转炉炼钢5大制度

第一节 转炉冶炼过程概述

氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是降碳、升温、脱磷、脱硫以及脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺操作则是控制装料、供氧、造渣、温度及加入合金材料等，以获得所要求的钢液，并浇成合格钢锭或铸坯。

从装料起到出完钢、倒完渣为止，转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧出钢、溅渣护炉、倒渣等几个阶段。一炉钢的吹氧时间通常为l2～18min ，冶炼周期(相邻两炉之间的间隔时间，即从装料开始到装料开始或者从出钢毕到出钢毕)通常为30～40min。表10—1为氧气顶吹转炉生产一炉钢的操作过程，图10—1为转炉吹炼一炉钢过程中金属和炉渣成分的变化。

吹炼的前l／3—1／4时间，硅、锰迅速氧化到很低的含量。在碱性操作时，硅氧化较彻底，锰在吹炼后期有回升现象；当硅、锰氧化的同时，碳也被氧化。当硅、锰氧化基本结束后，随着熔池温度升高，碳的氧化速度迅速提高。碳含量<0.15％以后，脱碳速度又趋下

降。在开吹后不久，随着硅的降低，磷被大量氧化，但在吹炼中后期磷下降速度趋缓慢，甚至有回升现象。硫在开吹后下降不明显，吹炼后期去除速度加快。

熔渣成分与钢中元素氧化、成渣情况有关。渣中CaO含量、碱度随冶炼时间延长逐渐提高，中期提高速度稍慢些；渣中氧化铁含量前后期较高，中期随脱碳速度提高而降低；渣中Si02，Mn0，P205含量取决于钢中Si，Mn，P氧化的数量和熔渣中其他组分含量的变化。在吹炼过程中金属熔池升温大致分三阶段：第一阶段升温速度很快，第二阶段升温速度趋缓慢，第三阶段升温速度又加快。熔池中熔渣温度比金属温度约高20-1000C。

根据熔体成分和温度的变化，吹炼可分为三期：硅锰氧化期(吹炼前期)、碳氧化期(吹炼中期)、碳氧化末期(吹炼末期)。

作 表10—1 氧气顶吹转炉一炉钢的操

工 (出下氧 从吹炼副动 艺 钢 枪， 高过 枪 态 氧枪 停止 终点操 倒渣点火 位 程加测控 供 氧 副作 完 吹炼 料熔 量 制 毕)加 废钢， 兑铁水 仓剂、或加 调 倒 熔整枪炉剂 位 取 (造控制样渣炉渣 测料) 温 (拉 碳) 枪测量或倒炉测温取样供 氧 时间 ％ 1～20～～3 70 80 ～l00 ～l0

吹炼时间 %

图10—1 转炉吹炼一炉钢过程中金属和炉渣成分的变化

第二节 装入制度与装入操作

一、装入量

装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量，它是决定转炉产量、炉龄及其他技术经济指标的重要因素之一。在转炉炉役期的不同时期，有不同的合理装入量。对于公称容量一定的转炉，金属装入量在一定范围内变化。转炉公称容量有三种表示方法：平均炉金属料(铁水和废钢)装入量，平均炉产良锭(坯)量，平均炉产钢水量。这三种表示方法因出发点不同而各有特点，均被采用，其中以炉产钢水量使用较多。用铁水和废钢的平均炉装入量表示公称容量，便于做物料平衡与热平衡计算。

装入量中铁水和废钢配比是根据热平衡计算确定的。通常，铁水配比为70％～90％，其值取决于铁水温度和成分、炉容量、冶炼钢种、原材料质量和操作水平等。

在确定装入量时，必须考虑以下因素：

1．要保证合适的炉容比。炉容比是指转炉内自由空间的容积(V)与金属装入量(t)之比(V／t，m3／t)。它通常波动在0.7～1.0。我国转炉炉容比一般不小于0.5。合适的炉容比是从实践中总结出来的，它与铁水成分、冷却剂类型、氧枪喷头结构和供氧强度等因素有关，应视具体条件加以确定。表10—2列出了我国一些钢厂转炉的炉容比。

表10-2 一些钢厂转炉的炉容比

武钢 鞍钢 武钢 太钢 天钢 厂名 宝钢 一炼钢 300 三炼三炼攀钢 二炼二炼二炼钢 钢 钢 80 钢 50 钢 20 吨位 炉容比m3／t 250 150 120 0.88 0.87 0.86 0.90 0.71 0.97 0.85 2．要有合适的熔池深度。合适的熔池深度应大于顶枪氧气射流对熔池的最大穿透深度的一定尺寸，以保证生产安全、炉底寿命和冶炼效果。表10—3为一些大、中型氧气顶吹转炉的熔池深度。

表10—3 一些大、中型转炉的熔池深度

装入量50 80 100 200 300 (t) 熔池深度 (mm) 3．应与钢包容量、浇铸吊车起重能力、转炉倾动力矩大小、铸机拉速及模铸锭重等相适应。 二、装入制度

装入制度是指一个炉役期中装入量的安排。装入制度有三种：定量装入、定深装入和分阶段定量装入法。

1．定量装入 定量装入是指在整个炉役期间，保持每炉的金属装入量不变。优点是生产组织简便，操作稳定，有利于实现过程自动控制，多为大型钢厂采用。缺点是容易造成炉役前期装入量偏大而熔池偏深，炉役后期装入量偏小而熔池偏浅。

2．定深装入 定深装入是：指在整个炉役期间，保持每炉的金属熔池深度不变。优点是氧枪操作稳定，有利于提高供氧强度和减少喷溅，不必当心氧气射流冲击炉底，可以充分发挥转炉的生产能力。但它使装人量和出钢量变化较频繁，给组织生产带来困难。 3．分阶段定量装入 分阶段定量装入是指在一个炉役期中，按炉膛扩大的程度划分为若干阶段，每个阶段实行定量装入。它兼有前两者的优点，是生产中最常见的装入制度。

1050 1190 1250 1650 1900 三、装入操作

上炉出钢完毕，溅渣护炉后，炼钢工检查炉衬情况，若各部位完好，便可以组织装料，继续炼钢。装料的程序一般是先加废钢，后兑铁水。 1．加废钢

由于顶吹转炉主要靠铁水的物理热和化学热来炼钢，为了合适地掌握冶炼过程和终点温度，根据铁水条件需配加一定数量的废钢作为冷却剂。

加废钢一般由炉前摇炉工指挥，转炉向前倾30°至45°指挥天车对正转炉，将废钢料槽的前沿落在转炉的炉口上。然后指挥天车起付钩将废钢倒入转炉。 2．兑铁水

混铁炉工将本炉所要铁水跟随天车送至炉前，为了节约时间，应在上一炉出钢前就把铁水准备好。

炉前工指挥天车的位置应转炉的侧面，在天车工和摇炉工都能看见的地方，哨音和手势要清楚。

向转炉兑铁前应指挥天车对正转炉。转炉应向前倾+30°左右，指挥天车高度适宜后，缓慢向炉内兑铁水。随着天车小钩的上升，缓慢向下摇炉至+60°左右结束。在兑铁水时要防止洒铁。

3．废钢比

废钢装入量和总装入量之比称为废钢比。增加废钢比可以降低铁水消耗，降低转炉生产成本，还可以降低散状料的加入量，减少渣量，从而降低炉渣对炉衬的机械冲刷。转炉炼钢厂根据各自的铁水条件和冶炼品种来确定废钢比，一般在10%-15%。

第三节 供氧制度与供氧操作

氧气顶吹转炉在一炉钢的吹炼过程中，元素的氧化，造渣去除磷硫，熔池升温等主要任务都是通过氧气流股与金属熔池的作用——供氧来完成的。通过供氧制度可以控制熔池元素氧化速度，控制造渣和炉渣的氧化性，所以供氧制度对造渣去除硫磷，喷溅量、以及炉衬寿命等均有直接影响。

供氧制度的主要内容包括合理确定喷头结构、供氧压力、供氧强度、喷枪高度以及在吹炼中如何调节枪位。 一、氧射流及其与熔池的相互作用

1．氧气射流无论对哪一种转炉，顶部氧流都是最重要的供氧渠道。顶氧射流是从出口马赫数远大于l的喷头中喷出的超音速射流。它由超音速段、音速段和亚音速段组成，其射程随出口气流马赫数增大而延长。除超音速段外，射流断面不断扩大。

与自由射流相比，喷入炉膛的氧射流与炉内介质存在温度差、浓度差和密度差，此外还存在反向流动介质和化学反应。炉膛内的氧射流实质上是一种复杂的扩张流，是具有化学反应的逆向流中的非等温超音速湍流射流。

氧射流的能量主要用于搅动熔池，克服阻力及能量损失。研究表明，用于搅动熔池的能量约占射流初始能量的20％,克服浮力的能量约占5％～l0％，非弹性碰撞的能量损失约占70％～80％。 多孔喷头的设计是基于分散氧流，增加它与熔池的接触面积，使吹炼更趋平稳；它对熔池搅拌力减小，但使成渣速度加快。 2．氧射流与熔池的相互作用。氧射流与熔池接触时在液面上形成冲击区——凹坑，凹坑实际上是高温反应区。热模拟实验表明，高温反应区呈火焰状，亦称火点。它由光亮较强的中心(一次反应区)和光亮软弱的狭窄的外围(二次反应区)所构成。据测定，反应区的温度在2000 ～27000C之间。通常，一次反应区直接氧化反应优先得到发展，二次反应区间接氧化反应得到发展。

穿透深度和冲击面积是凹坑特征的主要标志，弗林等人在0.05～90t转炉上得出了确定穿透深度的公式。

实验条件下发现，驱动压力对冲击面积的影响不明显。当冲击速度增加到一定值后，冲击面积随驱动压力的升高而增加，但在高于设

计压力的附近变化平缓；无论是多孔喷头还是单孔喷头，枪位对冲击面积的影响规律相同。冲击面积随枪位的变化，对应于不同的冲击速度存在一个最佳位置，对应于最大冲击面积下的枪位可由公式来确定。

熔池的搅拌程度与氧射流的冲击强度密切相关。氧射流冲击力大(硬吹)，则射流的穿透深度大，冲击面积小，对熔池的搅拌强烈；反之(软吹)，则射流的穿透深度小，冲击面积大，对熔池搅拌弱。在氧射流的作用下，熔池将受到搅拌，产生环流、喷溅、振荡等复杂运动 在不同的吹炼方式下，熔池的化学反应形式也不同。硬吹时，载氧射流大量进入钢中，碳的氧化反应激烈，而熔渣氧化性弱；反之，则进入钢中氧少，熔渣氧化性提高。定性得到证实的元素氧化机理为： 第一，当C，Mn，Si，P等元素含量大于0.1％—0.3％时，它们优先在金属—气体界面上氧化，此时氧由气相内部向金属表面的传质是反应过程的限制环节。

第二，在上述条件下可以进行下述一系列反应：

铁的氧化反应的发展程度取决于C，Mn，Si 的浓度。 第三，当这些元素的含量高时，其氧化速度很少与温度有关。碳和锰的反应主要受氧的传质控制，其活化能为16.8～18.9kJ／mol。硅的氧化则可能不仅如此，它的活化能为25.0～33.5kJ／mol，这说明硅的氧化不是在纯外部扩散状态下进行，而是在外部和内部扩散之间的某种过渡状态下进行。这是由于在金属表面上形成的硅质炉渣、对氧向液体金属界面的扩散造成附加阻力所致。

第四,元素的氧化次序取决于化学反应自由能变化的比值，还与该元素在钢中的浓度及其氧化物在渣中或气相中浓度有关，而与元素的表面活性关系不大。

研究表明，氧射流能量如果全部用于搅拌熔池，仅仅是C0搅拌能量的10％～20％。因此，顶吹转炉的缺点之一就是吹炼前、末期搅拌不足，因为此时产生C0气泡数量有限。

3．乳化和泡沫现象 。由于氧射流对熔池的强烈冲击和C0气泡的沸腾作用，使熔池上部金属、熔渣和气体三相剧烈混合，形成了转炉内发达的乳化和泡沫状态。

冶金中准确的乳化概念是金属液滴或气泡弥散在炉渣中，若液滴或气泡量较小而且在炉渣中可以自由运动，则该现象叫渣钢或渣气乳化；若炉渣中仅有气泡，而且数量多或气泡大，气泡无法自由运动，则该现象叫炉渣泡沫化。可见，炉渣泡沫化是渣气乳化体系的一种特例。由于渣滴或气泡也能进入到金属熔体中，因此转炉中还存在金属熔体中的乳化体系。

渣钢乳化是冲击坑上沿流动的钢液被射流撕裂成金属滴所造成的。如图10—2所示，液滴形成由下述关系所决定：

图10—2 液滴生成示意图

第一，如果在相界面上液滴的惯性力大于表面力和浮力的总和时，在金属液层上缘形成滴。

第二，形成液滴所需要的力是由流动钢液的动能转化而来。 吹炼时金属和炉渣紧密相混，仅把冲击坑表面看成氧气—金属接触面是不适宜的。

通过估算，lOOt转炉吹炼时的凹坑体积约10L，表面积约为0.1m2，而反应区内液滴的总表面积却超过lm2，至少比凹坑表面积大一个数量级。

巴普基兹曼斯基曾用不同方法对金属与炉渣的总接触面积进行估算，有意义的是估算结果相差不大，即金属和炉渣的接触面积约为30～60m2／t金属。显然，它为熔池内各界面反应的快速进行创造了有利条件。

二、氧枪和喷头特点 1．氧枪结构

氧枪又称吹氧管或喷枪，它是氧气顶吹转炉炼钢过程中向熔池供氧的主要设备。氧枪是由喷头，枪身和枪尾三部分组成。枪身由直径不同的三根无缝的钢管同心套装在一起，内层管又叫中心氧管，是氧气的通道,中层管和外层管分别叫中层套管和外层套管，中心氧管和中套管之间形成的环缝为冷却水通道，中层套管和外层套管之间形成的环缝为冷却水的回水通道、喷头用紫铜锻造后切削加工而成或铸造

成型。枪尾结构由包括氧气及冷却水的进出水管接头、吊环、法兰盘和高压软管组成。喷枪结构如图10—3所示。 2．喷头类型及特点

喷头又称枪头或喷嘴。高压氧气在输氧管道中的流动速度较低，一般在60m／s下。氧气流通过喷头后，形成超音速的氧射流，流速为500—600m／s，为音速二倍左右。喷头能最大限度地将氧气的压力能转化为动能获得超音速流股，借此向熔池供氧并搅动金属熔池以达到吹炼目的，采用合理的喷头结构是氧气顶吹转炉炼钢的关键问题之一。

图10—3 直型氧枪示意图

目前国内外氧气顶吹转炉所采用的喷头类型是多种多样的。按喷头形状和特点可分为拉瓦尔型、直简型、及螺芯型等。按喷头孔数可分为单孔及多孔喷头；按吹入物质可分为氧气喷头、氧—燃喷头及喷粉料的喷头。各种喷头结构如图10—4、10—5、10—6、10—7、10—8、10—9、10—10所示。

拉瓦尔型喷头由收缩段，喉口和扩张段三部分组成，如图10—5所示。喉口位于收缩段和扩张段的交界处。喉口截面积最小，通常称为临界截面，而喉口直径又称临界直径。一般喉口长度为直径的1／2—1／3。

图10—4 拉瓦尔喷头结构 图10—5三孔拉瓦尔型喷头示意图

图10—6 单三式喷头结构示意图 图10—7 三喉式喷头结构示

单孔拉瓦尔型喷头是氧气顶吹转炉早期使用的一种喷头，现在小炉子仍然使用。大中型氧气顶吹转炉一般采用多孔喷头。氧、油、燃喷头适用于废钢比大的转炉。

图10—8 三孔直筒型喷头示意图

图10—9 长喉氧—石灰喷头

图10—10 氧、油、燃喷头示意图

三、枪位对吹炼过程的影响

生产中通过变化氧枪高度，即改变喷头与熔池液面间的距离，或者调节供氧压力大小的方式来改变氧气、炉渣、金属液三者的相对运动状态，以达到控制炉内反应的目的。 1．枪位与熔池搅拌的关系

从氧气流股与金属熔池的相互作用可知，在氧气顶吹转炉中熔池搅拌的推动力来自于两个方面，一是氧枪吹入的氧气流股穿入金属溶池内，使炉渣、金属液被击碎并搅动熔池，另一个是由于炉内碳的氧化所产生的C0气泡，在上浮过程中对熔池的搅拌成为熔池搅动的巨大推动力，这些气泡大大地强化了熔池的搅拌作用，促使熔池内金属液进行强烈的循环运动。

当采用“硬吹”时，即枪位较低或供氧压力较高时，氧气流股对熔池的冲击力量较大，形成了较深的冲击深度，同样产生的小液滴和小气泡的数量也多，炉内的化学反应速度快，特别是脱碳速度的加快，大量的C0气体排出，使熔池得到充分搅动，也就是说，枪位越低，熔池搅拌得越充分。应当注意，这里所述枪位越低的波动范围，是在所选用的枪位下限不足以损坏炉底的前提下调节的。

当采用“软吹”时，即枪位较高或供氧压力较低时，氧气流股对熔池的冲击力量减小，反射流股的数量增加，冲击面积加大，对熔池液面的搅动有所增强，对熔池内部的搅动相应减弱了。

如果枪位过高，或氧压很低时，氧气流股的动能低到根本不能吹开熔池液面，只是从表面掠过，这时反射气流也起不到搅动熔池液面的作用。如果长时间采用过高枪位吹炼容易产生爆发性喷溅，具有很大危害，所以应该加以避免。

综上所述，枪位在适当的范围内变化，有利于调节熔池表面和内部的搅动作用。如果短时间内采用高低枪位交替操作有利于消除炉内出现的“死角”，有利于化渣。 2．枪位与(FeO)的关系

渣中(FeO)含量与吹炼的关系极为密切，它不仅关系着成渣速度，而且是转炉的各元素氧化反应的参加者，如脱磷、脱碳都与(FeO)有直接关系。另外，渣中(FeO)的含量对炉龄、喷溅铁损失等都有重要的影响。在某种程度上氧气顶吹转炉炼钢的氧枪操作主要是通过枪位的变化来调节和控制炉渣中有合适的(FeO)含量，以满足吹炼过程各期的需要。如果(FeO)控制不当，会给吹炼带来困难，如化渣太晚，严重“返干”，或化渣太早，喷溅厉害。

氧气流股与熔池接触后，除反射气流外，被金属液直接溶解氧的数量是很有限的。绝大多数氧都与铁、硅、锰、磷等元素发生反应，生成许多氧化物进入炉渣。Fe0是比较特殊的氧化物，它不全部进入炉渣，当与金属液接触时，还能氧化其它元素(如硅、锰、磷、碳)，使其本身还原，在转炉吹炼过程中，不断向炉内供氧，Fe0不断的生成，并在熔池内上浮过程中不断的消耗，只有来不及消耗的Fe0才能进入渣中，因而Fe0成了氧的“传递者”。

枪位不仅影响着FeO的生成速度，同时地关系着Fe0的消耗速度，在低枪位操作时，直接传氧的方式占了主导地位，炉内各元素的氧化反应激烈的进行着，如果低枪位操作一段时间后，Fe0消耗速度大大增加。当枪位低到一定程度，或长时间使用某一低枪位吹炼，这时FeO 消耗速度可以超过Fe0生成速度，因此，炉渣中的(FeO)数量不仅不会增加，甚至会减少。当高枪位操作时，由于氧气流股的动能减少，熔池内的化学反应速度缓慢了，(FeO)的消耗速度减少得比较明显，这时才有可能使FeO在渣中积聚起来，起到提高渣中Fe0含量的作用

因此，在吹炼中为了提高渣中（FeO）含量，往往适当地提高氧枪高度、为了降低渣中(FeO)含量，则采用低枪位操作。 由于枪位不同则吹氧时间不同，同时吹炼各期渣中同。

在同一枪位下，整个过程渣中

含量的变化趋势取决于熔池

含量不

中各元素的氧化速度，且主要取决于碳的氧化速度。 3．枪位与熔池温度的关系

氧气顶吹转炉熔池温度主要取决于热收入与热支出差值的大小，转炉的热收入主要是铁水的物理热和化学热。热支出的主要部分为：把钢水加热到出钢温度所需要的物理热，加热炉渣和炉气需要的热

量，除此之外，还有从炉口、炉壳、喷枪冷却水等处的热损失等。前几项热支出如果条件一定时，变化不大，但后部分的热支出与吹炼时间密切相关。如果吹炼时间延长，这项热损失就会加大，造成熔池温度下降。

实际上枪位对熔池温度的影响是通过炉内化学反应速度来体现的。枪位低时，对熔池搅拌作用强烈，氧气、炉渣、金属液接触密切，化学反应速度快，冶炼时间短，热损失部分减少，则熔池升温速度加快，温度较高。枪位高时，反应速度缓慢，冶炼时间延长，热损失部分增加，因而熔池升温速度缓慢，温度偏低。因此，在铁水温度低时，可适当采用低枪位操作，以利于溶池迅升温。 四、供氧参数

从氧气流股与金属熔池间的作用规律可知，为控制硫和磷杂质的去除、炉渣形成的速度、喷溅大小、吹炼时间长短、以及提高喷嘴及炉衬寿命，必须正确地控制供氧操作中的主要参数，其实质在于获得合适的冲击深度和冲击面积。 1．氧气流量与供氧强度

氧气流量指单位时间内向熔池的供氧量，其单位为Nm3／min或Nm3／h。

氧气流量=单位金属的需氧量(Nm3／t)×金属装入量(t)÷供氧时间(min)。

供氧强度指单位时间内每吨金属的供氧量，其单位为Nm3／t·min。

供氧强度=氧气流量(Nm3／min) ÷金属装入量(t) 供氧强度一般波动在2．5～4．0 Nm3／t·min之间，少数转炉控制在4．0 Nm3／t·min以上。 2．供氧压力与氧枪高度

氧压是供氧操作的一个重要参数，氧压就是指测定点的压力或称氧压P

用，单位为

Pa。它并非喷头出口压力或喷头前压力，在实际

生产中，氧压的测定点与喷头前有一定的距离，所以有一定的压力损失，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0．5～0．8MPa，一些大型转炉则为0．85～1．2MPa。 对于同一氧枪调节使用压力，就是改变氧气流量，改变氧气流股对溶池的冲击力，从而影响吹炼过程的进行。生产实践中，往往采用提高氧气压力来增大氧气流量，以达到缩短吹炼时间，同时增加对熔池的搅拌，但必须指出，在枪高一定时，过分增大氧气压力，产生冲击压力过大，并由此产生冲击深度过大易引起穿透炉底的危险，同时还将引起严重的喷溅。此外，还必须考虑与炉渣形成及杂质去除速度

相协调。如果氧压过低则熔池搅拌能力弱，氧的利用率低，渣中(FeO)含量高，也会引起喷溅。

所谓氧枪高度(即枪位)就是指氧枪喷头出口端距离静止金属液面的高度，单位为cm或mm。氧枪高度合适与否，直接影响熔池的搅拌、化渣、渣中

含量，喷溅，吹炼时间，及炉龄等各个方面。

确定合适的氧枪高度主要考虑两个因素：一是使流股有一定的冲击面积，二是要在保证炉底不被冲刷损坏的条件下，使流股对金属熔池有一定的冲击深度。

生产上氧枪高度的确定，一般先根据经验公式计算确定一个控制范围，然后根据生产实际中操作效果加以校正。 氧枪高度范围的经验公式为： H=（25-55）d喉

式中 H—喷头距熔池液面的高度，cm； d喉—喷头喉口直径，cm；

氧枪高度范围确定后，常用流股的穿透深度来核算一下所确定的氧枪高度。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～O.40

穿)

五、供氧操作

供氧操作是指调节氧压或者枪位，达到调节氧气流量、喷头出口气流压力及射流与熔池的相互作用程度，以控制化学反应进程的操作。供氧操作分为恒压变枪、恒枪变压和分阶段恒压变枪几种方法。 1．几种供氧操作特点

恒压变枪供氧操作是指在一炉钢吹炼过程中氧气压力保持不变，通过改变氧枪高度来调节氧气流对熔池的穿透深度和冲击面积，以控制吹炼过程顺利进行。我国目前普遍采用这种操作。也有的采用分阶段恒压变枪操作，即随炉役期的变化，采用分阶段恒压变枪的供氧操作。生产实践证明，这种供氧操作可根据一炉钢吹炼各期特点，易做到较为灵活的控制，吹炼较稳定，造渣去除硫，磷效果良好，吹损较少。

恒枪变压的供氧操作是指一炉钢吹炼过程中氧枪高度保持不变，仅调节氧气压力来控制吹炼过程，氧气压力可根据各阶段熔池反应的需要氧气情况加以调节。这种供氧操作在吹炼条件比较稳定的情况下较为有效，可简化操作，但调节氧压不如调节枪位灵活、效果明显，如果大幅度降低氧压则会延长吹炼时间，因而在吹炼条件多变的情况下，不采用这种供氧操作。

变压变枪供氧操作不但可以使化渣迅速，而且还可以提高吹炼前期和吹炼后期的供氧强度，缩短吹氧时间，但变压与变枪其效果相互影响，操作中不易做到正确地控制。 2．供氧操作及其分析(恒压变枪) （1）吹炼前期枪位的调节和控制 开吹前操作人员应详细了解以下情况： a．喷头的结构、氧气压力情况；

b．铁水成分，主要是硅、硫、磷的含量； c．铁水温度；

d．炉子情况，是新炉还是老炉，是否补炉，相应的装入量是多少，炉内是否有剩余钢水和渣；

e．吹炼的钢种及其对造渣、温度控制的要求； f．上一班或上一炉操作情况。

对上述情况必须做到心中有数。前期调节和控制的原则是早化渣、化好渣、以利最大限度的去除硫、磷。吹炼前期的特点是硅、锰迅速氧化、渣中Si02浓度大，熔池温度不高，此时要求将加入炉内的石灰尽快地化好，以便形成碱度≮1．5～1．7的活跃炉渣，以减轻酸性渣对炉衬的侵蚀，并增加吹炼前期的脱硫与脱磷率。为此，除应适当地加入萤石或氧化铁皮助熔外，还应采用较高的枪位，如果枪位过

低，不仅因渣中(FeO)低会在石灰表面形成高熔点而且致密的2Ca0·Si02，阻碍石灰的溶解，还会由于炉渣未能很好地覆盖熔池表面而产生飞溅，当然，前期枪位也不宜过高，以免发生严重喷溅。 加入的石灰化完后，如果不继续加入石灰就应当适当降枪，以便降低∑(FeO)，以免在硅锰氧化结束和熔池温度升高后强烈脱碳时发生严重喷溅，前期枪位可参照以下各因素进行考虑

a．铁水成分 如果铁水含硅量高(≥1．0％)时，往往配加的石灰和冷却剂的数量较大，前期为了迅速化渣，枪位可先调节得稍低一点，待温度逐渐上升后再逐渐调节枪位高一点，锰高时由于MnO有助熔作用，则应适当降低枪位。反之，如果铁水含硅很低(<0．3％)，则枪位可适当采用低枪位操作。

b．铁水温度 在铁水温度低时，可先加入少量头批渣料，采用低枪点火延续吹一个短时间，然后加入剩余的头批料，待熔池温度上升后，提枪放在正常吹炼位置上吹炼，如果铁水温度高则可适当采用高枪位操作。

c．装入量 装入量过大，熔池液面较高，如果不相应提高枪位，渣子不易化好而且喷溅严重，还可能造成粘枪或烧枪事故。装入量过小，熔池液面较低，熔池搅拌不好，化渣困难，对去除硫，磷十分不利，可采用高低枪位交替操作。在生产中应严格控制好装入数量。

d．渣料情况 铁水中硫磷含量高，或吹炼低硫钢，或石灰质量差，加入量大时，由于渣量大使熔池液面显著上升，且化渣较困难，化渣时枪位应相应提高些。相反，铁水中的硫、磷含量很低，加入的渣料少，以及在采用活性石灰或合成渣料等情况下，化渣时枪位可适当降低一些。

e．炉龄 开新炉时，开吹后应先压枪提温，然后提枪化渣，以免使渣中∑(FeO)过多而导致强烈脱碳时发生喷溅。新炉阶段枪位可适当低一些，老炉阶段枪位可采用高低枪位交替保证熔池有良好的搅动促进化渣。

f．溶地深度 溶池越深，相应渣层越厚，吹炼过程中熔池面上涨严重，故应在不致引起喷溅的前提下。适当地采用高枪位，以免化渣困难。凡是影响熔池深度的各种因素发生变化时，都应相应地改变枪位。通常在其他条件不变时，随着炉龄的增长，熔池变浅，枪位应该相应降低。在发现炉底有烧损或喷头粘钢严重时，应适当提高枪位。 g．喷头结构在一定的供氧量下，增加喷孔数目，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。 （2）吹炼过程的枪位控制

吹炼过程枪位控制的基本原则是：继续化好渣、化透渣、快速脱碳、不喷溅、熔池均匀升温。吹炼中期的特点是强烈脱碳，在这个阶

段中，不仅吹入的氧气全部用于碳的氧化，而且渣中的氧化铁也大量被消耗。渣中∑(FeO)的降低将使炉渣的熔点上升，流动性下降，还会使炉渣出现“返干”现象，影响硫，磷的去除甚至于发生回磷现象，飞溅也严重，为了防止中期炉渣返干，应该适当提枪，使渣中∑(FeO)保持在10～15％的范围内。 （3）吹炼后期的枪位控制

吹炼后期脱碳反应已经减弱．产生喷溅的可能性不大。这一阶段的基本任务是进一步凋整好炉渣的氧化性和流动性，继续去除硫、磷、使熔池钢液成分和温度均匀，稳定火焰，便于准确地控制终点。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，均匀熔池的温度和成分以及降低终渣的∑(FeO)含量。为此在过程化渣不太好，或者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，使熔池的温度和成分均匀化，降低镇静钢和低碳钢的终点∑(FeO)，提高金属和合金收得率并减轻对炉衬的侵蚀。吹炼沸腾钢时，则应按要求控制终渣的(FeO)含量，当温度高时，可采用缩短最后的降枪时间，即降枪晚一点的办法。反之，当温度低时，可适当延长终点降枪操作时间。 终上所述，氧气顶吹转炉吹炼过程中的供氧操作是吹炼工艺中重要的组成部分，而吹炼过程中能够调节的供氧参数是枪位与工作氧

压，在目前国内生产实践中普遍采用分阶段恒压变枪操作，因此，氧气顶吹转炉炼钢供氧操作的关键是掌握枪位的调节与控制。

第四节 造渣制度

造渣是转炉炼钢的一项重要操作。由于转炉冶炼时间短，必须快速成渣，才能满足冶炼进程和强化冶炼的要求。控制成渣过程的目的是：快速成渣，使炉渣具有一定的碱度，以便尽快将金属中硫、磷等杂质去除到所炼钢种规格要求的范围以内。并尽可能避免喷溅，减少金属损失和提高炉村寿命。

造渣制度就是要确定造渣方法，渣料的加入数量和时间，以及如何快速成渣。

一、成渣过程及造渣途径 1．转炉炼钢对炉渣要求

转炉冶炼各期，都要求炉渣具有一定的碱度、合适的氧化性和流动性、适度泡沫化。在吹炼初期，要保持炉渣具有较高的氧气性，以促进石灰熔化，迅速提高炉渣碱度，尽量提高前期去磷去硫率和避免酸性渣侵蚀炉村；吹炼中期，炉渣氧化性不得过低(通常含Fe0不低于8％～9％)，以避免炉渣返干；吹炼末期，要保证去除P，S所需的炉渣高碱度，同时要控制好终渣氧化性。对冶炼含碳量≥0．10％

的镇静钢，终渣(FeO)通常应控制不大于l5％～20％，在保证去P的前提下，渣中(FeO)尽可能控制在低限；冶炼沸腾钢，终渣(FeO)通常应不大于l2％，需避免终渣氧化性过弱或过强。

炉渣粘度和泡沫化程度亦应满足冶炼过程需要。前期要防止炉渣过稀，中期渣粘度要适宜，末期渣要化透作粘。炉渣泡沫化不足，将显著降低金属脱磷率；炉渣过泡，容易导致剧烈溢渣和喷溅，增加吹损，降低炉子寿命。 2．转炉成渣过程

吹炼初期，液态炉渣主要来自铁水中Si，Mn，Fe的氧化产物。加入炉内的大量石灰块，由于温度低表面形成冷凝外壳，造成熔化滞止期，对于块度为40mm左右的石灰，渣壳熔化约需数十秒(<50s)。由于Fe的氧化和温度升高，促进了石灰的熔化，使碱度很低的炉渣碱度逐渐提高。开吹时渣量的增加主要来源于Si，Mn，Fe的氧化产物，而随后则主要来源于石灰的熔化。

吹炼中期，由于炉温升高，石灰进一步熔化，同时因为脱碳速度加快而导致渣中(FeO)逐渐降低，使石灰熔化速度有所减缓。随着脱碳反应进行，炉渣泡沫化程度迅速提高。由于脱碳反应大量消耗渣中(FeO)，以及有时得不到超过渣系液相线的正常过热温度，使化渣条件恶化，引起炉渣异相化，并可能出现返干。

吹炼末期，脱碳速度下降，渣中(Fe())量再次增高，石灰继续熔化并加快了熔化速度。同时，熔池中乳化和泡沫现象趋于减弱和消失。 初期渣的主要矿物为钙镁橄榄石m[(Fe·Mn·Mg·Ca)Si04]和玻璃体(Si02)。钙镁橄榄石是锰橄榄石(2Mn0·Si02)、铁橄榄石(2Fe0·Si02)和硅酸二钙(2Ca0·Si02)的混合晶体，当(MnO)高时，钙镁橄榄石以2Fe0·Si02和2Mn0·Si02为主，通常玻璃体不超过7％—8％，渣中含自由氧化物(RO)相很少。

随着炉渣碱度的提高，由于Ca0与Si02的亲合力比其他氧化物大，Ca0逐渐取代钙镁橄榄石中的其他氧化物，在石灰表面生成高熔点的坚硬致密的2Ca0·Si02壳层，阻碍了新鲜炉渣向石灰块内部的渗入，导致石灰熔解速度下降。石灰与钙镁橄榄石和玻璃体Si02作用时，生成Ca0·Si02，3Ca0·2Si02，2Ca0·Si02和3Ca0·Si02等产物、其中最可能和最稳定的乃是熔点为21030C的2Ca0·SiO2。 在吹炼末期，RO相急剧增加，生成的3Ca0·Si02也能分解为2Ca0·Si02和Ca0，并有2Ca0·Fe203生成。 3．石灰熔化

石灰熔化是复杂的多相反应，其过程可分为：

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，反应不仅在石灰块外表面上进行，而且在内部气孔表面上进行： 第三步，反应产物离开反应区向炉渣熔体中转移。

从炉渣下层取出未熔石灰块，观察其断面并分析从外到内各层的化学成分可知，炉渣由表及里向石灰块内部渗透，表面有反应产物形成。

显然，加速石灰熔化的关键是克服石灰熔化的限制环节。首先应极力避免形成高熔点坚硬致密的2Ca0·Si02壳层，当其产生后，应该设法迅速破坏掉这一阻碍石灰熔化的壳层，以保证炉渣组分能够迅速不断地向石灰表面和内部渗入。转炉条件下石灰熔化速度Vcao的近似方程式为：

式中 k——系数； T——温度，K； Vc——脱碳速度； G——石灰重量。

可见，影响石灰熔化速度的主要因素有：参与熔化反应的组分的浓度，与流体力学有关的传质、熔池温度、反应面积、用活化能表示的能量因素的石灰质量等等。

4．转炉快速造渣

在转炉吹炼过程中，由于熔池温度和金属成分不断变化、以及加入石灰等多种造渣材料，因而炉渣成分和性质也不断变化。为了尽快得到具有一定性能的炉渣，需要选择合理的造渣途径。

转炉快速造渣可以采取的措施包括：（1）采用具有高反应能力的活性石灰：（2）在有条件时，采用粉状石灰增加石灰颗粒的比表面积；（3）采用锰矿、白云石做助熔剂；（4）采用自熔合成渣；（5）改善和加强熔池搅拌；（6）适当提高熔池温度和保持炉渣的过热度；（7）合理控制炉渣氧化性和碳氧化速度；（8）采用兑铁水前预加石灰和留渣操作工艺等。

二、造渣方法

根据铁水成分和冶炼钢种的要求，氧气顶吹转炉常用的造渣方法有三种，即单渣法、双渣法和双渣留渣法。 1．几种造渣方法及特点 （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。

当铁水含硅、磷、硫较低(P<0．20％，S<0．055％，Si<1．0％)时，或钢种对磷、硫要求不高时，或者吹炼低碳钢时，都可以采用单渣操作。

在实际生产中为了促进早化渣，渣料是分批加入的(可分二、三批加入)。单渣操作工艺比较简单，冶炼时间短，劳动条件好。单渣操作的脱磷效率在90％左右。脱硫效率在30-40％左右。 （2）双渣操作

双渣操作是在吹炼中途倒出或扒出部分(约l／2或2／3)的炉渣，然后加造渣材料造新渣的方法。根据铁水成分和所炼钢种的要求，也可以多次倒炉倒渣造新渣。

在铁水含硅较高，或含磷大于0．5％，或含硫并不高而吹炼优质钢，或吹炼中，高碳钢种时，都可以采用双渣操作。采用双渣操作，中途倒渣的好处是：

a．由于去除磷、硫的数量大，或因铁水si高，加入的渣料多，因此形成的渣量大。倒渣可以消除过大渣量引起的喷溅。

b．吹炼前期炉渣碱度低，磷、硅极大量的氧化进入渣中，倒渣能达到较高的去磷效果。同时初期酸性渣倒出后，可以减轻对炉衬的侵蚀，并且减少石灰的消耗量。

采用双渣操作，可以在转炉内保持最小的渣量，同时又能达到最高的去除磷硫效率。

倒渣的时间过早或过晚都不好。应该选择在渣中含磷量最高，含铁量最低的时刻倒渣较好。能达到脱磷效率最高，铁的损失最小的良好效果。

（3）双渣留渣操作

留渣操作就是将上炉终点渣的一部分或全部留在炉内，然后在吹炼第一期结束时倒出来，重新造渣。这种采用双渣法的终渣，一般有高的碱度和比较高的∑(FeO)含量，它对铁水具有一定的去磷和去硫能力，且本身还含有大量的物理热，将这种炉渣部分地甚至全部留在炉内可以显著加速下一炉初期渣的成渣过程，提高吹炼前期去磷和去硫率节省石灰用量和提高炉子的热效率。在留渣法中，必须特别注意防止兑铁水时产生严重喷溅。如上一炉终点碳过低，一般不宜留渣。 根据以上的分析比较可知，单渣操作是比较简单稳定的，有利于炼钢过程的自动控制。但对于含硅、硫、磷高的铁水，最好是预先处理。使其进入转炉前符合炼钢要求。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。 2．渣料加入量

石灰加入量 石灰加入量主要根据铁水中硅、磷含量和炉渣碱度确定。在铁水含磷量较低(P<0．30％)，采用单渣操作和用废钢做冷却剂时，石灰加入量X可如下计算：

X={2．14[％Si]·R·1000}／(％CaO)有效，kg／t金属料 式中：

(％CaO)有效——石灰中的有效Ca0含量=(％CaO)石灰—R·(％Si02)石灰；

2．14——MSi02／MSi，即Si02与Si的相对分子质量之比； R=(％CaO)／(％Si02)——碱度。

当铁水中含磷较高并假定金属料中含磷量的90％氧化进入炉渣，则石灰量X可按下式计算：

X={(2．14[％Si]+1．31[％P])·R·1000}／％(CaO)有效，kg／t金属料 式中：

R=(％CaO)／{(％Si02)+0．634(％P205)}； 1．31=(0．634×0．90)×142／62； 142／62为P205质量与P2相对分子质量之比。

第五节 温度制度

温度制度指转炉吹炼过程温度和终点温度的控制制度。它对转炉的化学反应方向、反应程度、各元素间的相对反应速度及熔池的传质传热都有重大影响。温度制度的目标是希望吹炼过程均衡升温，终点时钢水温度和化学成分同时命中钢种要求的范围。

一、出钢温度的确定

确定出钢温度的出发点是保证正常浇注出铸坯或钢锭，出钢温度t出可按下式确定：

T出=T液十△tl十△t2 式中 ：

T液——所浇钢种的液相线温度； △tl——浇注过程中钢水的温降；

△t2——从出钢、钢水精炼到开浇时钢水的温降。

1． T液决定于钢液成分。钢种不同或者同一钢种成分有差异时，其液相线温度也不同。在计算T液时，通常是将钢中每一种元素的影响值相加。下式是推荐的计算T液的公式之一。

T

0

液=1538C—[88％C+8％Si+5％Mn+30％P+25％S+5％

Cu+4％Ni+2％Mo+2％V+1.5％cr]

2． 它是钢水浇注过程中的温降，即钢水开浇时必须保持的过

热温度。合适的开浇温度主要由生产条件和浇注质量所决定。模注钢水过热度一般为50--1000C；对于连铸，过热度通常为5—300C.内部质量要求严格的钢以过热度偏低为好，表面质量要求严格的钢以过热度偏高为好。

3．

其值随生产条件不同而异，通常由实测或经验确定。它与

出钢时间、钢流状态、盛钢桶大小、桶衬温度、加入铁合金状况、镇静时间等有关，一般为30～800C。对于连铸，由于增加了中间包热损失，中间包水口小，浇注时间长，因此钢水温度要比模铸高20～500C,对于有精炼工序的车间，还必须考虑精炼过程中钢水温度的升降。

需要指出，为了提高炉龄和钢质量及其他技术经济指标；应使出钢温度尽可能降低。

二、冷却剂及其加入量确定

通常，转炉获得的热量除用于各项必要支出外，尚有大量富裕热量，雷加入一定数量的冷却剂。要准确控制熔池温度，用废钢作冷却剂效果最好，但为了促进化渣，也可以搭配一部分铁矿石或氧化铁皮。目前。主要采用的有定废钢调矿石或定矿石调废钢等冷却方式。

冷却剂的冷却效果，是冷却剂被加热到一定温度所消耗的物理热和冷却剂发生化学反应消耗的化学热之和。

若把普通低碳钢的冷却效果当做l，则常用冷却剂的冷却效果对比见表10—4。

表10—4不同冷却剂的冷却效果

冷 却 剂 与废钢相比的冷却加入l％冷却的金属温度降低效果 废 钢 铁矿石、铁皮(90％作用) 石 灰 石 ～4．25 34～38 1 4～4.5 值，K 8.5～9.5 35～40 如果富余热量Q余已知，用废钢作冷却剂时废钢加入量G废钢为： G废钢=Q余／q废钢， kg

如果用矿石作冷却剂，由于矿石中含Si02，为了保证炉渣达到预定的碱度，需要补加石灰。 三、吹炼过程的温度控制

温度控制的办法主要是适时加入需要数量的冷却剂，以控制好过程温度，并为直接命中终点温度提供保证。冷却剂的加入时间因条件不同而异。由于废钢在吹炼时加入不方便，通常是在开吹前加入。利

用矿石或铁皮做冷却剂时，由于它们同时又是化渣剂，加入时间往往与造渣同时考虑，多采用分批加入方式。

影响冷却剂用量的主要因素包括：①铁水条件(成分、温度)；②铁水比；③钢种(终点成分和温度要求)；④供氧条件；⑤空炉时间；⑥喷溅；⑦石灰用量；⑧炉龄；⑨造渣方法。

第六节 终点控制和出钢

一、终点控制

终点控制是转炉吹炼末期的重要操作。由于脱磷、脱硫比脱碳操作复杂，因此总是尽可能提前让磷、硫去除到终点要求的范围。这样。终点控制便简化为脱碳和钢水温度控制，所以把停止吹氧又俗称“拉碳”。从广义上讲。终点控制应包括所有影响钢质量的终点操作和工艺因素控制。 二、终点碳控制的方法

转炉的终点控制可以达到准确控制吹炼过程和终点的目的，具有较高的终点命中率。终点控制通常采用“拉碳”和“增碳”两种操作方法。

拉碳法是在熔池金属液含碳量达到出钢要求时停止吹氧，即吹炼终点时，不但熔池的硫、磷和温度符合出钢要求，而且熔池中的碳加

上铁合金带入的碳也能符合所炼钢种的规格，不需要再专门向金属液中追加增碳剂增碳。

增碳法是在吹炼平均含碳量≥0.08％的钢种时，都采取吹到0.05～0.06％时停吹，然后按照所炼钢种的规格，在钢包内加增碳剂进行增碳。

拉碳法具有终点钢水氧含量和终渣(FeO)较低、终点钢水含锰量较高、氧气消耗量较少等优点；增碳法省去补吹时间，生产率高，终渣(FeO)较高，去磷率高，热量收入较多，有利于增加废钢用量。 三、终点碳和温度的判断 1．终点碳的判断

终点含碳量的判断目前有以下主要方法：炉口火焰和火花观察法、样模大样判断法、高拉补吹法、结晶定碳法、耗氧量参考判断法，并有副枪结合过程计算机动态控制等。 （1）炉口火焰和火花观察法

火焰和火花观察法是现场生产实践经验的积累，它是从炉口火焰和火花的变化，判断炉内钢水含碳量，决定吹炼终点，然后在停吹后取样观察钢水样的火花和钢样外观，进一步判断钢中含碳量，采用这种方法判断含碳为0.40—0.20％的钢水比较有效。

依据火焰及火花的变化确定钢中碳含量并且在实际生产中去判断是按以下规律进行的。

转炉从炉口喷出的火焰是由可燃性气体燃烧形成的。在转炉吹炼过程中，由于碳氧化生成大量的C0气体，高温的C0气体，从炉口排出时，与周围的空气相遇，立即氧化燃烧，形成了火焰。在一定温度下，火焰的长度和亮度决定于火焰中C0和CO2的数量，而火焰中C0和C0的数量又间接地反映了钢液中碳氧化的数量，炉口火焰的颜色、亮度、形状、长度等，是熔池温度和单位时间内C0排出量的标志，而C0排出量又直接与熔池脱碳速度有关。当碳在熔池开始剧烈氧化时，火焰伸长，逐渐发亮，随着碳的氧化，火焰也越来越浓厚发亮，显得有力，但这时对熔池含碳量进行判断是不太容易的，当碳继续氧化，降低到一定范围(0.2％)内由于炉内碳氧反应速度明显变慢，产生的C0气体显著减少，造成火焰明显收缩，火焰发淡，若再继续吹炼，火焰萎缩变短，摇晃无力，表明熔池内碳已很低了。若其它条件具备，即可提枪倒炉出钢，这是吹炼低碳钢种时拉碳的主要方法之一。

影响观察火焰的判断主要因素有以下几方面。 a．温度

熔池温度高时，碳氧化反应速度快，火焰明亮有劲，看起来碳好象还高，实际上已经不高了，这时应比火焰正常时早拉一点碳，肉眼判定的碳含量一般地实际碳含量高0.010～0.020%。

熔池温度低时，碳氧化反应速度慢，火焰发软、颜色淡青，火焰收缩较早，看上去碳好象不太高，实际上碳较高，因此应比火焰正常时稍晚一点拉碳，肉眼判定的碳含量比实际碳含量低0.01～O.02％。 b．炉渣

吹炼过程中，如果渣子不化，则火焰发冲，这时应早拉碳，如果渣子过稀、过泡则火焰发软并且摇晃，应晚拉碳。 c．炉役期

炉役前期炉膛小，氧气流股对熔池的搅拌力强，炉内化学度应速度快，炉口较小。因此火焰较冲，要防止碳拉得偏低，应早点拉碳。 炉役后期炉瞠大，氧气流股对溶池的搅拌力弱，火焰显得较软弱，火焰收缩早，应注意晚点拉碳。 d．枪位、氧压

枪位高或氧压不足时，熔池搅拌力弱，火焰发软，应晚拉碳。 枪位低或氧压大时，溶池搅拌力强，碳的氧化反应速度快，火焰有力，应早拉碳。 c．氧枪

枪孔变形后，冲击力小，搅拌力弱，火焰软，应晚拉碳。 喷嘴蚀损后，多孔作用降低，火焰冲，应早拉碳。 （2）样模大样判断法

从炉内取出钢水样，不用铝脱氧，倒入样模，对于不同含碳量的钢水，样模内的外观和凝固过程其现象是不同的。采用这种方法判断含碳为<0.20％的钢水比较有效。 ≤0．04，表面凸起，光滑发亮。

0．04～0．06，表面凸起，微见细小颗粒，表面发亮。 0．06～0．08，颗粒较明显，表面开始粗糙。 0．08～0．10．颗粒多而较致密，表面粗糙。 0．10～0．12，表面凹凸不明显，颗粒较粗。 0．12～0．14，表面微下凹，点粗而多，但不成瘤。 0．14～0．15，表面凹入，光滑发黑。 0．15～0．16，表面凸起，点少。

0．16～0．17，表面凹凸各半，凹入处有点。 0．17～0．18，表面凸起点多，均匀有规律。

由于锰高影响着碳，所以在看钢样时，锰和碳要同时看，钢水余锰高，钢水发粘，结膜时间短。钢水在样模内凝固后，要注意区分碳

疙瘩与锰疙瘩、表面四周凸起的扁而发兰色的斑点、疙瘩愈多，则表示余锰量越多。

判断终点碳的钢样，要做到取钢样要取深取满、取稳，并且要渣层覆盖，倒样速度要合适，观察时要注意排除一些假象。 （3）高拉碳补吹法

所谓高拉碳补吹法，也是根据观察炉口火焰和碳火花情况，并考虑到炉役期，结合供氧时间和耗氧量，按所炼钢种规格要求稍高一些进行拉碳快速分析后，再按这一含碳量范围内的降碳速度补吹一段时间，这种方法即称为高拉碳补吹法。 （4）结晶定碳

采用高拉碳补吹法吹炼中、高碳钢时，一般在停吹后，总是要在得到碳的分析结果后才能出钢。因此化验分析速度成为一个限制环节。采用高拉补吹法时，终点可用结晶定碳判断。速度快而准确，其工作原理简述如下：

当液体的纯金属缓慢地冷却到一定温度时，会结晶成固体，而且从开始结晶到结晶完了保持在一个固定的温度，这个温度就是结晶温度，结晶过程保持恒温，纯金属的冷却曲线如图10—11所示。

图10—11 纯金属结晶过程的冷却曲线

可见钢水在连续冷凝过程中，当达到由液相变为固相的结晶温度时，在温度时间记录曲线上就必然会出现明显的拐点。拐点即表示结晶的温度，不同含碳量的钢水所表示的结晶温度也是不同的。因此，利用结晶温度的不同可测定出钢水的含碳量。操作时，可将钢液倒入样模内，此模子下面装有一个“定碳头”，其中装有快速热电偶，偶丝经补偿导丝连接至电子电位差计，自动记录下钢水结晶过程的冷却曲线，根据曲线上出现的拐点的电势值折换成温度值，即可按予先制定的表格换算成一定的含碳量。 （5）耗氧量和供氧时间

生产实践中，可参考耗氧量和供氧时间拉碳。耗氧量主要决定于吹炼过程铁水中诸元素的氧化量，氧利用系数和铁水重量。此外。还与供氧制度、渣料、冷却剂、提温剂等类型和数量有关。由此可见。吹炼过程中，若仅碳氧化量改变，其它条件不变，则碳氧化量越多，耗

氧量随之增加，供氧时间随之延长，可以根据上几炉生产条件相同炉次的供氧时间和耗氧量，作为本炉拉碳的参考。 2．终点温度的判断

终点温度常用的判断方法有：火焰判断、取样判断、喷枪冷却水进出水温差判断和热电偶测定，并有副枪测量结合过程计算机动态预测。

（1）火焰判断

在吹炼过程中炉口火焰是熔池温度状况的标志。

熔池温度高时，炉口喷出的火焰白亮而浓厚有力，并由于铁的蒸发较大，火焰四周带有红焰或白烟。

熔池温度低时，炉口喷出的火焰透明淡薄红烟少，火焰整个形状不圆，带刺，边上有火花反应，颜色发暗，呈青灰色，喷出的渣子发红，常伴有未熔化的石灰粒。 （2）取样判断

取样判断一般分为两种，即脱氧前的取样与脱氧后的取样。 a．脱氧前的取样主要观察钢水表面以判断钢水温度。

当钢水温度高时，用木板拨开样勺之上覆盖的渣层时很顺利，即渣子和钢水很容易分并。样勺内的钢水白亮、活跃，倒入样模后开始均匀的沸腾，结膜时间比较长；当钢水温度低时，样勺内渣层与钢水不容

易拨开，钢水颜色发暗，钢水混浊发粘，倒入样模后沸腾微弱，结膜时间短。

另外，还可以用秒表计算钢水在样勺中结膜时间来判断钢水的温度。钢水结膜时间长，则表示温度高。反之则表示温度低。 b．脱氧后的取样这部分钢样大多是从钢包中取出的。当钢水温度高，脱氧好时，样勺内钢水白亮平静，边缘上有少量的白膜游动，倒入样模内很快地结成一层白膜，但局部几处表面钢水还在游动不凝结，凝结后表面中心稍向下凹。

当钢水温度高，脱氧不好时，钢水白亮发青色，在样勺内表现微微跳动，钢水倒入样模内表面不结膜，而由样模边缘向中心逐渐凝结，未凝固部分似乎还在游动。最后中心冒起一块。

当钢水温度低，脱氧好时，钢水未倒入样模内表面就有白膜出现，稍有凝固现象，倒出钢水时很粘，在样模内马上凝固。

当钢水温度低，脱氧不好时，钢水在样勺内呈青色，表面不结膜，倒入样模后一部分很快凝固，另一部分有钢水游动，最后冒出来一块。 （3）利用喷枪冷却水进出水温差判断

喷枪冷却水进出水温差也能反映熔池温度状况，所以在转炉吹炼过程中，则可根据喷枪冷却水进出水温差判断炉内温度高低。

（4）热电偶测定

目前我国各钢厂普遍采用的是一种铂—铂铑浸入式热电偶测温、终点倒炉时直接插入熔池钢液中，并由电子电位差计上得到温度的读数，此法迅速可靠。 （5）炉况判断炉温

摇炉倒渣取样时，可以观察炉祝判断炉温炉膛白亮有泡沫渣涌出时表明温度高，如果炉口没有泡沫渣涌出，渣子发死，炉膛不白亮，则表明温度低。

在出钢过程中，还可以用肉眼观察出钢时的钢流，来判断温度的高低，如果钢流白亮刺眼，钢流边缘有火舌则说明温度高。如果钢流发散，钢流有红烟，靠出钢口附近处火星多，钢流呈桔黄色，不刺眼，表明钢水温度低。 四、副枪

所谓副枪是相对于氧枪(主枪)而言的，它是设置在氧枪旁边的另一支水冷枪。副枪目前有两种形式。一种是固定式的适于大型转炉和新建的炼钢厂采用，另一种为旋转式，这种因枪占用空间小，特别是高度方向，故便于安装在旧的转炉上，它有利于旧厂的改造。副枪由枪体和插接杆两部分组成。枪体与喷枪的枪身类似，由三层无缝钢管

套装而成，中心管为导线和压缩空气通道，第二、三层则为冷却水进退水管路。副枪插接杆上装插接杆与内管导线连接，通过联接不同功能的接头，可以实现各种测量功能，即钢水液面测量，钢水温度测量，钢水含碳量测量、钢水含氧量测量以及取钢样。副枪基本上集上述各项测量技术的大成，根据不同工艺阶段的需要，进行不同的测量参数组合。在转炉炼钢过程中根据工艺要求可以组成下列几种探头： 1．钢水液面和铁水温度探头(T型)

这种探头主要用于转炉兑入铁水以后的测量，因为在开始送氧吹炼之前，需要知道铁水在炉内的液面高度，以便决定氧枪开吹位置。同时铁水温度是推断吹炼过程与终点温度的重要因素，此时不需定碳、定氧、也不需取样。 2．测温、定碳探头(TS型)

在吹炼过程中，为了及时掌握脱碳速度和钢水温度，需测温和定碳。

3．测温、定碳、取样探头(TSC型)

这种探头主要用于终点前2～3min时的测量，以便掌握钢水温度和碳含量，为转炉动态控制提供主要参数。 4．测温、定氧、取样探头(TS0型)

该探头的功能主要是用于终点温度、终点氧(碳)的测量，该探头提供的钢样可用于全分析。

副枪的作用就是在不倒炉的情况下，快速准确、间断地检测吹炼过程中熔池内钢水的温度、碳含量、液面高度、氧含量等，是用于转炉吹炼计算机动态控制必不可少的设备。通过副枪可以有效地提高吹炼终点命中率，从而提高钢的质量、产量，提高炉龄以及降低钢铁料消耗，劳动条件可以大为改善。 五、出钢

转炉出钢时间一般为3～8min，应采用红包出钢和挡渣出钢法。自1970年日本发明挡渣球法挡渣出钢后，先后又出现了多种档渣出钢方式。图10—12为挡渣棒法、吹气法、带抑制涡流作用的挡渣装置和带避渣罩防止涡流卷渣的挡渣法的示意图。

图10—12 挡渣出钢装置示意图

（a） 挡渣棒法 (b)一避渣罩法 (c)一吹气法 (d)一挡

渣器法

第七节 脱氧和合金化

一、脱氧

向钢中加入一种或几种与氧亲合力比铁与氧亲合力大的元素，夺取钢中多余氧的操作称为脱氧。

炼钢是氧化精炼过程，冶炼终点钢中氧含量较高(0.02％～0.08％)，为了保证钢的质量和顺利浇注，冶炼终点钢必须脱氧。通常，镇静钢允许氧含量≤0.002％～0.007％，沸腾钢约为0.01％～0.045％，半镇静钢约为0.005％～0.02％。脱氧的目的是把氧含量脱除到钢种要求范围，排除脱氧产物和减少钢中非金属夹杂数量，以及改善钢中非金属夹杂的分布和形态；此外，还要考虑细化钢的晶粒。 1．脱氧方法

脱氧方法有三种：沉淀脱氧、扩散脱氧和真空脱氧。转炉炼钢厂常用的脱氧方法有沉淀脱氧和真空脱氧。

（1）沉淀脱氧 沉淀脱氧是把块状脱氧剂加入钢中的一种脱氧方法。

选择脱氧剂除考虑脱氧能力外，应考虑脱氧产物尽量不溶于钢中和易于排除，即使滞留钢中，其危害应尽可能小。此外，脱氧剂应该来源广，价格便宜。常用脱氧剂主要为Mn，Si，Al等，而且多以铁合金形式使用。复合脱氧剂会使脱氧常数下降，因而脱氧能力提高，同时脱氧产物的熔点比单一氧化物低。常使用的如Si—Mn，Si—Ca，Si—Al，Si—Mn—Al，Al—Si—Ca，Si —Al—BaFe，FeAl等。

（2）真空脱氧 真空脱氧是指低压下使钢液中碳氧反应更加完全而降低氧的操作，反应产物为气体，不形成钢中非金属夹杂物。同时，C0气泡的上浮有利于金属去气和排除夹杂。 2．脱氧剂加入的原则

（1）脱氧剂加入的顺序，一般先加脱氧能力弱的，后加脱氧能力强的，这样生成的脱氧产物较易上浮。也可先加脱氧能力强的，后加脱氧能力弱的，这样硅、锰收得率高且较稳定，给精炼带来方便，其脱氧产物经过钢包吹氩搅拌，上浮也很充分。 （2）以脱氧为目的元素先加，合金化元素后加。

（3）易氧化的贵重元素应在脱氧良好的情况下加入，如钒铁、铌铁等合金应在硅铁、锰铁、铝等脱氧剂全部加完以后再加入，以提高其收得率。

（4）难熔的、不易氧化的合金，如铜、镍、钨铁、钼铁等，应加在炉内。

脱氧剂收得率受钢水和炉渣氧化性、钢水温度、出钢的下渣状况、脱氧剂块度和比重、加入时间和地点、加入次序等多方面影响。 镇静钢主要采用炉内预脱氧—钢包内补充脱氧或全部脱氧剂加入钢包内的脱氧方法。沸腾钢主要采用Fe—Mn脱氧，脱氧剂全部加入钢包内，出钢时加少量铝调整钢水氧化性。

二、合金化

向钢中加入一种或几种合金元素，使其达到成品钢成分要求的操作称为合金化。实际上，脱氧和合金化大多同时进行。 1．合金加入量计算

各种脱氧合金的加入量可按以下公式进行计算：

合金加入量=(钢种规格中限％—终点残余成分％)÷(铁合金的合金元素含量％×合金元素收得率％)×1000×钢水量 (kg) 例：冶炼某钢种,其成分是C 0.12～0.18%、Mn 1.0～1.5%、Si 0.2～0.6%。采用Mn-Fe合金化，其含Mn 68.5%，Mn的收得率85%，冶炼终点钢水残锰0.15%。出钢量为120吨。求该炉钢Mn-Fe合金的加入量是多少?

解： [%Mn] 目标中限－ [%Mn] 残

Mn-Fe合金加入量

＝ ×1000×出钢量

[%Mn]

合金

×η

1.25%－0.15%

＝

×1000×120

68.5%×85%

=2267（Kg） 答：Mn-Fe合金加入量是2267Kg。

2．合金元素收得率及其影响因素

合金元素被钢水吸收的部分与加入总量之比称为合金元素收得率。生产实践表明，准确判断和控制合金元素的收得率，是达到预期的脱氧程度和提高成品钢成分命中率的关键。

影响合金元素收得率的因素包括：a．钢水氧化性；b．终渣的∑(FeO)含量；c.合金脱氧能力；d.合金加入顺序；e.合金加入量；f.出钢下渣状况；g.合金块度。等等。

第八节 转炉吹损与喷溅

一、吹损

氧气顶吹转炉的出钢量比装入量少，这说明在吹炼过程中有一部分金属消耗掉了，这部分消耗的数量就是吹损。一般用其占装入量的百分比来表示。

吹损 = （装入量—出钢量)÷装入量× l00％

氧气顶吹转炉主要是以铁水为原料。把铁水吹炼成钢，要去除碳、硅、锰、磷、硫等杂质；另外，还有一部分铁被氧化。铁被氧化生成的氧化铁，一部分随炉气排走，另一部分留在炉渣中。吹炼过程中金属和炉渣的喷溅也损失一部分金属。吹损就是由这些部分组成的 二、喷溅控制与预防

金属喷溅、泡沫喷溅和爆发喷溅，是顶吹转炉操作中几种常见的现象，在吹炼过程中常常遇到在加入第一批料及第二批料后，不一会儿就有强烈的喷溅发生，以第二次更为猛烈，待吹炼结束时又急剧下降。有时在铁水温度较高，含Mn、Si量较高时吹炼过程的温度也很高的情况下，或采用过高的炉渣碱度，过高的枪位。吹炼后期(14～15min)也易发生喷溅。

为了减少喷溅，我们必须按喷溅的各种现象连贯起来进行系统分析，弄清产生喷溅的根本原因，并掌握其规律性。 1．喷溅产生的原因

铁水比重很大，约为7．15t／m3，炉渣的比重约为3．0～3．5t／m3，如果没有足够的力量，要想把金属和炉渣吹出炉外是不可能的。

顶吹转炉炼钢有两个显著的特点，一是供氧强度大，一是脱碳反应激烈，速度快。因此促使喷溅的力量不外乎是氧气流股的冲击力量和碳的激烈氧化形成的大量的C0气体排出时的推动力。

但两者中任何一种单独的力量都不能产生喷溅。例如有些研究资料证明，如果当氧压为0．75～1．0Mpa，流量为2100～2700Nm3／h，金属和炉渣的喷溅高度也不过是1．5m左右；一般30t 顶吹转炉从液面到炉口相距4m左右，可见单独的氧气流股冲击能量是不致引起喷溅的。若碳的氧化反应均衡地进行，所产生的C0气体的推动力也不会引起喷溅。

氧气顶吹转炉产生喷溅的原因是：

(1)加第二批料后操作不正常引起严重喷溅。

此时Si、Mn氧化已结束，脱碳反应正在进行，如果前期操作温度不高，又因第二批料加入后使熔池温渡停滞上升，甚至下降，那么脱碳反应必暂时受到抑制不能顺利进行，但此时供氧仍在不断进行，钢中及渣中将积累较多的氧．同时熔池中碳的浓度也较高，一旦熔池温度升高后，在氧气流股对渣及钢液的冲击之下，便产生激烈的碳氧

反应，在极短的瞬间产生大量的C0气体由熔池排出，如同小型爆炸一样而引起激烈喷溅，通常称爆发喷溅，特别是前期渣子化得不好时金属喷溅尤为严重。

(2)造渣操作不当往往引起喷溅

有时因操作不当二批料加入过早，这样便引起熔池温度下降，C的氧化不能顺利进行，如上述的道理一样易发生喷溅。相反有时二批料加入太晚，此时熔池温度已很高，C的氧化正高速进行，渣中氧化铁低。一批料加入后渣子不易化，不能很好地覆盖金属表面，氧气流股直接冲击金属液面后，使为数较多的小铁粒在C0排出时的强大力作用下喷出炉外，形成强烈的金属喷溅。 (3)炉渣组成和金属喷溅的关系也较密切

当渣中有一定的(FeO)积聚，并且温度恰好提高到C开始剧烈氧化前易引起大喷；或者当炉渣碱度较低，渣中(Si02)、(FeO)较高时，有利于泡沫渣的形成，从而使C0气泡的排除暂时受到阻碍，待积聚一定数量后就导致连续喷溅的发生。 (4)喷枪操作不当会引起喷溅

在吹炼过程中常常由于未及时降枪，长时间地采取高枪位操作，致使渣中(FeO)含量较多，而产生激烈的喷溅。 (5)炉渣返干易产生喷溅

在吹炼中期，由于脱碳反应猛烈，致使渣中(FeO)降低。炉渣的熔化温度相应提高，这样液体渣中将有一部分固体物析出，使炉渣粘度增高了，出现所谓“返干”现象，若不及时适当降枪，以增加渣中(FeO)含量，以及配加萤石，降低炉渣粘度，那么，炉内气体不易排出，于是产生较为严重的泡沫现象而引起泡沫喷溅。 2．喷溅预防与控制：

通过分析喷溅产生的原因，要想防止喷溅就要采取措施促使脱C反应在吹炼时问内均匀地进行，减轻熔池的泡沫化，降低吹炼过程中的液面高度及其波动。具体措施如下：

(1)炉型要合理。如应有适当的高度和炉容比，采用对称的炉口和接近于球状的炉型。

(2)限制液面高度。在炉容比一定的条件下，应限制渣量和造渣材料的加入量，尽量降低渣层厚度。可加入防喷剂或采用其它方法破坏泡沫渣，也可以在吹炼中期倒渣，还应避免转炉的过分超装。 (3)加入散状材料要增多批数，减少数量，尤其是铁矿石，不仅要分批加入而且应限制其用量。用废钢作冷却剂可使吹炼过程比铁矿石平稳。

(4)正确地控制前期温度。如果前期温度低，炉渣中积累起大量的氧化铁，随后在元素氧化，熔池被加热时，往往突然引起碳的激烈氧化，容易造成爆发性喷溅。

(5)减少炉渣的泡沫化程度，将泡沫化高峰前移，尽量移至吹炼前期，可采用快速造渣和渣中加入氧化锰等使泡沫渣的稳定性降低。 (6)在发生喷溅时，加入散状材料(如石灰)可以抑制喷溅。如在强烈脱碳时发生喷溅还可以暂时降低供氧强度，随后再逐渐恢复正常供氧

(7)在炉渣严重泡沫化时，短时间提高枪位，使氧枪超过泡沫的熔池面，用氧气射流的冲击破坏泡沫，减少喷溅。

第九节 操作事故与处理

一、常见事故产生的原因 1．低温钢

从热平衡计算可知，氧气顶吹转炉炼钢过程有较多的富余热量，但在生产中往往由于操作不合理，判断失误，因而出现低温钢，其主要原因有：

(1)吹炼过程中操作者不注意温度的合理控制，在到达终点时，火焰不清晰，判断不准确或所使用的铁水含磷、硫量高，在吹炼过程中

多次进行倒炉倒渣、反复加石灰，致使熔池热量大量损失，钢水温度下降。

(2)新炉阶段炉温低，炉衬吸热多，到达终点对出钢温度虽然可以，但因出钢口小或等待出钢时间过长，钢水温度下降较多造成。老炉阶段由于熔池搅拌不良，使金属液温度、成分出现不均匀现象，而取样及热电偶测量的温度多在熔池上部，往往高于实际温度，其结果不具有代表性，致使判断失误。

(3)出钢时钢水温度合适，由于使用凉包或包内粘有冷钢，造成钢水温度下降；或出钢时铁合金加入过早，堆集在包底，使钢水温度降低；或出钢后由于设备故障不能及时到达精炼站进行处理所致。 (4)吹炼过程从火焰判断及测量钢水温度来看，似乎温度足够，但实际上熔池内尚有大量废钢未完全熔化，或石灰结坨尚未成渣及至终点时，废钢或渣坨突然熔化，大量吸收熔池热量，致使熔池温度降低。 2．高温钢

吹炼过程中由于过程温度控制过高，造成终点温度过高而又未加以合理调整所致。 3．喷枪粘钢

(1)吹炼过程喷枪操作不合理，同时又未做到及时调整好枪位；或吹炼中所使用的喷头结构不合理所致。