第二章 氧气顶吹转炉炼钢工艺

第二章氧气顶吹转炉炼钢工艺基本要求：了解转炉的吹炼过程；掌握氧气射流对熔池的物理化学作用；掌握顶吹转炉的各项操作制度；掌握复吹转炉的冶金特点；了解转炉自动控制。

重点与难点：顶吹转炉的各项操作制度；复吹转炉的冶金特点。

§2—1 一炉钢的吹炼过程

一.钢与铁的区别及炼钢的任务

1.钢与铁的性能比较

钢和铁都是铁碳合金，同属于黑色金属，但它们的性质有明显不同。生铁硬而脆，焊接性差。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；

用途不同对钢的性能要求也不同，从而对钢的生产也提出了不同的要求。

2.钢与铁性能差别的原因：

C固熔体，碳和其它合金元素的含量不同。在钢中碳元素和铁元素形成Fe

3

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。

钢和生铁含碳量的界限通常是：

生铁： [C]=1.7～4.5％

钢： [C]≤ 1.7％

生铁和钢的化学成分

化学成分％

材料

C Si Mn P S

炼钢生铁 3.5～4.0 0.6～1.6 0.2～0.8 0.0～0.4 0.03～0.07 碳素镇静钢0.06～1.50 0.1～0.37 0.25～0.80 ≤0.045 ≤0.05 沸腾钢0.05～0.27 ≤0.07 0.25～0.70 ≤0.045 ≤0.05

3.炼钢的基本任务：

⑴脱碳；

将铁水中的碳大部分去除，同时随着脱碳的进行，产生大量CO气泡，在CO排出过程中，搅拌熔池促进化渣，同时脱除[H]、[N]和夹杂。

⑵去除杂质（去P、S和其它杂质）；

铁水中[P]、[S]含量高，而钢中[P]会造成“冷脆”，[S]造成“热脆”。通常大多数钢种对P、S含量均有严格要求，炼钢必须脱除P、S等有害杂质。

⑶去除气体及夹杂物；

在炼钢过程中通过熔池沸腾（碳氧反应、底吹惰性气体搅拌）脱除H]、[N]和非金属夹杂物。

⑷脱氧合金化；

在炼钢过程中因为脱碳反应的需要，要向钢液中供氧，就不可避免地使后期钢中含有较高的氧，氧无论是以液体形态还是以氧化物形态存在于钢中都会降低钢的质量，所以必须在冶炼后期或出钢过程中将多余的氧去除掉。

在冶炼过程中，铁水中的Si、 Mn大部分氧化掉了，为了保证成品钢中的规定成分，要向钢水中加入各种合金元素，这个过程与脱氧同时进行，称为合金化。

⑸升温（保证合适的出钢温度）。

铁水温度一般在1250～1300℃，而钢水的出钢温度一般在1650℃以上，才能顺利浇注成铸坯，因此炼钢过程也是一个升温过程。

3.完成炼钢各项任务的基本方法

⑴氧化

为了将铁水等炉料中的硅、锰、碳等元素氧化掉，可以采用“吹氧”方法，即直接喷吹氧气、或加入其它氧化剂，如铁矿石、铁皮等。

⑵造渣

为了去除炉料中的P、S等杂质，在炼钢过程中加入渣料（石灰、白云石、熔剂等），形成碱度合适，流动性良好，足够数量的炉渣，一方面完成脱除P、S的任务，同时减轻对炉衬对侵蚀。

⑶升温

转炉主要是依靠碳、硅、锰等元素氧化放出等热量，以及铁水的物理热实现升温。

⑷加入脱氧剂和合金料

通过向炉内或钢包内加入各种脱氧剂和合金料的方法，完成脱氧及合金化的任务。

二．金属成分和炉渣成分的变化规律

1．Si在吹炼前期（一般在3～4分钟内）即被基本氧化。

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]+O

2=(SiO

2

) (氧气直接氧化)

[Si]+2[O]= (SiO

2

) (熔池内反应)

[Si]+(FeO)=(SiO

2

)+2[Fe] (界面反应)

2(FeO)+(SiO

2)=(2FeO·SiO

2

)

随着吹炼的进行石灰逐渐溶解，2FeO·SiO

2转变为2CaO·SiO

2

，即SiO

2

与CaO

牢固的结合为稳定的化合物，SiO

2

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1530℃，[C]与[O]的亲和力也超过[Si]与[O]的亲和力，终因（CaO）与（SiO

2

）

结合为稳定的2CaO.SiO

2，[C]也不能还原（SiO

2

）。

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．Mn在吹炼前期被氧化到很低，随着吹炼进行而逐步回升（回锰现象）。

在复吹转炉中，Mn的回升趋势比顶吹转炉要快些。（原因：复吹∑（FeO）低）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)

(SiO

2)+(MnO)=MnO·SiO

2

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·SiO

2)+2（CaO）=（2CaO·SiO

2

）+（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.碳在吹炼过程中快速减少，但前期、后期脱碳速度慢，中期快

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。

吹炼前期：熔池平均温度低于1400-1500℃，[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1500℃，[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1600℃，[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。

转炉内碳氧反应速度变化

4.磷在吹炼前期快速降低，进入吹炼中期略有回升，而到吹炼后期再度降

低。

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。

?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.硫在吹炼过程中是逐步降低的，中后期降低明显些。

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。

6.炉渣中的酸性氧化物(SiO

2)、( P

2

O

5

)在吹炼前期逐渐增多，随着石灰的

溶解增加，渣量增大而降低。

?吹炼一开始，由于硅的迅速氧化，使渣中（SiO2)高达20%，同时，磷

也大量氧化生成( P

2O

5

)进入炉渣。随着石灰的逐渐渣化，渣中的（CaO）含量

不断升高，当硅的氧化基本结束后，渣中（SiO

2)、 ( P

2

O

5

)的含量又有所下降。

7.吹炼过程中渣中∑（FeO）具有规律性变化：即前后期高、中期低，而

复吹转炉在吹炼后期渣中∑（FeO）比顶吹更低些。

炉渣中（FeO）的变化取决于它的来源和消耗两方面。

（FeO）的来源主要与枪位、加矿量有关，（FeO）的消耗主要与脱速度有关

枪位：枪位低时，高压氧气流股冲击熔池，熔池搅拌剧烈，渣中金属液滴增多，形成渣、金乳浊液，脱碳速度加快，消耗渣中（FeO）降低。枪位高时，脱碳速度低，渣中（FeO）增高。

矿石：渣料中加矿石多，则渣中（FeO）增高。

脱碳速度：脱碳速度高，渣中（FeO）低；脱碳速度低，渣中（FeO）高。

氧气顶吹转炉通过改变枪位可达到化渣、降碳的不同目的，这是它与其他炼钢方法相比，具有操作灵活的特点。

8.随着吹炼的进行，石灰在炉内溶解增多，渣中（CaO）逐渐增多，炉渣

碱度也随之增大。

炉渣碱度的变化规律取决于石灰的熔解、渣中(SiO

2

)和熔池温度。

吹炼初期，熔池温度不高，渣料中石灰还未大量熔化。吹炼一开始，[Si]迅速氧化，渣中(SiO2)很快提高，有时可达到30%。因此，初期炉渣碱度不高，一般为1.8-2.3，平均为2.0左右。

吹炼中期，熔池的温度比初期提高，促进大量石灰熔化，熔池中[Si]已氧化完了， SiO2来源中断。中期脱碳速度，熔池搅拌均比前期强，这些因素均有利于形成高碱度炉渣。

吹炼后期, 熔池的温度比中期进一步提高,接近出钢温度,有利于石灰渣料熔化,在中期炉渣碱度较高的基础上,吹炼后期,仍能得到高碱度,流动性良好发炉渣。

9.渣中（MgO）的变化与白云石或菱镁球加入有关。

?吹炼过程中炉渣中MgO含量的变化（30T炉）：

?1—加白云石；2—未加白云石

如果加白云石或菱镁矿，还与加入的数量有关。由上图可见，未加白云石时，吹炼前半期，初期酸性渣对炉衬侵蚀较大，渣中（MgO）含量增加。而加入白云石造渣，使渣中保持一定的（MgO）含量，在冶炼过程中能减轻熔渣对炉衬的侵蚀。

10.熔池温度在吹炼过程逐步升高，尤以吹炼前期升温速度快。

熔池温度的变化与熔池的热量来源和热量消耗有关。

吹炼初期，兑入炉内的铁水温度一般为1300℃左右，铁水温度越高，带入炉内的热量就越高，[Si]、[Mn]、[C]、[P]等元素氧化放热，但加入废钢可使兑入的铁水温度降低，加入的渣料在吹炼初期大量吸热。综合作用的结果，吹炼前期终了，熔池温度可升高至1500℃左右。

吹炼中期，熔池中[C]继续大量氧化放热，[P]也继续氧化放热，均使熔池温度提高，可达1500-1550℃以上。

吹炼后期，熔池温度接近出钢温度，可达1650-1680℃左右，具体因钢种、炉子大小而异。

在整个一炉钢的吹炼过程中，熔池温度约提高400℃左右。

综上所述，顶吹氧气转炉开吹以后，熔池温度、炉渣成分金属成分相继发生变化，它们各自的变化又彼此相互影响，形成高温下多相、多组元同时进行的极其复杂的物理化学变化。

三．吹炼过程的三个阶段

1．吹炼前期

任务:化好渣、早化渣，以利P、S的去除。同时注意造渣，以减少炉渣对炉衬的侵蚀。

2．吹炼中期

任务：脱C和去S。

3．吹炼后期

任务：做好终点控制，保证温度、C、P、S含量合乎出钢要求。此外还要根据所炼钢种需要，控制好炉渣氧化性，使[O]合适以保证钢质量。

出钢过程：进行脱氧合金化操作。

四.转炉一炉钢冶炼的基本操作过程

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。

一炉钢的吹氧时间通常为12-18min，冶炼周期为30min左右。

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；3～5分钟/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. 3～5分钟/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12分钟/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。

本章的主要内容：依据原料、设备等生产条件确定合理的装料、造渣、供氧、温度、终点控制与脱氧合金化等五大操作制度。

习题：

1.炼钢的基本任务有哪些？

2.一炉钢冶炼过程中金属成分与炉渣成分有何变化规律？

3.简述转炉一炉钢冶炼的基本操作过程。

§2—2 装入制度

所谓装料，是指将炼钢所用的钢铁炉料即铁水和废钢装入炉内的工艺操作。顶吹转炉的装料制度包括确定装入量、废钢比和装料操作三方面的内容。

一.装入量的确定

转炉的装入量是指每炉装入铁水和废钢两种金属炉料的总量。

1 确定依据

确定装入量应考虑的因素主要有两个：

⑴熔池深度要合理

生产实践证明，熔池的深度H为氧气射流对熔池的最大冲击深度h的1.5～2.0倍时较为合理，既能防止氧气射流冲蚀炉底，同时又能保证氧气射流对熔池有较强的搅拌。

国内一些厂家不同容量转炉执行的熔池深度见下表：

⑵炉容比要合适

转炉的有效容积V与装入量T的比值叫做炉容比，m3/t。

目前，国内外转炉的炉容比通常为0.8～1.0 m3/t。V/T过小，意味着装得过多，吹炼中易产生喷溅，且因熔池深而搅拌差；反之，不能充分发挥转炉的生产能力，而且吹炼中氧射流易冲蚀炉底。

各转炉建成投产时，已有炉容比的设计值，即V/T的基本范围，实际生产中应根据铁水成分及冷却剂的种类等因素调整装入量，保持合适的炉容比，以获得良好的综合指标。比如，铁水的硅、磷含量较高时，冶炼中渣量大，应适当少装些，保证较大的炉容比，否则吹炼过程中容易产生喷溅；以废钢做冷却剂时，吹炼中不易喷溅，其炉容比可比以铁矿石做冷却剂时小0.1～0.2 m3/t。

⑶炉子附属设备：

应与钢包容量、浇注吊车起重能力、转炉倾动力矩大小、连铸机的操作等相

适应。

国内一些厂家不同容量转炉执行的炉容比见上表。

2 装入制度的类型

顶吹转炉的装入制度以下三种：

⑴定量装入

定义：

在整个炉役期内每炉的装入量保持不变的装料方法叫定量装入。

特点：

便于组织生产和实现吹炼过程的计算机自动控制；但吹氧操作困难，炉役前期的装入量易偏大，熔池较深，搅拌不足，而炉役后期的装入量易偏小，不仅不能发挥炉子的生产能力，且熔池较浅，氧射流易冲蚀炉底。转炉容量越小，炉役前、后期炉子的横断面积与有效容积的差别越大，这一问题也就越突出。国内外大型转炉广泛采用定量装入制度。

⑵定深装入

定义：

在一个炉役期间，随着炉衬的侵蚀炉子实际容积不断扩大而逐渐增加装入量以保证熔池深度不变的装料方法称定深装入。

特点：

熔池深度不变，吹氧操作稳定，有利于提高供氧强度并减轻喷溅，同时又能充分发挥炉子的生产能力；但其装入量和出钢量变化频繁，不仅给冶炼操作带来麻烦，而且增加了生产组织的难度，现已很少使用。

⑶分阶段定量装入

定义：

根据炉衬的侵蚀规律和炉膛的扩大程度，将一个炉役期划分成3～5个阶段，每个阶段实行定量装入，装入量逐段递增的装料方法叫做分阶段定量装入。

特点：

分阶段定量装入制度基本上发挥了转炉的生产能力，同时大体上保持了适当的熔池深度，便于吹氧操作；又保证了装入量的相对稳定，便于组织生产，因而国内中小转炉普遍采用。

二.废钢比

定义：

废钢的加入量占金属料装入量的百分比称为废钢比。

重要性：提高废钢比，可以减少铁水的用量从而有助于降低转炉的生产成本；同时可减少石灰的用量和渣量，有利于减轻吹炼中的喷溅，提高冶炼收得率；还可以缩短吹炼时间、减少氧气消耗和增加产量。

影响因素：

铁水的温度和成分、所炼钢种、冶炼中的供氧强度和枪位、转炉容量的大小和炉衬的厚薄等。

国内各厂因生产条件、管理水平及冶炼品种等不同，废钢比大多波动在10%～30%之间。具体的废钢比数值可根据本厂的实际情况通过热平衡计算求得。

三.装料操作

目前，国内的大中型转炉均采用混铁炉（转炉容量的15～20倍）供应铁水，即高炉来的铁水储存在混铁炉中，用时倒入铁水罐天车兑入（解决高炉出铁与转炉用铁不一致的矛盾，同时保证铁水的温度稳定，成分波动小）；废钢则是事先按计算值装入料斗，用时天车加入。

1.铁水、废钢的装入顺序

⑴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，炉役后期尤其如此，但炉内留有液态残渣时，兑铁易发生喷溅。所以，兑铁水时，应炉内无渣（否则加石灰）且先慢后快，以防引起剧烈的碳氧反应，将铁水溅出炉外而酿成事故。

⑵先装废钢后兑铁水

这种装入顺序废钢直接撞击炉衬，但面前国内各厂普遍采用溅渣护炉技术，运用此法可防止兑铁水喷溅，但补炉后的第一炉钢应采用前法。

2.注意安全，防止污染

兑铁水前转炉内应无液态残渣，并喊开周围人员，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要小些，尽量使烟尘进入烟道。

3.准确控制铁水废钢比

准确控制铁水和废钢装入数量，称量设备要准确可靠，并经常校验。增加废钢比可以减少铁水量、减少渣料和氧气消耗，各厂应根据实际成本和热量情况确定合理的铁水废钢比。

习题：

1.名词解释：炉容比、定量装入分阶段定量装入

2.确定装入量时应考虑哪些因素?

3.铁水废钢的装入顺序有哪些，各有什么特点？

§2—3 供氧制度

供氧制度的主要内容：

确定合理的喷头结构、供氧强度、氧压和枪位制。

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。

一.氧枪结构

氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身和尾部结构组成。

喷头是用导热性良好的紫铜经锻造和切割加工而成，也有用压力浇铸而成的。喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等。目前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。拉瓦尔型喷头是收缩—扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比p出/p0<0.528时形成超音速射流

枪身：它由三层同心套管构成，中心管道氧气，中间管是冷却水的进水通道，外层管是出水通道。喷头与中心套管焊接在一起。

枪尾部：枪尾部接供氧管，进水管和出水管。

二.氧枪喷头

氧枪喷头是一个能量转换器。它的作用是：最大限度地把氧气的压力能转化成动能，获得超音速流股，借此向熔池供氧并搅拌金属熔池，以达到冶炼目的。

1.对氧枪喷头的要求

⑴提供冶炼所需要的供氧强度；

⑵在足够高的枪位下，氧气射流对金属熔池的冲击能量应能满足获得良好冶炼效果所要求的穿透深度和冲击面积；

⑶喷溅小，金属收得率高；

⑷枪头寿命长，炉龄高；

⑸枪头工作可靠，加工制造容易且经济。

2.拉瓦尔型喷头

是收缩—扩张型喷头,能使喷射的可压缩性流体获得超音速射流。

⑴工作原理：

高压气体流经收缩段时，气体的压力能转化为动能，使气流获得加速度，气流在喉口处速度达到音速，在扩张段内气体的压力能继续转化为动能和部分消耗在气体的膨胀上。在喷头出口处当气体压力降低到与外界压力相等时，且满足出口压力与进口压力之比 P出∕Po ﹤0.528，可获得出口马赫数为1.8～ 2.2的超音速射流。

⑵类型：

A.单孔型：

易加工，枪位高，寿命长。但化渣难，喷溅严重，供氧强度不易提高，早期小型转炉使用。

B．多孔型：

三孔（≤50T）、四孔、五孔（＞50T）

提高了供氧强度和冶炼强度，可以增大冲击面积，利于化渣，操作平稳，不易喷溅。但多孔喷头端面的中心区域冷却效果较差，吹炼过程中该区域气压较低，钢液和熔渣易被吸入粘附到喷头上而被烧坏。采用中心水冷铸造喷头，可延长多孔喷头的使用寿命。

例：马钢一钢厂95T复吹转炉氧枪喷头参数

孔型出口直径中心夹角扩张角马赫数工作氧压设计流量四孔（mm）（°）（°）（MPa）（m3∕h）拉瓦尔48.5 12 3.85 2.06 0.8～1.0 ﹥7000

a.三孔喷头

我国小型转炉一般采用三孔喷头。其特点是三个孔都是拉瓦尔型喷孔，为加工方便起见，每一小拉瓦尔型喷孔从收缩段到扩张段均为直线，而非曲线过渡。国内外对其使用的结论是吹炼强度高，热效率稳定，枪龄较高。

b.四孔以上喷头

大中型转炉采用。

四孔、五孔喷头结构：

一种是中心一孔，周围平均分布三孔（四孔）；或四个（五个平均分布在周

围，中心无孔）。

三．氧气射流与金属熔池之间的相互作用

1．在高速氧气流股作用下，金属熔池的运动状况

⑴形成冲击区。

氧气流股与熔池液面接触时，金属与熔渣被氧气流股挤开，形成了冲击区。在受到冲击的熔池液面上，形成一股股波浪，同时在熔池内部也产生了强烈的循环运动。流股的动能越大，对熔池的冲击力强，形成的冲击区深度就深，熔池内部的循环运动也越强烈。在冲击区内，氧气、炉渣、金属密切接触，各种化学反应迅速进行，温度高达2000～2600℃。如果冲击区接近炉底，就会使炉底过早损坏，甚至烧穿。

⑵形成许多小液滴

氧气射流的动能很大，将金属液和炉渣击碎，形成许多小液滴，小液滴的比表面积大，大大增加了金属、炉渣的反应界面，对加快熔池内化学反应速度起着重要的作用。

2．氧气射流与熔池接触后的运动状况

⑴形成反射流股

这股反射氧流对液面可以起到搅动作用和氧化作用。这股反射氧流的最外圈所包围的熔池面积，就是通常所说的“冲击面积”。

⑵射流末端破碎成许多小气泡

氧气射流的动能越大，对熔池的冲击力就越强，被熔池吸收的氧增多，产生金属液滴和氧气泡的数量也增多，乳化充分，反射氧流减少，炉内直接传氧比例大，化学反应速度加快。反之，若氧气射流的动能减小，炉内以间接传氧为主，化学反应速度比较慢。

四．枪位对吹炼过程的影响

1．枪位与熔池搅拌的关系

⑴硬吹（低枪位或高氧压的吹炼模式）

氧气射流对熔池的冲击力大，形成的冲击深度较深，冲击面积较小，产生的小液滴和气泡的数量多，气体—熔渣—金属乳化充分，炉内化学反应速度快，特别是脱碳速度加快，大量的CO气体排出，使熔池得到充分的搅动，同时降低了

熔渣中∑（FeO）含量。即枪位越低，熔池内部搅动越充分。

⑵软吹（枪位高或氧压低的吹炼模式）

氧气射流对熔池的冲击力减小，冲击深度变浅，反射流股的数量多，冲击面积增大，对熔池表面搅动有所增强，内部搅动相应减弱，脱碳速度降低，熔渣中的∑（FeO）含量增加。

综上所述，枪位在适当的范围内变动，可以调节熔池表面和内部化学反应速度，尤其是脱碳反应速度，从而起到调节熔池的搅拌作用。如果短时间内采用高低枪位交替操作，还有利于消除炉内液面上可能出现的“死角”。所以在炉役后期，成渣速度慢时，可采用高低枪位交替操作，能够消除渣料结坨，加快化渣。

2．枪位与渣中∑（FeO）含量的关系

枪位不仅影响着∑（FeO的生成速度，同时也影响到∑（FeO）的消耗速度。

⑴当枪位低到一定程度，或长时间使用某一低枪位吹炼时，熔池内脱碳速度快，∑（FeO）的消耗量多，因此渣中∑（FeO）含量减少，导致炉渣返干，进而引起金属喷溅。

⑵高枪位吹炼时，由于氧流对熔池搅拌作用减弱，熔池内的化学反应速度减慢，熔渣中∑（FeO）积累聚集，起到提高∑（FeO）含量的作用。但长时间高枪位吹炼也会引起喷溅。

3.乳化和泡沫现象

在顶吹氧气转炉吹炼过程中，特别是吹炼过程剧化的开始阶段，有时炉渣会起泡并从炉口溢出，这就是吹炼过程中发生的典型的乳化和泡沫现象。

由于氧射流对熔池的强烈冲击和CO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。

乳化：是指金属液滴或气泡弥散在炉渣中，若液滴或气泡数量较少而且在炉渣中自由运动，这种现象称为渣钢乳化或渣气乳化。

若炉渣中仅有气泡，而且气泡无法自由运动，这种现象称炉渣泡沫化。

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或金属滴所造成的。

通过对230tLD转炉乳液取样分析，发现其中金属液滴比例很大：

吹氧 6-7min 时 占45%-80%；

10-12 min 时 占40%-70%；

15-17min 时 占30%-60%。

可见，吹炼时金属和炉渣密切相混。

研究表明，金属液滴比金属熔池的脱碳、脱磷、脱锰更有效。金属液滴尺寸

愈小，脱除量愈多。而金属液滴的含硫量比金属熔池的含硫量高，金属液滴尺寸愈小，含硫量愈大。生产实践表明，冶炼中期硬吹时，由于渣内富有大量CO 气泡以及渣中氧化铁被金属液滴中的碳所还原，导致炉渣的液态部分消失而“返干”。

软吹时，由于渣中（FeO ）含量增加，并且氧化位（即Fe3+/Fe2+）升高，持续时间过长就会产生大量起泡沫的乳化液，乳化的金属量非常大，生成大量气体，容易发生大喷或溢渣。因此，必须正确调整枪位和供氧量，使乳化液中是金属保持某一百分比。

4.枪位与熔池温度的关系

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。

⑴采用低枪位操作，气体—熔渣—金属乳化充分，化学反应速度快，熔池

升温速度加快，吹炼时间短，热损失减少，炉温较高。

⑵枪位高，熔池搅拌力弱，反应速度缓慢，熔池升温速度缓慢，吹炼时间

延长，热损失增多，温度偏低。

五.供氧制度中的几个工艺参数

1.供氧量

定义：单位时间内供入熔池的氧气量，单位是m 3/min ，或m 3/h ，故又称氧

气流量，常用Q 表示。 计算公式：）

供氧时间（）装入量（）每吨金属需氧量（供氧量min /3t t m Q ?= ⑴每吨金属需氧量

它取决于铁水成分、所炼钢种的终点成分及氧气利用率等因素，通常情况

下为52～60m 3/t 。

⑵供氧时间

国内不同容量转炉的供氧时间统计如下表：

转炉容量/t 12 30 50 120

供氧时间/min ～15 ～16 ～18 ～23

供氧强度/m 3/t ·min ～4.0 ～3.6 ～3.3 ～3.0

例如：首钢30吨转炉，金属料装入量38吨，取吨料耗氧量为56 m 3/t ，吹氧时间16分钟，则其供氧量为：

56×38/16=133 m 3/min=7980m 3/h

2.供氧强度

定义：单位时间内每吨金属的耗氧量，常用I 表示，单位是m 3/t ·min 。

计算公式：供氧强度I=）

装入量（）供氧量（t m min /3=）供氧时间（每吨金属耗氧量（min )/3t m 上例的供氧强度为：

I=56/16=3.5 m 3/t ·min

讨论：一定的生产条件下每吨金属的耗氧量是定值，较高的供氧强度意味

着供氧时间较短，即生产率高。但实际生产中喷头的直径一定，只有通过提高氧气的压力来实现，这样吹炼中喷溅严重且氧气的利用率较低。一般情况下，随着转炉容量的增大，H/D 减小，生产中易喷，供氧强度减小，国内不同容量转炉的供氧强度见上表。

另外，供氧强度的大小还与原料质量、操作水平等因素有关，例如国外一

些300吨转炉的供氧强度也高达4.0左右。

3.氧压

⑴工作氧压P 用：

指测定点氧压，即氧气进入氧枪前管道中的氧压，也是供氧制度中规定的

工作氧压。由测定点到喷嘴前有一定的氧压损失，根据具体情况可以测定。所以P 用＞P 0。

⑵喷嘴前氧压P 0：

其选用应考虑以下因素：

A.氧气流股出口速度要达到超音速（450～530cm ∕s ），即M ＝1.8～2.1。