平。 ➢ 钢铁料消耗比莱钢高21kg/t，比全国平均低了7.4 kg/t ➢ 日历作业率上比南京低15.56%，比全国平均高2.64％ ➢ 氧气消耗比莱钢高３.７８m3/t，比全国平均低3.85m3/t。 ➢ 转炉冶炼周期比安阳多１.５６min,比全国平均低6.9min。 ➢ 炉衬寿命比莱钢略低。 ➢ 具体对比数据见附表。
➢音频化渣技术：2000年转炉与上海工业大学合作开发的音 频化渣技术，该项技术能根据炉内反应的声音，分析炉渣 的性质，及时指导氧枪枪位控制，促进化渣
炼钢工艺简介(1)
➢ 转炉数据静态模拟控制：2001年，转炉与上海阿塞克自动 化公司合作，开发出转炉数据静态模拟控制系统，使小转炉 炼钢局部实现自动化，降低了劳动强度，改善了生产环境， 提高了转炉作业率及生产效率。
氧气顶底复吹转炉炼钢
复吹转炉的 C O 关系线低于顶 吹转炉,比较接 近底吹转炉的 C - O 关系线，在 相同含碳量下， 复吹转炉金属收 得率高于顶吹转 炉，
复吹底部吹惰性气体后钢水中 O - O 关系
吹入惰性气体 后,钢水中 C - O 的关系线下移,原 因是吹入熔池中 的N或Ar气泡降低 CO的分压,为脱碳 反应提供场所， 因此,在相同含碳 量时,复吹含氧量 低于顶吹，
3 钢水中的碳
复吹转炉钢水的脱碳速度高而且比
较均匀,原因是从顶部吹入大部分氧，从 底部吹入少量氧,供氧比较均匀,脱碳反应 也就比较均匀,使渣中∑ω FeO 含量始终 不高，在熔池底部生成的FeO与 C 有更 多的机会反应,FeO不易聚集,从而很少产 生喷溅，
复吹.顶吹.底吹转炉吹炼终点ω C 和ω O
9.3 侧吹氧气转炉炼钢法
1952年,唐山钢厂用碱性侧吹空气转 炉吹炼中磷铁水 ω P %=0.2～O.6 获得 成功，它是通过摇炉,调节熔池面与风眼 的相对位置和吹炼深度,控制造渣,进行钢 水脱碳和脱磷，1958年普遍推广，但空 气侧吹风眼侵蚀严重,吹损大,热量不充裕 等缺点，
1973年,沈阳第一炼钢厂和东北工学 院提出了转炉侧吹全氧炼钢法,并在3吨 侧吹转炉上进行试验获得成功，
9.4.2 顶底复吹转炉内的反应
1 成渣速度 复吹转炉与顶吹、底吹两种转炉相
比,熔池搅拌范围大,而且强烈,从底部喷 入石灰粉造渣,成渣速度快，通过调节氧 枪枪位化渣,加上底部气体的搅动,形成高 碱度、流动性良好和一定氧化性的炉渣, 需要的时间比顶吹转炉或底吹转炉的都
短，
2 复吹转炉渣中∑ FeO 含量变化
②改善了渣-金属间的平衡条件,减少了钢和渣的过 氧化现象, ③提高了钢液中的残锰含量, ④降低了钢液中的磷含量,减少了喷溅， ⑤金属中的碳氧更接近于平衡,对降低钢中的溶解 氧有明显效果，这对冶炼低碳钢十分有利，
复吹底部吹惰性气体后钢水中 O - O 关系
吹入惰性气体 后,钢水中 C - O 的关系线下移,原 因是吹入熔池中 的N或Ar气泡降低 CO的分压,为脱碳 反应提供场所， 因此,在相同含碳 量时,复吹含氧量 低于顶吹，
3 钢水中的碳
复吹转炉钢水的脱碳速度高而且比
较均匀,原因是从顶部吹入大部分氧，从 底部吹入少量氧,供氧比较均匀,脱碳反应 也就比较均匀,使渣中∑ω FeO 含量始终 不高，在熔池底部生成的FeO与 C 有更 多的机会反应,FeO不易聚集,从而很少产 生喷溅，
复吹.顶吹.底吹转炉吹炼终点ω C 和ω O
9.3 侧吹氧气转炉炼钢法
1952年,唐山钢厂用碱性侧吹空气转 炉吹炼中磷铁水 ω P %=0.2～O.6 获得 成功，它是通过摇炉,调节熔池面与风眼 的相对位置和吹炼深度,控制造渣,进行钢 水脱碳和脱磷，1958年普遍推广，但空 气侧吹风眼侵蚀严重,吹损大,热量不充裕 等缺点，
1973年,沈阳第一炼钢厂和东北工学 院提出了转炉侧吹全氧炼钢法,并在3吨 侧吹转炉上进行试验获得成功，
9.4.2 顶底复吹转炉内的反应
1 成渣速度 复吹转炉与顶吹、底吹两种转炉相
比,熔池搅拌范围大,而且强烈,从底部喷 入石灰粉造渣,成渣速度快，通过调节氧 枪枪位化渣,加上底部气体的搅动,形成高 碱度、流动性良好和一定氧化性的炉渣, 需要的时间比顶吹转炉或底吹转炉的都
短，
2 复吹转炉渣中∑ FeO 含量变化
②改善了渣-金属间的平衡条件,减少了钢和渣的过 氧化现象, ③提高了钢液中的残锰含量, ④降低了钢液中的磷含量,减少了喷溅， ⑤金属中的碳氧更接近于平衡,对降低钢中的溶解 氧有明显效果，这对冶炼低碳钢十分有利，
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。
钢铁知识37种常用炼钢冶炼方法大汇总!
钢铁知识37种常用炼钢冶炼方法大汇总!1、转炉炼钢：一种不需外加热源、主要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气进行化学反应所产生的热量作冶炼热源来炼钢。
炉料除铁水外，还有造渣料（石灰、石英、萤石等）；为了调整温度，还可加入废钢以及少量的冷生铁和矿石等。
转炉按炉衬耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）；按气体吹入炉内的部分分为底吹顶吹和侧吹；按所采用的气体分为空气转炉和氧气转炉。
酸性转炉不能去除生铁中的硫和磷，须用优质生铁，因而应用范围受到限制。
碱性转炉适于用高磷生铁炼钢，曾在西欧获得较大发展。
空气吹炼的转炉钢，因其含氮量高，且所用的原料有局限性，又不能多配废钢，未在世界范围内得到推广。
2、氧气顶吹转炉炼钢：用纯氧从转炉顶部吹炼铁水成钢的转炉炼钢方法，或称LD法；在美国通常称BOF法，也称BOP法。
它是现代炼钢的主要方法。
炉子是一个直立的坩埚状容器，用直立的水冷氧枪从顶部插入炉内供氧。
炉身可倾动。
炉料通常为铁水、废钢和造渣材料；也可加入少量冷生铁和铁矿石。
通过氧枪从熔池上面向下吹入高压的纯氧（含O299.5％以上），氧化去除铁水中的硅、锰、碳和磷等元素，并通过造渣进行脱磷和脱硫。
各种元素氧化所产生的热量，加热了熔池的液态金属，使钢水达到现定的化学成分和温度。
它主要用于冶炼非合金钢和低合金钢；但通过精炼手段，也可用于冶炼不锈钢等合金钢。
3、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，使铁水冶炼成钢的转炉炼钢方法。
其特点是；炉子的高度与直径比较小；炉底较平并能快速拆卸和更换；用风嘴、分配器系统和炉身上的供氧系统代替氧气顶吹转炉的氧枪系统。
由于吹炼平稳、喷溅少、烟尘量少、渣中氧化铁含量低，因此氧气底吹转炉的金属收得率比氧气顶吹转炉的高1％～2％；采用粉状造渣料，由于颗粒细、比表面大，增大了反应界面，因此成渣快，有利于脱硫和脱磷。
氧气顶吹转炉炼钢
氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉炼钢(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。
10氧气转炉炼钢
10 氧气转炉炼钢10．1 氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉于1952年和1953年在奥地利的林茨（Linz）城和多纳维茨（Donawitz）城先后建成并投入生产，故又称为LD法。
由于它具有原材料适应性强、生产率高、成本低、可炼品种多、钢质量好、投资省、建厂速度快等一系列优点，因而在世界范围内得到迅速发展，一跃成为现代主要炼钢方法之一。
10．1．1 氧气顶吹转炉炼钢车间的特点现代钢铁生产，从铁矿石冶炼到加工成钢材，一般是组成钢铁联合企业集中进行的。
炼钢在钢铁联合企业内是一个中间环节，它联系着前面的炼铁等原料供应系统和后面的轧钢等成品生产。
炼钢车间的生产对整个联合企业有重大影响。
由于氧气顶吹转炉吹氧时间短和炉子容量的大型化，使顶吹转炉车间具有以下特点：l）吹炼周期短、生产率高，因此，每昼夜出钢炉数多，兑铁、加料、倒渣、出钢、浇注等操作频繁，原材料、钢水、炉渣等的吞吐量大。
2）运输复杂，数量大。
其数量相当于钢产量的3～5倍，而且批量小、批次多、运输品种多。
因此，各种货流不得不尽量避免交叉而设置专业化线路，并采用多层平面运输。
3）温度高、烟尘大，需配置高效能的通风除尘设备。
4）因吹炼速度快，要求有准确、可靠的计量通讯设备。
为了保证转炉正常地进行连续生产，各种原材料的供应以及钢水、炉渣的处理必须有足够的设备，而且工作可靠。
这些设备的布置和车间内各物料的运输流程必须合理。
同时，车间内转炉座数也不宜过多，以免各种设备在操作时互相干扰。
世界上大多数转炉车间，目前均采用以下两种布置方案：两座转炉经常保持一座吹炼（简称二吹一）；三座转炉经常保持两座吹炼（简称三吹二）。
炼钢生产有冶炼和浇注两个基本环节。
为保证冶炼和浇注的正常进行，氧气顶吹转炉车间主要包括原料系统，加料、冶炼和浇注系统，以及采用模铸时的钢模准备系统。
因此，顶吹转炉车间主厂房多改为三跨间：1）原料跨：主要组织铁水和废钢的供应，炉渣及垃圾的运出。
2）转炉跨：主要布置转炉及其倾动机构。
试谈转炉炼钢法的分类
试谈转炉炼钢法的分类转炉炼钢工艺转炉炼钢工艺绪论1、转炉炼钢法的分类转炉是以铁水为要紧原料的现代炼钢方法。
该种炼钢炉由圆台型炉帽、圆柱型炉身与球缺型炉底构成。
炉身设有可绕之旋转的耳轴，以满足装料与出钢、倒渣操作，故而得名。
酸性空气底吹转炉——贝塞麦炉（英国1856年）空气转炉{ 碱性空气底吹转炉——托马斯炉（德国1878年）碱性空气侧吹转炉（中国1952年）转炉{ 氧气顶吹转炉——LD（奥地利1952年）氧气转炉{ 氧气底吹转炉——OBM（德国1967年）顶底复吹转炉（法国1975年）2、氧气顶吹转炉炼钢法简介(1) 诞生的背景及简称现代炼钢生产首先是一个氧化精炼过程，最初的贝氏炉与托马斯炉之因此使用空气吹炼正是利用其中的氧。
二次世界大战以后，工业制氧机在美国问世，使利用纯氧炼钢成为可能，但原先的底吹方式炉底及喷枪极易烧坏。
美国联合碳化物公司于1947年在实验室进行氧气顶吹转炉的实验并获成功，命名为BOF。
奥地利闻之即派有关专家前往参观学习，回来后于1949年在2吨的转炉上进行半工业性实验并获成功，1952年、1953年30吨氧气顶吹转炉分别在Linz与Donawi tz建成投产，故常简称LD。
1967年12月德国与加拿大合作发明了氧气底吹转炉，使用双层套管喷嘴并通以气态碳氢化合物进行冷却。
1975年法国研发了顶底复吹转炉，综合了LD与OBM的优点，77年在世界年会上发表。
(2) 氧气顶吹转炉的特点1）优点氧气顶吹转炉一经问世就显示出了极大的优越性，世界各国竟相进展，目前成为最要紧的炼钢法。
其优点要紧表现在：（1）熔炼速度快，生产率高（一炉钢只需20分钟）；（2）热效率高，冶炼中不需外来热源，且可配用10%～30%的废钢；（3）钢的品种多，质量好（高低碳钢都能炼，S、P、H、N、O及夹杂含量低）；（4）便于开展综合利用与实现生产过程计算机操纵。
2）缺点当然，LD尚存在一些问题，如吹损较高（10%，）、所炼钢种仍受一定限制（冶炼含大量难熔元素与易氧化元素的高合金钢有一定的困难）等。
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其原因是随着钢水含碳量的降低。冷却介
质分解产生的气体对[C]-[O]反应的影响大， 使[C]-[O]反应的平衡的CO分压低于0.1MPa。
吹炼终点：
[C] -[O] 平衡 相同的钢水 含氧量下， 与之相平衡 的钢水含碳 量，底吹转 炉比顶吹转 炉的要低。
吹炼终点：
[C] -[O] 平衡 相同的钢水 含氧量下， 与之相平衡 的钢水含碳 量，底吹转 炉比顶吹转 炉的要低。
2. 锰的变化规律 底吹氧气转炉熔池中[Mn]的变化 有两个特点：
1)吹炼终点钢水残[Mn]比顶吹转炉高;
2) [Mn]的氧化反应几乎达到平衡;
1)底吹 转炉吹 炼终点 钢水残
[Mn] 比顶吹 转炉高;
残[Mn]比顶吹转炉高的原因：
渣中(FeO)含量低于顶吹转炉，而且CO 分压(约0.04MPa)低于顶吹转炉0.12MPa， 顶吹转炉中的[O]活度高于底吹转炉2.5倍。
9.2 底吹氧气转炉炼钢法
氧气转炉炼钢车间
氧气转炉炼钢车间
氧气转炉炼钢车间
底吹转炉炼钢法的发展
1. 酸性底吹空气转炉炼钢法 贝塞麦发明的酸性底吹空气转
炉炼钢法只能脱碳，但不能脱磷、 脱硫。 2. 碱性底吹空气转炉
1878年，托马斯发明了碱性底 吹空气转炉，用石灰造渣，能较好 地进行脱磷，炉渣可做磷肥．
喷溅和返干时有发生，而且吹炼后期熔池的搅拌弱（主要
靠脱碳反应搅拌），钢渣间反应未达平衡，渣中的氧化亚 铁含量高而吹损高、脱氧剂消耗高。
9.2.1 底吹氧气转炉结构特点
一 氧气底吹转炉炉底结构
炉身和炉底可拆卸分开，在底吹上安装 吹氧喷嘴一般为6～22支。最常用的是炉底 和喷嘴垂直。喷嘴冷却剂可采用天然气、丙 烷、丁烷等碳氢化合物。为了提高脱磷、脱 硫效率，由喷嘴内管吹氧的同时吹碳粉和萤 石粉等造渣剂。根据不同的冶炼目的，内管 除吹氧外，还可吹氩或氮气。
炼钢熔池中[C]和[O]浓度的关系
将Pco取为一个大气压，则可简化为：
KC
1
%C•
%O.........[
%C]•[%O]
PCO KC
由于Kc随温度的变化不大，在炼钢温度范围内为 一定值，用M代表则可写出：
M =[%C]·[%O] (8—7)
M称为碳氧浓度积，它具有化学反应平衡常数的性 质，在一定温度和压力下应是一个常数。
(2) [C]-[O]平衡的理论含氧量 是在pCO=0.1MPa得出的。
而实际顶吹氧气转炉中 pCO≈0.12MPa
而实际顶底复吹转炉中 pCO≈0.07MPa
而实际底吹转炉中 pCO ≈ 0.04MPa
顶吹 顶底复吹 底吹
pCO≈0.12MPa pCO≈0.07MPa pCO ≈ 0.04MPa
其原因之一是:喷入炉内的氧 气产生了两倍的CO气体。
[C]+{O2} =2CO↑ 另一个原因是随着钢水含碳
量的降低。冷却介质分解产生的 气体对[C]-[O]反应的影响大，使 [C]-[O]反应的平衡的CO分压低 于总压。
如N2、Ar、H2气等
(1) [C]+[O] =CO ω[O] CO [Fe]+[O]=[FeO] ω[O] FeO
(3)由于氧气喷嘴埋在铁水下面，高温和面积较大 的反应区在炉底喷嘴出口处附近，反应产物需穿 过金属液后才能进入炉渣或炉气中，因此，上部 渣层对炉内反应的影响较小。
9.2.3 吹炼过程中各 成分的变化
一.Si .Mn.P.S.C.O.N 等的变化规律
1. [C] -[O]平衡
在钢水中ω [C]％>0.07时，底和顶吹的 [C]-[O]关系，都比较接近；但当钢水中ω[C] ％<0.07时，底吹氧气转炉内的[C]-[O]关系 低于PCO为0.IMPa时[C]-[O]平衡关系，这说 明在相同的钢水含氧量下，与之相平衡的钢 水含碳量，底吹转炉比顶吹转炉的要低。
ω[O] CO ＜ω[O] 实 ＜ω[O] FeO ω[O] 实—ωHale Waihona Puke O] CO=过剩氧临界含碳量
底吹转炉中由供氧速率的控制性 环节向钢水中的碳扩散成为控制性环节 转变的碳量要低。如230t底吹转炉为0.3 ％～0.6％，而180t顶吹转炉为0.5％～ 1.0％。因此，底吹转炉具有冶炼低碳钢 的特长。
底吹氧气转炉没有顶吹氧气转炉那样的 氧枪，不需要高厂房。
图9 氧气底 吹转炉炉型
图10 氧气底吹转炉 炉底结构示意图
l一炉壳；2一炉衬；3一环缝；4一炉底塞；5一套 管；6一炉底钢板；7一保护介质分配环；8一保 护介质；9一氧和石灰粉；10一氧和石灰粉分配
箱；11一舌状气袋
9.2.2．氧气底吹转炉吹炼反应特点．
3.富氧碱性底吹转炉 1950年前后，制氧技术有了大的突破，但底吹
转炉富氧量只用到40％，如再提高，喷嘴寿命就 会降低。（在喷嘴附近发生O2+[C]→2CO的放 热反应）。于是发明了
4 顶吹氧气转炉炼钢法 1952年奥地利开发，但不适于吹 炼高磷铁水， 又发明了。
5 石灰粉法(LD—AC法) 为吹炼高磷铁水，比利时和法国同时发明。
6 卡尔多(Kaldo)法（瑞典） 7 旋转转炉炼钢法（德国）。
4.碱性底吹氧气转炉
1965年加拿大研制了双层管氧气喷 嘴。内管通氧气，内外管间通碳氢化合 物。利用碳氢化合物裂解吸热和形成还 原性气幕冷却保护氧气喷嘴。 1967年德 国引进此喷嘴技术，成功开发了底吹氧 气转炉 (OBM法)。
CmHn=mC+n/2H2 (吸热反应)
氧气顶吹转炉的特点
1）优点 （1）熔炼速度快，生产率高（一炉钢只需20分钟）； （2）热效率高，冶炼中不需外来热源，且可配用10%～ 30%的废钢； （3）钢的品种多，质量好（高低碳钢都能炼Si，S、P、 H、N、O及夹杂含量低）； （4）便于开展综合利用和实现生产过程计算机控制。 2）缺点 如吹损较高（10%，）、所炼钢种仍受一定限制（冶炼含 大量难熔元素和易氧化元素的高合金钢有一定的困难）。
在底吹转炉冶炼中，氧气由分散在炉底上的数 支喷嘴由下而上吹入金属熔池
(1)熔池搅拌强度剧烈，其搅动力要高于顶吹法10 倍。即使在熔池含碳量降到很低时，由炉底吹入 的氧流仍在剧烈地搅动熔池。
(2)由于氧流分散而均匀地吹入熔池，同时又无较 强的反向气流作用，因此，吹炼过程平稳，炉内 反应迅速而均匀，渣-钢间反应更趋于平衡，渣中 氧化铁含量低，不喷溅，氧的利用率高。
质分解产生的气体对[C]-[O]反应的影响大， 使[C]-[O]反应的平衡的CO分压低于0.1MPa。
吹炼终点：
[C] -[O] 平衡 相同的钢水 含氧量下， 与之相平衡 的钢水含碳 量，底吹转 炉比顶吹转 炉的要低。
吹炼终点：
[C] -[O] 平衡 相同的钢水 含氧量下， 与之相平衡 的钢水含碳 量，底吹转 炉比顶吹转 炉的要低。
2. 锰的变化规律 底吹氧气转炉熔池中[Mn]的变化 有两个特点：
1)吹炼终点钢水残[Mn]比顶吹转炉高;
2) [Mn]的氧化反应几乎达到平衡;
1)底吹 转炉吹 炼终点 钢水残
[Mn] 比顶吹 转炉高;
残[Mn]比顶吹转炉高的原因：
渣中(FeO)含量低于顶吹转炉，而且CO 分压(约0.04MPa)低于顶吹转炉0.12MPa， 顶吹转炉中的[O]活度高于底吹转炉2.5倍。
9.2 底吹氧气转炉炼钢法
氧气转炉炼钢车间
氧气转炉炼钢车间
氧气转炉炼钢车间
底吹转炉炼钢法的发展
1. 酸性底吹空气转炉炼钢法 贝塞麦发明的酸性底吹空气转
炉炼钢法只能脱碳，但不能脱磷、 脱硫。 2. 碱性底吹空气转炉
1878年，托马斯发明了碱性底 吹空气转炉，用石灰造渣，能较好 地进行脱磷，炉渣可做磷肥．
喷溅和返干时有发生，而且吹炼后期熔池的搅拌弱（主要
靠脱碳反应搅拌），钢渣间反应未达平衡，渣中的氧化亚 铁含量高而吹损高、脱氧剂消耗高。
9.2.1 底吹氧气转炉结构特点
一 氧气底吹转炉炉底结构
炉身和炉底可拆卸分开，在底吹上安装 吹氧喷嘴一般为6～22支。最常用的是炉底 和喷嘴垂直。喷嘴冷却剂可采用天然气、丙 烷、丁烷等碳氢化合物。为了提高脱磷、脱 硫效率，由喷嘴内管吹氧的同时吹碳粉和萤 石粉等造渣剂。根据不同的冶炼目的，内管 除吹氧外，还可吹氩或氮气。
炼钢熔池中[C]和[O]浓度的关系
将Pco取为一个大气压，则可简化为：
KC
1
%C•
%O.........[
%C]•[%O]
PCO KC
由于Kc随温度的变化不大，在炼钢温度范围内为 一定值，用M代表则可写出：
M =[%C]·[%O] (8—7)
M称为碳氧浓度积，它具有化学反应平衡常数的性 质，在一定温度和压力下应是一个常数。
(2) [C]-[O]平衡的理论含氧量 是在pCO=0.1MPa得出的。
而实际顶吹氧气转炉中 pCO≈0.12MPa
而实际顶底复吹转炉中 pCO≈0.07MPa
而实际底吹转炉中 pCO ≈ 0.04MPa
顶吹 顶底复吹 底吹
pCO≈0.12MPa pCO≈0.07MPa pCO ≈ 0.04MPa
其原因之一是:喷入炉内的氧 气产生了两倍的CO气体。
[C]+{O2} =2CO↑ 另一个原因是随着钢水含碳
量的降低。冷却介质分解产生的 气体对[C]-[O]反应的影响大，使 [C]-[O]反应的平衡的CO分压低 于总压。
如N2、Ar、H2气等
(1) [C]+[O] =CO ω[O] CO [Fe]+[O]=[FeO] ω[O] FeO
(3)由于氧气喷嘴埋在铁水下面，高温和面积较大 的反应区在炉底喷嘴出口处附近，反应产物需穿 过金属液后才能进入炉渣或炉气中，因此，上部 渣层对炉内反应的影响较小。
9.2.3 吹炼过程中各 成分的变化
一.Si .Mn.P.S.C.O.N 等的变化规律
1. [C] -[O]平衡
在钢水中ω [C]％>0.07时，底和顶吹的 [C]-[O]关系，都比较接近；但当钢水中ω[C] ％<0.07时，底吹氧气转炉内的[C]-[O]关系 低于PCO为0.IMPa时[C]-[O]平衡关系，这说 明在相同的钢水含氧量下，与之相平衡的钢 水含碳量，底吹转炉比顶吹转炉的要低。
ω[O] CO ＜ω[O] 实 ＜ω[O] FeO ω[O] 实—ωHale Waihona Puke O] CO=过剩氧临界含碳量
底吹转炉中由供氧速率的控制性 环节向钢水中的碳扩散成为控制性环节 转变的碳量要低。如230t底吹转炉为0.3 ％～0.6％，而180t顶吹转炉为0.5％～ 1.0％。因此，底吹转炉具有冶炼低碳钢 的特长。
底吹氧气转炉没有顶吹氧气转炉那样的 氧枪，不需要高厂房。
图9 氧气底 吹转炉炉型
图10 氧气底吹转炉 炉底结构示意图
l一炉壳；2一炉衬；3一环缝；4一炉底塞；5一套 管；6一炉底钢板；7一保护介质分配环；8一保 护介质；9一氧和石灰粉；10一氧和石灰粉分配
箱；11一舌状气袋
9.2.2．氧气底吹转炉吹炼反应特点．
3.富氧碱性底吹转炉 1950年前后，制氧技术有了大的突破，但底吹
转炉富氧量只用到40％，如再提高，喷嘴寿命就 会降低。（在喷嘴附近发生O2+[C]→2CO的放 热反应）。于是发明了
4 顶吹氧气转炉炼钢法 1952年奥地利开发，但不适于吹 炼高磷铁水， 又发明了。
5 石灰粉法(LD—AC法) 为吹炼高磷铁水，比利时和法国同时发明。
6 卡尔多(Kaldo)法（瑞典） 7 旋转转炉炼钢法（德国）。
4.碱性底吹氧气转炉
1965年加拿大研制了双层管氧气喷 嘴。内管通氧气，内外管间通碳氢化合 物。利用碳氢化合物裂解吸热和形成还 原性气幕冷却保护氧气喷嘴。 1967年德 国引进此喷嘴技术，成功开发了底吹氧 气转炉 (OBM法)。
CmHn=mC+n/2H2 (吸热反应)
氧气顶吹转炉的特点
1）优点 （1）熔炼速度快，生产率高（一炉钢只需20分钟）； （2）热效率高，冶炼中不需外来热源，且可配用10%～ 30%的废钢； （3）钢的品种多，质量好（高低碳钢都能炼Si，S、P、 H、N、O及夹杂含量低）； （4）便于开展综合利用和实现生产过程计算机控制。 2）缺点 如吹损较高（10%，）、所炼钢种仍受一定限制（冶炼含 大量难熔元素和易氧化元素的高合金钢有一定的困难）。
在底吹转炉冶炼中，氧气由分散在炉底上的数 支喷嘴由下而上吹入金属熔池
(1)熔池搅拌强度剧烈，其搅动力要高于顶吹法10 倍。即使在熔池含碳量降到很低时，由炉底吹入 的氧流仍在剧烈地搅动熔池。
(2)由于氧流分散而均匀地吹入熔池，同时又无较 强的反向气流作用，因此，吹炼过程平稳，炉内 反应迅速而均匀，渣-钢间反应更趋于平衡，渣中 氧化铁含量低，不喷溅，氧的利用率高。