炼钢工艺

1 炼钢工艺发展概述

亨利·贝塞麦于1855年发明了酸性空气底吹转炉炼钢法,首次解决了用铁水冶炼液态钢的问题，使得炼钢生产的质量、产量实现了跨越性质的提高。相隔10年之后，法国人马丁利用蓄热池原理发明了平炉炼钢法。由于平炉炼钢法适应于各种原材料条件（铁水和废钢可用任何比例），平炉炼钢法长期占居炼钢工艺主导地位，平炉钢占全世界总产钢量的80%以上。湘钢在1999年以前一直处于这种局面：平炉—→模铸—→初轧开坯—→模列式轧机—→普通线材，采用多火成材工艺，成本消耗偏高，多项技术经济指标在全国冶金行业内排名一直靠后。

1940年代，大型空气分离机问世后，能够提供高纯度、大量廉价的氧气，随后诞生了氧气顶吹转炉。1952年在奥地利林茨城和1953年在多纳维茨城先后建成了30吨的转炉车间并投入工业生产。由于转炉生产率高，成本低，质量较高，投资低于平炉，便于实现自动化，因此在世界上发展迅速，并逐步取代了平炉。

回顾二炼钢厂自1996年8月1转炉投产以来的发展进程及其对于湘钢的生存环境所带来的影响，也印证了这一规律。

自从20世纪开始发展电炉炼钢，该工艺长期以来一直作为熔炼特殊钢和高合金钢的方法。由于质量要求很高和市场需求巨大，伴随电力工业技术进步和供电能力提高，采用超高功率电弧炉和炉外精炼技术已经成为国内外应用日益广泛的冶金生产方式。我国电力建设的大发展，电弧炉炼钢工艺也将逐步改变其目前状况。

氧气转炉炼钢工艺已成为目前世界上最为主要的炼钢方法，即使到21世纪的前期，转炉钢的生产比例仍将保持在60～70%。回顾50年氧气转炉炼钢发展史，可以划分为三个发展时期：

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转炉大型化时期（1950～1970年）

这一历史时期，以转炉大型化为技术核心，逐步完善转炉炼钢工艺与设备。先后开发出大型转炉设计制造技术、OG除尘与煤气回收技术、计算机自动与副枪动态控制技术、镁碳砖综合砌炉与喷补挂渣等护炉技术，转炉炉龄达到2000炉。

转炉技术完善化时期（1970～1990年）

这一时期，由于连铸技术的迅速发展，出现了全连铸的炼钢车间。中国于1972年在重庆钢铁公司投产了第一台用于工业化生产的板坯连铸机。随着对转炉炼钢的稳定和终点控制的准确性等要求越来越高，为了改善转炉吹炼后期钢渣反应远离平衡，实现平稳吹炼的目标，综合顶吹、底吹转炉的优点，研究开发出各种顶底复合吹炼工艺，在全世界迅速推广。这一时期，转炉炉龄达到5000炉。

转炉综合优化时期（1990～2010年）

这一时期，社会对洁净钢的生产需求日益增加，迫切要求建立一种全新的、能大规模廉价生产洁净钢的质量保证体系。围绕洁净钢生产，研究开发出铁水“三脱”预处理（脱硫、脱磷、脱硅）高效转炉生产，全自动吹炼控制与长寿炉龄（主要技术核心为溅渣护炉）等重大新工艺技术。这一时期，转炉炉龄普遍超过10000炉（目前国内最好水平为武钢二炼钢炉龄突破30000炉）。湘钢转炉炉龄业已超过18000炉，居于国内同行业指标前列。

近终型连铸技术及铸坯热送装技术的深入开发，形成了更为紧凑、高效的炼钢—轧钢短流程生产线，使联合企业逐步走向一个炼钢厂的生产体制，降低投资成本和生产成本，大幅度提高了生产效率。

★思考点

1、转炉炼钢工艺发展的主要历程。 2、铁水预处理的作用与效能。

2 转炉炼钢工艺

2 基本知识

2.1 钢和生铁

钢和生铁都是铁和碳组成的合金，同属于黑色金属，但其性质有明显的区别：生铁硬而脆，焊接性差；而钢的强度和塑性、韧性等可以在很宽的范围内予以调整，可以进行焊接、轧制和加工成各种形式的产品。

钢和生铁的性能之所以不同，主要是由于碳和其他合金元素的含量不同。通常以含碳量1.7%作为钢和生铁的区分界限：含碳量1.7～4.5%的铁碳合金叫做生铁；含碳量低于1.7%的铁碳合金叫做钢。

生铁主要是由高炉冶炼，分为炼钢生铁、铸造生铁及合金生铁三种。 ★思考点

1、钢和铁的区别。

2、叙述钢和铁各自的性能差异。

2.2 铁水炉外脱硫

铁水预处理是指铁水进入炼钢炉之前所进行的某种处理，它可以分为普通铁水和特殊铁水的预处理。普通铁水预处理有脱硫、脱硅、脱磷和同时脱磷脱硫等；特殊铁水预处理有脱铬、提钒、提铌和提钨等。

以前炉外处理是作为避免出现号外铁水的补救措施。由于它在技术上合理和经济上优越，逐渐演变为当今用于扩大原材料来源，提高钢材质量，拓宽品种结构和提高技术经济指标的必要生产手段。现代铁水预处理技术的日益成熟，已经构成现代化钢铁厂中的重要组成部分。

炉外脱硫的基本原理是使用与硫的亲合力比铁大的元素或化合物，加入铁水

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中以夺取硫化铁中的硫，使之转变为更为稳定的、极少熔解或完全不溶于铁液的硫化物。铁水脱硫的条件比钢水优越得多，脱硫效果比钢水炉外脱硫高约4～6倍，其原因是：铁水当中碳、硅、磷等元素含量高，使硫在渣中的活度系数提高，铁水中含氧量低，有利于脱硫反应的进行。

铁水脱硫剂有碳化钙（CaC2）、氰氨化钙（CaCN2）、石灰（CaO）、苏打粉（Na2CO3）、金属镁等，还有以它们作为主要成份的各种复合脱硫剂。我厂目前使用的铁水脱硫剂为钝化颗粒镁，其中镁的含量大于92%。

按照脱硫剂与铁水之间的混合搅拌方式，铁水炉外脱硫大致可以分为如下几类：

1、铁流搅拌式：它靠铁水流的冲击使铁水与脱硫剂混合搅拌。其优点是设备简单，容易操作，但搅拌不均，混合不充分，因而脱硫效率低，稳定性差。适宜于设备简陋、铁水含硫量高的小钢铁厂。

2、机械搅拌式：靠沉入铁水中的搅拌器或铁水容器运动使铁水与脱硫剂搅拌混合。搅拌时间和搅拌强度均可控制，此方法需要一定的设备，但脱硫效率高，属于这种方式的有摇包法、KR法等，多用于大型钢铁厂。

3、喷吹气体搅拌式：把氮气、氩气、压缩空气等吹入铁水，或者作为运载气源吹入铁水，使铁水与脱硫剂搅拌混合。此类方法具有操作灵活、控制方便、搅拌效果好、脱硫效率高、处理铁水能力大等优点，很适合用于大型钢铁厂。

4、钟罩插入式：靠镁蒸汽从钟罩孔逸出搅动铁水，使铁水与脱硫剂混合。 5、涡流搅拌式：靠电磁搅拌器或涡流装置搅动铁水，使铁水与脱硫剂混合。 目前许多钢厂仍在不断探索，试图研制出新的铁水脱硫方法和廉价、高效率、少污染环境的新脱硫剂。此外还研究适应铁水脱硫使用的高寿命耐火材料，以及脱硫渣的处理和综合利用。

必需指出：渣中的硫含量是铁水中硫含量的1000倍以上。此外，铁水渣的酸性成份影响转炉冶炼终点命中率，降低炉龄。因此，兑入转炉的高炉铁水要实

4 转炉炼钢工艺

行扒渣处理，铁水带渣量不得超过0.5%。此外，对于硫含量较高的铁水实施炉外预处理，减轻转炉脱硫负担，不但简化了脱硫操作，而且有利于提高脱硫效果和转炉技术经济指标。但它毕竟增加了炼铁和炼钢之间的工艺环节和操作。当铁水含硫量不高而钢种成份又要求较宽时，无需进行预处理。

★思考点

1、铁水预处理包括哪些工艺流程。

2、经过预处理的回收渣铁对转炉冶炼有何危害？ 3、我厂选择喷吹镁粉脱硫的现实意义。

2.3 炼钢的基本任务

1、脱碳。将生铁中的碳大部分去除，同时随着碳的氧化，2C+O2→ 2CO↑，在CO气体的排出过程中，同时脱除[H]、[N]。

2、去除杂质。生铁中[S]、[P]含量高，而钢中[S]会造成钢的“热

脆”；[P]造成“冷脆”。通常钢中[S]、[P]愈低愈好。炼钢必须脱除[S]、[P]等有害杂质。

3、升温。铁水温度一般在1250～1350℃，而钢水的出炉温度一般在1600℃以上，才能顺利进行铸锭或铸坯工作。因此炼钢过程也是一个升温过程。

4、合金化。在冶炼过程中，生铁中的[Si]、[Mn]等元素大部分氧化掉了。为了保证成品钢中的规定成份，要向钢水当中加入各种合金元素。

5、脱氧。在炼钢后期钢中氧含量增加，为了将过多的氧去除，就必须完成“脱氧”工作。

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2.4 熔渣的性质

炼钢熔渣的性质对炼钢生产的技术经济指标有巨大的影响。熔渣的性质是熔渣结构的外部特征，它包含物理性质和化学性质。化学性质包括碱度和氧化能力。在熔池为碱性的炼钢炉中，炉渣是碱性的，它具有较强的去除[P]和[S]的能力。通常的顶吹转炉炉渣大约有35～45%（CaO），60～65%（CaO+MgO+MnO），5～25%（FeO）和20～25%（SiO2+P2O5+Al2O3）。CaO是含量最多而且碱性又最强的氧化物，SiO2是含量最多而且酸性最强的氧化物，CaO 、SiO2和P2O5三者的含量对炉渣的酸碱性从而对炉渣的去P和去S能力起决定性的作用。炉渣碱度及R常用CaO和SiO2含量的比值来表示：

R=（% CaO）/（% SiO2）

顶吹转炉冶炼过程中R值通常波动在1.5～4.0范围内。 炼钢熔渣的物理性质通常包括如下几点： ① 导电性。主要受熔渣的成分和温度影响。 ② 导热性。炉渣的导热性显著低于金属。

③ 密度。炉渣密度通常波动在2800～3200kg/m3范围内，温度升高则密度降低，当其中（FeO）和（MnO）增加时密度增大。

④ 粘度。炉渣粘度是影响炼钢熔池中各类扩散过程的重要因素，受成份和温度的影响很大。由于炼钢熔渣属于多相物质，粘度随碱度的提高而增大。因此提高熔池温度和加入可使炉渣熔点降低的熔剂（如矿石、萤石等）可以降低炉渣粘度。

⑤ 表面张力。熔渣的表面张力与熔渣的泡沫化、渣— 钢之间的乳化、脱氧产物及夹杂物的凝聚上浮、炉衬的侵蚀等冶炼过程多相反应都有重要关系。

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2.5 转炉炼钢过程中杂质去除反应

在通常的氧气转炉炼钢过程中，总是要将C、Si、Mn、P、S去除到钢种规定的要求。

溶解在钢液中的碳和氧按如下两个反应进行氧化：

[C]+[O]={CO} [C]+2[O]={CO2} [CO2]+[C]=2{CO}

前一反应是钢冶金中最基本的脱碳反应，后一反应在碳氧化中占的比重只是在[%C]＜0.05的情况下比较显著，在[%C]＞0.1的情况下占的比重很小。

在顶吹转炉中，Si和Mn在吹炼初期进行强烈氧化。Si与O的亲合力显著大于Mn，故Mn的强烈氧化期滞后于Si。Si和Mn的氧化是在钢—渣界面上进行的，属于典型的多相反应，由如下两个环节组成：

（1）渣中氧化铁溶解到金属中 （FeO）=[O]+[Fe] （2）在钢—渣界面上进行Si和Mn的氧化反应 [Si]+2[O]=（SiO2） [Mn]+[O]=（MnO）

[Mn]+（FeO）=（MnO）+[Fe] 磷的氧化由以下环节组成：

（1）在渣钢界面上 5（FeO）=5[Fe]+5[O] （2）在与渣相邻的金属层中 2[P]+5[O]=（P2O5）

（3）在与金属相邻的渣层中 （P2O5）+4（CaO）=（4 CaO·P2O5） 总反应式为：2[P]+5（FeO）+4（CaO）=（4 CaO·P2O5）+5[Fe]

铁水含硅量对磷的氧化过程有重要影响：铁水含硅量高，不但要夺取供入熔池的更多的氧，而且也提高了渣中SiO2的活度，并且阻碍石灰的熔解。

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脱硫则主要是依靠硫向炉渣的转移。在金属与碱性炉渣接触的情况下，各种脱硫方法的实质可以归结为：使金属中的硫生成在金属液中溶解度很小而能转移入炉渣的硫化物。其在渣相中的反应可以描述为：（RO）+[FeS]=（RS）+（FeO）

CaO是RO中最强的脱硫剂之一，MnO是弱脱硫剂，铁水中含[Mn]较高对转炉炼钢过程中的脱硫反应有促进作用。

★思考点

1、叙述炼钢的基本任务。 2、熔渣有哪些物理性质。 3、转炉如何脱磷？ 4、转炉如何脱硫？

3 炼钢原材料

氧气转炉炼钢常用的主要原料有：铁水、废钢、冷却剂、造渣剂、铁合金、氧气等。

3.1 入炉废钢

对入炉废钢的要求主要有以下几个方面：

1、块度和重量。为保证废钢顺利加入并及时熔化，同时减轻废钢对炉衬的冲击力，确保炉衬寿命，废钢不能过大、过重。

2、成份。废钢成份越单纯越好，因此当废钢成份复杂时，必须加强管理，8

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以免对产品质量造成不利影响。

3、不允许夹带密闭容器和爆炸物。

4、不得夹有铜、铅、锌、锡等有色金属及橡胶。钢中Cu＞0.3%时容易在热加工时产生裂纹；铅的比重很大，沉积之后会损坏炉底，甚至造成漏钢事故；锌蒸发时生成ZnO，会影响烟气回收设备的使用寿命；橡胶则含[S]量高，对钢水质量造成危害。

5、废钢必须保持清洁、干燥，防止装炉时发生爆炸事故。

3.2 造渣材料

3.2.1 石灰

转炉开吹以后，铁水中的Fe、Si、Mn、P等元素被氧化，生成FeO、SiO2、MnO、P2O5等氧化物，形成炉渣。这些氧化物中的SiO2、、P2O5等是酸性氧化物，Fe2O3、Al2O3等是弱酸性氧化物，FeO、MnO是碱性氧化物，因此必须加入石灰造渣，否则会造成下列情形：

1、炉衬侵蚀严重。炉渣中大量的氧化物都呈游离状态存在，当与炉衬中CaO、MgO等碱性物质作用，生成低熔点化合物，在机械冲刷下进入渣中，炉衬被侵蚀破坏。

2、影响有害元素P、S的去除。铁水中P被氧化后生成不稳定的3FeO·P2O5，在高温下容易分解，磷又返回到钢液当中，必须加入足够的石灰去除[P]。硫在冶炼过程中以FeS、MnS、CaS等形式存在，且能够同时溶于渣中，因此，加入足量的石灰，可以使硫化物从钢中转移到渣中，达到从钢中去硫目的。

3、高压氧气流股吹入熔池，会产生严重的金属喷溅，造成金属损失，同时容易造成氧枪烧损，影响炼钢进程。必须保证有一定厚度的渣层覆盖金属液面。

基于上述原因，在开吹后，必须加入适当数量的石灰进行造渣。

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我国顶吹转炉石灰质量标准：

成份，% 项目 CaO 指标 ≥90 SiO2 ≤3 S ≤0.1 毫升 ≥300 毫米 5～40 % ＜4 ≤14 活性度 块度 灼减 生过烧率% 石灰本身的物理性质，如体积密度、气孔率、比表面积和晶粒度大小等对石灰熔解速度有重要影响。体积密度小，气孔率高，比表面积大、晶粒细小的活性石灰熔解速度快，反应能力强。这种优质冶金石灰能够提高转炉的生产能力，减少石灰、萤石消耗量和转炉渣量，脱磷、脱硫效果好，减少转炉热损耗，提高炉龄，并且能够提高钢水质量。

石灰是由碳酸钙沉积岩锻烧而成，其反应方程式为： CaCO3—→CaO+CO2↑ 3.2.2 萤石

萤石的主要成份是CaF2，它的熔点很低，约为930℃。萤石能够使CaO和阻碍石灰熔解的2CaO·SiO2外壳的熔点显著降低，加速石灰熔解，迅速改善炉渣流动性。萤石助熔的特点是作用快、时间短，但大量使用萤石会增加喷溅，加剧炉衬的侵蚀。

3.2.3 白云石

生白云石的主要成份为CaCO3+ MgCO3。近年来国内外氧气转炉采用生白云石或者轻烧白云石代替部份石灰造渣的技术得到广泛应用和发展。大量生产实践证明：采用白云石造渣对减轻炉渣对炉衬的侵蚀，提高炉衬寿命具有明显效果，此外，白云石还有利于促进石灰熔解。转炉用的白云石，对MgO含量有一定要求并具有合适的块度。

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3.3 氧气

氧气是转炉炼钢的主要氧源。现代炼钢工业用氧是由空气经氧、氮分离后制取的。氧气纯度应≥99.5%，氧气应脱除水份和肥皂液。

3.4 增碳剂

转炉炼钢常用的增碳剂有焦炭和沥青焦等，沥青焦的质量优于焦炭。 对增碳剂要求其固定碳要高而且稳定，杂质要低，清洁、干燥。

3.5 脱氧剂

我厂常用的脱氧剂有硅铁、锰铁、硅锰和复合脱氧剂如硅钙钡合金、硅铝钡合金、铝锰铁合金等。这些脱氧剂具有如下特点：

与氧的亲和力比铁大，在钢液中扩散的速度快；脱氧产物不溶于钢液且容易上浮；当加入量过大时残留在钢液中的余量对钢质无害；有合适的块度并保持清洁、干燥，不得混有其他杂物。

复合脱氧剂的脱氧效果优于单一脱氧剂。 ★思考点

1、转炉用冶金石灰的成份及性能要求。 2、铁水及废钢必须达到哪些要求。 3、白云石和萤石有哪些作用？

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4 转炉炼钢工艺

4.1 装入制度

目前国内外顶吹氧气转炉装入制度主要有三种： 4.1.1 定量装入

在整个炉役期间，保持每炉的金属装入总量不变。这种操作方法优点是生产组织简便，能更好地实现过程自动化。

4.1.2 定深装入

这是在一个炉役期内保持每炉的金属熔池深度不变。其优点是氧枪操作稳定，有利于氧气射流在最佳工况下工作，也可充分发挥转炉的生产能力。但这种方法将使装入量及出钢量变化频繁，铁水调度及钢水浇铸都很难配合。

4.1.3 分阶段定量装入

综合上述两种方法的优点，针对炉役不同阶段实行定量装入，这样大体上保持了比较适当的熔池深度，也保持了装入量的相对稳定性。在稳定操作的前提下，充分发挥转炉的生产潜力，既能满足冶炼工艺的要求，又便于组织生产。我厂目前采用这一制度。

目前我厂生产时存在铁水供应不足的矛盾，必须依靠增大废钢比例予以缓解。应当注意在兑完铁水后，应将炉子倒向后侧（即兑铁的相反一侧）使废钢摊平，否则废钢极有可能贴在装料侧的炉衬上，在吹氧后期有可能化不完而留下来，温度低于正常炉次，造成废钢熔化过晚以及倒炉时沸腾。

4.2 供氧制度

供氧是氧气顶吹转炉炼钢最重要的操作，是控制整个吹炼过程的主导因素，

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并直接影响冶炼效果和钢的质量。它是保证杂质去除速度、熔池升温速度、造渣速度，控制喷溅和去除钢中气体与夹杂的关键操作。

理论推算，每吨金属所需氧量一般为45～55Nm3。

供氧制度是使氧气流股合理地供给熔解池，创造良好的氧气流股和熔池的物理、化学反应条件。因此，供氧制度的内容包括确定合理的氧枪喷嘴结构，便于在实际生产中调节和控制供氧强度，供氧压力和喷枪高度。合理的供氧制度主要应当根据转炉容量、铁水成份、冶炼钢种等诸多方面统筹确定。

喷头结构确定以后，在一定氧压、氧流量条件下，必须通过合理调节喷枪高度才能获得良好的吹炼指标。而在一炉钢冶炼过程中的枪位要根据铁水成份、温度、炉型、辅助材料及废钢等情况，以及上几炉吹炼枪位及吹炼情况，考虑本炉次冶炼品种等因素确定。

吹炼前期：关键是化好头批渣料。一般要求在3分钟左右化好初期渣，然后将枪压至过程吹炼的高度。头批渣化不好，易导致中期“返干”严重，但头批渣料也不应化得太早、太泡，否则会产生泡沫渣喷溅。

吹炼中期：此段枪位是否合适，直接影响吹炼过程能否顺利进行。

吹炼后期：若铁水含P较高，过程渣子化得不好，“返干”严重，或冶炼中、高碳钢，在终点降枪前要提枪，以保证提高炉渣氧化性，提高渣子流动性，增强炉渣去P效果。

目前，转炉的最佳枪位还难于用计算确定，基本上是凭经验控制。生产上采用的枪位（H，毫米）是以喷头与平静熔池液面的距离来表示，而不考虑实际熔池面的波动。从生产中得到的枪位（H）与喷头喉口直径（d算式为：

H=（35～50）*d喉

生产过程中影响枪位控制的因素很多。通常，铁水含硅高，易喷溅，枪位应较低；铁水含硅量低，为了化渣，枪位可适当提高。铁水磷高，应适当提高前期

喉 ，

毫米）的经验计

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化渣枪位，以便形成脱磷所需足够的（FeO）。铁水温度低，开吹时应适当降枪提温。反之，则在吹炼前期适当提高枪位，以利化渣。熔池越深，相应渣层越厚，吹炼过程中熔池面上涨越高，为了化渣和避免喷溅，枪位应适当降低。冶炼中、高碳钢时，由于脱磷困难，应采用较高的枪位，尤其是在吹炼后期，在终点前要略微提枪或加入萤石造成泡沫化强、流动性好的炉渣。

4.3 造渣制度

氧气转炉炼钢的冶炼时间很短，因此必须做到快速成渣，使炉渣尽快具有合适的碱度、氧化性和流动性，以便迅速把金属中磷、硫等杂质去除到所炼钢种规格的要求以下。避免炉渣溢出和喷溅，以减少原材料和金属损失，保护炉衬，提高炉衬寿命。

炉渣粘度必须满足冶炼过程的需要：前期要防止炉渣过稀；中期渣粘度要适当；末期炉渣要化透做粘，同时便于溅渣操作。

使用白云石造渣容易出现炉底上涨和粘枪现象。炉底上涨是由于渣况恶化，炉渣中MgO含量过高，炉渣粘度大。粘枪则是由于炉渣粘度大而且形成喷溅造成的。避免炉底上涨和粘枪的关键在于确定合理的白云石加入量，其次是控制好炉渣粘度。

转炉造渣的关键是加速石灰的熔化。在顶吹转炉无后吹的情况下，入炉的石灰的熔化量极少超过80～85%。因此，加速石灰熔化对转炉冶炼有重要意义。

石灰熔化是复杂的多相反应，伴随有传热、传质及其他物理化学过程，可分为三步：

第一步：液相炉渣经过石灰块外部扩散边界层向反应区扩散，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并形成新相，反应在石灰块外表14

转炉炼钢工艺

面及内部气孔表面同时进行。

第三步：反应产物离开反应区向炉渣熔体中转移。

吹炼初期，通常枪位比较高，铁水中的Si、Mn、Fe等元素氧化生成SiO2、MnO、FeO进入炉渣。由于Fe的氧化，使碱度很低的炉渣中氧化铁逐渐提高并促进石灰的熔化。开吹时，渣量的增加主要来源于铁水中Si、Mn、Fe的氧化物，而随后则主要来源于石灰的熔化。此时石灰的熔化速度很快，炉渣温度也比金属熔池温度高约200～300℃，并很快开始形成液滴—炉渣乳化液。

在吹炼中期，通常枪位下降，脱碳反应加速，渣中（FeO）逐渐降低，吹炼中期炉温已较高，石灰进一步熔化，但熔化的速度有所减缓。随着脱碳反应的进行，炉渣泡沫化程度迅速提高。吹炼中期能够最大限度的产生泡沫，并有溢出炉外的趋势。由于脱碳反应大量消耗渣中的FeO，以及有时得不到超过炉渣液相线的正常过热度，导致化渣条件恶化，引起炉渣异相化并出现“返干”现象。

在吹炼末期，脱碳反应速度下降，渣中（FeO）含量再次提高，石灰继续熔化并加快了熔化速度。随着脱碳速度的进一步下降，熔池中的乳化和泡沫现象减弱并趋于消失。一炉钢吹炼过程中所形成的总渣量可达到金属量的10～16%。

2.14[%Si]

石灰加入量计算公式：W= ——————*R碱度*1000*82（t/炉）

（%CaO）有效

在生产实践中，一般根据铁水成份和所炼钢种来确定造渣方法。常用的造渣方法有单渣法、双渣法和双渣留渣法。

1、单渣法。在冶炼过程中只造一次渣，中途不出渣。当铁水中Si、P、S含量较低，钢种对P、S要求不高，或者吹炼低碳钢时，都可以采用单渣操作。单渣操作工艺较为简单，冶炼时间短，劳动条件好。

2、双渣法。在吹炼中途分一次或几次除去约1/2～2/3的炉渣，然后重新加渣料造新渣的操作方法称双渣法。在铁水含硅量较高或含磷量大于0.150%，或者虽然含磷量不高但吹炼优质钢，或吹炼中、高碳钢种时一般都采用双渣操作。其

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优点是可以在炉内保持较少的渣量，同时又能获得较高的去除磷、硫的效率，可以消除大渣量引起的喷溅，减轻对炉衬的侵蚀，同时又能减少石灰消耗量。选择掌握倒渣时间是双渣法操作的关键。

3、双渣留渣法。将上炉终点炉渣部分或全部留在炉内供下炉使用的造渣方法称为双渣留渣法。终渣一般有较高的碱度和（FeO）含量，而且温度高，它对铁水具有一定的去磷和去硫能力。这种炉渣留在炉内可以改善下炉吹炼初期的操作，加速初期渣的形成，提高炉子热效率，对于冶炼中、高碳钢具有极大适用价值。

在留渣操作时必须稠化炉渣，防止爆发性喷溅发生安全事故。

通常顶吹转炉渣料多采用分批加入。头批渣料在开吹时加入，加入量为渣料总量的1/2，剩余渣料提倡多批少量加入，且应当控制在供氧时间1/2～2/3前加完。矿石必须在终点前二分钟加完。

★思考点

1、供氧制度的工艺依据。 2、转炉冶炼过程枪位控制要求。 3、造渣方式及其选择依据。 4、转炉造渣的途径及其特点。

4.4 温度控制、终点控制和出钢

4.4.1 温度控制

温度控制主要指吹炼的过程温度和终点温度的控制。转炉温度控制的目标是吹炼过程中均衡地升温，吹炼终点时钢水的温度和化学成份同时命中钢种要求的范围。它的内容包括：确定合适的钢种出钢温度，确定熔池富余热量的数值，选择冷却剂并确定其冷却效果和加入量，掌握影响熔池温度变化的因素，及进行温16

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度控制操作等。

过程温度控制的基本点是：

1、满足快速造渣的需要，保证尽快形成成份和性质符合要求的炉渣； 2、满足去除磷、硫和其它杂质的需要，在特殊情况下还应当满足从金属中提取某些有利元素，同时保留另一些有利元素的要求；

3、满足吹炼过程平稳和顺行的要求。在吹炼的前、中期特别是强烈脱碳期，温度过高或过低都容易产生喷溅；

4、协调熔池的升温和脱碳速度，满足准确控制终点的要求。 4.4.2 终点控制

终点控制是转炉吹炼后期的重要操作，主要指终点成份和温度的控制，还包括所有影响钢水的转炉吹炼末期的操作因素和工艺措施的控制。

“拉碳法”和“增碳法”是两种常用的经验控制吹炼终点的方法。 “拉碳法”是指熔池碳含量达到出钢要求时停止吹氧。此时熔池中不但硫、磷和温度符合出钢要求，钢水中的碳也能符合所炼钢种的规格要求。“拉碳法”又分为一次拉碳和高拉一次补吹两种操作。后者是指比出钢含碳量高0.06～0.30%C时停止吹氧，倒炉并取样，再视钢水状况一次补吹后出钢。高拉碳时熔池温度不应高于终点规定温度的上限。

“拉碳法”具有以下优点：

1、终点（FeO）含量较低，金属收得率较高； 2、终点钢水含锰量较高，合金消耗少； 3、钢水含氧量较低，钢中非金属夹杂含量较少； 4、钢中氢和氮含量较低，氧气消耗量少。

“增碳法”是指吹炼平均含碳量≥0.08%的钢种时，均采用吹到0.05～0.06%C时停吹，然后按照所炼钢种，在钢包内增碳。它具有如下特点：

1、终点容易命中，比“拉碳法”省去中途倒渣、取样、校正成份及温度的

17 炼钢篇

补吹时间，因而生产率高；

2、吹炼结束时炉渣（FeO）含量高，化渣较好，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、热量收入较高，有利于增加废钢用量。 4.4.3 出钢

国家规范规定：≥50吨的转炉出钢持续时间为3～6分钟。我厂钢包烘烤及管理措施较为完善，已经完全能够做到“红包”出钢。从而为减少温度损失，提升铸机作业稳定水平和产品质量提供了可靠保证。

出钢挡渣已成为一项成熟稳定的工艺技术，目前我厂钢水缶内渣厚H＜100mm的炉次比率已经超过90%。这一技术措施的推行，有利于准确控制钢水成份；防止钢水回磷；提高合金收得率；减少钢中夹杂物含量；并且显著地延长钢包寿命。

4.5 脱氧合金化

在转炉吹炼过程中，由于不断向金属熔池吹氧，使吹炼终点金属中残留一定数量的溶解氧，因此在吹炼结束以后，钢必须脱氧，否则就不能顺利浇注，也不能得到结构合理的钢锭。原因在于：

1、氧在钢中的溶解度随温度的降低而减少。同进，钢水在凝固过程中，由于选分结晶的结果，使钢水中[O]、[C]发生偏析而浓聚，引起碳的再次氧化，这会降低钢中的碳含量。另一方面使产生的CO气体有相当部分残留在钢坯内部，破坏了钢坯结构，严重时甚至造成钢水产生沸腾甚至不能浇注。

2、氧在液态钢中溶解度较大，而在固态钢中溶解度很小。钢在冷凝过程中氧将以氧化物析出，分布于晶界上，降低钢的机械性能和特种用途钢的某些性能。

3、钢坯中氧使硫的危害作用加剧，因为FeO与FeS可以生成低熔点共晶物，

18 转炉炼钢工艺

使钢在轧制时产生“热脆”。

掌握终点钢水含氧量的定量数据及其变化规律是正确进行脱氧操作的前提。钢中含氧量变化呈如下规律：

1、一般情况下，钢中的含氧量主要受含碳量控制。其变化趋势为：含碳量高则含氧量低，含碳量低时含氧量高。

2、在[C]＞0.06%的情况下，实际熔池中碳—氧反应没有达到平衡，钢中实际含氧量高于碳平衡的含氧量，其差值△ [O]=[O]实际——[O]碳平为金属的过剩氧浓度。

3、在钢中含碳量比较高时，含氧量受含碳量控制。但在含碳量极低的情况下，△ [O]有可能出现负值。出现这种变化的原因：主要是含碳量极低时，顶吹转炉熔池搅拌微弱，一次反应区中的碳、氧含量和二次反应区有显著不同。

各类钢的脱氧程度有重要的不同。为了顺利进行脱氧，应该控制好供氧，造渣和终点操作，以期获得需要的钢水氧化性。

向钢中加入一种或几种合金元素，使其达到成品钢成份规格要求的操作过程称为合金化。实际操作多数情况下，脱氧和合金化是同时进行的，脱氧元素收得率受多种因素的影响，主要取决于脱氧前钢水含氧量，终渣氧化性和元素本身的脱氧能力。钢水含氧量越高，终渣氧化性越强及元素脱氧能力越强，则该元素的烧损率越大，收得率越低。在生产条件下，凡是影响终点钢水和炉渣氧化性的因素，在确定脱氧剂加入量时都必须予以考虑。例如：用：“拉碳法”吹炼中、高碳钢时，终点钢水含碳量高氧化性低，脱氧元素烧损少，收得率高。如果钢水温度偏高，则收得率更高。反之，吹炼低碳钢时收得率低。

加入钢中的脱氧剂一部分消耗于钢的脱氧，转化为脱氧产物排出，另一部分则为钢水吸收，起合金化作用，而加入钢中的大多数合金元素，因为其与氧的亲合力比铁强，也必然起一定的脱氧作用，因此实践中脱氧与合金化并非孤立的概念。

19 炼钢篇

[%E]中限—[%E]残余

合金加入量计算方法：W= ————————*出钢量*1000 [%E]合金*η收得率

各类合金应在出钢至1/4左右时开始加入，到2/3左右时加完，注意控制好终点钢水和炉渣氧化性，出钢时尽量少下渣，以便稳定和提高合金收得率。

★思考点

1、什么是终点控制？包括哪些要求？ 2、拉碳法和增碳法的优点。 3、过程温度控制的基本要求。 4、为何要挡渣出钢。

5、简述P、S对钢材性能的危害。 6、计算一炉钢的合金加入量。

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