自贝塞麦发明酸性空气底吹转炉炼钢法起，开始了转炉大量生产钢水的历史，如图3所示。

上世纪50年代用氧气代替空气炼钢是炼钢史上的一次重大变革，70年代出现的氧气底吹转炉和顶吹复合转炉，是氧气转炉在发展和完善通路上取得的丰硕成果，如图4所示。

一、吹炼过程元素氧化规律

（一）炉钢吹炼过程和元素的氧化规律

1）冶炼过程概述

从装料到出钢，倒渣，转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧出钢、溅渣护炉和倒渣几个阶段，如图5所示。

一炉钢的吹氧时间通常为12－18min，冶炼周期为30min左右。

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4－6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：

小型转炉为2.5－4.5m3/(t?min)；120t以上的转炉一般为2.8－3.6m3/(t?min)。

◆开吹时氧枪枪位采用高枪位，目前是为了早化渣，多去磷，保护炉衬；

◆在吹炼过程中适当降低枪位的保证炉渣不“返干”，不喷溅，快速脱碳与脱硫，熔池均匀升温为原则；

◆在吹炼末期要降枪，主要目的是熔池钢水成分和温度均匀，加强熔池搅拌，稳定火焰，便于判断终点，同时使降低渣中fe含量，减少铁损，达到溅渣的要求。

◆当吹炼到所炼钢种要求的终点碳范围时，即停吹，倒炉取样，测定钢水温度，取样快速分析[c]、[s]、[p]的含量，当温度和成分符合要求时，就出钢。

◆当钢水流出总量的四分之一时，向钢包中的脱氧合金化剂，进行脱氧，合金化，由此一炉钢冶炼完毕。

（1）硅的氧化规律

在吹炼初期，铁水中的[si]和氧的亲和力大，而且[si]氧化反应为放热反应，低温下有利于此反应的进行，因此，[si]在吹炼初期就大量氧化。

[si]+o2=(sio2)(氧气直接氧化)

[si]+2[o]=(sio2)(熔池内反应)

[si]+(feo)=(sio2)+2[fe](界面反应)

2(feo)+(sio2)=(2feo?sio2)

随着吹炼的进行石灰逐渐溶解，2feo?sio2转变为2cao?sio2，即sio2与cao牢固的结合为稳定的化合物，sio2活度很低，在碱性渣中feo的活度较高，这样不仅使[si]被氧化到很低程度，而且在碳剧烈氧化时，也不会被还原，即使温度超过1530c，[c]与[o]的亲和力也超过[si]与[o]的亲和力，终因（cao）与（sio2）结合为稳定的2cao?sio2，[c]也不能还原（sio2）。

硅的氧化对熔池温度，熔渣碱度和其他元素的氧化产生影响：

?[si]氧化可使熔池温度升高；

?[si]氧化后生成（sio2），降低熔渣碱度，熔渣碱度影响脱磷，脱硫；

?熔池中[c]的氧化反应只有到[%si]<0.15时，才能激烈进行。

影响硅氧化规律的主要因素：[si]与[o]的亲和力，熔池温度，熔渣碱度和feo活度。

（2）锰的氧化规律

在吹炼初期，[mn]也迅速氧化，但不如[si]氧化的快。

其反应式可表示为：

[mn]+[o]=(mno)（熔池内反应）

[mn]+[o2]=(mno)（氧气直接氧化反应）

[mn]+(feo)=(mno)+[fe](界面反应)

(sio2)+(mno)=mno?sio2

余锰或残锰：

锰的氧化产物是碱性氧化物，在吹炼前期形成(mno?sio2)。

但随着吹炼的进行和渣中cao含量的增加，会发生

（mno?sio2)+2（cao）=（2cao?sio2）+（mno）

（mno）呈自由状态，吹炼后期炉温升高后，（mno）被还原，即

（mno）+[c]=[mn]+[co]或（mno）+[fe]=（feo）+[mn]

吹炼终了时，钢中的锰含量也称余锰或残锰。

残锰高，可以降低钢中硫的危害，但冶炼工业纯铁，则要求残锰越低越好。

影响残锰的因素：

◆炉温高有利于（mno）的还原，残锰量高；

◆碱度升高，可提高自由(mno)浓度，残锰量增加；

◆降低熔渣中（feo）含量，可提高残锰含量;

◆铁水中锰含量高，单渣操作，钢水残锰也会高些。

（3）碳的氧化规律

影响碳氧化速度的变化规律的主要因素有：熔池温度、熔池金属成分、熔渣中(∑feo)和炉内搅拌强度。

在吹炼的前、中、后期，这些因素是在不断发生变化，从而体现出吹炼各期不同的碳氧化速度，如图6所示。

吹炼前期：熔池平均温度低于1400－1500c，[si]、[mn]含量高且与[o]亲和力均大于[c]－[o]的亲和力，(∑feo)较高，但化渣、脱碳消耗的(feo)较少，熔池搅拌、碳的氧化速度不如中期高。

吹炼中期：熔池温度高于1500c，[si]、[mn]含量降低，[p]－[o]亲和力小于[c]－[o]亲和力，碳氧化消耗较多的（feo），熔渣中(∑feo)有所降低，熔池搅拌强烈，反应区乳化较好，结果此期的碳氧化速度高。

吹炼后期，熔池温度很高，超过1600c，[c]含量较低，(∑feo)增加，熔池搅拌不如中期，碳氧化速度比中期低。

（4）磷的变化规律

磷的变化规律主要表现为吹炼过程中的脱磷速度。

脱磷速度的变化规律，主要受熔池温度，熔池中金属[p]含量，熔渣中(∑feo)，熔渣碱度，熔池的搅拌强度或脱碳速率的影响。

表1顶吹转炉吹炼各期的特点

因素时期

熔池温度

(%∑feo)

炉渣碱度

降碳速度

前期

较低

较高

低

低于中期

中期

较高

较低

较高

高于初期

后期

高

高

高

低于中期

前期不利于脱磷的因素是炉渣碱度比较低，因此，为及早形成碱度较高的炉渣，是前期脱磷的关键。

中期不利于脱磷的因素是（∑feo）较低，因此，如何控制渣中(∑feo)达10%－20%，避免炉渣“返干”是中期脱磷的关键。

后期不利于脱磷的热力学因素是熔池温度高。

（5）硫的变化规律

硫的变化规律也主要表现在吹炼过程中的脱硫速度，脱硫速度变化规律的主要影响因素与脱磷的类似。

不同时期，其表现是不相同。

吹炼前期，由于温度和碱度较低，（feo）较高，渣的流动性差，因此脱硫能力较低，脱硫速度很慢；

吹炼中期，熔池温度逐渐升高，（feo）比前期有所降低，碱度因大量石灰熔化而增大，熔池乳化比较好，是脱硫的最好时期；

吹炼后期，熔池温度已升至出钢温度，（feo）回升，比中期高，碱度高熔池搅拌不如中期，因此，脱硫速度低于或稍低于中期。
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