转炉炼钢工艺（2/2）
作者：石斑鱼
恒压变枪操作的几种模式，如图11所示
a高―低―高的六段式操作：
开吹枪位较高，及早形成初期渣；二批料加入后适时降枪，吹炼中期炉渣返干时又提枪化渣；吹炼后期先提枪化渣后降枪；终点拉碳出钢。
b高―低―高的五段式操作：
五段式操作的前期与六段式操作基本一致，熔渣返干时可加入适量助熔剂调整熔渣流动性，以缩短吹炼时间。
c高一低一高一低的四段式操作：
在铁水温度较高或渣料集中在吹炼前期加入时可采用这种枪位操作。开吹时采用高枪位化渣，使渣中含（feo）量达25～30％，促进石灰熔化，尽快形成具有一定碱度的炉渣，增大前期脱磷和脱硫效率，同时也避免酸性渣对炉衬的侵蚀。在炉渣化好后降枪脱碳，为避免在碳氧化剧烈反应期出现返干现象，适时提高枪位，使渣中（feo）保持在10～15％，以利磷、硫继续去除。在接近终点时再降枪加强熔池搅拌，继续脱碳和均匀熔池成分和温度，降低终渣（feo）含量。
四、造渣制度
造渣是转炉炼钢的一项重要操作。所谓造渣，是指通过控制入炉渣料的种类和数量，使炉渣具有某些性质，以满足熔池内有关炼钢反应需要的工艺操作。造渣制度是确定合适的造渣方法、渣料的种类、渣料的加入数量和时间以及加速成渣的措施。由于转炉冶炼时间短，必须快速成渣，才能满足冶炼进程和强化冶炼的要求，同时造渣对避免喷溅、减少金属损失和提高炉衬寿命都有直接影响。
一、成渣过程及造渣途径
转炉冶炼各期，都要求炉渣具有一定的碱度，合适的氧化性和流动性，适度的泡沫化。
o吹炼初期，要保持炉渣具有较高的氧化性,∑(feo)稳定在25%－30%，以促进石灰熔化，迅速提高炉渣碱度，尽量提高前期去磷去硫率和避免酸性渣侵蚀炉衬；
o吹炼中期，炉渣的氧化性不得过低(∑(feo)保持在10%－16%），以避免炉渣返干；
o吹炼末期，要保证去除p、s所需的炉渣高碱度，同时控制好终渣氧化性，如冶炼[c]≥0.10%的镇静钢，终渣(feo)应控制不大于15%－20%；冶炼沸腾钢，终渣(feo)应不小于12%，需避免终渣氧化性过弱或过强。
炉渣粘度和泡沫化程度也应满足冶炼进程需要。前期要防止炉渣过稀，中期渣粘度要适宜，末期渣要化透作黏。泡沫性炉渣应尽早形成，并将其泡沫化程度控制在合适范围，以达到喷溅少、拉碳准、温度合适、达到磷硫去除的最佳吹炼效果。
转炉成渣过程，如图12所示：
o吹炼初期，炉渣主要来自铁水中si、mn、fe的氧化产物。加入炉内的石灰块由于温度低,表面形成冷凝外壳，造成熔化滞止期，对于块度为40mm左右的石灰，渣壳熔化需数十秒。由于发生si、mn、fe的氧化反应，炉内温度升高，促进了石灰熔化，这样炉渣的碱度逐渐得到提高。
o吹炼中期，随着炉温的升高和石灰的进一步熔化，同时脱碳反应速度加快导致渣中(feo)逐渐降低，使石灰融化速度有所减缓，但炉渣泡沫化程度则迅速提高。由于脱碳反应消耗了渣中大量的(feo)，再加上没有达到渣系液相线正常的过热度，使化渣条件恶化，引起炉渣异相化，并出现返干现象。
o吹炼末期，脱碳速度下降，渣中(feo)再次升高，石灰继续熔化并加快了熔化速度。同时，熔池中乳化和泡沫现象趋于减弱和消失。
o初期渣，主要矿物为钙镁橄榄石和玻璃体(sio2)。钙镁橄榄石是锰橄榄石(2mno.sio2)、铁橄榄石(2feo.sio2)和硅酸二钙(2cao.sio2)的混合晶体。当(mno)高时，它是以2feo.sio2和2mno.sio2为主，通常玻璃体不超过7%－8%，渣中自由氧化物相(ro)很少。
o中期渣：石灰与钙镁橄榄石和玻璃体作用，生成cao?sio2，3cao?2sio2，2cao?sio2和3cao?sio2等产物，其中最可能和最稳定的是2cao?sio2，其熔点为2103c。
o末期渣：ro相急剧增加，生成的3cao?sio2分解为2cao?sio2和cao，并有2cao?fe2o3生成。
石灰渣化机理和影响因素:
炼钢过程中成渣速度主要指的是石灰熔化速度，所谓的快速成渣主要指的是石灰快速熔解于渣中。
o吹炼初期，各元素的氧化产物feo、sio2、mno、fe2o3等形成了熔渣。加入的石灰块就浸泡在初期渣中，初期渣中的氧化物从石灰表面向其内部渗透，并与cao发生化学反应，生成一些低熔点的矿物，引起石灰表面的渣化。这些反应不仅在石灰块的外表面进行，而且也在石灰气孔的内表面进行。
o但是在吹炼初期，sio2易与cao反应生成钙的硅酸盐，沉集在石灰块表面上，如果生成物是致密的，高熔点的2cao?sio2（熔点2130c）和3cao?sio2(熔点2070c），则将阻碍石灰的进一步渣化熔解。如生成cao?sio2（熔点1550c）和3cao?sio2（熔点1480c）则不会妨碍石灰熔解。
o在吹炼中期，碳的激烈氧化消耗大量的(feo)，熔渣的矿物组成发生了改变，由，熔点升高，石灰的渣化有所减缓。吹炼末期，渣中(feo)有所增加，石灰的渣化加快，渣量又有增加。
影响石灰溶解速度的因素主要有：
石灰本身质量
铁水成分
炉渣成分
供氧操作
白云石造渣。采用白云石或轻烧白云石代替部分石灰石造渣，提高渣中mgo含量，减少炉渣对炉衬的侵蚀，具有明显效果。
omgo在低碱度渣中有较高的熔解度，采用白云石造渣，初期渣中mgo浓度提高，会抑制熔解炉衬中的mgo，减轻初期炉渣对炉衬的侵蚀。同时，前期过饱和的mgo会随着炉渣碱度的提高而逐渐析出，使后期渣变粘，可以使终渣挂在炉衬表面上，形成炉渣保护层，有利于提高炉龄。
造渣制度
o在保证渣中有足够的∑(feo)、渣中（mgo），不超过6%的条件下，增加初期渣中mgo含量，有利于早化渣并推迟石灰石表面形成高熔点致密的2cao?sio2壳层。
萤石的化渣作用
萤石的主要成分为caf2，并含有sio2、fe2o3、al2o3、caco3和少量磷、硫等杂质。它的熔点约1203k。萤石加入炉内后，在高温下即爆裂或碎块并迅速熔化。它的作用体现在：
ocaf2与cao作用形成熔点为1635k的共晶体，直接促进石灰的熔化；
o萤石能显著降低2cao?sio2的熔点,使炉渣在高碱度下有较低的熔化温度；
ocaf2可降低炉渣粘度。
二、造渣方法
根据铁水成分和所炼钢种来确定造渣方法。常用的造渣方法有单渣法、双渣法和双渣留渣法。
o单渣法：整个吹炼过程中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到吹炼终点出钢。入炉铁水si、p、s含量较低，或者钢种对p、s要求不太严格，以及冶炼低碳钢，均可以采用单渣操作。采用单渣操作，工艺比较简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现自动控制。单渣操作一般脱磷效率在90%左右，脱硫效率约为30%－40%。
o双渣法：整个吹炼过程中需要倒出或扒出约1/2－2/3炉渣，然后加入渣料重新造渣。根据铁水成分和所炼钢种的要求，也可以多次倒渣造新渣。在铁水含磷高且吹炼高碳钢，铁水硅含量高，为防止喷溅，或者在吹炼低锰钢种时，为防止回锰等均可采用双渣操作。双渣操作脱磷效率可达95%以上，脱硫效率约60%左右。双渣操作会延长吹炼时间，增加热量损失，降低金属收得率，也不利于过程自动控制。其操作的关键是决定合适的放渣时间。
o双渣留渣法：将双渣法操作的高碱度、高氧化铁、高温、流动性好的终渣留一部分在炉内，然后在吹炼第一期结束时倒出，重新造渣。此法的优点是可加速下炉吹炼前期初期渣的形成，提高前期的去磷、去硫率和炉子热效率，有利于保护炉衬，节省石灰用量。采用留渣操作时，在兑铁水前首先要加废钢稠化冷凝熔渣，当炉内无液体渣时才可兑入铁水，以避免引发喷溅。
泡沫渣：
o由于炉内的乳化现象，大大发展了气―熔渣―金属液的界面，加快了炉内化学反应速度，从而达到良好的吹炼效果。当然若控制不当，严重的泡沫渣也会引发事故。
o大量的研究表明，气泡少而小，炉渣表面张力低，炉渣粘度大，温度低，泡沫容易形成并稳定地存在于渣中，生成泡沫渣。
o吹炼前期，脱碳速度小，泡沫小而无力，易停留在渣中，炉渣碱度低，∑(feo)较高，有利于渣中铁滴生成co气泡，并含有一定量的sio2、p2o5等表面活性物质，因此易起泡沫。
o吹炼中期，脱碳速度大，大量的co气泡能冲破渣层而排出，炉渣碱度高，∑(feo)较低，sio2、p2o5表面活性物质的活度降低，因此引起泡沫渣的条件不如吹炼初期，但如能控制得当，避免或减轻熔渣返干现象，就能得到合适的泡沫渣。
o吹炼后期，脱碳速度降低，产生的co减少，碱度进一步提高，∑(feo)较高，但[c]较低，产生的co少，表面活性物质的活度比中期进一步降低，因此，泡沫稳定的因素大大减弱，泡沫渣趋向消除。
o在吹炼过程中，由于氧射流与熔池的相互作用，形成了气―熔渣―金属液密切混合的三相乳化液。分散在炉渣中的小气泡的总体积往往超过熔渣本身体积的数倍甚至数十倍。熔渣成为液膜，将气泡包住，引起熔渣发泡膨胀，形成泡沫渣。正常泡沫渣的厚度经常在1－2m，甚至3m。
影响熔渣泡沫化的因素：
（1）进入熔渣的气体量。这是熔渣泡沫化的外部条件，单位时间内进入炉渣的气体越多，炉渣的泡沫化程度越高，例如吹炼中期脱碳速度快，产生气体量大，容易出现炉渣严重泡沫化现象。
（2）熔渣本身的发泡性即气体在渣中的存留时间。这是熔渣泡沫化的内部条件，它取决于熔渣的粘度和表面张力。炉渣的表面张力愈小，其表面积就愈易增大即小气泡愈易进入而使之发泡；增大炉渣的粘度，将增加气泡合并长大及从渣中逸出的阻力，渣中气泡的稳定性增加。
泡沫渣的控制：
转炉吹炼的初期和末期，因脱碳速度小而炉渣的泡末化程度较低，因而控制的重点是防止吹炼中期出现严重的泡沫化现象。通常是因枪位过高，炉内的碳氧反应被抑制，渣中聚集的(feo)越来越多（内部条件具备），温度一旦上来便会发生激烈的碳氧反应，过量的co气体充入炉渣（外部条件具备），使渣面上涨并从炉口溢出或喷出，形成所谓的喷溅。为此，生产中应是在满足化渣的条件下尽量低些，切忌化渣枪位过高和较高枪位下长时间化渣，以免渣中(feo)过高。
出钢前压枪降低渣中的(feo)，破坏泡沫渣，以减少金属损失。
渣料的用量：
加入炉内的渣料主要是石灰和白云石，还有少量的萤石或氧化铁皮等熔剂。
石灰用量的确定：
1）首先根据铁水的硅、磷含量和炉渣碱度计算：
（1）铁水含磷＜0.3%时，炉渣的碱度b=（%cao）/（%sio2）=2.8～3.2，所以每吨铁水的石灰加入量按下式计算：
石灰用量（kg/t）=
式中[%si]――炉料中硅的质量分数；
60/28――表示1kgsi氧化后可生成60/28（=2.14）kg的sio2。
例1某厂的铁水含磷0.25%、硅0.5%，冶炼所用石灰含cao：86%，sio2：2.5%，若炉渣碱度按3.0控制，求每吨铁水的石灰用量。
解：石灰用量（kg/t）=
（2）铁水含磷＞0.3%时，b=（%cao）/（%sio2）+（%p2o5）=3.2～3.5，所以每吨铁水的石灰加入量按下式计算：
石灰用量（kg/t）=
式中的142/62表示每氧化1kg的磷可生成142/62（=2.3）kg的p2o5。
2）其次根据冷却剂用量计算应补加的石灰量
矿石含有一定数量的sio2，每kg矿石需补加石灰的数量按下式计算：
补加石灰量（kg/kg）=
白云石用量的确定:
白云石的加入量应根据炉渣要求的饱和mgo含量来确定。通常渣中mgo含量控制在8%～10%，除了加入的白云石含有外，石灰和炉衬也会带入一部分。
理论用量w(kg/t)=
实际用量w/=w－w灰－w衬
熔剂的用量：
萤石用量：尽量少用或不用，部标要求≤4kg/t。
矿石用量：铁矿石及氧化铁皮也具有较强的化渣能力，但同时对熔池产生较大的冷却效应，其用量应视炉内温度的高低，一般为装入量的2～5%。
渣料的加入方法：
关于渣料的加入，关键是要注意渣料的分批和把握加入的时间。
1）渣料分批
目的：渣料应分批加入以加速石灰的熔化（否则，会造成熔池温度下降过多，导致渣料结团且石灰块表面形成一层金属凝壳而推迟成渣）。
批次：单渣操作时，渣料通常分成两批：1/2～2/3及白云石全部（冶炼初期炉衬侵蚀最严重）；1/2～1/3。
2）加料时间
（1）第一批渣料在开吹的同时加入。
（2）第二批渣料，一般是在硅及锰的氧化基本结束、头批渣料已经化好、碳焰初起的时候（30吨的转炉开吹6min左右）加入（如果加入过早，炉内温度还低且头批渣料尚未化好又加冷料，势必造成渣料结团难化；反之，如果加入过晚，正值碳的激烈氧化时期，渣中的（∑feo）较低渣料亦难化。问题的关键是正确判断炉况，头批渣料化好的标志是：火焰软且稳定，炉内发出柔和的嗡嗡声，喷出物为片状，落在炉壳上不粘贴；未化好的情况是：炉口的火焰发散且不稳定，炉内发出尖锐的吱吱声，喷出物是金属火花和石灰粒）。
有的厂二批料分小批多次加入以利熔化，但最后一小批料必须在终点前3～4分钟加入。
加速渣料的熔化。加速石灰溶解的措施：
1）适宜的炉渣成分
渣中的（feo）是石灰溶解的基本熔剂，原因在于：
（1）（feo）可与cao及2cao?sio2作用生成低熔点的盐，能有效地降低炉渣的粘度，改善石灰溶解的外部传质条件；
（2）（feo）是碱性氧化渣的表面活性物质，可以改善炉渣对石灰的润湿性，有利于熔渣向石灰表面的孔中渗透，增大二者之间的接触面积；
（3）fe2+及o2－的半径是同类中最小的，扩散能力最强；
（4）有足够的（feo）存在时，可以避免石灰表面生成c2s而有利于石灰的溶解。
因此，吹炼操作中应合理地控制枪位，始终保持较高的（feo）含量。(mno)对石灰溶解的影响与（feo）类似，生产中可在渣料中配加适量锰矿。
2）较高的温度
熔池温度高时，石灰入炉初形成的固态渣壳较薄；而且熔渣的粘度低溶解石灰的能力强。为此，入炉铁水的温度要尽量高，若铁水温度偏低应先低枪位提温。
3）强化熔池的搅拌
加强对熔池的搅拌，可以改善石灰溶解的外部传质过程，从而可加速石灰的溶解。复吹转炉的石灰溶解速度要比顶吹转炉的快，原因就在于复吹冶炼有底吹气体搅拌。
4）改善石灰质量
（1）提高石灰的活性度：增加石灰的气孔率，增大比表面积，有利于炉渣的渗透，可加快石灰溶解速度，同时，即使石灰表面生成2cao?sio2外壳也不致密，易碎。
（2）减小石灰的块度并进行预热：石灰入炉初形成的固态渣壳薄甚至消失。
五、石灰溶解机理
六、造渣方法
七、温度制度
o在吹炼一炉钢的过程中，需要正确控制温度。温度制度主要是指炼钢过程温度控制和终点温度控制。
o转炉吹炼过程的温度控制相对比较复杂，如何通过加冷却剂和调和剂枪位，使钢水的升温和成分变化协调起来，同时达到吹炼终点的要求，是温度控制的关键。
o热量来源：铁水的物理热和化学热，它们约各点热量来源的一半。
o热量消耗：习惯上转炉的热量消耗可分为两部分，一部分直接用于炼钢的热量，即用于加热钢水和炉渣的热量；一部分未直接用于炼钢的热量，即废气、烟尘带走的热量，炉口炉壳的散热损失和冷却剂的吸热等。
热量的消耗：
o钢水的物理热约占70%；
o炉渣带走的热量大约占10%；
o炉气物理热也约占10%；
o金属铁珠及喷溅带走热，炉衬及冷缺水带走热，烟尘物理热，生白云石及矿石分解及其他热损失共占约10%。
o转炉热效率：是指加热钢水的物理热和炉渣的物理热占总热量的百分比。ld转炉热效率比较高，一般在75%以上。原因是ld转了上的热量利用集中，吹炼时间短，冷却水、炉气热损失低。
o出钢温度首先取决于炼钢中的凝固温度，凝固温度则根据钢种的化学成分而定，钢液的凝固温度计算有多种经验公式：
o出钢温度需考虑从出钢到浇注各阶段的温降。
Δt为钢液的过热度，它与钢种、坯型有关，板坯取15－20c，低合金方坯取20－25c；
Δt1为出钢过程温降；
Δt2为出钢完毕至精炼之前的温降；
Δt3为钢水精炼过程温降；
Δt4为钢水精炼完毕至开浇之前的温降；
Δt5为钢水从钢包至中间包温降。
o转炉获得的热量除用于各项必要的支出外，通常上有大量富余热量，需加入一定数量的冷却剂。冷却剂的冶金特点包括他自身的冷却效应以及对化渣、喷溅、氧耗、钢铁料消耗和冷却剂加入方法的影响。要准确控制熔池温度，用废钢作冷却剂的效果最好，但为了促进化渣，也可以搭配一部分铁矿石或氧化铁皮。
o在吹炼前期结束时，温度应为1450－1550c，大炉子、低碳钢取下限，小炉子、高碳钢取上限；中期的温度为1550－1600c，中、高碳钢取上限，因后期挽回温度时间少；后期的温度为1600－1680c，取决于所炼钢种。
o当吹炼后期出现温度过低时，可加适量的fe－si或fe－al提温。加fe－si提温，需配加一定量的石灰，防止钢水回磷。当吹炼后期出现温度过高时，可加适量的铁皮或矿石降温。如铁水温度低，碳量也低，可兑适量铁水再吹炼，在兑铁水前倒渣，并加fe－si防止产生喷溅。
o终点控制是转炉吹炼末期的重要操作。终点控制主要是指终点温度和成分的控制。由于脱磷、脱硫比脱碳操作复杂，总是尽可能提前让磷、硫达到终点所需的范围，因此，终点的控制实质就是脱碳和温度的控制，把停止吹氧又俗称为“拉碳”。
确定冷却剂用量
1）冷却剂及其特点
转炉炼钢的冷却剂主要是废钢和矿石。比较而言，废钢的冷却效应稳定，而且硅磷含量也低，渣料消耗少，可降低生产成本；但是，矿石可在不停吹的条件下加入，而且具有化渣和氧化的能力。因此，目前一般是矿石、废钢配合冷却，而且是以废钢为主，且装料时加入；矿石在冶炼中视炉温的高低随石灰适量加入。
另外，冶炼终点钢液温度偏高时，通常加适量石灰或白云石降温（前两种均不能用）。
2）各冷却剂的冷却效应
冷却效应是指每kg冷却剂加入转炉后所消耗的热量，常用q表示，单位是kj/kg。
（1）矿石的冷却效应：矿石冷却主要靠fe2o3的分解吸热，因此其冷却效应随铁矿的成分不同而变化，含fe2o370%、feo10%时铁矿石的冷却效应为：
q矿=1xc矿x△t+λ矿+1x（fe2o3%x112/160x6456+feo%x56/72x4247）
=1x1.02x（1650－25）+209+1x（0.7x112/160x6456+0.1x56/72x4247）
=5360kj/kg
（2）废钢的冷却效应：废钢主要依靠升温吸热来冷却熔池，由于不知准确成分，其熔点通常按低碳钢的1500c考虑，入炉温度按25c计算，于是废钢的冷却效应为：
q废=1x[c固（t熔－25）+λ废+c液（t出－t熔）]
=1x[0.7x（1500－25）+272+0.837（1650－1500）]
=1430kj/kg
（3）氧化铁皮的冷却效应：计算方法同矿石，对于50%feo、40%fe2o3的氧化铁皮，其冷却热效应为：
q皮=5311kj/kg
以废钢的冷却效应为标准1，则各种冷却剂的相对冷却能力见课本.
3）冷却剂用量的确定：
关于冷却剂加入量的确定，有两种方案。一种是定废钢，调矿石；另一种是定矿石，调废钢。现以第一种方案为例说明冷却剂用量的确定：国内目前的平均水平是，废钢的加入量为铁水量的8～12%，取10%。则矿石用量为：
（q余－10xq废）/q矿=（30000－10x1430）/5360=2.93kg
即每100kg铁水加入10kg废钢和2.93矿石。
4）冷却剂用量的调整
通常各厂先依据自己的一般生产条件，按照上述过程计算出冷却剂的标准用量，生产中某炉钢冷却剂的具体用量则根据实际情况调整铁矿的用量，调整量过大时可增减废钢的用量。
实际生产过程温度的控制：按照上述的计算结果加入冷却剂，即可保证终点温度。但是，吹炼过程中还应根据炉内各个时期冶金反应的需要及炉温的实际情况调整熔池温度，保证冶炼的顺利进行。
（1）吹炼初期
如果碳火焰上来的早（之前是硅、锰氧化的火焰，发红），表明炉内温度已较高，头批渣料也已化好，可适当提前加入二批渣料；反之，若碳火焰迟迟上不来，说明开吹以来温度一直偏低，则应适当压枪，加强各元素的氧化，提高熔池温度，而后再加二批渣料。
（2）吹炼中期
可据炉口火焰的亮度及冷却水（氧枪进出水）的温差来判断炉内温度的高低，若熔池温度偏高，可加少量矿石；反之，压枪提温，一般可挽回10～20c。
（3）吹炼末期
接近终点（据耗氧量及吹氧时间判断）时，停吹测温，并进行相应调整：若温高，加石灰降之：高出度数x136/石灰的冷却效应。若温低，加fe－si并点吹提之：1kgsi75氧化放热1x0.75x17807=13352kj，例如，30吨钢液提温10c需加si75：300x10x136/13352≈30kg。
a高―低―高的六段式操作：
开吹枪位较高，及早形成初期渣；二批料加入后适时降枪，吹炼中期炉渣返干时又提枪化渣；吹炼后期先提枪化渣后降枪；终点拉碳出钢。
b高―低―高的五段式操作：
五段式操作的前期与六段式操作基本一致，熔渣返干时可加入适量助熔剂调整熔渣流动性，以缩短吹炼时间。
c高一低一高一低的四段式操作：
在铁水温度较高或渣料集中在吹炼前期加入时可采用这种枪位操作。开吹时采用高枪位化渣，使渣中含（feo）量达25～30％，促进石灰熔化，尽快形成具有一定碱度的炉渣，增大前期脱磷和脱硫效率，同时也避免酸性渣对炉衬的侵蚀。在炉渣化好后降枪脱碳，为避免在碳氧化剧烈反应期出现返干现象，适时提高枪位，使渣中（feo）保持在10～15％，以利磷、硫继续去除。在接近终点时再降枪加强熔池搅拌，继续脱碳和均匀熔池成分和温度，降低终渣（feo）含量。
四、造渣制度
造渣是转炉炼钢的一项重要操作。所谓造渣，是指通过控制入炉渣料的种类和数量，使炉渣具有某些性质，以满足熔池内有关炼钢反应需要的工艺操作。造渣制度是确定合适的造渣方法、渣料的种类、渣料的加入数量和时间以及加速成渣的措施。由于转炉冶炼时间短，必须快速成渣，才能满足冶炼进程和强化冶炼的要求，同时造渣对避免喷溅、减少金属损失和提高炉衬寿命都有直接影响。
一、成渣过程及造渣途径
转炉冶炼各期，都要求炉渣具有一定的碱度，合适的氧化性和流动性，适度的泡沫化。
o吹炼初期，要保持炉渣具有较高的氧化性,∑(feo)稳定在25%－30%，以促进石灰熔化，迅速提高炉渣碱度，尽量提高前期去磷去硫率和避免酸性渣侵蚀炉衬；
o吹炼中期，炉渣的氧化性不得过低(∑(feo)保持在10%－16%），以避免炉渣返干；
o吹炼末期，要保证去除p、s所需的炉渣高碱度，同时控制好终渣氧化性，如冶炼[c]≥0.10%的镇静钢，终渣(feo)应控制不大于15%－20%；冶炼沸腾钢，终渣(feo)应不小于12%，需避免终渣氧化性过弱或过强。
炉渣粘度和泡沫化程度也应满足冶炼进程需要。前期要防止炉渣过稀，中期渣粘度要适宜，末期渣要化透作黏。泡沫性炉渣应尽早形成，并将其泡沫化程度控制在合适范围，以达到喷溅少、拉碳准、温度合适、达到磷硫去除的最佳吹炼效果。
转炉成渣过程，如图12所示：
o吹炼初期，炉渣主要来自铁水中si、mn、fe的氧化产物。加入炉内的石灰块由于温度低,表面形成冷凝外壳，造成熔化滞止期，对于块度为40mm左右的石灰，渣壳熔化需数十秒。由于发生si、mn、fe的氧化反应，炉内温度升高，促进了石灰熔化，这样炉渣的碱度逐渐得到提高。
o吹炼中期，随着炉温的升高和石灰的进一步熔化，同时脱碳反应速度加快导致渣中(feo)逐渐降低，使石灰融化速度有所减缓，但炉渣泡沫化程度则迅速提高。由于脱碳反应消耗了渣中大量的(feo)，再加上没有达到渣系液相线正常的过热度，使化渣条件恶化，引起炉渣异相化，并出现返干现象。
o吹炼末期，脱碳速度下降，渣中(feo)再次升高，石灰继续熔化并加快了熔化速度。同时，熔池中乳化和泡沫现象趋于减弱和消失。
o初期渣，主要矿物为钙镁橄榄石和玻璃体(sio2)。钙镁橄榄石是锰橄榄石(2mno.sio2)、铁橄榄石(2feo.sio2)和硅酸二钙(2cao.sio2)的混合晶体。当(mno)高时，它是以2feo.sio2和2mno.sio2为主，通常玻璃体不超过7%－8%，渣中自由氧化物相(ro)很少。
o中期渣：石灰与钙镁橄榄石和玻璃体作用，生成cao?sio2，3cao?2sio2，2cao?sio2和3cao?sio2等产物，其中最可能和最稳定的是2cao?sio2，其熔点为2103c。
o末期渣：ro相急剧增加，生成的3cao?sio2分解为2cao?sio2和cao，并有2cao?fe2o3生成。
石灰渣化机理和影响因素:
炼钢过程中成渣速度主要指的是石灰熔化速度，所谓的快速成渣主要指的是石灰快速熔解于渣中。
o吹炼初期，各元素的氧化产物feo、sio2、mno、fe2o3等形成了熔渣。加入的石灰块就浸泡在初期渣中，初期渣中的氧化物从石灰表面向其内部渗透，并与cao发生化学反应，生成一些低熔点的矿物，引起石灰表面的渣化。这些反应不仅在石灰块的外表面进行，而且也在石灰气孔的内表面进行。
o但是在吹炼初期，sio2易与cao反应生成钙的硅酸盐，沉集在石灰块表面上，如果生成物是致密的，高熔点的2cao?sio2（熔点2130c）和3cao?sio2(熔点2070c），则将阻碍石灰的进一步渣化熔解。如生成cao?sio2（熔点1550c）和3cao?sio2（熔点1480c）则不会妨碍石灰熔解。
o在吹炼中期，碳的激烈氧化消耗大量的(feo)，熔渣的矿物组成发生了改变，由，熔点升高，石灰的渣化有所减缓。吹炼末期，渣中(feo)有所增加，石灰的渣化加快，渣量又有增加。
影响石灰溶解速度的因素主要有：
石灰本身质量
铁水成分
炉渣成分
供氧操作
白云石造渣。采用白云石或轻烧白云石代替部分石灰石造渣，提高渣中mgo含量，减少炉渣对炉衬的侵蚀，具有明显效果。
omgo在低碱度渣中有较高的熔解度，采用白云石造渣，初期渣中mgo浓度提高，会抑制熔解炉衬中的mgo，减轻初期炉渣对炉衬的侵蚀。同时，前期过饱和的mgo会随着炉渣碱度的提高而逐渐析出，使后期渣变粘，可以使终渣挂在炉衬表面上，形成炉渣保护层，有利于提高炉龄。
造渣制度
o在保证渣中有足够的∑(feo)、渣中（mgo），不超过6%的条件下，增加初期渣中mgo含量，有利于早化渣并推迟石灰石表面形成高熔点致密的2cao?sio2壳层。
萤石的化渣作用
萤石的主要成分为caf2，并含有sio2、fe2o3、al2o3、caco3和少量磷、硫等杂质。它的熔点约1203k。萤石加入炉内后，在高温下即爆裂或碎块并迅速熔化。它的作用体现在：
ocaf2与cao作用形成熔点为1635k的共晶体，直接促进石灰的熔化；
o萤石能显著降低2cao?sio2的熔点,使炉渣在高碱度下有较低的熔化温度；
ocaf2可降低炉渣粘度。
二、造渣方法
根据铁水成分和所炼钢种来确定造渣方法。常用的造渣方法有单渣法、双渣法和双渣留渣法。
o单渣法：整个吹炼过程中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到吹炼终点出钢。入炉铁水si、p、s含量较低，或者钢种对p、s要求不太严格，以及冶炼低碳钢，均可以采用单渣操作。采用单渣操作，工艺比较简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现自动控制。单渣操作一般脱磷效率在90%左右，脱硫效率约为30%－40%。
o双渣法：整个吹炼过程中需要倒出或扒出约1/2－2/3炉渣，然后加入渣料重新造渣。根据铁水成分和所炼钢种的要求，也可以多次倒渣造新渣。在铁水含磷高且吹炼高碳钢，铁水硅含量高，为防止喷溅，或者在吹炼低锰钢种时，为防止回锰等均可采用双渣操作。双渣操作脱磷效率可达95%以上，脱硫效率约60%左右。双渣操作会延长吹炼时间，增加热量损失，降低金属收得率，也不利于过程自动控制。其操作的关键是决定合适的放渣时间。
o双渣留渣法：将双渣法操作的高碱度、高氧化铁、高温、流动性好的终渣留一部分在炉内，然后在吹炼第一期结束时倒出，重新造渣。此法的优点是可加速下炉吹炼前期初期渣的形成，提高前期的去磷、去硫率和炉子热效率，有利于保护炉衬，节省石灰用量。采用留渣操作时，在兑铁水前首先要加废钢稠化冷凝熔渣，当炉内无液体渣时才可兑入铁水，以避免引发喷溅。
泡沫渣：
o由于炉内的乳化现象，大大发展了气―熔渣―金属液的界面，加快了炉内化学反应速度，从而达到良好的吹炼效果。当然若控制不当，严重的泡沫渣也会引发事故。
o大量的研究表明，气泡少而小，炉渣表面张力低，炉渣粘度大，温度低，泡沫容易形成并稳定地存在于渣中，生成泡沫渣。
o吹炼前期，脱碳速度小，泡沫小而无力，易停留在渣中，炉渣碱度低，∑(feo)较高，有利于渣中铁滴生成co气泡，并含有一定量的sio2、p2o5等表面活性物质，因此易起泡沫。
o吹炼中期，脱碳速度大，大量的co气泡能冲破渣层而排出，炉渣碱度高，∑(feo)较低，sio2、p2o5表面活性物质的活度降低，因此引起泡沫渣的条件不如吹炼初期，但如能控制得当，避免或减轻熔渣返干现象，就能得到合适的泡沫渣。
o吹炼后期，脱碳速度降低，产生的co减少，碱度进一步提高，∑(feo)较高，但[c]较低，产生的co少，表面活性物质的活度比中期进一步降低，因此，泡沫稳定的因素大大减弱，泡沫渣趋向消除。
o在吹炼过程中，由于氧射流与熔池的相互作用，形成了气―熔渣―金属液密切混合的三相乳化液。分散在炉渣中的小气泡的总体积往往超过熔渣本身体积的数倍甚至数十倍。熔渣成为液膜，将气泡包住，引起熔渣发泡膨胀，形成泡沫渣。正常泡沫渣的厚度经常在1－2m，甚至3m。
影响熔渣泡沫化的因素：
（1）进入熔渣的气体量。这是熔渣泡沫化的外部条件，单位时间内进入炉渣的气体越多，炉渣的泡沫化程度越高，例如吹炼中期脱碳速度快，产生气体量大，容易出现炉渣严重泡沫化现象。
（2）熔渣本身的发泡性即气体在渣中的存留时间。这是熔渣泡沫化的内部条件，它取决于熔渣的粘度和表面张力。炉渣的表面张力愈小，其表面积就愈易增大即小气泡愈易进入而使之发泡；增大炉渣的粘度，将增加气泡合并长大及从渣中逸出的阻力，渣中气泡的稳定性增加。
泡沫渣的控制：
转炉吹炼的初期和末期，因脱碳速度小而炉渣的泡末化程度较低，因而控制的重点是防止吹炼中期出现严重的泡沫化现象。通常是因枪位过高，炉内的碳氧反应被抑制，渣中聚集的(feo)越来越多（内部条件具备），温度一旦上来便会发生激烈的碳氧反应，过量的co气体充入炉渣（外部条件具备），使渣面上涨并从炉口溢出或喷出，形成所谓的喷溅。为此，生产中应是在满足化渣的条件下尽量低些，切忌化渣枪位过高和较高枪位下长时间化渣，以免渣中(feo)过高。
出钢前压枪降低渣中的(feo)，破坏泡沫渣，以减少金属损失。
渣料的用量：
加入炉内的渣料主要是石灰和白云石，还有少量的萤石或氧化铁皮等熔剂。
石灰用量的确定：
1）首先根据铁水的硅、磷含量和炉渣碱度计算：
（1）铁水含磷＜0.3%时，炉渣的碱度b=（%cao）/（%sio2）=2.8～3.2，所以每吨铁水的石灰加入量按下式计算：
石灰用量（kg/t）=
式中[%si]――炉料中硅的质量分数；
60/28――表示1kgsi氧化后可生成60/28（=2.14）kg的sio2。
例1某厂的铁水含磷0.25%、硅0.5%，冶炼所用石灰含cao：86%，sio2：2.5%，若炉渣碱度按3.0控制，求每吨铁水的石灰用量。
解：石灰用量（kg/t）=
（2）铁水含磷＞0.3%时，b=（%cao）/（%sio2）+（%p2o5）=3.2～3.5，所以每吨铁水的石灰加入量按下式计算：
石灰用量（kg/t）=
式中的142/62表示每氧化1kg的磷可生成142/62（=2.3）kg的p2o5。
2）其次根据冷却剂用量计算应补加的石灰量
矿石含有一定数量的sio2，每kg矿石需补加石灰的数量按下式计算：
补加石灰量（kg/kg）=
白云石用量的确定:
白云石的加入量应根据炉渣要求的饱和mgo含量来确定。通常渣中mgo含量控制在8%～10%，除了加入的白云石含有外，石灰和炉衬也会带入一部分。
理论用量w(kg/t)=
实际用量w/=w－w灰－w衬
熔剂的用量：
萤石用量：尽量少用或不用，部标要求≤4kg/t。
矿石用量：铁矿石及氧化铁皮也具有较强的化渣能力，但同时对熔池产生较大的冷却效应，其用量应视炉内温度的高低，一般为装入量的2～5%。
渣料的加入方法：
关于渣料的加入，关键是要注意渣料的分批和把握加入的时间。
1）渣料分批
目的：渣料应分批加入以加速石灰的熔化（否则，会造成熔池温度下降过多，导致渣料结团且石灰块表面形成一层金属凝壳而推迟成渣）。
批次：单渣操作时，渣料通常分成两批：1/2～2/3及白云石全部（冶炼初期炉衬侵蚀最严重）；1/2～1/3。
2）加料时间
（1）第一批渣料在开吹的同时加入。
（2）第二批渣料，一般是在硅及锰的氧化基本结束、头批渣料已经化好、碳焰初起的时候（30吨的转炉开吹6min左右）加入（如果加入过早，炉内温度还低且头批渣料尚未化好又加冷料，势必造成渣料结团难化；反之，如果加入过晚，正值碳的激烈氧化时期，渣中的（∑feo）较低渣料亦难化。问题的关键是正确判断炉况，头批渣料化好的标志是：火焰软且稳定，炉内发出柔和的嗡嗡声，喷出物为片状，落在炉壳上不粘贴；未化好的情况是：炉口的火焰发散且不稳定，炉内发出尖锐的吱吱声，喷出物是金属火花和石灰粒）。
有的厂二批料分小批多次加入以利熔化，但最后一小批料必须在终点前3～4分钟加入。
加速渣料的熔化。加速石灰溶解的措施：
1）适宜的炉渣成分
渣中的（feo）是石灰溶解的基本熔剂，原因在于：
（1）（feo）可与cao及2cao?sio2作用生成低熔点的盐，能有效地降低炉渣的粘度，改善石灰溶解的外部传质条件；
（2）（feo）是碱性氧化渣的表面活性物质，可以改善炉渣对石灰的润湿性，有利于熔渣向石灰表面的孔中渗透，增大二者之间的接触面积；
（3）fe2+及o2－的半径是同类中最小的，扩散能力最强；
（4）有足够的（feo）存在时，可以避免石灰表面生成c2s而有利于石灰的溶解。
因此，吹炼操作中应合理地控制枪位，始终保持较高的（feo）含量。(mno)对石灰溶解的影响与（feo）类似，生产中可在渣料中配加适量锰矿。
2）较高的温度
熔池温度高时，石灰入炉初形成的固态渣壳较薄；而且熔渣的粘度低溶解石灰的能力强。为此，入炉铁水的温度要尽量高，若铁水温度偏低应先低枪位提温。
3）强化熔池的搅拌
加强对熔池的搅拌，可以改善石灰溶解的外部传质过程，从而可加速石灰的溶解。复吹转炉的石灰溶解速度要比顶吹转炉的快，原因就在于复吹冶炼有底吹气体搅拌。
4）改善石灰质量
（1）提高石灰的活性度：增加石灰的气孔率，增大比表面积，有利于炉渣的渗透，可加快石灰溶解速度，同时，即使石灰表面生成2cao?sio2外壳也不致密，易碎。
（2）减小石灰的块度并进行预热：石灰入炉初形成的固态渣壳薄甚至消失。
五、石灰溶解机理
六、造渣方法
七、温度制度
o在吹炼一炉钢的过程中，需要正确控制温度。温度制度主要是指炼钢过程温度控制和终点温度控制。
o转炉吹炼过程的温度控制相对比较复杂，如何通过加冷却剂和调和剂枪位，使钢水的升温和成分变化协调起来，同时达到吹炼终点的要求，是温度控制的关键。
o热量来源：铁水的物理热和化学热，它们约各点热量来源的一半。
o热量消耗：习惯上转炉的热量消耗可分为两部分，一部分直接用于炼钢的热量，即用于加热钢水和炉渣的热量；一部分未直接用于炼钢的热量，即废气、烟尘带走的热量，炉口炉壳的散热损失和冷却剂的吸热等。
热量的消耗：
o钢水的物理热约占70%；
o炉渣带走的热量大约占10%；
o炉气物理热也约占10%；
o金属铁珠及喷溅带走热，炉衬及冷缺水带走热，烟尘物理热，生白云石及矿石分解及其他热损失共占约10%。
o转炉热效率：是指加热钢水的物理热和炉渣的物理热占总热量的百分比。ld转炉热效率比较高，一般在75%以上。原因是ld转了上的热量利用集中，吹炼时间短，冷却水、炉气热损失低。
o出钢温度首先取决于炼钢中的凝固温度，凝固温度则根据钢种的化学成分而定，钢液的凝固温度计算有多种经验公式：
o出钢温度需考虑从出钢到浇注各阶段的温降。
Δt为钢液的过热度，它与钢种、坯型有关，板坯取15－20c，低合金方坯取20－25c；
Δt1为出钢过程温降；
Δt2为出钢完毕至精炼之前的温降；
Δt3为钢水精炼过程温降；
Δt4为钢水精炼完毕至开浇之前的温降；
Δt5为钢水从钢包至中间包温降。
o转炉获得的热量除用于各项必要的支出外，通常上有大量富余热量，需加入一定数量的冷却剂。冷却剂的冶金特点包括他自身的冷却效应以及对化渣、喷溅、氧耗、钢铁料消耗和冷却剂加入方法的影响。要准确控制熔池温度，用废钢作冷却剂的效果最好，但为了促进化渣，也可以搭配一部分铁矿石或氧化铁皮。
o在吹炼前期结束时，温度应为1450－1550c，大炉子、低碳钢取下限，小炉子、高碳钢取上限；中期的温度为1550－1600c，中、高碳钢取上限，因后期挽回温度时间少；后期的温度为1600－1680c，取决于所炼钢种。
o当吹炼后期出现温度过低时，可加适量的fe－si或fe－al提温。加fe－si提温，需配加一定量的石灰，防止钢水回磷。当吹炼后期出现温度过高时，可加适量的铁皮或矿石降温。如铁水温度低，碳量也低，可兑适量铁水再吹炼，在兑铁水前倒渣，并加fe－si防止产生喷溅。
o终点控制是转炉吹炼末期的重要操作。终点控制主要是指终点温度和成分的控制。由于脱磷、脱硫比脱碳操作复杂，总是尽可能提前让磷、硫达到终点所需的范围，因此，终点的控制实质就是脱碳和温度的控制，把停止吹氧又俗称为“拉碳”。
确定冷却剂用量
1）冷却剂及其特点
转炉炼钢的冷却剂主要是废钢和矿石。比较而言，废钢的冷却效应稳定，而且硅磷含量也低，渣料消耗少，可降低生产成本；但是，矿石可在不停吹的条件下加入，而且具有化渣和氧化的能力。因此，目前一般是矿石、废钢配合冷却，而且是以废钢为主，且装料时加入；矿石在冶炼中视炉温的高低随石灰适量加入。
另外，冶炼终点钢液温度偏高时，通常加适量石灰或白云石降温（前两种均不能用）。
2）各冷却剂的冷却效应
冷却效应是指每kg冷却剂加入转炉后所消耗的热量，常用q表示，单位是kj/kg。
（1）矿石的冷却效应：矿石冷却主要靠fe2o3的分解吸热，因此其冷却效应随铁矿的成分不同而变化，含fe2o370%、feo10%时铁矿石的冷却效应为：
q矿=1xc矿x△t+λ矿+1x（fe2o3%x112/160x6456+feo%x56/72x4247）
=1x1.02x（1650－25）+209+1x（0.7x112/160x6456+0.1x56/72x4247）
=5360kj/kg
（2）废钢的冷却效应：废钢主要依靠升温吸热来冷却熔池，由于不知准确成分，其熔点通常按低碳钢的1500c考虑，入炉温度按25c计算，于是废钢的冷却效应为：
q废=1x[c固（t熔－25）+λ废+c液（t出－t熔）]
=1x[0.7x（1500－25）+272+0.837（1650－1500）]
=1430kj/kg
（3）氧化铁皮的冷却效应：计算方法同矿石，对于50%feo、40%fe2o3的氧化铁皮，其冷却热效应为：
q皮=5311kj/kg
以废钢的冷却效应为标准1，则各种冷却剂的相对冷却能力见课本.
3）冷却剂用量的确定：
关于冷却剂加入量的确定，有两种方案。一种是定废钢，调矿石；另一种是定矿石，调废钢。现以第一种方案为例说明冷却剂用量的确定：国内目前的平均水平是，废钢的加入量为铁水量的8～12%，取10%。则矿石用量为：
（q余－10xq废）/q矿=（30000－10x1430）/5360=2.93kg
即每100kg铁水加入10kg废钢和2.93矿石。
4）冷却剂用量的调整
通常各厂先依据自己的一般生产条件，按照上述过程计算出冷却剂的标准用量，生产中某炉钢冷却剂的具体用量则根据实际情况调整铁矿的用量，调整量过大时可增减废钢的用量。
实际生产过程温度的控制：按照上述的计算结果加入冷却剂，即可保证终点温度。但是，吹炼过程中还应根据炉内各个时期冶金反应的需要及炉温的实际情况调整熔池温度，保证冶炼的顺利进行。
（1）吹炼初期
如果碳火焰上来的早（之前是硅、锰氧化的火焰，发红），表明炉内温度已较高，头批渣料也已化好，可适当提前加入二批渣料；反之，若碳火焰迟迟上不来，说明开吹以来温度一直偏低，则应适当压枪，加强各元素的氧化，提高熔池温度，而后再加二批渣料。
（2）吹炼中期
可据炉口火焰的亮度及冷却水（氧枪进出水）的温差来判断炉内温度的高低，若熔池温度偏高，可加少量矿石；反之，压枪提温，一般可挽回10～20c。
（3）吹炼末期
接近终点（据耗氧量及吹氧时间判断）时，停吹测温，并进行相应调整：若温高，加石灰降之：高出度数x136/石灰的冷却效应。若温低，加fe－si并点吹提之：1kgsi75氧化放热1x0.75x17807=13352kj，例如，30吨钢液提温10c需加si75：300x10x136/13352≈30kg。