转炉炼钢的基本任务及原理
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转炉炼钢工艺
合金钢是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或脱氧 元素外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、钛、钒、 铜、钨、铝、钴、铌、锆和稀土元素等，有的还含有 某些非金属元素如硼、氮等的钢。根据钢中合金元素 含量的多少，又可分为低合金钢，中合金钢和高合金 钢。一般合金元素总含量小于3%的为普通低合金钢， 总含量为3%～5%的为低合金钢，大于10%的叫高合金钢， 总含量介于3%～10%之间为中合金钢。按钢中所含有的 主要合金元素不同可分为锰钢、硅钢、硼钢、铬镍钨 钢、铬锰硅钢等。
如果钢中的氧含量较高，FeS与FeO形成的共晶体熔
点更低（940℃），更加剧了钢的“热脆”现象的发 生。 锰可在钢凝固范围内生成MnS和少量的FeS，纯MnS的 熔点为1610℃，共晶体FeS-MnS（占93.5%）的熔点
为1164℃，它们能有效的防止钢热加工过程的“热
脆”。
在 冶 炼 一 般 钢 种 时 要 求 将 [Mn] 控 制 在 0.4%-0.8%。在实际生产中还将[Mn]/[S]比作 为一个指标进行控制，因为研究发现钢中的 [Mn]/[S] 比对钢的热塑性影响很大，从低碳 钢高温下的拉伸实验结果可以发现提高 [Mn]/[S] 比 可 以 提 高 钢 的 热 延 展 性 。 一 般 [Mn]/[S]≥7时不产生热脆。
外来夹杂是指冶炼和浇铸过程中，带入钢液
中的炉渣和耐火材料以及钢液被大气氧化所
形成的氧化物。
内生夹杂包括：
脱氧时的脱氧产物； 钢液温度下降时，硫、氧、氮等杂质元素 溶解度下降而以非金属夹杂形式出现的生 成物； 凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反 应的产物； 固态钢相变溶解度变化生成的产物。
铝(Al)
铝是终脱氧剂，生产镇静钢时，[Al]多在0.005%0.05%，通常为0.01%-0.03%。钢中铝的加入量因氧量而异， 对高碳钢应少加些，而低碳钢则应多加，加入量一般 为:0.3-1.0kg/t钢。
转炉模拟炼钢实验报告
一、实验目的本次实验旨在通过模拟转炉炼钢过程，深入了解转炉炼钢的基本原理和操作方法，验证理论知识，提高实际操作技能。
通过实验，掌握转炉炼钢的基本步骤，包括装料、冶炼、出钢等，并了解各步骤对钢水质量的影响。
二、实验原理转炉炼钢是一种重要的炼钢方法，其基本原理是在高温下，利用氧气或空气将生铁中的杂质氧化去除，从而得到纯净的钢水。
实验中，通过模拟转炉内的化学反应过程，观察钢水的变化，了解转炉炼钢的原理和操作方法。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：- 转炉模拟装置- 氧气瓶- 烧杯- 秒表- 温度计- 天平- 搅拌棒2. 实验材料：- 生铁- 氧气- 焦炭- 石灰石- 硅铁四、实验步骤1. 装料：将生铁、焦炭、石灰石、硅铁等原料按照一定比例装入转炉模拟装置中。
2. 冶炼：开启氧气瓶，通过氧气枪向转炉内喷射氧气，进行氧化反应。
观察钢水的变化，记录钢水温度、颜色、流动性等参数。
3. 搅拌：使用搅拌棒搅拌钢水，使钢水均匀受热，提高钢水质量。
4. 出钢：当钢水达到一定温度和成分后，停止喷射氧气，将钢水倒入钢包中。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，钢水温度逐渐升高，颜色由黑色变为银白色，流动性逐渐增强。
2. 在氧化反应过程中，钢水中的杂质被逐渐去除，钢水质量得到提高。
3. 搅拌过程中，钢水受热均匀，有利于提高钢水质量。
4. 实验结果表明，转炉炼钢过程对钢水质量有重要影响，包括原料配比、氧气喷射量、搅拌速度等因素。
六、实验结论1. 通过本次实验，掌握了转炉炼钢的基本原理和操作方法。
2. 熟悉了转炉炼钢过程中各步骤对钢水质量的影响。
3. 了解了转炉炼钢在钢铁生产中的重要作用。
七、实验讨论1. 实验过程中，钢水温度的升高与降低对钢水质量有何影响？答：钢水温度升高有利于提高钢水流动性，促进杂质氧化去除，提高钢水质量。
但温度过高会导致钢水氧化过快，产生过多的氧化皮，降低钢水质量。
2. 实验中，如何控制氧气喷射量以获得最佳炼钢效果？答：氧气喷射量应根据钢水成分、温度等因素进行调整。
炼钢车间生产工艺简介
一 级 真 空 泵
二 级 真 空 泵
钢包
炼钢车间生产工艺简介
（2）主要功能：脱碳、脱气、调整钢水成份和温度、 去除夹杂等，尤其是脱[H]效果显著；
（3）冶炼钢种：重轨钢系列、弹簧钢系列、工业纯 铁等。
精诚合作
携手共赢
条材总厂一炼钢分厂炼钢车间
（3）[Mn]的氧化反应 [Mn]的氧化反应
炼钢生铁中含有一定量的[Mn]，在炼钢熔池中，有一部分[Mn]会被氧化 炼钢生铁中含有一定量的[Mn]，在炼钢熔池中，有一部分[Mn]会被氧化 [Mn] [Mn] 掉。
（4） 脱磷反应
造成钢材冷脆 有利于脱磷的条件—— 三高一低” ——“ 有利于脱磷的条件——“三高一低”： 高碱度、大渣量、 FeO）、 ）、低温 高碱度、大渣量、高（FeO）、低温
炼钢车间生产工艺简介
3、炼钢用原材料
炼钢用原材料一般分为主原料、辅原料和各种气体介质。 一、主原料：铁水、废钢 二、辅原料：铁合金、造渣剂 1)铁合金： 吹炼终点脱除钢中多余的氧，并调整成 分达到 钢种规格，需加入铁合金以脱氧合金化 2)造渣剂：石灰、轻烧白云石、萤石等 三、气体介质：氧气、氩气、氮气等
2.2 VD炉简介
炼钢车间VD炉原计划于今年7月份拆除，在其基 础上建设2#RH炉，但在综合权衡其利弊后，拆 除计划暂时取消。 （1）主要设备：真空泵系统、炉盖、双工位地坑、 计测仪表及控制系统； （2）主要功能：真空脱气、去夹杂、均匀成份和 温度等，尤其是脱氮效果较好； （3）冶炼钢种：82B系列、帘线82A等对[N]要 求高的钢种。
炼钢车间生产工艺简介
一、炼钢基本原理与工艺
1、炼钢的基本任务
1).脱碳、脱磷、脱硫、脱氧； 2).去除有害气体和夹杂； 3).调整成分和温度；
炼钢的基本任务
炼钢的基本任务
炼钢作为重要的冶金行业，其基本任务有以下几点：
一、铁矿石的还原
炼钢的第一步是铁矿石的还原。
铁矿石中的铁氧化物需要还原成纯铁
才能进一步提纯。
而还原的过程中，需要加入适量的石灰、废钢等辅
料来控制还原过程，以保证产出的铁质量。
二、炼钢炉中的化学反应
炼钢炉中的化学反应是炼钢的主要过程。
常见的炉型有转炉炉和电弧炉。
在炉内，需要加入废钢、铁合金、氧气等物质，控制炉内的温度、压力、物料流量等参数，来达到理想的反应效果。
三、炼钢的淬火和调质
炼钢完成后，还需要对成品进行淬火和调质处理。
淬火是指把高温热
处理过的钢材迅速冷却，使其获得高硬度和耐磨性。
而调质是指先进
行淬火，然后再对钢材进行加热处理，以获得一定的韧性和强度。
四、技术创新和绿色环保
当今的炼钢行业，除了保证基本任务的完成外，还需要关注技术创新
和绿色环保。
比如，新型的冶金技术能够在节约能源的同时提高生产
效率；而废钢的循环利用则可以大幅减少炼钢过程中的能源消耗和环
境污染。
综上所述，炼钢的基本任务不仅包括铁矿石的还原，炉内的化学反应，还包括淬火和调质等后续处理。
同时，技术创新和绿色环保也是现代
炼钢行业需要重点关注的领域。
只有不断创新提升，才能够为国家的
工业和经济发展做出新的贡献。
转炉炼钢工艺简介
18
萤石作用及要求
• 作用
造渣加入萤石可以加速石 灰的溶解，萤石的助熔作 用是在很短的时间内能够 改善炉渣的流动性，但过 多的萤石用量，会加剧炉 衬的损坏，并污染环境。
• 质量要求 • CaF2≥75%， SiO2≤23%，S≤0.20%， P≤0.08%，H2O≤3.0% • 粒度：5-60mm
渣量=（石灰+镁球或熟白）×（2-3）
8
铁水成分及温度影响
• Mn的影响 • 锰是弱发热元素，铁水中Mn氧化后形成的(MnO)可促 进石灰溶解，加快成渣；减少氧枪粘钢，终点钢中余 锰高，能够减少合金用量，利于提高金属收得率；锰 在降低钢水硫含量和硫的危害方面起到有利作用。 Mn/Si的比值为0.8～1.00时对转炉的冶炼操作控制最 为有利。当前使用较多的为低锰铁水，一般铁水中 [Mn]=0.20％～0.40％。
6.设备少，投资节省。
4
炉顶料仓 振动给料器 电子称 带式运输机 密封料仓 传动机构 实 心 轴
汽包 氧 枪 风 机 不 回 收 时 放 空 回收煤气 进入煤气柜
烟 道
文氏管 脱水器
溜 槽
洗 涤 塔
沉淀池
电动机 渣 罐 转 炉 吸 滤 池
水封逆止阀 送往高炉利用
支架Hale Waihona Puke 氧气顶吹转炉工艺流程示意图
5
二 、转炉炼钢用主要原材料
28
2.1装料制度：废钢量的确定
• 热量来源于：
• 转炉炼钢不需要外来热源；
铁水物理热及元素氧化化学热。 铁水及废钢的合理配比须根据炉子的热平衡计算确定。 • 硅的作用 优点：因发热量大，增大废钢加入量，一般铁水中Si增 加0.1%，废钢比增大1%。 缺点：增大渣量，侵蚀炉衬一般控制在0.3－0.5％。
转炉炼钢的冶炼原理
转炉炼钢的冶炼原理
转炉炼钢法：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。
炼钢基本原理(课堂PPT)
6
B、工具钢，包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。
碳素工具钢的硬度主要以含碳量的高低来调整 （0.65%≤[C]≤1.30%），为了提高钢的综合性能，有 的钢中加入0.35%～0.60%的锰。
合金工具钢不仅含有很高碳，有的高达2%，而且含有较 高的铬（达13%）、钨（达9%）、钼、钒等合金元素， 这类钢主要用于各式模具。
13
废钢应清洁干燥不得混有泥沙，水泥，耐火材料，爆炸 物和易燃易爆品以及有毒物品等。废钢的硫、磷含量均 不大于0.050%。不同性质的废钢分类存放。
高速工具钢除含有较高的碳（1%左右）外，还含有很高 的钨（有的高达19%）和铬、钒、钼等合金元素，具有 较好的赤热硬性。
7
C、特殊性能钢，指的是具有特殊化学性能或力学性能的 钢，如轴承钢、不锈钢、弹簧钢、高温合金钢等。
轴承钢是指用于制造各种环境中工作的各类轴承圈和滚动 体的钢，这类钢含碳1%左右，含铬最高不超过1.65%，要 求具有高而均匀的硬度和耐磨性，内部组织和化学成分均 匀，夹杂物和碳化物的数量及分布要求高。
10
铁水成分：
Si：铁水Si含量过高，会因石灰消耗量的增大而使渣量 过大，易产生喷溅并加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰熔 化，从而影响脱磷、脱硫。如果铁水Si含量过低，则 不易成渣，对脱磷、脱硫也不利，因此通常铁水中的 硅含量为0.30%-0.70%为宜。
Mn：锰是发热元素，铁水中Mn氧化后形成的MnO能 有效促进石灰溶解，加快成渣，减少助熔剂的用量和 炉衬侵蚀。同时铁水含Mn高，终点钢中余锰高，从而 可以减少合金化时所需的锰铁合金，有利提高钢水纯 净度。
B、合金钢是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或脱氧元
素外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、钛、钒、铜、
B、工具钢，包括碳素工具钢和合金工具钢及高速钢。
碳素工具钢的硬度主要以含碳量的高低来调整 （0.65%≤[C]≤1.30%），为了提高钢的综合性能，有 的钢中加入0.35%～0.60%的锰。
合金工具钢不仅含有很高碳，有的高达2%，而且含有较 高的铬（达13%）、钨（达9%）、钼、钒等合金元素， 这类钢主要用于各式模具。
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废钢应清洁干燥不得混有泥沙，水泥，耐火材料，爆炸 物和易燃易爆品以及有毒物品等。废钢的硫、磷含量均 不大于0.050%。不同性质的废钢分类存放。
高速工具钢除含有较高的碳（1%左右）外，还含有很高 的钨（有的高达19%）和铬、钒、钼等合金元素，具有 较好的赤热硬性。
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C、特殊性能钢，指的是具有特殊化学性能或力学性能的 钢，如轴承钢、不锈钢、弹簧钢、高温合金钢等。
轴承钢是指用于制造各种环境中工作的各类轴承圈和滚动 体的钢，这类钢含碳1%左右，含铬最高不超过1.65%，要 求具有高而均匀的硬度和耐磨性，内部组织和化学成分均 匀，夹杂物和碳化物的数量及分布要求高。
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铁水成分：
Si：铁水Si含量过高，会因石灰消耗量的增大而使渣量 过大，易产生喷溅并加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰熔 化，从而影响脱磷、脱硫。如果铁水Si含量过低，则 不易成渣，对脱磷、脱硫也不利，因此通常铁水中的 硅含量为0.30%-0.70%为宜。
Mn：锰是发热元素，铁水中Mn氧化后形成的MnO能 有效促进石灰溶解，加快成渣，减少助熔剂的用量和 炉衬侵蚀。同时铁水含Mn高，终点钢中余锰高，从而 可以减少合金化时所需的锰铁合金，有利提高钢水纯 净度。
B、合金钢是指钢中除含有硅和锰作为合金元素或脱氧元
素外，还含有其他合金元素如铬、镍、钼、钛、钒、铜、
第5章转炉炼钢介绍
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5.3 转炉炼钢过程
（3）炉渣的作用
通过对炉渣成分、性能及数量的调整，可以控制金属 中各元素的氧化和还原过程； 向钢中输送氧以氧化各种杂质； 吸收钢液中的非金属夹杂物，并防止钢液吸气（ H、 N）。 其它作用。
副作用：侵蚀炉衬；降低金属收得率。
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5.3 转炉炼钢过程
5.3.4 吹炼过程中元素的氧化规律
35
5.3 转炉炼钢过程
当氧流与熔池面接触时，碳、硅、锰开始氧化，称为“点 火”。点火后约几分钟，初渣形成并覆盖于熔池面。随着 硅、锰、磷、碳的氧化，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，此时应适当降低 枪位。
吹炼中期脱碳反应激烈，渣中 (%FeO) 降低，致使炉渣熔 点增高和粘度加大，并可能出现稠渣(“返干”)现象。此时 应适当提高枪位，并可加入氧化铁皮 (或矿石)、可考虑加 入萤石。但要防止“喷溅”。
转炉炉型
转炉炉型是指转炉内部自由空间的几何形状，由耐
火材料砌成。
筒球型
锥球型
截锥型
8
5.2 转炉炼钢设备
转炉内衬
绝热层
永久层
填充层
工作层
9
5.2 转炉炼钢设备
托圈和耳轴
托圈、耳轴 是用以支撑炉体 和传递倾动力矩 的机构。 转炉和托圈 的全部载荷都通 过耳轴经轴承座 传递给地基 。
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5.2 转炉炼钢设备
脱碳速度由大变小。这一时期称吹炼末期，又叫碳氧 化后期。 除碳外其他元素变化不大，主要进行终点操作。当 w[c]﹤0.3%-0.7%时，进入吹炼末期。
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5.3 转炉炼钢过程
5.3.1 转炉炼钢原料
金属料 辅助材料
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直接氧化是指氧气直接与铁液中的元素产生氧化反应。 当向铁液中吹入氧气时，如果在铁液与气相界面有被溶
解的元素如[Si]﹑[Mn]﹑[C],虽有大量的铁原子存在， 但根据元素的氧化次序[Si]﹑[Mn]﹑[C]将优先于铁而被 氧化。
反应可写为：[C]+1／2｛O｝=｛CO｝ [Si]+｛O2}=（SiO2）
❖ 石灰加入量确定（碱度、Si、P、S） A 炉渣碱度确定 碱度高低主要根据铁水成分而定
B 铁水吹炼 铁水含w[P] ＜0.30%. R=w(CaO)/w(SiO2)
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成渣速度
转炉冶炼时间短，快速成渣是非常重要的，石灰的溶 解是决定冶炼速度的重要因素。 石灰的熔解：
开始吹氧时渣中主要是SiO，MnO，FeO,是酸性渣， 加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表 J ＝ K （ CaO+1.35MgO-1.09SiO2+2.75FeO+1.9MnO39.1） 形成2CaO*SiO2，难熔渣。FeO,MnO,MgO可加速石灰 熔化。因为可降低炉渣粘度，破坏2CaO*SiO2的存在 。 采用软烧活性石灰、加矿石、萤石及吹氧加速成渣。
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，熔池的化学反应所表现形式也不同。硬吹时， 载氧液滴大量进入钢中，碳氧反应激烈，熔池氧化性较弱；软吹时， 则进入钢中氧少，熔渣氧化性提高。
研究已表明，顶吹氧吹炼过程中，用于熔池搅拌的能量主要来自碳氧 反应产生是气体，氧射流的贡献并不大，即使其能量全部用于搅拌熔 池，也仅仅是CO搅拌能的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CO气泡数量有限。
（2）（CaO）：随着所加石灰的溶化，渣中的（CaO）含量渐升 至50% （中期因炉渣“返干”溶化很慢甚至停止）。
（3）（SiO2）和(MnO)：吹炼初期，硅、锰的氧化使之浓度很 快分别达到20%和14%，而后随着所加石灰的熔化逐渐降低至 10%和6%。
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转炉冶炼的基本原理
物料平衡 热平衡
在标准状态下，反应的ΔGo负值越多，该 元素被氧化的趋势就越大，则该元素就优 先被大量氧化。
铁液中常规元素与氧反应的标准吉布斯自 由能变化与温度的关系绘制成图。
32
1. Cu﹑Ni﹑Mo﹑W等元素氧化 的ΔGo线都在Fe氧化ΔGo线之上。 从热力学角度来说，在炼钢吹氧过 程中这些元素将受到Fe的保护而不 氧化。
二炼钢氧枪参数
型号
孔型
外管直 径
喉口直径 /mm
喷孔直 径
/mm
中心夹 角(度)
马赫 数
工作氧 压MPa
小枪 5孔拉瓦尔 273 大枪 5孔拉瓦尔 273 试验枪 5孔拉瓦尔 273 锥型枪 5孔拉瓦尔 299
36 38．9 38.9
48 13 2 0.70-0.95
51.1
13
1.98
O.700.90
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1.3.1 炼钢炉渣的作用
作用：
通过对炉渣成分、性能及数量的调整，可以 控制金属中各元素的氧化和还原过程；
向钢中输送氧以氧化各种杂质； 吸收钢液中的非金属夹杂物，并防止钢液吸
气（H、N）。 其它作用。如：保护渣。
副作用：侵蚀炉衬；降低金属收得率。
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1.3.2 炼钢炉渣的来源及其组成
5
转炉炼钢图示
6
自循环废钢
废钢、铁块 废钢槽
转炉工艺流程图
铁水 脱硫站
1250
散状料
8个 料仓
炉顶料仓
顶渣
2个 料仓
炉顶料仓
铁合金
6 个 料仓
合金料仓
铁水罐
氧枪 吹O2 吹N2
5孔拉瓦尔
120t顶底复吹转炉
1220
下料系统
1650
八透气砖 底吹N2/Ar
煤气回收 渣罐 钢包
1600
钢渣处理厂
运渣车
1.3.5炉渣成分的变化规律
冶炼过程中，转炉中熔渣成分的变化规律大致如下：
（1）（FeO）：呈下凹弧形变化：吹炼初期，为了化渣枪位较 高，渣中的（FeO）含量达16%；中期随脱碳进行（FeO）被大 量消耗而逐渐降至6%（若太低，出现返干）；随着[C]的减少， 脱碳速度下降，（FeO）的浓度又渐升至15%。
8
1.2供氧
供氧制度的主要内容包括确定合理 的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位 控制。供氧是保证杂质去除速度、熔 池升温速度、造渣制度、控制喷溅去 除钢中气体与夹杂物的关键操作，关 系到终点的控制和炉衬的寿命，对一 炉钢冶炼的技术经济指标产生重要影 响：
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(1)氧枪
❖ 组成：喷头、枪身和枪尾 ❖ 喷头和枪身内层采用焊接或
LF精炼 1550 连铸机
下料系统
下料系统
旋转溜槽
旋转溜槽
1.1转炉炼钢的基本任务
炼钢的基本任务包括： 1.脱碳、脱磷、脱硫、脱氧； 2.去除有害气体和夹杂； 3.提高温度； 4.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。 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 合格钢钢锭或铸坯。
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2.2转炉内熔体成分变化
1、转炉炼钢中的脱碳 转炉炼钢的主原料——铁水中含有
4.%左右的碳，远高于钢种的要求，因此脱 碳是转炉炼钢的主要任务之一。
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脱碳反应的作用
h穿 3.4106 P0 d0 H005 3.81，cm
P0—喷嘴压力,Pa
d0—喷嘴直径,cm
H0—喷嘴在静止液面上的 高度,cm
熔池的搅拌强度与射流的冲击强度密切相关。氧射流的冲击力大（硬 吹），则射流的穿透深度大，冲击面积小，对熔池搅拌强烈；反之软 吹，则射流的穿透深度小，冲击面积大，对熔池搅拌弱。
金属装入量、供氧时间等因素决定。即
氧气流量
单位金属的需氧量 m3 t 金属装入量
供氧时间min
t
◆供氧强度：指在单位时间内每吨钢的氧耗量的公称吨位、炉容比 来确定。小型转炉的供氧强度为 2.54.5m3/(t·min),120t以上的转炉一般为2.83.6m3/(t·min)（3.2-3.7）。
52.3 13.5 2.08 0.90
41
55 13.5 2.08 0.78
氧射流接触熔池时在液面上形成冲击凹坑，凹坑区的温度相当高， 在2000-2700℃之间。穿透深度和冲击面积是反映凹坑特征的两个 参数。前人在理论和实践上均进行了大量研究，弗林等人在0.0590t转炉上得出了确定穿透深度的公式:
渣料的加人数量和加人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人。第一批渣料在 兑铁水前或开吹时加入加入量为总渣量的l /2一2/3 ，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 人量为急渣量的l /2一1/3 。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隋况而定。无论 加几批渣最后小批渣料必须在拉碳倒炉前3 min加完，否则 来不及化渣。
顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、 成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。 转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。
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转炉炼钢设备组成
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给料、称量及加料设备
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转炉炉壳
l 一水冷炉口；2 一锥形炉帽；3一出钢口；4一护板；5,9一上、下卡板；6 ,8一上、下 卡板槽，7 一斜块；1 0一圆柱形炉身；11 一销钉和斜楔；12一可拆卸活动炉底
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2.1.2炼钢熔池中氧的来源
氧的来源： ➢ 直接向熔池中吹入工业纯氧（>98％）； ➢ 向熔池中加入富铁矿； ➢ 炉气中的氧传入熔池。
铁液中元素的氧化方式有两种：直接氧化 (direct oxidation)和间接氧化(indirect oxidation)。
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2.1.3直接氧化方式
[Mn]+1／2｛O2｝＝（MnO） 在氧气转炉炼钢时氧气流股冲击铁液形成一个冲击坑，
氧气与铁液直接接触，易产生元素的直接氧化。 30
2.1.3间接氧化方式
吹入的氧气由于动力学的原因首先与铁液中的 Fe原子反应形成FeO进入炉渣同时使铁液中溶解 氧[O]。炉渣中的（FeO）和溶解在铁液中的[O] 再与元素发生间接氧化。
转炉炼钢的基本任务及原理
1
转炉炼钢
转炉炼钢（converter steelmaking）是以铁水、废 钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身 的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完 成炼钢过程。
转炉按耐火材料分为酸性和碱性， 按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹； 按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。碱性氧气顶吹和
1.3.3渣料加入量确定
❖ 白云石加入量确定（一般炉渣中含量8~10%） A 白云石应加入量W白（kg/t）
B 白云石实际加入量W’白 白云石实际加人量中，应减去石灰中带入的MgO量
折算的白云石数量W 灰和炉衬侵蚀进人渣中的w（MgO ）量折算的白云石数量W 衬。即
W’白= W白- W灰- W衬
1.3.4渣料加入时间的确定
其反应为：｛O2｝+Fe=(FeO) (FeO)=Fe+［O］
如：
2［O］+[Si]=(SiO2)
解的元素如[Si]﹑[Mn]﹑[C],虽有大量的铁原子存在， 但根据元素的氧化次序[Si]﹑[Mn]﹑[C]将优先于铁而被 氧化。
反应可写为：[C]+1／2｛O｝=｛CO｝ [Si]+｛O2}=（SiO2）
❖ 石灰加入量确定（碱度、Si、P、S） A 炉渣碱度确定 碱度高低主要根据铁水成分而定
B 铁水吹炼 铁水含w[P] ＜0.30%. R=w(CaO)/w(SiO2)
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成渣速度
转炉冶炼时间短，快速成渣是非常重要的，石灰的溶 解是决定冶炼速度的重要因素。 石灰的熔解：
开始吹氧时渣中主要是SiO，MnO，FeO,是酸性渣， 加石灰后，石灰溶解速度，可用下式表 J ＝ K （ CaO+1.35MgO-1.09SiO2+2.75FeO+1.9MnO39.1） 形成2CaO*SiO2，难熔渣。FeO,MnO,MgO可加速石灰 熔化。因为可降低炉渣粘度，破坏2CaO*SiO2的存在 。 采用软烧活性石灰、加矿石、萤石及吹氧加速成渣。
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，熔池的化学反应所表现形式也不同。硬吹时， 载氧液滴大量进入钢中，碳氧反应激烈，熔池氧化性较弱；软吹时， 则进入钢中氧少，熔渣氧化性提高。
研究已表明，顶吹氧吹炼过程中，用于熔池搅拌的能量主要来自碳氧 反应产生是气体，氧射流的贡献并不大，即使其能量全部用于搅拌熔 池，也仅仅是CO搅拌能的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CO气泡数量有限。
（2）（CaO）：随着所加石灰的溶化，渣中的（CaO）含量渐升 至50% （中期因炉渣“返干”溶化很慢甚至停止）。
（3）（SiO2）和(MnO)：吹炼初期，硅、锰的氧化使之浓度很 快分别达到20%和14%，而后随着所加石灰的熔化逐渐降低至 10%和6%。
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转炉冶炼的基本原理
物料平衡 热平衡
在标准状态下，反应的ΔGo负值越多，该 元素被氧化的趋势就越大，则该元素就优 先被大量氧化。
铁液中常规元素与氧反应的标准吉布斯自 由能变化与温度的关系绘制成图。
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1. Cu﹑Ni﹑Mo﹑W等元素氧化 的ΔGo线都在Fe氧化ΔGo线之上。 从热力学角度来说，在炼钢吹氧过 程中这些元素将受到Fe的保护而不 氧化。
二炼钢氧枪参数
型号
孔型
外管直 径
喉口直径 /mm
喷孔直 径
/mm
中心夹 角(度)
马赫 数
工作氧 压MPa
小枪 5孔拉瓦尔 273 大枪 5孔拉瓦尔 273 试验枪 5孔拉瓦尔 273 锥型枪 5孔拉瓦尔 299
36 38．9 38.9
48 13 2 0.70-0.95
51.1
13
1.98
O.700.90
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1.3.1 炼钢炉渣的作用
作用：
通过对炉渣成分、性能及数量的调整，可以 控制金属中各元素的氧化和还原过程；
向钢中输送氧以氧化各种杂质； 吸收钢液中的非金属夹杂物，并防止钢液吸
气（H、N）。 其它作用。如：保护渣。
副作用：侵蚀炉衬；降低金属收得率。
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1.3.2 炼钢炉渣的来源及其组成
5
转炉炼钢图示
6
自循环废钢
废钢、铁块 废钢槽
转炉工艺流程图
铁水 脱硫站
1250
散状料
8个 料仓
炉顶料仓
顶渣
2个 料仓
炉顶料仓
铁合金
6 个 料仓
合金料仓
铁水罐
氧枪 吹O2 吹N2
5孔拉瓦尔
120t顶底复吹转炉
1220
下料系统
1650
八透气砖 底吹N2/Ar
煤气回收 渣罐 钢包
1600
钢渣处理厂
运渣车
1.3.5炉渣成分的变化规律
冶炼过程中，转炉中熔渣成分的变化规律大致如下：
（1）（FeO）：呈下凹弧形变化：吹炼初期，为了化渣枪位较 高，渣中的（FeO）含量达16%；中期随脱碳进行（FeO）被大 量消耗而逐渐降至6%（若太低，出现返干）；随着[C]的减少， 脱碳速度下降，（FeO）的浓度又渐升至15%。
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1.2供氧
供氧制度的主要内容包括确定合理 的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位 控制。供氧是保证杂质去除速度、熔 池升温速度、造渣制度、控制喷溅去 除钢中气体与夹杂物的关键操作，关 系到终点的控制和炉衬的寿命，对一 炉钢冶炼的技术经济指标产生重要影 响：
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(1)氧枪
❖ 组成：喷头、枪身和枪尾 ❖ 喷头和枪身内层采用焊接或
LF精炼 1550 连铸机
下料系统
下料系统
旋转溜槽
旋转溜槽
1.1转炉炼钢的基本任务
炼钢的基本任务包括： 1.脱碳、脱磷、脱硫、脱氧； 2.去除有害气体和夹杂； 3.提高温度； 4.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。 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 合格钢钢锭或铸坯。
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2.2转炉内熔体成分变化
1、转炉炼钢中的脱碳 转炉炼钢的主原料——铁水中含有
4.%左右的碳，远高于钢种的要求，因此脱 碳是转炉炼钢的主要任务之一。
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脱碳反应的作用
h穿 3.4106 P0 d0 H005 3.81，cm
P0—喷嘴压力,Pa
d0—喷嘴直径,cm
H0—喷嘴在静止液面上的 高度,cm
熔池的搅拌强度与射流的冲击强度密切相关。氧射流的冲击力大（硬 吹），则射流的穿透深度大，冲击面积小，对熔池搅拌强烈；反之软 吹，则射流的穿透深度小，冲击面积大，对熔池搅拌弱。
金属装入量、供氧时间等因素决定。即
氧气流量
单位金属的需氧量 m3 t 金属装入量
供氧时间min
t
◆供氧强度：指在单位时间内每吨钢的氧耗量的公称吨位、炉容比 来确定。小型转炉的供氧强度为 2.54.5m3/(t·min),120t以上的转炉一般为2.83.6m3/(t·min)（3.2-3.7）。
52.3 13.5 2.08 0.90
41
55 13.5 2.08 0.78
氧射流接触熔池时在液面上形成冲击凹坑，凹坑区的温度相当高， 在2000-2700℃之间。穿透深度和冲击面积是反映凹坑特征的两个 参数。前人在理论和实践上均进行了大量研究，弗林等人在0.0590t转炉上得出了确定穿透深度的公式:
渣料的加人数量和加人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人。第一批渣料在 兑铁水前或开吹时加入加入量为总渣量的l /2一2/3 ，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 人量为急渣量的l /2一1/3 。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隋况而定。无论 加几批渣最后小批渣料必须在拉碳倒炉前3 min加完，否则 来不及化渣。
顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、 成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。 转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。
2
转炉炼钢设备组成
3
给料、称量及加料设备
4
转炉炉壳
l 一水冷炉口；2 一锥形炉帽；3一出钢口；4一护板；5,9一上、下卡板；6 ,8一上、下 卡板槽，7 一斜块；1 0一圆柱形炉身；11 一销钉和斜楔；12一可拆卸活动炉底
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2.1.2炼钢熔池中氧的来源
氧的来源： ➢ 直接向熔池中吹入工业纯氧（>98％）； ➢ 向熔池中加入富铁矿； ➢ 炉气中的氧传入熔池。
铁液中元素的氧化方式有两种：直接氧化 (direct oxidation)和间接氧化(indirect oxidation)。
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2.1.3直接氧化方式
[Mn]+1／2｛O2｝＝（MnO） 在氧气转炉炼钢时氧气流股冲击铁液形成一个冲击坑，
氧气与铁液直接接触，易产生元素的直接氧化。 30
2.1.3间接氧化方式
吹入的氧气由于动力学的原因首先与铁液中的 Fe原子反应形成FeO进入炉渣同时使铁液中溶解 氧[O]。炉渣中的（FeO）和溶解在铁液中的[O] 再与元素发生间接氧化。
转炉炼钢的基本任务及原理
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转炉炼钢
转炉炼钢（converter steelmaking）是以铁水、废 钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身 的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完 成炼钢过程。
转炉按耐火材料分为酸性和碱性， 按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹； 按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。碱性氧气顶吹和
1.3.3渣料加入量确定
❖ 白云石加入量确定（一般炉渣中含量8~10%） A 白云石应加入量W白（kg/t）
B 白云石实际加入量W’白 白云石实际加人量中，应减去石灰中带入的MgO量
折算的白云石数量W 灰和炉衬侵蚀进人渣中的w（MgO ）量折算的白云石数量W 衬。即
W’白= W白- W灰- W衬
1.3.4渣料加入时间的确定
其反应为：｛O2｝+Fe=(FeO) (FeO)=Fe+［O］
如：
2［O］+[Si]=(SiO2)