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3 氧气顶吹转炉炼钢工艺

3.1 一炉钢操作过程
要想找出在吹炼过程中金属成份和炉渣成份改变规律，首先就必需熟悉一炉钢操作、工艺过程。在下面图3-1中示出了氧气顶吹转炉吹炼一炉钢操作过程和对应工艺制度。

由图能够清楚地看出，氧气顶吹转炉炼钢工艺操作过程可分以下几步进行：
1）上炉钢出完并倒完炉渣后，快速检验炉体，必需时进行补炉，然后堵好出钢口，立即加料。
2）在装入废钢和兑入铁水后，把炉体摇正。在下降氧枪同时，由炉口上方辅助材料溜槽，向炉中加入第一批渣料（石灰、萤石、氧化铁皮、铁矿石），其量约为总量2／3～1／2。当氧枪降至要求枪位时，吹炼过程正式开始。
当氧气流和溶池面接触时，碳、硅、锰开始氧化，称为点火。点火后约几分钟，炉渣形成覆盖于熔池面上，伴随Si、Mn、C、P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，此时应该合适降低氧枪高度。
3）吹炼中期脱碳反应猛烈，渣中氧化铁降低，致使炉渣熔点增高和粘度增大，并可能出现稠渣（即“返干”）现象。此时，应合适提升氧枪枪位，并可分批加入铁矿石和第二批造渣材料（其它1／3），以提升炉渣中氧化铁含量及调整炉渣。第三批造渣料为萤石，用以调整炉渣流动性，不过否加第三批造渣材料，其加入量怎样，要视各厂生产情况而定。
4）吹炼末期，因为熔池金属中含碳量大大降低，则使脱碳反应减弱，炉内火焰变得短而透明，最终依据火焰情况，供氧数量和吹炼时间等原因，按所炼钢种成份和温度要求，确定吹炼终点，而且提升氧枪停止供氧（称之为拉碳）、倒炉、测温、取样。依据分析结果，决定出钢或补吹时间。
5）当钢水成份和温度均已合格，打开出钢口，即可倒炉出钢。在出钢过程中，向钢包内加入铁合金，进行脱氧和合金化（有时可在打出钢口前向炉内投入部分铁合金）。出钢完成，将炉渣倒入渣罐。
通常将相邻两炉之间间隔时间（即从装钢铁材料到倒渣完成），称为冶炼周期或冶炼一炉钢时间。通常为20～40min。其中把吹入氧气时间称为供氧时间或纯吹炼时间。它和炉子吨位大小和工艺不一样相关。
3.2 装入制度
3.2.1 装入制度内容及依据
装入制度就是确定转炉合理装入量，适宜铁水废钢比。转炉装入量是指主原料装入数量，它包含铁水和废钢。
实践证实每座转炉全部必需有个适宜装入量，装入量过大或过小全部不能得到好技术经济指标。若装入量过大，将造成吹炼过程严重喷溅，造渣困难，延长冶炼时间，吹损增加，炉衬寿命降低。装入量过小时，不仅产量下降，而且因为熔池变浅，控制不妥，炉底轻易受氧气流股冲击作用而过早损坏，甚至使炉底烧穿，进而造成漏钢事故，对钢质量也有不良影响。
在确定合理装入量时，必需考虑以下原因：
（1）要有适宜炉容比。炉容比通常是指转炉新砌砖后炉内自由空间容积V和金属装入量T之比，以V／T表示，量纲为m3／t。转炉生产中，炉渣喷溅和生产率和炉容比亲密相关。适宜炉容比是从生产实践中总结出来，它和铁水成份、喷头结构、供氧强度等原因相关。比如，铁水中含Si、P较高，则吹炼过程中渣量大，炉容比应大部分，不然易使喷溅增加。使用供氧强度大多孔喷头，应使炉容比大些，不然轻易损坏炉衬。
现在，大多数顶吹转炉炉容比选择在0.7～l.10之间，表3-1是中国外转炉炉容比统计情况。

表3-1 顶吹转炉炉容比
炉容量,t
≤30
50
100～150
150～200
200～300
>300
V/T,m3/t
0.92～1.15
0.95～1.05
0.85～1.05
0.7～1.09
0.7～1.10
0.68～0.94

表3-2 各厂顶吹转炉炉容比
厂 名
首钢一炼
太钢二炼
首钢三炼
攀钢
本钢二炼
鞍钢三炼
首钢二炼
宝钢一炼
吨位/t
30
50
80
120
120
150
210
300
炉容比/m3·t-1
0.86
0.97
0.73
0.90
0.91
0.86
0.92
1.05

大转炉炉容比能够小些，小转炉炉容比要稍大些。现在中国部分钢厂转炉炉容比见表3-2所表示。
（2）适宜熔池深度。为了确保生产安全和延长炉底寿命，要确保熔池含有一定深度。不一样公称吨位转炉熔池深度如表3-3所表示。熔池深度Η必需大于氧气射液对熔池最大穿透深度h，通常认为对于单孔喷枪h／H≤0.7是合理。

表3-3 不一样公称吨位转炉熔池深度
公称吨位/ t
30
50
80
100
210
300
熔池深度/㎜
800
1050
1190
1250
1650
1949

（3）对于模铸车间，装入量应和锭型配合好。装入量减去吹损及浇注必需损失后钢水量，应是多种锭型整数倍，尽可能降低注余钢水量。装入量可按下列公式进行计算。
装入量=-合金用量×合金吸收率(%) （3-1）
上式中相关单位采取t。
另外，确定装入量时，还要受到钢包容积、转炉倾动机构能力、浇注吊车起重能力等原因制约。所以在制订装入制度时，既要发挥现有设备潜力，又要预防片面不顾实际盲目超装，以免造成浪费和事故。
3.2.2 装入制度类型
氧气顶吹转炉装入制度有：定量装入制度、定深装入制度、分阶段定量装入制度。其中定深装入制度即每炉熔池深度保持不变，因为生产组织困难，现已极少使用。定量装入制度和分阶段定量装入制度在中国外得到广泛应用。
3.2.2.1 定量装入制度
定量装入制度，就是在整个炉役期间，每炉装入量保持不变，这种装入制度优点是：便于生产组织，操作稳定，有利于实现过程自动控制，但炉役前期熔池深、后期熔池变浅，只适合大吨位转炉。中国外大型转炉已广泛采取定量装入制度。
3.2.2.2 分阶段定量装入制度
在一个炉役期间，按炉膛扩大程度划分为多个阶段，每个阶段定量装入。这么既大致上保持了整个炉役中含有比较适宜熔池深度，又保持了各个阶段中装入量相对稳定，既能增加装入量，又便于组织生产。这是适应性较强一个装入制度。中国各中、小转炉炼钢厂普遍采取这种装入制度。表3-4为首钢30t 转炉分阶段定量装入制度。
3.2.3装入操作
3.2.3.1 铁水、废钢装入次序
A 先兑铁水后装废钢
这种装入次序能够避免废钢直接撞击炉衬，但炉内留有液态残渣时，兑铁易发生喷溅。
B 先装废钢后兑铁水
这种装入次序废钢直接撞击炉衬，但现在中国各钢厂普遍采取溅渣护炉技术，利用此法可预防兑铁喷溅，但补炉后第一炉钢可采取前法。
表3-4 首钢30t转炉分阶段定量装入制度
炉龄区间
1～50
51～100
101～400
>4 01
装入量/ t
35
40.5
41
42.5
42.5
46
46
48.5
43.5
出钢量/ t
32.4
36.8
36.9
39.1
39
42.1
41
44.64
40
锭型
沸腾
5.2t
沸腾
5.2t
大头4.1t
挂板5.2t
板坯
沸腾
5.2t
大头4.1t
挂板5.2t
板坯
炉容比/m3·t-1
0.86
0.78
0.78
0.74
0.74
0.82
0.84
0.80
0.85
模铸根数
6
7
9
7
－
8
10
8
－
注：沸腾：沸腾钢；挂板：一般镇静钢；大头：带保温帽钢锭
3.2.3.2 正确控制铁水废钢比
铁水、废钢装入百分比确实定，从理论上讲应依据热平衡计算而定。但在生产条件下，通常是依据铁水成份、温度、炉龄期长短、废钢预热等情况按经验确定铁水配入下限值和废钢加入上限值。在正常生产条件下，废钢加入量改变不大，各炉次废钢加入量改变受上下炉次间隔时间、铁水成份、温度等影响。现在，中国大多数转炉生产中铁水比通常波动在75～90％之间，近几年中国转炉废钢加入量平均为100～150kg／t。
3.2.3.3 注意安全、预防污染
兑铁水前转炉内应无液态残渣，并疏散周围人员，以防造成人员伤害和设备事故。假如没有二次除尘设备，兑铁水时转炉倾动角度小些，尽可能使烟尘进入烟道。
3.3 造渣制度
氧气顶吹转炉供氧时间仅仅十几分钟，在此期间必需形成含有一定碱度、氧化性和流动性，适宜MgO含量、正常泡沫化熔渣，以确保炼出合格优质钢水，并降低对炉衬侵蚀。
转炉炼钢造渣目标是：去除磷硫、降低喷溅、保护炉衬、降低终点氧。
造渣制度就是要确定适宜造渣方法、渣料加入数量和时间，和怎样加速成渣。
3.3.1 炉渣形成
氧气转炉炼钢过程时间很短，必需做到快速成渣，使炉渣立即含有合适碱度、氧化性和流动性，方便快速地把铁水中磷、硫等杂质去除到所炼钢种要求以下。
3.3.1.1 炉渣形成
炉渣通常是由铁水中Si、P、Mn、Fe氧化和加入石灰溶解而生成；另外还有少许其它渣料（白云石、萤石等）、带入转炉内高炉渣、侵蚀炉衬等。炉渣氧化性和化学成份在很大程度上控制了吹炼过程中反应速度。假如吹炼要在脱碳时同时脱磷，则必需控制（FeO）在一定范围内，以确保石灰不停溶解，形成一定碱度、一定数量泡沫化炉渣。
开吹后，铁水中Si、Mn、Fe等元素氧化生成FeO、SiO2、MnO等氧化物进入渣中。这些氧化物相互作用生成很多矿物质，吹炼早期渣中关键矿物组成为各类橄榄石（Fe、Mn、Mg、Ca）SiO4和玻璃体SiO2。伴随炉渣中石灰溶解，因为CaO和SiO2亲协力比其它氧化物大，CaO逐步替换橄榄石中其它氧化物，形成硅酸钙。随碱度增加而形成CaO•SiO2，3CaO•2SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·SiO2，其中最稳定是2CaO·SiO2。到吹炼后期，C一O反应减弱，（FeO）有所提升，石灰深入溶解，渣中可能产生铁酸钙。表3-5列出炉渣中化合物及其熔点。
表3－5 炉渣中化合物及其熔点
化合物
矿物名称
熔点，℃
化合物
矿物名称
熔点，℃

CaO•SiO2
硅酸钙
1550
CaO•Mg O•SiO2
钙镁橄榄石
1390

MnO•SiO2
硅酸锰
1285
CaO•Fe O •SiO2
钙铁橄榄石
1205

Mg O•SiO2
硅酸镁
1557
2CaO•Mg O•2SiO2
镁黄长石
1450

2CaO•SiO2
硅酸二钙
2130
3CaO•Mg O•SiO2
镁蔷薇灰石
1550

Fe O•SiO2
铁橄榄石
1205
2CaO•P2O5
磷酸二钙
1320

2MnO•SiO2
锰橄榄石
1345
CaO•Fe2O3
铁酸钙
1230

2Mg O•SiO2
镁橄榄石
1890
2CaO•Fe2O3
正铁酸钙
1420

3.3.1.2 石灰溶解
石灰溶解在成渣过程中起着决定性作用，图3-2说明渣量和石灰溶解量改变情况。由图可见，在25％吹炼时间内，渣关键靠元素Si、Mn、P和Fe氧化形成。在此以后时间里，成渣关键是石灰溶解，尤其是吹炼时间60％以后，因为炉温升高，石灰溶解加紧使渣大量形成。石灰在炉渣中溶解是复杂多相反应，其过程分为三步：

第一步，液态炉渣经过石灰块外部扩散边界层向反应区迁移，并沿气孔向石灰块内部迁移。
第二步，炉渣和石灰在反应区进行化学反应，形成新相。反应不仅在石灰块外表面进行。而且在内部气孔表面上进行。其反应为：
2（Fe O）+（SiO2）+ CaO →（Fe OX）+（CaO• Fe O •SiO2）
（Fe2O3）+2 CaO →（2 CaO •Fe2O3）
（CaO• Fe O •SiO2）+ CaO→（2CaO•SiO2）+（Fe O）
第三步, 反应产物离开反应区向炉渣熔体中转移。
炉渣由表及里逐步向石灰块内部渗透，表面有反应产物形成。通常在顶吹转炉和底吹转炉吹炼前期从炉内取出石灰块表面存在着高熔点、致密坚硬2CaO·SiO2外壳，它阻碍石灰溶解。但在复吹转炉中从炉内取出石灰块样中，均没有发觉2CaO·SiO2外壳，其原因可认为是底吹气体加强了熔池搅拌，消除了顶吹转炉中渣料被吹到炉膛四面不活动区，从而加紧了（FeO）向石灰渗透作用结果。由以上分析可见，影响石灰溶解关键原因有：
（1） 炉渣成份 实践证实，炉渣成份对石灰溶解速度有很大影响。有研究表明，石灰溶解和炉渣成份之间统计关系为：
（3-2）
式中： —— 石灰在渣中溶解速度，kg／（m2）
—— 百分比系数；
CaO等 —— 渣中氧化物浓度，％。
由（3-2）式可见，（FeO）对石灰溶解速度影响最大，它是石灰溶解基础熔剂。其原因是：
1）它能显著降低炉渣粘度，加速石灰溶解过程传质。
2）它能改善炉渣对石灰润湿和向石灰孔隙中渗透。
3）它离子半径不大（，，），且和CaO同属立方晶系。这些全部有利于（FeO） 向石灰晶格中迁移并生成低熔点物质。
4）它能降低石灰块表面2CaO·SiO2生成，并使生成2CaO•SiO2变疏松，有利石灰溶解。
渣中（MnO）对石灰溶解速度影响仅次于（FeO），故在生产中可在渣料中配加锰矿；而使炉渣中加入6％左右（MgO）也对石灰溶解有利，因为CaO－MgO－SiO2系化合物熔点全部比2CaO·SiO2低。
（2）温度 熔池温度高，高于炉渣熔点以上，能够使炉渣粘度降低，加速炉渣向石灰块内渗透，使生成石灰块外壳化合物快速熔融而脱落成渣。转炉冶炼实践已经证实，在熔池反应区，因为温度高而且（FeO）多，使石灰溶解加速进行。
（3）熔池搅拌 加紧熔池搅拌，能够显著改善石灰溶解传质过程，增加反应界面，提升石灰溶解速度。复吹转炉生产实践也已证实，因为熔池搅拌加强，使石灰溶解和成渣速度全部比顶吹转炉提升。
（4）石灰质量 表面疏松，气孔率高，反应能力强活性石灰，能够有利于炉渣向石灰块内渗透，也扩大了反应界面，加速了石灰溶解过程。现在，在世界各国转炉炼钢中全部提倡使用活性石灰，以利快成渣，成好渣。
由此可见，炉渣成渣过程就是石灰溶解过程。石灰熔点高，高（FeO）、高温和猛烈搅拌是加紧石灰溶解必需条件。
3.3.2 泡沫渣
在吹炼过程中，因为氧气流股对熔池作用，产生了很多金属液滴。这些金属液滴落入炉渣后，和FeO作用生成大量CO气泡，并分散于熔渣之中，形成了气-熔渣-金属亲密混合乳浊液。分散在熔渣中小气泡总体积，往往超出熔渣本身体积。熔渣成为薄膜，将气泡包住并使其隔开，引发熔渣发泡膨胀，形成泡沫渣。在正常情况下，泡沫渣厚度常常有l～2m乃至3m。
因为炉内乳化现象，大大发展了气-熔渣-金属界面，加紧了炉内化学反应速度，从而达成了良好吹炼效果。若控制不妥，因为严重泡沫渣，也会造成事故。
3.3.2.1 影响泡沫渣形成原因
氧气顶吹转炉吹炼过程中，泡沫渣中气体起源于供给炉内氧气和碳氧化生成CO气体，而且关键是CO气体。这些气体能否稳定存在于熔渣中，还和熔渣物理性质相关。
SiO2或P2O5全部是表面活性物质，能够降低熔渣表面张力，它们生成吸附薄膜常常成为稳定泡沫关键原因。但单独SiO2或P2O5对稳定气泡作用不大，若二者同时存在，效果最好。因为SiO2能增加薄膜粘性，而P2O5能增加薄膜弹性，这全部会阻碍小气泡聚合和破裂，有利于气泡稳定在熔渣中。FeO、Fe2O3和CaF2含量增加也能降低熔渣表面张力，有利于泡沫渣形成。
另外，熔渣中固体悬浮物对稳定气泡也有一定作用。当熔渣中存在着2CaO·SiO2、3CaO·P2O5、CaO和MgO等固体微粒时，它们附着在小气泡表面上，能使气泡表面薄膜韧性增强，粘性增大，也阻碍了小气泡合并和破裂，从而使泡沫渣稳定时延长。当熔渣中析出大量固体颗粒时，气泡膜就变脆而破裂，熔渣就出现了返干现象。所以熔渣粘度对熔渣泡沫化有一定影响，但也不是说熔渣越粘越利于泡沫化。另外，低温有利于熔渣泡沫稳定。总而言之，影响熔渣泡沫化原因是多方面，不能单独强调某首先，而应综合各方面原因加以分析。
3.3.2.2 吹炼过程中泡沫渣形成及控制
吹炼早期熔渣碱度低，并含有一定数量FeO、SiO2、P2O5等，关键是这些物质吸附作用稳定了气泡。
吹炼中期碳猛烈氧化，产生大量CO气体，因为熔渣碱度提升，形成了硅酸盐及磷酸盐等化合物，SiO2和P2O5活度降低，SiO2和P2O5吸附作用逐步消失，稳定气泡关键靠固体悬浮微粒。此时假如能正确操作，避免或减轻熔渣返干现象，就能控制适宜泡沫渣。
吹炼后期脱碳速度降低，只要熔渣碱度不过高，稳定泡沫原因就大大减弱了，通常不会产生严重泡沫渣。
吹炼过程中氧压低，枪位过高，渣中TFe含量大量增加，使泡沫渣发展，严重还会产生泡沫性喷溅或溢渣。相反，枪位过低，尤其是在碳氧化猛烈中期，TFe含量低，又会造成熔渣返干而造成金属喷溅。所以，只有控制适当，才能够保持正常泡沫渣。
3.3.3 造渣方法
在生产实践中，通常依据铁水成份及吹炼钢种要求来确定造渣方法。常见造渣方法有单渣操作、双渣操作、留渣操作等。
3.3.3.1 单渣操作
单渣操作就是在冶炼过程中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣、直到终点出钢。
当铁水Si、P、S含量较低，或钢种对P、S要求不严格，和冶炼低碳钢种时，均能够采取单渣操作。
单渣操作工艺比较简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现自动控制。单渣操作脱磷效率在90％左右，脱硫效率在35％左右。
3.3.3.2 双渣操作
在冶炼中途分一次或几次除去约1/2～2/3熔渣，然后加入渣料重新造渣操作方法称双渣法。在铁水含硅量较高或含磷量大于0.5%，或即使含磷量不高但吹炼优质钢，或吹炼中、高碳钢种时通常采取双渣操作。
最早采取双渣操作，是为了脱磷，现在除了冶炼低锰钢外已极少采取。但目前有转炉终点不能一次拉碳，数次倒炉并添加渣料后吹，这是一个变相双渣操作，实际对钢质量、消耗和炉衬全部十分不利。
3.3.3.3 留渣操作
留渣操作就是将上炉终点熔渣一部分或全部留给下炉使用。终点熔渣通常有较高碱度和∑（FeO）含量，而且温度高，对铁水含有一定去磷和去硫能力。留到下一炉，有利于早期渣及早形成，而且能提升前期去除P、S效率，有利于保护炉衬，节省石灰用量。
在留渣操作时，兑铁水前首先要加石灰稠化熔渣，避免兑铁水时产生喷溅而造成事故。
溅渣护炉技术在某种程度上能够看作是留渣操作特例。
依据以上分析比较，单渣操作是简单稳定，有利于自动控制。所以对于Si、S、P含量较高铁水，最好经过铁水预处理，使其进入转炉之前就符合炼钢要求。这么生产才能稳定，有利于提升劳动生产率，实现过程自动控制。
3.3.4 渣料加入量确定
加入炉内渣料，关键指石灰和白云石数量，还有少许助熔剂。
3.3.4.1 石灰加入量确定
石灰加入量关键依据铁水中Si、P含量和炉渣碱度来确定。
A 炉渣碱度确定
碱度高低关键依据铁水成份而定，通常来说铁水含P、S低，炉渣碱度控制在2.8～3.2；中等P、S含量铁水，炉渣碱度控制在3.2～3.5；P、S含量较高铁水，炉渣碱度控制在3.5～4.0。
B 石灰加入量计算
(1) 铁水含P＜0.30％时，石灰加入量可用下式计算：
kg/ t铁水 （3—3）
式中 B —— 碱度，CaO/SiO2
%CaO有效 —— 石灰中有效CaO含量，%CaO有效=%CaO石灰 — B%SiO2石灰
2.14 —— SiO2/Si分子量之比。
(2) 铁水含P>0.30%，B= CaO/( SiO2+P2O5)
kg/ t铁水 （3—4）
式中 2.2——1/2 [（SiO2/Si）+（ P2O5/ P）]
3.3.4.2 白云石加入量确定
白云石加入量依据炉渣中所要求MgO含量来确定，通常炉渣中MgO含量控制在6～8％。炉渣中MgO含量由石灰、白云石和炉衬侵蚀MgO带入，故在确定白云石加入量时要考虑它们相互影响。
(1) 白云石应加入量
kg/t
式中 %MgO白——白云石中MgO含量。
(2) 白云石实际加入量
白云石实际加入量中，应减去石灰中带入MgO量折算白云石数量W灰和炉衬侵蚀进入渣中MgO量折算白云石数量W衬 。下面经过实例计算说明其应用。

设渣量为金属装入量12％，炉衬侵蚀量为装入量1％，炉衬中含MgO为40％。
铁水成份：Si为0.7％，P为0.2％，S为0.05％；
石灰成份：CaO 90％，MgO 3％，SiO2 2％
；
白云石成份：CaO40％，MgO35％，SiO23％；
终渣要求：（MgO）为8％，碱度为3.5。
1) 白云石应加入量:
kg/t

2) 炉衬侵蚀进入渣中MgO折算白云石数量：
kg/t

3) 石灰中带入MgO折算白云石数量：

=5.4 kg/t

4) 实际白云石加入量:
kg/t

(3) 白云石带入渣中CaO折算石灰数量：
10.6×40%/90%=4.7 kg/t

(4) 实际入炉石灰数量：
石灰加入量W—白云石折算石灰量
= kg/t

(5) 石灰和白云石入炉百分比：
白云石加入量／石灰加入量=10.6／58.5=0.18

在工厂生产实际中，因为石灰质量不一样，白云石入炉量和石灰之比可达0.20～0.30。
3.3.4.3 助熔剂加入量
转炉造渣中常见助熔剂是氧化铁皮和萤石。萤石化渣快，效果显著。但用量过多对炉衬有侵蚀作用；另外中国萤石资源短缺，价格较高，所以应尽可能少用或不用。原冶金部转炉操作规程中要求，萤石用量应小于4kg／t。
氧化铁皮或铁矿石也能调整渣中FeO含量，起到化渣作用，但它对熔池有较大冷却效应，应视炉内温度高低确定加入量。通常铁矿或氧化铁皮加入量为装入量2～5％。
3.3.5 渣料加入时间
渣料加入数量和加入时间对化渣速度有直接影响，所以应依据各厂原料条件来确定。通常情况下，渣料分两批或三批加入。第一批渣料在兑铁水前或开吹时加入，加入量为总渣量1／2～2／3，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、锰氧化基础结束后分小批加入，其加入量为总渣量1／3～1/2。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数次加入，数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依据吹炼实际情况而定。不管加几批渣，最终一小批渣料必需在拉碳倒炉前3min加完，不然来不及化渣。
所以单渣操作时，渣料通常全部是分两批加入。具体数量各厂不一样，现以首钢一炼钢厂和上钢一厂为例，列于表3-6。
表3-6 渣料加入数量和时间
厂名
批
数
渣料加入量占总加入量比
加入时间
石灰
矿石
萤石
铁皮
生白云石
一
1/2～2/3
1/3
1/3

2/3～3/3
开吹时加入
二
1/3～1/2
2/3
2/3

1/3～0
开吹3～6min加完
三
依据情况调整
终点前3min加完
一
1/2
全部
1/2
1/2
全部
开吹前一次加入
二
1/2
0
1/2
1/2
0
开吹后5～6min开始加,11～12min加完
三
依据需要调整
终点前3～4min加完

第一批渣料是总量二分之一或二分之一以上，其它第二批加入。假如需要调整熔渣或炉温，才有所谓第三批渣料。
在正常情况下，第一批渣料是在开吹同时加入。第二批渣料加入时间通常在Si、Mn氧化基础结束，第一批渣料基础化好，碳焰初起时加入较为适宜。第二批渣料能够一次加入，也能够分小批数次加入。分小批数次加入不会过分冷却熔池，对石灰渣化有利，也有利碳均衡氧化。但最终一小批料必需在终点拉碳前一定时间加完，不然渣料来不及熔化就要出钢了。30t转炉要求终点前3～4min加完最终一批渣料。
假如炉渣熔化得好，炉内CO气泡排出受到金属液和炉渣阻碍，发出声音比较闷；而当炉渣熔化不好时，CO气泡从石灰块缝隙穿过排出，声音比较尖锐；采取声纳装置
接收这种声音信息能够判定炉内炉渣熔化情况，并将信息送入计算机处理，进而指导枪位控制。
人工判定炉渣化好特征：炉内声音柔和，喷出物不带铁，无火花，呈片状，落在炉壳上不粘附。不然噪音尖锐，火焰散，喷出石灰和金属粒并带火花。
第二批渣料加得过早和过晚对吹炼全部不利。加得过早，炉内温度低，第一批渣料还没有化好，又加冷料，熔渣就更不轻易形成，有时还会造成石灰结坨，影响炉温提升。加得过晚，正值碳猛烈氧化期，TFe含量低。当第二批渣料加入后，炉温骤然降低，不仅渣料不易熔化，还抑制了碳氧反应，会产生金属喷溅，当炉温再度提升后，就会造成大喷溅。
第三批渣料加入时间要看炉渣化得好坏及炉温高低而定。炉渣化得不好，可合适加入少许萤石进行调整。炉温较高时，可加入适量冷却剂调整。
3.4 供氧制度
将0.7～1.5MPa高压氧气经过水冷氧枪从炉顶上方送入炉内，使氧气流股直接和钢水熔池作用，完成吹炼任务。供氧制度是在供氧喷头结构一定条件下使氧气流股最合理供给熔池，发明炉内良好物理化学条件。所以，制订供氧制度时应考虑喷头结构、供氧压力、供氧强度和氧枪高度控制等原因。

3.4.1.氧枪喷头

转炉供氧射流特征是经过氧枪喷头来实现，所以，喷头结构合理选择是转炉供氧关键。氧枪喷头有单孔、多孔和双流道等多个结构，对喷头选择要求为:
（1）应取得超音速流股，有利于氧气利用率提升；
（2）合理冲击面积，使熔池液面化渣快，对炉衬冲刷少，
（3）有利于提升炉内热效率；
（4）便于加工制造，有一定使用寿命。
3.4.2 供氧制度中多个工艺参数
3.4.2.1 氧气流量和供氧强度
A 氧气流量
氧气流量Q是指在单位时间t内向熔池供氧数量V(常见标准状态下体积量度)。其量纲为m3/min或m3/h。氧气流量是依据吹炼每吨金属料所需要氧气量、金属装入量、供氧时间等原因来确定，即：

Q = （3-5）
式中 Q—— 氧气流量，Nm3/min或Nm3/h；
V—— 一炉钢氧耗量，Nm3；
t —— 供氧时间，min或h。
通常供氧时间为14～22min，大转炉吹氧时间稍长些。
例1 转炉装入量132t，吹炼15min，氧耗量为6068Nm3，求此时氧气流量为多少?
解：V＝6068Nm3
t=15min
Q＝== 404.53 Nm3/min =2 4272 Nm3/h
答：此时氧气流量为24272Nm3/h。

B 供氧强度
供氧强度I是指单位时间内每吨金属氧耗量，可由（3-6）式确定：
I= （3—6）
式中 I —— 供氧强度，Nm3/t·min；
Q —— 氧气流量，Nm3/min；
T —— 一炉钢金属装入量，t。
例2 依据例1条件，求此时供氧强度，若供氧强度提至3.6Nm3/t·min，每炉钢吹炼时间可缩短多少?
解：V＝6068Nm3；T＝132 t；t＝15min
供氧强度I = = = =3 .06Nm3/min
冶炼时间t ＝＝ = 12.769min
每炉吹炼时间缩短值：
Δ t = 15－12.769 = 2.231min = 2min14s
答：供氧强度为3.06Nm3/ t·min，提升供氧强度后，每炉吹炼时间可缩短2minl4s。
顶吹转炉炼钢氧气流量和供氧强度关键决定于喷溅情况，通常应在基础上不产生喷溅情况下控制在高限上。现在中国30～50t转炉供氧强度在2.8～4.0Nm3/t·min，120～150t转炉供氧强度在2.3～3.5Nm3/t·min。大于150t转炉供氧强度通常在2.5～4.0Nm3/t· min。如日本300t转炉，采取五孔喷嘴，供氧强度达成4.44Nm3/t·min；前西德350t转炉采取七孔喷嘴，供氧强度为4.29Nm3/t·min；有部分转炉可达5～6Nm3/t·min。

C 吨金属氧耗量
吹炼1t金属料所需要氧气量，能够经过计算求出来。其步骤是：首先计算出熔池各元素氧化所需氧气量和其它氧耗量，然后再减去铁矿石或氧化铁皮带给熔池氧量，现举例说明。
例3 已知：金属装入量中铁水占90％，废钢占10％，吹炼钢种是Q235B，渣量是金属装入量7.777％；吹炼过程中，金属料中90％碳氧化生成CO、10％碳氧化生成CO2。求：100kg金属料，ω[c]=1％时，氧化消耗氧气量?
解：12gC生成CO消耗16g氧气，生成CO2消耗32g氧气，设100kg金属料ω[c]＝1％生成CO消耗氧气量为xkg，生成CO2消耗氧气量为ykg。
[C] 十 {O2}＝{CO}
12g 16g
1％×100×90％kg χ
χ==1.200kg

[C ] 十 {O2}＝{CO2}
12g 32g
1%×100×10%kg y
y==0.267kg
氧化ω[c]=1％氧耗量：1.200+0.267＝1.467kg
答：100kg金属料ω[C]=1％氧化消耗氧气量为1.467kg。
同理能够算出100kg金属料中ω[Si]＝1％、ω[Mn]＝1％、ω[P]＝1％、ω[S]＝1％、ω[Fe]=1％氧耗量；渣中ω(FeO)＝9％，ω(Fe2O3)＝3％；吹炼过程中被氧化进入炉渣Fe元素数量，FeO中ω[Fe]＝0.544kg，Fe2O3中ω[Fe]=0.163kg。100kg金属料各元素氧化量和氧耗量见表3-7。
表3-7 100Kg金属料各元素氧化量和氧耗量
项目
ω/%
C
Si
Mn
P
S
Fe

铁水
4.3
0.50
0.30
0.04
0.04

废钢
0.10
0.25
0.40
0.02
0.02

平均
3.88
0.475
0.31
0.038
0.038

终点
0.15
痕迹
0.124
0.004
0.025
FeO
Fe2O3
烧损量/Kg
3.73
0.475
0.186
0.034
0.013
0.544
0.163
每1%元素消耗氧气量/Kg
1.467
1.143
0.291
1.290
1/3①
0.286
0.429
①气化脱硫量占总脱硫量1/3

这么每l00kg金属料需氧量：
1.467×Δω[C]+1.143×Δω[Si]+0.291×Δω[Mn]+1.290×Δω[P]+×Δω[S]十
0.286×Δω[Fe],(FeO)+0.429×Δω[Fe],(FeO)
Δω[C]，Δω[Si]，Δω[Mn]，Δω[P]，Δω[S]，Δω[Fe]——分别是钢中C，Si，Mn，P，S，Fe氧化量。
铁水ω[C]＝4.3％，占装入量90％；
废钢ω[C]＝0.1％，占装入量10％；
平均碳含量：4.3％×90％+0.1％×10％=3.88％
一样能够算出Si，Mn，P，S平均成份，见表3-7。
每l00kg金属氧耗量：
1.467×Δω[C]+1.143×Δω[Si]+0.291×Δω [Mn]+1.290×Δω[P]+×Δω[S]
+0.286×Δω[Fe],(FeO)+0.429Δω[Fe],(Fe2O3)
=1.467×3.73+1.143×0.475+0.291×0.186+1.290×0.034+×0.013+0.286×0.544+0.429×0.163
＝6.343kg
这是氧耗量关键部分。另外还有一部分氧耗量是随生产条件改变而有差异。比如炉气中部分CO燃烧生成CO2所需要氧气量，炉气中含有一部分自由氧，还有烟尘中氧含量和喷溅物中氧含量等。其数量随枪位、氧压、供氧强度、喷嘴结构、转炉炉容比、原材料条件等改变而波动，波动范围较大。比如炉气中CO2含量波动范围是φ (CO2)＝5％～30％；自由氧含量φ (O2)＝0.1％～2.0％。这部分氧耗量是无法正确计算，所以用一个氧气利用系数加以修正。依据生产经验认为氧气利用系数通常在80％～90％。
每l00kg金属料氧耗量：＝7.929～7.048kg
若采取铁矿石或氧化铁皮为冷却剂时，将带入熔池一部分氧，这部分氧量和矿石成份和加入数量相关。若矿石用量是金属量0.418％。依据矿石成份计算，每100kg金属料由矿石带入熔池氧量为0.096kg，若全部用来氧化杂质，则每l00kg金属料氧耗量是：
(7.929～7.048)－0.096＝7.833～6.952kg
氧气纯度为99.6％，其密度为1.429kg/m3，则每吨金属料氧耗量(标态)是：
=55.03～48.84m3/t
平均为51.94m3/t
计算结果和各厂实际氧耗量(标态)50～60m3/t大致相当。
D 供氧时间
供氧时间是依据经验确定。关键考虑转炉吨位大小、原料条件、造渣制度、吹炼钢
种等情况来综合确定。小型转炉单渣操作通常供氧时间为12～14min；中、大型转炉单渣操作供氧时间通常为18～22min。

3.4.2.2 氧压
供氧制度中要求工作氧压是测定点氧压，以P用表示，它不是喷嘴前氧压，更不是出口氧压，测定点到喷嘴前还有一段距离，有一定氧压损失(图3-3所表示)。通常许可P用偏离设计氧压±20%，现在中国部分小型转炉工作氧压约为（5～8）×105Pa，部分大型转炉则为8.5～11×105Pa。
喷嘴前氧压用p0表示，出口氧压用p表示。p0和p全部是喷嘴设计关键参数。出口氧压应稍高于或等于周围炉气气压。假如出口氧压小于或高出周围气压很多时，出口后氧气流股就会收缩或膨胀，使得氧流很不稳定，而且能量损失较大，不利于吹炼，所以通常选择p＝0.118～0.123MPa。

喷嘴前氧压p0值选择应依据以下原因考虑：
(1) 氧气流股出口速度要达成超音速(450～530m/s)，即Ma=1.8～2.1。
(2) 出口氧压应稍高于炉膛内气压。从图3—4能够看出，当p0>0.784MPa时，随氧压增加，氧流速度显著增加；当p0>1.176MPa以后， 氧压增加，氧流出口速度增加不多。所以通常喷嘴前氧压选择为0.784～1.176MPa。
喷嘴前氧压和流量有一定关系，若已知氧气流量和喷嘴尺寸，p0是能够依据经验公式计算出来。当喷嘴结构及氧气流量确定以后，氧压也就确定了。
3.4.2.3 枪位
枪位是指由氧枪喷头出口到静止熔池表面之间距离。
枪位高低和炉内反应亲密相关。依据氧气射流特征可知，当氧压一定时，枪位越低，氧气射流对熔池冲击动能越大，熔池搅拌加强，氧气利用率越高，其结果是加速了炉内脱硅、脱碳反应，使渣中（FeO）含量降低，表3-8、表3-9数听说明这种结果。同时，因为脱碳速度快，缩短了反应时间，热损失相对降低，使熔池升温快速。但枪位过低，则不利于成渣，也可能冲击炉底。而枪位过高，将使