冶金质量分析第一章常规炼钢法及质量控制

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1、第一章第一章 常规炼钢法及质量控制常规炼钢法及质量控制 众所周知，炼钢的目的是获得一定成分和一定结众所周知，炼钢的目的是获得一定成分和一定结晶组织的钢锭材料。利用常规的炼钢设备，经过相应晶组织的钢锭材料。利用常规的炼钢设备，经过相应的工艺操作把生铁等原料冶炼成各种牌号的钢有其共的工艺操作把生铁等原料冶炼成各种牌号的钢有其共同之处，这就是先要在炼钢炉内把生铁、废钢等炉料同之处，这就是先要在炼钢炉内把生铁、废钢等炉料熔化成液体熔化成液体 ，接着加入氧化剂，并造好炉渣，把高温，接着加入氧化剂，并造好炉渣，把高温铁水中多余的碳元素氧化掉，达到规定范围。还要除铁水中多余的碳元素氧化掉，达到规定范围。还要

2、除掉硅锰硫磷等，使它们也达到标准要求。当然，为了掉硅锰硫磷等，使它们也达到标准要求。当然，为了获得性能优良的合金钢，冶炼后期还要进行合金化操获得性能优良的合金钢，冶炼后期还要进行合金化操作。作。 炼钢是复杂的高温物理化学反应过程，受很多的炼钢是复杂的高温物理化学反应过程，受很多的因素影响和制约，同时，它们也直接影响钢材的质量。因素影响和制约，同时，它们也直接影响钢材的质量。对提高钢材的性能是极为重要的。对提高钢材的性能是极为重要的。 本章介绍常用炼钢设备及相应的工艺过程，比较、本章介绍常用炼钢设备及相应的工艺过程，比较、分析常规炼钢法的特点及冶炼过程中质量控制要点和分析常规炼钢法的特点及冶炼过

3、程中质量控制要点和炼钢方法的选用原则。炼钢方法的选用原则。第一节第一节 炼钢的基本任务及原料炼钢的基本任务及原料 炼钢，就是利用不同来源的氧（如空气、氧炼钢，就是利用不同来源的氧（如空气、氧气）来氧化炉料（一般主要是生铁）所含的碳气）来氧化炉料（一般主要是生铁）所含的碳硅锰磷硫等。目前从铁矿石到炼出钢是分为两硅锰磷硫等。目前从铁矿石到炼出钢是分为两步进行的。即先在高炉中将铁矿石炼成生铁，步进行的。即先在高炉中将铁矿石炼成生铁，然后在炼钢炉内将生铁冶炼成钢。前者是还原然后在炼钢炉内将生铁冶炼成钢。前者是还原反应过程，后者主要是氧化反应过程。所以炼反应过程，后者主要是氧化反应过程。所以炼钢过程的基

4、本任务就是把生铁中的碳氧化到规钢过程的基本任务就是把生铁中的碳氧化到规定的范围内，当然脱碳并非是氧化反应唯一的定的范围内，当然脱碳并非是氧化反应唯一的任务。不仅如此，炼钢过程中还要加入一些合任务。不仅如此，炼钢过程中还要加入一些合金元素，以提高钢的物理和力学性能，这就是金元素，以提高钢的物理和力学性能，这就是冶炼合金钢的目的。所以冶炼的钢越纯净，化冶炼合金钢的目的。所以冶炼的钢越纯净，化学成分越均匀，质量就越好。学成分越均匀，质量就越好。 一、一、 炼钢的基本任务炼钢的基本任务 工业用钢铁所含的合金元素，有工业用钢铁所含的合金元素，有 金属与非金属的，并区金属与非金属的，并区分为普通元素与合金

5、元素。普通元素指分为普通元素与合金元素。普通元素指C C、SiSi、MnMn、S S、P P，它，它们在最常用的钢铁中的通常质量分数如下：们在最常用的钢铁中的通常质量分数如下：元素元素C CSiSiMnMnP PS S生生铁铁（%）3.03.04.54.50.20.22.02.00.20.22.52.50.020.020.50.50.010.010.50.5普普钢钢（%）0.080.081.21.20.010.010.30.30.30.30.80.80.010.010.050.050.010.010.050.05 由此看出，从生铁到钢，要降低各种含量。简单的说，炼由此看出，从生铁到钢，要降低各

6、种含量。简单的说，炼钢的基本任务有三条：钢的基本任务有三条：（1 1）降低）降低C C到规定范围。到规定范围。（2 2）除去杂质）除去杂质SiSi、MnMn、S S、P P。（3 3）添加合金元素进行合金化。）添加合金元素进行合金化。 综合前面章节内容可知：钢铁冶炼过程是将含铁原料经过综合前面章节内容可知：钢铁冶炼过程是将含铁原料经过物理化学的冶金操作和复杂的反应变化，炼制成用于各种形物理化学的冶金操作和复杂的反应变化，炼制成用于各种形态钢制品的原材料态钢制品的原材料粗钢坯的工艺过程。可见，炼钢的基粗钢坯的工艺过程。可见，炼钢的基本原理就是复杂的氧化过程。概括的讲，它包含本原理就是复杂的氧化过

7、程。概括的讲，它包含C C、SiSi、MnMn等杂质的氧化；造渣去等杂质的氧化；造渣去S S、P P；脱氧和合金化以及出钢，浇铸；脱氧和合金化以及出钢，浇铸四个基本环节。其中关键是除掉钢液中的杂质和气体，这样，四个基本环节。其中关键是除掉钢液中的杂质和气体，这样，达到一定成分、温度的钢水用钢锭模铸成钢锭或用连铸机铸达到一定成分、温度的钢水用钢锭模铸成钢锭或用连铸机铸成钢坯。一般所说的钢产量就是指合格的钢锭及连铸坯的产成钢坯。一般所说的钢产量就是指合格的钢锭及连铸坯的产量。量。二、炼钢原料及质量要求二、炼钢原料及质量要求 炼钢原料有金属原料和非金属原料两大类。金属原料包括炼钢原料有金属原料和非金

8、属原料两大类。金属原料包括生铁、废钢、合金材料生铁、废钢、合金材料; ;非金属原料包括氧化剂和造渣材料非金属原料包括氧化剂和造渣材料等。等。( (一一) )金属原料及质量要求金属原料及质量要求 1 1生铁生铁 生铁是碳的质量分数大于生铁是碳的质量分数大于2. 6%2. 6%的铁碳合金，此外还含有少的铁碳合金，此外还含有少量的量的Si, Mn, P, SSi, Mn, P, S等元素。生铁是用还原的方法从铁矿石中制取等元素。生铁是用还原的方法从铁矿石中制取得来的，矿石的还原过程就是使氧化铁从高价变为低价，最后得来的，矿石的还原过程就是使氧化铁从高价变为低价，最后成为金属铁的过程，其顺序是成为金属

9、铁的过程，其顺序是Fe2O3Fe3O4FeO-FeFe2O3Fe3O4FeO-Fe。可见，。可见，炼铁的基本任务就是采用铁矿石、焦碳、石灰石及大量的热空炼铁的基本任务就是采用铁矿石、焦碳、石灰石及大量的热空气，在高炉内从氧化铁中把铁还原出来。其原理过程可简单地气，在高炉内从氧化铁中把铁还原出来。其原理过程可简单地写成归纳式为写成归纳式为: :氧化铁氧化铁+ +碳碳-铁铁+ +二氧化碳。具体讲就是把固二氧化碳。具体讲就是把固体原料按一定比例组成一批一批的炉料体原料按一定比例组成一批一批的炉料批料批料) )，经上料和装，经上料和装料系统将批料送入高炉。炉料在高炉内构成料柱，料柱下部的料系统将批料送

10、入高炉。炉料在高炉内构成料柱，料柱下部的焦炭被高炉下部鼓进的热风燃烧生成煤气焦炭被高炉下部鼓进的热风燃烧生成煤气(CO )(CO )。上升的煤气把。上升的煤气把热量传递给炉料，使矿石和熔剂不断熔化而下降。随温度的上热量传递给炉料，使矿石和熔剂不断熔化而下降。随温度的上升，先后进行还原作用、造渣作用和渗碳作用升，先后进行还原作用、造渣作用和渗碳作用; ;经渗碳并溶解经渗碳并溶解少量的在高炉下部还原出来的硅、锰、硫、磷等杂质后形成生少量的在高炉下部还原出来的硅、锰、硫、磷等杂质后形成生铁。铁。 炼钢生铁的化学成分是否稳定，对于炼钢操作和产品质量炼钢生铁的化学成分是否稳定，对于炼钢操作和产品质量有较

11、大影响。一般除要求炼钢生铁中碳的质量分数在有较大影响。一般除要求炼钢生铁中碳的质量分数在4.0%4.0%左左右，对于生铁中其他元素的质量分数也作了规定，不同炼钢右，对于生铁中其他元素的质量分数也作了规定，不同炼钢法亦有不同的要求。如平炉对法亦有不同的要求。如平炉对MnMn不作规定，但要求不作规定，但要求Si0.85%, S0.03%, P 0.15%;Si0.85%, S0.03%, P 0.15%;而氧气顶吹转炉法要求而氧气顶吹转炉法要求MnMn 0.6% 0.6% ， Si0.8%Si0.8%，其，其S, PS, P与平炉法相同。与平炉法相同。 2.2.废钢废钢 废钢是电弧炉炼钢的主要原料

12、，平炉也可以全部使用废钢，废钢是电弧炉炼钢的主要原料，平炉也可以全部使用废钢，转炉使用的金属原料中废钢比例一般小于转炉使用的金属原料中废钢比例一般小于30%30%。 废钢的物理状态和化学成分是很复杂的，为了保证炼钢的废钢的物理状态和化学成分是很复杂的，为了保证炼钢的技术、经济指标和钢的质量，对炼钢所用的废钢必须严格分技术、经济指标和钢的质量，对炼钢所用的废钢必须严格分类和合理使用。类和合理使用。废钢的来源有两个方面，一种是炼钢厂本厂的废钢，其中包括废钢的来源有两个方面，一种是炼钢厂本厂的废钢，其中包括炼钢车间的废钢锭、浇道、中注管、注余和包底等以及轧钢车炼钢车间的废钢锭、浇道、中注管、注余和包

13、底等以及轧钢车间的废品、切头、切尾、切边等。这类废钢易于分类，质量好，间的废品、切头、切尾、切边等。这类废钢易于分类，质量好，成分清楚。另一种是外来废钢，包括金属加工的切屑、边角余成分清楚。另一种是外来废钢，包括金属加工的切屑、边角余斜、残次品及使用后报废的钢铁制品等，这类废钢来源广泛，斜、残次品及使用后报废的钢铁制品等，这类废钢来源广泛，成分复杂，质量不易掌握。成分复杂，质量不易掌握。 废钢按其形状分为轻废钢和重废钢。轻废钢应当预先打包或废钢按其形状分为轻废钢和重废钢。轻废钢应当预先打包或压成块状，重废钢应设法破碎，配料时轻重废钢应合理搭配使压成块状，重废钢应设法破碎，配料时轻重废钢应合理搭

14、配使用。用。 废钢应当是少锈或无锈，其中不应混入锡、铅、锌、锑、铜废钢应当是少锈或无锈，其中不应混入锡、铅、锌、锑、铜等有色金属，并不应粘附有泥沙和油类，防止易爆品混入。等有色金属，并不应粘附有泥沙和油类，防止易爆品混入。 按照化学成分，废钢可分碳素废钢和合金废钢。各类废钢应按照化学成分，废钢可分碳素废钢和合金废钢。各类废钢应进行化学成分的检验，作为分类管理的依据。特别是合金废钢，进行化学成分的检验，作为分类管理的依据。特别是合金废钢，分类愈细愈好，最好按钢种或钢类分别管理。分类愈细愈好，最好按钢种或钢类分别管理。 3. 3. 合金材料合金材料 炼钢过程中，为了使钢液脱氧、脱硫和合金化，需要向

15、熔炼钢过程中，为了使钢液脱氧、脱硫和合金化，需要向熔池中或钢包中加入合金材料，合金材料有单一金属、铁合金池中或钢包中加入合金材料，合金材料有单一金属、铁合金或复合合金等形式。经常使用的有金属铬、金属铝、电解镍、或复合合金等形式。经常使用的有金属铬、金属铝、电解镍、火法镍和各种不同碳的质量分数的锰铁、铬铁、硅铁、钛铁、火法镍和各种不同碳的质量分数的锰铁、铬铁、硅铁、钛铁、钨铁、铝铁、硼铁、铌铁、锆铁、硅锰合金、钙硅合金、硅钨铁、铝铁、硼铁、铌铁、锆铁、硅锰合金、钙硅合金、硅锰铝合金、稀土合金等。锰铝合金、稀土合金等。 目前世界上对上述合金材料尚无统一标准，但对炼钢所使目前世界上对上述合金材料尚无

16、统一标准，但对炼钢所使用的合金材料的基本用的合金材料的基本 要求是一致的，即要求合金材料含量高，要求是一致的，即要求合金材料含量高，熔炼低碳钢时希望熔炼低碳钢时希望 碳的质量分数低；含有害杂质少，不应有碳的质量分数低；含有害杂质少，不应有夹渣和其他非金属夹杂物；具有一定块度。夹渣和其他非金属夹杂物；具有一定块度。 使用合金材料时要仔细计算用量和准确称量，并且在烘烤使用合金材料时要仔细计算用量和准确称量，并且在烘烤后使用。后使用。（二）（二） 非金属原料及质量要求非金属原料及质量要求 为了造渣，炼钢过程中使用非金属原料，并根据炉内熔池中为了造渣，炼钢过程中使用非金属原料，并根据炉内熔池中的情况随

17、时调整炉渣成分，以便有效地去除金属原料中的杂质的情况随时调整炉渣成分，以便有效地去除金属原料中的杂质元素。炼钢常用的非金属原料主要有以下几种。元素。炼钢常用的非金属原料主要有以下几种。 1.1.石灰石灰 石灰是由石灰石经石灰是由石灰石经800-1000800-1000焙炼而成，它是碱性炼钢炉焙炼而成，它是碱性炼钢炉渣中渣中CaOCaO的主要来源。一般要求石灰石有如下成分（质量分数）的主要来源。一般要求石灰石有如下成分（质量分数）： CaOCaO80-85%80-85%，SiO2SiO24.5%4.5%，MgOMgO4.5%4.5%，S S0.2%0.2%，其中未烧透的石灰石数量应小于其中未烧透

18、的石灰石数量应小于10%10%。 石灰的缺点是易于潮解成粉末状，加在熔池后对渣况及炉衬石灰的缺点是易于潮解成粉末状，加在熔池后对渣况及炉衬寿命有不利影响，并使钢液中含氢量增加。因此，炼钢中一般寿命有不利影响，并使钢液中含氢量增加。因此，炼钢中一般都使用新烧石灰，此外，电弧炉炼钢使用的石灰在入炉前还要都使用新烧石灰，此外，电弧炉炼钢使用的石灰在入炉前还要烘烤，石灰的使用块度一般以烘烤，石灰的使用块度一般以20-80mm20-80mm为宜。为宜。 2.2.萤石萤石 萤石的主要成分是萤石的主要成分是CaF2CaF2，熔点为，熔点为935935。在碱性渣中加入萤。在碱性渣中加入萤石可改善渣的流动性，但

19、并不影响其碱度，萤石稀渣的作用在石可改善渣的流动性，但并不影响其碱度，萤石稀渣的作用在于降低了炉渣的熔点。但用量不能过多，尤其是电炉炼钢时炉于降低了炉渣的熔点。但用量不能过多，尤其是电炉炼钢时炉渣太稀将会降低炉子寿命。萤石使用前要烘烤，其块度一般为渣太稀将会降低炉子寿命。萤石使用前要烘烤，其块度一般为15-60mm15-60mm。 3.3.铁矾土铁矾土 铁矾土的化学成分大致为：铁矾土的化学成分大致为：Al2O3Al2O3为为 40-57%40-57%，SiO2 SiO2 为为10-10-17%17%，Fe2O3Fe2O3为为12-26%12-26%，H2OH2O、CaOCaO和和MgOMgO少

20、量。少量。 炼钢过程中加入铁矾土可调节碱性渣中的炼钢过程中加入铁矾土可调节碱性渣中的Al2O3Al2O3浓度以及降低浓度以及降低石灰熔点，促使尽快形成高碱度炉渣。铁矾土的稀渣作用不如石灰熔点，促使尽快形成高碱度炉渣。铁矾土的稀渣作用不如萤石，且用量过多时会降低炉渣碱度，所以它的加入量一般不萤石，且用量过多时会降低炉渣碱度，所以它的加入量一般不超过金属炉料质量的超过金属炉料质量的0.5%0.5%。铁矾土中水分含量较高，使用前应。铁矾土中水分含量较高，使用前应烘烤去水。烘烤去水。 4.4.粘土块粘土块 粘土块是钢锭浇注系统中使用过的各种流钢砖，所以也称为粘土块是钢锭浇注系统中使用过的各种流钢砖，所

21、以也称为火砖块。粘土块的化学成分大致是：火砖块。粘土块的化学成分大致是： SiO2 SiO2 为为58-72%58-72%， Al2O3Al2O3为为 27-35%27-35%，Fe2O3Fe2O3为为1.2-2.2%1.2-2.2%。 粘土块的作用也是稀渣，尤其对含粘土块的作用也是稀渣，尤其对含MgOMgO较多的炉渣其稀释作较多的炉渣其稀释作用较萤石强，另外利用部分粘土块代替萤石也较经济。用较萤石强，另外利用部分粘土块代替萤石也较经济。 粘土块在使用前应破碎并清除其他物质和氧化铁，入炉前还粘土块在使用前应破碎并清除其他物质和氧化铁，入炉前还应干燥。粘土块使用过多会降低炉渣碱度，影响去磷和去硫

22、效应干燥。粘土块使用过多会降低炉渣碱度，影响去磷和去硫效果，故要合理使用。果，故要合理使用。5.5.氧化剂氧化剂 炼钢主要表现为氧化过程。为了完成并加速炼钢过程中的氧炼钢主要表现为氧化过程。为了完成并加速炼钢过程中的氧化精炼任务，炼钢操作中必须使用各种氧化剂，经常使用的氧化精炼任务，炼钢操作中必须使用各种氧化剂，经常使用的氧化剂主要有以下几种。化剂主要有以下几种。 1)1)铁矿石铁矿石 作为氧化剂来使用的铁矿石是选用铁质量分数作为氧化剂来使用的铁矿石是选用铁质量分数高的富矿，其中有害杂质磷硫含量和水分越少越好，所含脉石高的富矿，其中有害杂质磷硫含量和水分越少越好，所含脉石SiO2SiO2也应尽

23、量的少。也应尽量的少。 一般在平炉和转炉中使用的铁矿石所含水分要求不大于一般在平炉和转炉中使用的铁矿石所含水分要求不大于4%4%，在电弧炉中使用的铁矿石则要求水分小于，在电弧炉中使用的铁矿石则要求水分小于0.5%0.5%，故铁矿石在，故铁矿石在入炉前应烘烤去水。铁矿石中铁含量越高，其密度越大。一般入炉前应烘烤去水。铁矿石中铁含量越高，其密度越大。一般要求其使用块度为要求其使用块度为50-200mm50-200mm，这样在铁矿石加入炼钢熔池后，这样在铁矿石加入炼钢熔池后，能较快形成炉渣，并与金属液发生反应，氧化效果好，而铁矿能较快形成炉渣，并与金属液发生反应，氧化效果好，而铁矿石中的铁也能大部分

24、被还原进入金属液体。石中的铁也能大部分被还原进入金属液体。 2 2）氧化铁皮）氧化铁皮 氧化铁皮是钢锭和钢坯在加热以及锻、轧氧化铁皮是钢锭和钢坯在加热以及锻、轧过程中，由于表面被氧化而形成的氧化物脱落后的产物。主过程中，由于表面被氧化而形成的氧化物脱落后的产物。主要成分是要成分是Fe2O3Fe2O3，其，其FeFe的质量分数大于的质量分数大于70-75%70-75%，用于稀释炉，用于稀释炉渣，改善炉渣流动性，还可加速石灰溶解等。由于氧化铁皮渣，改善炉渣流动性，还可加速石灰溶解等。由于氧化铁皮常常含有水分和油渍，所以入炉前应烘烤干燥。常常含有水分和油渍，所以入炉前应烘烤干燥。 3 3）锰矿）锰矿

25、 其其MnMn的质量分数不小于的质量分数不小于35-45%35-45%，SiO2SiO2的质量的质量分数不大于分数不大于12%12%，是弱氧化剂，平炉主要是用来增加，是弱氧化剂，平炉主要是用来增加MnMn含量。含量。 4 4）氧气）氧气 现代炼钢法已全部或部分使用工业纯氧作为氧现代炼钢法已全部或部分使用工业纯氧作为氧化剂，以加速氧化精炼过程。为了保证炼钢质量，炼钢用的化剂，以加速氧化精炼过程。为了保证炼钢质量，炼钢用的工业纯氧的质量分数要求大于工业纯氧的质量分数要求大于99%99%，水分含量应小于，水分含量应小于0.07g/m30.07g/m3，经常使用的工作压力为，经常使用的工作压力为304

26、-1216KPa304-1216KPa。总之炼钢的主要原料是铁水（生铁）与废钢等。但不总之炼钢的主要原料是铁水（生铁）与废钢等。但不同炼钢法采用的原料不尽相同，选择适量的原料配比同炼钢法采用的原料不尽相同，选择适量的原料配比对充分发挥不同炼钢法的冶炼特点是很重要的。如对充分发挥不同炼钢法的冶炼特点是很重要的。如LDLD转炉正常操作时废钢比以转炉正常操作时废钢比以0-30%0-30%为宜，希望铁水中的为宜，希望铁水中的SiSi的质量分数稳定在合适的范围内，这是冶炼顺利进的质量分数稳定在合适的范围内，这是冶炼顺利进行的保证。平炉的主要原料与转炉本质上是相同的，行的保证。平炉的主要原料与转炉本质上是

27、相同的，其废钢比其废钢比40%40%左右最合适，因为所用燃料中含左右最合适，因为所用燃料中含S S，则，则必须控制原料中必须控制原料中S S的质量分数。而电路由于去除的质量分数。而电路由于去除S S、P P容易，所以对原料，特别是废钢不必过分挑剔，但严容易，所以对原料，特别是废钢不必过分挑剔，但严防防PbPb、SnSn等有害元素混入。等有害元素混入。第二节第二节 常规炼钢法的分类常规炼钢法的分类 一、炼钢法的分类一、炼钢法的分类1.炼钢方法分为直接炼钢法和间接炼钢法两种 （1）间接炼钢法：铁矿中还原出生铁，再将某些元素氧化掉，最后冶炼成钢铁 （2）直接炼钢法：从铁矿中一步冶炼成钢铁，但目前尚处

28、于起步阶段2.间接炼钢法的分类 （1）按操作温度可分为： a.固态精炼法：1250 b.半熔融精炼法：12501450 c.熔融精炼法：1550（主要使用的方法） （2）按炉渣可分为： a.酸性炼钢法：石英砂 b.碱性炼钢法：镁砂，白云石二、氧气转炉炼钢法的特点二、氧气转炉炼钢法的特点 氧气转炉炼钢法，现在主要是指氧气顶吹转炉炼钢法（氧气转炉炼钢法，现在主要是指氧气顶吹转炉炼钢法（LDLD法法) )，它是，它是19521952年由奥地的林茨年由奥地的林茨( (LinzLinz) )和多纳维茨和多纳维茨( (DonarizDonariz) )两钢两钢厂首先采用而得名。厂首先采用而得名。6060年

29、代起年代起LDLD炼钢法已在全世界迅速发展，炼钢法已在全世界迅速发展，一跃而成为近代主要炼钢方法之一，已有取代平炉炼钢之势，一跃而成为近代主要炼钢方法之一，已有取代平炉炼钢之势， 最近新的氧气底吹转炉炼钢法也已投入使用。还有采用侧吹氧最近新的氧气底吹转炉炼钢法也已投入使用。还有采用侧吹氧气或复合吹氧气、氩气等操作方式的冶炼设备。其主要特点如气或复合吹氧气、氩气等操作方式的冶炼设备。其主要特点如下：下：（1 1）氧气顶吹转炉炼钢不需要外加热源和燃料）氧气顶吹转炉炼钢不需要外加热源和燃料 根据物料的根据物料的热平衡计算，以铁水的物理热和吹炼过程中熔池的化学反应热热平衡计算，以铁水的物理热和吹炼过程

30、中熔池的化学反应热为氧气转炉的主要热收入，除用于熔化炉渣和提高金属液体温为氧气转炉的主要热收入，除用于熔化炉渣和提高金属液体温度及各项热损失外，还有剩余热量，常用加入一定量废钢和铁度及各项热损失外，还有剩余热量，常用加入一定量废钢和铁矿石冷料来一起熔炼。矿石冷料来一起熔炼。（2 2）精炼时间短）精炼时间短 在氧气顶吹转炉冶炼过程中，以超音速吹在氧气顶吹转炉冶炼过程中，以超音速吹入熔池的高压氧气流与铁水界面处发生氧气入熔池的高压氧气流与铁水界面处发生氧气金属反应，而炉金属反应，而炉渣与铁水界面处发生渣一金属反应。由于气流冲击和脱碳反应渣与铁水界面处发生渣一金属反应。由于气流冲击和脱碳反应加快加快

31、. .熔化搅动剧烈熔化搅动剧烈. .反应面积增大。使得各种冶金反应迅速进反应面积增大。使得各种冶金反应迅速进行，因此精炼时间短。行，因此精炼时间短。 (3) (3) 氧气转炉炼钢法最大优点之一是生产效率高氧气转炉炼钢法最大优点之一是生产效率高 按相同容按相同容量比较，不用氧气的平炉生产率只是转炉的量比较，不用氧气的平炉生产率只是转炉的1/10.1/10. (4) (4)吹炼时烟尘大吹炼时烟尘大 由于氧气顶吹转炉吹炼时供氧量大由于氧气顶吹转炉吹炼时供氧量大. .压力压力高，熔池反应激烈，使大量含有铁尘埃的烟气生成。据计算，高，熔池反应激烈，使大量含有铁尘埃的烟气生成。据计算，烟尘量约为装炉原料质

32、量的烟尘量约为装炉原料质量的0.8-1.3%0.8-1.3%。例如炉容量。例如炉容量150t150t的转炉，的转炉，平均每大产生平均每大产生33-52t33-52t烟尘。因此消烟除尘对氧气转炉炼钢是十烟尘。因此消烟除尘对氧气转炉炼钢是十分重要的。分重要的。 当前在我国使用的转炉容量多是当前在我国使用的转炉容量多是30100t30100t的小中型炉体。世的小中型炉体。世界上氧气转炉炼钢使用最多、钢产量最大的是日本。其最大容界上氧气转炉炼钢使用最多、钢产量最大的是日本。其最大容量已超过量已超过400t400t，而且炼钢技术也达到世界最高水平。，而且炼钢技术也达到世界最高水平。 三、平炉炼钢法的特点

33、三、平炉炼钢法的特点三、平炉炼钢法的特点三、平炉炼钢法的特点 平炉炼钢法从平炉炼钢法从18641864年诞生后，在近年诞生后，在近100100年的时间里，一直是年的时间里，一直是世界上的主要炼钢方法。在世界上的主要炼钢方法。在19551955年前，平炉钢产量约占世界粗年前，平炉钢产量约占世界粗钢年产量的钢年产量的85%85%，但在本世纪，但在本世纪5050年代出现了氧气顶吹转炉炼钢年代出现了氧气顶吹转炉炼钢法之后，使平炉炼钢在生产率、成本、基建投资以及自动控制法之后，使平炉炼钢在生产率、成本、基建投资以及自动控制水平等方面均无法与其抗衡。因此，有些国家水平等方面均无法与其抗衡。因此，有些国家(

34、 (如日本如日本) )已全部已全部淘汰了平炉。但在我国平炉钢产量仍占一定比例。特别是通过淘汰了平炉。但在我国平炉钢产量仍占一定比例。特别是通过挖潜改造，采用碱性炉顶，汽化冷却，广泛使用氧气来强化冶挖潜改造，采用碱性炉顶，汽化冷却，广泛使用氧气来强化冶炼，大量应用天然气炼钢，扩大炉子容积等。采用这些重要的炼，大量应用天然气炼钢，扩大炉子容积等。采用这些重要的措施改造了熔炼和浇注工艺，使平炉生产率大为提高，并改善措施改造了熔炼和浇注工艺，使平炉生产率大为提高，并改善了钢的质量。现将平炉炼钢法的特点列举如下。了钢的质量。现将平炉炼钢法的特点列举如下。(1)(1)对金属原料的配比无限制对金属原料的配比

35、无限制 也就是说平炉炼钢炉料可采用也就是说平炉炼钢炉料可采用任何配比的废钢、铁水或生铁来冶炼。可见，平炉装料适用性任何配比的废钢、铁水或生铁来冶炼。可见，平炉装料适用性强，具有能适应获得原料难易和价格高低的灵活性。强，具有能适应获得原料难易和价格高低的灵活性。(2)(2)冶炼过程中炉气始终具有氧化特性冶炼过程中炉气始终具有氧化特性 为了使燃料在熔池上为了使燃料在熔池上面完全燃烧，必须同时供给超过理论计算所需的空气量，所以面完全燃烧，必须同时供给超过理论计算所需的空气量，所以炉气中含有过剩的氧。另外废气中的炉气中含有过剩的氧。另外废气中的COCO2 2和和H H2 2O O也是强氧化性也是强氧化

36、性气体。因此平炉炉膛始终保持氧化性炉气。熔炼过程中不断从气体。因此平炉炉膛始终保持氧化性炉气。熔炼过程中不断从氧化性气氛中传递氧到钢水中去，并且在炉渣的共同作用下除氧化性气氛中传递氧到钢水中去，并且在炉渣的共同作用下除去钢水中的杂质元素比较容易。去钢水中的杂质元素比较容易。 (3)(3)热效率低热效率低 平炉因炉体庞大，散热面积大，热效率低。还平炉因炉体庞大，散热面积大，热效率低。还由于平炉炼钢时传热和传氧是通过炉渣完成的，为了扩大炉气由于平炉炼钢时传热和传氧是通过炉渣完成的，为了扩大炉气炉渣炉渣金属液体之间的接触面积而采用浅碟性熔池。平炉冶金属液体之间的接触面积而采用浅碟性熔池。平炉冶炼时间

37、长，生产效率不高。炼时间长，生产效率不高。 (4)(4)炉膛容量大，一次可产钢数百炉膛容量大，一次可产钢数百t t，例如前苏联建有，例如前苏联建有900t900t容容量的平炉。由于工艺成熟，冶炼速度慢，温度和成分易干调节，量的平炉。由于工艺成熟，冶炼速度慢，温度和成分易干调节，所以质量较稳定，可以熔炼的钢种范围亦较宽。所以质量较稳定，可以熔炼的钢种范围亦较宽。四、电炉炼钢法的特点四、电炉炼钢法的特点 电炉炼钢法是利用电能冶炼的方法，它出现电炉炼钢法是利用电能冶炼的方法，它出现于于1919世纪末期。电炉炼钢主要包括电弧炉和感世纪末期。电炉炼钢主要包括电弧炉和感应炉两种方法，但通常习惯把电弧炉法简

38、称为应炉两种方法，但通常习惯把电弧炉法简称为电炉法。电弧炉又有交流、直流之分，交流电电炉法。电弧炉又有交流、直流之分，交流电弧炉是用三相交流电源的电极，与金属炉料间弧炉是用三相交流电源的电极，与金属炉料间产生高温电弧，熔化炉料和造渣等来炼钢的。产生高温电弧，熔化炉料和造渣等来炼钢的。现推广使用的直流电弧炉是用一个高压电极与现推广使用的直流电弧炉是用一个高压电极与金属炉料起弧，发热熔化炉料炼钢。感应电炉金属炉料起弧，发热熔化炉料炼钢。感应电炉则是在炉料内通过感生电流发热熔炼炉料，它则是在炉料内通过感生电流发热熔炼炉料，它又分高频、中频和工频感应炉，在规模生产中又分高频、中频和工频感应炉，在规模生

39、产中主要采用常压感应炉炼钢法。下面就电弧炉和主要采用常压感应炉炼钢法。下面就电弧炉和常压感应炉炼钢法的特点分别作以下介绍。常压感应炉炼钢法的特点分别作以下介绍。 ( (一一) )电弧炉炼钢法的特点电弧炉炼钢法的特点 1)1)利用电能为热源，其本身清洁，无污染，利用电能为热源，其本身清洁，无污染，而且能量易干调节，便干控制熔池温度。而且能量易干调节，便干控制熔池温度。 2)2)同平炉、氧气转炉相比，电炉炉体密封性同平炉、氧气转炉相比，电炉炉体密封性好，所以热效率高，约为好，所以热效率高，约为65%65%以上。而且电弧以上。而且电弧区温度大于区温度大于30003000，能熔化高熔点合金元素，能熔化

40、高熔点合金元素，可冶炼各种特殊用途的钢种。可冶炼各种特殊用途的钢种。 3)3)电弧炉冶炼的独特之处是有还原期，其炉电弧炉冶炼的独特之处是有还原期，其炉内气氛可以根据冶炼需要来控制，不仅能形成内气氛可以根据冶炼需要来控制，不仅能形成氧化性气氛，也能形成还原性气氛，这是平炉氧化性气氛，也能形成还原性气氛，这是平炉和氧气转炉不能比拟的。因此，电炉具有去除和氧气转炉不能比拟的。因此，电炉具有去除磷、硫等杂质的有利条件。在冶炼合金钢时，磷、硫等杂质的有利条件。在冶炼合金钢时，其成分较易控制，合金元素烧损少，脱氧完全，其成分较易控制，合金元素烧损少，脱氧完全，纯净度高。纯净度高。 4)4)电炉可以采用合金

41、废钢返回冶炼，这对节约电炉可以采用合金废钢返回冶炼，这对节约贵重元素，提高经济效益十分有利。贵重元素，提高经济效益十分有利。 5)5)与平炉比较，电炉设备简单，基建费用低，与平炉比较，电炉设备简单，基建费用低，投产快，生产率高。还可以间歇生产。投产快，生产率高。还可以间歇生产。 按照传统的观念，转炉和平炉主要用来大量按照传统的观念，转炉和平炉主要用来大量生产普碳钢，如果配上炉外精炼，它们也可以生产普碳钢，如果配上炉外精炼，它们也可以生产优质合金钢。而电弧炉是用来生产优质钢生产优质合金钢。而电弧炉是用来生产优质钢和特殊钢的，但近年来由于炉子容量增大，生和特殊钢的，但近年来由于炉子容量增大，生产效

42、率提高，在生产普碳钢方面也受到注视。产效率提高，在生产普碳钢方面也受到注视。但是，目前生产中还存在一些问题，主要是生但是，目前生产中还存在一些问题，主要是生产成本较高，即电能、电极等消耗大和生产率产成本较高，即电能、电极等消耗大和生产率比转炉低。此外，由于电弧使空气和水蒸气离比转炉低。此外，由于电弧使空气和水蒸气离解出大量的氢和氮，使钢中气体含量常比转炉解出大量的氢和氮，使钢中气体含量常比转炉钢和平炉钢为高。钢和平炉钢为高。( (二二) )感应炉炼钢法的特点感应炉炼钢法的特点 1)1)由于电磁搅拌钢液，改善了反应的动力学由于电磁搅拌钢液，改善了反应的动力学条件，促使钢液化学成分和温度均匀化。条

43、件，促使钢液化学成分和温度均匀化。 2)2)感应炉冶炼没有其他设备中所存在的污染感应炉冶炼没有其他设备中所存在的污染源，可获得较纯净的钢及合金。源，可获得较纯净的钢及合金。 3)3)冶炼过程中对功率和温度的调节简单方便，冶炼过程中对功率和温度的调节简单方便，即可快速升温，又能准确控温。即可快速升温，又能准确控温。4)4)冶炼过程钢液增碳少，合金化过程易于控制，冶炼过程钢液增碳少，合金化过程易于控制，使合金元素回收率高且稳定。使合金元素回收率高且稳定。5)5)感应炉电、热效率和生产率较高，设备占地感应炉电、热效率和生产率较高，设备占地面积小，劳动条件较好等。面积小，劳动条件较好等。 上述特点是在

44、电弧炉熔炼的基础上归纳出来上述特点是在电弧炉熔炼的基础上归纳出来的，但感应炉炼钢也存在一些问题。首先是炉的，但感应炉炼钢也存在一些问题。首先是炉衬较薄，使用寿命不长衬较薄，使用寿命不长; ;其次是由于炉渣导电其次是由于炉渣导电性不良，致使反应能力也较低。它主要用于生性不良，致使反应能力也较低。它主要用于生产特殊用途的合金钢及合金。产特殊用途的合金钢及合金。第三节第三节 常规炼钢法的设备、工艺常规炼钢法的设备、工艺过程及质量控制过程及质量控制一、氧气转炉炼钢法一、氧气转炉炼钢法 根据吹氧方式的不同，转炉可分顶吹、底吹、根据吹氧方式的不同，转炉可分顶吹、底吹、侧吹及复吹等几种类型。氧气顶吹转炉（侧

45、吹及复吹等几种类型。氧气顶吹转炉（LDLD转转炉）炼钢法是常见的，故以此为代表叙述转炉炉）炼钢法是常见的，故以此为代表叙述转炉炼钢主要设备、操作工艺过程和质量控制。炼钢主要设备、操作工艺过程和质量控制。( (一一) )氧气转炉炼钢法的主要设备氧气转炉炼钢法的主要设备1.1.炉体和倾动设备炉体和倾动设备 大多数转炉的炉体以其中心线为对称形状，大多数转炉的炉体以其中心线为对称形状，从纵剖面看炉体成梨形。炉体外壳用钢板焊接从纵剖面看炉体成梨形。炉体外壳用钢板焊接而成。炉体内衬耐火材料分为酸性和碱性两大而成。炉体内衬耐火材料分为酸性和碱性两大类。酸性炉衬材料主要含类。酸性炉衬材料主要含SiOSiO2

46、2; ;而碱性炉衬材料而碱性炉衬材料用的是镁砂和白云石。要求炉衬耐火材料要能用的是镁砂和白云石。要求炉衬耐火材料要能承受高温金属液体和炉渣的浸蚀及装料时块状承受高温金属液体和炉渣的浸蚀及装料时块状物的碰撞。氧气顶吹转炉的吹氧口设于炉体顶物的碰撞。氧气顶吹转炉的吹氧口设于炉体顶部，在炉体帽口部位设有出钢、出渣口，见图部，在炉体帽口部位设有出钢、出渣口，见图3-23-2所示。所示。 转炉炉体的倾动由电动机驱动。电动机及传转炉炉体的倾动由电动机驱动。电动机及传动机构可方便地将炉体向正、反两个方向倾斜，动机构可方便地将炉体向正、反两个方向倾斜，炉体倾斜时可流出钢水，又可使炉体完成倾斜炉体倾斜时可流出钢

47、水，又可使炉体完成倾斜出渣、装料等功能。转炉一般以二吹一，即一出渣、装料等功能。转炉一般以二吹一，即一座吹炼炼，另一座维修。或三吹二的作业方式座吹炼炼，另一座维修。或三吹二的作业方式来有效地利用各种设备。来有效地利用各种设备。2.2.吹氧设备吹氧设备 置于炉体上部的氧气枪向炉内喷射氧气，氧置于炉体上部的氧气枪向炉内喷射氧气，氧枪的位置由升降机控制。枪的位置由升降机控制。 氧气转炉炼钢就是靠喷枪向熔池吹喷高纯度氧气转炉炼钢就是靠喷枪向熔池吹喷高纯度高压氧气进行的。氧枪的主体结构高压氧气进行的。氧枪的主体结构如图如图3-33-3所所示。氧枪下端在吹炼时被急剧加热，因此把氧示。氧枪下端在吹炼时被急剧

48、加热，因此把氧枪制成水冷结构保护，所以氧枪是具有三层套枪制成水冷结构保护，所以氧枪是具有三层套管的结构。从中心管起依次是供氧、进水和出管的结构。从中心管起依次是供氧、进水和出水通道。水通道。 氧枪的端部有一个用铜制成的三孔喷头，它氧枪的端部有一个用铜制成的三孔喷头，它能把高压氧气的压力有效地转成动能，喷出的能把高压氧气的压力有效地转成动能，喷出的氧气流达到超音速，而使熔池内钢液搅动均匀，氧气流达到超音速，而使熔池内钢液搅动均匀，反应顺利。除三孔喷头外，也有采用四孔、五反应顺利。除三孔喷头外，也有采用四孔、五孔等多孔喷头的情况。孔等多孔喷头的情况。3.3.供料设备供料设备 氧气顶吹转炉车间设有包

49、括铁水、废钢、铁氧气顶吹转炉车间设有包括铁水、废钢、铁合金及造渣材料等供料设备。合金及造渣材料等供料设备。 转炉的主要原料供应是高温铁水。来自高炉转炉的主要原料供应是高温铁水。来自高炉的铁水成分和温度都不同，而且转炉每天可以的铁水成分和温度都不同，而且转炉每天可以吹炼几十炉次。为了贮存、保温和混匀高炉铁吹炼几十炉次。为了贮存、保温和混匀高炉铁水，在转炉车间都安装有混铁炉或混铁车。也水，在转炉车间都安装有混铁炉或混铁车。也可使用铁水包短时间贮存铁水。可使用铁水包短时间贮存铁水。 废钢通常用电磁吊车先装入料槽中，然后，废钢通常用电磁吊车先装入料槽中，然后，采用吊车吊起料槽从炉前装入转炉内。采用吊车

50、吊起料槽从炉前装入转炉内。 添加造渣及铁合金材料的设备是散料供应设添加造渣及铁合金材料的设备是散料供应设备。因转炉使用的这些散料品种多，加入时间备。因转炉使用的这些散料品种多，加入时间和数量要求精确，所以在转炉上部设各有标明和数量要求精确，所以在转炉上部设各有标明散料名称的料仓，需要加入时，在炉前操作盘散料名称的料仓，需要加入时，在炉前操作盘上进行远程控制，使散料从料仓出来经称量后，上进行远程控制，使散料从料仓出来经称量后，经水冷溜槽进入炉内。经水冷溜槽进入炉内。4.4.废气处理设备废气处理设备 氧气顶吹转炉在吹炼过程中排出大量的高温氧气顶吹转炉在吹炼过程中排出大量的高温废气，废气中废气，废气

51、中COCO的质量分数占的质量分数占90%90%。COCO与空与空气接触后生成气接触后生成COCO2 2，这种反应是发热量很高的，这种反应是发热量很高的放热反应。另外转炉内生成大量极细微的铁粉放热反应。另外转炉内生成大量极细微的铁粉混夹于废气中，所以必须进行除尘处理，以防混夹于废气中，所以必须进行除尘处理，以防止对环境的严重污染。止对环境的严重污染。 目目前前的的除除尘尘装装置置要要求求废废气气温温度度在在300300以以下下。因因此此废废气气处处理理设设备备包包括括冷冷却却和和除除尘尘。冷冷却却设设备备常常用用空空气气冷冷却却法法、水水冷冷法法、汽汽化化冷冷却却法法和和不不燃燃烧烧法法等等。除

52、除尘尘设设备备包包括括文文氏氏管管洗洗涤涤器器，湿湿式式电电除除尘尘设设备备、干干式式电电除除尘尘设设备备及及袋袋式式过过滤滤器器等等。依依实实际际情情况况来来选选用用。由由于于转转炉炉烟烟尘尘中中含含铁铁量量高高达达60%60%以以上上，所所以以除除尘尘得得到到的的尘尘埃埃可可以以作作为为高高铁精矿粉来炼铁或作为造渣剂。铁精矿粉来炼铁或作为造渣剂。( (二二) )氧气顶吹转炉的工艺过程氧气顶吹转炉的工艺过程 氧气顶吹转炉炼钢是向炉膛内的铁水（不低氧气顶吹转炉炼钢是向炉膛内的铁水（不低于于12001200) )和适量废钢喷射氧气，由大量的氧和适量废钢喷射氧气，由大量的氧气和炉料中的气和炉料中的

53、C C、SiSi、MnMn、P P等发生氧化反应，等发生氧化反应，生产的化学热进一步熔炼钢水，同时熔化散料生产的化学热进一步熔炼钢水，同时熔化散料成渣。操作过程主要有升温、降碳、去杂质、成渣。操作过程主要有升温、降碳、去杂质、脱氧和合金化等高温物化反应过程。操作重点脱氧和合金化等高温物化反应过程。操作重点是控制供氧量、造渣、温度、成分，脱氧程度是控制供氧量、造渣、温度、成分，脱氧程度和合金材料的加入等。和合金材料的加入等。1.1.装料操作装料操作 前一炉出钢倒渣后，迅速检查并修补好炉体，前一炉出钢倒渣后，迅速检查并修补好炉体，堵住出钢口，就可装料。其顺序一般为先装少堵住出钢口，就可装料。其顺序

54、一般为先装少量废钢和矿石，其量小于总装料量的量废钢和矿石，其量小于总装料量的30%30%。后。后兑入称量好的有一定温度的铁水兑入称量好的有一定温度的铁水. .作为炼钢反作为炼钢反应不可缺少的热源。应不可缺少的热源。2 2，吹炼，吹炼 当金属原料装入炉内后，把炉体摇直，下降当金属原料装入炉内后，把炉体摇直，下降氧气喷枪，并加入第一批造渣材料。当喷枪下氧气喷枪，并加入第一批造渣材料。当喷枪下降到开氧点时，供氧阀门自动打开，吹氧开始。降到开氧点时，供氧阀门自动打开，吹氧开始。喷枪下降到一定高度时，停止下降，吹炼继续喷枪下降到一定高度时，停止下降，吹炼继续进行，吹炼过程大致可分为三期。进行，吹炼过程大

55、致可分为三期。 吹炼初期为硅、锰氧化期。高速氧气流冲击吹炼初期为硅、锰氧化期。高速氧气流冲击熔池表面，并强烈搅拌熔池。如熔池表面，并强烈搅拌熔池。如图图3-53-5所示。所示。氧气流与熔池面接触时，首先发生铁、硅、锰氧气流与熔池面接触时，首先发生铁、硅、锰的氧化反应，原料中的的氧化反应，原料中的SiSi、MnMn含量即可到钢水含量即可到钢水规定的极限值。而且被氧化的规定的极限值。而且被氧化的FeFe成为成为FeOFeO等形等形成炉渣浮于铁水面上，铁水温度升高，在此阶成炉渣浮于铁水面上，铁水温度升高，在此阶段从炉口喷出亮度较暗较短的黑色火焰。段从炉口喷出亮度较暗较短的黑色火焰。 吹炼中期为碳的激

56、烈氧化期。铁水温度升高吹炼中期为碳的激烈氧化期。铁水温度升高后，即开始发生剧烈的去碳氧化反应。去碳反后，即开始发生剧烈的去碳氧化反应。去碳反应剧烈时，因产生放热反应生成应剧烈时，因产生放热反应生成COCO，熔池温度，熔池温度又上升，使废钢完全熔化。在此阶段从炉口喷又上升，使废钢完全熔化。在此阶段从炉口喷出的火焰加大、加长、加亮。二次渣料的加入出的火焰加大、加长、加亮。二次渣料的加入使渣中使渣中FeOFeO比例降低。吹炼中期应注意控制喷比例降低。吹炼中期应注意控制喷氧量及喷枪高度，避免过激反应发生的喷溅。氧量及喷枪高度，避免过激反应发生的喷溅。 脱碳反应基本结束时，吹炼过程已进入后期脱碳反应基本

57、结束时，吹炼过程已进入后期精炼期。随精炼期。随COCO生成量的减少，炉口出烟量逐生成量的减少，炉口出烟量逐渐减弱，火焰变短、变暗，因烟气中夹带渐减弱，火焰变短、变暗，因烟气中夹带FeFe2 2O O3 3颗粒而呈褐色。当分析验证钢液含量和温颗粒而呈褐色。当分析验证钢液含量和温度是规定值时，应立即提枪停止吹氧。吹炼后度是规定值时，应立即提枪停止吹氧。吹炼后期主要是冶炼成合格的钢水。期主要是冶炼成合格的钢水。3.3.测温、取样测温、取样 当氧枪完全提起后。向装料侧倒炉至当氧枪完全提起后。向装料侧倒炉至接近水平为止，从炉口用插人式热电偶接近水平为止，从炉口用插人式热电偶测温并用样勺取样。对有副枪的转

58、炉，测温并用样勺取样。对有副枪的转炉，可自动进行测温和取样操作，当确认终可自动进行测温和取样操作，当确认终点碳含量点碳含量( (一般在规格值的下限一般在规格值的下限) )和温度和温度( (一般为一般为1580 16501580 1650) )符合要求时，立符合要求时，立即出钢。即出钢。4.4.出钢、放渣出钢、放渣 在钢液温度和成分都符合要求后，将在钢液温度和成分都符合要求后，将炉体摇向出钢侧，钢液由出钢口流入盛炉体摇向出钢侧，钢液由出钢口流入盛钢桶内。必须尽量不使炉渣流入盛钢桶钢桶内。必须尽量不使炉渣流入盛钢桶内，以防回磷发生。出钢后，再次将炉内，以防回磷发生。出钢后，再次将炉体摇向装料侧，从

59、炉口向渣罐放渣。体摇向装料侧，从炉口向渣罐放渣。（三）氧气顶吹转炉炼钢法的质量控制（三）氧气顶吹转炉炼钢法的质量控制1.1.装入量的控制装入量的控制 顶吹转炉的装入量是指每炉装入铁水顶吹转炉的装入量是指每炉装入铁水和废钢的数量。由于吹炼过程中炉衬被和废钢的数量。由于吹炼过程中炉衬被侵蚀，转炉容积随着炉龄的增长逐渐扩侵蚀，转炉容积随着炉龄的增长逐渐扩大，所以装入量也要相应地增加，以保大，所以装入量也要相应地增加，以保证合理的炉容比证合理的炉容比( (即转炉内型空间容积即转炉内型空间容积与装入量的比值与装入量的比值) )。这种装入制度有利。这种装入制度有利于稳定操作和保护炉底，同时可充分发于稳定操

60、作和保护炉底，同时可充分发挥设备潜力以提高产量。挥设备潜力以提高产量。 当当装装入入一一定定量量的的废废钢钢时时，对对于于控控制制冶冶炼炼时时的的炉炉温温有有着着非非常常重重要要的的作作用用，但但不不同同密密度度的的废废钢钢对对造造渣渣、去去杂杂质质元元素素和和钢钢材材成成分分有有直直接接影影响响。例例如如不不同同密密度度的的废废钢钢对对熔熔化化温温度度影影响响差差异异很很大大。轻轻质质废废钢钢熔熔化化迅迅速速，使使炉炉温温快快速速升升高高，而而且且轻轻质质废废钢钢非非金金属属夹夹杂杂物物含含量量较较高高，可可导导致致渣渣系系过过氧氧化化。废废钢钢密密度度的的不不同同，还还影影响响杂杂质质元元

61、素素去去除除。废废钢钢使使用用时时要要注注意意合合理理配配比比。一一般般先先加加入入轻轻质质废废钢钢形形成成高高温温脱脱硫硫，而而后后由由于于重重质质废废钢钢的的熔熔解解降降低低温温度度，增加炉渣碱度，而进行脱磷操作。增加炉渣碱度，而进行脱磷操作。2 2吹氧过程的控制吹氧过程的控制 氧气顶吹转炉吹炼过程中，炉内压力高，熔氧气顶吹转炉吹炼过程中，炉内压力高，熔池中大量池中大量COCO气泡逸出时，带走钢液中的许多氧气泡逸出时，带走钢液中的许多氧和氮，使转炉钢的脆性倾向低于其他炼钢法的产和氮，使转炉钢的脆性倾向低于其他炼钢法的产品，故可炼出含氧量很低品，故可炼出含氧量很低( (平均平均0.0037%

62、)0.0037%)的钢。的钢。 高压氧气流以一定速度冲击熔池面，使熔池高压氧气流以一定速度冲击熔池面，使熔池产生搅拌，搅拌程度与供氧压力和氧枪高度有关。产生搅拌，搅拌程度与供氧压力和氧枪高度有关。氧压和枪位对流股冲击压力的影响如氧压和枪位对流股冲击压力的影响如图图3-153-15所示。所示。由于流股的冲击压力直接影响炉内的搅拌条件和由于流股的冲击压力直接影响炉内的搅拌条件和氧流与熔池接触的状态，所以可通过调节氧压和氧流与熔池接触的状态，所以可通过调节氧压和枪位来控制炉内反应。枪位来控制炉内反应。 总的看来，增加氧压或降低氧枪高度，熔池总的看来，增加氧压或降低氧枪高度，熔池产生剧烈的循环和搅拌，

63、从而加速钢液熔池的产生剧烈的循环和搅拌，从而加速钢液熔池的氧化，提高脱碳速度，但此时渣中氧化铁含量氧化，提高脱碳速度，但此时渣中氧化铁含量低，对化渣不利。因此高压低位吹氧只适用于低，对化渣不利。因此高压低位吹氧只适用于冶炼初期。反之，降低氧压或高位吹氧，熔池冶炼初期。反之，降低氧压或高位吹氧，熔池循环搅拌作用降低，从而钢液的氧化减慢，脱循环搅拌作用降低，从而钢液的氧化减慢，脱碳速度降低，但在这神情况下，炉渣氧化铁含碳速度降低，但在这神情况下，炉渣氧化铁含量提高，有利于化渣。量提高，有利于化渣。 3.3.炉渣控制炉渣控制 顶吹转炉炼钢过程控制炉渣的内容包括顶吹转炉炼钢过程控制炉渣的内容包括: :

64、成渣速度、炉渣碱度、炉渣氧化性和渣量等。成渣速度、炉渣碱度、炉渣氧化性和渣量等。通常，点火后的通常，点火后的46min46min炉渣已经形成，渣中炉渣已经形成，渣中CaOCaO的质量分数可达的质量分数可达25%30%25%30%。在一般情况。在一般情况下，顶吹转炉炉渣碱度可控制在下，顶吹转炉炉渣碱度可控制在3. 04. 53. 04. 5的的范围内，如铁水含硫或磷较高时，碱度可控范围内，如铁水含硫或磷较高时，碱度可控制在制在4. 54. 5以上。通常，吹炼低碳钢时终渣氧化以上。通常，吹炼低碳钢时终渣氧化性性(FeOFeO) )控制在控制在12%15 %;12%15 %;而吹炼中碳钢而吹炼中碳钢

65、则控制在则控制在8%12%8%12%。正常情况下，顶吹转炉。正常情况下，顶吹转炉渣量以控制在金属装入量的渣量以控制在金属装入量的10%12%10%12%为宜。为宜。4.4.温度控制温度控制 炼钢过程是在高温下进行的，温度对吹炼过程、炼钢过程是在高温下进行的，温度对吹炼过程、炉内反应和钢质量均有直接的影响。炉内反应和钢质量均有直接的影响。 当吹炼温度较当吹炼温度较低时，虽然对脱磷反应和炉衬寿命有利，但是脱碳速低时，虽然对脱磷反应和炉衬寿命有利，但是脱碳速度慢，石灰难以熔化，影响成渣速度和炉渣碱度的提度慢，石灰难以熔化，影响成渣速度和炉渣碱度的提高，对脱硫反应等均有不利的影响。如果吹炼前期炉高，对

66、脱硫反应等均有不利的影响。如果吹炼前期炉温过低，有可能使炉渣和金属中均集聚大量的氧，一温过低，有可能使炉渣和金属中均集聚大量的氧，一旦温度提高，会出现爆发性的碳氧反应，引起炉内大旦温度提高，会出现爆发性的碳氧反应，引起炉内大喷现象。相反，当吹炼温度过高时，炉内脱磷困难，喷现象。相反，当吹炼温度过高时，炉内脱磷困难，炉衬浸蚀严重，钢中气体和非金属夹杂物含量将增加，炉衬浸蚀严重，钢中气体和非金属夹杂物含量将增加，从而使钢质量变坏。从而使钢质量变坏。5.5.转炉计算机控制转炉计算机控制 氧气顶吹转炉炼一炉钢的时间为氧气顶吹转炉炼一炉钢的时间为3040min3040min，吹，吹氧时间是非常短的，在氧

67、时间是非常短的，在20min20min以内。所以控制吹炼以内。所以控制吹炼使成分和温度符合钢种要求，就成为最重要的操使成分和温度符合钢种要求，就成为最重要的操作。但影响成分和温度的因素很多而且各种因素作。但影响成分和温度的因素很多而且各种因素之间又不是简单的关系，所以在吹炼过程中作出之间又不是简单的关系，所以在吹炼过程中作出综合判断是困难的。近几年来电子计算机在转炉综合判断是困难的。近几年来电子计算机在转炉炼钢中得到很好的应用，既能使炼钢反应科学地炼钢中得到很好的应用，既能使炼钢反应科学地进行，又能适应自动化的发展。进行，又能适应自动化的发展。 转转炉炉吹吹炼炼的的控控制制方方法法有有静静态态

68、控控制制和和动动态态控控制制两两种种。静静态态控控制制是是以以物物料料平平衡衡和和热热平平衡衡为为基基础础，从从理理论论上上组组成成数数学学模模型型，并并利利用用上上炉炉数数据据加加以以修修正正进进行行控控制制的的方方法法。动动态态控控制制是是通通过过冶冶炼炼过过程程的的废废气气分分析析，测测定定钢钢水水温温度度和和成成分分，进进行行直直接接控控制制的的方方法法。目目前前对对转转炉炉炼炼钢钢的的计计算算机机控控制制项项目目，主主要要是是吹吹炼炼终终点点的的成成分分和和温温度度及及相相关关因因素素的的控控制制，近近年年来来开开展展的的快快速速多多元元素素分分析析或或炉炉内内钢钢液液成成分分分分析

69、析，对对指指导导炼炼钢钢操操作作，及及时时调调整整工工艺艺，提提高高冶冶炼炼质量将起重要作用。质量将起重要作用。（四）氧气转炉冶炼钢的质量特点四）氧气转炉冶炼钢的质量特点1.1.钢中气体少钢中气体少上浮的上浮的COCO气泡带走大量气泡带走大量N N和和H H2.2.外来元素少外来元素少 很少使用成分变化大的外来废钢很少使用成分变化大的外来废钢3.3.性能好性能好 化学成分和纯度所具有的特点，所以它化学成分和纯度所具有的特点，所以它的性能好的性能好二、平炉炼钢法二、平炉炼钢法 平炉（平炉（Open Open HearchHearch）炼钢法有近）炼钢法有近130130年的历史，由于它的致命弱点，

70、现年的历史，由于它的致命弱点，现逐渐被氧气转炉所取代。但近年来有些逐渐被氧气转炉所取代。但近年来有些国家为了挖掘平炉潜力及发挥工艺成熟国家为了挖掘平炉潜力及发挥工艺成熟之优点，对平炉设备及工艺进行了一些之优点，对平炉设备及工艺进行了一些改造，如增添吹氧设备及用氧强化冶炼改造，如增添吹氧设备及用氧强化冶炼等，对提高产量和质量都有明显效果。等，对提高产量和质量都有明显效果。（一（一) )平炉设备平炉设备 1 1、平炉基本设备、平炉基本设备 平炉是一种有蓄热室的反射炉，炉体平炉是一种有蓄热室的反射炉，炉体主要分成功效不同的上部构造和下部构主要分成功效不同的上部构造和下部构造。上部作为反射炉，主要构造

71、是炉膛，造。上部作为反射炉，主要构造是炉膛，它犹如一个浅的平碟盛着金属炉料。炉它犹如一个浅的平碟盛着金属炉料。炉膛上部喷出的预热燃料和空气生成高温膛上部喷出的预热燃料和空气生成高温火焰，熔化金属炉料并发生冶炼反应。火焰，熔化金属炉料并发生冶炼反应。在上部炉膛内还开有出钢口。在上部炉膛内还开有出钢口。 平平炉炉下下部部是是利利用用烟烟气气热热量量预预热热空空气气和和煤煤气气等等燃燃料料的的蓄蓄热热室室。设设置置蓄蓄热热室室是是平平炉炉的的一一大大特特点点。蓄蓄热热室室的的形形状状及及格格子子砖砖的的砌砌筑筑方方式式，对对热热交交换换和和性性能能影影响响很很大大。所所以以平平炉炉下下部部结结构构主

72、主要要由由蓄蓄热热系系统统和和排排气气系系统统所所组组成成。平平炉炉工工作作时时，燃燃料料和和空空气气的的预预热热过过程程如如图图3-63-6所所示示。可可见见平平炉炉加加热热的的基基本本原原理理为为蓄蓄热热原原理理，就就是是利利用用高高温温废废气气来来预预热热燃燃料料和和空空气气，以以致致如如此此循循环进行来完成炼钢过程。环进行来完成炼钢过程。 平平炉炉按按结结构构分分类类，有有固固定定式式的的也也有有少少数数可可倾倾动动式式的的。倾倾动动式式平平炉炉容容易易采采取取换换渣渣操操作作工工艺艺，故故对对炉炉料料成成分分适适应应性性强强。且且可可以以用用两两个个以以上上的的钢钢包包盛盛接接钢钢液

73、液，具具有有能能采采用用小小型型容容量量浇浇注注的的优优点点。但但倾倾动动式式平平炉炉结结构构复复杂杂，且且热热效效率率低低于于固固定定式式平炉。所以固定式平炉现应用为多。平炉。所以固定式平炉现应用为多。 此外，平炉按炉衬可分为酸性和碱性此外，平炉按炉衬可分为酸性和碱性两大类。酸性平炉衬是以两大类。酸性平炉衬是以SiOSiO2 2为主的石为主的石英砂作成，除英砂作成，除S S、P P效果差，现很少使用。效果差，现很少使用。而目前大量使用碱性平炉，其炉衬采用而目前大量使用碱性平炉，其炉衬采用镁砂或白云石制作，使用炉料范围宽。镁砂或白云石制作，使用炉料范围宽。2.2.其他设备其他设备 除上述设备外

74、，还有清除烟气中灰尘除上述设备外，还有清除烟气中灰尘的除尘器、排出烟气的烟道和烟囱、燃的除尘器、排出烟气的烟道和烟囱、燃烧燃料用的烧嘴及出钢槽。现在平炉也烧燃料用的烧嘴及出钢槽。现在平炉也用吹氧设备等，在此不再赘述。用吹氧设备等，在此不再赘述。( (二二) )平炉炼钢的工艺过程平炉炼钢的工艺过程 碱性平炉根据原料的配比可分为碱性平炉根据原料的配比可分为: :全铁水炼钢、全铁水炼钢、铁水一废钢炼钢、全废钢炼钢等工艺。目前，铁铁水一废钢炼钢、全废钢炼钢等工艺。目前，铁水一废钢配料法使用广泛，其炼钢工艺操作可分水一废钢配料法使用广泛，其炼钢工艺操作可分为补炉、装料、熔化、精炼、脱氧、合金化和出为补炉

75、、装料、熔化、精炼、脱氧、合金化和出钢。钢。1.1.补炉补炉 为了维持正常熔池形状，保证熔炼顺利进行，为了维持正常熔池形状，保证熔炼顺利进行，在出完钢后通常要进行补炉操作。要做到高温、在出完钢后通常要进行补炉操作。要做到高温、正压、准确、快速，以保证衬炉材料被良好地烧正压、准确、快速，以保证衬炉材料被良好地烧结。结。2.2.装料装料 装料有金属料装料有金属料( (废钢、铁水废钢、铁水) )和散装料和散装料( (矿石、矿石、石灰、石灰石等石灰、石灰石等) )，装料前必须进行各种原料的，装料前必须进行各种原料的配比计算。配比计算。 炉料的装人顺序一般是先用石灰石或生石灰炉料的装人顺序一般是先用石灰

76、石或生石灰铺在熔池底部，然后装矿石。在散装料之上先铺在熔池底部，然后装矿石。在散装料之上先加轻废钢，难熔的大块废钢放在高温区。冷料加轻废钢，难熔的大块废钢放在高温区。冷料装完后，等熔化到一定程度，即在炉内四周泛装完后，等熔化到一定程度，即在炉内四周泛起一些初渣后，再兑入铁水，以保证熔池沸腾起一些初渣后，再兑入铁水，以保证熔池沸腾活跃，并顺利放出初渣，缩短熔化时间。活跃，并顺利放出初渣，缩短熔化时间。3.3.熔化熔化 从兑毕铁水到炉料完全熔化，约占熔炼时间从兑毕铁水到炉料完全熔化，约占熔炼时间的的30%40%30%40%。为了缩短熔化期，可采用吹氧。为了缩短熔化期，可采用吹氧和压缩空气强化助熔。

77、和压缩空气强化助熔。 炉料中铁水比高或含有较多炉料中铁水比高或含有较多SiSi, P, S, P, S时，在熔时，在熔化期必须放渣。否则当熔池内碳氧反应增强，化期必须放渣。否则当熔池内碳氧反应增强，大量大量COCO会使炉渣泡沫性强，碱度低。而放出初会使炉渣泡沫性强，碱度低。而放出初渣，不仅使渣层减薄，改善炉气向熔池传热和渣，不仅使渣层减薄，改善炉气向熔池传热和传氧，减少炉衬浸蚀，而且会因传氧，减少炉衬浸蚀，而且会因FeOFeO含量较高，含量较高，温度较低，利于脱磷反应的进行。温度较低，利于脱磷反应的进行。 熔化中后期熔池温度和炉渣碱度逐渐提高。熔化中后期熔池温度和炉渣碱度逐渐提高。在炉料下层的

78、石灰上浮后，应加入助熔剂铁矾在炉料下层的石灰上浮后，应加入助熔剂铁矾土、萤石等促进石灰熔化，使熔毕炉渣有良好土、萤石等促进石灰熔化，使熔毕炉渣有良好的流动性和较高碱度，要求碱度的流动性和较高碱度，要求碱度 1. 81. 8，为精炼，为精炼阶段创造条件。阶段创造条件。4.4.精炼精炼 自炉料熔毕到钢水脱氧这段时间称为精炼期。自炉料熔毕到钢水脱氧这段时间称为精炼期。主要任务是去除钢液中气体和非金属夹杂物。主要任务是去除钢液中气体和非金属夹杂物。控制成分及调节温度。通常精炼过程分为矿石控制成分及调节温度。通常精炼过程分为矿石沸腾和纯沸腾两个阶段。沸腾和纯沸腾两个阶段。 精炼阶段熔池内具有合适的碳氧反

79、应是保证精精炼阶段熔池内具有合适的碳氧反应是保证精炼质量的重要条件，为此，向熔池内加入铁矿石，炼质量的重要条件，为此，向熔池内加入铁矿石，促进碳氧反应和熔池沸腾，此为矿石沸腾，这对促进碳氧反应和熔池沸腾，此为矿石沸腾，这对传热、造渣、去除原料中磷和硫、排除气体、均传热、造渣、去除原料中磷和硫、排除气体、均匀钢液成分起重要作用。匀钢液成分起重要作用。 从最后一批铁矿石加入到脱氧前，保持熔池均从最后一批铁矿石加入到脱氧前，保持熔池均匀沸腾这段时间称为纯沸腾期。纯沸腾期的主要匀沸腾这段时间称为纯沸腾期。纯沸腾期的主要任务是加热熔池，使钢液达到出钢温度，并通过任务是加热熔池，使钢液达到出钢温度，并通过

80、熔池均匀沸腾，进一步去除气体和非金属夹杂物。熔池均匀沸腾，进一步去除气体和非金属夹杂物。实际表明，保证一定的纯沸腾时间对于提高钢质实际表明，保证一定的纯沸腾时间对于提高钢质量是必要的。量是必要的。 由于纯沸腾期较短且不再进行造渣操由于纯沸腾期较短且不再进行造渣操作，所以为了避免由于回磷造成钢液中作，所以为了避免由于回磷造成钢液中磷的质量分数超标，要求纯沸腾开始时磷的质量分数超标，要求纯沸腾开始时钢液中磷的质量分数比规定低钢液中磷的质量分数比规定低50%50%以上，以上，硫的质量分数也应比规定低一些。硫的质量分数也应比规定低一些。5.5.脱氧和出钢脱氧和出钢 纯沸腾期结束后，钢液的主要成分和纯沸

81、腾期结束后，钢液的主要成分和温度达到要求，即可进行炉内沉淀脱氧。温度达到要求，即可进行炉内沉淀脱氧。出钢后，可进一步通过炉外脱氧来降低出钢后，可进一步通过炉外脱氧来降低钢液中氧的质量分数。钢液中氧的质量分数。三、电弧炉炼钢法 电弧炉(Electric Arc Funaces)炼钢(EF)法分为酸性电弧炉炼钢和碱性电弧炉炼钢，由于酸性电弧炉炼钢局限性大，使用面窄，这里只介绍碱性电弧炉炼钢。( (一一) )电弧炉炼钢的主要设备电弧炉炼钢的主要设备1.1.电弧炉炉体电弧炉炉体电弧炉炉体简图如电弧炉炉体简图如图图3-73-7所示，包括炉壳、所示，包括炉壳、炉门、炉盖、倾动机构和电极密封圈等。炉门、炉盖

82、、倾动机构和电极密封圈等。(1)(1)炉壳炉壳 炉壳包括圆桶形炉身、炉底和上部加炉壳包括圆桶形炉身、炉底和上部加固圈三个部分。炉壳通常用固圈三个部分。炉壳通常用12 30mm12 30mm的普通钢板焊成，其厚度根据炉容量和的普通钢板焊成，其厚度根据炉容量和炉壳直径而定，一般选为炉壳外径的炉壳直径而定，一般选为炉壳外径的1/2001/200左右。左右。(2)(2)炉门炉门 炉门的作用是补炉，炼钢过程炉门的作用是补炉，炼钢过程中加料、扒渣、吹氧操作和观察熔池情中加料、扒渣、吹氧操作和观察熔池情况等。对炉门的要求是其密封性好，这况等。对炉门的要求是其密封性好，这样可以减少炼钢熔池的热损失，减少冷样可

83、以减少炼钢熔池的热损失，减少冷湿空气进人炉内，对还原期保持良好的湿空气进人炉内，对还原期保持良好的还原气氛十分重要。还原气氛十分重要。(3)(3)炉盖炉盖 炉盖由炉圈和砌在炉盖圈内的炉盖由炉圈和砌在炉盖圈内的耐火砖组成。炉盖圈通常用钢板或型钢耐火砖组成。炉盖圈通常用钢板或型钢焊接而成。为了防止受热变形，大多采焊接而成。为了防止受热变形，大多采用循环水冷。用循环水冷。(4)(4)倾动机构倾动机构 电弧炉的倾动机构多采用电弧炉的倾动机构多采用液压传动，即通过柱塞液压缸推动倾炉液压传动，即通过柱塞液压缸推动倾炉摇架使炉体向前或向后倾动，一般向出摇架使炉体向前或向后倾动，一般向出钢方向可倾动钢方向可倾

84、动40454045，向出渣方向可，向出渣方向可倾动倾动10151015(5)(5)电极密封圈电极密封圈 为使电极能根据需要自为使电极能根据需要自由升降，炉盖上的电极孔径一般要比电由升降，炉盖上的电极孔径一般要比电极直径大极直径大40 50mm40 50mm。为减少炉气外流，。为减少炉气外流，降低热损失，必须使用电极密封圈。降低热损失，必须使用电极密封圈。2.2.炉用变压器炉用变压器 电弧炉用的变压器输出端要求低电压电弧炉用的变压器输出端要求低电压大电流，所以变压器的作用是把工业电大电流，所以变压器的作用是把工业电网中的网中的“ “高电压小电流高电压小电流” ”变为变为“ “低电压低电压大电流大

85、电流” ”，使石墨电极与金属炉料之间，使石墨电极与金属炉料之间产生电弧，以提供电弧炉炼钢所需的热产生电弧，以提供电弧炉炼钢所需的热能。能。3.3.石墨电极石墨电极 石墨电极是普遍使用的将变压器输入石墨电极是普遍使用的将变压器输入的电流引入熔炼室的导体，它的性能如的电流引入熔炼室的导体，它的性能如何直接影响着钢的质量、成本和生产率。何直接影响着钢的质量、成本和生产率。对石墨电极的要求是体积密度大，电阻对石墨电极的要求是体积密度大，电阻系数小，导热系数大，热膨胀系数小，系数小，导热系数大，热膨胀系数小，弹性模量小并有足够的机械强度、不易弹性模量小并有足够的机械强度、不易氧化等。氧化等。4.4.电极

86、升降机构电极升降机构 电极升降机构由电极夹持器、横臂、电极升降机构由电极夹持器、横臂、立柱等组成。常用的有电动升降机构和立柱等组成。常用的有电动升降机构和液压传动机构。电极夹持器是电极升降液压传动机构。电极夹持器是电极升降机构中最重要的关键部分，其作用一是机构中最重要的关键部分，其作用一是作为电极的支架把电极夹持住作为电极的支架把电极夹持住; ;二是把二是把电流传导到电极上。电流调节装置和电电流传导到电极上。电流调节装置和电极升降机构组合在一起，有液压式和电极升降机构组合在一起，有液压式和电动式两种。动式两种。 ( (二二) )碱性电弧炉炼钢的工艺过程碱性电弧炉炼钢的工艺过程 1.1.补炉补炉

87、 母炉出钢后一般都要及时补炉。补炉的要求是母炉出钢后一般都要及时补炉。补炉的要求是“ “高温、快补、薄补高温、快补、薄补” ”。补炉材料有镁砂和自云。补炉材料有镁砂和自云石，只有在高温时才能与原有的炉衬很好地烧结石，只有在高温时才能与原有的炉衬很好地烧结一在一起。因此除在补炉材料中，加入一定量的一在一起。因此除在补炉材料中，加入一定量的沥青帮助补炉材料烧结外，还必须趁炉体在高温沥青帮助补炉材料烧结外，还必须趁炉体在高温状态时迅速完成补炉澡作。一般要求补炉后炉膛状态时迅速完成补炉澡作。一般要求补炉后炉膛内温度不低于内温度不低于12001200 , ,否则起不到补炉的作用，否则起不到补炉的作用，反

88、而会影响下一炉钢的炉渣成分。为了保证烧结反而会影响下一炉钢的炉渣成分。为了保证烧结良好、补炉材料不能一次投入太厚。一般在良好、补炉材料不能一次投入太厚。一般在1 1 025mm025mm为宜。为宜。2.2.装料装料 日前大多是采用移开炉盖从炉顶装料，日前大多是采用移开炉盖从炉顶装料，即将全部炉料按一定次序预先装入料篮即将全部炉料按一定次序预先装入料篮内，用吊车将其吊至炉体之上，下降到内，用吊车将其吊至炉体之上，下降到一定高度后打开篮底将料装入。这样快一定高度后打开篮底将料装入。这样快速装料。可以减少炉膛温度下降。节约速装料。可以减少炉膛温度下降。节约电能和缩短冶炼时间。装料要求是电能和缩短冶炼

89、时间。装料要求是“ “快快装、紧密、布料合理装、紧密、布料合理” ”。 实实际际操操作作中中，为为了了减减轻轻炉炉料料对对炉炉底底的的冲冲击击和和提提前前成成渣渣，一一般般先先在在炉炉底底铺铺上上一一层层石石灰灰约约为为装装料料量量的的1.5%2 1.5%2 .0 .0 % % 石石灰灰之之上上铺铺小小块块金金属属料料。其其量量约约为为小小块块料料总总量量的的1/21/2。小小块块料料之之上上装装大大块块料料和和难难熔熔料料，布布置置在在高高温温电电弧弧区区，以以便便于于熔熔化化。中中块块料料一一般般装装在在大大块块料料的的四四周周或或上上面面，以以填填充充大大块块料料四四周周的的空空隙隙。炉

90、炉料料的的最最上上面面铺铺上上剩剩余余的的小小块块料料。这这样样，熔熔化化初初期期电电弧弧就就能能很很快快“ “穿穿井井” ”. .减减少少弧弧光光对对炉炉盖盖的的热辐射。热辐射。3.3.熔化期熔化期 在不损伤耐火材料的情况下，在能得在不损伤耐火材料的情况下，在能得到稳定电弧的范围内，应尽可能采用高到稳定电弧的范围内，应尽可能采用高压在短时间内使炉料熔化。熔化期应去压在短时间内使炉料熔化。熔化期应去除炉料带入的磷，尽量减少和防止熔化除炉料带入的磷，尽量减少和防止熔化中的金属吸气和元素蒸发，并将全属加中的金属吸气和元素蒸发，并将全属加热到开始氧化精炼所需的温度。熔化过热到开始氧化精炼所需的温度。

91、熔化过程如程如图图3-83-8所示。所示。 在高温电弧的作用下，电极下面的小料先开在高温电弧的作用下，电极下面的小料先开始熔化，形成比电极直径约大始熔化，形成比电极直径约大30%40%30%40%的熔的熔井井( (图图3-8a3-8a和和b)b)随着电极不断下降，在炉料中随着电极不断下降，在炉料中形成三个液体形成三个液体“ “井井” ”。经。经1525min1525min后，电极后，电极达到允许的最低位置达到允许的最低位置( (图图3-8c)3-8c)。在容量较大的。在容量较大的炉子上炉子上. .，“ “穿井穿井” ”比较明显。对容量小的炉比较明显。对容量小的炉子来讲，子来讲，“ “井井” ”

92、不太明显，因电极间的炉料同不太明显，因电极间的炉料同时熔化，连成一片。形成一个较浅的熔池。熔时熔化，连成一片。形成一个较浅的熔池。熔井形成后，熔井附近的炉料也开始不断熔化，井形成后，熔井附近的炉料也开始不断熔化，熔池液面逐渐升高，电极也随之开始上升，直熔池液面逐渐升高，电极也随之开始上升，直到全部沪料熔化为止到全部沪料熔化为止( (图图3-8d)3-8d)。与此同时，熔。与此同时，熔池表面上也形成了一层炉渣，它有稳定电弧、池表面上也形成了一层炉渣，它有稳定电弧、保温和阻止钢液从炉气中吸收气体的作用。保温和阻止钢液从炉气中吸收气体的作用。 熔化后期，在炉门和出钢口两侧以及熔化后期，在炉门和出钢口

93、两侧以及靠近炉坡的炉料因温度低熔化较慢，所靠近炉坡的炉料因温度低熔化较慢，所以应及时用人工将其推入熔池中以加速以应及时用人工将其推入熔池中以加速熔化。熔化。 为了保持金属液体和炉渣有较好的流为了保持金属液体和炉渣有较好的流动性，使金属一炉渣界面的传质和反应动性，使金属一炉渣界面的传质和反应能力增强。促进冶金反应，应根据冶炼能力增强。促进冶金反应，应根据冶炼的不同钢种，适当控制熔化期的熔池温的不同钢种，适当控制熔化期的熔池温度。在生产中，炼低碳钢时控制在度。在生产中，炼低碳钢时控制在15501550左右，中碳钢在左右，中碳钢在1520 1520 左右，左右，高碳钢在高碳钢在15001500左右。

94、左右。4.4.氧化氧化 氧化期的主要任务是进一步脱磷、脱氧化期的主要任务是进一步脱磷、脱碳至规定标准，以及去除金属液体中的碳至规定标准，以及去除金属液体中的气体和非金属夹杂物。因此，必须控制气体和非金属夹杂物。因此，必须控制好炉渣的成分，井通过脱碳反应促进熔好炉渣的成分，井通过脱碳反应促进熔池沸腾，以增强熔池内的传质和传热，池沸腾，以增强熔池内的传质和传热，完成好氧化精炼任务。完成好氧化精炼任务。 氧氧化化期期脱脱碳碳普普遍遍采采用用加加入入铁铁矿矿石石和和吹吹入入工工业业纯纯氧氧相相结结合合的的方方法法。这这是是因因为为在在只只加加铁铁矿矿石石进进行行脱脱碳碳时时，存存在在着着铁铁矿矿石石的

95、的熔熔化化和和( (FeOFeO的的扩扩散散，所所以以脱脱碳碳速速度度较较慢慢; ;而而单单纯纯吹吹氧氧时时，渣渣中中( (FeOFeO) ) 含含虽虽低低，对对脱脱磷磷速速度度有有影影响响。所所以以在在氧氧化化期期开开始始时时，必必须须向向熔熔池池中中加加入入铁铁矿矿石石，以以保保证证氧氧化化期期渣渣中中有有足足够够量量的的( (FeOFeO) ) . .同同时时将将工工业业纯纯氧氧直直接接吹吹入入熔熔池池，增增强强向向熔熔池池的的供供氧氧速速度度，强强化化脱脱碳碳反反应应。实实验验证证明明，脱脱碳碳反反应应是是进进行行氧氧化化精精炼炼的的主主要要手手段段，一一般般认认为为，在在氧氧化化期期

96、脱脱除除0.3%0.4%0.3%0.4%的碳，即可达到清洁钢液的目的。的碳，即可达到清洁钢液的目的。 脱脱磷磷对对于于炉炉渣渣的的两两个个基基本本要要求求是是炉炉渣渣应应具具有有高高的的氧氧化化性性和和高高碱碱度度。而而且且要要考考虑虑冶冶炼炼后后期期可可能能发发生生的的回回磷磷现现象象，所所以以要要求求氧氧化化期期必必须须将将金金属属液液体体中中的的磷磷的的质质量量分分数数脱脱除除至至钢钢种种规规格格要要求求磷磷的的质质量量分分数数的的一一半半以以下下。为为此此，氧氧化化期期开开始始后后，在在加加入入铁铁矿矿石石和和吹吹入入氧氧气气使使炉炉渣渣中中( (FeOFeO) )含含量量增增加加的的

97、同同时时还还应应向向熔熔池池中中加加入入石石灰灰，并并加加大大渣渣量量，以以保保证脱磷反应的顺利进行。证脱磷反应的顺利进行。 在在氧氧化化期期脱脱碳碳过过程程中中，熔熔池池中中形形成成的的COCO气气泡泡中中气气体体分分压压为为零零，所所以以在在COCO气气泡泡上上浮浮过过程程中中，溶溶解解在在金金属属液液体体中中的的氢氢和和氮氮将将不不断断向向COCO气气泡泡中中扩扩散散，并并随随COCO气气泡泡上上浮浮和和排排除除。脱脱碳碳造造成成的的熔熔池池沸沸腾腾愈愈剧剧烈烈，去去气气效效果果愈愈好好。同同时时，充充分分利利用用氧氧化化期期溶溶池池沸沸腾腾的的有有利利条条件件，还还可可减减少少钢钢中中

98、夹夹杂杂物的含量。物的含量。5.5.还原还原 还原精炼期是电弧炉炼钢的独特之处。在还原还原精炼期是电弧炉炼钢的独特之处。在还原期通过造还原渣主要完成脱氧、脱硫及合金化操期通过造还原渣主要完成脱氧、脱硫及合金化操作等任务。此外，要调整好钢液温度，保证出钢作等任务。此外，要调整好钢液温度，保证出钢后的正常浇注。后的正常浇注。 氧化期结束后，扒除氧化渣并立即采用沉淀脱氧化期结束后，扒除氧化渣并立即采用沉淀脱氧的方法向炉内加入锰铁、锰硅铁或铝块等，这氧的方法向炉内加入锰铁、锰硅铁或铝块等，这样不但能迅速降低钢液中的氧的质量分数。而且样不但能迅速降低钢液中的氧的质量分数。而且脱氧反应产物在后续的还原期中

99、有较长的时间上脱氧反应产物在后续的还原期中有较长的时间上浮排除。同时，向炉内加入造渣材料造还原渣，浮排除。同时，向炉内加入造渣材料造还原渣，一方面进行扩散脱氧，另一方面尽快成渣覆盖金一方面进行扩散脱氧，另一方面尽快成渣覆盖金属液体表面，减少其吸气量和热量损失。经过一属液体表面，减少其吸气量和热量损失。经过一段时间扩散脱氧后，钢液中氧含量已降到很低的段时间扩散脱氧后，钢液中氧含量已降到很低的数值，扩散脱氧效果已不显著。此时再采用加入数值，扩散脱氧效果已不显著。此时再采用加入强脱氧剂铝块、硅钙合金等进行最终沉淀脱氧。强脱氧剂铝块、硅钙合金等进行最终沉淀脱氧。采用最终脱氧后，钢中氧的质量分数可降至。

100、采用最终脱氧后，钢中氧的质量分数可降至。0.02%0. 003 %0.02%0. 003 %。 还原渣中还原渣中FeOFeO的质量分数在的质量分数在2 %3%2 %3%以下，以下，即生成所谓的白渣即生成所谓的白渣; ;当多加炭粉，提高碱度时，当多加炭粉，提高碱度时，即变成含即变成含CaCCaC2 2的碱性电石渣。电石渣的特点是的碱性电石渣。电石渣的特点是凝固后断面早灰色，易粉化。还原渣的选用取凝固后断面早灰色，易粉化。还原渣的选用取决于冶炼的钢种，白渣主要在冶炼中低碳钢时决于冶炼的钢种，白渣主要在冶炼中低碳钢时使用，但出钢时如不改成白渣，将使钢水增碳。使用，但出钢时如不改成白渣，将使钢水增碳。

101、 电弧炉还原期温度高，渣为还原渣且碱度很电弧炉还原期温度高，渣为还原渣且碱度很高，是脱硫的最佳时期。从理论上讲，增大还高，是脱硫的最佳时期。从理论上讲，增大还原期炉量，对脱硫是有利的，但渣量太大，渣原期炉量，对脱硫是有利的，但渣量太大，渣层变厚层变厚. .脱硫反应不活跃，反而不利脱硫，所以脱硫反应不活跃，反而不利脱硫，所以一般炉容量大于一般炉容量大于5t5t时，控制渣量在钢液质量的时，控制渣量在钢液质量的2%4%2%4%，小于，小于5t5t时为时为3%5%3%5%，若原料中硫含，若原料中硫含童很高，也常采用换渣操作，而不是单靠增加童很高，也常采用换渣操作，而不是单靠增加渣量。渣量。 冶冶炼炼合

102、合金金钢钢时时，还还原原期期脱脱氧氧后后要要进进行行钢钢液液成成分分的的最最后后调调整整称称为为合合金金化化操操作作。在在实实际际上上，根根据据各各种种合合金金元元素素的的特特性性以以及及炼炼钢钢过过程程需需要要，要要求求合合金金元元素素加加入入后后能能迅迅速速熔熔化化、均均匀匀，收收得得率率高高。为为此此，合合金金元元素素加加入入的的基基本本原原则则是是: :与与氧氧亲亲和和力力小小于于铁铁的的合合金金元元素素( (例例如如镍镍、钼钼、铜铜等等) )在在加加入入量量大大时时应应随随炉炉料料装装入入，量量小小时时可可在在氧氧化化期期或或还还原原期期加加入入; ;与与氧氧亲亲和和力力稍稍大大于于

103、铁铁的的合合金金元元素素( (例例如如硅硅、铬铬、锰锰等等) )一一般般应应在在还还原原期期加加入入; ;易易氧氧化化的的元元素素( (例例如如铝铝、钛钛、硼硼、稀稀土土等等) )应在还原末期脱氧良好的清况下加入。应在还原末期脱氧良好的清况下加入。6.6.出钢出钢 脱氧后达到预定温度时，切断电源，脱氧后达到预定温度时，切断电源，提升电极，倾炉向预先准备好的盛钢桶提升电极，倾炉向预先准备好的盛钢桶内出钢。通常熔炼和出钢温度应比该钢内出钢。通常熔炼和出钢温度应比该钢种熔点高种熔点高8015080150，对于含，对于含Al, TiAl, Ti和和CrCr等钢种，因粘度大，应取上限，而低碳等钢种，因粘度大，应取上限，而低碳钢的出钢温度比高碳钢约高钢的出钢温度比高碳钢约高6010060100。