3 氧气顶吹转炉炼钢工艺
3.1 一炉钢的操作过程
要想找出在吹炼过程中金属成分和炉渣成分的变化规律，首先就必须熟悉一炉钢的操作、工艺过程。在下面的图3-1中示出了氧气顶吹转炉吹炼一炉钢的操作过程与相应的工艺制度。
由图可以清楚地看出，氧气顶吹转炉炼钢的工艺操作过程可分以下几步进行：
1）上炉钢出完并倒完炉渣后，迅速检查炉体，必要时进行补炉，然后堵好出钢口，及时加料。
2）在装入废钢和兑入铁水后，把炉体摇正。在下降氧枪的同时，由炉口上方的辅助材料溜槽，向炉中加入第一批渣料（石灰、萤石、氧化铁皮、铁矿石），其量约为总量的2／3～1／2。当氧枪降至规定的枪位时，吹炼过程正式开始。
当氧气流与溶池面接触时，碳、硅、锰开始氧化，称为点火。点火后约几分钟，炉渣形成覆盖于熔池面上，随着Si 、Mn 、C 、P 的氧化，熔池温度升高，火焰亮度增加，炉渣起泡，并有小铁粒从炉口喷溅出来，此时应当适当降低氧枪高度。
3）吹炼中期脱碳反应剧烈，渣中氧化铁降低，致使炉渣的熔点增高和粘度增大，并可能出现稠渣（即“返干”）现象。此时，应适当提高氧枪枪位，并可分批加入铁矿石和第二批造渣材料（其余的1／3），以提高炉渣中的氧化铁含量及调整炉渣。第三批造渣料为萤石，用以调整炉渣的流动性，但是否加第三批造渣材料，其加入量如何，要视各厂生产的情况而定。
4）吹炼末期，由于熔池金属中含碳量大大降低，则使脱碳反应减弱，炉内火焰变得短而透明，最后根据火焰状况，供氧数量和吹炼时间等因素，
按所炼钢种的成分和温度要求，
图3-1 顶吹转炉吹炼操作实例
l —上炉排渣；2—装料；3—吹炼；4—出钢准备；5—出钢；6—排渣；
7—下炉装料；8—废钢15000kg ；9—铁水72500kg ；10—石灰石4200kgl ；
11一铁皮700kg ；12—萤石180kg ；13—铁矿石600kg ；14—铁矿石200kg ×7次； 15—石灰200kg ×5次；16—锰铁；17—取样；18—测温；19—锰铁、铝
确定吹炼终点，并且提高氧枪停止供氧（称之为拉碳）、倒炉、测温、取样。根据分析结果，决定出钢或补吹时间。
5）当钢水成分和温度均已合格，打开出钢口，即可倒炉出钢。在出钢过程中，向钢包内加入铁合金，进行脱氧和合金化（有时可在打出钢口前向炉内投入部分铁合金）。出钢完毕，将炉渣倒入渣罐。
通常将相邻两炉之间的间隔时间（即从装钢铁材料到倒渣完毕），称为冶炼周期或冶炼一炉钢的时间。一般为20～40min。其中把吹入氧气的时间称为供氧时间或纯吹炼时间。它与炉子吨位大小和工艺的不同有关。
3.2 装入制度
3.2.1 装入制度内容及依据
装入制度就是确定转炉合理的装入量，合适的铁水废钢比。转炉的装入量是指主原料的装入数量，它包括铁水和废钢。
实践证明每座转炉都必须有个合适的装入量，装入量过大或过小都不能得到好的技术经济指标。若装入量过大，将导致吹炼过程的严重喷溅，造渣困难，延长冶炼时间，吹损增加，炉衬寿命降低。装入量过小时，不仅产量下降，而且由于熔池变浅，控制不当，炉底容易受氧气流股的冲击作用而过早损坏，甚至使炉底烧穿，进而造成漏钢事故，对钢的质量也有不良影响。
在确定合理的装入量时，必须考虑以下因素：
（1）要有合适的炉容比。炉容比一般是指转炉新砌砖后炉内自由空间的容积V与金属装入量T之比，以V／T表示，量纲为m3／t。转炉生产中，炉渣喷溅和生产率与炉容比密切相关。合适的炉容比是从生产实践中总结出来的，它与铁水成分、喷头结构、供氧强度等因素有关。例如，铁水中含Si、P较高，则吹炼过程中渣量大，炉容比应大一些，否则易使喷溅增加。使用供氧强度大的多孔喷头，应使炉容比大些，否则容易损坏炉衬。
目前，大多数顶吹转炉的炉容比选择在0.7～l.10之间，表3-1是国内外转炉炉容比的统计情况。
表3-2 各厂顶吹转炉炉容比
大转炉的炉容比可以小些，小转炉的炉容比要稍大些。目前我国一些钢厂转炉的炉容
比见表3-2所示。
（2）合适的熔池深度。为了保证生产安全和延长炉底寿命，要保证熔池具有一定的深度。不同公称吨位转炉的熔池深度如表3-3所示。熔池深度Η必须大于氧气射液对熔池的最大穿透深度h ，一般认为对于单孔喷枪h ／H ≤0.7是合理的。
（3）对于模铸车间，装入量应与锭型配合好。装入量减去吹损及浇注必要损失后的钢水量，应是各种锭型的整数倍，尽量减少注余钢水量。装入量可按下列公式进行计算。
装入量=(%)钢水收得率浇注必要损失
钢锭支数钢锭单重+?-合金用量×合金吸收率(%) （3-1）
上式中有关单位采用t 。
此外，确定装入量时，还要受到钢包的容积、转炉的倾动机构能力、浇注吊车的起重能力等因素的制约。所以在制订装入制度时，既要发挥现有设备潜力，又要防止片面的不顾实际的盲目超装，以免造成浪费和事故。
3.2.2 装入制度类型
氧气顶吹转炉的装入制度有：定量装入制度、定深装入制度、分阶段定量装入制度。其中定深装入制度即每炉熔池深度保持不变，由于生产组织困难，现已很少使用。定量装入制度和分阶段定量装入制度在国内外得到广泛应用。
3.2.2.1 定量装入制度
定量装入制度，就是在整个炉役期间，每炉的装入量保持不变，这种装入制度的优点是：便于生产组织，操作稳定，有利于实现过程自动控制，但炉役前期熔池深、后期熔池变浅，只适合大吨位转炉。国内外大型转炉已广泛采用定量装入制度。
3.2.2.2 分阶段定量装入制度
在一个炉役期间，按炉膛扩大的程度划分为几个阶段，每个阶段定量装入。这样既大体上保持了整个炉役中具有比较合适的熔池深度，又保持了各个阶段中装入量的相对稳定，既能增加装入量，又便于组织生产。这是适应性较强的一种装入制度。我国各中、小转炉炼钢厂普遍采用这种装入制度。表3-4为首钢30t 转炉分阶段定量装入制度。
3.2.3装入操作
3.2.3.1 铁水、废钢的装入顺序
A 先兑铁水后装废钢
这种装入顺序可以避免废钢直接撞击炉衬，但炉内留有液态残渣时，兑铁易发生喷溅。
B 先装废钢后兑铁水
这种装入顺序废钢直接撞击炉衬，但目前国内各钢厂普遍采用溅渣护炉技术，运用此法可防止兑铁喷溅，但补炉后的第一炉钢可采用前法。
表3-4 首钢30t转炉分阶段定量装入制度
注：沸腾：沸腾钢；挂板：普通镇静钢；大头：带保温帽钢锭
3.2.3.2 准确控制铁水废钢比
铁水、废钢装入比例的确定，从理论上讲应根据热平衡计算而定。但在生产条件下，一般是根据铁水成分、温度、炉龄期长短、废钢预热等情况按经验确定铁水配入的下限值和废钢加入的上限值。在正常生产条件下，废钢加入量变化不大，各炉次废钢加入量的变化受上下炉次间隔时间、铁水成分、温度等的影响。目前，我国大多数转炉生产中铁水比一般波动在75～90％之间，近几年我国转炉废钢加入量平均为100～150kg／t。
3.2.3.3 注意安全、防止污染
兑铁水前转炉内应无液态残渣，并疏散周围人员，以防造成人员伤害和设备事故。如果没有二次除尘设备，兑铁水时转炉倾动角度小些，尽量使烟尘进入烟道。
3.3 造渣制度
氧气顶吹转炉的供氧时间仅仅十几分钟，在此期间必须形成具有一定碱度、氧化性和流动性，合适的MgO含量、正常泡沫化的熔渣，以保证炼出合格的优质钢水，并减少对炉衬的侵蚀。
转炉炼钢造渣的目的是：去除磷硫、减少喷溅、保护炉衬、减少终点氧。
造渣制度就是要确定合适的造渣方法、渣料的加入数量和时间，以及如何加速成渣。
3.3.1 炉渣的形成
氧气转炉炼钢过程时间很短，必须做到快速成渣，使炉渣尽快具有适当的碱度、氧化性和流动性，以便迅速地把铁水中的磷、硫等杂质去除到所炼钢种的要求以下。
3.3.1.1 炉渣的形成
炉渣一般是由铁水中的Si、P、Mn、Fe的氧化以及加入的石灰溶解而生成；另外还有少量的其它渣料（白云石、萤石等）、带入转炉内的高炉渣、侵蚀的炉衬等。炉渣的氧化性和化学成分在很大程度上控制了吹炼过程中的反应速度。如果吹炼要在脱碳时同时脱磷，则必须控制（FeO）在一定范围内，以保证石灰不断溶解，形成一定碱度、一定数量的泡
沫化炉渣。
开吹后，铁水中Si 、Mn 、Fe 等元素氧化生成FeO 、SiO 2、MnO 等氧化物进入渣中。这些氧化物相互作用生成许多矿物质，吹炼初期渣中主要矿物组成为各类橄榄石（Fe 、Mn 、Mg 、Ca ）SiO 4和玻璃体SiO 2。随着炉渣中石灰溶解，由于CaO 与SiO 2的亲合力比其它氧化物大，CaO 逐渐取代橄榄石中的其它氧化物，形成硅酸钙。随碱度增加而形成CaO ?SiO 2，3CaO ?2SiO 2，2CaO ·SiO 2，3CaO ·SiO 2，其中最稳定的是2CaO ·SiO 2。到吹炼后期，C 一O 反应减弱，（FeO ）有所提高，石灰进一步溶解，渣中可能产生铁酸钙。表3-5列出炉渣中的化合物及其熔点。
化合物 矿物名称 熔点，℃ 化合物
矿物名称 熔点，℃ CaO ?SiO 2 硅酸钙 1550 CaO ?Mg O ?SiO 2 钙镁橄榄石 1390 MnO ?SiO 2 硅酸锰 1285 CaO ?Fe O ?SiO 2 钙铁橄榄石 1205 Mg O ?SiO 2 硅酸镁 1557 2CaO ?Mg O ?2SiO 2 镁黄长石 1450 2CaO ?SiO 2 硅酸二钙 2130 3CaO ?Mg O ?SiO 2 镁蔷薇灰石 1550 Fe O ?SiO 2 铁橄榄石 1205 2CaO ?P 2O 5 磷酸二钙 1320 2MnO ?SiO 2 锰橄榄石 1345 CaO ?Fe 2O 3 铁酸钙 1230 2Mg O ?SiO 2
镁橄榄石
1890
2CaO ?Fe 2O 3
正铁酸钙
1420
3.3.1.2 石灰的溶解
石灰的溶解在成渣过程中起着决定性的作用，图3-2说明渣量和石灰溶解量的变化情况。由图可见，在25％的吹炼时间内，渣主要靠元素Si 、Mn 、P 和Fe 的氧化形成。在此以后的时间里，成渣主要是石灰的溶解，特别是吹炼时间的60％以后，由于炉温升高，石灰溶解加快使渣大量形成。石灰在炉渣中的溶解是复杂的多相反应，其过程分为三步：
第一步，液态炉渣经过石灰块外部扩散边界层向反应区迁移，并沿气孔向石灰块内部迁移。
第二步，炉渣与石灰在反应区进行化学反应，形成新相。反应不仅在石灰块外表面进行。而且在内部气孔表面上进行。其反应为：
2（Fe O ）+（SiO 2）+ CaO →（Fe O X ）+（CaO ? Fe O ?SiO 2）
（Fe 2O 3）+2 CaO →（2 CaO ?Fe 2O 3）
（CaO ? Fe O ?SiO 2）+ CaO →（2CaO ?SiO 2）+（Fe O ） 第三步, 反应产物离开反应区向炉渣熔体中转移。 炉渣由表及里逐渐向石灰块内部渗透，表面有反应产物形成。通常在顶吹转炉和底吹转炉吹炼前期从炉内取出的石灰块表面存在着高熔点、致密坚硬的2CaO ·SiO 2外壳，它阻碍石灰的溶解。但在复吹转炉中
从炉内取出的石灰块样中，均没有发现2CaO ·SiO 2外壳，
其原因可认为是底吹气体加强了熔池搅拌，消除了顶吹转炉中渣料被吹到炉膛四周的不活动区，从而加快了（FeO ）向石灰渗透作用的结果。由以上分析可见，影响石灰溶解的主要因素有：
（1） 炉渣成分 实践证明，炉渣成分对石灰溶解速度有很大影响。有研究表明，石灰溶解与炉渣成分之间的统计关系为：
()1.39MnO 90.1FeO 75.2MgO 35.1CaO k CaO -+++=ν （3-2） 式中： CaO ν—— 石灰在渣中的溶解速度，kg ／（m 2）
图3—2 吹炼过程中渣量q 1和 石灰溶解量q 2的变化 a —矿石冷却；b —废钢冷却
k —— 比例系数；
CaO 等 —— 渣中氧化物浓度，％。
由（3-2）式可见，（FeO ）对石灰溶解速度影响最大，它是石灰溶解的基本熔剂。其原因是：
1）它能显著降低炉渣粘度，加速石灰溶解过程的传质。 2）它能改善炉渣对石灰的润湿和向石灰孔隙中的渗透。
3）它的离子半径不大（埃83.02=+Fe r ，埃67.03=+
Fe r ，埃32.12=-O r ），且与CaO 同属
立方晶系。这些都有利于（FeO ） 向石灰晶格中迁移并生成低熔点物质。
4）它能减少石灰块表面2CaO ·SiO 2的生成，并使生成的2CaO ?SiO 2变疏松，有利石灰溶解。
渣中（MnO ）对石灰溶解速度的影响仅次于（FeO ），故在生产中可在渣料中配加锰矿；而使炉渣中加入6％左右的（MgO ）也对石灰溶解有利，因为CaO －MgO －SiO 2系化合物的熔点都比2CaO ·SiO 2低。
（2）温度 熔池温度高，高于炉渣熔点以上，可以使炉渣粘度降低，加速炉渣向石灰块内的渗透，使生成的石灰块外壳化合物迅速熔融而脱落成渣。转炉冶炼的实践已经证明，在熔池反应区，由于温度高而且（FeO ）多，使石灰的溶解加速进行。
（3）熔池的搅拌 加快熔池的搅拌，可以显著改善石灰溶解的传质过程，增加反应界面，提高石灰溶解速度。复吹转炉的生产实践也已证明，由于熔池搅拌加强，使石灰溶解和成渣速度都比顶吹转炉提高。
（4）石灰质量 表面疏松，气孔率高，反应能力强的活性石灰，能够有利于炉渣向石灰块内渗透，也扩大了反应界面，加速了石灰溶解过程。目前，在世界各国转炉炼钢中都提倡使用活性石灰，以利快成渣，成好渣。
由此可见，炉渣的成渣过程就是石灰的溶解过程。石灰熔点高，高（FeO ）、高温和激烈搅拌是加快石灰溶解的必要条件。
3.3.2 泡沫渣
在吹炼过程中，由于氧气流股对熔池的作用，产生了许多金属液滴。这些金属液滴落入炉渣后，与FeO 作用生成大量的CO 气泡，并分散于熔渣之中，形成了气-熔渣-金属密切混合的乳浊液。分散在熔渣中的小气泡的总体积，往往超过熔渣本身的体积。熔渣成为薄膜，将气泡包住并使其隔开，引起熔渣发泡膨胀，形成泡沫渣。在正常情况下，泡沫渣的厚度经常有l ～2m 乃至3m 。
由于炉内的乳化现象，大大发展了气-熔渣-金属的界面，加快了炉内化学反应速度，从而达到了良好的吹炼效果。若控制不当，由于严重的泡沫渣，也会导致事故。
3.3.2.1 影响泡沫渣形成的因素
氧气顶吹转炉吹炼过程中，泡沫渣中气体来源于供给炉内的氧气和碳氧化生成的CO 气体，而且主要是CO 气体。这些气体能否稳定的存在于熔渣中，还与熔渣的物理性质有关。
SiO 2或P 2O 5都是表面活性物质，能够降低熔渣的表面张力，它们生成的吸附薄膜常常成为稳定泡沫的重要因素。但单独的SiO 2或P 2O 5对稳定气泡的作用不大，若两者同时存在，效果最好。因为SiO 2能增加薄膜的粘性，而P 2O 5能增加薄膜的弹性，这都会阻碍小
气泡的聚合和破裂，有助于气泡稳定在熔渣中。FeO、Fe2O3和CaF2含量的增加也能降低熔渣的表面张力，有利于泡沫渣的形成。
另外，熔渣中固体悬浮物对稳定气泡也有一定作用。当熔渣中存在着2CaO·SiO2、
3CaO·P2O5、CaO和MgO等固体微粒时，它们附着在小气泡表面上，能使气泡表面薄膜的韧性增强，粘性增大，也阻碍了小气泡的合并和破裂，从而使泡沫渣的稳定期延长。当熔渣中析出大量的固体颗粒时，气泡膜就变脆而破裂，熔渣就出现了返干现象。所以熔渣的粘度对熔渣的泡沫化有一定的影响，但也不是说熔渣越粘越利于泡沫化。另外，低温有利于熔渣泡沫的稳定。总之，影响熔渣泡沫化的因素是多方面的，不能单独强调某一方面，而应综合各方面因素加以分析。
3.3.2.2 吹炼过程中泡沫渣的形成及控制
吹炼初期熔渣碱度低，并含有一定数量的FeO、SiO2、P2O5等，主要是这些物质的吸附作用稳定了气泡。
吹炼中期碳激烈氧化，产生大量的CO气体，由于熔渣碱度提高，形成了硅酸盐及磷酸盐等化合物，SiO2和P2O5的活度降低，SiO2和P2O5的吸附作用逐渐消失，稳定气泡主要靠固体悬浮微粒。此时如果能正确操作，避免或减轻熔渣的返干现象，就能控制合适的泡沫渣。
吹炼后期脱碳速度降低，只要熔渣碱度不过高，稳定泡沫的因素就大大减弱了，一般不会产生严重的泡沫渣。
吹炼过程中氧压低，枪位过高，渣中TFe含量大量增加，使泡沫渣发展，严重的还会产生泡沫性喷溅或溢渣。相反，枪位过低，尤其是在碳氧化激烈的中期，TFe含量低，又会导致熔渣的返干而造成金属喷溅。所以，只有控制得当，才能够保持正常的泡沫渣。
3.3.3 造渣方法
在生产实践中，一般根据铁水成分及吹炼钢种的要求来确定造渣方法。常用的造渣方法有单渣操作、双渣操作、留渣操作等。
3.3.3.1 单渣操作
单渣操作就是在冶炼过程中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣、直到终点出钢。
当铁水Si、P、S含量较低，或者钢种对P、S要求不严格，以及冶炼低碳钢种时，均可以采用单渣操作。
单渣操作工艺比较简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现自动控制。单渣操作的脱磷效率在90％左右，脱硫效率在35％左右。
3.3.3.2双渣操作
在冶炼中途分一次或几次除去约1/2～2/3的熔渣，然后加入渣料重新造渣的操作方法称双渣法。在铁水含硅量较高或含磷量大于0.5%，或虽然含磷量不高但吹炼优质钢，或吹炼中、高碳钢种时一般采用双渣操作。
最早采用双渣操作，是为了脱磷，现在除了冶炼低锰钢外已很少采用。但当前有的转
炉终点不能一次拉碳，多次倒炉并添加渣料后吹，这是一种变相的双渣操作，实际对钢的质量、消耗以及炉衬都十分不利。
3.3.3.3 留渣操作
留渣操作就是将上炉终点熔渣的一部分或全部留给下炉使用。终点熔渣一般有较高的碱度和∑（FeO ）含量，而且温度高，对铁水具有一定的去磷和去硫能力。留到下一炉，有利于初期渣及早形成，并且能提高前期去除P 、S 的效率，有利于保护炉衬，节省石灰用量。
在留渣操作时，兑铁水前首先要加石灰稠化熔渣，避免兑铁水时产生喷溅而造成事故。 溅渣护炉技术在某种程度上可以看作是留渣操作的特例。
根据以上的分析比较，单渣操作是简单稳定的，有利于自动控制。因此对于Si 、S 、P 含量较高的铁水，最好经过铁水预处理，使其进入转炉之前就符合炼钢要求。这样生产才能稳定，有利于提高劳动生产率，实现过程自动控制。
3.3.4 渣料加入量确定
加入炉内的渣料，主要指石灰和白云石数量，还有少量助熔剂。 3.3.4.1 石灰加入量确定
石灰加入量主要根据铁水中Si 、P 含量和炉渣碱度来确定。 A 炉渣碱度确定
碱度高低主要根据铁水成分而定，一般来说铁水含P 、S 低，炉渣碱度控制在2.8～3.2；中等P 、S 含量的铁水，炉渣碱度控制在3.2～3.5；P 、S 含量较高的铁水，炉渣碱度控制在3.5～4.0。
B 石灰加入量计算
(1) 铁水含P ＜0.30％时，石灰加入量可用下式计算：
1000B CaO %]
Si [%14.2W ??=有效 kg/ t 铁水 （3—3）
式中 B —— 碱度，CaO/SiO 2
%CaO 有效 —— 石灰中的有效CaO 含量，%CaO 有效=%CaO 石灰 — B%SiO 2石灰 2.14 —— SiO 2/Si 的分子量之比。
(2) 铁水含P>0.30%，B= CaO/( SiO 2+P 2O 5)
1000B CaO %])
P [%]Si ([%2.2W ??+=有效石灰加入量 kg/ t 铁水 （3—4）
式中 2.2——1/2 [（SiO 2/Si ）+（ P 2O 5/ P ）]
3.3.
4.2 白云石加入量确定
白云石加入量根据炉渣中所要求的MgO 含量来确定，一般炉渣中MgO 含量控制在6～8％。炉渣中的MgO 含量由石灰、白云石和炉衬侵蚀的MgO 带入，故在确定白云石加入量时要考虑它们的相互影响。
(1) 白云石应加入量白W
1000MgO %MgO %%W ??=
白
白）
（渣量 kg/t
式中 %MgO 白——白云石中MgO 含量。
(2) 白云石实际加入量'
白W
白云石实际加入量中，应减去石灰中带入的MgO 量折算的白云石数量W 灰和炉衬侵蚀进入渣中的MgO 量折算的白云石数量W 衬 。下面通过实例计算说明其应用。 衬灰白白W W W W --='
设渣量为金属装入量的12％，炉衬侵蚀量为装入量的1％，炉衬中含MgO 为40％。 铁水成分：Si 为0.7％，P 为0.2％，S 为0.05％；
石灰成分：CaO 90％，MgO 3％，SiO 2 2％； 白云石成分：CaO40％，MgO35％，SiO 23％；
终渣要求：（MgO ）为8％，碱度为3.5。 1) 白云石应加入量:
4.271000%
35%8%12W =??=白 kg/t
2) 炉衬侵蚀进入渣中MgO 折算的白云石数量：
4.111000%
35%40%1W =??=衬 kg/t
3) 石灰中带入MgO 折算的白云石数量：
%
35%
310005.3%25.3%90%7.014.2MgO /MgO W W ?
???-?=
=）（白灰灰 =5.4 kg/t
4) 实际白云石加入量:
6.104.54.114.27W =--='白 kg/t
(3) 白云石带入渣中CaO 折算的石灰数量：
10.6×40%/90%=4.7 kg/t
(4) 实际入炉石灰数量：
石灰加入量W —白云石折算石灰量 = 5.587.410005.3%
25.3%90%7.014.2=-???-? kg/t
(5) 石灰与白云石入炉比例：
白云石加入量／石灰加入量=10.6／58.5=0.18
在工厂生产实际中，由于石灰质量不同，白云石入炉量与石灰之比可达0.20～0.30。 3.3.4.3 助熔剂加入量
转炉造渣中常用的助熔剂是氧化铁皮和萤石。萤石化渣快，效果明显。但用量过多对炉衬有侵蚀作用；另外我国萤石资源短缺，价格较高，所以应尽量少用或不用。原冶金
部转炉操作规程中规定，萤石用量应小于4kg／t。
氧化铁皮或铁矿石也能调节渣中FeO含量，起到化渣作用，但它对熔池有较大的冷却效应，应视炉内温度高低确定加入量。一般铁矿或氧化铁皮加入量为装入量的2～5％。
3.3.5 渣料加入时间
渣料的加入数量和加入时间对化渣速度有直接的影响，因而应根据各厂原料条件来确定。通常情况下，渣料分两批或三批加入。第一批渣料在兑铁水前或开吹时加入，加入量为总渣量的1／2～2／3，并将白云石全部加入炉内。第二批渣料加入时间是在第一批渣料化好后，铁水中硅、锰氧化基本结束后分小批加入，其加入量为总渣量的1／3～1/2。若是双渣操作，则是倒渣后加入第二批渣料。第二批渣料通常是分小批多次加入，多次加入对石灰溶解有利，也可用小批渣料来控制炉内泡沫渣的溢出。第三批渣料视炉内磷、硫去除情况而决定是否加入，其加入数量和时间均应根据吹炼实际情况而定。无论加几批渣，最后一小批渣料必须在拉碳倒炉前3min加完，否则来不及化渣。
所以单渣操作时，渣料一般都是分两批加入。具体数量各厂不同，现以首钢一炼钢厂和上钢一厂为例，列于表3-6。
第一批渣料是总量的一半或一半以上，其余的第二批加入。如果需要调整熔渣或炉温，才有所谓第三批渣料。
在正常情况下，第一批渣料是在开吹的同时加入。第二批渣料的加入时间一般在Si、Mn氧化基本结束，第一批渣料基本化好，碳焰初起时加入较为合适。第二批渣料可以一次加入，也可以分小批多次加入。分小批多次加入不会过分冷却熔池，对石灰渣化有利，也有利碳的均衡氧化。但最后一小批料必须在终点拉碳前一定时间加完，否则渣料来不及熔化就要出钢了。30t转炉规定终点前3～4min加完最后一批渣料。
如果炉渣熔化得好，炉内CO气泡排出受到金属液和炉渣的阻碍，发出声音比较闷；而当炉渣熔化不好时，CO气泡从石灰块的缝隙穿过排出，声音比较尖锐；采用声纳装置接收这种声音信息可以判断炉内炉渣熔化情况，并将信息送入计算机处理，进而指导枪位的控制。
人工判断炉渣化好的特征：炉内声音柔和，喷出物不带铁，无火花，呈片状，落在炉壳上不粘附。否则噪音尖锐，火焰散，喷出石灰和金属粒并带火花。
第二批渣料加得过早和过晚对吹炼都不利。加得过早，炉内温度低，第一批渣料还没
有化好，又加冷料，熔渣就更不容易形成，有时还会造成石灰结坨，影响炉温的提高。加得过晚，正值碳的激烈氧化期，TFe 含量低。当第二批渣料加入后，炉温骤然降低，不仅渣料不易熔化，还抑制了碳氧反应，会产生金属喷溅，当炉温再度提高后，就会造成大喷溅。
第三批渣料的加入时间要看炉渣化得好坏及炉温的高低而定。炉渣化得不好，可适当加入少量萤石进行调整。炉温较高时，可加入适量的冷却剂调整。
3.4 供氧制度
将0.7～1.5MPa 的高压氧气通过水冷氧枪从炉顶上方送入炉内，使氧气流股直接与钢水熔池作用，完成吹炼任务。供氧制度是在供氧喷头结构一定的条件下使氧气流股最合理的供给熔池，创造炉内良好的物理化学条件。因此，制订供氧制度时应考虑喷头结构、供氧压力、供氧强度和氧枪高度控制等因素。
3.4.1.氧枪喷头
转炉供氧的射流特征是通过氧枪喷头来实现的，因此，喷头结构的合理选择是转炉供氧的关键。氧枪喷头有单孔、多孔和双流道等多种结构，对喷头的选择要求为: （1）应获得超音速流股，有利于氧气利用率的提高； （2）合理的冲击面积，使熔池液面化渣快，对炉衬冲刷少， （3）有利于提高炉内的热效率；
（4）便于加工制造，有一定的使用寿命。
3.4.2 供氧制度中的几个工艺参数
3.4.2.1 氧气流量与供氧强度
A 氧气流量
氧气流量Q 是指在单位时间t 内向熔池供氧的数量V(常用标准状态下的体积量度)。其量纲为m 3/min 或m 3/h 。氧气流量是根据吹炼每吨金属料所需要的氧气量、金属装入量、供氧时间等因素来确定的，即：
Q =
t
V
（3-5） 式中 Q —— 氧气流量，Nm 3/min 或Nm 3/h ； V —— 一炉钢的氧耗量，Nm 3；
t —— 供氧时间，min 或h 。
一般供氧时间为14～22min ，大转炉吹氧时间稍长些。
例1 转炉装入量132t ，吹炼15min ，氧耗量为6068Nm 3，求此时氧气流量为多少? 解：V ＝6068Nm 3
t=15min
Q ＝
t
V =156068= 404.53 Nm 3/min =2 4272 Nm 3/h
答：此时氧气流量为24272Nm 3/h 。
B 供氧强度
供氧强度I 是指单位时间内每吨金属氧耗量，可由（3-6）式确定：
I=
T
Q
（3—6） 式中 I —— 供氧强度，Nm 3/t ·min ； Q —— 氧气流量，Nm 3/min ； T —— 一炉钢的金属装入量，t 。
例2 根据例1条件，求此时的供氧强度，若供氧强度提至3.6Nm 3/t ·min ，每炉钢吹炼时间可缩短多少?
解：V ＝6068Nm 3；T ＝132 t ；t ＝15min
供氧强度I =
T
Q = T t V ? =132156068? =3 .06Nm 3/min
冶炼时间t ＝T I V
?＝ 132
6.36068?= 12.769min
每炉吹炼时间缩短值：
Δ t = 15－12.769 = 2.231min = 2min14s
答：供氧强度为3.06Nm 3/ t ·min ，提高供氧强度后，每炉吹炼时间可缩短2minl4s 。 顶吹转炉炼钢的氧气流量和供氧强度主要决定于喷溅情况，通常应在基本上不产生喷溅的情况下控制在高限上。目前国内30～50t 转炉的供氧强度在2.8～4.0Nm 3/t ·min ，120～150t 转炉的供氧强度在2.3～3.5Nm 3/t ·min 。大于150t 的转炉供氧强度一般在2.5～
4.0Nm 3/t · min 。如日本300t 转炉，采用五孔喷嘴，供氧强度达到4.44Nm 3/t ·min ；前西德350t 转炉采用七孔喷嘴，供氧强度为4.29Nm 3/t ·min ；有个别转炉可达5～6Nm 3/t ·min 。
C 吨金属氧耗量
吹炼1t 金属料所需要的氧气量，可以通过计算求出来。其步骤是：首先计算出熔池各元素氧化所需氧气量和其他氧耗量，然后再减去铁矿石或氧化铁皮带给熔池的氧量，现举例说明。
例3 已知：金属装入量中铁水占90％，废钢占10％，吹炼钢种是Q235B ，渣量是金属装入量的7.777％；吹炼过程中，金属料中90％的碳氧化生成CO 、10％的碳氧化生成CO 2。求：100kg 金属料，ω[c]=1％时，氧化消耗的氧气量?
解：12g 的C 生成CO 消耗16g 氧气，生成CO 2消耗32g 氧气，设100kg 金属料ω[c]＝1％生成CO 消耗氧气量为xkg ，生成CO 2消耗氧气量为ykg 。
[C] 十
2
1
{O 2}＝{CO} 12g 16g
1％×100×90％kg χ
χ=12
16
%90100%1???=1.200kg
[C ] 十 {O 2}＝{CO 2} 12g 32g
1%×100×10%kg y y=
12
32
%10100%1???=0.267kg
氧化ω[c]=1％的氧耗量：1.200+0.267＝1.467kg
答：100kg 的金属料ω[C]=1％氧化消耗的氧气量为1.467kg 。
同理可以算出100kg 金属料中ω[Si]＝1％、ω[Mn]＝1％、ω[P]＝1％、ω[S]＝1％、ω[Fe]=1％的氧耗量；渣中ω(FeO)＝9％，ω(Fe2O3)＝3％；吹炼过程中被氧化进入炉渣的Fe 元素数量，FeO 中ω[Fe]＝0.544kg ，Fe 2O 3中ω[Fe]=0.163kg 。100kg 金属料各元素氧化量和氧耗量见表3-7。
表3-7 100Kg 金属料各元素氧化量和氧耗量
①气化脱硫量占总脱硫量的1/3
这样每l00kg 金属料需氧量：
1.467×Δω[C]+1.143×Δω[Si]+0.291×Δω[Mn]+1.290×Δω[P]+
3
1
×Δω[S]十 0.286×Δω[Fe],(FeO)+0.429×Δω[Fe],(FeO)
Δω[C]，Δω[Si]，Δω[Mn]，Δω[P]，Δω[S]，Δω[Fe]——分别是钢中C ，Si ，Mn ，P ，S ，Fe 的氧化量。
铁水ω[C]＝4.3％，占装入量的90％； 废钢ω[C]＝0.1％，占装入量的10％； 平均碳含量：4.3％×90％+0.1％×10％=3.88％
同样可以算出Si ，Mn ，P ，S 的平均成分，见表3-7。 每l00kg 金属氧耗量：
1.467×Δω[C]+1.143×Δω[Si]+0.291×Δω [Mn]+1.290×Δω[P]+
3
1
×Δω[S]
+0.286×Δω[Fe],(FeO)+0.429Δω[Fe],(Fe2O3)
=1.467×3.73+1.143×0.475+0.291×0.186+1.290×0.034+
3
1
×0.013+0.286×0.544+0.429×0.163 ＝6.343kg
这是氧耗量的主要部分。另外还有一部分氧耗量是随生产条件的变化而有差异。例如炉气中部分CO 燃烧生成CO 2所需要的氧气量，炉气中含有一部分自由氧，还有烟尘中的氧含量以及喷溅物中的氧含量等。其数量随枪位、氧压、供氧强度、喷嘴结构、转炉炉容比、原材料条件等的变化而波动，波动范围较大。例如炉气中CO 2含量的波动范围是φ (CO 2)＝5％～30％；自由氧含量φ (O 2)＝0.1％～2.0％。这部分的氧耗量是无法精确计算的，因此用一个氧气的利用系数加以修正。根据生产经验认为氧气的利用系数一般在80％～90％。
每l00kg 金属料的氧耗量：
%
90~%80343
.6＝7.929～7.048kg
若采用铁矿石或氧化铁皮为冷却剂时，将带入熔池一部分氧，这部分氧量与矿石的成分和加入的数量有关。若矿石用量是金属量的0.418％。根据矿石成分计算，每100kg 金属料由矿石带入熔池的氧量为0.096kg ，若全部用来氧化杂质，则每l00kg 金属料的氧耗量是：
(7.929～7.048)－0.096＝7.833～6.952kg
氧气纯度为99.6％，其密度为1.429kg/m 3，则每吨金属料的氧耗量(标态)是：
()100
1000429
.1%6.99952.6833.7??-=55.03～48.84m 3/t
平均为51.94m 3/t
计算的结果与各厂实际氧耗量(标态)50～60m 3/t 大致相当。 D 供氧时间
供氧时间是根据经验确定的。主要考虑转炉吨位大小、原料条件、造渣制度、吹炼钢 种等情况来综合确定。小型转炉单渣操作一般供氧时间为12～14min ；中、大型转炉单渣操作供氧时间一般为18～22min 。
3.4.2.2 氧压
供氧制度中规定的工作氧压是测定点的氧压，以P 用表示，它不是喷嘴前的氧压，更不是出口氧压，测定点到喷嘴前还有一段距离，有一定的氧压损失(如图3-3所示)。一般允许P 用偏离设计氧压±20%，目前国内一些小型转炉的工作氧压约为（5～8）×105Pa ，一些大型转炉则为8.5～11×105Pa 。
喷嘴前的氧压用p 0表示，出口氧压用p 表示。p 0和p 都是喷嘴设计的重要参数。出口氧压应稍高于或等于周围炉气的气压。如果出口氧压小于或高出周围气压很多时，出口后的氧气流股就会收缩或膨胀，使得氧流很不稳定，并且能量损失较大，不利于吹炼，所以通常选用p ＝0.118～0.123MPa 。
喷嘴前氧压p 0值的选用应根据以下因素考虑：
(1) 氧气流股出口速度要达到超音速(450～530m/s)，即Ma =1.8～2.1。
(2) 出口的氧压应稍高于炉膛内气压。从图3—4可以看出，当p 0>0.784MPa 时，随氧压的增加，氧流速度显著增加；当p 0>1.176MPa 以后， 氧压增加，氧流出口速度增加不多。所以通常喷嘴前氧压选择为0.784～1.176MPa 。
喷嘴前的氧压与流量有一定关系，若已知氧气流量和喷嘴尺寸，p 0是可以根据经验公式计算出来的。当喷嘴结构及氧气流量确定以后，氧压也就确定了。
3.4.2.3 枪位
枪位是指由氧枪喷头出口到静止熔池表面之间的距离。
枪位的高低与炉内反应密切相关。根据氧气射流特性可知，当氧压一定时，枪位越低，氧气射流对熔池的冲击动能越大，熔池搅拌加强，氧气利用率越高，其结果是加速了炉内脱硅、脱碳反应，使渣中（FeO ）含量降低，表3-8、表3-9的数据说明这种结果。同时，由于脱碳速度快，缩短了反应时间，热损失相对减少，使熔池升温迅速。但枪位过低，则不利于成渣，也可能冲击炉底。而枪位过高，将使熔池的搅拌能力减弱，造成熔池表面铁的氧化，使渣中（FeO ）含量增加，导致炉渣严重泡沫化而引起喷溅。由此可见，只有合适的枪位才能获得良好的吹炼效果。
时间,min
＜4 4～12 12～15 枪位，m
0.7 15～36 7～15 10～15 0.8 25～35 11～25 11～20 0.9
27～43
13～27
13～25
表3-9 不同枪位时的脱碳速度（%C/min ）
吹炼时间,min
3
5 7 9 11 13 枪
0.90 0.312
0.294
0.330
图3—3氧枪氧压测定点示意图
图3—4氧压与出口速度的关系
底不被损坏的条件下，有一定的冲击深度。氧枪高度可按经验确定一个控制范围，然后根据生产中的实际吹炼效果加以调整。由于喷嘴在加工过程中，临界直径的尺寸很难做到非常准确，而生产中装入量又有波动，所以过分的追求氧枪高度的精确计算是没有意义的。
喷枪高度范围的经验公式为：
H =（25～55）d喉（3-7）
式中：H ——喷咀距溶池面的高度，毫米；
d喉——喷咀喉口直径，毫米；
由于三孔喷咀的氧气流股的铺散面积比单孔的喷咀要大，所以三孔喷枪的枪位可比单孔喷枪的低一些。
喷枪高度范围确定后，常用流股的穿透深度来核算一下所确定的喷枪高度。为了保证炉底不受损坏，要求氧气流股的穿透深度（h穿）与熔池深度（h熔）之比要小于一定的比值。
对单孔喷枪：h穿/ h熔≤0.70
对多孔喷枪：h穿/ h熔≤0.25～0.40
通常，枪位根据如下的因素确定：
(1) 吹炼的不同时期由于吹炼各时期的炉渣成分、金属成分和熔池温度明显不同，它们的变化规律也有所不同，因此枪位也应相应的有所不同。
吹炼前期的特点是硅迅速氧化，渣中SiO2的浓度大和熔池温度不高。此时要求快速熔化加入的石灰，尽快形成碱度≮1.5～1.7的活跃的炉渣，以免酸性渣严重浸蚀炉衬和尽量增加前期的去磷和去硫率。所以，在温度正常时，除适当加入萤石或氧化铁皮等助熔剂外，一般应采用较高的枪位，使渣中的∑（FeO）稳定在25～30％的水平。如果枪位过低，渣中∑（FeO）含量低，则会在石灰块表面形成高熔点（2130℃）的2CaO·SiO2，阻碍石灰的溶解；还因熔池未能被炉渣良好覆盖，产生金属喷溅。当然，前期枪位也不应过高，以免产生严重喷溅。
加入的石灰化完后，如果不继续加入石灰，就应当适当降枪，使渣中∑（FeO）适当降低，以免在硅、锰氧化结束和熔池温度上升后强烈脱碳时产生严重喷溅。
吹炼中期的特点是强烈脱碳。这时，不仅吹入的氧全部消耗于碳的氧化，而且渣中的氧化铁也被消耗于脱碳。渣中∑（FeO）降低将使渣的熔点升高。渣中∑（FeO）降低过，则会使炉渣显著变粘，影响磷、硫的继续去除，甚至发生回磷。这种炉渣变粘的现象称为炉渣“返干”。为防止中期炉渣“返干”而又不产生喷溅，枪位应控制在使渣中∑（FeO）含量保持在10～15％的范围内。最佳枪位应当是炉渣刚到炉口而又不喷出。
吹炼后期因脱碳减慢，产生喷溅的威胁较小，这时的基本任务是要进一步调整好炉渣的氧化性和流动性，继续去除磷和硫，准确控制终点。吹炼硅钢等含碳很低的钢种时，还应注意加强熔池搅拌以加速后期脱碳，均匀熔池温度和成分以及降低终渣∑（FeO）含量。为此，在过程化渣不太好或中期炉渣“返干”较严重时，后期应首先适当提枪化渣，而在接近终点时，再适当降枪，以加强熔池搅拌，均匀熔池温度和成分，降低镇静钢和低碳钢
的终渣∑（FeO）含量，提高金属和合金收得率并减轻对炉衬的浸蚀。吹炼沸腾钢和半镇静钢时，则应按要求控制终渣的∑（FeO）含量。
(2) 熔池深度熔池越深，相应渣层越厚，吹炼过程中熔池面上涨越高，故枪位也应在不致引起喷溅的条件下相应提高，以免化渣困难和枪龄缩短。因此，影响熔池深度的各种因素发生变化时，都应相应改变枪位。通常，在其它条件不变时，装入量增多，枪位应相应增高；随着炉龄的增长，熔池变浅，枪位应相应降低；随着炉容量增大，熔池深度增加，枪位应相应增高(同时氧压也要提高)等等。
(3) 造渣材料加入量及其质量铁水中磷、硫含量高，或吹炼低硫钢，或石灰质量低劣、加入量很大时，不但由于渣量增大使熔池面显著上升，而且由于化渣困难，化渣时枪位应相应提高。相反，铁水中硫、磷含量很低，加入的渣料很少，以及采用合成造渣材料等情况下，化渣时枪位可以降低，甚至可以采用不变枪位的恒枪操作。
(4) 铁水温度和成分在铁水温度低或开新炉时，开吹后应先低枪提温，然后再提枪化渣，以免使渣中积聚过多的∑（FeO）而导致强烈脱碳时发生喷溅。为了避免严重喷溅，铁水含硅量很高（＞1.2％）时，前期枪位不宜过高。
(5) 喷头结构在一定的氧气流量下，增多喷孔数目，使射流分散，穿透深度减小，冲击面积相应增大，因而枪位应相应降低。通常，三孔氧枪的枪位约为单孔氧枪的55～75％。直筒型喷头的穿透深度比拉瓦尔型小，因而枪位应低些。
此外，枪位还与工作氧压有关，增大氧压使射流的射程增长，因而枪位应相应提高。
3.4.3 氧枪操作
目前氧枪操作有两种类型，一种是恒压变枪操作，即在一炉钢的吹炼过程中，其供氧压力基本保持不变，通过氧枪枪位高低变化来改变氧气流股与熔池的相互作用，以控制吹炼过程。另一种类型是恒枪变压，即在一炉钢的吹炼过程中，氧枪枪位基本不动，通过调节供氧压力来控制吹炼过程。目前，我国大多数工厂是采用分阶段恒压变枪操作，但由于各厂的转炉吨位、喷嘴结构、原材料条件及所炼钢种等情况不同，氧枪操作也不完全一样。下面就以恒压变枪操作来介绍几种氧枪操作的方式。
A 高—低—高的六段式操作
图3-5表明，开吹枪位较高，及早形成初期渣；二批料加入后适时降枪，吹炼中期炉渣返干时又提枪化渣；吹炼后期先提枪化渣后降枪；终点拉碳出钢。
B 高—低—高的五段式操作
五段式操作的前期与六段式操作基本一致，熔渣返干时可加入适量助熔剂调整熔渣流动性，以缩短吹炼时间，见图3-6。
C 高一低一高一低的四段式操作
在铁水温度较高或渣料集中在吹炼前期加入时可采用这种枪位操作。开吹时采用高枪位化渣，使渣中含（FeO）量达25～30％，促进石灰熔化，尽快形成具有一定碱度的炉渣，增大前期脱磷和脱硫效率，同时也避免酸性渣对炉衬的侵蚀。在炉渣化好后
降枪脱碳，为避免在碳氧化剧烈反应期出现返干现象，适时提高枪位，使渣中（FeO）保持在10～15％，以利磷、硫继续去除。在接近终点时再降枪加强熔池搅拌，继续脱碳和均匀熔池成分和温度，降低终渣（FeO）含量。
3.5 温度制度
温度控制是指吹炼的过程温度和终点温度的控制。
过程温度控制的意义在于温度对于转炉吹炼过程既是重要的热力学参数，又是重要的动力学参数。它既对各个化学反应的反应方向、反应程度和各元素之间的相对反应速度有重大影响、又对熔池的传质和传热速度有重大影响。因此，为了快而多地去除钢中的有害杂质，保护或提取某些有益元素，加快吹炼过程成渣速度，加快废钢熔化，减少喷溅，提高炉龄等，都必须控制好吹炼过程温度。
此外，吹炼任何钢种都有其要求的出钢温度。出钢温度过低会造成回炉、包底凝钢、水口冻结及铸坯（或钢锭）的各种低温缺陷和废品；出钢温度过高，则会增加钢中气体、非金属夹杂物的含量，还会增加铁的烧损，影响钢的质量、造成铸坯的各种高温缺陷和废品，甚至导致漏钢事故的发生，同时也会影响炉衬和氧枪的寿命。因此终点温度控制是炼钢操作的关键性环节，而过程温度控制则是终点温度控制的基础。
由于氧气转炉采用纯氧吹炼，大大减少了废气量及其所带走的显热，因而具有很高的热效率。铁水所带入的物理热和化学热，除把金属加热到出钢温度外，还有大量的富余热量。因此，在吹炼过程中需要加入一定数量的冷却剂，以便把终点温度控制在出钢温度的范围内；同时还要求在吹炼过程中，熔池温度均衡地升高，并在到达终点时，使钢液温度和化学成分同时进入钢种所规定的范围内。
3.5.1 出钢温度的确定
出钢温度的高低受钢种、铸坯断面大小和浇注方法等因素的影响，其依据原则是：（1）保证浇注温度高于所炼钢种凝固温度50～100℃（小炉子偏上限，大炉子偏下限）。
（2）考虑出钢过程和钢水运输、镇静时间、钢液吹氩时的降温，一般为40～80℃。
（3）考虑浇注过程的降温。
出钢温度可用（3-8）式计算：
t 出= t凝+Δt 1 +Δt 2 +Δt 3（3-8）
式中t凝——钢水凝固温度，可用3-9式计算：
Δt 1 ——钢水过热度；
Δt 2 ——出钢、吹氩、运输、镇静过程降温；
Δt 3 ——浇注过程降温。
t凝= 1539 –Σ[%i]Δt i（3-9）
式中[％i] ——钢水中元素含量；
Δt i ——1％的i元素使纯铁凝固温度的降低值，其数据见表3-10。
现以Q235F钢为例来计算出钢温度。
成品钢水成分是：C 0.20%，Si 0.02％，Mn 0.4％，P 0.030％，S 0.020％，钢水中气体降温7℃。
t凝= 1539 –(0.2×65+0.02×8+0.4×5+0.03×30+0.020×25+7) =1515℃
取Δt 1为70℃、Δt 2为50℃、Δt 3为30℃，则：
t 出= 1515 +70 + 50 +30 =1665℃
3.5.2热量来源与热量支出
铁水带入炉内的物理热和化学热, 除能满足出钢温度的要求(包括吹炼过程中金属升温300～400C℃；将造渣材料和炉衬加热到出钢温度；高温炉气和喷溅物带走的热量以及其它热损失)外，还有富余。因此需要加入一定数量的冷却剂才能将终点温度控制在规定的范围内。为了确定冷却剂的加入数量，应先知道富余热量，为此应先计算热量的收入与支出。
3.5.2.1 热量来源
氧气转炉炼钢的热量来源主要是铁水的物理热和化学热。物理热是指铁水带入的热量，它与铁水温度有直接关系；化学热是指铁水中各种元素氧化后放出的热量，它与铁水化学成分直接相关。
在炼钢温度下，各元素氧化放出的热量各异，它可以通过各元素氧化放出的热效应来计算确定。例如铁水温度1200℃，吹入的氧气25℃，碳氧反应生成CO时：
[ C ]1473＋21
{O 2}298 = {CO}1473 ΔH 1473K = －135600 J/mol
则1kg [ C ]氧化生成CO 时放出的热量为135600／12≈11300 kJ ／kg 。
元素氧化放出的热量，不仅用于加热熔池的金属液和炉渣，同时也用于炉衬的吸热升温。现以100 kg 金属料为例，计算各元素的氧化放热能使熔池升温多少。 设炉渣量为装入金属料的15％，受熔池加热的炉衬为装入金属料的10％，计算热平衡公式如下：
Q = ΣMC t (3-10 ) 式中 Q —— 1kg 元素氧化放出的热量，kJ ／kg ； M —— 受热金属液、炉衬和炉渣重量，kg ；
C —— 各物质比热，已知钢液C L 为0.84～1.0kJ ／kg·℃，炉渣和炉衬的C S 为1.23kJ/ kg·℃。
根据3-7式来计算在1200℃时C —O 反应生成CO 时，氧化1kg 碳可使熔池温度升高的数值为：
8423
.11023.1150.110011300
t =?+?+?=
℃
1kg 元素是100 kg 金属料的1％，因此，根据同样道理和假设条件，可以计算出其它元素氧化1％时熔池的升温数值，计算结果见表3-11。
表3－11 氧化1 kg 元素熔池吸收的热量（kJ ）及氧化1%元素使熔池升温度数（℃）
注：分母表示氧化1 kg 元素熔池吸收的热量；分子表示氧化1% 元素使熔池升温度数
由表3-11可见，碳的发热能力随其燃烧的完全程度而异，完全燃烧的发热能力比硅、磷高，但在氧气转炉中，一般只有15%左右的碳完全燃烧生成CO 2，而大部分的碳没有完全燃烧。但由于铁水中的碳含量高，故碳仍然是重要热源。
发热能力大的是硅和磷，由于磷是入炉铁水中的控制元素，所以硅是转炉炼钢的主要发热元素。而锰和铁的发热能力不大，不是主要热源。
从高炉生产来看，铁水中的碳、锰和磷的含量波动不大，铁水成分中最容易波动的是硅，而硅又是转炉炼钢的主要发热元素。因此要正确地控制温度就必须注意铁水含硅量的变化。
3.5.2.2 富余热量的计算
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
转炉炼钢工艺流程 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。 电炉.转炉系统炼钢生产工艺流程简图 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 , Mn0,）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 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）；
湖南工业大学 本科毕业设计（论文）开题报告 （2012届） 2011年12月19日
顶底复吹技术，工艺成熟，脱磷效果好，在后续的生产中采用多种精炼方法，其中LF、RH 、CAS—OB、VOD、VAD的应用可以很好的控制钢水的成分和温度，生产纯净钢，不锈钢等，连铸工艺能够实现连续浇铸，提高产量，降低成本，同时随着连铸技术的发展，近终型连铸，高效连铸等多种连铸技术得到应用，大大的提高了铸钢的质量，一定范围内降低了企业的成本。经现代技术和工艺生产出来的如板材，管线钢，不锈钢等的质量得到了很大的保障，市场的信誉度高，市场需求量大。 故设计建造年产310万t合格铸坯炼钢厂是可行的，也是必要的。 2.2 主要研究内容 研究内容包括设计说明书和图纸两个部分。 2.2.1 设计说明书 （1）中英文摘要、关键词 （2）绪论 （3）厂址的选择 （4）产品方案设计 （5）工艺流程设计 （6）转炉容量和座数的确定 （7）氧气转炉物料平衡和热平衡计算 （8）转炉炼钢厂主体设备设计计算（包括转炉炉型、供气及氧枪设计、精炼方法及设备、连铸设备） （9）转炉炼钢厂辅助设备设计计算（包括铁水供应系统、废钢供应系统、出钢出渣设备、烟气净化回收系统） （10）生产规模的确定及转炉车间主厂房的工艺布置和尺寸选择（包括车间主厂房的加料跨、炉子跨、精炼跨、浇注跨的布置形式及主要尺寸的设计确定）（11）劳动定员和成本核算 （12）应用专题研究 （13）结论、参考文献 2.2.2 设计图纸 （1）转炉炉型图 （2）转炉炼钢厂平面布置图 （3）转炉车间主厂房纵向剖面图 2.3 研究思路及方案 （1）根据设计内容，书写中英文摘要、关键词。 （2）查阅专业文献，结合毕业实习，收集当前转炉炼钢工艺技术、车间设
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 -
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：
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。
炼钢工艺流程 1炼钢厂简介 炼钢厂主要将铁水冶炼成钢水，再经连铸机浇铸成合格铸坯。现有5座转炉，5台连铸机，年设计生产能力为500万吨，现年生产钢坯400万吨。其中炼钢一分厂年生产能力达到240万吨；炼钢二厂年生产能力为160万吨。 2炼钢的基本任务 钢是以Fe为基体并由C、Si、Mn、P、S等元素以及微量非金属夹杂物共同组成的合金。 炼钢的基本任务包括：脱碳、脱磷、脱硫、脱氧去除有害气体和夹杂，提高温度，调整成分，炼钢过程通过供氧造渣，加合金，搅拌升温等手段完成炼钢基本任务，“四脱两去两调整”。 3氧气转炉吹炼过程 氧气顶吹转炉的吹氧时间仅仅是十分钟，在这短短的时间内要完成造渣，脱碳、脱磷、脱硫、去气，去除非金属夹杂物及升温等基本任务。 由于使用的铁水成分和所炼钢种的不同，吹炼工艺也有所区别。氧气顶吹转炉炼钢的吹炼过程，根据一炉钢吹炼过程中金属成分，炉渣成分，熔池温度的变化规律，吹炼过程大致可以分为以下3个阶段： （1）吹炼前期。（2）吹炼中期。（3）终点控制。 炼好钢必须抓住各阶段的关键，精心操作，才能达到优质、高产、低耗、长寿的目标。 装入制度 装入制度是保证转炉具有一定的金属熔池深度，确定合理的装入数量，合适的铁水废钢比例。
3.1.1装入量的确定 装入量是指转炉冶炼中每炉次装入的金属料总重量，它主要包括铁水和废钢量。目前国内外装入制度大体上有三种方式： （1）定深装入；（2）分阶段定量装入；（3）定量装入 3.2.2装入次序 目前永钢的操作顺序为，钢水倒完后进行溅渣护炉溅渣完后装入废钢，然后兑入铁水。 为了维护炉衬，减少废钢对炉衬的冲击，装料次序也可以先兑铁水，后装废钢。若采用炉渣预热废钢，则先加废钢，再倒渣，然后兑铁水。如果采用炉内留渣操作，则先加部分石灰，再装废钢，最后兑铁水。 供氧制度 制订供氧制度时应考虑喷头结构，供氧压力，供氧强度和氧枪高度控制等因素。 3.2.1氧枪喷头 转炉供氧的射流特征是通过氧枪喷头来实现的，因此，喷头结构的合理选择是转炉供氧的关键。氧枪有单孔，多孔和双流道等多种结构。永钢使用的是4孔拉瓦尔喷头形式喷枪。 3.2.2氧气压力控制 氧气压力控制受炉内介质和流股马赫数的影响。经测定，炉内介质压力一般为—，流股马赫数在—之间。因此目前在转炉上使用的工作压力为—，视各种扎容量而定。一般说来，转炉容量大，使用压力越高。 3.2.3氧气流量和供氧强度 （1）氧气流量：
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
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
【导读】：转炉炼钢是把氧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。炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。归纳为：“四脱”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和温度）。采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。本专题将详细介绍转炉炼钢生产的工艺流程，主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。由于时间的仓促和编辑水平有限，专题中难免出现遗漏或错误的地方，欢迎大家补充指正。 转炉冶炼目的：将生铁里的碳及其它杂质（如：硅、锰）等氧化，产出比铁的物理、化学性能与力学性能更好的钢。 【相关信息】钢与生铁的区别：首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于2.11%称之钢，它的熔点在1450-1500℃，而生铁的熔点在1100-1200℃。在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛。 转炉冶炼原理简介： 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。如果氧气是从炉底吹入，那就是底吹转炉；氧气从顶部吹入，就是顶吹转炉。 转炉冶炼工艺流程简介：
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 -
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
转炉炼钢工艺流程介绍 ---- 冶金自动化系列专题 【导读】：转炉炼钢是把氧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。炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，提高温度和调整成分。归纳为：“四脱”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和温度）。采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。本专题将详细介绍转炉炼钢生产的工艺流程，主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。由于时间的仓促和编辑水平有限，专题中难免出现遗漏或错误的地方，欢迎大家补充指正。【发表建议】 转炉冶炼目的：将生铁里的碳及其它杂质（如：硅、锰）等氧化，产出比铁的物理、化学性能与力学性能更好的钢。 【相关信息】钢与生铁的区别：首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于2.11%称之钢，它的熔点在1450-1500℃，而生铁的熔点在1100-1200℃。在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛。 [查看全文] 转炉冶炼原理简介： 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。如果氧气是从炉底吹入，那就是底吹转炉；氧气从顶部吹入，就是顶吹转炉。 [查看全文] 转炉冶炼工艺流程简介：