轉爐煉鋼知識問答

轉爐煉鋼知識問答

1轉爐煉鋼的原材料

1-1轉爐煉鋼用原材料有哪些，為什么要用精料？

煉鋼用原材料分為主原料、輔原料和各種鐵合金。氧氣

頂吹轉爐煉鋼用主原料為鐵水和廢鋼（生鐵塊）。煉鋼用輔原料通

常指造渣劑（石灰、螢石、白云石、合成造渣劑）、冷卻劑（鐵礦石、

氧化鐵皮、燒結礦、球團礦）、增碳劑以及氧氣、氮氣、氨氣等。

煉鋼常用鐵合金有錦鐵、硅鐵、硅錦合金、硅鈣合金、金屬鋁等。

原材料是煉鋼的物質基礎，原材料質量的好壞對煉鋼工

藝和鋼的質量有直接影響。國內外大量生產實踐證明，采用精料

以及原料標準化，是實現冶煉過程自動化、改善各項技術經濟指

標、提高經濟效益的重要途徑。根據所煉鋼種、操作工藝及裝備

水平合理地選用和搭配原材料可達到低費用投入，高質量產出的

目的。

轉爐入爐原料結構是煉鋼工藝制度的基礎，主要包括三

方面內容：一是鋼鐵料結構，即鐵水和廢鋼及廢鋼種類的合理配

比；二是造渣料結構，即石灰、白云石、螢石、鐵礦石等的配比

制度；三是充分發(fā)揮各種煉鋼原料的功能使用效果，即鋼鐵料和

造渣料的科學利用。爐料結構的優(yōu)化調整，代表了煉鋼生產經營

方向，是最大程度穩(wěn)定工序質量，降低各種物料消耗，增加生產

能力的基本保證。

1-2轉爐煉鋼對鐵水成分和溫度有什么要求?

鐵水是煉鋼的主要原材料，一般占裝入量的70%?100%。

鐵水的化學熱與物理熱是氧氣頂吹轉爐煉鋼的主要熱源。因此，

對入爐鐵水化學成分和溫度必須有一定的要求。

A鐵水的化學成分

氧氣頂吹轉爐煉鋼要求鐵水中各元素的含量適當并穩(wěn)定，這樣才

能保證轉爐冶煉操作穩(wěn)定并獲得良好的技術經濟指標。

⑴硅(Is)。硅是轉爐煉鋼過程中發(fā)熱元素之一。硅含量高，會增

加轉爐熱源，能提高廢鋼比。有關資料表明，鐵水中WSi每增加

0.1%,廢鋼比可提高約1.3%。鐵水硅含量高，渣量增加，有利

于去除磷、硫。但是硅含量過高將會使渣料和消耗增加，易引起

噴濺，金屬的收得率降低。Si含量高使渣中Si02含量過高，也

會加劇對爐襯的沖蝕，并影響石灰渣化速度，延長吹煉時間。

通常鐵水aSi=0.30%?0.60%為宜。大中型轉爐用鐵水硅含量

可以偏下限，而對于熱量不富余的小型轉爐用鐵水硅含量可偏上

限。轉爐吹煉高硅鐵水可采用雙渣操作。

⑵錦(Mn)。鐵水鎰含量高對冶煉有利，在吹煉初期形成MnO,能

加速石灰的溶解，促進初期渣及早形成，改善熔渣流動性，利于

脫硫和提高爐襯壽命。鐵水錦含量高.終點鋼中余錦高，可以減少

錦鐵加入量，利于提高鋼水純凈度等。轉爐用鐵水對aMn/aSi

比值的要求為0.8?1.0,目前使用較多的為低鎰鐵水，

coMn=0.20%?0.80%。、?

⑶磷(P)。磷是高發(fā)熱元素，對大多數鋼種是要去除的有害元素。

因此，要求鐵水磷含量越低越好，一般要求鐵水apWO.20%哼

鐵水中磷含量越低，轉爐工藝操作越簡化，并有利于提高各項技

術經濟指標。

鐵水磷含量高時，可采用雙渣或雙渣留渣操作，現代煉鋼采用爐

外鐵水脫磷處理，或轉爐內預脫磷工藝，以滿足低磷純凈鋼的生

產需要。

(4)硫(S)。除了含硫易切削鋼以外，絕大多數鋼種硫也是要去除

的有害元素。氧氣轉爐單渣操作的脫硫效率只有30%?40%。我

國煉鋼技術規(guī)范要求入爐鐵水3SW0.05%。冶煉優(yōu)質低硫鋼的

鐵水硫含量則要求更低，純凈鋼甚至要求鐵水3SW0.005%。因

此，必須進行鐵水預處理降低入爐鐵水硫含量。

(5)碳(C)。鐵水中3c=3.5%?4.5%,碳是轉爐煉鋼的主要反熱

元素。

B鐵水的溫度

鐵水溫度的高低是帶入轉爐物理熱多少的標志，鐵水物理熱約占

爐熱收入的50%o鐵水溫度高有利于穩(wěn)定操作和轉爐的自動控制。

鐵水的溫度過低，影響元素氧化過程和熔池的溫升速度，不利于

成渣和去除雜質，容易發(fā)生噴濺。因此，我國煉鋼規(guī)定入爐鐵水

溫度應大子1250C,并且要相對穩(wěn)定。

通常，高爐的出鐵溫度在1350?1450C,由于鐵水在運輸待裝過

程中散失熱量，所以最好采用混鐵車或混鐵爐的方式供應鐵水，

在運輸過程應加覆蓋劑保溫，以減少鐵水降溫。

1-3對鐵水帶渣量有什么要求，為什么？

鐵水帶來的高爐渣中SiO2、S等含量較高，若隨鐵水進入轉爐會

導致石灰消耗量增多，渣量增大，容易造成噴濺，增加金屬消耗,

影響磷、硫的去除，并損壞爐襯等。因此，要求入爐鐵水帶渣量

比不超過0.50%。鐵水帶渣量大時，在鐵水兌入轉爐之前應盡進

行扒渣。

1-4轉爐煉鋼用廢鋼的來源有哪些，對廢鋼的要求是什么？

廢鋼的來源有自產廢鋼和外購廢鋼，自產廢鋼是指企業(yè)口生產過程中產生的

廢鋼或回收的廢舊設備、鑄件等，外購廢鋼勇從國內或國外購買的廢鋼。

轉爐煉鋼對廢鋼的要求有：

(1)廢鋼的外形尺寸和塊度應保證能從爐口順利加入轉爐。廢鋼單重不能過

重，以便減輕對爐襯的沖擊，同時在吹煉期必須全部熔化。輕型廢鋼和重型

廢鋼合理搭配。廢鋼的長度應小于轉爐口直徑的1/2,廢鋼的塊度一般不應

超過300kg,國標要求廢鋼長度不大于1000mm,最大單件重量不大于800kg。

(2)廢鋼中不得混有鐵合金。嚴禁混入銅、鋅、鉛、錫等有色金屬和橡膠，

不得混有封閉器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。廢鋼的硫、磷含量

均不得大于0.050%o

廢鋼中殘余元素含量應符合以下要求：3Ni<0.30%、3CK0.30%、

3CM0.30%、3As<0.80%。除鎰、硅外，其他合金元素殘余含量的總和不

超過0.60%。

(3)廢鋼應清潔干燥，不得混有泥砂、水泥、耐火材料、油物、法瑯等，不

能帶水。

(4)廢鋼中不能夾帶放射性廢物，嚴禁混有醫(yī)療臨床廢物。

(5)廢鋼中禁止混有其浸出液中pH值大于等于12.5或小于等于2.0的危險

廢物。進口廢鋼容器、管道及其碎片必須向檢驗機構申報曾經盛裝或輸送過

的化學物質的主要成分以及放射性檢驗證明書，經檢驗合格后方能使用。

(6)不同性質的廢鋼分類存放，以免混雜，如低硫廢鋼、超低硫廢鋼、普通

類廢鋼等。另外，應根據廢鋼外形尺寸將廢鋼分為輕料型廢鋼、統(tǒng)料型廢鋼、

小型廢鋼、中型廢鋼、重型廢鋼等。非合金鋼、低合金鋼廢鋼可混放在一起,

不得混有合金廢鋼和生鐵。合金廢鋼要單獨存放，以免造成冶煉困難，產生

熔煉廢品或造成貴重合金元素的浪費。

1-5轉爐煉鋼對入爐生鐵塊的要求是什么？

生鐵塊也叫冷鐵，是鐵錠、廢鑄鐵件、包底鐵和出鐵溝鐵的總稱，其成分與

鐵水相近，但不含顯熱。它的冷卻效應比廢鋼低，通常與廢鋼搭配使用。

入爐生鐵塊成分要穩(wěn)定，硫、磷等雜質含量愈低愈好，最好3SW0.050%,

3PW0.10%。硅的含量不能太高，否則，增加石灰消耗量，對爐襯也不利,

要求鐵塊凹3s<1.25%。

1-6轉爐煉鋼對鐵合金有哪些要求，常用鐵合金的主要成分是怎樣的？

轉爐煉鋼對鐵合金的主要要求是：

(1)鐵合金塊度應合適，為10?50mln；精煉用合金塊度為10?30mm,成分和

數量要準確。

(2)在保證鋼質量的前提下，選用價格便宜的鐵合金，以降低鋼的成本。

⑶鐵合金應保持干燥、干凈o

(4)鐵合金成分應符合會術標準規(guī)定，以避免煉鋼操作失誤。如硅鐵中的鋁、

鈣含量，沸騰鋼脫氧用鎰鐵的硅含量，都直接影響鋼水的脫氧程度。

轉爐脫氧合金化常用的鐵合金有Fe-Mn、Fe-Si、Mn-Si合金、Ca-Si合金、

鋁、Fe-AKBa-Ca-Si合金、Ba-AI-Si合金等。

1-7轉爐煉鋼對增碳劑有什么要求？

轉爐冶煉中、高碳鋼種時，使用含雜質很少的石油焦作為增碳劑。對頂吹轉

爐煉鋼用增碳劑的要求是固定碳要高，灰分、揮發(fā)分和硫、磷、氮等雜質含

量要低，并要干燥,干凈,粒度要適中。其固定碳3c296%,揮發(fā)分WL0%,

3s/0.5%,水分小0.5%,粒度在1?5mm；粒度太細容易燒損，太粗加入

后浮在鋼液表面，不容易被鋼水吸收。

1-8轉爐煉鋼對石灰有什么要求？

石灰是煉鋼主要造渣材料，具有脫P,脫S能力，用量也最多。其質量好壞

對吹煉工藝，產品質量和爐襯壽命等有著重要影響。因此，要求石灰CaO含

量要高，Si02含量和S含量要低，石灰的生過燒率要低，活性度要高，并

且要有適當的塊度，此外，石灰還應保證清潔、干燥和新鮮。

Si02會降低石灰中有效CaO含量，降低CaO的有效脫硫能力。石灰中雜質

越多越降低它的使用效率，增加渣量，惡化轉爐技術經濟指標。石灰的生燒

率過高，說明石灰沒有燒透，加入熔池后必然繼續(xù)完成焙燒過程，這樣勢必

吸收熔池熱量，延長成渣時間；若過燒率高，說明石灰死燒，氣孔率低，成

渣速度也很慢。

石灰的渣化速度是轉爐煉鋼過程成渣速度的關鍵，所以對煉鋼用石灰的活性

度也要提出要求。石灰的活性度(水活性)是石灰反應能力的標志，也是衡量

石灰質量的重要參數。此外，石灰極易水化潮解，生成Ca(0H)2,要盡量使

用新焙燒的石灰。同時對石灰的貯存時間應加以限制，一般不得超過2天。

塊度過大，熔解慢，影響成渣速度，過小的石灰顆粒易被爐氣帶走，造成浪

費。一般以塊度為5?50mm或5?30mm為宜，大于上限、小于下限的比例各

不大于10%。貯存和運輸時必須防雨防潮。

1-9什么是活性石灰，活性石灰有哪些特點，使用活性石灰有什么好處？

通常把在1050?1150C溫度下，在回轉窯或新型豎窯(套筒窯)內焙燒的石

灰，即其有高反應能力的體積密度小、氣孔率高、比表面積大、晶粒細小的

優(yōu)質石灰叫活性石灰，也稱軟燒石灰。

活性石灰的水活性度大于310mL,體積密度小，約為1.7?2.0g/cm3,氣孔

率高達40%以上，比表面積為0.5?1.3g/cm3；晶粒細小，熔解速度快，

反應能力強。使用活性石灰能減少石灰、螢石消耗量和轉爐渣量，有利于提

高脫硫、脫磷效果，減少轉爐熱損失和對爐襯的蝕損，在石灰表面也很難形

成致密的硅酸二鈣硬殼有利于加速石灰的渣化。

1-10轉爐用螢石起什么作用，對螢石有什么要求？

螢石是助熔劑，其主要成分是CaF2。純CaF2的熔點為1418C,螢石中還含

有Si02和S等成分，因此熔點在930C左右；加入爐內后使CaO和石灰高

熔點的2CaO?Si02外殼的熔點降低，生成低熔點化合物3CaO?CaF2?2SiO2(熔

點為1362C),也可以與MgO生成低熔點化合物(1350C),從而改善爐渣的

流動性。螢石助熔作用快、時間短。但過多使用螢石會形成嚴重的泡沫渣，

導致噴濺，同時也加劇對爐襯的侵蝕，并污染環(huán)境。因此應嚴格控制噸鋼螢

石加入量。

轉爐用螢石3CaF2285%,?SiO2^5.O%,coSWO.lO%,?P^0.06%,

塊度在5?50mm,并要干燥、清潔。

近年來，由于螢石供應不足，各鋼廠從環(huán)保的角度考慮，試用多種螢石代用

品，均為以氧化鎰或氧化鐵為主的助熔劑，如鐵鎰礦石、氧化鐵皮、轉爐煙

塵、鐵帆土等。

1-11轉爐儲白云石或菱鎂礦的作用是什么，對白云石和菱鎂礦有什么要

求？

(1)白云石是調渣劑，有生白云石與輕燒白云石之分。

生白云石的主要成分為CaC03?MgC03。經焙燒可成為輕燒白云石，其主要成

分為CaO、Mg0o根據濺渣護爐技術的需要，加入適量的生白云石或輕燒白

云石保持渣中的MgO含量達到飽和或過飽和，以減輕初期酸性渣對爐襯的蝕

損、使終渣能夠做黏，出鋼后達到濺渣的要求。

對生白云石的要求是3Mg0>20%,3CaO229%,?SiO2^2.O%,燒減

《47%,塊度為5?30mm。

由于生白云石在爐內分解吸熱，所以用輕燒白云石效果最為理想。對輕燒白

云石的要求是3MgO235%,3CaO25O%,wSiO2^3.O%,燒減W10%,

塊度為5?40mm。

(2)菱鎂礦也是調渣劑，菱鎂礦是天然礦物，主要成分是MgC03,焙燒后用

做耐火材料。對菱鎂礦的要求是3MgO245%,?CaO<1.5%,

3Si02W1.5%,燒減小50%,塊度為5?30mli1。

(3)MgO-C壓塊是吹煉終點碳低或冶煉低碳鋼濺渣時的調渣劑，由輕燒菱鎂

礦和碳粉制成壓塊，■-般3MgO=5O%?60%,3c=15%?20%,塊度為10?

30mm。

1-12轉爐煉鋼常用哪些冷卻劑？

氧氣頂吹轉爐煉鋼過程的熱量有富余，因而根據熱平衡計算需加入適量的冷

卻劑，以準確地命中終點溫度。氧氣頂吹轉爐用冷卻劑有廢鋼、生鐵塊、鐵

礦石、氧化鐵皮、球團礦、燒結礦、石灰石和生白云石等，其中主要為廢鋼、

鐵礦石。上述冷卻劑的冷卻效應從大到小排列順序為：鐵礦石、氧化鐵皮、

球團礦、燒結礦、石灰石和生白云石、廢鋼、生鐵塊。

1-13轉爐煉鋼對鐵礦石有什么要求？

鐵礦石主要成分為Fe203或Fe304,鐵礦石的熔化和鐵被還原都吸收熱量，

因而能起到調節(jié)熔池溫度的作用。但鐵礦石帶入脈石，增加渣量和石灰消耗

量，同時一次加入量過多會引起噴濺和冒煙。鐵礦石還能起到氧化作用。氧

氣頂吹轉爐用鐵礦石化學成分以3TFe256%,?Si02^10%,3SW0.20%,

塊度為10?50mm為宜，并要求干燥、清潔。

1-14轉爐煉鋼對氧化鐵皮有什么要求？

轉爐煉鋼用氧化鐵皮來自軋鋼和連鑄過程中產生的氧化殼層，其主要成分是

氧化鐵。因此，氧化鐵皮可改善熔渣流動性，也有利于脫磷，并且可以降溫。

對氧化鐵皮的要求是3TFe>70%,Si02、S、P等其他雜質含量均低于3.0%。

粒度應不大于10mm,使用前烘烤干燥，去除油污。

1-15轉爐煉鋼用合成造渣劑的作用是什么？

合成造渣劑是用石灰加入適量的氧化鐵皮、螢石、氧化鎬或其他氧化物等溶

劑，在低溫下預制成型。這種合成渣劑的熔點低，堿度高，成分均勻，粒度

小，在高溫下易碎裂，成渣速度快，因而減輕了轉爐造渣的負擔。

1-16氧氣轉爐煉鋼對氧氣有什么要求？

氧氣是頂吹轉爐煉鋼的主要氧化劑。煉鋼用工業(yè)純氧是由空氣分離制取的。

對煉鋼用氧氣的要求是純度要高，。02>99.6%,氧壓應穩(wěn)定，并要脫除水

分。

1-17轉爐煉鋼對氮氣的要求是什么？

氮氣是轉爐濺渣護爐和復吹工藝的主要氣源。對氮氣的要求是滿足濺渣和復

吹需用的供氣流量，氣壓要穩(wěn)定。氮氣的純度大于99.95%,氮氣在常溫下

干燥、無油。

1-18'轉爐煉鋼對敏氣的要求是什么？

氧氣是轉爐煉鋼復吹和鋼包吹氨精煉工藝的主要氣源。對氫氣的要求是：滿

足吹氤和復吹用供氣量，氣壓穩(wěn)定，氧氣純度大于99.95%,無油、無水。

1-19轉爐煉鋼對焦炭的要求是什么？

轉爐煉鋼用焦炭烘烤爐襯。對焦炭要求是：固定碳高(一般要求大于80%),

發(fā)熱值高，灰分和有害雜質含量低(水分小于2%,3s/0.7%),塊度應為

10?40mm。

1-20什么是鐵水預處理？

鐵水預處理是指鐵水兌入煉鋼爐之前，為脫硫或脫硅、脫磷而進行的處理過

程。9

除上述普通鐵水預處理外還有特殊鐵水預處理，如針對鐵水含有特殊元素提

純精煉或資源綜合利用而進行的提帆、提鋁、提鴇等預處理技術。

1-21在煉鋼生產中采用鐵水預脫硫技術的必要性是什么？

(1)用戶對鋼的品種和質量要求提高，連鑄技術的發(fā)展也要求鋼中硫含量低

(硫含量高容易使連鑄坯產生裂紋)。鐵水脫硫可滿足冶煉低硫鋼和超低硫鋼

種的要求。

(2)轉爐煉鋼整個過程是氧化氣氛，脫硫效率僅為30%?40%；而鐵水中的

碳硅等元素氧含量低，提高了鐵水中硫的活度系數，故鐵水脫硫效率高；鐵

水脫硫費用低于高爐、轉爐和爐外精煉的脫硫費用。

(3)減輕高爐脫硫負擔后，能實現低堿度、小渣量操作，有利于冶煉低硅生

鐵，使高爐穩(wěn)定、順行，可保證向煉鋼供應精料。

(4)有效地提高鋼鐵企業(yè)鐵、鋼、材的綜合經濟效益。

『22鐵水脫硫常用的脫硫劑有幾類，各有何特點？

生產中，常用的脫硫劑有蘇打灰(Na2co3)、石灰粉(CaO)、電石粉和金屬鎂。

(1)蘇打灰。其主要成分為Na2c03,鐵水中加入蘇打灰后與硫作用發(fā)生以下

3個化學反應：

Na2C03(1)+[S]+2[C]=Na2S(1)+3{CO}

Na2C03(1)+[S]+[S]=Na2S(1)+SiO2(1)+{CO}

Na20(l)+[S]=Na2S(l)+[0]

用蘇打灰脫硫，工藝和設備簡單，其缺點是脫硫過程中產生的渣會腐蝕處理

罐的內襯，產生的煙塵污染環(huán)境，對入有害。目前很少使用。

(2)石灰粉。其主要成分為CaO,用石灰粉脫硫的反應式如下：

2CaO(S)+[S]+l/2[Si]=(CaS)(S)+l/2(Ca2SiO4)

石灰價格便宜、使用安全，但在石灰粉顆粒表面易形成2CaO?SiO2致密層，

限制了脫硫反應進行，因此，石灰耗用量大，致使生成的渣量大和鐵損大，

鐵水溫降也較多。另外，石灰還有易吸潮變質的缺點。

(3)電石粉。其主要成分為CaC2,電石粉脫硫的反應式如下：

CaC2+[S]=(CaS)(S)+2[C]

用電石粉脫硫，鐵水溫度高時脫硫效率高，鐵水溫度低于1300C時脫硫效

率很低。另外，處理后的渣量大，且渣中含有未反應盡的電石顆粒，遇水易

產生乙煥(qH2)氣體，故對脫硫渣的處理要求嚴格。在脫硫過程中也容易析

出石墨碳污染環(huán)境。電石粉易吸潮生成乙煥(乙煥是可燃氣體且易發(fā)生爆

炸)，故電石粉需要以惰性氣體密封保存和運輸。

(4)金屬鎂。鎂噴入鐵水后發(fā)生如下反應：

Mg+[S]=MgS(S)

鎂在鐵水的溫度下與硫有極強的親和力，特別是在低溫下鎂脫硫效率極高，

脫硫過程可預測，硫含量可控制在0.001%的精度。這是其他脫硫劑所不能

比擬的。

金屬鎂活性很高，極易氧化，是易燃易爆晶，鎂粒必須經表面鈍化處理后才

能安全地運輸、儲存和使用。鈍化處理后，使其鎂粒表面形成一層非活性的

保護膜。

用鎂脫硫，鐵水的溫降小，渣量及鐵損均少且不損壞處理罐的內襯，也不影

響環(huán)境。因而鐵水包噴鎂脫硫工藝獲得了迅猛的發(fā)展。

鎂的價格較高，保存時須防止吸潮。

1-23鐵水脫硫的主要方法有哪些，鐵水脫硫技術的發(fā)展趨勢是怎樣的？

迄今為止，入們已開發(fā)出多種鐵水脫硫的方法，其中主要方法有：投入脫硫

法、鐵水容器轉動攪拌脫硫法、攪拌器轉動攪拌脫硫法和噴吹脫硫法等。

(1)投入法。該法不需要特殊設備，操作簡單，但脫硫效果不穩(wěn)定，產生的

煙氣污染環(huán)境。

(2)鐵水容器攪拌脫硫法。該法主要包括轉鼓法和搖包法，均有好的脫硫效

果，該法容器轉動笨重，動力消耗高，包襯壽命低，使用較少。

(3)采用攪拌器的機械攪拌法。如KR法即屬于此類。

KR攪拌法由于攪拌能力強和脫硫前后能充分的扒渣，可將硫含量脫至很低,

苴就■占縣設至信■卒林永洱除大

(4)噴最法。此立■用噴槍以惰起氣體為載體，將脫硫劑與氣體混合吹入鐵

水深部，以攪動鐵水與脫硫劑充分混合的脫硫方法。該法可以在魚雷罐車(混

鐵車)或鐵水包內處理鐵水。鐵水包噴吹法目前已被廣泛應用。

噴吹脫硫法具有脫硫反應速度快、效率高、操作靈活方便，處理鐵水量大，

設備投資少等優(yōu)點。因而，它已成為鐵水脫硫的主要方法。

鐵水脫硫技術的發(fā)展趨勢如下：

(1)采用全量鐵水脫硫工藝；

(2)趨向在鐵水包內預脫硫；

(3)脫硫方法以噴吹法為主；

(4)用金屬鎂做脫硫劑的趨勢不斷擴大。

1-24用金屬鎂進行鐵水脫硫的機理是什么？

鎂其熔點為651℃,密度為2.8g/cm3,如與氧結合生成MgO后，其熔點為

2800℃,密度為3.07?3.20g/cm3,二者均為高熔點、低密度穩(wěn)定化合物。

鎂通過噴槍噴入鐵水中，鎂在高溫下發(fā)生液化、氣化并溶于鐵水：

Mg⑸fMg⑴f{Mg}f[Mg]

Ms與S的相互反應存在兩種情況：

第一種情況：{Mg}+[S]二MgS(S)

第二種情況：{Mg}-[Mg]

[Mg]+[S]=MgS(S)

在高溫下，鎂和硫有很強的親和力，溶于鐵水中的[Mg]和{Mg}都能與鐵水中

的[S]迅速反應生成固態(tài)的MgS,上浮進入渣中。

在第一種情況下，在金屬一鎂蒸氣泡界面，鎂蒸氣與鐵水中的硫反應生成固

態(tài)MgS,這只能去除鐵水中3%?8%的硫。

在第二種情況下，溶解于鐵水中的鎂與硫反應生成固態(tài)MgS,這是主要的脫

硫反應，最為合理。在這種情況下，保證了鎂與硫的反應不僅僅局限在鎂劑

導入區(qū)域或噴吹區(qū)域內進行，而是在鐵水包整個范圍內進行，這對鐵水脫硫

是十分有利的。

鎂在鐵水中的溶解度取決于鐵水溫度和鎂的蒸氣壓。鎂的溶解度隨著壓力的

增加而增大，隨鐵水溫度的上升而大幅度降低。為了獲得高脫硫效率，必須

保證鎂蒸氣泡在鐵水中完全溶解，避免未溶解完的鎂蒸氣逸入大氣造成損

失。促進鎂蒸氣大量溶解于鐵水中的措施是：鐵水溫度低；加大噴槍插入鐵

水液面以下的深度，提高鎂蒸氣壓力，延長鎂蒸氣泡與鐵水接觸時間。

1-25采用金屬鎂脫硫為什么要對鎂粒進行表面鈍化處理，對顆粒鎂有什

么要求？

金屬鎂活性很高，極易氧化，是易燃易爆晶。鎂粒只有經表面鈍化處理后才

能安全地運輸、儲存和使用。經鈍化處理后，鎂粒表面形成一層非活性的保

護膜，如鹽鈍化的涂層顆粒鎂，制備時采用熔融液態(tài)鎂離心重復分散技術，

利用空氣動力逆向冷卻原理將鹽液包敷在鎂顆粒外層，形成銀灰色均勻的球

狀顆粒。

單吹鎂脫硫用的涂層顆粒鎂要求：

3Mg292%；粒度為0.5?1.6mm,其中粒度大于3mm以上的針狀不規(guī)則顆

粒少于8%。

1-26鐵水脫硫容器為什么趨向采用鐵水包？

在魚雷罐內進行脫硫，動力學條件較差，脫硫劑噴入后，由于魚雷罐形狀影

響攪拌的均勻性，反應重現性差，脫硫劑消耗量大。采用鐵水包噴吹脫硫，

由于鐵水包的幾何形狀，使脫硫反應具有更好的動力學條件和反應空間，可

根據冶煉具體要求更準確地控制鐵水的硫含量。一般容量大于80t的鐵水包

鐵液深度都比魚雷罐深，噴入鐵水的脫硫劑與鐵水進行反應更加充分，因此

在鐵水包內噴吹脫硫可以有效利用脫硫劑。同時鐵水包內的鐵水溫度比魚雷

罐內低一些，更促進鎂脫硫獲得理想的脫硫效果，降低了鐵水處理成本。由

于鐵水包內噴吹脫硫有較高的效率，與在魚雷罐脫硫相比，如果將硫含量從

0.045%降到0.010%,可節(jié)省脫硫劑15%；如果將硫含量從0.045%降到

0.005%,可節(jié)省脫硫劑24%。顯然，硫含量的目標值越低，在鐵水包噴吹

脫硫劑的優(yōu)勢越大。20世紀80年代已開始發(fā)展到在鐵水包內處理鐵水。目

前新建鐵水脫硫裝置大多采用鐵水包單獨噴吹鎂或復合噴吹鎂的技術和設

備。

1-27噴鎂脫硫要求鐵水包凈空是多少？

當鐵水包噴鎂脫硫時，鎂通過噴槍噴入鐵水，載氣對鐵水有攪拌作用，可以

促進反應物的傳質和產物的排出。由于鎂在高溫下液化、氣化和溶于鐵水，

氣化時產生的鎂氣體對鐵水的攪拌作用強烈，頂吹時常發(fā)生噴濺。因此，鐵

水包應有不小于400皿高度的凈空，同時設置防濺包蓋是必要的。

1-28鐵水包噴吹鎂脫硫與其他脫硫工藝比較具有哪些優(yōu)點？

鐵水包噴鎂脫硫工藝與其他脫硫工藝相比，具有以下顯著的優(yōu)點：

(1)脫硫效率高?？筛鶕睙捚贩N要求，鐵水硫含量可脫至任意水平，深度

脫硫時達到3s=0.005%以下，甚至3s=0.002%以下；

(2)脫硫劑單耗低，處理時間短

(3)形成渣量少，扒渣鐵損低；

(4)對環(huán)境污染?。?/p>

(5)溫度損失少；

(6)易于進行過程自動控制；

(7)綜合成本低。

1-29鐵水包噴吹顆粒鎂脫硫，鎂的單位消耗主要取決于哪些因素？

用鎂脫硫的單耗主要取決于鐵水初始硫含量、終點硫含量、鐵水溫度、鐵水

重量(鐵水包內鐵水深度)。

在理論上1kg金屬鎂能脫除1.32kg的硫；實際上，由于鐵水中還有殘余的

鎂、用于脫氧的鎂、少量的鎂蒸氣逸出及與載氣、頂渣反應損失的鎂等原因，

鎂的利用率不可能達到100%。與初始硫含量低時相比，初始硫含量高時鎂

的利用率高。

鎂脫硫與CaO、CaC2脫硫不同，鎂脫硫反應為放熱反應，低溫對反應有利，

在低溫下鎂在鐵水中的溶解度大，有利于鎂參與反應而提高利用率；但溫度

高時有利于反應產物上浮進入頂渣提高反應速度，但總的來說溫度低對鎂脫

硫更有利。

鐵水量多，鐵水包內鐵水深度大，噴槍插入深，鎂的利用率高。鐵水包內鐵

水深度淺，噴槍插入淺，鎂氣泡來不及完全溶解就從鐵水液面逸出。因此，

噴吹深度大可以減少鎂的逸出損失。

1-30鐵水脫硫后兌入轉爐前為什么必須扒渣？

經過脫硫處理后的鐵水，須將浮于鐵水表面上的脫硫渣除去，以免煉鋼時造

成回硫，因為渣中MgS或CaS會被氧還原，即發(fā)生如下反應：

(MgS)+[O]=(MgO)+[S]

(CaS)+[O]=(CaO)+[S]

因此，只有經過扒渣的鐵水才能兌入轉爐。鋼水硫含量要求越低，相應要求

扒渣時扒凈率越高，盡量減少鐵水的帶渣量。

1-31脫硫后的低硫鐵水兌入轉爐煉鋼，為什么吹煉終點常常出現增硫現

象？

經脫硫處理后的低硫鐵水(3(S)=0.002%?0.009%),兌入轉爐煉鋼，有

時出現不能進一步脫硫，吹煉終點的鋼水還常常有增硫現象，這是因為煉鋼

過程中鐵水渣、鐵塊、廢鋼、石灰中的硫進入鋼水，而吹煉過程脫硫量低于

增硫量所致，吹煉終點增硫量可達0.002%?0.005%,甚至0.005%以上。

增硫主要發(fā)生在吹煉的前期和中期，一般鐵塊、廢鋼和鐵水渣帶入硫占爐料

總硫量的60%以上，所以增硫成為生產超低硫鋼種的重大障礙。因此，生

產④(S)<0.005%的超低硫鋼種時，可采用鐵水脫硫處理加上較高的鐵水

裝入比，并盡量減少鐵水的帶渣量，同時出鋼加合成渣、二次精煉脫硫，特

別是用LF爐造高堿度還原渣，進一步深脫硫。

1-32脫硫后扒渣時的鐵損大小與哪些因素有關？

脫硫后扒渣時的鐵損大小與以下因素相關。

(1)渣量越大，扒凈率越高，鐵損越大。

(2)渣偏干，渣鐵易分離，易于扒除，鐵損低；渣越稀，渣鐵分離困難，鐵

損大。扒渣時，可加入適量稠渣劑。

(3)扒渣機工作性能好，扒渣效率高，鐵損低。

(4)鐵水包包嘴形狀和傾角應有利于扒渣需要，減少扒渣“死區(qū)”。

(5)操作入員的技能十分重要，操作熟練、準確和靈敏，同樣條件下能明顯

提高扒渣效率和降低鐵水損失。

1-33鐵水采用三脫(脫硅、脫磷、脫硫)預處理有何優(yōu)缺點？

鐵水采用三脫預處理的優(yōu)缺點如下：

(1)可實現轉爐少渣冶煉(渣量小于30kg/t)o

(2)鐵水脫硫有利于冶煉高碳鋼、高鎰鋼、低磷鋼、特殊鋼(如軸承鋼)、不

銹鋼等。

(3)可提高脫碳速度，有利于轉爐高速冶煉。

(4)轉爐吹煉終點時鋼水鎰含量高，可用鎰礦直接完成鋼水合金化。

(5)鐵水采用三脫預處理的缺點是鐵水中發(fā)熱元素減少，轉爐的廢鋼加入量

減少。

1-34為何鐵水脫磷必須先脫硅？

鐵水預脫硅技術是基于鐵水預脫磷技術而發(fā)展起來的。由于鐵水中氧與硅的

親和力比磷大，當加入氧化劑脫磷時，硅比磷優(yōu)先氧化，形成的Siq大大降

低渣的堿度。為此脫磷前必須將硅含量降至0.15%以下，這個值遠遠低于

高爐鐵水的硅含量，也就是說，只有當鐵水中的硅大部分氧化后，磷才能被

迅速氧化去除。所以脫薪前必須先脫硅。

1-35鐵水脫硅有哪些方法，采用何種脫硅劑？

鐵水脫硅方法有下列幾種：

(1)在高爐出鐵溝脫硅。

(2)在高爐出鐵溝擺槽上方噴射脫硅劑脫硅。

(3)在魚雷罐車中噴射脫硅劑脫硅。

(4)在鐵水罐中加入脫硅劑和吹氧脫硅。

脫硅劑均為氧化劑，常用高堿度燒結礦粒、氧化鐵皮、鐵礦石鐵鎰礦、燒結

粉塵、氧氣等。

1-36鐵水脫磷有哪些方法，采用何種脫磷劑？

鐵水脫磷方法主要包括如下幾種：

(1)在鐵水罐中噴射脫磷劑并吹氧脫磷。

(2)在魚雷罐中噴射脫磷劑并吹氧脫磷。

⑶在轉爐中進行鐵水脫磷。

目前最廣泛使用的脫磷劑為蘇打系脫磷劑或石灰系脫磷劑。石灰系脫磷劑主

要成分為CaO并配加一定量的燒結礦粉和螢石粉。若鐵水同時脫磷和脫硫，

則先用石灰劑脫磷后，再噴吹蘇打粉(Na2C03)進一步脫磷和脫硫。

1-37鐵水三脫預處理，硅、磷、硫含量一般脫到什么水平？

一般來說，煉鋼用鐵水預處理前后的硅、磷、硫含量變化如下：

鐵

水3[Si]3[P]

3[s]

預處理前0.30%?1.25%0.08%?

0.20%0.02%?0.07%

預處理后0.10%?

0.15%<0.01%<0.005%

1-38采用轉爐雙聯工藝進行鐵水預處理的特點是什么？

采用轉爐進行鐵水三脫預處理，有利于實現全量(100%)鐵水預處理。此法

具有如下特點：

(1)與噴吹法相比，放寬對鐵水硅含量要求。采用轉爐三脫，控制鐵水3(Si)

?0.3%,可以達到脫磷要求，而噴吹法脫磷要求鐵水3(Si)W0.15%。

因此，采用轉爐三脫可以和高爐低硅鐵冶煉工藝相結合，省去脫硅預處理工

藝。

(2)控制中等堿度R=2.5?3.0渣，可得到良好的脫磷、脫硫效果。通常采用

的技術有：使用脫碳轉爐精煉渣作為脫磷合成渣；增大底吹攪拌強度促進石

灰渣化并適當增加螢石量；配加石灰粉和轉爐煙塵制成的高堿度低熔點脫磷

劑。

(3)嚴格控制處理溫度，避免熔池脫碳升溫。保證脫磷，抑制脫碳。

(4)增強熔池攪拌強度，同時采用弱供氧制度。

(5)渣量減少，冶煉時間縮短，生產節(jié)奏加快，爐齡提高。

2轉爐煉鋼的一般原理

2-1什么是超音速氧射流，什么是馬赫數，確定馬赫數的原則是什么？

速度大于音速的氧流為超音速氧射流。超過音速的程度通常用馬赫數量

度，即氧流速度與臨界條件下音速的比值，用符號Ma代表。顯然，馬赫數

沒有單位。

馬赫數的大小決定噴頭氧氣出口速度，也決定氧射流對熔池的沖擊

能量。馬赫數過大則噴濺大，清渣費時，熱損失加大，增大渣料消耗及金屬

損失，而且轉爐內襯易損壞；馬赫數過低，會造成攪拌作用減弱，氧氣利用

系數降低，渣中TFe含量增加，也會引起噴濺。當Ma>2.0時，隨馬赫數的

增長氧氣的出口速度增加變慢，要求更高理論設計氧壓，這樣，無疑在技術

上不夠合理，經濟上也不劃算。

目前國內推薦Ma=1.9?2.L

2-2氧氣射流與熔池的相互作用的規(guī)律是怎樣的？

超音速氧流其動能與速度的平方成正比，具有很高的動能。當氧流與熔池相

互作用時，產生如下效果：

(1)形成沖擊區(qū)。氧流對熔池液面有很高的沖擊能量，在金屬液面形成一個

凹坑，即具有一定沖擊深度和沖擊面積的沖擊區(qū)。

(2)形成三相乳化液。氧流與沖擊爐液面相互破碎并乳化，形成氣、渣、金

屬三相乳化液。

(3)部分氧流形成反射流股。

2-3氧氣頂吹轉爐的傳氧載體有哪些？

氧氣頂吹轉爐內存在著直接傳氧與間接傳氧兩種途徑。直接傳氧是氧氣被鋼

液直接吸收，其反應過程是：[Pe]+l/2{02}=[FeO],[FeO]=[Fe]+[O]；間

接傳氧是氧氣通過熔渣傳人金屬液中，其反應式為(Fe0)=[Fe0]、[FeO]=[Pe]

十[0]。氧氣頂吹轉爐傳氧以間接傳氧為主。

氧氣頂吹轉爐的傳氧載體有以下幾種。

(1)金屬液滴傳氧。氧流與金屬熔池相互作用，形成許多金屬小液滴。被氧

化形成帶有富氧薄膜的金屬液滴，大部分又返回熔池成為氧的主要傳遞者；

熔池中的金屬幾乎都經歷液滴形式，有的甚至多次經歷液滴形式，金屬液滴

比表面積大，反應速度很快。

(2)乳化液傳氧。氧流與熔池相互作用，形成氣一渣一金屬的三相乳化液，

極大地增加了接觸界面，加快了傳氧過程。

(3)熔渣傳氧。熔池表面的金屬液被大量氧化，而形成高氧化鐵熔渣，這樣

的熔渣是傳氧的良好載體。

(4)鐵礦石傳氧。鐵礦石的主要成分是Fe203、Fe304,在爐內分解并吸收熱

量，也是熔池氧的傳遞者。

頂吹轉爐的傳氧主要靠金屬液滴和乳化液進行，所以冶煉速度快，周期短。

2-4什么是硬吹，什么是軟吹？

硬吹是指槍位低或氧壓高的吹煉模式。當采用硬吹時，氧氣流股對熔池的沖

擊力大，形成的沖擊深度較深，沖擊面積相對較小，因而產生的金屬液滴和

氧氣泡的數量也多，氣一熔渣一金屬乳化充分，爐內的化學反應速度快，特

別是脫碳速度加快，大量的C0氣泡排出，熔池攪動強烈，熔渣的TFe含量

較低。

軟吹是指槍位較高或氧壓較低的吹煉模式。在軟吹時，氧氣流股對熔池的沖

擊力減小，沖擊深度變淺，沖擊面積加大，反射流股的數量增多，對于熔池

液面攪動有所增強，脫碳速度緩慢，因而對熔池內部的攪動相應減弱，熔渣

中的TFe含量有所增加。

軟吹和硬吹都是相對的。

2-5轉爐內金屬液中各元素氧化的順序是怎樣的？

氧化物分解壓越小，元素越易氧化。在煉鋼溫度下，常見氧化物的分解壓排

列順序如下：

P{02}(Fe203)>P{02}(FeO)>P{02}(C02)>P{02}(MnO)>P{02}(P205)>P

{02}(Si02)>P{02}(A1203)>P{02}(MgO)>P{02}(CaO)

因為轉爐內是多相反應，因此鐵水中元素的氧化順序還與其濃度有關，所以

吹煉開始元素氧化順序為Fe、Si、Mn、P、C等。

2-6在堿性操作條件下，為什么吹煉終點鋼液中硅含量為痕量？

吹煉開始首先是Fe、Si被大量氧化，并放出熱量，反應式為：

[Fe]+l/2{02}=(FeO)(放熱)

[Si]+{02}=(S02)(放熱)

[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe](放熱)

在以堿性渣操作時，熔渣R>3.0,渣中存在著大量自由狀態(tài)的(CaO),Si02

是酸性氧化物，全部與CaO等堿性氧化物形成類似(2CaO?SiO2)的復雜氧化

物，渣中Si02呈結合狀態(tài)。熔渣分子理論認為，只有自由氧化物才有反應

能力，因此在吹煉后期溫度升高Si02也不會被還原，鋼中硅含量為“痕

量”。

可見在以堿性渣操作條件下，硅的氧化反應非常徹底。

2-7在堿性操作條件下吹煉終了時，鋼液中為什么會有“余鎰”(含量),

余鎰(含量)高低受哪些因素影響？

與硅相似，鎰也很容易被氧化，反應式為：

[Mn]+l/2{02}=(MnO)(放熱)

[Mn]十(FeO)=(MnO)+[Fe](放熱)

[Mn]+[O]-(MnO)(放熱)

鎰的氧化產物是堿性氧化物，在吹煉前期所形成的(MnO?SiO2),隨著渣中

CaO含量的增加，會發(fā)生(MnO?SiO2)+2(CaO)=(2CaO?SiO2)+(MnO)反應，(MnO)

呈自由狀態(tài)，吹煉后期爐溫升高后，(MnO)被還原，即：(MnO)+[C]=[Mn]+

{CO)或(MnO)+[Fe]=(FeO)十[Mn]吹煉終了時，鋼中的鎰含量也稱余錢或殘

鎰。

余鎰高，可以降低鋼中硫的危害。但在冶煉工業(yè)純鐵時，要求銃含量越低越

好，應采取措施降低終點鍋含量。

根據化學平衡移動的原理，影響余鎰量的因素有：

(1)爐溫高利于(MnO)的還原，余鎰含量高。

(2)堿度升高，可提高自由(MnO)濃度，余鎬量增高。

(3)降低熔渣中(FeO)含量，可提高余鎰含量。因此鋼中碳含量高、減少補吹、

降低平均槍位、有復吹，余鎰含量都會增高。

(4)鐵水中鎰含量高，單渣操作，鋼中余鎰也會高些。

2-8在煉鋼過程中碳氧反應的作用是什么？

煉鋼過程中碳氧反應不僅完成脫碳任務，還有以下作用：

(1)加大鋼一渣界面，加速物理化學反應的進行。

(2)攪動熔池，均勻成分和溫度。

(3)有利于非金屬夾雜的上浮和有害氣體的排出。

(4)有利于熔渣的形成。

(5)放熱升溫。

(6)爆發(fā)性的碳氧反應會造成噴濺。

2-9碳和氧反應達到平衡時碳和氧的關系是怎樣的，如何表示，轉爐熔

池內實際碳氧含量的關系是怎樣的？

轉爐中的碳氧反應產物主要是C0,也有少量的C02。轉爐內碳氧反應式如下:

[CJ+1/2{02}={C0}(放熱)

[C]+(FeO)={CO}+[Fe](吸熱)

[C]+{0}={CO}(放熱)

上述第3個碳氧反應式的平衡常數：

取pC0=latm代入后得：

溫度一定，Kp是定值，若令，則得出：

3[C]3[0]=m

在1600℃下，Kp=400,m^O.0025.

當達到平衡時，鋼中碳氧濃度的乘積陰為一個常數。在坐標系中它表現為雙

曲線的一支。

由于上述碳氧反應是放熱反應，隨溫度升高，Kp值降低，m值升高，曲線向

坐標系右上角移動。

鋼中實際氧含量比碳氧平衡氧含量高，這是由于在鋼中還存在著

［Fe］+［O］=(FeO)反應，與(FeO)平衡的氧含量為3［0］渣，(FeO),平，鋼中

實際含氧量為3［0］渣，(FeO),平＞3［0］實際＞3［0］鋼，C0平

2-10熔池中脫碳速度的變化是怎樣的，它與哪些因素有關？

煉鋼碳氧反應主要以［C］十［0］={C0}方式進行，其正反應速度表達式是vC=k

正3［C］3［0］,反應速度受［C］和［0］兩個濃度的影響，但鋼液中［0］濃度隨

渣中TFe升高而增加。轉爐內碳氧反應在吹煉初期雖然渣中TFe高，但由于

爐溫較低，影響傳氧，碳氧反應速度較慢；在吹煉后期由于金屬中3［C］低,

碳氧反應速度也降低；只有吹煉中期能夠保證碳氧反應以較快速度進行，最

高脫碳速度在(0.4~0.6)%/mino

2-11影響脫磷的因素有哪些？

根據平衡移動的原理，從脫磷反應式可以看出，只有提高(FeO)和(CaO)的濃

度，降低(4CaO?P2O5)濃度，反應才向正反應方向進行，終點［P］含量才會降

低。

因此，高堿度、高氧化鐵含量的熔渣，有利于脫磷，這兩者缺一不可。

增加渣中FeO含量，可加速石灰的渣化和改善熔渣的流動性，有利于脫磷反

應。

提高堿度可增加(CaO)的有效濃度，有利于提高脫磷效率；但堿度并非越高

越好，加入過多的石灰，渣化不好，影響熔渣的流動性，對脫磷反而不利。

脫磷反應是強放熱反應，因而爐溫過高，反應則向逆反應方向進行，鋼中磷

含量不僅不能降低，反而會產生回磷；爐溫過低，不利于石灰的渣化，并影

響熔渣流動性，也阻礙脫磷反應的進行。

若原料中磷含量高，最好是采用爐外脫磷處理；也可采用雙渣操作，或適當

的加大渣量，這樣就相對降低了4(CaO?P2O5)濃度，利于反應繼續(xù)向正反應

方向進行，對脫磷有利。脫磷是鋼一渣界面反應，因此具有良好流動性的熔

渣，進行充分的熔池攪動，會加速脫磷反應，提高脫磷效率。

當前采用濺渣護爐技術，渣中MgO含量較高，要注意調整好熔渣流動性，否

則對脫磷也有影響。

總之，脫磷的條件是：高堿度、高氧化鐵含量、良好流動性的熔渣；充分的

熔池攪動；適當的溫度和大渣量。

3頂吹轉爐吹煉工藝

3-1裝入制度包括哪些內容？

裝入制度是確定轉爐合理的裝入量，合適的鐵水廢鋼比。轉爐的裝入量是指

主原料即鐵水和廢鋼的裝入數量。

3-2什么是轉爐的爐容比，影響轉爐爐容比的因素有哪些？

新轉爐砌磚完成后的容積稱為轉爐的工作容積，也稱有效容積，以“V”表

示，公稱噸位用“T”表示，兩者之比值“V/T”稱之為爐容比，單位為(m3

/t)o一定公稱噸位的轉爐，都有一個合適的爐容比，即保證爐內有足夠的

冶煉空間，從而能獲得較好的技術經濟指標和勞動條件。爐容比過大，會增

加設備重量、廠房高度和耐火材料消耗量，因而使整個車間的費用增加，成

本提高，對鋼的質量也有不良影響；而爐容比過小，爐內沒有足夠的反應空

間，勢必引起噴濺，對爐襯的沖刷加劇，操作惡化，導致金屬消耗增高，爐

襯壽命降低，不利于提高生產率。因此在生產過程中應保持設計時確定的爐

容比。影響爐容比的因素有?

(1)鐵水比和鐵水成分。遍著鐵水比和鐵水中Si、P、S含量增加，爐容比應

相應增大。若采用鐵水預處理工藝時，可以小些。

(2)供氧強度。供氧強度增大時，脫碳速度較快，為了不引起噴濺就要保證

有足夠的反應空間，爐容比應增大些。

(3)冷卻劑的種類。若使用以鐵礦石或氧化鐵皮為主的冷卻劑，成渣量大，

爐容比也需相應增大些；若使用以廢鋼為主的冷卻劑，成渣量小，則爐容比

可適當小些。

爐容比還與氧槍噴嘴的結構有關。

轉爐的爐容比一般在0.85~1.0m3/t,為減少噴濺，爐容比應不低于0.90m3

/to

3-3確定裝入量的原則是什么？

在確定合理的裝入量時，除了考慮轉爐要有一個合適的爐容比外，還應保持

合適的熔池深度。以保證爐底不受氧氣射流的沖聲，熔池深度必須超過氧流

對熔池的最大穿透深度。

對于模鑄工藝，裝入量還應與錠型相配合。裝入量減去吹損及澆注必要損失

后的鋼水量，應是各種錠型的整數倍，盡量減少注余。

對連鑄車間，轉爐裝入量可根據實際情況在一定范圍內波動。

此外，確定裝入量時，既要考慮發(fā)揮現有設備潛力，又要防止片面不顧實際

的盲目超裝，以免造成事故和浪費。

3-4生產中應用的裝入制度有哪幾種類型，各有什么特點？

氧氣頂吹轉爐的裝入制度有：定量裝入制度、分階段定量裝入制度和定深裝

入制度。其中定深裝入制度是每爐裝入量均使熔池深度保持不變，由于生產

組織的制約，實際上難以實現。

(1)定量裝入制度。在整個爐役期間，每爐的裝入量保持不變。這種裝入制

度的優(yōu)點是：發(fā)揮了設備的最大潛力，生產組織、操作穩(wěn)定，有利于實現過

程自動控制。但爐役前期熔池深、后期熔池變淺，只適合大、中型轉爐。國

內外大型轉爐已廣泛采用定量裝入制度。

(2)分階段定量裝入制度。在一個爐役期間，按爐膛擴大的程度劃分為幾個

階段，每個階段為定量裝入。這樣既大體上保持了整個爐役中具有比較合適

的爐容比和熔池深度，又保持了各個階段中裝入量的相對穩(wěn)定；既能增加裝

入量，又便于組織生產。這是適應性較強的一種裝入制度。我國各中、小型

轉爐普遍采用這種裝入制度。

3-5供氧制度包括哪些內容，它有什么重要性？

供氧制度的主要內容包括確定合理的噴頭結構、供氧強度、氧壓和槍位控制。

氧氣頂吹轉爐煉鋼的供氧制度是使氧氣射流最合理地供給熔池，創(chuàng)造良好的

物理化學反應條件。它是控制整個吹煉過程的中心環(huán)節(jié)，直接影響吹煉效果

和鋼的質量。供氧是保證雜質去除速度、熔池升溫速度、造渣速度、控制噴

濺和去除鋼中氣體與夾雜物的關鍵操作。此外，它還關系終點碳和溫度的控

制以及爐襯壽命;對轉爐強化冶煉、擴大鋼的品種和提高質量也有重要影響。

3-6什么是拉瓦爾型噴頭，它有什么特點？

拉瓦爾噴頭是收縮一擴張型噴孔，當出口氧壓與進口氧壓之比p出

/p0<0.528時才能夠形成超音速射流。在拉瓦爾噴頭中，氣流在喉口處速度

等于音速，在出口處達到超音速。

由于氧氣是可壓縮流體，當高壓低速氧氣流經拉瓦爾管收縮段時，氧流速度

提高，在到達音速時若繼續(xù)縮小管徑，氧流速度并不再增高，只會造成氧氣

密度增大；此時要繼續(xù)提高氧流速度，只能設法增大管徑，使其產生絕熱膨

脹過程，氧壓降低，密度減小、體積膨脹。當氧壓與外界氣壓相等時，就可

以獲得超音速的氧射流，壓力能轉變?yōu)閯幽?。擴大管徑。拉瓦爾型噴頭能夠

把壓力能（勢能）最大限度地轉換成速度能（動能），并能獲得比較穩(wěn)定的超音

速射流，在相同射流穿透深度的情況下，它的槍位可以高些，這就有利于改

善氧槍的工作條件和煉鋼的技術經濟指標，因此拉瓦爾型噴頭被廣泛應用。

3-7氧氣自由射流的運動規(guī)律是怎樣的？

氣體從噴孔向無限大的空間噴出后，噴出氣體與空間氣體的物理性質相同

時，所形成的氣流稱為自由射流或自由流股。

氧氣從噴孔噴出后，形成超音速射流。從噴孔噴出的氧氣射流，在一段長度

內其流速不變?yōu)榈人俣?。由于射流邊緣與周圍介質氣體發(fā)生摩擦，卷入部分

介質氣體并與之混合而減速；隨著射流向前運動，到達一定距離后，射流中

心軸線上的某一點速度等于音速，即馬赫數Ma=L在這點以前的區(qū)域，包

括等速段，稱為射流的超音速核心段，又稱為首段。首段長度大約是噴孔出

口直徑的6倍。此點以后的區(qū)域，氧流的速度低于音速，稱為亞音速射流段,

又稱為尾段。當射流截面上的速度與周圍介質一樣時，射流就沉沒在周圍介

質之中。在超音速區(qū)域內，等速段以后射流周圍有亞音速氣流，射流的擴張

角較小，為10°?12。；亞音速區(qū)域內無超音速氣流，射流的擴張角較大,

為22°?26°o

超音速核心段的長度一般隨出口馬赫數成正比例增加。超音速核心段的長度

是決定氧槍高度的基礎，也關系到射流對熔池的沖擊能量。

高速氧氣從噴孔噴出后，形成的射流與周圍的氣體相接觸，由于射流內氣體

的靜壓低于外界靜止氣體的壓強，周圍的氣體被卷入。距噴孔出口的距離越

遠，被卷入的氣體數量越多。因此射流的流量不斷增加，橫截面不斷擴大，

同時流速不斷降低，此現象稱做射流的衰減。在同一橫截面上速度的分布特

點是射流中心軸線上的速度最大，離中心軸線越遠，各點的速度逐漸降低一

直到零。在速度等于零的部位是射流的界面。射流中心速度的減小速率也稱

射流的衰減率，射流截面直徑增大速率也稱射流擴展率，這兩個參數是自由

射流的基本特征。

3-8多孔噴頭氧氣射流運動有什么特點？

從多孔噴頭噴出的氧氣流是多股的，增加了與熔池的接觸面積，使氧氣逸出

更均勻，吹煉過程更平穩(wěn)。多孔噴頭的每一股氧流在與其他各股氧流相匯交

之前，保持著自由射流的特性。當各股氧流開始相交后，就有了動量的交換,

相互混合，這種混合從射流的邊緣逐漸向中心軸線發(fā)展，各單股氧流所具有

的自由射流特性逐漸消失。如果多股氧流在匯合前就與熔池液面相接觸，對

熔池的沖擊力減小，沖擊面積增大，槍位操作穩(wěn)定，利于吹煉。

多股氧流是從其內側開始混合的，混合后的射流內側邊緣卷入周圍介質氣體

的數量比外側少，內側氧流速度降低慢，外側氧流速度降低快，于是每股氧

流的最大速度點就偏離了氧流的幾何中心軸線位置，偏向氧槍的軸線。這樣

就出現了各股氧流的軸線逐漸向氧槍中心線靠攏的趨勢。

若噴孔與中心線夾角過小，多股氧射流過早匯合，就與單個自由射流一樣，

減小了對熔池的沖擊面積，對吹煉不利。因此在設計多孔噴頭時，要合理選

擇每個拉瓦爾噴孔與氧槍中心軸線的夾角，保證各股氧流在到達熔池液面以

前，基本上不匯合，這樣就能充分發(fā)揮多孔噴頭的優(yōu)越性。

多孔噴頭有三孔、四孔、五孔、六孔、七孔、甚至八孔等類型。小型轉爐使

用三孔拉瓦爾噴頭；而中型和大型轉爐普遍采用四孔、五孔及五孔以上噴頭。

與單孔噴頭相比，多孔噴頭有許多突出優(yōu)點：如可以提高供氧強度和冶煉強

度，可以增大沖擊面積，利于成渣，操作平穩(wěn)不易噴濺。但是，多孔噴頭端

面的中心區(qū)域（俗稱鼻子尖部位）冷卻效果較差，吹煉過程中該區(qū)域氣壓較

低，鋼液和熔渣易被吸入并黏附到噴頭上而被燒壞。為了加強這個區(qū)域的冷

卻，采用中心水冷鑄造噴頭，可延長多孔噴頭的使用壽命。

鍛壓組合式氧槍噴頭能有效地改善噴孔之間的冷卻效果，提高噴頭壽命。

3-9什么是氧氣流量，確定氧氣流量的依據是什么？

氧氣流量（Q）是指在單位時間（t）內向熔池供氧的數量（體積）V,常用標準狀

態(tài)下體積（標態(tài)）量度，其單位是m3/min或武/h。氧氣流量是根據吹煉每噸

金屬料所需要的氧氣量、金屬裝入量、供氧時間等因素確定的。

式中：Q——氧氣流量（標態(tài)），m3/min或m3/h；

V——爐鋼的氧氣耗量（標態(tài)），m3；

t——爐鋼吹煉時間，min或h。

氧流量過大，就會使化渣、脫碳失去平衡，造成噴濺。氧流量過小，會延長

吹煉時間，降低生產率。對于一定的原料成分、造渣工藝及供氧制度，應根

據冶煉實踐總結出氧流量最佳控制范圍。

3-10什么是供氧強度，確定供氧強度的依據是什么？

供氧強度是單位時間內每噸鋼的氧耗量，它的單位（標態(tài)）是Nm3/（t-min）,

可由下式確定：

式中I-----供氧強度（標態(tài)），Nm3/（fmin）；

Q----氧氣流量（標態(tài)），Nm3/（t,min）；

T——出鋼量，t?

供氧強度的大小應根據轉爐的公稱噸位、爐容比來確定。供氧強度過大，會

造成嚴重的噴濺，供氧強度過小延長吹煉時間。通常在不產生噴濺的情況下,

盡可能采用較大的供氧強度。目前國內中、小型轉爐的供氧強度（標態(tài)）為

2.5~4.5Nm3/（fmin）,大于120t轉爐的供氧強度（標態(tài)）為2.8~3.6

Nm3/（fmin）；國外轉爐供氧強度（標態(tài)）波動在2.5?4.0Nm3/（t?min）之間。

3-11如何確定每噸金屬料的氧氣耗量？

吹煉It金屬料所需要的氧氣量可以通過計算求出來。其步驟是：首先計算

出熔池各元素氧化所需氧氣量和其他氧耗量，然后再減去鐵礦石或氧化鐵皮

帶給熔池的氧量。

3-12如何確定氧壓，氧壓過高或過低對氧氣射流有何影響？

煉鋼操作氧壓是測定點的氧壓，以P用表示；氧氣經過管道、金屬軟管及氧

槍中心管，才能到達噴頭噴孔前沿，氧氣從測定點到噴頭噴孔前這段距離，

會有一定的氧壓損失。其氧壓損失數值是可以測定出來的。

噴孔前的氧壓用po表示，出口氧壓用p出表示。po和p出都是噴頭設計的

重要參數。噴孔最佳操作氧壓應等于或稍大于設計氧壓，絕對不能在低于設

計氧壓下吹煉。在設計壓力下操作時，噴孔出口的氧壓p出等于爐內環(huán)境壓

力，可以獲得穩(wěn)定的射流，不會產生激波。

如果操作氧壓高于設計氧壓過多，則氣流在到達噴孔出口時，尚未完成膨脹

過程，仍然具有一定的壓力能沒有轉換，這時氧流離開噴孔出口后繼續(xù)進行

膨脹，形成膨脹波系，射流會產生激波，使得氧流很不穩(wěn)定，射流的能量損

失比較大，不利于吹煉。導致這種情況的噴頭叫做“膨脹不足的噴頭”。

如果操作氧壓低于設計氧壓，氧流未到達出口之前就完成膨脹，且氣流離開

噴孔管壁，這時出口氧壓小于環(huán)境壓力，射流能量在噴孔內部由于激波的產

生而損失比較大，氧流出噴孔后形成收縮波系使射流軸心速度衰減加快，導

致這種情況的噴頭叫做“過度膨脹噴頭”。

噴孔前氧壓P0的值由出口馬赫數確定。通常選取出口馬赫數Ma=l.9~2.1,

可以根據公式算出加值。出口氧壓P出應稍高于或等于爐內環(huán)境壓力。

操作氧壓最好是在等于或稍高于設計氧壓下吹煉，當操作氧壓過高時，造成

化渣不好，噴濺增加；如果操作氧壓超過設計氧壓20%上時，能量損失增加,

氧流也不穩(wěn)定，所以不能用過高的氧壓操作。操作氧壓過低時，熔池攪拌減

弱，渣中TFe含量過高，氧氣利用率降低。

3-13確定氧槍槍位應考慮哪些因素，槍高在多少合適？

調整氧槍槍位可以調節(jié)氧射流與熔池的相互作用，從而控制吹煉進程。因此

氧槍槍位是供氧制度的一個重要參數。確定合適的槍位主要考慮兩個因素：

一是要有一定的沖擊面積；二是在保證爐底不被損壞的條件下，有一定的沖

擊深度。槍位過高射流的沖擊面積大，但沖擊深度減小，熔池攪拌減弱，渣

中TFe含量增加，吹煉時間延長。槍位過低，沖擊面積小，沖擊深度加大，

渣中TFe含量減少，不利化渣，易損壞爐底。因此應確定合適的槍位。

氧槍槍位是以噴頭端面與平靜熔池面的距離來表示。氧槍槍位(H/mm)與噴

頭喉口直徑(d喉/mm)的經驗關系式為：

多孔噴頭H=(35?50)d喉

根據生產中的實際吹煉效果再加以調整。通常沖擊深度L與熔池深度Lo之

比為：L/L0R.70左右，若沖擊深度過淺，脫磷速度和氧氣利用率降低；若

沖擊深度過深，易損壞爐底，造成嚴重噴濺。

3-14氧槍槍位對熔池攪動、渣中TFe含量、熔池溫度有什么影響？

A槍位與熔池攪拌的關系

采用硬吹時，因槍位低，氧流對熔池的沖擊力大，沖擊深度深，氣榕渣一金

屬液乳化充分，爐內的化學反應速度快，特別是脫碳速度加快，大量的C0

氣泡排出熔池得到充分的攪動，同時降低了熔渣的TFe含量，長時間的硬吹

易造成熔渣“返干”。槍位越低，熔池內部攪動越充分。

軟吹時，因槍位高，氧流對熔池的沖擊力減小，沖擊深度變淺，反射流股的

數量增多，沖擊面積加大，加強了對熔池液面的攪動；而熔池內部攪動減弱。

脫碳速度降低，因而熔渣中的TFe含量有所增加，也容易引起噴濺，延長吹

煉時間。

如果槍位過高或者氧壓很低，吹煉時，氧流的動能低到根本不能吹開熔池液

面，只是從表面掠過，這種操作叫“吊吹”。吊吹會使渣中(TFe)積聚，易

產生爆發(fā)性噴濺，應該禁止“吊吹”。

合理調整槍位，可以調節(jié)熔池液面和內部的攪拌作用。如果短時間內高、低

槍位交替操作，還有利于消除爐液面上可能出現的“死角”，消除渣料成坨,

加快成渣。

B槍位與渣中TFe含量的關系

當槍位低到一定的程度，或長時間使用某一低槍位吹煉時，熔池內脫碳速度

快，FeO消耗也多，TFe的含量會減少，導致熔渣返干，進而引起金屬噴濺。

高槍位吹煉時；由于氧流對熔池攪拌作用減弱，熔池內的化學反應速度減慢,

熔渣中FeO聚積，起到提高(TFe)含量的作用；但長時間高槍位吹煉也會引

起噴濺。

在吹煉的不同時期，應根據吹煉的任務,通過槍位的改變控制渣中TFe含量。

如吹煉初期要求稍高槍位操作，渣中TFe含量高些可及早形成初期渣脫除

磷、硫；吹煉中期，適當降低槍位控制合適(TFe)含量以防噴濺；吹煉后期

最好降低槍位以降低渣中TFe含量，提高鋼水收得率。

C槍位與熔池溫度的關系

槍位對熔池溫度的影響是通過爐內化學反應速度來體現的，采用低槍位操

作，氣一熔渣一金屬液乳化充分，接觸密切，化學反應速度快，熔池攪拌力

強，升溫速度快，吹煉時間短，熱損失部分相對減少，爐溫較高。

采用高槍位操作，熔池攪拌力弱，反應速度減慢，因而熔池升溫速度也緩慢,

吹煉時間延長，熱損失部分相對增多，溫度偏低。

3-15如何確定開始吹煉槍位？

開吹槍位一般應比過程槍位高些，其確定原則是早化渣，多去磷、保護爐襯。

因此，開吹前必須了解鐵水溫度和成分，測量液面高度，了解總管氧壓以及

所煉鋼種的成分和溫度要求。確定合適的開吹槍位應考慮以下情況：

(1)鐵水成分。若硅含量高、渣量大，則易噴濺，槍位不要過高。鐵水鎰含

量高，槍位可以低些；鐵水P、S含量高時，應盡快成渣去P、S,槍位應適

當高些；廢鋼中生鐵塊多導熱性差，不易熔化，應降低