? 炉渣的组成以各种金属氧化物为主，并含有少量硫化物和氟化物。 ? 炼钢炉渣的基本体系是CaO-SiO2-FeO。 炼钢炉渣的主要性质 ? 碱度(basicity)：
R＝1.3～1.5，低碱度渣； R＝1.8～2.0，中碱度渣； R≥2.5， 高碱度渣；
? 氧化性——炉渣向金属熔池传氧的能力，一般以渣中氧化铁（ ％∑ FeO）含量来
表示。
? 炉渣的氧化能力是个综合的概念，其传氧能力还受炉渣粘度、熔池搅拌强度、供氧
速度等因素的影响。
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 直接氧化：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。 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。
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。 脱碳反应：炼钢的一个重要任务是利用氧化方法将铁液中过多的碳去除，称为脱碳。脱碳反应是贯穿于冶炼过程。在高温下[C]主要氧化成为CO。
脱碳反应的作用：脱碳反应除了调整钢液碳含量的作用外，其反应产物CO气体的上浮排除使得脱碳反应给炼钢带来独特的作用。 ? 促进熔池成分﹑温度均匀； ? 提高化学反应速度；
? 降低钢液中的气体含量和夹杂物数量： ? 造成喷溅和溢出：
脱磷反应：在炼钢温度下，气化脱磷反应是不能进行的。由于Fe优先于[P]氧化，通过直接氧化反应的气化脱磷也是难以进行的。
通过加入石灰造碱性渣可以将铁液中的磷脱出到炉渣中。这是由于P2O5时是酸性氧化物，遇到碱性氧化物如CaO能生成稳定的化合物而进入炉渣。 脱硫的基本条件是：高碱度、高温、低氧化性。 影响脱硫反应的基本条件分析
? (1)炉渣碱度研究结果表明：炉渣碱度在3．0～3．5之间最好，过高会使黏度增
加，不利硫在钢—渣之间的扩散，过低则不符合脱硫要求。 ? (2)氧化性炉渣氧化性对脱硫的影响较为复杂，从脱硫反应式中可以看出，渣中的
还原性越强，即∑(FeO)越低越有利于脱硫反应。但实际生产中氧气转炉的氧化渣中也能去除一部分硫，其主要原因是：∑(FeO)的存在改善了渣的流动性，能促进石灰的熔化，有利于高碱度渣的形成，从而部分改善了脱硫条件。 ? 尽管氧化渣中也能脱硫，但在其他条件如搅拌、温度、碱度等完全相同的条件下，
氧化渣的去硫效果还是远远低于还原渣的。
? (3)温度 高温有利于吸热反应的进行，即有利于去硫反应的顺利进行。
? (4)钢—渣搅拌情况 去硫是钢—渣界面反应，加强钢—渣搅拌扩大反应界面积有利
于去硫。例如电炉(还原期)出钢时，采用钢—渣混出的方法，使钢液和炉渣强烈混
合，钢—渣界面大大增加，充分发挥了电炉还原渣的脱硫能力，使脱硫反应能够迅速进行。
? (5)渣量 增加渣量可以减少(CaS)的相对浓度，可促进去硫反应。
气化脱硫 主要通过炉渣中硫的气化来实现，渣中的铁离子充当气化脱硫所需氧的媒介。需要明确的是，气化脱硫是以炉渣脱硫为基础的，首先硫从金属液被脱除到炉渣中，然后炉渣中的硫再被气化脱除进入炉气中。在转炉炼钢中，有约三分之一的硫是以气化脱硫的方式去除的。 钢的脱氧
? 脱氧是向炼钢熔池或钢水中加入脱氧剂，脱氧元素与氧反应，生成的脱氧产物或进
入渣中或成为气相排出。
? 脱氧剂应具有脱氧元素与氧的亲和力大、脱氧产物易排除、成本低和来源广等的特
点。
? 根据脱氧反应发生的地点不同，脱氧方法分为沉淀脱氧﹑扩散脱氧和真空脱氧。 钢中氧的危害性主要表现在以下三个方面。 ? 1． 产生夹杂。钢液凝固时，其中多余的氧与钢中其他元素结合生成非金属夹杂物，
进而破坏了钢基体的连续性，降低钢的强度极限、冲击韧性、伸长率等各种力学性能和导磁性能、焊接性能等。
? 2． 形成气泡。钢液中的氧含量过高，在浇铸过程中会再次与钢中碳反应，产生
CO气体，从而会使钢锭（坯）产生气孔、疏松，甚至上涨等缺陷，严重时会导致钢锭（坯）报废。
? 3． 晶界上的FeO和FeS还会形成低熔点(910℃)物质，使钢在热加工时发生热脆。 沉淀脱氧：又叫直接脱氧。把块状脱氧剂加入到钢液中，脱氧元素在钢液内部与钢中氧直接反应，生成的脱氧产物上浮进入渣中的脱氧方法称为沉淀脱氧。出钢时向钢包中加入硅铁﹑锰铁﹑铝铁或铝块脱氧就是沉淀脱氧。
扩散脱氧：又叫间接脱氧。它是将粉状的脱氧剂如C粉﹑Fe-Si粉﹑CaSi粉﹑Al粉加到炉渣中，降低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩散，从而达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方法。在电炉炼钢的还原期和炉外精炼过程向渣中加入粉状脱氧剂进行脱氧操作就是扩散脱氧。
真空脱氧：是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。它只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如[C]-[O]反应。这种脱氧方法常用于炉外精炼中，如RH真空处理﹑VAD﹑VD等精炼方法都可实现钢液的真空脱氧。 脱气 钢中气体（H、N）的来源：
? 金属料如废钢和铁合金中含有的一定量的氢和氮。
? 潮湿的造渣剂，加入炉内后分解，也使钢中气体增加。 ? 耐火材料用粘结剂含有8%～9%的氢。
? 暴露在空气中的钢液，会从空气中吸收氢和氮。 ? 如果炼钢采用的氧气不纯，也能造成钢的增氮。 氢对钢性能的影响
? 氢在钢中基本上有害无利。氢在钢中的不良影响主要有以下几方面：
? 1)使钢产生―氢脆‖。氢能使钢的塑性和韧性明显降低，即产生―氢脆‖现象。对于
高强度钢来讲，―氢脆‖的影响更严重。 ? 钢中的―氢脆‖属于滞后破坏。表现在应力作用下，经过一段时间钢突然发生脆断。 ? 2)使钢产生―白点‖。所谓―白点‖是指在钢材断面上呈银白色的斑点。其实质是一
个有锯齿形边缘的微小气泡，又叫发裂。它的产生与氢脆不同，它是钢从高温冷却
到室温时产生的。―白点‖也使钢的塑性和韧性明显降低。
? 3)产生石板断口。其主要原因是：氢含量高的地方会出气泡，在气泡的周围易出
现C、P、S和夹杂物的偏析，这些缺陷在钢材热加工时被拉长，但不能焊合，于是形成石板断口。
? 4)产生氢腐蚀。在高温高压作用下，钢中的氢即高压氢会使钢产生网络状裂纹，
严重时还可以鼓泡，这种现象称氢腐蚀。 氮对钢的性能有利有弊。氮对钢的不良影响是：
? 1)氮会使钢产生―蓝脆‖。淬火钢在250～400℃回火后，塑韧性不仅不增大，反而
下降，这个温度范围的钢呈蓝色，故叫―蓝脆‖。
? 2)氮和氢综合作用使钢产生缺陷。氮和氢的综合作用会使镇静钢锭产生结疤和皮
下气泡，使轧钢生产中出现裂纹和发纹，影响钢的质量。 ? 氮对钢有益的一面是：
? 1)钢中的氮能和Al、Ti等形成AlN、TiN等高熔点的细小颗粒。均匀弥散分布的
AlN、TiN等能细化晶粒，从而提高钢的强度和塑性，对改善焊接性能也有良好作用。
? 2)能提高钢的强度和耐磨性。实际生产中常用渗氮的方法来改善钢表面的耐磨
性，同时也能使钢表面的抗蚀性和疲劳强度有所改善。 降低钢中气体的措施
? 提高炼钢原材料质量。如使用含气体量低的废钢和铁合金；对含水分的原材料进行
烘烤干燥，采用高纯度的氧气等。
? 尽量降低出钢温度，减小气体在钢中的溶解度。
? 在冶炼过程，应充分利用脱碳反应产生的溶池沸腾来降低钢水中的气体含量。 ? 用炉外精炼技术，降低钢水中的气体含量。如采用钢包吹氩搅拌，真空精炼脱气，
微气泡脱气等方法对钢水进行脱气处理。
? 采用保护浇注技术，防止钢水从大气中吸收气体。 钢中夹杂物的来源
? 钢中存在着硫﹑磷﹑氧﹑氮等杂质元素，这些元素与钢中的合金元素如硅﹑锰﹑铝
﹑钛﹑钒等形成非金属化合物，如氧化物﹑硫化物﹑氮化物等。钢中的这些非金属化合物，统称为非金属夹杂物，也称为内生夹杂。
? 在炼钢过程中，钢水与炉渣和炉衬接触，炉渣炉衬中的化合物被卷入到钢水中，也
会造成非金属夹杂物，也称为外来夹杂。
按夹杂物的化学成分分：氧化物夹杂；硫化物夹杂；氮化物夹杂。 按加工变形后夹杂物的形态分：塑性夹杂；脆性夹杂；半塑性夹杂。 按夹杂物的来源分：内生夹杂和外来夹杂。 降低钢中夹杂物的措施
? 在冶炼中采取各种手段降低钢中杂质元素[O]﹑[S]﹑[N]﹑[P]等的含量，提高钢的洁
净度，从根本上减少内生夹杂物。
? 提高耐火材料质量，提高其抗冲击和耐侵蚀的能力，减少外来夹杂物数量。 ? 采用合理的脱氧制度，使脱氧产物易于聚集上浮，从钢液中排除。
? 应用钢包冶金如真空脱氧﹑吹Ar搅拌﹑喷粉处理等和中间包冶金如采用堰、坝﹑
导流板﹑过滤器﹑湍流控制器等控流装置，去除钢水中的夹杂物。 ? 采取保护浇注技术，防止钢水从周围大气环境中吸收氧﹑氢﹑氮。 炼钢用原材料金属料 铁水；废钢；铁合金。
辅助材料造渣材料；氧化剂；冷却剂；还原剂和增碳剂。
铁水是氧气转炉炼钢的基本原料。铁水成分和铁水温度是否适当和稳定，对简化和稳定转炉操作并获得良好的技术经济指标非常重要。
铁水成分：Si：发热元素，转炉热量来源。根据[P]，[Si]一般在0.4～0.8％范围内 ? Mn：有利元素。[Mn]一般在0.2～0.4％左右
? P：有害元素，强发热元素。P是高炉不能去除的元素，故只能要求[P]稳定，采用
铁水预处理脱磷或相应的炼钢方法来去除。
? S：有害元素。[S]<0.04％。采用铁水预处理脱硫， [S]<0.015％。
废钢是电炉炼钢的基本原料，用量占钢铁料的70％～90％。对转炉来说，既是金属料也是冷却剂。 造渣材料
? 石灰（CaO）。碱性炼钢方法的基本造渣材料，有强的脱磷、脱硫能力，对炉衬危
害小。石灰要求含有效CaO大于80～85％，含S和SiO2低，块度小而均匀，且无细粉；生烧过烧率要小；不能潮解，应保持干燥、新鲜。 ? 萤石（CaF2）。熔点低（1418 ℃ ），能使CaO熔点显著降低，加速化渣，改善渣
的流动性。萤石要求：CaF2>85%。 ? 白云石（MgO）。增加渣中Mg含量，以减少炉衬中MgO向炉渣中转移，且能促进
前期化渣。 氧化剂
? 氧气。炼钢中氧的重要来源。一般要求氧气纯度应大于98％，冶炼低氮钢种时，应
大于99.5％。还应脱除水分。 ? 铁矿石、氧化铁皮。
? 铁矿石要求含铁高，SiO2、P和水分少，使用前要加热。 ? 氧化铁皮要求杂质少，不含油污和水分，使用前必须烘烤。 冷却剂
? 废钢。冷却效果稳定、喷溅少，价格低。
? 富铁矿、团矿、烧结矿和氧化铁皮。利用它们所含FexOy氧化金属中的杂质时，需
要吸收大量的热而起到冷却的作用。
? 石灰石。缺少以上冷却剂时，可以使用，CaCO3分解时吸收大量热量。 还原剂和增碳剂
? 电炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极、木炭、焦炭、电石、硅铁、硅钙、铝
等。
? 氧气转炉冶炼中、高碳钢时，一般用含灰分很少的石油焦作增碳剂。 转炉复合吹炼工艺最初是沿袭顶吹和底吹两种吹炼工艺逐步发展完善：即在顶吹转炉底部喷吹惰性气体和在底吹转炉上部安装顶吹氧枪。 实践证明，复吹转炉基本保留了顶吹转炉和底吹转炉的优点，避免各自的缺点，成为当代转炉的基本操作工艺。 顶底复吹转炉炼钢的设备由4个系统组成，每个系统又由各自的设备组成。
? 炼钢容器的炉子系统；
? 提供炼钢所需的氧气和底部搅拌气体的供气系统； ? 提供炼钢所需的金属料和造渣材料的供料系统；
? 对高温含尘烟气进行降温除尘处理，并回收余热和煤气的烟气处理系统。
供料系统：铁水供应 2）废钢供应 3）造渣剂供应
? 铁水供应：混铁车（鱼雷罐车）方式流程为：高炉铁水→鱼雷罐车→铁水罐→转炉 ? 废钢供应 向转炉供应废钢一般采用废钢槽方式。流程：磁盘吊车装槽→桥式吊
车+废钢槽→转炉。
? 造渣剂供应：转炉的造渣剂采用以下的供应方式：地下储料仓→胶带运输机→高位
料仓→称量漏斗→汇总漏斗→溜槽 →转炉。 烟气处理系统
? 转炉炉内的气体称为炉气，炉气离开炉口进入烟罩后称为烟气。
? 氧气转炉在吹炼期间产生大量含尘炉气，其温度高达1400~1600℃，炉气中含有大
量CO和含铁60％左右的粉尘。
? 转炉炉气的处理方法主要有燃烧法和未燃烧法。
? 未燃法是在炉口上方采用可以升降的活动烟罩，使炉气在收集过程中尽量不
与空气接触，经降温除尘净化后，通过风机抽入煤气回收系统中。
吹炼工艺流程 一炉钢的冶炼过程是指从装料到倒尽渣为止。顶底复吹转炉炼钢的冶炼周期一般是30～40min。其中的纯吹氧时间约15～20min。 吹炼过程元素的变化
? 根据[C]的氧化速度不同，炼钢过程可分为三个时期。 ? 氧化初期，脱碳速度由小变大。
? 由于氧化初期熔池温度低，Si﹑Mn氧化量多，消耗了大部分的氧，[C]的氧
化受到限制。
? 脱碳速度d[C]/dt=-k1t，与吹炼时间成正比。
? 这一时期称吹炼初期，又叫硅﹑锰氧化期，时间从开吹到约4～5min。
? 氧化中期
? Si、Mn氧化结束，熔池温度升高，供给的氧几乎全部用于脱碳。 ? 脱碳速度达到最大且几乎不变。
? 这一时期称为吹炼中期，又叫碳氧化期，w[c]=3.0%-3.5%时进入吹炼中期。
? 氧化后期
? 随着碳含量下降，在钢液与气相的边界层中,碳的浓度梯度逐渐下降，使得
脱碳速度越来越小。
? 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。
吹炼工艺制度
? 顶底复吹转炉炼钢，根据底吹气体种类的不同，可分为底部吹入非氧化性气体的复
吹工艺和底部吹入氧化性气体的复吹工艺。
? 我国采用的是前一种工艺进行复吹转炉炼钢，即底部吹入氮气、氩气来搅拌熔池。 ? 氧气顶底复吹转炉炼钢工艺包括装料﹑供氧﹑底部供气、造渣﹑温度及终点控制﹑
脱氧及合金化等内容。 1 装料制度 1）装料次序
? 一般来说是先装废钢后兑铁水，防止加入铁水时造成喷溅。
? 到了炉役后期，或者废钢装入量比较多的转炉，可以先兑铁水，后加废钢。 2）装入量
? 不同吨位的转炉以及一座转炉在不同的生产条件下，都有其不同的合理金属装入
量。
? 装入量过小，产量低，熔池浅，氧流易直接冲击炉底，造成炉底破坏。装入量过大,
熔池搅拌不充分，吹炼时间增加，易造成喷溅。 2 供氧制度