第一篇：東北大學鋼鐵冶金學科組建于1951年

東北大學鋼鐵冶金學科組建于1951年，1981年被批準為首批博士學位授權學科，1988年被評為國家重點學科，同年鋼鐵冶金實驗室被評為原冶金部重點實驗室，1992年被批準設置首批博士后流動站，1996年成為國家首批“211工程”重點建設學科，1998年被批準設置特聘教授崗位和一級學科博士學位授權點。2002年再度被評選為國家重點學科。我國著名冶金工業生態學家、中國工程院院士陸鐘武教授已在該學科從教50余年。

東北大學冶金學科具有建立早、學科門類齊全、學術隊伍力量強等特點。鋼鐵冶金傳統的研究方向為煉鐵、煉鋼和電冶金3個三級學科。隨著我國鋼鐵工業的高速發展以及滿足可持續發展的需要，學科的內涵不斷被擴大和充實，目前已發展成涵蓋鋼鐵冶金新技術、電磁冶金、特殊鋼冶金、冶金資源綜合利用、冶金過程優化與控制、冶金工業系統節能與工業生態學等研究方向。本學科點現有在崗教師53人，其中中國工程院院士1人、教授16入、副教授24人，27人具有博士學位，且中青年教師占75％以上。

在半個多世紀的建設與發展中，該學科參與了我國鋼鐵冶金領域所有重大技術的研究開發與攻關，獲得包括國家發明一等獎在內的省部級以上獎勵50余項。目前，該學科在多金屬共生礦冶煉與綜合利用、直接還原與熔融還原、冶金過程模擬仿真、轉爐濺渣護爐、電渣冶金、電磁冶金、系統節能等領域處于國際先進水平，在潔凈鋼、稀土鋼冶煉、高效連鑄、鋼鐵冶金清潔化和高新技術在鋼鐵冶金中的應用等前沿領域也取得重大進展。

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◇◇ 東北大學鋼鐵冶金學科是我國最早建立的鋼鐵冶金學科，也是國家重點學科。本學科具有博士學位授予資格（包括一級學科博士學位授予資格），并設有博士后流動站。經過半個世紀的建設，本學科已經發展成為國內一流、國際知名的學科。目前，本學科在冶金傳輸原理及反應工程、冶金熱力學動力學數據庫、冶金過程模擬仿真、多金屬共生礦冶煉綜合利用、高爐長壽與強化冶煉、高爐噴煤、直接還原、熔融還原、復吹轉爐、濺渣護爐、超高功率電弧爐、電渣冶金、噴射冶金等傳統領域，在在潔凈鋼冶煉、高效連鑄、新鋼種冶煉、新型耐火材料及冶金輔助材料、鋼鐵冶金清潔化和高新技術在鋼鐵冶金中的應用等前沿領域均處于國內領先或世界先進水平。在科學研究、人才培養、隊伍建設和實驗室建設等方面均取得了豐碩的成果。近20年來本學科獲得包括國家發明一等獎和國家科技進步一等獎在內的省部級以上的科研和教學成果獎勵40余項。

◇◇ 1.主要研究方向

本學科的依托是鋼鐵行業。為鋼鐵行業提供先進技術支撐和高層次的創新型研發人才是本學科的使命。為此，本學科的研究方向涵蓋了從專業基礎到工藝技術，從煉鐵原料到粗鋼產品，從信息技術應用到生態化冶金的各個方面。主要研究方向如下：

1)冶金傳輸原理及反應工程

2)冶金過程模擬仿真、優化及控制

3)高爐煉鐵

4)非高爐煉鐵，包括直接還原與熔融還原

5)鐵水預處理

6)氧氣轉爐煉鋼

7)電爐煉鋼

8)鋼水爐外精煉

9)鋼水連鑄

10)冶金耐火材料與陶瓷材料

11)冶金資源綜合利用與環境保護

12)城市固體垃圾及工業固體垃圾的冶金處理

◇◇ 2.典型的在研項目

1)RH裝置內夾雜物行為特征及去除機理描述，國家自然科學基金項目

2)吹氬湍流鋼液中夾雜物行為及控制研究，國家自然科學基金項目

3)板坯連鑄動態輕壓下工藝控制技術開發，國家經貿委、上海市經貿委項目

4)稀土鋼連鑄保護渣物化性能和冶金性能的研究，國家自然科學基金資助項目

5)較高硅含量鐵水的高效脫磷預處理技術，國家經貿委技術創新項目

6)中間包氣幕隔墻技術實驗研究，國家經貿委技術創新項目

7)微顆粒體系的模擬與仿真,國家自然科學基金海外杰出青年項目

8)含鋇合金的熱力學性質及其在鋼渣種物理化學行為研究，國家自然科學基金項目

9)LF爐精煉終點成分與溫度控制技術，國家經貿委技術創新項目

10)RH裝置內噴粉脫硫模型開發，國家經貿委技術創新項目

11)利用鋼鐵廠廢渣生產無機微量營養元素肥料的應用基礎研究，國家自然科學基金

12)合金鋼中間包、大包覆蓋劑及連鑄保護渣，國家“十五”科技攻關

13)不銹鋼煉鋼夾雜物工程技術研究，上海寶山鋼鐵（集團）公司

14)AOD-VOD不銹鋼冶煉過程數學模擬及鋼中氮控制技術研究，上海寶山鋼鐵（集團）公司

15)連鑄試驗平臺中間包、浸入式水口工藝參數研究，上海寶山鋼鐵（集團）公司 ◇◇ 3.主要研究成果

1)赤鐵礦球團生產技術

2)釩鈦磁鐵礦高爐強化冶煉技術

3)高爐氧煤強化冶煉技術

4)高爐兩段式噴煤技術

5)熔融還原煉鐵技術

6)熔融還原法鋼的直接合金化技術

7)鐵水噴粉預處理數學模型－噴吹復合粉劑的脫硫、脫磷動力學模型

8)鐵水預處理工藝技術及裝備

9)氧氣轉爐煉鋼預測與控制數學模型，包括靜態模型和動態模型，模型方法包括動力學機理方法、人工智能方法、爐氣動態分析方法、統計回歸方法。

10)氧氣轉爐濺渣護爐技術

11)鋼水爐外精煉預測與控制數學模型，包括LF、CAS-OB、各種RH、AOD、VOD、VD。

12)煉鋼輔助材料，包括冶金石灰、合成精煉渣、鋼包和中間包覆蓋劑、結晶器保護渣等。

13)鋼水連鑄中間包控流技術，包括檔墻擋壩、湍流控制器、微氣泡幕等。

14)漩流中間包技術

15)稀土鋼的熔煉、精煉和連鑄技術

16)鋼鐵廠粉塵和污泥的綜合利用技術

17)顆粒體系的仿真模擬及其在高爐過程、高爐噴煤和噴粉冶金中的應用技術

18)潔凈鋼精煉與連鑄用耐火材料

19)電渣重熔工藝技術及裝備

20)鋼鐵冶金原料和冶金熔渣的物理化學性能測定技術

◇◇ 4.學術隊伍與學術帶頭人

本學科現擁有一支結構合理的高水平教學科研隊伍，包括26名教師，12名工程師和技術工人。在26人的在崗教師中，有“長江學者獎勵計劃”特聘教授1人、教授7人（其中6人為博士生導師）、副教授9人。教師隊伍中19人具有博士學位，且中青年教師占80%以上。

◇ 姜茂發教授，博士生導師。中國金屬學會煉鋼學會理事、中國電熱委員會主任委員、全國工程碩士專業學位教育指導委員會委員、全國高等教育學會學位與研究生教育研究會副理事長、全國學位與研究生教育學會理事、全國高等學校教育技術協會委員會常務委員。教學方面，姜茂發教授一方面承擔本科生及研究生教學任務，先后主講鋼鐵冶金學、冶金爐渣理論、耐火材料理論與應用、冶金工程概論等課程。另一方面致力于進行鋼鐵冶金學科的改造，承擔的“改造老專業，面向21世紀培養人才”的教學改革項目，獲得遼寧省優秀教學成果二等獎；承擔的全國“八五”哲學社會科學國家級重點課題“教育與生產勞動相結合的理論與實驗研究”，獲得遼寧省教育科學優秀成果一等獎；承擔的“面向21世紀材料專業人才培養方案及課程體系改革”項目，通過教育部鑒定，達到國內領先水平。在科研方面，姜茂發教授主要從事純凈鋼冶煉、冶金新工藝、新技術的研究與開發、冶金廢棄物的再資源再能源等方面的研究。作為項目負責人，先后承擔了5項國家自然科學基金項目、7項省部級以上科研項目和10余項企業攻關項目。上述項目的研究成果有3項通過省部級以上鑒定，獲得遼寧省科技進步二等獎1項，申請國家發明專利1項；編寫《實用物流技術》、《高溫陶瓷材料相圖讀解》2部著作，分別在中國勞動出版社和東北大學出版社出版；共在國內外各級學術刊物上發表論文70余篇。

◇ 沈峰滿教授，博士生導師。日本鋼鐵學會海外會員，中國金屬學會會員。教學方面，沈峰滿教授先后主講冶金熱力學與動力學、統計熱力學、冶金實驗研究方法與測試技術、鋼鐵冶金學等課程。科研方面，沈峰滿教授主要從事填充床內的氣粉流動行為、高爐噴煤、煤粉燃燒、高爐內未燃煤粉的行為、冶金反應過程熱力學與動力學、熔劑性能和鋼鐵工業環境保護等方面的研究工作。近10年承擔包括海外杰出青年基金、國家和省市科學技術基金和企業技術開發等的各級各類科研項目近10余項，著有《高爐噴煤》和《高爐內氣固反應動力學》，發表論文近50篇，其中10余篇被EI和SCI收錄。代表性科研成果有高爐兩段式噴煤技術、鋼鐵廠粉塵綜合利用技術和鋼水精煉用熔劑開發等。

◇ 鄒宗樹教授，博士生導師。中國金屬學會冶金反應工程學術委員會、冶金工藝理論委員會、非高爐煉鐵委員會會員。教學方面，鄒宗樹教授先后主講冶金傳輸原理、冶金反應工程學、冶金宏觀動力學、高溫熔體物理化學、鋼鐵冶金過程數學模型等課程，主要成果表現在《冶金傳輸原理及反應工程》的教學改革和研究生培養分別獲國家級教學成果二等獎和冶金部教學成果一等獎。科研方面，鄒宗樹教授的研究領域主要包括爐渣化學、冶金宏觀動力學、冶金傳輸原理、反應工程學、冶金過程數學物理模擬及優化等應用基礎研究和鐵水預處理、轉爐煉鋼、爐外精煉、連鑄、熔融還原、過程模型及智能煉鋼、鋼鐵廠廢棄物減量化排放及綜合利用、固體垃圾熔煉處理技術、粉體工程、耐火材料等應用研究。近五年承擔包括國家B類攀登計劃、國家技術創新計劃、國家和省市科學技術基金和企業技術開發等的各級各類科研項目近20項，發表論文50余篇，其中10余篇被EI和SCI收錄。代表性的成果有熔渣的離子勢當量模型、各種鋼鐵冶金反應器的動力學模型、氣粉兩相流壅塞理論、漩流中間包技術、冶金渣生產無機營養復合微肥技術等。

◇ 朱苗勇教授，博士生導師。中國金屬學會連鑄學會理事、冶金反應工程學術委員會委員。教學方面，朱苗勇教授先后主講冶金過程數值模擬方法、爐外處理與連鑄技術、冶金過程仿真程序設計、冶金反應器理論與實踐等課程。科研方面，朱苗勇教授長期以來從事冶金過程的模擬與優化，CFD應用基礎，爐外精煉和連鑄工藝理論與應用技術的研究，近五年負責并承擔各類科研項目十余項，發表學術論文50余篇，“高效圓坯連鑄機研制”科研成果獲冶金行業科技進步一等獎，著有《鋼的精煉過程數學物理模擬》并獲冶金行業科技進步二等獎。代表性的科研成果主要是鋼水精煉和連鑄過程的計算機模擬仿真軟件開發，包括流動、混合、傳熱、夾雜物行為、凝固等過程的三維非穩態模擬仿真程序。

◇◇ 5.發展規劃

鋼鐵冶金學科的社會依托是鋼鐵行業。我國鋼鐵工業主要面臨兩大任務，一是通過鋼鐵冶金過程的優化和新技術開發來最大限度地滿足相關產業對高品級鋼的要求，二是最大限度地減少鋼鐵生產的資源和能源消耗，減少對環境的污染。這也是本學科的前沿主攻方向。面對第一項任務，必須通過工藝過程優化和新技術應用來開發高品級鋼鐵材料的冶金新技術，尤其是采用以模擬仿真、人工智能、信息化和自動化等技術為代表的高新技術，開發對冶金工藝過程進行優化和精確控制的新技術，為鋼鐵工業低成本大批量地生產品質高且質量穩定地新一代鋼鐵材料做出貢獻。面對第二項任務，必須同時考慮到我國鋼鐵行業清潔化生產水平低和我國特有的復合礦資源這兩個方面，即不僅研究開發現有流程中廢棄物的“四化”（即減量化、再資源化、再能源化和無害化）處理的綜合技術，而且要對復合礦冶煉技術進行環保和經濟意義上的評價和指導，并在此原則下開發復合礦的綜合利用技術，最終實現我國高品級鋼鐵材料的經濟地生態化生產。為此，本學科將把“現代鋼鐵冶金過程優化、控制與生態化關鍵技術”作為重點發展方向。通過幾年的努力，將在保持傳統優勢的基礎上，使本學科成為以先進鋼鐵材料的生態化冶金技術為特色、國內規模最大水平一流、特色研究領域國際先進乃至領先的，鋼鐵冶金科學研究、技術開發和高層次研發人才培養的基地。

第二篇：高級鋼鐵冶金學講稿

高級鋼鐵冶金學講稿

概述

1）我國鋼鐵工業面臨的形勢

2006年生產粗鋼41878.2萬噸,比上年增加6533.25萬噸，增長18.48%；生產生鐵40416.7萬噸，比上年增加6675.57萬噸，增長19.78%，分別占全球粗鋼、生鐵產量的33.79%、46.6%；

2006年中國粗鋼產量大于世界排序2~6位國家粗鋼產量之和。

中國河北9096萬噸, 2006年全行業生產鋼材46685.43萬噸（含重復材，下同）,比上年增長24.45%。其中，板材（不含窄帶鋼）15402.46萬噸，比上年增長36.54%，比鋼材總量增幅高12.09個百分點。

2006年全年板管帶比達到49.26%，其中板材比（不含窄帶鋼）32.99%；管材比7.48%。2006年全年出口鋼材4300.7萬噸，比上年增長109.58%； 進口鋼材1851萬噸，比上年下降28.3%； 全年凈出口鋼材2450萬噸。

出口鋼坯903.55萬噸，比上年增長27.83%； 進口鋼坯37.04萬噸，比上年下降71.82%。全年凈出口鋼坯867萬噸。

中國鋼鐵——世界最大的市場，世界最高的產量 世界最低的價格，世界最少的受益

2006年 500萬噸以上的企業由2005年底17家增加到了21家，產鋼量所占比重達到了51.3%，但比上年下降2.8個百分點。1000萬噸以上企業粗鋼產量同比增長10.9%，而200萬噸以下企業增幅達到了29.6%。

2006年產量大于1000萬噸以上的企業9個，粗鋼產量占全國總產量32.48% 中國是鋼鐵大國，2006年粗鋼產量（快報4.19億噸)與世界排序2～7位的國家粗鋼產量之和（4.25億噸）相當。安賽樂和米塔爾重組后，是世界上最大的鋼鐵企業。2005年粗鋼產量與排序第2~5企業（新日鐵、浦項、JFE、寶鋼）的粗鋼產量之和相當。

到2004年底，全國共有高爐1133座，總容積為41.7億m3，煉鐵總生產能力為38117萬噸。?

2005年新增高爐99座，煉鐵生產能力為6373萬噸。?

至2004年底，全國煉鋼總生產能力為42171萬噸。2005年全國新增煉鋼生產能力7448萬噸。

鋼材主要消費也主要是亞洲，占了52.3%。粗鋼人均占有量 第一是新加坡(1119Kg)、第二是中國臺灣省(1089 Kg)、第三是韓國(953 Kg)、第四是中國香港(878.7 Kg)、第五日本(571 Kg)。中國（210 Kg）;超過了世界平均水平（165 Kg），排名30位。

中國鋼鐵工業從1996年突破1億噸以后，這10年中呈高速增長態勢，中國的鋼鐵工業發展歷程：

1996年粗鋼產量10000萬噸 2002年粗鋼產量20000億噸噸 2003年粗鋼產量22000萬噸 2004年粗鋼產量27246萬噸 2005年粗鋼產量34000萬噸 2006年粗鋼產量41878.2萬噸

第一個5000萬噸用了37年(1949-1986年)。

第二個5000萬噸用了10年1986-1996年。

第三個5000萬噸用了5年(1996-2001)。

第四個5000萬噸用了2年(2001-2003)。

第五個5000萬噸用了1年(2003-2004年)。

第六個5000萬噸用了10.5個月。

如果按1億噸計算

第一個1億用了47年(1949-1996年)。第二個1億用了6年(1996-2002年)； 第三個1億用了3年(2003-2005年)促使鋼產量迅速增長的原因是我國的煉鋼技術日益成熟，其中爐襯壽命提高和連鑄是兩項重要技術。

中國鋼鐵生產主要分布在 華東（35.1%）、華北（31.3%）、中南是（14.5%）、東北（9.5%）。

中國鋼鐵企業發展的主要問題

(1)產能過剩；

(2)國內鐵礦資源不足

國內鐵礦資源只能維持1億噸生鐵產量的需要，2004年進口鐵礦石53.31%。鐵礦石進口國家：澳大利亞、巴西、印度和南非。(3)中國鋼鐵工業的狀態水平是先進與落后并存

世界鋼鐵工業基本飽和，除中國以外的其他國家前幾年對鋼鐵工業很少有投入。這幾年美國、歐洲、日本他們沒有建設新的生產線，世界上要搞鋼鐵，要推廣新技術就在中國。寶鋼、武鋼等企業這幾年改造建設，把世界上最先進的技術已經拿到中國來了。整體裝備發生了很大的變化，有世界最先進的，最大的鋼廠；但是也有比較落后的鋼廠。(4)技術指標和能源消耗與國際上仍有很大差距

噸鋼綜合能耗：國際平均先進水平0.72、中國平均為0.792；國內最差水平1.875 噸鋼耗新水：國際平均先進水平5.7、中國平均為13.73。國內最差水平80，萊鋼3.51(5)產業集中度低，從業人員過多，勞動生產率低

我國目前鋼鐵從業人員約110萬人，年人均產鋼318噸，而先進國家(地區)日本1300噸、韓國800噸、美國653噸、德國610噸、法國550噸、中國臺灣省78噸。

中國粗鋼產量的55%是在千家萬戶的小于500萬噸的企業生產，不利于提高企業競爭力，所以，企業聯合、重組、兼并、改制是今后的重要舉措。鋼鐵從業人員過多，勞動生產率低，(6)環境污染嚴重

中國鋼鐵工業還有發展空間：

(1)中國工業化進程尚未完成，特別是在2010年前，中國的發展仍處在工業化進程中，目前中國人均GDP已超過1000美元，預測2010年可接近2000美元，仍屬于低中等收入國家之列。我國經濟增長速度在7-8%，對基礎原材料需求也是不斷增長。(2)中國城鎮化尚未完成。

(3)居民消費結構的升級，帶來新的鋼鐵市場需求。

(4)制造業向中國轉移，帶來鋼鐵的新需求。

(5)鋼材及其制品除滿足國內需求增加外，應不斷擴大出口，還應包括大量與消費鋼材密切相關的機械制造、造船、汽車、集裝箱、家電等的出口。2）鋼鐵產業政策：

第三條 通過鋼鐵產業組織結構調整，實施兼并、重組，擴大具有比較優勢的骨干企業集團規模，提高產業集中度。到2010年，鋼鐵冶煉企業數量較大幅度減少，國內排名前十位的鋼鐵企業集團鋼產量占全國產量的比例達到50%以上；2020年達到70%以上。

第五條 按照可持續發展和循環經濟理念，提高環境保護和資源綜合利用水平，節能降耗。最大限度地提高廢氣、廢水、廢物的綜合利用水平，力爭實現“零排放”，建立循環型鋼鐵工廠。

為確保鋼鐵工業產業升級和實現可持續發展，防止低水平重復建設，對鋼鐵工業裝備水平和技術經濟指標準入條件規定如下，現有企業要通過技術改造努力達標：

建設燒結機使用面積180平方米及以上；焦爐炭化室高度6米及以上；高爐有效容積1000立方米及以上；轉爐公稱容量120噸及以上；電爐公稱容量70噸及以上。

沿海深水港地區建設鋼鐵項目，高爐有效容積要大于3000立方米；轉爐公稱容量大于200噸，鋼生產規模800萬噸及以上。鋼鐵聯合企業技術經濟指標達到：噸鋼綜合能耗高爐流程低于0.7噸標煤，電爐流程低于0.4噸標煤，噸鋼耗新水高爐流程低于6噸，電爐流程低于3噸，水循環利用率95%以上。其它鋼鐵企業工序能耗指標要達到重點大中型鋼鐵企業平均水平。

企業應積極采用精料入爐、富氧噴煤、鐵水預處理、大型高爐、轉爐和超高功率電爐、爐外精煉、連鑄、連軋、控軋、控冷等先進工藝技術和裝備。

加快淘汰并禁止新建土燒結、土焦(含改良焦)、化鐵煉鋼、熱燒結礦、容積300立方米及以下高爐(專業鑄鐵管廠除外)、公稱容量20噸及以下轉爐、公稱容量20噸及以下電爐(機械鑄造和生產高合金鋼產品除外)、疊軋薄板軋機、普鋼初軋機及開坯用中型軋機、三輥勞特式中板軋機、復二重式線材軋機、橫列式小型軋機、熱軋窄帶鋼軋機、直徑76毫米以下熱軋無縫管機組、中頻感應爐等落后工藝技術裝備。1現代鋼鐵生產工藝流程

1.1現代轉爐煉鋼生產工藝流程

傳統的高爐－氧氣轉爐鋼鐵生產工藝流程：

焦爐，燒結機—高爐—化鐵爐—轉爐—鑄錠—初軋開坯—成品軋制。

現代高爐－氧氣轉爐鋼鐵生產工藝流程：

高爐煉鐵—鐵水預處理—氧氣轉爐頂底復合吹煉—爐外精煉（RH、CAS-OB、LF）—連鑄連軋或連鑄—鑄坯熱送和直接軋制。構成了現代氧氣轉爐煉鋼車間的基本工藝流程。傳統的高爐－轉爐鋼鐵生產工藝流程是一種冷態、間歇性的生產方式，物料在各工序流程中有大量的儲備庫，吊裝、運輸設備、運輸線路等，無爐外精煉措施。主要冶煉低碳鋼和低合金鋼，生產普鋼長型材和板材。能耗高，生產成本高，污染嚴重。

現代鋼鐵生產工藝流程是一種熱態的連續專業化生產線。有四項重大技術組成：氧氣轉爐、超高功率交直流電弧爐、爐外精煉、連鑄連軋。各工序之間布置緊湊、暢通。轉爐和電爐的冶煉周期要與連鑄生產節奏之間的協調一致。

新型的轉爐和電爐車間由于裝備了爐外精煉設備，采用了必要的爐外精煉工藝流程，就為提高鋼的質量和生產率，擴大品種創造了良好的條件，使煉鋼與連鑄更好的協調配合。提供了滿足冶煉品種和產品質量要求的保證。

現代工藝流程的形成

現代鋼鐵工業工藝流程工藝技術流程是從原料經各個工序最終制成產品的全過程，這種物料有序的流動，并在各工序流動中連續的改變化學和物理形態最終制成產品就是工藝技術流程。技術決定流程，技術的發展決定流程的發展和變化，各工業部門在各個技術發展時期都有自己當時的工藝技術流程。? 鋼鐵工業是一種多工序流程的工業，可以分為三類；第一類主工序，從原料到產品物料都要經過的工序叫主工序，煉焦、燒結球團、煉鐵、煉鋼、初軋、軋鋼等是主工序。第二類輔助工序，由于各類品種質量要求不同，不同的品種物料要經過不同的輔助工序，例如錠坯半成品和成品的緩冷退火、酸洗、精整修磨、熱處理、無損探傷、成品加工等都是輔助工序。第三糞，由于傳統流程是一種冷態，間歇性的生產方式。物料在各工序流程中有大量的儲存庫，焦炭儲倉、燒結礦、球團礦儲倉、生鐵庫、混鐵爐、鋼錠庫、鋼坯庫、半成品庫、成品庫等，物料在流動中，不但有大量儲存，而且有大量吊裝、運輸設備、運輸路線等。

傳統鋼鐵工業的工藝流程。是一種冷態、間歇性的多品種聯合企業，例如，日本在60—70年代建設的一些大型聯合企業就是這種流程。1952年，奧地利林茨30t氧氣頂吹轉爐投產以來，很短的時間內，就進行了技術完善化階段。進入60年代，世界的經濟發展帶動了鋼鐵工業的發展，轉爐大型化，轉爐采用公稱容量100—300t的大型爐。但是連鑄技術的發展較轉爐的發展緩慢，雖然工業化連鑄機在1950年和1951年分別在西德胡金根廠和前蘇聯紅個月工廠投產，但是很長時間連鑄坯的質量不如模鑄，特別是板坯連鑄機，因此這個時期大轉爐仍然采用模鑄，采用10—30t大鋼錠，促進初軋開坯大型化，一套初軋機開坯可以供應幾臺成材軋機，形成規模較大的多品種聯合企業。

這種傳統工藝技術流程，占地多、投資大、建設期長，人力、物力、能源消耗高，生產周期長，流動資金占用大，污染源多，環境質量差，是一種肥胖型工業，如何變成一種瘦型工業，只有不斷地縮短工藝流程，減少主輔工序和儲運連接環節。

現代鋼鐵工業工藝流程，是現代工藝技術組成流程，是近20多年形成的，就其特點而言，可以叫做熱態連續專業化生產線。50年代以后，有四個重大技術，即氧氣轉爐、爐外精煉、連續鑄鋼和超高功率電爐。它們對鋼鐵工業的發展有著重大影響，弓I起了工藝流程的變化，其中最主要的是連鑄和連鑄技術的不斷發展。1970年世界連鑄比是5％，鑄鋼主要采用模鑄，而轉爐則不同，經過15年，到1967年世界轉爐鋼的比例已經超過平爐鋼，所以，50年代到70年代初，高爐一轉爐流程雖然是鋼鐵工業的主要流程，但確是一種傳統工藝流程。模鑄大鋼錠，初軋開坯，多火熱軋成材，多品種，初軋機為板、管、型材多臺軋機供坯。經過60—70年代連鑄技術的發展和爐外精煉的廣泛應用，連鑄坯質量得到改進，連鑄機澆鑄品種擴大，無缺陷鑄坯技術發展。1972年，日本鋼管京濱廠開始鑄坯熱送熱裝。1974年，新日鐵新建大分廠，實現大型轉爐廠全連鑄，鑄坯通過調寬軋機，熱裝熱送至熱帶連軋機加熱爐，形成一條寬熱帶專業化生產線，減少整模脫模車間、鋼錠庫和初軋機，鑄坯全部經過輥道運送，減少了火車吊裝運輸工作，由于專業化生產，提高了生產效率。1981年新日鐵界廠連鑄坯直接軋制，鋼水運600m到連鑄機，連鑄坯經感應加熱即直接進軋機，成功地實現了直接軋制，帶來了很大的經濟效益： ①節能 冷坯軋制 能耗 1 256 MJ／t鋼

熱裝軋制 能耗 837 MI／t鋼

直接軋制 能耗 418 MI／t鋼 ②生產周期 冷坯軋制 4 320 min 熱送軋制 600 min 熱裝軋制 130～240 min 直接軋制 10 min ③金屬收得率提高1％--4％

④減少主工序初軋、加熱爐，輔工序整模、脫模、鋼坯緩冷精整修磨、減少錠坯庫場地及吊運等儲運連接環節。

70年代末到80年代，日本的鋼鐵工業經歷了一次工藝技術流程調整，1983年，已經有十幾個廠家分別實現全連鑄、熱裝、直接軋制，例如：京濱、大分、八幡、名古屋、君津、福山、干什、水島、加古川、吳廠等大多數廠家都逐步實現流程轉變和產品結構的調整。西歐也是這樣，美國在發展電爐的同時，于80年代也進行了流程轉變的改造。80年代，連鑄在線調寬技術發展，高溫鑄坯技術發展，特別是鑄機拉速不斷提高。1996年，鹿島3#鑄機拉速到1，8m／rain，一臺雙機雙流鑄機年產達300多萬t，可以匹配一臺熱帶連軋機。目前，福山5#機的鑄機拉速已達2．5m／rain，更接近與軋機生產節奏相匹配。今后，發展一臺單流鑄機有可能配合一臺熱連軋機，拉速的提高將有利于直接軋制，所以，近幾年來，直接軋制的工廠在不斷地增多。

現代鋼鐵工業工藝技術的特點和要求

1)熱態連續生產線，要求各工序之間的物料流動距離短、運送快、保溫輸送，要求盡量減少熱損失和溫降。因此，各工序之間的布置要緊湊、流暢。

連鑄坯熱送，最好是煉鋼廠與軋鋼廠緊湊連接，連鑄機出坯輥道與加熱爐或軋機輥道直 通輸送并加保溫罩。老企業改造如果布置有困難，可以采用三種方法，最好的方法是采用快 速輥道加保溫罩，輸送速度250m／min，由于投資大，故適用于近距離；第二種方法，用汽車或火車加保溫罩輸送熱鑄坯，這種方法要增加熱坯、保溫罩、裝卸吊運工作量大，運送時間長，熱送連鑄坯溫度低，一般入加熱爐溫度僅400～60012；第三種方法，將連鑄機建設在軋機附近比較適用于大鋼包，因為，大鋼包降溫小，每分鐘大約0.5—1℃，比連鑄坯輸送過程的熱損失小。界廠、鹿島、福山等許多老廠為實現連鑄坯直接軋制都采用了這種方法。

迨金工廠除高溫液態鐵水和爐渣采用火車運輸外，要盡量減少火車運送。因為，火車線路在廠房內、外占地面積過大，而且火車線路要求曲率半徑大，使車間之間很難實現緊湊的布置，火車在運送過程中要裝卸吊運，繞行倒車，運送速度很慢，所有這些不適于熱態連續生產線的要求。另外，目前我國冶金工廠內的火車都以煤為燃料，污染嚴重又難治理。所以，如何以輥道、皮帶、汽車運送取代火車運送是老廠改造中的一個值得研究的問題。

2)熱態連續生產線，不但要求各工序之間的物流量均等，更要求各工序生產節奏均衡，只有這樣，才能最大限度地發揮設備能力，近幾年來，一些15—30t轉爐建設了一批中型板坯連鑄機，供應中厚板廠，但是，轉爐與連鑄機生產節奏不相匹配，轉爐煉一爐鋼需要30min左右，而板坯連鑄機澆鑄一爐鋼則僅需10—15min，迫使用2臺或3臺轉爐供一臺板坯連鑄機，其余小方坯、矩形坯只好停機等待。鑄機利用率低，生產組織困難，更不能適應于連鑄坯熱裝熱送直接軋制的要求。有些鋼廠已計劃建大轉爐或大電爐廠，把大中型板坯連鑄機從小轉爐廠分離出去，與中板廠建立熱態連續生產線，這樣做是很有道理的。

這里再談的是一個需要普遍注意的問題，因為我國多數企業是“小而全”、“大而全”，在規劃全連鑄廠時，為了向不同的軋機(板、管、型和線軋機)供應坯料，在一個煉鋼廠建設幾種類型的連鑄機，有的鑄機與轉爐能匹配，有的鑄機類?型不能匹配，造成不合理的局面。另外，還應該根據市場的需求，淘汰一些不能合理匹配的落后的軋機。

鋼鐵工業有兩種生產方式，煉鋼和軋鋼是間歇生產方式，生產節奏調節余地較大，而連鑄機多爐連澆是連續生產方式，調節余地較小。t因此，在設計連續生產線時，間歇式生產方式的生產節奏時間要小于連續生產方式的生產節奏時間。因為，間歇式生產方式可以停、等，不會影響全線停工。而對連鑄機，如果鋼水供應不及時、斷流，則會造成全線停工，并且恢復生產的時間很長。

3)熱態連續生產線，專業化生產是高效率、高質量的生產方式，這里講的專業化生產線還有進一步的要求，即要求減少工序，縮短流程，實現連鑄坯一火熱軋成材。許多年以來，已實現了軋機專業化，例如：寬帶鋼軋機、中厚板軋機、大、中、小型軋機、線材軋機等。為實現連鑄坯一火熱軋成材，連鑄機按近終形鑄造方向開發了一系列機型，配合各種專業化軋帆，例如，大板坯連鑄機和薄板坯連鑄機配合寬帶軋機，圓環連鑄機配合各種規格的無縫鋼管軋機，異形坯連鑄機配合H型鋼軋機，大、中、小型方坯連鑄機配合大、中、小型軋機和線材軋機，現代流程要求專業化軋機選用專業化連鑄機，根據軋機能力和連鑄機生產節奏，選擇一定容量的電爐或轉爐，根據產品質量要求選擇弓定類型的爐外精煉設備，以形成現代化流程。一些15—30t的小轉爐廠建高速線材，中小型材、中寬帶、窄帶軋機，選用中、小方坯連鑄機，矩形坯連鑄機，實現一次成材，效益也很好，而一些大轉爐廠建高速線材軋機，選用大方坯或鋼錠，經初軋或大型開坯，二次或三次熱軋成材，效益反而不好。這說明，現代流程要求軋機和連鑄機合理匹配，連鑄機和煉鋼爐容量合理匹配。

我國15—30t小轉爐廠有60多家，鋼產量約占全國總產量的三分之一。過去提出，小轉爐廠的發展方向是現代化、大型化，但是改造資金太大，是不可能實現的。從現代工藝流程的觀念出發，小轉爐廠的出路應該是選擇適合的產品，中小型材、高速線材、中寬帶窄帶組成現代工藝流程，是可以有競爭力的。小轉爐廠要不斷地提高技術經濟指標，采用實用的鐵水預處理和二次冶金，提高質量，擴大品種，適應市場的要求。

新建廠應盡量采用較大的爐容，例如：中小方坯連鑄機，15—30t的小轉爐可以匹配，但是50—80t的中型轉爐也可以匹配，新建廠應該選用爐容量較大的為好，為適應生產線的規模，可減少爐座，目前轉爐爐齡很高，甚至選用一吹一都是可以的。

4)熱態連續生產線要求消除或盡量減少物料在流動中離線檢查和精整，同時又要保證產品質量，因此要加強各工序的質量控制，設置在線質量檢測分析的儀器儀表和計算機專家質量診斷系統，是必不可少的手段。

5)熱態連續生產線生產周期短，節奏快，物料在熱態連續流動，化學和物理形態在不斷地變化。物性控制，物流節奏的管制調度，物料跟蹤，質量信息跟蹤，整個物流與信息流有機集成，優化運行必須用計算機進行生產管理。近年來，CIMS應用于鋼鐵工業現代工藝流程已經取得了經驗和效果。

鐵水入轉爐前要對鐵水進行預處理，經過轉爐冶煉的鋼水再進行爐外精煉。

鐵水預處理：即鐵水脫硅、脫硫和脫磷三脫處理，目的是為轉爐提供優質鐵水，減輕轉爐的冶煉任務，特別是脫硫。是轉爐生產低硫鋼的主要技術措施。

氧氣轉爐吹煉：鐵水三脫后，轉爐冶煉的主要任務是脫碳和調溫，采用少渣精煉方法。爐外精煉：氧氣轉爐作為初煉爐可以和多種爐外精煉方法配合，其類型、容量和精煉工藝取決于轉爐的容量，連鑄的能力，最終產品的品種和質量要求，可選擇的爐外精煉方法有：RH、RH-OB(或KTB、MFB)，DH，CAS-OB，LF，VD，喂絲，噴射冶金，鋼包吹氬等。1.2現代電弧爐煉鋼工藝流程：

傳統特鋼冶煉都是通過電爐流程，以電爐熔化、氧化和還原老三期工藝、模鑄、大軋機開坯為特點。因為電爐冶煉周期長、生產批量小、基本是配模鑄，沒有建設連鑄機。生產規模小。隨著電弧爐煉鋼技術的進步，特別是超高功率電弧爐及其相關技術的出現，和各種爐外精煉方法的出現和應用。電爐的功能也發生了較大的變化，改變了過去的老三期工藝，電弧爐已成為快速熔化固體料的設備，精煉任務通過選用不同的爐外精煉設備來完成。可選擇的爐外精煉方法有：合成渣洗、鋼包精煉爐（ASEA－SKF，VAD，LF（V））,VD，VOD，AOD，喂絲，噴射冶金等。

電爐噸位大型化，輸入能量超高功率化，生產率提高，冶煉時間大大縮短，實現了與連鑄機生產節奏匹配。此外，連鑄技術的不斷進步和完善，幾乎所有的合金鋼都可以連鑄，電爐煉鋼也可以實現全連鑄。

現代電弧爐煉鋼生產工藝流程（短流程）：

廢鋼預熱（部分海綿鐵）－超高功率交、直流電弧爐熔化，爐底出鋼－爐外精煉（LF－VD）－連鑄連軋或連鑄－鑄坯熱送和直接軋制。構成了現代電爐煉鋼車間的的基本生產工藝流程，如圖10－1所示。

在現代電弧爐煉鋼生產工藝流程（短流程）中使用直接還原鐵，砍掉了兩個耗能大戶(高爐、焦爐)和三個污染大戶(高爐、焦爐和轉爐)。所有設備都集中在一個封閉的車間內，環保措施比較容易搞。

2鐵水預處理

鐵水預處理是指鐵水進入煉鋼爐之前所進行的某種處理，可分為普通鐵水的脫硫、脫硅和脫磷預處理（簡稱鐵水三脫處理）和特殊鐵水的提釩、提鈮、提鎢預處理（簡稱鐵水三提處理），同時提取其它雖不貴重但在經濟上綜合利用有利的元素。

鐵水預處理技術始于鐵水爐外脫硫，作為避免出現號外鐵水的補救措施而用于生產。1877年伊頓(A．E．Eaton)等人將之用以處理不合格生鐵。鐵水預脫硅、脫磷則始于1897年，英國人賽爾(Thiel)等用一座平爐進行預處理鐵水，脫硅、脫磷后在另一座平爐中煉鋼，比兩座平爐同時煉鋼效率成倍提高。到20世紀初，人們主要致力于煉鋼工藝的開拓和改進，鐵水預處理技術發展曾一度遲緩。直至20世紀60年代，隨著煉鋼工藝的不斷完善和材料工業對鋼鐵產品質量的嚴格要求，鐵水預處理得到了迅速發展，逐步形成為鋼鐵冶金的必要環節：與此同時，不斷發展了鐵水預處理過程提釩、提鈮、提鎢、提鉻等技術，使鐵水預處理成為鋼鐵冶金中綜合利用的一項技術。現代工業的發展和科學技術的進步，對鋼材的質量和實用性能要求越來越高，要求鋼的化學成分控制在較窄的范圍內。石油及天然氣輸送管線、汽車工業要求鋼材具有高強度、低溫韌性、良好的冷成型和焊接性能，以及為改善板材厚度方向的性能，對低硫鋼的要求日益迫切；火車時速已由100km/h提高到200km/h，要求鋼軌能承受高速沖擊和車輪磨滾，車體結構輕而牢固，汽車的輕便高速化要求有高深沖性的車殼鋼板和高強度的波動零件及車架；深層采油深達5000m以上，要求高強度耐沖擊扭震的鉆桿和油井管，如果一根管斷裂，就會造成鉆井報廢，損失上百萬元以上；（40~100）×104Kw的火力發電機組，要求經受蒸汽溫度625℃和壓力180×105Pa的鍋爐管和磁感應強度高而鐵芯損失少的電機硅鋼片；長跨度大橋要求易焊耐蝕并有185MPa的高強厚板；大型化工和煉油工業要求耐蝕耐壓鋼材；儀表電機工業的發展要求光潔而高強度鋼和易切削鋼；處于狂風巨浪的海上采油平臺，載重（30~50）×104t的貨輪以及超高層建筑，都對鋼材性能提出了嚴格的要求。而原子核能工業、導彈和軍工等對鋼材性能及質量要求更高。

用戶對鋼材質量的要求，其主要指標是鋼材純凈度、均勻性能和精度，這是穩定鋼材質量的重要方面。為了滿足市場需求,世界各國鋼鐵工業都在不遺余力地通過降低鋼中雜質特別是磷、硫含量的途徑來提高鋼材質量，而各種爐外處理技術則是獲得高純凈度、均勻性能和高精度鋼材的重要措施，關鍵環節是選擇相應的精煉措施達到一定的冶金目的，保證用戶的需要。

傳統的轉爐生產工藝流程已逐漸被現代化鋼鐵生產工藝流程所代替，即高爐煉鐵→鐵水預處理→轉爐冶煉→爐外精煉→連鑄連軋或連鑄→鑄坯熱送直接軋制，這已成為國內外大型鋼鐵企業技術改造后的普遍模式。目前，鐵水預處理己被公認為高爐－轉爐－連鑄工藝流程降低鋼中雜質含量的最佳工藝，是改善和提高轉爐操作的重要手段之一。

為了減輕轉爐冶煉負擔，長期以來對鐵水預脫硫處理開展了大量研究并得到了迅速發展。70年代后期，由于超低硫、磷鋼需求量的增長，又在鐵水預脫硫處理基礎上開發成功鐵水預脫磷處理技術。因為脫磷必須先脫硅，這樣鐵水的三脫處理技術與旨在分離轉爐機能的目標相結合，導致產生了多種認為是最佳工藝流程的生產模式。

鐵水預處理和爐外精煉技術的發展，使煉鋼爐的前后工序整合成一個整體工藝，一些新的聯合前后工序的最佳流程的出現使冶煉效益進一步提高，鋼質量得到進一步改善，能耗和成本進一步降低，從而將轉爐煉鋼推進到一個全新的發展時期。

轉爐采用低硫、低磷、低硅鐵水冶煉，能給轉爐帶來一系列好處：減少造渣材料（石灰等）的消耗，吹煉過程中產生的渣量少。因此，吹煉過程中爐渣外溢和噴濺減少，爐渣對爐襯的侵蝕減少，爐齡顯著提高，如日本對入轉爐的鐵水經過三脫處理后，爐齡提高到八千甚至上萬爐，并且提高了轉爐生產率、鋼液收得率和鋼液余錳量（由爐渣帶走的Fe和Mn量減少），轉爐的吹煉時間縮短，生產率提高，鋼水質量提高。

鐵水預處理目的針對煉鋼而言，主要是使其中硫、磷、硅含量降低到所要求范圍，以簡化煉鋼過程，提高鋼的質量。鐵水預處理按需要可以分別在煉鐵工序和煉鋼工序的設備內，如鐵水溝、魚雷罐、鐵水包或專用冶金爐內進行，而對回收某些有益成分的處理則有鐵水提釩、提鈮、提鎢和提鉻等，對這些特殊鐵水，通過預處理可有效的回收利用有益元素，實現綜合利用。

鐵水預處理原理及方法

鐵水預處理是在原則上不外加熱源的情況下，利用處理劑中活性物質與鐵水中待脫除元素進行快速反應，形成穩定的渣相而和鐵水分離的過程。

鐵水預處理的熱力學過程屬于鋼鐵精煉反應過程。鐵水預處理脫硫反應為： [S]+M=(MS)或

[S]+MO=(MS)+〔O〕 [S]+MC=(MS)+[C] 式中，M指金屬脫硫劑中金屬元素（如Mg，Ca，Ca－Si）；MO為金屬氧化物脫硫劑（如CaO）；MC為金屬碳化物脫硫劑（如CaC2）。鐵水預處理脫硅、脫磷反應為： [Si]+2[O]=（SiO2）4/5[P]+2[O]=(2/5P2O5)概括起來，鐵水預處理過程受溫度、氣氛（即氧勢）、被脫除（或提取）元素在渣鐵相間分配率以及在鐵相中的活度影響。

鐵水預處理屬瞬時快速反應過程，反應的動力學條件尤其需要引起重視，以利于脫除反應的快速進行，滿足煉鋼對鐵水成分的要求。2.1鐵水預脫硫處理

2.1.1鐵水預脫硫處理的產生與發展 2.1.1.1鋼材性能對硫的要求

現代工業發展和科技進步對鋼的質量和使用性能要求愈來愈高，要求鋼的化學成分控制在較窄的范圍內，除易切削鋼外，硫是影響鋼質量和性能的主要有害元素，影響著鋼材的加工性能和使用性能。普通鋼：特別是連鑄坯內部裂紋和表面質量均與[S]有關，要求[S]≤0.02％；

低硫鋼：結構鋼為了實現均勻的機械性能，減少各向異性則要求[S] ≤0.011％，稱為低S鋼； 極低硫鋼：石油和天然氣輸送管線、海上采油平臺、厚船板和航空用鋼等要求有更好的均勻的機械性能和更高的沖擊韌性，而硅鋼則要求有良好的磁性，薄板鋼材則要求良好的深沖性能等，上述鋼材要求[S] ≤0.005％，稱為極低S鋼。

鐵水爐外預脫硫也是發展連鑄的需要。眾所周知，連鑄坯的質量在很大程度上為[S]所左右，根據連鑄板坯時的統計，若鋼中[S]從0.025～0.04％降低到0.015％以下則有裂紋的板坯數量可減少到1/6。

據統計，工業發達國家80年代初期，歐洲生產的鋼材產品,大批量[S]≤0.02％(質量百分數,下同)，小批量[S]≤0.01％，少數優質鋼[S]≤0.005％；到90年代中期，70％鋼材產品[S]≤0.015％，50％％產品[S]≤0.01％，28％產品[S]≤0.005％，10％產品[S]≈0.002％。

鐵水脫硫的途徑有三個：高爐爐內脫硫、轉爐爐內脫硫和高爐出鐵后爐外預脫硫。長期以來，人們利用高爐和轉爐對鐵水進行脫硫處理，認為冶煉過程是鐵水脫硫的主要手段，而把鐵水預脫硫處理看成是輔助手段。但是，對于低硫鋼和極低硫鋼要求如此低的硫含量，僅靠高爐和轉爐冶煉是很難達到的。高爐爐內脫硫在技術上可行，但在經濟上不合理，為了保證生鐵脫硫的需要，高爐不得不采用保守的操作方法，采用高爐溫、高堿度、大渣量操作，導致高爐焦比高、產量低，高產低耗的目標難以實現，因此在經濟上是不合算的。即使鐵水中[S]到達一級品的標準，[S] ≤0.03％，對煉鋼來說仍然偏高，煉鋼過程還需要脫硫處理。

轉爐冶煉過程中爐內自始至終為氧化性氣氛，因此受到熱力學條件的制約，脫硫能力有限，單渣法冶煉脫硫率最高僅為30～40％。盡管轉爐采用反復倒渣，造新渣的工藝能夠脫除部分硫，這樣必然造成嚴重后吹而帶來許多不利因素，甚至影響鋼的質量，并使爐齡降低；使煉鋼時渣量大、冶煉周期長，導致煉鋼工序產量低、消耗高，并且在經濟上也是不合算的。相反，在鐵水條件下因[C]、[P]和[Si]高而使硫的活度系數fs增大，鐵水中αs比鋼液中高3～4倍，所以脫硫的熱力學條件優越的多。鐵水預脫硫處理在熱力學和經濟上都是最合理的。高爐煉鐵——鐵水預處理——轉爐冶煉——鋼水爐外精煉——連鑄連軋已成為現代化鋼鐵生產的基本工藝流程。鐵水預處理已成為基本流程的重要組成部分。由于高爐和轉爐脫硫有一定的限制，因而在現代鋼鐵生產中，鐵水爐外預脫硫是決定鋼液最終硫含量的主要工藝環節。對鐵水采取爐外預脫硫處理，既可以減輕高爐和轉爐冶煉脫硫負擔，降低煉鐵和煉鋼成本，又可以提高鋼的質量，百利無害。

目前，鋼鐵工業正在由規模效益型向質量、品種效益型轉變，提高鋼材質量，降低煉鋼成本是提高市場競爭力的重要措施。但是，目前許多鋼廠使用的鐵水均未采用預脫硫處理，由此產生的退廢和質量異議時常發生，造成巨大的經濟損失。因此，研究鐵水預脫硫工藝，采用脫硫效率高、成本低、對環境污染小的鐵水脫硫劑應用于鋼鐵生產中，對鐵水進行脫硫處理，對提高鋼水質量，提高鋼鐵企業的市場競爭力十分必要。

2.1.2鐵水預脫硫處理的技術優點

鐵水預脫硫處理工藝是獲得低硫鐵水的有效途徑，已被公認為脫硫過程的最佳工藝，是改善高爐和轉爐操作的重要手段之一。

鐵水爐外預脫硫的有利因素：

①鐵水中C、Si、P等元素的含量高，有利于提高S在鐵水中的活度系數； ②鐵水中C存在而含氧量少，有利于下列反應的進行：

FeS + MeO + C →Fe + CO + MeS（3－1）

式中MeO一起脫硫作用的金屬氧化物（CaO、MnO等）

③沒用強烈的氧化性氣氛，有利于直接使用一些強的脫硫劑如CaC2、Mg 等。鐵水爐外預脫硫的基本原理是利用與硫的親合力比鐵大的元素或化合物，加入鐵水內以奪取硫化鐵中的硫，使之轉變為更穩定的、不溶于鐵水而溶于熔渣的硫化物加以去除。研究表明：鐵水脫硫的條件比鋼水脫硫優越，脫硫效果比鋼水脫硫高4～6倍。鐵水預脫硫處理采用單一或復合脫硫劑尤其是鎂基復合脫硫劑能將鐵水中的硫降低至相當低的水平。經脫硫處理后，鐵水含硫量可降至0.01～0.005％，完全能達到冶煉低硫鋼要求。

采用鐵水爐外脫硫技術既可大大減輕高爐脫硫負擔,同時又可以減輕轉爐脫硫負擔，實現少渣冶煉,大大改善轉爐煉鋼的技術經濟指標, 真正實現高產低耗；改善連鑄坯質量,提高成材率,為經濟地冶煉低磷硫優質鋼、實現全連鑄、連鑄連軋和熱裝熱送提供了技術保障。因此,大力發展和推廣鐵水預處理技術是鋼鐵冶煉工藝結構調整的重要內容,是節焦增鐵、擴大品種、改善質量、降低成本、提高企業競爭力的有效途徑。鐵水爐外預脫硫優勢如下：

①可以使鐵水硫含量降低到極低含量，有利于轉爐冶煉品種鋼、優質鋼和純凈鋼，實現鋼鐵產品的生機換代，生產出具有高附加值的優質鋼材。

②能保證轉爐煉鋼吃精料，節約煉鋼原材料消耗，降低煉鋼的生產成本，提高生產率。③提高高爐生產能力，減輕高爐脫硫負擔，由于高爐工序幾乎不考慮產品S含量，這樣可降低高爐渣堿度，減少渣量，減輕堿金屬的危害，有利于冶煉低Si鐵，使高爐操作穩定、順行、降低焦比和能耗，使高爐降低焦炭消耗23～45kg/t鐵，增加鐵水產量5％～10％。④可有效地提高鐵、鋼、材系統的綜合經濟效益。硫是決定連鑄坯質量的關鍵因素,鐵水爐外脫硫是目前實現全連鑄、近終形連鑄連軋和熱裝熱送新工藝的最可靠技術保障。2.1.2常用鐵水脫硫劑及其特點

工業上采用的鐵水脫硫劑種類很多，目前普遍使用的有以下幾種：活潑金屬脫硫劑（如金屬鎂）、碳化物脫硫劑（如電石CaC2）、碳酸鹽脫硫劑(如蘇打NaCO3)、氧化物脫硫劑(如石灰CaO)及復合脫硫劑（兩種以上脫硫劑或脫硫和助熔劑按一定比例配置而成），可以單獨使用，也可以混合使用。隨著鐵水脫硫技術的不斷發展，脫硫劑的研制與應用呈現兩個基本趨勢：一是以石灰基為主的脫硫劑；二是純鎂或鎂基脫硫劑，配加石灰、電石、焦炭等和純鎂脫硫劑。根據加入方式的不同，脫硫劑可以制成粉末、細粒、團塊、錠條、鎂焦等各種形狀。

2.1.2.1石灰系脫硫劑

石灰系脫硫劑中主要成分石灰是冶金中常用的熔劑，其價格便宜且來源廣泛，是脫硫劑中使用最廣泛而且用量最大的一種廉價脫硫劑。它的脫硫原理是固體CaO極快地吸收鐵水中的硫,鐵水中的硅和碳是極好的還原劑，吸收了反應生成的氧,脫硫反應的產物是CaS和SiO2（或CO）。從脫硫機理來說，CaO粒子和鐵水中[S]接觸生成CaS的渣殼，渣殼阻礙了[S]和[O]通過它的擴散,脫硫過程減慢。用石灰做脫硫劑，需要把石灰磨細，但是脫硫鐵水必須嚴格地除去高爐渣，否則脫硫效果差。此外，脫硫過程須在高溫條件下進行。當鐵水含硅量0.05％以上時，脫硫反應式為；

2(CaO)（S）十[S]十1/2[Si]=(CaS)(S)+l/2(Ca2 SiO4)（3－3）當鐵水含硅量很低時，脫硫反應式為：

(CaO)(S)十[S]+[C]＝(CaS)(S)+{CO}（3－4）

用石灰作脫硫劑成本低，對環境污染較小，但是脫硫效率低，成渣量較大，并且容易受潮。石灰系復合脫硫劑從上世紀80年代初開始在噴吹法中使用，是目前世界上應用最廣泛的脫硫劑。石灰石質脫硫劑是80年代開發的一種脫硫劑，在西歐和日本已有工業采用，與普通石灰比，脫硫效率由于CaCO3分解產生CO2氣體起加強攪拌作用而提高，CO2氧化鐵水中的Si放熱使熱量得到補償，溫降與CaO相同。

石灰系脫硫劑的發展主要是提高石灰的反應動力學特性，使之能得到終點硫小于0.005％甚至更低的處理能力。寶鋼曾用單一的石灰除塵粉，處理鐵水2萬噸，平均脫硫率為48.18％。對于單顆粒石灰，在鐵水中與 [Si]反應能形成硅酸鈣層(2CaO?SiO2)，該層阻礙硫通過該層向深部擴散。對于產物層障礙，脫硫劑中加入5％～10％螢石可取得成效。在1350℃左右的鐵水中，CaO與CaF2能在石灰顆粒的晶粒界處生成液相，改善了硫在石灰顆粒中沿晶粒界的傳輸過程，脫硫速度增加2～3倍。

加入螢石的作用：實驗觀察，脫硫過程中由于加入了CaF2，反應比原來劇烈得多，坩堝內有劇烈的沸騰現象，這說明CaF2的加入增加了反應速度，有利于脫硫反應的進行。CaF2本身并不具有脫硫能力，有人曾進行過用螢石粉噴入鐵水中的脫硫試驗,噴吹量達19kg/t之多,而脫硫率僅為3％，但在CaO中摻入CaF2粉后，使CaO的脫硫速度顯著增加,而且最終硫含量也降低了。CaF2的促進機理有兩種解釋：一種解釋是CaF2的加入降低了2CaO?SiO2的熔點，使硫容易向CaO固相擴散；另一種解釋是CaF2分解出的氟離子破壞了2CaO?SiO2賴以結合的化學鍵，使之形成“空隙”，易使硫擴散到CaO粒子內部。不管何種解釋，從宏觀上看，CaF2的加入都大大提高了CaO的脫硫速度和脫硫效率。另外，CaF2可以降低熔渣的熔點，使操作條件容易控制。

除配CaF2外，有的配入15％～30％CaCO3，其作用使石灰石分解，增加新的CaO表面活性，放出的C02有強烈的攪拌作用，這種作用發生在石灰石顆粒處，大大改善傳質條件，有利于脫硫。日本千葉制鐵所使用的配方為：CaO22％，CaCO370％，C5％，CaF23％。結果表明，反應速度快，對溫降沒有明顯影響，而且能做極低硫處理。該配方能使處理后的硫含量穩定地小于0.002％。應該指出，釋放出的大量氣體會產生噴濺，需加以妥善解決。還有一種措施是加少量鋁和鎂，效果是降低單耗、縮短噴吹時間。有實驗室測定過加鋁1.7kg/t后，鐵中氧的活度α0從2．5×10－6降至2．3×10－6，在250t魚雷罐車中αo從3.4×10－6降至2.2×10－6。

2.1.2.2金屬鎂及鎂基脫硫劑

鎂為堿土金屬元素，1969年國際標定的原子量為：24.305，密度為1.738,熔點為651℃，沸點為1107℃。金屬鎂與硫結合生成MgS，其熔點為2000℃，密度為2.8。鎂的化學性質非常活潑，僅次于鉀、鈉、鈣,極易與氧氣、水蒸氣產生氫氣而發生起火爆炸，所以用于鐵水脫硫的金屬鎂粒必須進行鈍化處理。鎂脫硫的優勢：

①鎂有較強的鐵水脫硫能力：1350℃時用鎂粉進行鐵水爐外預脫硫反應的平衡常數可達2.06×104，是CaO的3.17×103倍，反應達平衡時鐵水中的 [S]可達1.6×10－5 ％，大大高于CaO的脫硫能力；可以實現深脫硫，[S]可降至0.005％以下（直到0.001％～0.002％），這是其它脫硫劑難以達到的。②鎂的沸點1107℃，Mg加入鐵水后變成Mg蒸汽，形成氣泡，使得反應附近流體攪拌良好，大大增加鎂的脫硫效果。

③鎂在鐵水中有一定的溶解度，鐵水經過鎂飽和后能防止回硫，這部分飽和鎂在鐵水處理后的運送過程中仍起脫硫作用。

④用量少、渣量少、鐵損少：鎂脫硫，用鎂粉量0.5～1.0Kg/t，產生的渣量顯著減少，鐵損少，只有CaO脫硫的1/4～1/10，這也是降低成本的主要原因之一。

⑤噴吹時間短，鐵水溫降小：Mg脫硫是CaO、CaC2等脫硫時間的1/3～1/5，在鐵水溫度較低時其ηs好，且溫降小，純鎂脫硫溫降0.5～2℃/min，鎂基脫硫1～3℃/min,是CaO的1/2～1/4。

⑥原材料用量及渣量減少，減少運輸量。

⑦噴吹時產生的煙氣少，形成的渣量少，所以對環境污染小。

⑧綜合成本低：雖然鎂的價錢很貴，但由于其用量少，溫降小，噴吹時間短，運輸量少，實現深脫硫后能減少轉爐冶煉時間，其綜合成本比石灰脫硫降低5～10元/噸。⑨出色的過程控制。

噴吹含鎂粉劑鐵水脫硫技術首先由烏克蘭研制成功，6、70年代開始在蘇聯的幾個工廠建立了脫硫站，西方繼蘇聯之后進行了應用實踐。

鎂基脫硫劑有①鎂焦（Mg－Coke）②鎂合金（Mg－Fe－Si）③覆膜鎂粒④鎂基脫硫劑：CaO—Mg或CaC2—Mg及CaO—CaC2—Mg。

鎂基復合鐵水脫硫劑中石灰的作用 當采用鎂基脫硫劑時，常常是加入石灰和螢石等熔劑，石灰粉劑和鎂一起使用可以起到如下作用：

（1)加入的石灰粉可以起到鎂粉分散劑的作用，成為大量鎂汽泡的形成核心，從而減小鎂汽泡的直徑，減小鎂汽泡的上浮速度。

（2)當鎂與石灰粉混合噴吹時，石灰粉可擴大有效反應表面積，使MgS顆粒粘附于石灰表面而被帶出，減少了回硫。

（3)可避免鎂瞬間氣化造成噴濺，強化鎂向鐵水中的溶解，提高了鎂的利用率。

生產實踐證明，用復合脫硫劑比單一脫硫劑脫硫具有效率高、成本低等優點。同時，由于石灰價格低廉，來源廣泛，這又使它很容易成為人們的首選脫硫劑。雖然熱力學上分析，CaO不及CaC2、Na2CO3脫硫能力強，但這并不是石灰的弱點，根據動力學分析可知，工業上的脫硫處理，更重要的是動力學條件，而脫硫劑的脫硫速度取決于硫在鐵水中的擴散速度以及粉粒在鐵水中的停留時間。因此，如何改善動力學條件，是爐外脫硫能否取得收效的關鍵。除了采取增大反應面積，加強攪拌，提高物質的移動速度外，還應設法破壞和防止2CaO?SiO2層的生成。2.1.2.3碳化鈣

碳化鈣是70年代后曾經廣泛使用的一種脫硫劑，碳化鈣的脫硫反應式為：(CaC2)（S）+[S]=(CaS)(S)+2[C] 它的脫硫率可達90％，反應速度快；但是碳化鈣容易潮解、劣化，并形成易爆性氣氛，因此貯運過程需密封保護，且碳化鈣價格貴。

電石用于脫硫已有較長的時間，它比石灰脫硫能力強，而耗量約為石灰的一半左右，對減少脫硫渣量和鐵損有利，仍較廣泛應用于鐵水脫硫。但是生產實踐中發現有少量回硫現象，回硫量約為0.001％～0.002％。因此，電石系脫硫劑的發展有兩種趨向：一種是配入更強的鎂作深脫硫；另一種是配入石灰防止回硫。2.1.2.4蘇打

蘇打是最古老的爐外脫硫劑, 具有很強的脫硫能力，但是價格較貴，而且處理時大量的氧化鈉揮發, 污染環境，對人體有害。此外,渣中Na2O侵蝕鐵水包襯；同時，因渣的流動性好,機械扒渣困難。所以，現在很少單獨使用，多制成復合型脫硫劑。蘇打粉脫硫時通常先發生分解反應；

(Na2CO3)(l)＝(Na2O)(l)＋{CO2}（3－5）生成的Na20再與硫反應，當鐵水含硅高時，脫硫反應為：

3/2(Na2O)(l)＋[S]+1/2[Si]=(Na2S)+1/2(Na2SiO3)(l)（3－6）當鐵水含硅較低時，脫硫反應式為：

(Na2O)(l)+[S]十[C]＝(Na2S)+{CO}（3－7）

2.1.2.5稀土

稀土在鐵水中不僅可以作為石墨球化劑，同時有顯著的脫硫作用。1300～1500℃范圍內鑭和釔的脫產物LaS、YS的標準自由能△G0變化和溫度的關系： △G0LaS= －106400+33.81T KLaS(1300℃)＝7.5×10－8 △G0YS= －163680+36.14T KYS(1300℃)＝3.16×10－7平衡狀態下的最低含[S]量可達0.003％，并有夾雜物球化和變性等作用。但是，因純稀土金屬太貴，生產上適宜用混合稀土金屬，用噴射稀土合金粉可以大大降低稀土消耗量，如插入法需要0.2％稀土，噴粉法只需要0.05％的稀土也能起到同樣的效果。

脫硫劑的脫硫效率不僅取決于反應的熱力學條件，還與反應的動力學條件密切相關。因此，各種脫硫方法都設法采用強制攪拌措施，此外還加入各種促進劑，以改善動力學條件。選擇脫硫劑時，不僅要看它的脫硫能力，還要根據它在使用中的特點，所煉鋼種和鋼質量要求以及費用等綜合考慮。Na2CO3因對環境污染嚴重，使用受到限制；CaO用量大，產生的渣量多，又不能實現深度脫硫；而鎂基脫硫劑脫硫速度快、效率高、產生的渣量和鐵水損失少，因此采用鎂或者鎂基復合鐵水脫硫劑是最有效的脫硫劑，將其用于鐵水預脫硫成為當前的一項主要研究課題。

2.1.3 常用脫硫劑的脫硫機理 2.1.3.1 鎂脫硫機理

鎂與硫的親和力比鈣與硫的親和力大得多，因此鎂在脫硫過程中比鈣基脫硫劑更優越。又因其沸點低于鐵水溫度，加入鐵水后，鎂將瞬間大量氣化變成鎂蒸汽，形成氣泡，使反應區附近流體攪拌良好，大大增加鎂的脫硫效果。但若氣化過急，致使蒸汽壓太大，則可能產生噴濺或爆炸，即不安全，同時也不能順利完成脫硫任務。

當金屬鎂被噴吹到鐵水內以后，由于溶解和汽化，且鎂溶于鐵液，故存在下列反應： Mg＋[O]=MgO(S)（3－18）Mg(g)+[S]=MgS(S)（3－19）[Mg]＋[S]=MgS(S)（3－20）

當金屬鎂被噴吹到鐵水內以后，首先被加熱并開始熔化，之后發生氣化，然后鎂氣泡逐漸溶解到鐵水中。由于鐵水中氧含量很低，所以式(3－18)的反應很快結束。在鎂顆粒直徑和噴槍插入深度選擇恰當時，鎂粒上升到液面之前己氣化完畢，因此，鎂氣泡與鐵水接觸時，式（3－19）和式（3－20）兩個脫硫反應同時進行。許多研究的統計數據表明，約有20％左右的脫硫反應發生在硫擴散到鎂氣泡表面上，大多數脫硫反應是鎂先溶于鐵水中，然后鎂和硫向夾雜物或其他形核表面擴散，因此認為脫硫反應還是以式(3－20)為主。

2.1.3.2.1鎂在鐵液中的汽化

由于鎂的沸點只有1107℃，這遠低于一般鐵水的溫度，因此將鎂加入鐵水后將立即變成鎂蒸汽，有關鐵液中鎂蒸汽壓的標準公式很多，但是計算差別不大，日本鋼鐵協會提供的公式分別為：

(3－21)在一般鐵水溫度范圍（1300～1450℃）內，鎂的蒸汽壓可達0.473～1.124MPa。鎂的蒸汽壓與溶解度之間有著密切的關系，在碳飽和的鐵液中，鎂的溶解度可按下式計算：(3－23)由（3－23）式我們可以知道，1350℃時，當PMg=0.1013Mpa時，Mg在鐵液中的溶解度高達0.296％，遠遠高于脫硫反應所需要的鎂量。關于鎂在鐵水中的溶解度隨溫度和壓力的變化如圖3-3所示。

當鎂與鐵水接觸時，由于氣化和溶解，其反應過程如下： Mg(g)+[S]=MgS(s)(3－24)ΔGo =-427400+180.7TJ/mol [Mg]+[S]=MgS(s)(3－25)ΔGo =-544767+212.0T J/mol 從反應式可看出，鎂脫硫反應是放熱反應，這有利于減少鐵水的溫降。根據ΔGo =-RTlnK 得出

lgK1=22322/T-9.44 lgK2=28452/T-11.07

則1350℃時 K1=2.06×104，K2=2.89×106。

MgS熔點大于2000℃，在鐵水溫度下為固態，取其活度為1。在一定溫度下： [％Mg]?[％S]=常數

理論計算得到的[％Mg]?[％S]平衡值的數量級為10-6，但鎂與硫活度相互間的負作用很強，經大量實驗研究1350℃時其實際值為1.4×10-4。

根據上兩式可知，在一般鐵水溫度范圍（1300～1450℃）內，鎂的蒸汽壓可達0.473～1.124MPa。如此之高的蒸汽壓可使反應附近的流體攪拌良好，脫硫反應的動力學條件得到改善，動力學條件良好，但鎂的利用率卻大為降低。為此，在用鎂對鐵水脫硫時，必須采取有效的措施控制鎂的汽化速度。2.1.3.2.2鎂在鐵液中的溶解

鎂在鐵液中汽化，形成氣泡及氣泡上升過程中有部分鎂蒸汽將溶于鐵液，其溶解反應可按下式進行：

{Mg}=[Mg]（3－26）△G0=117400-31.4T lgK=-6130.9/T+1.64 K= =

鎂在鐵液中的溶解度計算公式：（emgc=0.15，[C]=4.0％）

根據上式得到的鎂在鐵液中溶解度[％Mg]與溫度t 的關系如圖3-4所示。

圖3－4 鎂在鐵液中溶解度與溫度的關系 隨著溫度升高[％Mg]增大，在煉鋼鐵水溫度范圍（1300℃～1450℃）內[％Mg]只有0.0064～0.033％，由此可見，在用鎂脫硫時，除與硫等反應消耗的鎂外，剩下的大部分將逸出鐵水而損耗。

鐵水噴吹脫硫過程中存在一個孕育期，在此孕育期內鐵液中硫含量不變而氧含量急劇下降，這說明鐵液中氧含量要影響脫硫。鎂和氧存在如下反應： Mg(g)+[O]=MgO(s)(3－27)ΔGo =-626024.7+209.1T J/mol(3－24)式與（3－27）式合并整理得：

MgS(S)+[O]=MgO(S)+[S](3－28)ΔGo =-198624.7+28.4T J/mol

由（3－28）式可知：在鐵水溫度范圍（1300～1450℃）內，反應的ΔGo <0，這說明氧與鎂的親和力大于硫與鎂的親和力，即用金屬鎂對鐵水進行脫硫時，鐵液中氧含量越低，脫硫效果越好。反應（3－28）式的K值在1600K可達1.02×105，這是因為脫硫處理后停止供Mg時，鐵水中的Po2上升，可能就產生了回硫，即鎂基脫硫劑具有二重性：脫硫能力高，同時也容易回硫。

2.1.3.2.4鎂脫硫的動力學

動力學是影響鎂脫硫效果的重要因素。鎂粒進入鐵水中完成加熱并開始熔化，之后發生氣化。在鎂粒直徑和噴槍插入深度選擇恰當時，鎂粒上升到液面之前氣化完畢。因此鎂氣泡與鐵水接觸時，一方面在氣液界面上進行多相反應。另一方面，溶于鐵水中進行單相反應。從動力學觀點看，鎂的脫硫反應分為以下步驟：

（1）鎂粒在鐵水中熔化、氣化，生成鎂蒸汽泡上浮。（2）鎂蒸汽泡中的鎂蒸汽溶于鐵水。

（3）在金屬－鎂蒸汽泡界面，鎂蒸汽與鐵水中的硫反應生成固態硫化鎂。（4）溶解于鐵水中的鎂與硫反應生成固態硫化鎂。（5）固態硫化鎂上浮進入渣中。

目前，對于鎂脫硫反應的動力學機理認識很不一致，一種看法認為鎂脫硫是由于鎂蒸汽泡與熔體界面進行反應，從熔體中脫除了主要數量的硫。如日本的U.Nakanishi提出的動力學模型的推導過程如下：通過計算鎂粒脫離氣體射流的最小粒徑及鎂的蒸發速度，認為試驗中鎂粒從氣流中脫離并變成鎂汽泡，鎂汽泡上浮時進行的脫硫反應占主導，鐵水中硫的擴散成為反應的限制性環節，同時不考慮渣中的MgS被空氣氧化而造成的回硫。在此基礎上導出的脫硫動力學方程為：

（3－31）

式中C－鐵水中硫的摩爾濃度，mol/m3； M－噴吹速度，mol/s；

W－熔體的容積，m3； －系數。

另一種觀點認為鎂在鐵水中相當大的可溶性是確定反應動力學的主要因素。G.A.Irons等通過向鐵水噴吹鎂蒸汽脫硫的實驗研究提出了鎂脫硫的動力學模型。它們在推導過程中作了如下假設： ①鎂汽泡在上升過程中沒有氣泡合并現象（這適合于氣流速度小的噴吹）；②傳質遵循準穩態模型；③傳質為反應的限制性環節，且認為鎂和硫的擴散傳質系數相等。在此基礎上，根據鎂和硫反應發生在反應器壁上、氣泡表面和液體中夾雜物表面及部分鎂從液面蒸發得到如下質量平衡式：

=Klal(CMg,b－CMg,l)－(Kiai+Kwaw)(CMg,l－CMg,i)－KeaeCMg,i(3－32)相應地，硫由于擴散到氣泡表面或在夾雜物和器壁上沉積，也存在下面的平衡： =－Klal(Cs,l－Cs,b)－(Kiai+Kwaw)(Cs,l－Cs,i)(3－33)式中：C－摩爾濃度，mol/m3； K－液相傳質系數；mol/（m2?s）A－單位熔體的表面積，m2； T－時間，s。下標的含義：

B－氣泡表面積，m2； E－蒸發；

I－夾雜表面積，m2； Mg－鎂； L－鐵水；

S－硫；

W－坩堝表面積，m2。

G.A.Irons等進行了鎂蒸汽的鐵水脫硫實驗，其結果表明在鐵水中的硫被脫除的同時，鎂也溶解于鐵水。同時，他們還指出，只有10％左右的硫是由多相脫硫反應途徑（即鎂蒸汽）被去除的，大多數硫是通過[Mg]與[S]的均相反應被去除，其脫硫反應發生的機理是：鎂先溶于鐵水中，然后[Mg]和[S]向夾雜物或其它形核表面擴散，脫硫速率受反應物含量少的一方的擴散控制。因為鎂的氣化和硫化鎂在鐵水中的浮出過程進行得很快，所以脫硫反應的速度取決于鐵水中鎂的消耗速度或鎂蒸汽在鐵水中的溶解速度。為了獲得高的脫硫效率，必須保證噴入鐵水的顆粒鎂以最高的效率汽化并溶入鐵水，防止顆粒鎂直接浮入渣層或燒毀，避免未溶解完的鎂蒸汽逸入大氣造成損失。促進或保證Mg蒸汽完全溶于鐵水中的措施是：鐵水溫度低，用加入惰性物質的方法減緩鎂的汽化速度來控制Mg蒸汽泡的大小，噴槍插入鐵水液面以下2～3m 處，使蒸汽壓升高，鎂蒸汽泡與鐵水接觸時間延長。2.1.3.2 CaO脫硫機理

石灰是應用時間較長、價格便宜的一種脫硫劑。利用CaO脫硫，脫硫渣的處理容易，脫硫效果受溫度的影響較小。它的脫硫機理是固體CaO極快地吸收鐵水中的硫，鐵水中的Si和C是極好的還原劑，吸收了反應生成的氧，脫硫反應的產物是CaS和SiO2（或CO）。從脫硫機理上說，CaO粒子與鐵水中[S]接觸生成CaS的渣殼，阻礙了[S]和[O]通過它的擴散，脫硫過程減慢。用石灰做脫硫劑，需要把石灰磨細，以提高石灰的利用率，但太細的石灰粉易吸水，生成的爐渣也容易帶走大量的鐵粒。因此，脫硫鐵水必須嚴格地除去高爐渣，否則脫硫效果差。

鐵水中C、Si含量高時，有利于脫硫反應的進行。硅含量高時，反應式為： 2CaO(s)+[S]+1/2[Si]=CaS(S)+1/2Ca2SiO4(3－34)ΔGo =-251930+83.36T J/mol LgK=13158/T-4.35

Si雖促進脫硫，但2CaO?SiO2不能再脫硫，這就減少了CaO的有效含量，并且2CaO?SiO2是高熔點物質，它能在石灰顆粒表面形成一層很致密的薄層，阻礙了脫硫反應的繼續進行，從而降低了CaO的脫硫效果和脫硫速度，增加了石灰用量。鐵水中硅含量低時，反應式為：

CaO(s)+[S]+ [C]=CaS(S)+CO（g）(3－35)ΔGo =86670+68.96T J/mol LgK=-4527/T+3.60

溫度相同時，（3－36）式比（3－35）式的平衡常數低兩個數量級，但生成的2CaO?SiO2量少，從動力學過程來考慮，這種反應的脫硫能力較強。

從動力學上講，CaO脫硫的限制性環節和脫硫速度隨鐵水原始硫含量的不同而有所不同。原始含S量低時（1300℃，[S]<0.04％），石灰粒子在鐵水中逗留時間內所形成的反應層比較薄，在這種情況下，硫通過鐵水側邊界層向石灰顆粒表面擴散是脫硫反應的限制性環節，這時脫硫速度可用下式表示：(3－36)式中：B －料流密度； kg?min-1?t-1 －粉粒的平均半徑；cm tv－粉粒在鐵水中的停留時間；s.DS－鐵水中硫的擴散系數，DS=6.45×10-1exp(-11600/RT)；cm2?s-1 －硫在鐵水中的邊界層厚度； ρFe—鐵水密度，㎏/m3； ρCaO—氧化鈣密度，㎏/m3。

由此可知，脫硫速度與料流密度B和粉粒在鐵水中的停留時間tv成正比，而與粉粒的大小 成反比。

原始含S量高時（1300℃，[S]>0.08％），石灰粒子在鐵水中停留時間內會形成一層較厚的反應層，脫硫時將在石灰粒子表面包圍著一層較厚而致密的2CaO?SiO2和CaS反應層。在這種情況下，硫通過生長著的這層2CaO?SiO2反應產物層而向石灰粒子內部擴散是很慢的，這個“固相擴散”便成為脫硫反應的限制性環節，這時的脫硫速度可用下式表示：（3－37）

式中：B －料流密度，kg?min-1?t-1； －粉粒的平均半徑，m；

tv－粉粒在鐵水中的逗留時間，s；

ФS－CaS中的含硫量，％；

VCaS－CaS的摩爾體積，mol/m3；

KR－反應層長大的表觀速度常數，KR=4.92+lg[％S]=2.60×10-11，mol?m-1?S-1。

由上式可知，脫硫速度與料流密度B成正比，與tv和KR的平方根成正比，而與粒徑的大小 成反比。

當鐵水硫含量在0.04％～0.08％過渡區域時，脫硫反應為二者聯合控制。

用石灰脫硫有一些缺點：

①由于石灰流動性差，在料罐中易“架橋”堵料，且石灰粉極易吸潮，吸潮后，其流動性惡化，潮解生成的Ca（OH）2不但影響脫硫效果，而且污染環境，因此，石灰粉最好在干燥氮氣下密封儲存在單獨料倉內。

②用石灰脫硫過程是暴露在大氣下進行的，鐵水中的[Si]會被氧化生成[SiO2]，[SiO2]將與CaO作用生成（2CaO?SiO2），相應地消耗了有效的CaO量，降低了脫硫效果，因此，用石灰脫硫，最好能在惰性氣體或還原氣氛下進行。

2.1.4鐵水預脫硫方法

鐵水爐外脫硫方法有幾十種，按照脫硫劑的加入方式和鐵水攪拌方式不同可分為鋪撒法、搖包法、機械攪拌法、噴粉法、喂線法等，其中噴粉法使用廣泛。該法具有操作靈活、處理鐵水量大、費用低、冶金效果好等優點。上述各種鐵水預脫硫的方法經工業實際應用，有的因處理能力較小、主要部件耐火材料壽命低、處理效果及可控性較差和環境污染問題較嚴重等而逐漸被淘汰。下面就幾種工業上應用較成熟的方法和有應用前景的方法做進一步介紹。2.1.4.1攪拌法脫硫 1）KR攪拌法

KR（Kambara Reactor）法是日本新日鐵廣畑制鐵所于1963年開始研制，并于1965年投入工業生產的鐵水爐外脫硫技術，以后被日本鋼管和住友金屬公司等采用。這種脫硫方法是以一種外襯耐火材料的攪拌器浸入鐵水罐內，利用攪拌器在鐵水中旋轉（150～300轉/分）攪動鐵水，使鐵水產生旋渦，在鐵水液面中央部分產生一個渦流下陷坑，同時加入脫硫劑使其在下陷坑中被卷入鐵水內部進行脫硫反應（如圖3-8所示），從而達到鐵水脫硫的目的。它具有脫硫效率高、脫硫劑耗量少、金屬損耗低等優點。此法CaC2用量2～3kg/t或蘇打粉6～8kg/t，處理10分鐘，脫硫率為80～95％。

KR法處理鐵水的最大允許數量受鐵水面至罐口高度限制，最小處理量受攪拌器的最低插入深度限制。對于100 t鐵水罐來說，液面至罐口距離應不小于620 mm(因插入攪拌器會引起液面升高約50 m m，攪拌器旋轉會使液面升高300 mm，鐵水液面波動100 mm，預留170 mm 富余量)。攪拌器插入深度的確定，應注意使攪拌頭與罐底距離大致等于葉片外緣與罐壁的距離。

在處理之前，鐵水內的渣子必須充分扒除，否則會嚴重影響脫硫效果。處理完畢，還需仔細地扒除脫硫渣。在處理過程中攪拌器的轉數一般為90～120r／min，攪功力矩對于100 t罐為≤820kg?m，攪動功率為1.0～1.5kW／t。在攪動1～1.5min后開始加入脫硫劑，攪動時間約13min左右。攪拌頭為高鋁質耐火材料，壽命為90～110次，每使用3～4次后需要用塑性耐火材料進行局部修補。脫硫率取決于原始鐵水含硫，一般可以達到90％左右。

圖3-8 KR脫硫法示意圖

1一葉輪，2一脫硫劑，3一鐵水

1976年武鋼在引進硅鋼生產專利技術時，根據硅鋼質量的要求，從日本引進了KR鐵水脫硫裝置，1979年在武鋼二煉鋼廠建成投產。攪拌器為高鋁質耐火材料，壽命90～110次。經脫硫處理后，鐵水含硫量小于0.005％的罐次比例在98％以上，滿足了冶煉無取向硅鋼的要求，并為開發和生產低硫新鋼種提供了重要條件。a．鐵水條件和脫硫工藝參數

鐵水條件和脫硫工藝參數見表3-9。表3-9 KR法鐵水條件和脫硫工藝參數 項 目 條件參數 鐵水條件： 鐵水溫度 [S] 渣層厚度

每次處理重量 脫硫工藝參數： 處理時間

攪拌器旋轉速度 攪拌器浸入鐵水深度 處理后[S] 總工序時間 過程溫降 1300℃ ≤0.060％ <50mm 75～85t/罐

10～15min 90～120r/min 1300mm ≤0.005％

35～50（平均42）min 約45℃

2.1.4.3噴粉法脫硫

噴粉法亦稱噴射冶金或稱噴吹。用氮氣、氬氣、天然氣或壓縮空氣做載體把脫硫劑通過直接插入鐵水內的專用噴槍噴入鐵水深處進行脫硫，用吹入的氣體攪拌鐵水，使粉劑與鐵水充分接觸，在上浮過程中將硫去除。為了完成這一過程，要求從噴粉罐噴出的氣粉流均勻穩定、噴槍出口不發生堵塞、脫硫劑粉粒有足夠的速度進入鐵水、在反應過程中不發生噴濺，最終取得高的脫硫率，使處理后的鐵水含硫量能滿足低硫鋼生產的需要。此法設備簡單、操作靈活、易于控制、脫硫率高、幾乎不受容量限制，鐵水包或混鐵車均可采用，是應用最廣泛的一種脫硫方法。

1）噴粉脫硫的系統裝備與控制技術 噴粉法又分混合噴吹、復合噴吹、順序噴吹、雙通道噴吹和雙槍噴吹。

（1）混合噴吹 混合噴吹是最簡單的模式，它僅需要一個噴吹罐。這種模式要求來廠的脫硫劑事先完全混合好，若混合劑中含有鎂粒，需要采取特殊措施以避免物料偏析。通常混合脫硫劑中CaC2占5～15％，其余為金屬鎂粉或含金屬鎂20～25％的石灰粉。單一噴吹系統具有易于操作和維護、設備投資低等特點，而且噴粉速度的控制系統比較簡單。（2）復合噴吹 復合噴吹是采用兩套相互獨立控制的噴粉系統，兩種脫硫劑：鎂粉和石灰或鎂粉和電石粉分別經由兩條輸送管并在噴粉槍內匯合，通過一套噴粉槍向鐵水內噴吹。這種系統可使操作者更好的控制噴吹過程，進而更好的利用脫硫劑，在提高噴粉速度的同時不會造成噴槍堵塞。

（3）順序噴吹 順序噴吹是采用各自獨立控制的噴粉罐通過一條輸送管道向鐵水中噴入3種或更多種類的脫硫劑，這將方便用戶在更大的范圍內選擇脫硫工藝。設備配置與復合噴吹系統相同，但控制更復雜一些。這種模式在鐵水初始硫含量和溫度都很高時采用就會顯示出其經濟效益。例如，當處理周期的要求并不嚴格時，可采用鎂一石灰脫硫粉劑低速噴粉工藝；另一方面，如果對處理周期有較嚴格的規定，則可采用“預噴+二次噴粉”的方法噴吹比較便宜的石灰粉，以提高噴粉的速度。這一工藝方法特別適宜要求全量鐵水脫硫處理而且對處理后硫含量要求嚴格的煉鋼廠采用。

（4）雙槍噴吹 采用兩支獨立工作的噴槍，可以提高工廠的脫硫能力，與單噴粉槍工藝相比，該工藝多增加了一套噴粉系統。只要合理地設計兩支噴槍的間距，在提高噴粉強度的條件下不會造成金屬噴濺的增大。和多孔噴槍相比，兩支槍的間距大，氣泡在鐵水中上浮的角度明顯減小，可以形成兩個基本分離的混合反應區。此外，工廠生產組織也具有靈活性，一支槍損壞更換時，另一支槍可繼續工作。

（5）采用帶有蒸發器的噴吹金屬鎂粉噴槍 與普通噴鎂粉的浸沒式噴槍十分相似，但它卻采用一個專門用于噴吹金屬鎂粉的特殊噴槍，如圖3－12所示。這種工藝僅用于俄羅斯和烏克蘭。回顧歷史，俄羅斯采用這種方法有其特殊的背景。因此，相對于國際市場，俄羅斯由于富產鎂而價格低廉。這種特殊的地區優勢使俄羅斯可以較早地使用鎂脫硫，研究開發出帶鎂汽化室的噴槍，而對于西歐國家，金屬鎂是十分昂貴的。這種脫硫工藝在俄羅斯已經成功地應用了好多年，但由于汽化噴槍耐火材料造型復雜，致使成本相對較高。

圖3-12 噴吹金屬鎂粉的特殊噴槍

2）噴吹鎂用的載流氣體

在應用鎂粒進行噴吹脫硫的發展過程中，曾先后使用過空氣、氮氣、氬氣、天然氣作為載體流氣體。載流氣體特性和鎂投放區氣氛是影響鎂利用率的主要參數，有氧氣和氮氣存在時，它能與投放的鎂發生下列的反應：

1/2O2+Mg(g)([Mg])→MgO（3－43）1/3N2+Mg(g)([Mg])→1/3Mg3N2（3－44）

該反應在l 573K～17l3K的溫度范內可以反應，在943.15K反應異常迅速。試驗證明以壓縮空氣作為載體，在空氣/鎂粒＝0.1m3/Kg時，噴吹的Mg約有4％在汽化器內變為氧化物，約有16～20％的鎂可能結合成Mg3N2，使鎂的利用率降低。因此，氮氣對鎂而言不是惰性氣體，而且用氮氣作載氣噴槍易產生堵塞。使用對鎂顯中性的天然氣做為輸送鎂的載體，可以造成一系列提高鎂吸收的有利條件，天然氣主要含甲烷（CH4），在1000℃以上分解為H2和碳黑，其分解反應式為： {CH4}={H2}+C石墨（3－45）CH4的分解率為90％，熱力學計算結果為： 2{Mg }＋{ H2 }＝{MgH }（3－46）

K1650℃＝85.11×10－18

{Mg }＋2 C石墨＝MgC2（3－47）K1650℃＝14.45×10－4 從以上兩式可以看出其反應的K數很小，因此可以認為，天然氣對Mg為惰性氣體，以天然氣為載體，可提高Mg的利用率，降低脫硫劑的消耗量。用天然氣做載體，鐵水液面上的空間充滿氫氣，這一反應可降低爐渣的氧化性，而氧與Mg的親和力大于硫與Mg的親和力，因此，降低氧化性有利于脫硫，另一方面氫氣燃燒放熱，可以減少鐵水的溫度損失。用天然氣作載體時，鐵水含氫量為6×10－4％，能滿足煉鋼鐵水的要求。但是存在著降低鐵水溫度的副作用，而且應有防爆措施。用氬氣、氙可以解決氮氣和天然氣的缺點，但是氬氣成本高限制了使用。因此從提高鎂的利用率和成本兩方面綜合考慮，選擇合適的載氣種類。3）鎂的脫硫效率和消耗量

按化學當量計算，如果脫硫效率ηs為100％，1Kg Mg能脫S 1.32Kg。實際上由于鐵水中還有殘余的Mg，少量的Mg蒸汽逸出等原因，ηs達不到100％，在用大型鐵水包處理時，鐵水溫度1360℃，插槍深度2.3 m，鐵水初始[S]＝0.06％，脫至0.01％，Mg的ηs為63％。如果由0.02％脫至0.01％，Mg的ηs為31％，這個數值是用CaC2脫S的6倍。影響Mg效率，ηs最重要因素是插槍深度，在用小型鐵水包處理時，槍插入淺，Mg的ηs會大大降低，如槍插入深度由2.3降至1.3 m，Mg的ηs會降至10～15％。

目前采用Mg脫硫劑已經可以把鐵水中的S降至極低水平，當[S] 降至0.005％時每噸鐵水Mg的用量為300～500g/t鐵。2.2 鐵水預脫硅處理

鐵水預脫硅處理是指鐵水進入煉鋼爐前的降硅處理，它是分步精煉工藝發展的結果。它能改善煉鋼爐的技術經濟指標，降低煉鋼費用，也可以作為預脫磷、脫硫的前處理，可降低脫磷處理劑的消耗，進一步生產純凈鋼等各種優質鋼。

鐵水預脫硅處理開始較早，1897年Thiel等人用平爐進行了脫硅脫磷的預備精煉工業試驗，20世紀初進行了混鐵爐脫硅試驗，到20世紀40年代試驗了高爐出鐵時的脫硅。我國曾在20世紀50年代在鞍鋼實行過預備精煉爐脫硅和高爐鐵水溝脫硅，這些都對改善當時的平爐煉鋼的冶煉技術經濟指標和提高生產率起了良好的作用。到了20世紀90年代，基于對優質鋼的需求，同時由于需要節省資源和能量、減少渣量等，日本發展了以脫硅脫磷為目的的鐵水預處理，此后發展成兩類預脫硅工藝：一類是作為鐵水同時脫磷脫硫的前工序以提高脫磷脫硫的效率。處理后的鐵水進入轉爐，只需完成脫碳和提高溫度，渣量減少至100kg／t以下，只起保護渣層的作用，主要用于生產高純凈鋼種。另一類是作為降低轉爐渣量的措施。1985年前后日本各大廠曾廣泛采用預脫硅技術，主要在高爐爐前進行。后來，由于高爐冶煉低硅鐵水技術的發展，這類預脫硅已較少，不過仍作為脫磷脫硫的前工序在高爐爐前脫硅。總的說來，作為分步精煉的第一步，鐵水預脫硅已成為冶煉優質鋼種、改善預處理脫磷脫硫和轉爐冶煉技術的重要工序。

在普通的氧氣轉爐煉鋼工藝中，因鐵水中的[Si]很容易被氧氣或氧化鐵渣除去，脫硅本身幾乎不需要消耗任何熔劑。但由于鐵水硅含量高，將產生大量的Si02，與此相應，必須用大量的熔劑來獲得足夠高的堿度，以滿足有效脫磷、脫硫的需要。于是，開發了鐵水脫硅的方法和少渣煉鋼工藝，采用的結果是使熔劑(主要是石灰)和渣量大幅度降低，轉爐煉鋼工藝也進一步穩定。另一方面，雖然轉爐本身已經取得了明顯的技術進步，但僅僅靠轉爐來滿足高質量和低成本的要求顯然是不可能的，這就要求將轉爐的功能加以分散，將其某些功能(如脫磷、脫硫)轉移到轉爐以外。例如，鐵水預處理工藝、爐外精煉工藝。這也是當前鐵水預脫硅處理工藝得以發展的一個重要原因。2.2.1鐵水預脫硅處理的意義

鐵水預脫硅處理的目的是減少轉爐渣量并為鐵水預脫磷創造條件。鐵水中的硅是發熱元素，轉爐煉鋼為了脫磷造高堿度渣需SiO2作化渣劑，但是研究表明，為了化渣和保證出鋼溫度有0.3％的硅就足夠了，多余的硅含量則是有害的，并惡化了技術經濟指標。

(1)減少脫磷劑用量，提高脫磷脫硫效率。在氧化脫磷時，由于SiO2比P205更穩定，Si比P優先氧化，因此在鐵水硅含量較高(含Si 0.30％～0.80％)對鐵水進行爐外預脫磷處理時，加入的含氧化劑的脫磷劑大部分要被硅氧化消耗，而使脫磷反應滯后，脫磷劑用量增加，同時產生大量的SiO2降低了熔渣的堿度使脫磷無法進行。因此，在脫磷之前，首先要進行鐵水脫硅處理。圖2－1為鐵水含硅量對脫磷的影響。

(2)減少轉爐石灰用量，在鐵水含P 0.11％和含S 0.025％的條件下，鐵水中硅從0.6％下降到0.15％時，煉鋼石灰消耗量可以從42kg/t減少到18kg／t，渣量從110kg／t減少到42kg/t，而且吹煉平穩沒有噴濺，金屬收得率提高0.5％～0.7％。

鐵水預脫硅處理可使鐵水含硅量由0.6％以上脫除到0.2％以下，如新日鐵在120t轉爐上采用低硅（0.2 ％）鐵水煉鋼，每噸鋼的石灰消耗由40～50Kg下降到15～20Kg，耐火材料消耗比原來高硅鐵水（0.5 ％～0.6％）減少30 ％～40％，渣量減少10～12kg／t，余Mn增加，金屬收得率增加0.8 ％，鐵水硅含量每降 0.1％，降低氧氣消耗0.86m /t，石灰消耗8～9Kg/t，金屬收得率提高2.4Kg/t。

通常認為鐵水中的硅是轉爐煉鋼的熱源和成渣元素，這種觀點應重新認識，因為鐵水中的硅高是不經濟的。由于每噸鐵水增加1Kg Si（0.1％）要使高爐增加能耗209200 KJ/t鐵，而轉爐每1Kg Si的發熱量僅28314 KJ/t，扣除熔渣損失，有效發熱量僅6276 KJ/t，能量利用僅3％，它只能熔化4 Kg廢鋼。1Kg Si要增加 ×3.5×1000＝8.73 Kg石灰（R＝3.5）消耗，吸熱量4345 KJ/ Kg×8.73＝12527.55 KJ/ Kg。從轉爐熱平衡計算可知，硅氧化鐵并非必需。加拿大Dofasco鋼廠統計，鐵水每降Si 0.1％，將增加轉爐金屬收得率0.2 ％，延長爐襯壽命110爐，節約渣料石灰6.3Kg/t鐵和白云石2.85Kg/t鐵，而高爐增產3.1％，降焦比6.5Kg/t，可見經濟效益顯著。

(3)對于含釩和含鈮等特殊鐵水，預脫硅可為富集 V205和Nb2O5等創造條件。2.2.2鐵水預脫硅處理原理

2.2.2.1脫硅劑

鐵水預脫硅處理使用的脫硅劑以提供氧源的氧化劑材料為主劑，以調整爐渣堿度和改善流動性的熔劑為副劑。氧化劑有固體氧化劑和氣體氧化劑兩種，固體氧化劑主要是鐵氧化物（如連鑄和軋鋼的氧化鐵皮（鐵鱗）、精礦粉、燒結礦粉、氧化鐵煙塵等）或錳礦粉；氣體氧化劑主要是氧氣。單純使用固體氧化劑脫硅產生的熔渣粘度大、流動性差，隨著硅的降低，產生脫碳反應又形成泡沫渣。因此，脫硅劑中還應配加熔劑，主要用石灰、轉爐渣和少量螢石，它們起著固化硅、磷等氧化物作用，形成穩定的硅酸鹽，同時降低渣熔點，使爐渣堿度為0.9～1.2。脫硅劑中添加熔劑（石灰、石灰石、螢石等）有利于提高氧效率，降低渣中氧化鐵和氧化錳的含量。當堿度CaO/SiO2為0.8～1.0時，氧效率可提高到60％～70％（[Si] >0.40％），渣中氧化鐵小于7％～10％，氧化錳15％左右，其原因是堿度提高，渣中FeO、MnO的活度系數增加，SiO2的活度系數降低。因此作為CaO來源的生石灰、轉爐渣、預處理脫磷渣等都可作為脫硅劑中的熔劑添加劑。如日本福山廠脫硅劑組成：鐵皮0～100％、石灰0～20％、螢石0～10％；日本川崎水島的脫硅劑為：燒結礦粉75％、石灰25％。脫硅生成的渣必須扒除，否則影響下—步脫磷反應的進行。

2.2.2.2硅在鐵水中的優先氧化

為了優先脫硅，盡可能避免Mn和C的氧化，可以比較這三種元素氧化反應的標準自由能變化來判斷。（1）固體氧化劑脫硅：

[Si]+2 FeO（S）=(SiO2)+ 2[ Fe]（2－1）△G01=-81500+28.53T lgK1=-6.236 [Mn]+ FeO（S）=(MnO)(S)+ [ Fe]（2－2）△G02=-34520+14.8T lgK2 =-3.24 [C]+ FeO（S）=CO(g)+ [ Fe]（2－3）△G03=25950-23.03T lgK3=-+5.03（2）吹氧脫硅：

[Si]+ O2(g)=(SiO2)（2－4）△G04=-197690+54.46T lgK4=-11.90 [Mn]+ O(g)=(MnO)(S)（2－5）△G05=-86290+25.44T lgK5 =-5.56

[C]+ O(g)=CO(g)（2－6）△G06=-36440-8.09T lgK6=-1.77 按等溫方程式△G＝△G0＋RT LnK,在通常高爐鐵水（C≥4.0 ％，Si＝（0.4～0.7）％，Mn＝（0.4～0.6）％），在1300～1400℃范圍內，可以算出：

ΔG1<Δ G2<Δ G3< 0 ΔG4 <ΔG5 <ΔG6 <0

這說明加入固體氧化劑或深吹氧氣，鐵水中的硅都比錳和碳要優先氧化，說明鐵水預脫硅處理是可行的。

2.2.2.3脫硅的基本反應

脫硅的基本反應式如下：

[Si]＋O2(g)＝SiO2(S)（2－7）

[Si]+2/3Fe2O3(S)=SiO2(S)+4/3Fe（2－8）[Si]＋1/2Fe3O4=SiO2(S)+3/2Fe（2－9）

[Si]+2(FeO)＝SiO2(S)+2Fe(1)（2－10）

上述諸反應標準自由能變化△G0i與溫度T的關系以及T＝1673K時△G0i值見表2—1。表2－1脫硅反應的△G0i（1673K）

△G = a＋bT,J/mol △G（1673K），J/mol △G =-821780+221.16T-451779 △G =-287800+60.38T-186784 △G =-275860+156.49T-14052 △G =-356020+130.47T-137744

從表2—1的數據可以看出，在標準狀態下，氣體脫硅劑與固體脫硅劑相比用前者脫硅反應更易進行。因為脫硅反應產物中有SiO2，所以在固體脫硅劑中加入一定量的CaO等堿性氧化物，可降低渣中αSiO2值，從而有利于促進脫硅反應的進行。

盡管脫硅反應均為放熱反應，但從生產實踐和熱平衡計算可知，用氣體脫硅劑能使熔池溫度升高；用固體脫硅劑時，因其熔化過程吸熱，綜合效果使熔池溫度下降。井上等在100t鐵水包中進行了用淹沒噴槍吹氧脫硅和表面加Fe2O3吹氮氣攪拌脫硅試驗，結果表明使熔池溫度下降50℃（即－12.5℃/0.1％Si）。所以，通過調節氧與固體脫硅劑的比例，可以實現脫硅時鐵水溫度的調節。2.2.2.4脫硅渣性質

由于脫硅渣需要不斷地排出，因此必須保持爐渣的流動性良好。脫硅渣的流動性可用堿度來調整。如果堿度R控制在0.5～1.2范圍，渣就具有較好的流動性，此時不—定必須向渣中加入螢石。中村等在鐵磷中加入一部分轉爐風化渣(粒度＜3mm)，使脫硅渣堿度CaO／SiO2≈0．5時，改善了渣的流動性同時促進了脫硅反應。2.2.3鐵水預脫硅處理方法

目前鐵水爐外預脫硅方法按處理場所不同，可分為在高爐出鐵過程中向爐前鐵水溝加固體氧化劑連續脫硅法，向鐵水罐或混鐵車內噴射脫硅劑脫硅和吹氧法脫硅。高爐出鐵場是主要爐外脫硅場所，一般后兩種方法只是作為在出鐵場脫硅達不到目標的補充手段。

按加入脫硅劑方法不同，有自然投入法、噴槍在鐵水面上的液面噴吹法和噴槍插入鐵水內的噴吹法等。

按攪拌方法不同，有吹氣攪拌、鐵水落下流攪拌、噴吹的氣粉流攪拌和葉輪攪拌。從改善處理劑與鐵水的反應動力學條件看，以后兩種較好，但需有相應的設備，鐵水落下流攪拌最簡單，吹氣攪拌次之。

各種脫硅方式的選擇主要根據鐵水含硅量、要求處理后的含硅量和已有的設備場地限制等條件來確定。當鐵水含硅量>0.45％(質量分數)時，以高爐前鐵水溝脫硅為宜，應設置高爐爐前脫硅；當鐵水含硅量<0.45％時,以鐵水罐噴吹脫硅為宜。噴吹脫硅過程中,需頂吹部分氧作為氣體氧化劑，以防止鐵水降溫。一般操作中控制氣氧與固氧的比例,使得噴吹脫硅過程中少降溫或不降溫。若鐵水需預處理脫磷脫硫，需先在鐵水罐中脫硅，將含硅量降至0.10％～0.15％以下。

2.2.3.1高爐出鐵場的鐵水溝內連續脫硅法

向高爐出鐵場的鐵水溝內加入脫硅劑的方式有：

（1）自然投入法 向表面投入熔劑，在鐵溝內將脫硅劑投入流動的鐵水流表面，利用鐵水流入鐵水包或混鐵車時鐵水的落差進行沖擊攪拌，使脫硅劑與鐵水混合產生脫硅反應。這是早期使用的方法。脫硅效率一般為50％左右。

1－主料倉；2－輔料倉；3－混料倉；4－定量給料機 5－擺動溜嘴；6－320t魚雷罐車 圖2-8 脫硅劑自然落入擺動溜嘴

1－料倉；2－脫硅劑；3－主鐵溝；4－高爐渣； 5－脫硅渣；6－渣罐；7－鐵水；8－魚雷罐車

圖2-9 脫硅劑自然落入鐵溝

有的脫硅劑以皮帶機或溜槽自然落下加入鐵水溝，隨鐵水流入鐵水罐進行反應。如圖2-8所示。有的鐵水溝有落差，脫硅劑高點加入，過落差點后一段距離設置撇渣器，將脫硅渣分離，如圖2-9所示。落差脫硅在硅含量降低的同時錳含量也相應下降。

（2）氣體攪拌法 在自然投入法的基礎上，向鐵水表面吹壓縮空氣加強攪拌，使脫硅反應進行。該法較自然投入法的熔劑利用率高。

（3）液面噴吹法 用載氣將脫硅劑從噴粉罐噴出，經噴槍口靠氣體射流作用將粉劑射入鐵水溝內的鐵水表面。它不同于一般噴吹法，噴槍不是插入鐵水內部，而是在距鐵水表面一定距離處以高速氣粉流向鐵水噴吹。有的投射點在鐵水溝，該處改造為較寬較深的反應室，如圖2-10所示；有的投射點在擺動溜嘴處，如圖2-11所示。粉料粒度小于1.0mm，貯倉為30m3一個，40m3兩個，最大給料速度為365kg/min。此法經二次鐵流沖擊混合，脫硅率可達70～80％。

圖2-10 投射法布置在鐵溝脫硅及反應室結構 1－軋鋼皮，空氣；2－噴槍； 3－高爐鐵溝；4－鐵水罐

圖2-11 投射法布置在擺動溜嘴處脫硅

1－主料倉（燒結塵）；2－輔料倉（CaCO3）；3－稱量罐；4－螺旋給料器； 5－螺旋混料器；6－混料倉；7－輸送罐；8－噴粉罐；9－旋轉給料器； 10－噴槍；11－主溝；12－擺動溜嘴；13－250t魚雷罐車

圖2－12 鐵溝內噴吹脫硅

1－料倉；2－給料機；3－皮帶機；4－料倉；5－定量給料器；

6－輸送裝置；7－載氣；8－噴槍；9－主溝；10－擺動溜嘴；11－鐵水罐

(4)鐵水內噴吹法 通過插入鐵水內的耐火材料噴槍利用載氣向鐵水內噴吹熔劑。噴槍附近的鐵水溝改為圓形反應坑，噴槍有橫吹4孔，位于反應坑的中心，如圖2-12所示。向高爐鐵水溝內加氧化鐵皮脫硅劑，這種方法簡單。加入量：15～25Kg/t（Si降0.4％）,脫硅效率ηSi=80～90％，ηSi較高。其重點是控制好爐渣的堿度R，研究表明把R（CaO/SiO2）調整到1.5～2.0就可以減少脫Si過程中Mn的損失，可使原始Mn含量的75％保留下來。據報道0.6％的Si脫至0.4％時，溫降50℃，即試驗表明通過出鐵溝加氧化鐵皮，可使原始Si>1.2％降至0.5％±，溫降14℃，而鐵水產量增加1.1％。

2.2.3.2向鐵水罐或混鐵車內噴射脫硅劑脫硅法

將耐火材料噴槍插入鐵水罐或混鐵車內的鐵水深處,用氮氣做載體將細碎氧化鐵皮（脫硅劑粒度為－40～－100目）或燒結礦粉等脫硅劑噴入鐵水內。處理時鐵水溫度為1320℃左右，另加氧槍面吹(距鐵水面200mm左右)，防止溫度下降。當氣氧／固氧在0.3～0.5范圍時，平均脫硅量達0.59％，處理后鐵水溫度基本不變，其氣體氧用量(標態)相當于1.4～2.0m3／t。若上述比值増至0.6～1.0，平均脫硅量0.48％，則處理后平均升溫50oC左右。這種脫硅法的優點是脫硅反應氧的利用率高，工作條件較好，處理后鐵水硅含量穩定，而高爐出鐵溝脫硅不占用時間；缺點是脫硅處理要占用更多時間。噴入量：鐵水罐32Kg/t, 混鐵車15～25Kg/t（降硅25％）,脫硅率分別為60～80％和40～60％。這種工藝僅在需一部分脫硅或高爐出鐵場無法放置脫硅設置時才采用，一般用于鐵水罐或混鐵車的補充脫硅。2.2.3.3向鐵水罐或混鐵車內吹氧脫硅

將純氧用一種浸入鐵水深處的用氮氣冷卻的耐火材料噴槍吹入（頂吹）鐵水罐或混鐵車內鐵水中，深吹氧可減少Mn的損失，并有可能把Mn控制到類似于堿性渣操作時所達到的情況。在鐵水罐中深吹氧會使鐵水溫度劇烈上升，因而常常在處理中配合采用，以便使鐵水在用于轉爐之前就釋放熱量。

脫硅處理的合適地點，通常是選在高爐的出鐵溝。八十年代初期，由于高爐出鐵水的含硅量較高([Si]＞0.50％)，加之高爐出鐵過程的[Si]是波動的，要穩定地將鐵水[Si]脫至要求的低水平(如[Si]＜0.15％)是比較困難的，為此發展了象鐵水包/混鐵車內脫硅處理工藝。在特殊要求情況下(深脫硅)，還將此作為高爐出鐵溝脫硅的補充工藝。但是，近年來隨著高爐煉鐵技術的發展，低硅([Si]＜0.30％)出鐵技術日臻成熟并廣泛應用，鐵水經高爐出鐵溝脫硅處理后已經能夠穩定地控制[Si]＜0.15％。噴射脫硅劑是目前脫硅處理首選的方式，已在工業生產中得到廣泛應用。對鐵水脫硅機理的研究表明，金屬熔池中[Si]的擴散是硅氧化反應速度的限制性環節，為了得到較高的脫硅氧效率，必須強化攪拌，增加反應界面積，采用噴射熔劑法最為有利。2.2.4鐵水爐外預脫硅工藝 2.2.4.1合適的鐵水含硅量

鐵水[Sil對后續煉鋼工藝有著有利和不利兩方面的影響，有必要從工藝和技術經濟指標角度探討鐵水—鋼水間鐵水最佳含硅量。一般而言，鐵水含硅量應根據不同的冶煉工藝和不同的技術經濟條件而定。

根據不同的冶煉工藝和技術經濟條件，大致可分為需要脫磷脫硫預處理的鐵水和直接供給轉爐煉鋼的鐵水兩種情況。對需要進一步預處理脫磷脫硫的鐵水，其硅含量按使用脫磷脫硫預處理劑的不同分為兩種：如果使用蘇打系處理劑脫磷脫硫時，為了形成低熔點渣，不需要使用促進化渣的硅，而希望進行徹底脫硅，要求脫硅后鐵水[Sil＜0.10％；如果使用石灰系處理劑脫磷脫硫時，為了促進生石灰化渣，脫硅后最佳鐵水[Si]＝0.10％～0.15％，因為高于此值時，處理劑首先用于脫硅而不能脫磷，不利于提高脫磷渣堿度(脫磷渣堿度CaO/Si02：3.5~6.0)和脫磷劑利用率。表2-4 鐵水合適的含硅量 鋼液出鋼溫度 鐵水合適含硅量 [Si%] 鋼液含磷量 [P％]

高溫出鋼鋼水

（1700℃±10±）0.40 0.110 低溫出鋼鋼水

（1600℃±10℃）0.20 0.110 對直接供給轉爐煉鋼的鐵水，日本野見山寬等人分析了不同鋼種(高溫或低溫出鋼)，以鐵水[Si]＝0.50％為基準，對比分折了加入鐵礦石、爐渣堿度要求、渣中TFe量和鐵收得率、錳鐵合金費用、渣量和噴濺損失等多因素的影響，得出以下結論：鐵水不進行預脫磷脫硫直接進行轉爐吹煉，鐵水最佳含硅量見表2-4。低溫(1610℃±10℃)出鋼要求的鐵水含硅量以0.20％時成本最低，大于或小于0.20％時都引起成本升高；高溫(1700℃±10℃)出鋼要求的鐵水含硅量小于0.40％，高于0.40％時則引起成本上升。如圖2-17和圖2-18所示。

圖2－17 低溫出鋼的最佳鐵水含硅量

圖2－18 高溫出鋼的最佳鐵水含硅量

2.3鐵水預脫磷處理

2.3.1鐵水預脫磷處理的產生與發展

除易切削鋼和炮彈鋼外，磷也是絕大多數鋼種的有害元素，它顯著降低鋼的低溫沖擊韌性，增加鋼的強度和硬度，這種現象稱為冷脆性。磷在鋼中的偏析比較嚴重，容易使鋼板的局部組織異常，造成機械性能不均勻。因此隨著工業和科學技術的發展，對鋼中的磷含量要求日益嚴格。例如，對于低溫用鋼、海洋用鋼、抗氫致裂紋鋼（天然氣和石油輸送管線及石油精煉設備等）除了要求極低硫外，也要求含磷量小于0.01％甚至0.005％。此外，為降低氧氣轉爐煉鋼成本和實現少渣冶煉，也要求鐵水[P]≤0.015％，因此必須進行鐵水預脫磷處理。鐵水預脫磷處理是鐵水進入煉鋼爐前預處理的新工藝，是煉鋼分步精煉工藝的新發展，是適應對低磷鋼種的需求、改進煉鋼工藝技術和利用含磷較高的鐵礦資源而得到發展的。鐵水中磷的去除是隨著煉鋼工藝和設備的發展變化而變化的。在1897年，英國Thiel等用一座平爐進行過鐵水預脫硅脫磷工業試驗，再用此鐵水煉鋼提高了煉鋼生產效率。鞍鋼在建國初期也采用過此種工藝。1879年，歐洲用托馬斯轉爐去磷，冶煉高磷(1.8％～2.2％)鐵水。后來的堿性平爐和氧氣轉爐都有較強的去磷能力，對于一般含磷(0.04％~0.1％)鐵水冶煉普通鋼種都能滿足去磷要求，所以鐵水預脫磷處理的研究趨于停滯。到了20世紀80年代，由于石油危機沖擊的影響，需要發展節能、降低原材料消耗、減少廢棄物的新工藝。煉鋼在實現鐵水預脫硫處理后，進一步研究了預脫磷處理問題，同時也是適應低磷鋼和純凈鋼種的需求。1982年3月，住友鹿島廠實現了堿精煉工藝(SARP)，同年9月新日鐵君津廠最佳精煉工藝(ORP)運行，11月神戶廠專用爐脫磷投入使用；1984～1985年，川崎的千葉廠和水島廠鐵水預處理站先后投產，并于1988年擴建為鐵水全處理；1986年11月，日本鋼管京濱廠脫磷站投產；1990年，住友各廠實現了雙爐串聯簡單精煉工藝；1993年4月，韓國浦項公司建成脫磷站；1998年，日本鋼管福山廠也采用雙爐串聯工藝處理100％鐵水，歐洲的意大利塔蘭托廠和荷蘭霍戈文廠有脫磷試驗的報道。

我國太鋼二煉鋼于1988年建成鐵水三脫預處理站，但脫硅脫磷處理較少；寶鋼1990年末在一煉鋼預脫硫站部分改為三脫預處理，由于工藝不完善沒有正常運行，寶鋼二煉鋼在1998年3月三脫預處理站投入運行；1994年5月，中國臺灣中鋼鐵水三脫預處理站投產。這種發展變化是適應提高鋼的質量降低冶煉工藝成本和減少廢棄物的環保需要的。是否要大力發展爐外鐵水脫磷，最初爭論很大，爭論的焦點是如何解決煉鋼過程的熱量問題，因為鐵水預脫磷需要預脫硅，處理過程溫降比較大，爐外預脫磷之后的鐵水不論物理熱和化學熱都已經比較貧乏，使煉鋼熱量富余度減少。氣氧的采用、各種熱補償技術的開發成功以及鐵水預處理技術的進一步走向成熟，使這種爭論趨向緩和。轉爐采用低磷鐵水冶煉的優點：

轉爐采用低磷鐵水冶煉可以從大渣量操作改為少渣操作，造渣的作用主要是為了覆蓋鋼液，抑制金屬蒸發，減少鋼液散熱和吸氣，于是產生了許多經濟效益：

①總的渣料消耗降低。日本6個鋼廠的統計指出，石灰由25～30Kg/t減至15～20Kg/t，白云石由12～16Kg/t減至4～8 Kg/t。

②轉爐生產率和終點命中率提高。據新日鐵君津廠的報道，命中率上升到99.5％，特別是因脫碳與脫磷矛盾的解除，無需較高的（FeO）。這就為冶煉高碳鋼時提高拉碳命中率提供了保證。

③鐵損減少，君津廠的結果由15.1 Kg/t減少為2.8 Kg/t。

④由于渣量少，（FeO）低，可用在出鋼前提高堿度至7－8的辦法控制下渣量（由6～10 Kg/t降至3 Kg/t以下）。

⑤用加錳礦取代錳鐵，用少渣操作可增Mn至1.5％。2.3.2脫磷劑

用于鐵水爐外預脫磷采用的脫磷劑主要由氧化劑、造渣劑和助熔劑組成，其作用在于供氧將鐵水中磷氧化成P205，使之與造渣劑結合成磷酸鹽留在脫磷渣中。目前工業上應用的脫磷劑主要有蘇打系脫磷劑和石灰系脫磷劑兩類，它們必須附加以氧化劑（氣體氧和固體氧化劑）和助熔劑。

2.3.2.1蘇打(Na2CO3)系脫磷劑

蘇打系脫磷劑以Na2CO3為主，氧化鐵水中的磷使之生成磷酸鈉進入爐渣將磷脫除。在不另加氧化劑時，蘇打可直接供氧和造渣，其反應如下：

Na2CO3十4[P]＝5(Na2O)十2(P205)十5C(4－1)3(Na2O)+(P2O5)＝(3Na20?P205)(4－2)蘇打脫磷有如下特點：脫磷初期，硅、鈦先于磷被氧化，不吹氧時，鐵水磷降至0.02％以下時釩才被脫除，脫磷時錳不氧化，因此，脫磷初期大約只有10％的蘇打用于脫磷和氣化；雖然蘇打能有較高的脫磷、脫硫能力，從脫磷渣和爐塵中能回收大約70％的蘇打，但是由于鐵水溫降大、包襯侵蝕嚴重、蘇打價格貴、利用率低、處理成本高，所以目前已較少單獨采用蘇打脫磷，如鹿島廠已改用專用爐預脫磷。2.3.2.2石灰(GaO)系脫磷劑

石灰系脫磷劑以CaO為主，配加氧化劑和助熔劑。目前，已獲得工業應用的氧化劑有軋鋼鐵皮、連鑄鐵皮、鐵礦石、燒結返礦、錳礦石等固體氧化劑和氧氣；添加助熔劑以改善脫磷渣性能，助熔劑多采用螢石，有的配加少量氯化鈣、蘇打等。脫磷時利用氧化鐵或氧氣將鐵水中的磷氧化成P205，再與石灰中的CaO結合生成磷酸鈣留在渣中。石灰系脫磷劑來源廣，價格便宜，脫磷能力比蘇打系稍差，以石灰為主的復合脫磷劑的脫磷能力不亞于蘇打系脫磷劑。研究表明，用單一的石灰對鐵水不能脫磷，脫硫率也不高，若配以氧化劑或吹氧氣和助熔劑，則可達到很高的脫磷率，同時也有一定的脫硫率。

初期，石灰基脫磷劑的開發主要由氧化鐵、石灰、螢石等組成，磨成細粉用載氣噴入。為了節約脫磷劑磨制費用和成本，有部分原料以塊狀從頂部加入，同時使用了多種氧化鐵，如燒結除塵粉等，這種粉料比磨制軋鋼鐵皮大大節省了磨制費用。后來，采用了專用轉爐做預處理爐，利用了原來的加料系統，脫磷劑可利用頂部料倉加入，由于反應空間大，攪拌力強，加入的塊狀料也能迅速熔化，使脫磷反應迅速完成，復吹轉爐約10min左右，底吹轉爐只需2min。加螢石等助熔劑是為了提高脫磷渣的流動性和反應能力。

2.3.3鐵水爐外脫磷基本原理

鐵水爐外預脫磷與爐內脫磷原理相同，即低溫、高堿度、高氧化性爐渣和大渣量條件下有利于脫磷。與鋼水相比，鐵水溫度低，這是爐外脫磷的有利條件，此時向鐵水內加入具有一定堿度和氧化能力的脫磷劑，可把鐵水中的磷降低到較低的水平。對于碳飽和鐵水的脫磷，從熱力學條件分析，一方面低溫有利于脫磷反應而不利于脫碳反應，另一方面鐵液中有大量的碳存在，由于碳磷在鐵水中的相互作用，使磷的活度提高，更增加了脫磷傾向，這表明碳飽和鐵水的脫磷不但是可能的，而且脫磷條件比鋼水脫磷更優越。在氧化脫磷時，鐵水中的磷被氧化成P2O5而除去，但是P2O5的熔點550℃，沸點為605℃，因此在鐵水溫度下P2O5是氣體。鐵水中除P外還會有Si、Mn、C和占90％以上的Fe元素存在，吹氧時這些元素也會發生氧化，優先氧化的是Si、Mn、C、Fe，這時實際上磷不發生氧化，因此鐵水中的磷不能直接氧化成P2O5氣體而除去。為了在鐵水的氧化過程中能順利地進行脫磷，必須加入與P2O5結合能力很強地堿性氧化物，使之生成穩定的磷酸鹽才能有效的進行脫磷。因此，脫磷時首先將磷氧化成P2O5，然后與強堿性氧化物結合成穩定的磷酸鹽。堿性氧化物脫磷

鐵水脫磷使用比較多的是CaO、Na2O，其脫磷反應：

6/5CaO(S)+4/5[P]+O2(g)=2/5 3CaO.P2O5(S)(4－3)8/5CaO(S)+4/5[P]+O2(g)=2/5 4CaO.P2O5(S)(4－4)6/5Na2O(S)+4/5[P]+O2(g)=2/5 3Na2O.P2O5(S)(4－5)加入石灰的同時加入氧化劑

2[P]+5（FeO）+3(CaO)=3 CaO?P2O5+5[Fe](4－6)2[P]+5（FeO）+4(CaO)=4 CaO?P2O5+5[Fe](4－7)脫磷產物是3CaO?P2O5還是4CaO?P2O5有不同的看法。一般認為在CaO過飽和的情況下生成4CaO?P2O5，而一般情況下生成3CaO?P2O5。Na2CO3脫磷反應

Na2CO3+4/5[P]=(Na2O)+2/5P2O5+[C](4－10)3(Na2O)+(P2O5)=(3Na2O?P2O5)(4－11)無論采用Na2O還是CaO脫磷，Si總是比磷優先氧化，因此脫磷處理之前必須先脫Si處理，這樣可以減少Na2CO3消耗，因為

Na2CO3+4/5[Si]=(Na2O)+(SiO2)+[C](4－12)生成3Na2O?P2O5的ΔG°比生成的3CaO?P2O5的ΔG°小很多，證明Na2O的脫磷能力比CaO大很大。

根據試驗，用蘇打脫磷，磷的分配比（P2O5）/[P]最大值可達1600～1800，而CaO系熔渣脫磷，磷的分配比（P2O5）/[P]最大值只有300～500。另外，反應的平衡常數K：CaO脫磷的K=4.15×1013，Na2O脫磷的K=2.06×1019。

實際上Na2O在高溫高碳鐵水條件下Na的汽化損失很大，因此實際脫磷能力比理論計算小很多。

無論脫硫脫磷均為鋼、渣界面反應，為了促進反應，應加強攪拌，增加反應的動力學條件。4.4鐵水預脫磷處理的方法及效果

鐵水預脫磷處理方法按處理設備可分為爐外法和爐內法。爐外法設備有鐵水包和魚雷罐，爐內法設備有專用轉爐和頂吹轉爐；按加料方式和攪拌方式可分為噴吹法、頂加熔劑機械攪拌法(KR)以及頂加熔劑吹氮攪拌法等，目前采用噴吹法的比較多。現將其主要特點和發展變化分述如下。2.3.4.1噴吹法

噴吹法是用載氣將脫磷劑噴吹到混鐵車或鐵水包內，與鐵水產生脫磷反應。采用鐵水包處理鐵水具有較好的動力學條件，而且排渣容易，為了防止噴濺，鐵水包可加防濺罩。1）鐵水包噴吹法

表4-1 鐵水脫磷裝置的規格 生產能力 135t/罐×2罐 150000t/月 噴吹熔劑的設備 貯存罐 138m3×1 提升罐 2.6m3×1 噴吹罐 3.7m3×2（給料速度100㎏/min）頂加熔劑的設備 貯料倉 25m3×2 30 m3×1 稱量倉 1.25 m3×4 1.5 m3×2 頂吹氧槍的裝置 2500 m3/h（標態）

20世紀80年代初，采用原有脫硫設備進行鐵水脫磷工業試驗，1985年7月，日本鋼管福山制鐵所投入生產。它包括高爐出鐵場頂噴脫硅和鐵水包噴吹脫磷，脫磷裝置規格如表4-1和圖4-1所示。

圖4-1 鐵水包脫磷裝置系統圖

1－貯料倉；2－提升罐；3－噴吹罐；4－CaO；5－CaF2；6－軋鋼皮；7－斗式提升機； 8－運輸機；9－集塵罩；10－襯；11－N2槍；12－O2槍；13－鐵水罐

根據上述流程，高爐鐵水含硅量為0.25％，采用投射法(TIM)可確保處理后小于0.15％含硅量的比例大于90％。脫磷處理有如下優點：鐵水罐混合容易，排渣性好；氧源供給可上部加軋鋼鐵皮，并配以生石灰、螢石等熔劑，在強攪拌下加速脫磷反應；氣體氧可以調節控制鐵水溫度；處理量與轉爐匹配，使轉爐可冶煉低磷(≤0.010％)鋼種，減少造渣熔劑，并用錳礦石取代錳鐵冶煉高錳鋼取得經濟效益。

2）魚雷罐噴吹法 在日本的大鋼鐵廠，魚雷罐普遍作為鐵水的運輸工具，因而各大公司大部分實現了工業規模的魚雷罐鐵水預脫磷處理。經過幾年的生產實踐發現，以魚雷罐作為鐵水預脫磷設備存在如下問題：魚雷罐中存在死區，反應動力學條件不好，在相同粉劑消耗下，需要載氣量大，且效果不如鐵水罐；噴吹過程中罐體振動比較嚴重，改用傾斜噴槍或T形、十字形出口噴槍后有好轉；用做脫磷設備后，由于渣量過大，罐口結渣鐵嚴重，其盛鐵容積明顯降低；每次倒渣都需倒出相當多的殘留鐵水，否則倒不凈罐內熔渣，影響盛鐵量和下次處理效果；用蘇打做脫磷劑罐襯侵蝕嚴重，尚無經濟適用的方案予以解決。因此，使用這種脫磷容器的廠逐漸減少。

2.3.4.2典型的鐵水脫磷工藝方法

鐵水預脫磷按原料可分為氧化脫磷和還原脫磷，二者中哪個占主導地位由渣鐵界面的氧勢決定，氧勢高時以氧化脫磷為主，反之以還原脫磷為主。目前，鋼廠用的普通鐵水主要采用氧化脫磷工藝。一些國家曾試驗研究過用還原脫磷工藝，但由于存在諸多問題而未轉化為工業生產。20世紀80年代以后采用氧化脫磷工藝后，已取得較好研究成果，但至今仍處于研究開發階段。脫磷工藝方法根據脫磷劑不同有專用轉爐法、SARP法、ORP法和NRP法。1）專用轉爐脫磷法

專用轉爐脫磷處理是在煉鋼車間專門用一座預處理爐進行鐵水脫磷。它有兩種形式：一種是專門建造的一座可傾翻扒渣、容量較大并配有防濺密封罩、噴粉處理的鐵水包，如日本鋼管福山廠、寶鋼二煉鋼和太鋼二煉鋼就是如此。另一種是將煉鋼車間的轉爐稍加改造后專用于鐵水脫磷，目前不少廠已經采用此法，較早采用此法進行工業生產的是神戶制鋼的H爐（Hot Metal Refining Furnace）法，1983年10月投入使用，如圖4-2所示。即將脫硅鐵水在專門用于脫磷的爐內處理。

圖4-2 鐵水處理爐

操作方式是頂吹氧氣，同時用氮氣做載氣噴吹石灰系脫磷劑，并用少量蘇打分期脫硫，脫磷后鐵水移至轉爐內煉鋼。該法的特點是在同一工序內分別脫磷、脫硫，即先用石灰系粉劑脫磷，然后用蘇打灰脫硫，所以該工藝稱為專用爐（H爐)氧一石灰噴吹脫磷脫硫工藝，即OLIPS(Oxygen Lime Injection Dephosphorization and Desulphurization)法。

同年，川崎千葉廠進行了底吹轉爐（Q－BOP）脫磷的工業試驗。以后，住友開發了預煉爐工藝，稱為兩級轉爐串聯操作SRP(Simple Refiningp Process)工藝，如圖4-3所示。1988年，分別在和歌山廠160t轉爐和鹿島廠250t專用復吹轉爐進行鐵水預脫磷試驗并投產。其中，第一級轉爐稱為脫磷爐或稱為預煉爐，完成脫磷任務；第二級稱為脫碳爐，完成煉鋼任務。脫碳爐的轉爐渣可配入鐵礦石、螢石或加少量石灰作為預煉爐的脫磷劑，充分利用轉爐渣的脫磷能力，可節約脫磷劑、降低成本。該工藝取得如下結果：預煉爐可在10min內將鐵水中的磷降至0.011％以下，同時可加7％的廢鋼；用脫磷鐵水可以很容易生產小于0.010％的極低磷鋼；總的CaO消耗量比冶煉普通含磷鋼減少10～18kg／t；由于加錳礦石熔融還原，終點錳含量可提高到1.5％，因此可減少錳鐵合金的費用；頂加脫磷劑(如塊狀石灰、轉爐渣等)代替噴吹脫磷劑，價格便宜。這些結果的取得是因為爐型優于魚雷罐，對脫磷反應速度和反應效率有利，處理時間短，散熱損失小，鐵水溫度高，有利于煉鋼過程的進行。

圖4-3住友SRP操作工藝

專用轉爐法由于具有脫磷效率高(可頂吹+底吹攪拌)、可頂加粒狀或塊狀脫磷劑、能控制脫磷渣起泡,并可返回利用部分轉爐渣作脫磷劑和加錳礦熔融還原的優點，對于處理我國的中、高磷鐵水具有良好的應用前景。

2）SARP法

SARP（Soda Ash Refining Process）法是日本住友金屬的鹿島制鐵所1982年起實施的鐵水預脫磷工藝的簡稱，如圖4-4所示。鐵水首先在高爐出鐵場和魚雷罐車內脫硅，然后用蘇打灰脫磷、脫硫。該法的特點是可同時脫磷、脫硫，處理過程中Mn、C損失少，堿度（Na2O/SiO2）為3時，磷分配比（P2O5）/[P]高達1500。如配合吹氧和加入氧化鐵可有效的控制（Na2CO3）+[C] Na2O+CO，Na2O+[C] 2Na+ CO，P2O5+[C] 2[P]+5CO 反應引起的蘇打灰蒸發損失和回磷。另外，可從脫磷終渣中回收蘇打灰二次利用。

1982年鹿島廠的生產能力為每月3萬t，脫磷后的鐵水主要用于復吹轉爐冶煉含磷小于0.010％的低磷鋼(如不銹鋼)，低磷鋼的月產量在2萬t以上。該廠脫磷操作的主要條件如下：噴槍為兩個水平噴嘴，內徑25mm；用氮氣作載氣，流量為7～10Nm3／min；噴吹深度為鐵水面下1.2～1.5m；蘇打的噴吹速度為100～300kg／min，吹氧量為10~50Nm3／min，吹在鐵水液面下500mm。

圖4-4 SARP生產流程示意圖 3）ORP法

ORP（Optimizing the Refining Process）法是最優化精煉工藝的簡稱。典型的ORP法是新日鐵君津廠的工藝，如圖4-5所示。其突出特點是用CaO系脫磷劑，全部使用固態氧化劑和適用于所有鋼種的處理，具體處理水平是：普通鋼[P]=0.015％~0.040％，[S]＝0.010％；低磷鋼[P]＝0.005％～0.015％，[S]＝0.005％％；低磷低硫鋼為[P]＝0.005％～0.015％，[S]＝0.003％。另外，脫磷渣殘留在魚雷罐車內，注入脫硅鐵水后同脫硅渣一起扒掉。

圖4-5 君津廠最佳精煉（ORP）工藝流程 4）NRP法

NRP（New Refining Process）法是新的精煉工藝的簡稱。該法使用鐵水罐進行脫磷，設有測溫取樣、排脫硅渣、脫磷和排脫磷渣4個工位。為防止跑渣鐵，在鐵水罐上部設有浸槽。使用石灰系脫磷劑，通過調整渣中CaO/O之比可同時脫磷、脫硫。氧化劑用噴吹氧化鐵和氧氣或頂加氧化鐵和頂吹氧的方式供給，如圖4-6所示。

圖4-6 鹿島廠新精煉（NRP）工藝流程

4.5鐵水同時脫磷脫硫

在氧化精煉的條件下，脫磷反應是陽極反應([P]→P5++5e)，隨著氧化電位的升高而加速，相反，脫硫反應是陰極反應([S]+2e→S2-)，隨著氧化電位的升高而減慢。由此看來，實現同時脫磷脫硫似乎是不可能的。但是，根據電中性原理，在熔渣一金屬界面上發生的電化學反應必定是同時進行陽極反應和陰極反應，所以同時進行脫磷脫硫是可能的。這里必須注意到，脫硫反應是在氧化性條件下進行的，這會發生很大的困難，因此需要采用在氧化條件下仍具有較大脫硫能力的熔劑，才能有效地實現同時脫磷脫硫。在氧化條件下，脫磷和脫硫反應及磷硫分配比可用下式表示：(4－18)

(4－19)

由此可知，在溫度和金屬成分一定時，選擇磷容量CP和硫容量CS較大的渣系就能得到較大的LP和LS值，實現鐵水的同時脫磷脫硫。如在渣系一定的情況下，我們可以通過控制熔渣－鐵水界面的氧位 來調節LP和LS大小，即增大 能增大LP和減小LS，反之亦然。這樣，可以根據對鐵水脫磷和脫硫程度的要求，控制合適的氧位，有效地實現鐵水的同時脫磷脫硫。現在，鐵水預處理主要采用蘇打系或石灰系熔劑。蘇打系熔劑的優點是脫磷和脫硫能力都很強，脫磷率和脫硫率都能達到90％以上；其缺點是價格較貴，鈉的蒸發損失嚴重和污染環境。

CaO系同時脫磷脫硫

石灰系熔劑的優點是價格便宜，原料來源廣和對環境污染少，一直是研究和應用的重要熔劑。但是，石灰系熔劑脫磷時需要的氧勢較高，因而降低了脫硫效率。當脫磷的效率達到90％左右時脫硫效率只有50～70％，故控制合適的氧位較困難。此外由于CaO的熔點很高（2615℃），所以石灰系熔劑成渣困難。為了使高堿度渣在鐵水溫度下具有一定的流動性，需要配加Fe2O3、CaF2和CaCl2等助熔劑。

3現代轉爐煉鋼技術

3.1轉爐頂底復合吹煉少渣精煉工藝

造渣是煉鋼過程的重要環節，造渣的目的是為了去除鋼中的S和P，S與CaO結合生成CaS，P氧化成P2O5,再與CaO結合生成3CaO?P2O5或4CaO?P2O5，造渣操作的好壞對鋼質量是至關重要的。正常情況下爐渣量約在10～15％。爐渣的作用除了能有效去除S和P外，另一個作用是覆蓋鋼水，不利的方面是消耗大量的石灰、白云石等造渣材料，爐渣帶走了大量的熱，渣中含有20％ 的鐵而損失掉了，如果渣量能減少，將會產生巨大的經濟效益。

鐵水經預脫硅、預脫磷和預脫硫三脫預處理之后，為轉爐提供低硅、低磷和低硫的鐵水，減輕了煉鋼過程的脫S、脫P負擔，為轉爐少渣冶煉創造了條件。這樣就可以不大量造渣，簡化轉爐操作，轉爐內只進行脫碳和升溫操作。石灰可由50～60Kg/t，減少到15～20 Kg/t。渣量由100～150Kg/t降至30～50Kg/t；這就是轉爐少渣冶煉的基本含義（1)少渣精煉法的發展 為了生產低磷、低硫的純凈鋼，提高冶金效率和降低生產成本，從70年代末期國外著眼探索新的轉爐工藝流程。像硫這樣的元素，在鐵水中處理比在鋼水中處理效率高，因此旨在分散轉爐功能的生產流程逐漸投產。其中包括對鐵水預處理，為轉爐提供低硅、低磷和低硫鐵水，使轉爐簡化操作和實行少渣精煉。

1979年，新日鐵室蘭廠開發了脫硅鐵水在轉爐的“小渣量精煉法”，即SMP(Slag Minimising Process)法。在SMP法基礎上，新日鐵君津廠于1982年投產了 采用石灰熔劑脫磷、脫硫預處理的稱為ORP(Optimising the Refining Process)法的“最佳精煉工藝”，并經過短時間發展為非常成熟的工藝；同年，日本住友金屬也投產了采用蘇打粉進行鐵水預處理的稱為SARP(Sumitomo Alkai Refining Process)法的“住友堿精煉法”。1983年，神戶公司加古川廠投產了集用石灰和蘇打粉聯合預處理鐵水的少渣精煉法—— OLTPS法。由此，開創了轉爐少渣精煉的發展歷程，并逐漸完善形成為當今轉爐生產中的先進工藝流程之一。（2)工藝流程、以有代表性的少渣精煉法ORP和SARP為例，來介紹少渣精煉的工藝線路及其效率。圖4-18為ORP法生產流程示意圖，圖4-19為ORP法各階段成分變化和物料平衡。ORP法 的工藝特征是在高爐鐵溝完成脫硅，使硅含量降低到0．15％。然后鐵水流入290t混鐵車內脫磷，噴入石灰系熔劑同時脫磷、脫硫，處理后鐵水(P)≤0.015％，[S)≤0.005％。最后將鐵水倒入300t復吹轉爐(LD-OB)中脫碳和升溫，加少量造渣劑(約21kg／t)進一步脫磷。由于轉爐中渣量少，因此氧的利用率高，鐵損少，合金元素收得率較高。

圖4－15為SARP法生產流程示意圖。該法的特征是：在300t混鐵車內首先進行脫硅處理，處理后[Si]<0.1％。然后噴蘇打粉脫磷、脫硫，使[P)≤0.01％，[S)≤0.003％。最后在復吹轉爐中脫碳和升溫，煉鋼過程形成的渣量很少(約10kg／t)。

(3)復吹轉爐少渣冶煉的冶金特性

轉爐少渣精煉，如果采用頂吹轉爐，因液面復壓渣少，金屬噴濺和煙塵很大，而且低碳區熔池攪拌弱，低碳區脫碳困難；采用底吹轉爐，因預處理鐵水發熱元素顯著減少，加之爐膛內CO燃燒成CO2的量少，使廢鋼用量減少。因此，對預處理鐵水采用單純頂吹或底吹轉爐都不理想，而采用復吹轉爐有利于彌補它們的不足。1)熔池中元素氧化動態

圖5-22為240t復吹轉爐中少渣吹煉和普通鐵水吹煉時的C，Mn，P的變化情況。預處理鐵水Si<0．10％，P≤0.020％，S≤0.005％，復吹轉爐底吹N，Ar氣體，供氣強度為0.06—0.1 0m3／(t?min)。從圖5-22可見，吹煉沒有硅氧化直接進入脫碳期，由于渣量少，脫談反應效率提高。在高碳區，脫碳速度受供氧速度制約，速度成直線下降；在低碳區，存在臨界碳濃度，在臨界點以后脫碳速度受供碳速度控制。少渣精煉的臨界碳濃度明顯向低碳區轉移，說明了少渣精煉的優越性。

鋼中Mn的變化與普通吹煉相似，但Mn的回升及其極大值較高。圖5-23為終點[C]一終點Mn／裝入錳的關系。少渣精煉Mn的收得率提高，在高碳區可達100％，而在臨界碳濃度以后錳的氧化很快，與普通吹煉呈明顯不同。為了提高低碳區錳的回收率，可以提高底吹氣體流量以改善碳優先氧化條件，這樣可以使低碳區錳的回收率大于70％。如果在爐內使用錳礦石，在渣量<15kg／t情況下，可以使錳礦石還原率達到70％，而且可以做到在1．0％的高錳時停吹。

由于鋼中磷的初始濃度小及渣量少，因此吹煉過程中磷濃度幾乎不發生變化。2)鋼中氫含量明顯減少

由于散狀料及鐵合金消耗量減少，少渣精煉時鋼水和爐渣的氫含量明顯減少，可以穩定地得到終點ω[H]<2.0X10—6的鋼水。圖5-24 脫碳速度與氧流狀況的關系 實線一普通氧流；虛線一頻率為80Hz的脈動氧流；1，2，5，10一氧氣流量，cm3／s 由于散狀材料及鐵合金消耗量減少，少渣精煉時鋼水和爐渣的氫含量明顯減少，可以穩定地得到終點[H]<2X10—6(ppm)的鋼水。研究表明，在1 680C時，氫在鋼、渣間的分配系數(H)／[H] ＝3—9，因此要獲得低氫鋼水，必須降低渣中氫。少渣精煉減少了爐內總氫含量和渣中氫，因此鋼中氫也明顯減少。3)少渣精煉中的鐵損

由于渣量減少，少渣精煉隨渣帶走的鐵損明顯減少。但是由于覆蓋鋼水的渣層薄，試驗期帶走的煙塵量增多。研究表明，吹煉初期產生煙氣量多而后期減少，煙塵的粒度分布與頂吹相似，即90～180μm和3—11μm兩種粒度居多。粗粒煙塵生成與氧流沖擊熔池有關，細粒煙塵主要是一次反應區中鐵的蒸發物。因此，在少渣吹煉時頂槍采用超軟吹，使氧流穿透深度(h穿)與熔池深度(h)之比h穿／h<0．2，可以將煙塵中鐵損量降至一般吹煉水平。

4)還原性功能。由于渣量少，復吹轉爐中∑(FeO)低，底部吹Ar或N2攪拌熔池，使熔池中渣、鋼的氧分壓都降低，而具有一定程度的還原性功能。這樣吹人的錳礦粉，可利用渣量少，∑(FeO)低，熔池溫度高的特點，使MnO直接還原，回收錳礦中的Mn，從而提高鋼液中錳含量。

3.2轉爐濺渣護爐 定義：轉爐出鋼以后，爐內留下全部或部分終渣，將爐渣粘度和氧化鎂含量調整倒適當范圍，利用氧槍噴吹氮氣將爐渣濺起，使其均勻地粘附在爐襯表面，形成對爐襯的保護層，減輕煉鋼過程中對爐襯的機械沖刷和化學侵蝕，從而達到保護爐襯，提高爐齡的目的。

3.2.1發展概論與特點 提高轉爐爐齡的重要意義

氧氣頂吹轉爐的爐襯使用壽命（即一個爐役內的煉鋼爐數）稱為轉爐的爐齡。轉爐爐齡是轉爐冶煉的一項重要的綜合性技術指標，它直接反映出煉鋼工藝技術操作水平和管理水平的高低。爐齡受諸多因素的影響，提高爐齡不僅可以降低耐火材料消耗，提高轉爐作業率，降低生產成本，而且有利于組織均衡生產，促進企業生產經營的良性循環。因此，大幅度提高爐齡是煉鋼工作者長期工作所追求的目標。濺渣護爐技術的發展

20世紀70年代初期，日本開發出轉爐煉鋼加白云石造渣工藝，提高了渣中MgO的含量，降低了高氧化鐵爐渣對爐襯的侵蝕。與此同時，在加MgO造稠渣保護爐襯的基礎上出現了搖爐掛渣操作，此技術是向初期渣或終點渣中加入白云石，白云石質石灰或菱鎂礦，使渣中MgO含量過飽和，并通過搖爐使MgO含量過飽和的爐渣粘掛在轉爐裝料側和出鋼側，延長爐襯壽命。但此技術不可能在整個爐膛內均勻地掛渣，尤其是侵蝕嚴重的耳軸部位無法掛上粘渣。20世紀70年代中期我國也己掌握造粘渣掛渣補爐技術。

濺渣護爐技術首先是在美國共和國公司的大湖分廠（Great lakes）由普萊克斯（Praxair）氣體有限公司開發的，在大湖分廠和格棱那也特市分廠（Granite City）實施后，并沒有得到推廣。1991年美國LTV鋼公司的印第安納哈伯廠（Indiana Habor）用濺渣作為全面護爐的部分。1994年美國LTV鋼公司印第安納哈伯廠的232t轉爐爐齡由8000爐達到15658爐，噴補料消耗0.37Kg/t，轉爐作業率84年的78%升到97%。這項技術在美國的內陸、美鋼聯、伯利恒等鋼廠的應用，都取得了良好的效果。多數廠爐齡達到10000～15000爐。韓國浦項鋼鐵公司購買了LTV鋼公司的濺渣護爐技術。印度、巴西和歐洲的一些國家也對美國的濺渣護爐技術進行了考查。對于濺渣護爐技術，日本鋼鐵廠并無大的反應。他們認為轉爐采用少渣煉鋼及一系列護爐措施，爐齡也可以達到1萬爐，而且工藝簡化，無需增加濺渣護爐操作。

北京鋼鐵研究總院在1994年與美國內陸鋼鐵公司、空氣液化公司專家的技術交流中了解到這項技術情況。冶金部科技司于95年4月批準“氧槍噴吹濺渣補爐的研究”課題專項。并由承鋼與鋼鐵研究總院共同承擔此項研究工作。隨后太鋼在其50t轉爐上開展了濺渣護爐的試驗工作。由于太鋼的生產條件和試驗組織工作較好，濺渣護爐很快就取得了良好的效果。第三個爐役爐齡達到5492爐的紀錄，并于96年7月由冶金部給予鑒定。承鋼轉爐采用半鋼煉鋼，出鋼溫度1710～1730℃，終渣TFe20～30%，爐襯的工作條件極為不利，經過一年多試驗研究，解決了濺渣護爐的技術難關，使該廠平均爐齡由原來的543爐提高到1002爐，爐齡上升85%，于96年12月通過了冶金部的鑒定。

鋼鐵研究總院于1995年12與美國LTV鋼公司專家R.O.Russell等人進行了濺渣護爐技術交流。并邀請首鋼、鞍鋼、武鋼等16家大、中型企業的技術人員與美國專家進行了在座談討論。1996年5月在國家經貿委支持下，由冶金部翁宇慶副部長率領的煉鋼技術考察團到美國LTV鋼公司、內陸鋼鐵公司等單位，實地考查了美國濺渣護爐的效果和存在問題，對濺渣護爐有了直觀的了解。

1996年10月由國家經貿委、冶金部組織國內專家對“轉爐濺渣護爐系統優化技術開發”項目進行了論證。確認這項技術應該立項，決定第一批的19個企業中62座轉爐為依托工程進行并開發研究。這對轉爐濺渣護爐的開發起了很大推動作用。

寶鋼于96年11月與美國LTV鋼公司簽訂了轉爐濺渣護爐技術訣竅轉讓協議（25億美元），并于96年12月派技術人員去LTV鋼公司培訓。97年上半年進行工業試驗。

我國94年開始濺渣護爐試驗，采用和發展速度很快。鞍鋼、首鋼、寶鋼、武鋼等鋼廠采用濺渣護爐技術，爐齡大幅度提高，取得了明顯效果。最高爐齡已達到37500爐。甚至出現了永久爐襯的概念。

濺渣護爐對轉爐技術的重大進步，這項能夠大幅度提高爐齡，降低耐材消耗的技術，在我國展示了廣闊的推廣應用前景。

實踐表明，采用濺渣護爐技術前，轉爐爐襯渣線與耳軸的工作層部位，是侵蝕最嚴重、最薄弱的環節，經常需要人工鏟貼補或噴補，爐役末期易掉磚導致停爐。采用濺渣護爐技術后，消除了渣線與耳軸部位的嚴重浸蝕現象，使貼補渣線工作量大幅度下降，各部位基本侵蝕均勻，消除了因局部侵蝕嚴重的停爐現象，從而使轉爐爐齡大幅度提高。濺渣護爐的技術特點

1）操作簡便。根據爐渣粘稠程度調整成份，利用氧槍和自動控制系統，改供氧氣為氮氣即可降槍進行濺渣操作；

2）成本低，充分利用了轉爐高堿度終渣和制氧副產品氮氣，加少量調渣劑（菱鎂球、輕燒白云石等）就可以實現濺渣；實現部分終渣的再利用，減少造渣料用量；降低噸鋼石灰消耗；

3）時間短，一般只需3-4分鐘即可完成濺渣護爐操作，不影響正常生產；

4）濺渣層均勻敷蓋在爐襯表面上，基本不改變爐膛形狀，可大幅度提高轉爐爐齡； 5）工人勞動強度降低，無環境污染；

6）濺渣層與爐壁溫差小，爐膛溫度較穩定，爐襯磚無急冷急熱變化；

7）由于爐齡提高，節省修砌爐時間，使轉爐作業率和單爐產量提高，為轉爐實現2吹2，或1吹1生產模式創造了條件。總體經濟效益顯著。8）投資小，見效快。

濺渣護爐的不足之處是濺渣層耐火度低，需要反復進行濺渣操作。3.2.2濺渣護爐機理

濺渣護爐的基本原理是向初期渣和終點渣中加入輕燒白云石和輕燒鎂球等含有MgO的調渣劑，使渣中MgO達到飽和或過飽和狀態。在出鋼后采用氧槍噴吹高壓氮氣，利用氮氣的沖擊能量和對爐渣的冷卻作用，將留在爐內的爐渣噴濺涂敷在轉爐內襯的整個表面上，形成爐渣保護層，以減輕下次煉鋼過程中對爐襯的機械沖刷和化學侵蝕，從而達到保護爐襯，提高爐齡的目的。濺渣護爐技術可使轉爐爐齡成倍增長，耐火材料消耗降低，轉爐作業率提高，經濟效益十分明顯，因而在國內外得以迅速推廣。濺渣護爐技術與其它護爐技術相比，具有許多優點。

3.2.2.1 爐渣的組成與性質

轉爐煉鋼過程中，鐵水中元素氧化形成的氧化物與造渣劑以及熔蝕的耐火材料等結合成爐渣。爐渣在煉鋼過程中起到去除有害雜質、防止鋼液吸氣，保溫和提高熱效率等作用，濺渣護爐采用高壓氮氣將出鋼后留在爐內的爐渣濺起來涂敷在爐襯上形成濺渣層，對下一爐冶煉起到保護爐襯的作用，因此轉爐終渣不僅要滿足冶煉過程要求而且應符合濺渣護爐的條件．即：易于將爐渣噴濺到爐襯上．濺到爐壁上的爐渣應能與爐襯很好地結合，且具有一定的抗高溫侵蝕能力。這3個條件分別涉及到熔池濺渣動力學，濺渣層與爐襯的結合機理和爐渣對濺渣層的侵蝕機理等問題，都與爐渣的組成和性質有關。

1）爐渣的組成與結構

爐渣成分通常是指構成爐渣的各種礦物的成分．它決定了爐渣的基本性質。一般說來．初期渣的王要成分是SiO2，MnO,CaO,MgO和FeO等，隨著吹煉過程進行，石灰的熔化，渣量增加，使SiO2，MnO的含量逐漸降低，CaO，MgO的含量逐漸增加，在冶煉低磷生鐵時，終渣成分范圍通常是45%-55CaO，2%-8%MgO，10%-30%FeO，l0%-25%SiO2，3%-8%MnO，1%-2%Al2O3，1%-2%CaF2，0.1%-0.3%S，0.5%-2%P2O5等,其主要組元SiO2，MnO,CaO,MgO和FeO大約占爐渣總量的95%。

爐渣的成分通常取決于鐵水成分、終點鋼水碳含量、供氧制度、造渣制度和冶煉工藝等因素。如吹煉低碳鋼時，隨鋼中碳含量降低，爐渣的氧化性升高，渣中FeO含量有時可高達30％，而吹煉高碳鋼時，由于渣鋼反應接近平衡使渣中FeO含量很難提高。在用普通鐵水煉鋼時，渣中P2O5含量波動在0.5％－1.5％，而用高磷鐵水煉鋼時，渣中P2O5含量可高達20％，對常溫下爐渣相組成的研究表明，爐渣是由硅酸鹽、鐵酸鹽、尖晶石、磷酸鹽、鋁酸鹽、硫化物和自由氧化物等物相組成。爐渣的相組成隨冶煉過程中爐渣成分的變化而不斷改變。轉爐冶煉與濺渣過程中爐渣巖相結構的變比如下。

（1）轉爐初期渣。轉爐初期渣是開吹3－5分鐘時形成的，其堿度偏低，熔池溫度在1420一1450oC時，堿度約為1.3一1.7，MgO含量接近飽和值(6％－7％)；渣中FeO含量較低。

(2)轉爐終點渣。轉爐終點渣的堿度為2．8—3．7，渣中TFe含量13％一30％，MgO含量波動較大為3％一13％。

(3）改質渣。改質渣是轉爐出鋼后為適應濺渣的要求，添加少量石灰或鎂質材料，調整爐渣過熱度和粘度所形成的爐渣。該爐渣的成分與堿度基本與轉爐終渣相同，但未熔的CaO，MgO結晶相增加，(4)濺后渣。濺后渣是指濺渣后留在爐內的殘渣。濺后渣的成分與轉爐終碴或改質渣相同；但爐渣的物理狀況和巖相結構發生了明顯的改變，其特點是：由于N2氣流對熔渣的沖擊和冷卻作用，粗大發育良好的板條狀C3S已成為顆粒細小的顆粒，均勻的分布于C2F和RO結合相間。冷凝后的爐渣致密，密度提高。2)爐渣的熔化特性

爐渣的熔化溫度與濺渣層的高溫抗渣侵蝕密切相關。如果濺渣層具有較高的熔化溫度，在吹煉后期不會因為熔池溫度升高而被熔化淌落，將有助于提高濺渣層的使用壽命。(1)熔化性溫度 純金屬、多元共晶體或同分化合物等，其固－液平衡時具有確定的溫度，即熔點。而煉鋼爐渣是由多種化臺物構成的多元復雜體系，固一液共存溫度在一個較大的溫度范圍內波動，即爐渣的熔化發生在一定的溫度區間內。因此，很難準確地討淪爐渣的熔點。

爐渣的熔點通常是指爐渣完全轉變成均一液體時的溫度，或是冷凝時開始析出固相的溫度。轉爐終渣的熔化性溫度一般在1450℃左右，且隨渣中氧化鐵含量的升高而降低。

根據相圖，可以計算出爐渣的熔點。圖2-3是鋼研總院利用法國鋼鐵研究院提供的BELAF程序計算出MgO含量對實際轉爐渣熔點的影響。由圖中可以看出：對于各種堿度的煉鋼爐渣(R=2.1-3.6；TFe=20％），當渣中MgO≥8％時，隨著渣中MgO含量的提高，爐渣熔點升高。

在實際生產中對復雜的熔渣體系，一般采用實驗法測定爐渣的熔化特性。采用差熱分析法可以精確地測出熔渣開始熔化溫度和完全熔化溫度（記固相線扣液相線）。工程上為了對應比較爐渣的熔化特性，常采用試樣變形法描述爐渣的熔化過程。這種方法注重被測爐渣試樣在熔化過程中的變形特性，即用試樣的變形過程來表示其熔化程度。因為多元渣系的熔化過程是在一定的溫度區間內完成，當升溫到一定溫度后，試樣開始熔化；隨著溫度的升高，液相量增加且試樣形狀發生變化，如圖2－4所示。文獻中稱試樣變形到圖2－4c時的溫度為“熔化性溫度”或“半球點溫度”，而將b和d分別稱為“開始熔化溫度（或變形溫度）”和“完全熔化溫度”。

爐渣的熔化性溫度取決于爐渣的成分，因此有些廠家依據 實驗測定結果回歸得出

熔化性溫度與爐渣成分的經驗關系式。如首鋼三煉鋼廠得出的關系式如下：

相關系數： R＝0.8104（2－1）

該式可大致估算爐渣的熔化性溫度。值得注意的是，除爐渣成分外，造渣原料的狀態，如巖相結構，密度，粒度大小和升溫速度等因素也對爐渣的熔化性溫度有一定的影響。從濺渣層不在吹煉過程中熔化的角度考慮，希望爐渣的熔化性溫度越高越好，最好超過出鋼溫度，但這樣的終渣不可能滿足煉鋼工藝要求。（2）爐渣的分熔現象

轉爐冶煉要求爐渣具備良好的流動性和合適的堿度。因此爐內實際溫度一股要高于爐渣的熔化性溫度(過熱度通常在100－200oC）。因此，在冶煉過程中濺渣層部分熔融流淌下來是不可避免的。終渣氧化鐵含量愈高，爐渣熔化性溫度愈低，也更易于從爐壁流淌下來。我國寶鋼與美國LTV鋼公司的終渣氧化鐵高達25％－30％，濺渣護爐后爐齡壽命卻超過10000爐次，這是為什么呢?

北京科技大學金山同等人在研究濺渣層在冶煉過程中的熔融過程時發現：隨著溫度的升高，濺渣層中的低熔點相(主要是FeO成分）先行熔化，并緩慢從濺渣層中分離流出，使濺渣層厚度減薄，巖相組成中高熔點相比例升高。當熔池溫度達到1600oC一1650oC時，爐壁上未熔殘留的爐渣仍處于固體狀態。該現象稱為濺渣層的分熔現象，其測定實驗裝置如圖2－5所示。表2—3紿出幾種濺渣層渣樣發生分熔后質量變化及TFe變比。

實驗結果表明，渣中TFe含量越高，分熔開始的溫度越低，分熔后流失的Fe含量越大。爐渣分熔現象使高TFe的爐渣濺到爐壁上后，在冶煉升溫過程中，由低耐火度向高耐火度變化。

2）爐渣的粘度與流動性

爐渣粘度反映出爐渣內部相對運動時各層間的內摩擦力，是爐渣性質的一項重要的指標。粘度直接影響著爐渣和渣-鋼間的反應速率、流動傳熱能力。濺渣護爐對轉爐終渣的粘度有著特殊的要求：粘度不能太高，以利于高壓氮氣流沖擊爐渣將渣滴濺射到爐壁上；粘度也不能過低，使噴濺在爐襯上的爐渣層不容易流淌，而能與爐襯粘結，形成濺渣層。渣稀容易有掛渣流落現象，濺渣層抗侵蝕能力差，渣稠不易起濺，給轉爐下部濺渣帶來極為不利的影響，使耳軸、渣線處濺渣效果不佳，對濺渣不利。爐渣過稠還會造成爐底上漲和爐膛變形。正常冶煉要求爐渣保持合適的粘度一般在0.02－0.1Pa?S間，相當干輕機油的粘度，比熔池中金屬的粘度高10倍左右。冶煉操作還要求爐渣的粘度保持很好的穩定性，即在一定溫度下爐渣的成分在一定范圍內波動時，或在渣組成一定時溫度在一定范圍內變化時不會對粘度變化產生較大的影響。為了順利地進行冶煉，不希望爐渣粘度急劇波動。與此相反．根據各廠的實際情況，一股在濺碴護爐時都要求終渣有更高的粘度，并希望終渣粘度能隨溫度變化的更敏感些，以便噴濺在爐襯上的爐渣能隨爐溫降低迅速變粘，更為牢固地粘附在爐襯上。熔渣組成一定時，提高過熱度可使粘度降低。一般說來，相同溫度下，熔化性溫度低的熔渣其粘度也較低。提高渣中CaF2，FeO含量能顯著降低熔渣的熔點，使過熱度提高，因此能顯著降低熔渣粘度。對熔點相同而組成不同的爐渣，粘度取決于各組元在渣中的存在形式。如酸性渣比堿性渣的熔點低，但因渣中硅氧離子團大而多，在高溫下其粘度反而比堿性渣高。懸浮于渣中的固體顆粒的尺寸和數量是影響爐渣粘度的重要因素。CaO和MgO具有較高的熔點，當它們在渣中過飽和時會以固體粒子的形態析出，使爐渣的內摩擦力增加，導致爐渣粘度升高。

3）爐渣的表面張力與界面張力

爐渣的表面張力和渣—鋼、渣—耐材間的界面張力也是熔渣的重要性質，前兩者對冶金過程動力學及鋼液、熔渣的乳化和分離，夾雜物去除等有密切關系；后者與爐渣對爐襯耐火材料侵蝕，濺渣層與爐襯耐火材料結合等有很大關系。

在液體表面，由于表面能的作用，在液體表面的切線方向上存在一種均勻的張力，力圖使液體的表面積縮小。就液體與氣相界面而言，這一張力稱之為表面張力。當液體與另一種不相溶的相接觸時，接觸表面質點受兩種質點間相互作用力的影響，界面能力圖使這兩種物質的界面縮小，這時界面上存在的張力便稱之為界面張力。由于涉及的是表面能，故其單位為J?m－2(N?m-1)。

爐渣與耐火材料接觸時，可將爐渣、耐材與氣體之間的界面張力關系簡化為圖2－14所示的平面交匯力系，力的方向是三相平衡點處某兩相界面的切線方向。平衡時，圖中各相的形狀不變，合力為零，潤濕角與各界面張力之間的關系如下式：

幾種耐火材料和熔渣間的潤濕角如表2－4所示。

由式2-2，在已知潤濕角的條件下，只要測得各相的表面張力，便可計算出爐渣與耐材之間的界面張力。測定表面張力的方法很多，常用的有毛細管上升法、靜滴法、懸滴法、滴重法，最大氣泡壓力法等。一般渣系的表面張力可由文獻查得。如1400oC時CaO—FeO-SiO2渣系的表面張力為0.41-0.55N?m-1，1600oC時CaF2.3%—A12O314．6%—CaO 56．69%—FeO 1.9%-MgO5.59％—MnO0.22％-Na2O2.69%-SiO216.5%渣系的表面張力為0.596N?m－1。而由于任何熔體都比與氣體相接觸時質點的作用力大，故界面張力比表面張力高。Al2O3-CaO-SiO2渣系和熔鐵間的界面張力為1.1－1.2N?m－1，堿性氧化碴下熔鐵間的界面張力為500－1000N?m－1。TFe含量越高，熔渣的表面張力和渣—鋼界面張力越小，說明氧化鐵是堿性渣中的表面活性物質。

爐渣對造渣材料和耐火材料潤濕，使它們被饅蝕和溶解。潤濕角與不同相間質點作用力有關，潤濕角越小，則熔渣浸入耐材或造渣材料內毛細管的能力就越大。值得注意的是，測量表面張力或界面張力是在兩相間達到化學平衡時進行的，如果兩相間的化學反應尚未達到平衡，則表面張力或界面張力就較低。化學反應自由能差越大，界面張力就越低。

4）氧化鎂在煉鋼爐渣中的飽和溶解度 無論對普通轉爐冶煉，還是對采用濺渣護爐技術的轉爐冶煉，爐渣氧化鎂飽和溶解度都是非常重要的參數。實驗表明，MgO在堿度為1的CaO-SiO2-FeO渣系中以(Ca,Mg,Fe)O的形式與SiO2結合，在FeO含量為30％時，加入10％的MgO可降低熔點大約100oC，因此在吹煉初期，用白云石、菱鎂球（礦）等代替部分石灰造渣，通過提高渣中MgO含量，可降低爐渣的熔化溫度和初始流動溫度，減緩石灰表面形成致密的C2S殼層．提高石灰熔化速度，有利于早化渣。提高吹煉過程中爐渣的MgO含量，可以減緩爐渣對爐襯耐火材料的侵蝕。但MgO的加入量超過其飽和溶解度時，將析出固體MgO會提高爐渣的粘度，有利于爐壁掛渣和提高爐襯壽命；但不利于渣－鋼間的精煉反應。各個時期MgO的加入量的控制，需要權衡保護爐襯與冶煉要求的關系，控制渣中MgO接近飽和溶解度值。在轉爐煉鋼溫度，提高渣中SiO2、．MnO、P2O5、Al2O3含量，能增加MgO的飽和溶解度．對于低堿度爐渣(R≤1.5)，渣中MgO的飽和溶解度可以高達40％；隨著渣FeO含量的升高，MgO的飽扣溶解度逐漸降低。對于高堿度爐渣，MgO的飽和溶解度波動在4％－18％之間，隨堿度的升高，MgO的飽和溶解度迅速降低。渣中FeO含量對MgO在高堿度爐渣中的飽和溶解度沒有明顯影響。

影響爐渣MgO飽和溶解度的主要因素是爐渣的堿度和溫度。如圖2-16所示，在吹煉初期堿度較低(1一2)時，當FeO含量在10％－40％，MgO的飽和溶解度較高。因此，吹煉初期早化渣，盡快提高堿度，是減緩爐渣對鎂碳磚侵蝕的重要因素。

渣中MgO飽和溶解度隨溫度的升高而增加，溫度每提高約50oC，MgO飽和溶解度增加1.0％－1.3％。當堿度約為3時，溫度由1600oC提高到1700oC，MgO的飽和溶解度由約6.0％提高到到8.5％。

由實驗得到MgO飽和溶解度經驗公式如下：

實驗結果表明，在此溫度范圍內，計算結果與實測結果具有較好的—致性。

150噸轉爐渣MgO的控制范圍：

①液面高度在正常范圍時（以新爐液面為基準，-15cm～+25cm為正常范圍），終渣MgO的含量按正常值9～11%控制。

②液面高度高出正常范圍上限時，終渣MgO按7～9%控制。③液面高度低于正常范圍下限時，終渣MgO按11～13%控制。⑵終渣堿度的控制范圍：

終渣堿度按不同鋼種工藝要求控制，控制范圍2.3～2.8。

⑶終渣FeO的控制范圍：終渣FeO含量按12～17%控制，對于低碳鋼要求（FeO）≤22%。3.2.2.2轉爐濺渣動力學

研究結果表明]，濺渣有兩種動力學機理:噴射濺渣(或濺射掛渣、射流攜帶濺渣)和浪涌濺渣(或沖刷掛渣、液面波動濺渣)。以下稱噴射濺渣和浪涌濺渣。⑴浪涌濺渣

在高速氣流的作用下，在爐內運動的大團熔渣，在渣線上方形成熔渣浸潤區，凝固后成為掛渣層。噴吹方式、熔渣特性、爐體幾何結構等均對大團熔渣運動產生影響。浪涌濺渣效果取決于大團熔渣運動的熱交換與熔渣特性的共同作用。⑵噴射濺渣

高速噴射的氣體產生高切向力，使液渣向外噴濺，濺出的爐渣粘附在爐壁上。濺出的爐渣速度及角度取決于射流特性以及射流形成的孔穴大小。掛渣效果取決于濺渣渣粒的大小、質量、濺射角度、速度等因素及它們的相互作用。

高槍位有利于爐渣的破碎乳化，適用于轉爐上部濺渣。低槍位有利于渣液面的劇烈攪動，適用于轉爐下部濺渣。槍位低，有利于浪涌濺渣;槍位高，利于噴射濺渣。對于確定的爐型幾何尺寸，確定最佳的濺渣參數，平衡各種濺渣機制的結合作用，得到最佳的濺渣量和較均勻的濺渣效果。

3.2.2.3 濺渣層與爐襯的結合機理

轉爐濺渣護爐的效果決定于濺渣層與爐襯間的結合狀態。研究濺渣層與轉爐爐襯間的結合機理以及濺渣層對爐襯的保護機理，不僅能從理論上說明濺渣護爐的作用，而且為優化濺渣工藝，合理調整爐渣成分和正確選擇耐火材料提供理論依據。研究濺渣層與爐襯間的結合機理，主要應明確的內容如下： 1）爐渣如何與爐襯磚有機的相結合； 2）爐渣層如何有效的保護轉爐爐襯。

濺渣護爐形成的濺渣層具有分熔現象，在濺渣層的形成過程中，經過多次“濺渣—熔化—濺渣”的循環和反復，使濺渣層表面一些低熔點的氧化物(如2CaO?Fe2O3, RO相等)，不斷被下一爐次的高溫爐渣所熔化、流失，造成濺渣層中低熔點氧化物含量明顯降低，高熔點的氧化物(MgO和2CaO?SiO2,3CaO?SiO2)含量增加。爐渣經噴槍噴濺到轉爐爐襯上，濺渣層與爐襯MgO-C磚在結合部發生物理和化學反應。有研究表明[32]，其結合主要有以下三種形式: ⑴化學結合:熔點低流動性好的富鐵爐渣濺射到爐襯的表面，沿鎂碳磚的表面顯微氣孔和裂縫向致密的MgO機體內滲透、擴散，在高溫下與MgO顆粒反應生成鐵鎂尖晶石（MgO?Fe2O3）固溶體，形成厚度0.5～1.0mm的燒結層。

⑵機械鑲嵌與化學燒結結合:在爐渣一爐襯結合界面，渣中顆粒狀高熔點礦物(MgO結晶，C2S, C3S)被氣流濺射到粗糙爐襯的表面，并在高速噴吹氣流的沖擊下鑲嵌于其中的間隙內。形成化學燒結一機械鑲嵌的結合界面。

⑶冷凝粘結:在爐渣—爐襯的結合界面上繼續濺渣，沉積冷凝后形成以高熔點的MgO結晶，C2S, C3S顆粒為骨架，以RO相和C2F為結合相的濺渣層。

根據上述試驗和巖相分析，推斷濺渣層與爐襯的結合機理是：在濺渣初期，低熔點流動性強的富鐵爐渣首先濺射到爐襯表面，渣中Fe0x和C2F沿磚表面顯微氣孔和裂紋向鎂碳磚表面脫碳層內擴散滲透，并與周圍Mg0顆粒燒結固熔在一起，形成以Mg0結晶為主相，以MF為膠合相的燒結層。部分C2S和C3S也沿殘磚表面氣孔和裂紋流入磚內，冷凝后與Mg0顆粒鑲嵌在一起。

隨著繼續濺渣，顆粒狀高熔點化合物(C2S，C3S和MgO結晶)被氣流濺到粗糙的爐襯表面，并在高速氣流的沖擊下鑲嵌在爐襯表面的間隙內，形成以鑲嵌為主的機械結合。同時，富鐵的低熔點爐渣包裹在耐火磚表面上突出的Mg0結晶顆粒或已經脫離的MgO結晶顆粒周圍，形成以燒結為全的化學結合層。

隨著進一步濺渣，大顆粒C3S，C2S和MgO顆粒濺到結合層表面并與渣中C2F和RO相結合，冷凝后形成爐襯表面濺渣層。圖2—27為濺渣層與爐襯的結合機理的示意圖。3.2.3濺渣護爐工藝 3.2.3.1濺渣基本操作工藝

1）終點渣成分控制 終點渣成分決定了爐渣的耐火度和粘度。我國轉爐煉鋼廠所用的原料，由于生產產品和工藝制度差別很大，造成終點渣成分很不相同。

影響終點渣耐火度的主要組成是MgO，TFe和堿度。堿度和氧化鐵含量是由原料和鋼種決定的，其中氧化鐵變比范圍較大，波動在10%-30%范圍內，為使濺渣層有足夠的耐火度，主要措施是調整渣中MgO含量。

爐渣的巖相研究表明．轉爐終渣C2S+C3S之和可以達到70%一75%，這兩種化合物都是高熔點物質(C2S：21300C，C3S：20700C)。氧化鐵與氧化鈣錳所形成的化合物為低熔點物質。氧化鐵與氧比錳等組成的RO相熔點也較低。當低熔點相達到40%時，爐渣開始流動。為了提高濺渣層的耐火度，必須減少低熔點物質。提高直中MgO含量是減少由于氧化鐵所形成低熔點相的有效措施，圖3—4與圖3—5是MgO與氧化鐵的二元系相圖。

生成固溶體。兩種物質都是高溫耐火材料。在Fe2O3 含量達到70％時，其熔點在18000C以上。MgO與FeO。Fe203，二元系相圖(圖3-4．3—5)清楚地表明了MgO可以吸收比其本身重量還多的氧化鐵。為了使濺渣層有高的耐火度，必須使改質渣中MgO達到一定含量。如果MgO含量低，氧化鐵就會與氧化鈣起作用生成低熔點鐵酸鈣。根據理論分析和國內外濺渣護爐實踐，在正常的轉爐終渣成分范圍內，為使濺渣層有足夠的耐火度，終渣MgO應控制在表3-3的范圍內.濺渣護爐對于終渣氧比鐵含量并無特殊要求．只要把濺渣前的MgO含量調整在合適范圍。轉爐終渣氧化鐵高低都可以取得較好的濺渣護爐效果，如美國LTV鋼公司，內陸鋼公司．寶鋼煉鋼廠等轉爐終渣氧化鐵都在18%-27% 范圍內。如終渣氧化鐵較低，渣中MgO少，RO相的熔化性溫度高，在保證足夠的耐火度的情況下，渣中MgO含量也可降低，使加入的調渣劑數量減少。終廢氧比鐵低的轉爐。濺渣護爐的成本低．也較容易獲得高爐齡． 2）調渣劑的選擇

調渣劑是指在濺渣護爐工藝中為達到濺渣所要求的爐渣MgO含量．在造渣過程中和出鋼后進行爐渣調整時所加入的MgO質造渣材料。煉鋼中常用的調渣劑主要有：輕燒白云石、生白云石、輕燒菱鎂球、冶金鎂砂、菱鎂礦渣和含MgO較高的石灰。表3-4給出了常用調渣劑的成分。

調渣劑的作用主要是提高渣中MgO含量，因此，調渣劑中MgO含量的高低應是選擇調渣劑的重要物性參數。考慮到調渣劑中CaO含量可以取代石灰中的CaO，保證煉鋼終渣堿度，減少石灰加入量。而調渣劑中SiO2含量．需要增加石灰的消耗量。綜合考慮提出MgO質量分數的概念，用以比較調渣劑中MgO含量的高低。MgO質量分散的定義如下： MgO質量分數(%）=MgO%/(1-CaO%+RSiO2%)(3-1)式中 MgO%，CaO%，SiO2%分別為調渣劑中 MgO，CaO，SiO2買際含量，R為爐渣堿度，取R＝3.5。

不同調渣劑的MgO質量分數列于表3-4。從表中可以看出，不同調渣劑MgO含量按從大到小排即順序力：冶金鎂砂、輕燒菱鎂球、輕燒白云石、含MgO石灰．菱鎂礦渣粒和生白云石。根據MgO含量選擇調渣劑．應以冶金鎂砂。輕燒菱鎂球、輕燒白云石和含鎂石灰為宜(質量分數大于等于50%)。

價格是選擇調渣劑的重要因素．因為調渣劑價格的高低直接影響到濺渣護爐的經濟效益。顯然，從成本考慮，盡量選擇較便宜的調渣劑，在調渣劑調渣時，還應充分注意MgO造渣料的加入對煉鋼過程熱平衡的影響。

用生白云石調渣，熱耗量很大．約相當熔化11kg廢鋼所消耗的熱量。而輕燒白云石和冶金鎂砂的熱耗量較小，適用于廢鋼比較高．煉鋼熱源較緊張的鋼鐵廠采用。

綜上聽述．正確選擇凋渣劑的原則如下。

(1)因地制宜。要結合本廠煉鋼的實際情況和當地資源條件，盡可能選擇含Mg量高，價格便宜和熱消耗量少的凋渣劑．

（2）綜合考慮各種凋渣劑的價格、成分和熱耗量，推薦輕燒白云石作為首選的調渣劑，(3)根據各廠生產條件，最好選配幾種調渣劑搭配使用，以達到最佳效果和較高的經濟效益。調渣劑的粒度應根據調渣劑的種類、轉爐終點溫度、終渣成分和加入方式確定。通常，生白云石的粒度應為5一15mm，輕燒鎂球和輕燒白云石粒度可以大一些，但不應大于25mm。從爐頂料倉加入的調渣劑最小粒度不應小于5mm。

調渣劑種類的選擇會受到爐頂料倉個數的限制。為保證濺渣的效果，建議至少采用2個爐頂料倉存放調渣劑。其一可作為爐內調渣，存放輕燒白云石等主要調渣劑；另一個則用于爐后調渣，存放速熔菱鎂球，含碳菱鎂球等調渣劑。

3）合適的留渣量

合適的留渣量應保證在爐襯內表面形成足夠厚度的濺渣層，并可在濺渣層對裝料側和出鋼側進行搖爐掛渣，剩余的爐渣倒入渣罐。形成濺渣層的渣量可以根據爐襯內表面積．濺渣層厚度及爐渣密度計算。濺渣護爐所需的總渣量可按濺渣層埋論重量的1.1—1.3倍來估算，爐渣密度可取3.5t/m3。在上述計算中，大型轉爐的濺渣層厚度可取25—30mm，中．小型轉爐可取15-20mm(大于200t以上轉爐為大型,100t以下為小型轉爐.留渣量的汁算公式如下：

式中 W--留渣量，t； K--渣層厚度，mm； A--爐襯內在面積，m2； B--爐渣密度，t/m3； C--系數，取1.1一1.3。

表3-7為不同容量轉爐濺渣層重量參考值。

上述計算值可作為濺渣護爐開始時的參考。經過一段試驗之后．應根據本廠的實際情況，確定合適的留渣量。

留渣量過大將增加調渣劑的消耗．提高濺渣護爐的成本；留渣量過小不能形成足夠厚度的濺渣層和不能有效地進行搖爐掛渣。根據經驗．轉爐的噸鋼留渣暈應在90—l00kg／t。我國多數轉爐鋼廠噸鋼爐渣的總量力90-140kg/t。有些鋼廠在吹煉后期多次倒渣，使出鋼前的渣量低下80kg/t，造成正常濺渣護爐的困難。應規范煉鋼操作，減少倒渣次數和減少倒爐時的倒渣量。

根據冷態模擬試驗研究，提出合理的留渣量以金屬量的11%為宜。國內幾家鋼廠濺渣實踐應用效果表明，渣量在100kg/t較為合適。

根據國內濺渣的生產實踐，合理的留渣量可根據文獻所提供的公式來計算: …………………………………式（1）式中：QS—轉爐留渣量/t 爐； W—轉爐公稱噸位/ t ； n —系數。

轉爐合理的留渣量可根據轉爐的具體尺寸和容量計算,并根據實際情況選擇系數n。4）調渣工藝

調渣工藝是指在煉鋼結束后，通過爐口觀察爐渣狀況，判定爐渣是否適宜濺渣。如果爐渣過于粘稠，應加入少量化渣劑稀釋爐渣，增強爐渣的流動性；如果爐渣過熱度高，爐渣稀流動性良好．應加入少量調渣劑(又稱稠渣劑）提高爐渣粘度．使之更適宜濺渣的操作工藝。

由于爐子噸位不同及各鋼廠原料條件．冶煉鋼種。精煉及澆鑄方式等方面各異，造成終渣成分和爐渣過熱度有很大差別。因此．濺渣護爐的調渣工藝也不完全相同。主要有以下兩種不同的工藝：

（1）直接濺渣工藝

即以煉鋼過程中調整爐渣為主，出鋼后基本不再調渣。直接進行濺渣橾作。

轉爐終渣MgO含量可以滿足濺渣層耐火度的要求，爐渣的過熱度不高時，出鋼后可以直接噴吹氮氣進行濺渣操作；寶鋼、太鋼，LTV和內陸鋼公司等廠家都采用這種工藝。當終渣MgO含量要求在10%以下，采用這種方法并無困難。

直接濺渣工藝適用于大型轉爐，要求鐵水及原燃料條件比較穩定，吹煉平穩，終渣控制準確，出鋼溫度低。

直接濺渣工藝的操作程序如下．

（1）吹煉開始加入第一批熔劑時，將所需調渣劑的大部分加入爐中，控制初期渣MgO≤8%．利用MgO降低爐渣熔點，促進化渣。

（2）爐渣“返干期”過后，根據化渣情況，分批加入剩余的調渣劑，保證終渣MgO含量能達到濺渣操作要求的目標值。

（3)出鋼時通過爐口觀察爐內渣況，決定是否需要補加少量調渣劑。在終點碳．溫度控制比較準確的條件下，一般不需要再加入調渣劑稠化爐渣．

（4）進行濺渣，井由操作工確定是否需要對爐村上的特殊部位進行噴補，以保證濺渣護爐的效果和控制良好爐型．

（2）出鋼后調渣工藝 即在煉鋼結束后，根據爐渣狀況適當加入少量調渣劑用以降低爐渣過熱度，提高爐渣黏度．然后進行濺渣。

爐后凋渣工藝適用于中小型轉爐。由于中小型轉爐出鋼溫度偏高，造成爐渣過熱度升高；同時，由于原料條件不穩定，往往造成后吹。多次倒爐致使終渣FeO升高，渣稀且渣中MgO達不到飽和值，不適宜直接濺渣，往往需要在出鋼后向爐內再加入少量調渣劑，改善爐渣狀態，使之適合于濺渣操作。

出鋼后調渣工藝在冶煉過程中的操作與直接濺渣工藝相同。出鋼后凋渣工藝的操作程序如下：

(1)吹煉終點，控制爐渣中的MgO含量達到8%-10%；

(2）出鋼時，根據出鋼溫度和觀察到的爐渣狀況，決定加入調渣劑的數量，進行爐后調渣。(3）調渣后進行濺渣操作。

出鋼后調渣的目的主要是使爐渣MgO達到飽和值，提高爐渣的熔點，同時加入的調渣劑熔解吸熱可降低爐渣粘度，渣過熱度和爐渣粘度，使其適宜濺渣。出鋼后調渣工藝還可分為以下兩種操作。

1)單純調整爐渣MgO的操作工藝。通過爐后添加調渣劑使爐渣MgO過飽和，達到降低爐渣過熱度和稠化爐渣的目的。

2)同時調整爐渣中氧化鐵和MgO的操作工藝。通過后添加含碳的鎂質耐火材料，利用c—O反應降低爐渣FeO含量和Mg0的飽和熔解度．使爐渣MgO更易于達到或超過飽和值。對于出鋼溫度偏高的中小型轉爐，采用出鋼后調渣工藝操作非常重要。出鋼后調渣的目的是為了降低爐渣過熱度．稠化爐渣，使渣中MgO含量超過飽和值，因此．對出鋼后調渣劑的要求也更嚴格，其要求條件如下：

1）出鋼后調渣劑應易熔、速熔．即具有良好的熔比性能和高的反應活性。能與高溫液態爐渣迅速發生反應；

2)出鋼后調渣劑應有較高的MgO含量，熔化后能明顯提高爐渣MgO含量； 3)出鋼后調渣劑應具有較大的熱焓．熔比后能明顯降低爐渣溫度。5)合理確定濺渣工藝參數 合理的濺渣工藝參數．主要是根據具體的轉爐爐形尺寸，確定能在盡可能短的時間內將爐渣均勻噴濺涂敷在整個爐襯表面，并對渣線。耳軸兩側等易于熔損的部位能形成厚而致密的濺渣層所要求的噴吹工藝參數。它主要包括以下幾項：(1)噴吹氮氣的工作壓力和流量(2)確定最佳的濺渣槍位。

(3)設計適宜的噴槍結構相尺寸參數（如噴孔數目、噴孔夾角和喉口直徑）。

高壓氮氣是濺渣的動力，其壓力和流量直接影響到濺渣護爐的效果。當氮氣壓力和流量不足時，爐渣濺起高度不夠，將會導致耳軸以上濺渣層薄，爐底濺渣層較厚，造成爐底上漲，底部供氣元件堵塞，不利于爐襯維護和冶煉操作。氮氣壓力較大時，濺渣高度可達爐口上部，爐襯渣層較為均勻，能有效控制爐底上漲和減少耳軸以上部位爐襯侵蝕。但氮氣壓力過高，對爐底沖刷嚴重，而且也會增加濺渣護爐的成本。關于濺渣護爐噴吹氮氣的工作壓力和流量的確定，國內外做過很多研究工作。用文獻的公式可以計算出氮氣射流對熔池的沖擊能量，用文獻的公式可以計算出氮氣射流對渣層的穿透深度。按照各廠濺渣經驗，一般情況下，濺渣護爐吹氮的工作壓力、流量與轉爐吹煉時吹氧的工作壓力和流量相差不多時，其射流作用于爐渣的能量轉換才最為合理。國內外較為成熟的濺渣工藝是：氮氣工作壓力在0.9～1.0Mpa，流量為20000～22000。由于轉爐的公稱容量不同，所以濺渣的氮氣壓力、流量存在差異。

6)濺渣操作程序

普通轉爐廠的濺渣護爐工藝操作程序如下：

(1）轉爐出鋼時，煉鋼工應密切注意爐內鋼水狀況及渣況．保證出凈鋼水，嚴禁爐內留有殘鋼(否則易引起濺渣粘槍及金屬噴濺)；

(2)轉爐出鋼過程中及結束后．煉鋼工應觀察爐渣的顏色及流動性，判斷爐渣的溫度、粘度等狀況，確定是否加入調渣劑：

(3)同時，煉鋼工應觀察爐襯的熔損狀況(有條件的廠家可參考激光測距儀的掃描結果)，決定是否對爐襯某些的部位進行重點濺渣或噴補，(4）操作工將轉爐搖至零位，如需調整渣況，則加入調渣劑：

(5)操作工將氧槍降到預定的槍位，調節氮氣流量(或壓力)符合規程的要求：

(6)操作工在濺渣的過程中，可適當改變槍位．以求得濺渣量的最大效果或固定某一槍位噴濺一個特定位置；

(7）操作工觀察濺渣爐況，如果在正常時間內爐口噴出小渣塊，證明濺渣狀況良好．可正規程規定的時間內結束濺渣。

(8）濺渣即將結束前．適當降低槍位，進一步提高濺渣量，結束濺渣，提槍、切斷氮氣；(9）在結束濺渣提槍的同時，觀察氧槍是否粘槍；(10)在搖爐掛渣結束后，將剩余的爐渣倒入渣罐；(11）煉鋼工觀察爐襯，判斷濺渣效果；(12)如果氧槍粘槍嚴重，則采取措施處理氧槍；(13）進行下一爐冶煉。

如果在復吹轉爐上濺渣．則應注意的問題如下：(1)注意在濺渣過程中的底吹氣體流量的變化情況；

(2）為保證底部供氣元件的暢通，可在濺渣過程中適當提高底部供氣強度；(3)在濺渣后，如果發現底吹供氣元件有堵塞現象，應立即采取復通措施。

7)濺渣時間與濺渣頻率(1)濺渣時間

濺渣時間是濺渣操作中的一個重要工藝參數，各個廠家根據自己車間的生產節奏靈活掌握。濺渣時間過短，不能起到濺渣的效果，過長將會浪費氮氣、致使爐襯降溫過多，影響下爐冶煉等很多危害。

目前各廠家的濺渣時間定為2．5—4min。濺渣時間過短．爐渣沒有得到充分的冷卻和混勻，爐渣條件比較差，即使濺到爐壁上，也不能很好地掛上，起不到護爐的作用。在爐況正常的條件下，濺渣時間越長，爐襯掛渣越多．但也易造成爐底上漲扣粘槍。在留渣量較小時，也會造成爐底磨損增大，爐底壽命下降。尢其是在爐渣溫度過低的或流動性較差的時候，爐渣濺不起來，如果一味地延長濺渣時間，由于渣況不良．濺渣時間再長，起不到濺渣的效果。反而，由于濺渣時間的延長．爐襯溫度降的過低，即浪費了氮氣也影響后續的煉鋼操作．同時也降低生產效率．(2)濺渣頻率

A 開始濺渣護爐的時機

在一個爐役中，什么時間開始濺渣護爐，要根據各廠的具體情況確定。原則上由操作工根據對爐襯侵蝕情況的觀察結果決定，若爐襯有明顯的損耗．則應開始濺渣護爐。一般從爐役的中期開始濺渣護爐．即在起始補爐時就應開始濺渣護爐。B 濺渣的頻率

濺渣頻率，即為合理濺渣的間隔爐數．是濺渣護爐的重要操作工藝參數之一。

濺渣頻率，可以概括為“前期不濺、中期兩爐一濺、中后期爐爐濺”。掌握濺渣頻率的關鍵是在中后期爐爐濺渣。只有在爐役中后期堅持爐爐濺渣護爐，才能使爐襯損耗最小并達到動態平衡，是實現爐襯長壽的理想操作。在爐襯厚度為400mm左右時應保持爐爐濺渣，力爭爐襯厚度保持在300-400mm之間，形成動態平衡．有利于形成永久爐襯。8)合理控制轉爐出鋼溫度

濺渣層的熔損侵蝕主要發生在轉爐吹煉后期，由于熔池溫度升高而超過了濺渣層的熔化溫度，使濺渣層迅速熔化。因此，合理控制轉爐出鋼溫度，對采用濺渣護爐工藝的轉爐進一步提高爐齡有重要意義。

⑴用濺渣護爐工藝后，轉爐出鋼溫度對爐齡有明顯的影響。隨著出鋼溫度的降低，爐齡線性提高，爐齡與出鋼溫度的關系為[17]：

………………………………………………….式（2）

式（2）可說明采用濺渣護爐工藝后，出鋼溫度平均降低1℃，轉爐爐齡可提高121爐。⑵LTV哈伯廠能連續創造轉達爐爐齡世界新記錄，主要得益于轉爐出鋼溫度比較低，而LTV東方廠采用同樣的濺渣護爐工藝，由于出鋼溫度偏高，造成爐齡明顯降低。我國寶鋼煉鋼廠，濺渣護爐工藝掌握比較好，但因出鋼溫度偏高，造成與LTV哈伯廠爐齡差距較大。同樣，太鋼、鞍鋼、首都鋼二煉、石鋼等廠的出鋼溫度明顯偏高。若能適當降低出鋼溫度,有利于大幅度提高轉爐爐齡。

轉爐煉鋼工藝配置對出鋼溫度的影響和降低出鋼溫度的關系。采用濺渣護爐技術的轉爐廠，今后一定要結合本廠的設備狀況、工藝配置和冶煉品種等因素，采用必要的技術措施，努力降低出鋼溫度，轉爐爐齡將會有大幅度提高。3.2.4 濺渣效果與爐況監測

在濺渣操作的初期，為了下斷改進濺渣操作工藝，應該不斷對濺渣效果進行觀察。為了有效地觀察爐襯濺渣的效果，在煉鋼過程的一倒、二倒及出鋼的過程中應不斷地觀察爐襯表面，保證對前一爐濺渣層的工作效果及磚縫暴露情況．做祥細了解。濺渣之后，也可以立即倒爐觀察爐況。良好的濺渣效果，應是爐襯的內表面由上至下均勻地濺涂上了一層爐渣，如果在上一爐磚縫已暴露．在濺渣后由于濺渣層的敷蓋，磚縫應消失．同時在下一爐冶煉中利用各種機會，密切注意爐襯的熔損狀況，為掌握以后的濺渣效果打下基礎。應對本廠轉爐在各種不同的冶煉工藝條件下，每濺渣一次后可冶煉的爐數，做到心中有數；

在有條件的企業．則可采用激光測距儀來定期測量爐襯的蝕損速度。采用激光測距儀，一般應每天測量一次爐襯厚度，以便準確地監視爐襯各部位厚度的變化情況，根據激光測距儀煶供的數據，合理地控制濺渣層厚度．評估濺渣的質量．對爐襯的薄弱部位，應合理地控制噴補，提高噴補料的利用率．并應控制濺渣層厚度及濺渣頻率，均衡爐襯厚度。還應根據激光測距儀提供的數據對爐座的停開提供依據(激光測距儀的測量實例見本書節4.4)。3.2.5 氧槍(濺渣）的設計

濺渣護爐要求氧槍應能保證在3分鐘左右的濺渣時間內，在爐襯各部位形成所要求的濺渣層厚度，還要有較長的槍齡和低的氮氣消耗量．

濺渣護爐依靠氮氣射流作為動力沖擊爐渣使其飛濺到爐襯內表面形成濺渣層、如果煉鋼與濺渣采用同一氧槍．則噴頭參數應主要按滿足煉鋼工藝要求進廠設計。我國中、小型轉爐大多數都采用同一氧槍進行煉鋼與濺渣操作．如果有必要采用專用噴槍濺渣，則應根據濺渣護爐的工藝特點．選取濺渣專用槍設計參數．

把噴孔出口馬赫數提高到22.0-2.3，這樣可以提高射流的出口速度．使單位體積的氮氣具有更高的能量，采用高馬赫數槍噴吹氮氣，可使濺渣護爐氮氣消耗量下降20%。

由表3-9可知，當Ma值由1.8提高到2.4,每1m3氮氣的出口射流動量增加16.3%。高動量射流的速度衰減慢，效率高。

采田高馬赫數射流，需要提高滯止壓力。目前寶鋼濺渣護爐用噴槍Ma=2.1。當氮氣氣源壓力提高后Ma。還可進一步提高． 下面分項討論幾個問題。

(1)噴頭的噴孔數。隨著爐子容量增加，應適當增加噴頭的噴孔數，這樣可以使濺渣層厚度更均勻。噴孔數目增加會使每孔的氮氣流量下降．因此要與提高噴孔出口馬赫數結合起來進行考慮。濺渣用噴槍的噴孔數可參考表3-10中的數字。

(2)噴孔傾角。專用濺渣氧槍噴孔的傾角可取120-140LTV鋼公司250t轉爐使用120噴孔傾角效果最好。寶鋼300t轉爐使用過140的噴孔傾角也有較好的效果。國內多數轉爐的氧槍噴頭在90一140范圍。噴孔的傾角與爐子高寬比有關，高寬比小的爐子，傾角可大些。例如鞍鋼轉爐的高寬比為1.17，其噴孔傾角為140；寶鋼轉爐高寬比為1.59，其噴孔傾角為120；有些鋼廣采用110傾角噴孔，其效果也較好。我國一些轉爐經過擴容后其H/D值下降．對于同一座轉爐新砌爐襯與中后期爐襯的H/D可相差15-20%．在實際操作中可以通過調整噴吹壓力與槍位對濺渣情況加以調節，噴孔傾角并非只在120為最好，可以在一定范圍內選取，(3j氧槍冷卻。濺渣護爐過程中氧槍的熱負荷低于煉鋼過程(大約相當于煉鋼熱負荷的25-30%)，但氧槍噴頭及槍體下部粘渣嚴重，需要加強局部冷卻。目前對這方面的研究工作還很少。

3.2.6 復吹轉爐濺渣工藝

底部供氣元件穩定長壽和暢通是保證復吹轉爐冶煉工藝正常進行的關鍵設備之一。從1992年美國LTV鋼公司印地安那港廠采用濺渣護爐以來爐齡不斷地創造出新紀錄．但是同時出現轉爐復吹比不斷下降，即底部供氣元件堵塞嚴重，我國復吹轉爐濺渣護爐也遇到了同樣問題。

1）復吹轉爐底部供氣元件 底部供氣元件結構有套管噴嘴型、磚縫組合型、細金屬管多孔型等，連通供氣室及輸氣管道組成底部供氣元件。目前普遍應用是細金屬管多孔型的底部供氣元件．根據轉爐裝入量、爐壁及冶煉鋼種等。有不同支數底部件氣元件布置方案。如圖3-8示鞍鋼180t復吹轉爐底部供氣元件構造及布置。供氣元件是由內徑ф4mm不銹鋼管19根，接著每兩管中心距離為16—24mm布置在長、寬、高為150，150，1150mm的鎂碳磚中。經過等壓成型，低溫熱處理烘干以及氣室焊接和組裝后，鑲嵌在爐底上位于0.4D(D為爐底內徑)圓周上且平行于耳軸方向上兩支底部供氣元件。唐鋼一鋼軋廠透氣磚確定為奧鎂公司生產的鎂碳質24孔針管式透氣磚（圖6）。針管布置形式為4排×6根。常溫耐壓強度40MPa，高溫抗折強度（1400℃，30min）14MPa。具有較好的抗侵蝕性能、抗熱震性能。

磚體 上端面 圖6 透氣磚示意圖

底吹噴嘴冷卻介質是N2和CO2，CO2冷卻介質是采用Na2CO3水溶液吸收石灰窯放出氣體中的CO2，經過低溫分解出純度高的CO2氣體。CO2不僅作為冷卻介質冷卻底吹噴嚏，而且吹入鋼液中不發生污染，起著很好的攪拌作用.因為CO2又是一種弱氧化性氣體，在冶煉過程中對底吹噴嘴輕微堵塞有著輔通的作用，尤其是對采用濺渣護爐之后，爐底經常有剽余的溫度低、粘度大的爐渣覆蓋在噴嘴口之上而發生堵塞的輸通作用。2）底部供氣元件噴嘴的維護

經過“七五”攻關，鞍鋼三煉鋼廠技術人員，基本上掌握了底部供氣元件冶煉操作工藝參數、熱修補等維護手段，尤其是使底吹噴嘴口處形成一定尺寸的蘑菇頭的保護技術。如圖3—10所示，不同的碳含量的金屬液和高熔點氧化物凝固在底吹噴嘴口處而形成留蘑菇

頭，其內部形成0.11一1.10mm的網狀微孔。它不僅防止從噴嘴口滲入鋼液堵塞供氣元件，隔離鐵水與其相接觸，減緩噴嘴蝕損速度，又能保證穩定的透氣性，而且可以調節氣體流量。⑴爐渣—金屬蘑菇頭組織結構、形成機理

①爐渣—金屬蘑菇頭的結構，爐渣—金屬蘑菇頭自下而上形成 3 種結構：

a.金屬蘑菇頭—氣囊帶：形成初期，由于氣流冷凝作用，在金屬毛細管端部冷卻形成單一的小型金屬蘑菇頭，并在每個金屬蘑菇頭間形成氣囊。

b.放射性氣孔帶：在濺渣過程中，氣流以射流形式穿透渣層，冷凝后形成。

c.迷宮式彌散氣孔帶：在放射性氣孔帶上方，爐渣繼續冷卻，由于爐渣—金屬蘑菇頭長大對氣流的阻力加大，使氣體的流動受爐渣冷凝不均勻的影響，隨機改變流動方向，形成彌散細小的氣孔通道。

②爐渣—金屬蘑菇頭具有以下優點：

a.增大了蘑菇頭的體積。濺渣過程中在金屬蘑菇頭表面冷凝沉積大量透氣爐渣，體積比金屬蘑菇頭大萬倍，不易被熔蝕。

b.提高了蘑菇頭表面抗沖刷的能力。底吹氣體通過蘑菇頭表面迷宮式彌散細小的氣孔（＜1mm），大幅度減輕了“沖刷侵蝕，蘑菇頭表面不會形成凹坑。

c.提高了蘑菇頭的熔點和抗氧化能力。爐渣蘑菇頭堿度≥3.5，MgO 和 FeO含量高，因此熔點高，不易氧化，可形成永久性蘑菇頭保護爐底噴嘴。

⑵爐渣—金屬蘑菇頭形成對渣的要求： 為保證爐渣—金屬蘑菇頭形成，該渣層對轉爐初期渣應有較強的抗侵蝕能力，而對轉爐冶煉后期應具有抗高溫侵蝕能力。因此，為保證該渣層的耐高溫性能，盡可能提高終渣的熔化性溫度成為合理控制終渣的主要目的。

3.3計算機控制轉爐冶煉終點技術

氧氣轉爐煉鋼過程是一個非常復雜的多元多相高溫反應過程，反應極其復雜，冶煉周期短，需要控制和調整的參數很多，影響鋼水終點成分和溫度的因素很多，再加上為了回收煤氣需要降下活動煙罩畢罩操作。所以單憑煉鋼操作人員的經驗判斷來控制冶煉過程，冶煉終點命中率低，已不能適應現代煉鋼生產的需要。而用計算機控制煉鋼過程能在較短時間內對冶煉過程的各種復雜參數進行快速的計算處理，并給出相應的動作指令，準確命中冶煉終點，冶煉出成分和溫度合格的鋼水。實踐證明，應用電子計算機控制煉鋼過程可以顯著提高轉爐生產率和鋼水質量，縮短冶煉時間，降低原材料消耗及改善勞動條件。

六十年代以來，隨著氧氣轉爐煉鋼、電子計算機和檢測技術的迅速發展，開始應用計算機控制轉爐煉鋼過程。美國Jones&Laughlin鋼鐵公司首先在世界上成功的開發了轉爐靜態控制模型，并應用于實際生產，從此開始了轉爐煉鋼的自動控制時代。經過30多年的發展，轉爐煉鋼自動控制技術取得了很大的發展，從靜態控制發展到動態控制。

轉爐冶煉計算機自動控制系統包括計算機系統，電子稱量系統，檢測調節系統，邏輯控制系統，顯示裝置及副槍設備等。

轉爐冶煉的計算機自動控制系統通常應具備如下功能：工藝過程參數的自動收集，處理和記錄；根據模型計算鐵水、廢鋼、散狀料、鐵合金和氧氣等各種原料用量；吹煉過程的自動控制，包括靜態控制、動態控制和全自動控制，人－機聯系，包括各種顯示器報告冶煉過程和向計算機輸入信息；控制系統本身的故障處理；生產管理，包括向后步工序輸出信息以及打印每爐冶煉記錄和報表等。

轉爐冶煉過程的計算機自動控制發展較快的是冶煉終點的靜態控制和動態控制。

（1）靜態控制模型

靜態模型是以物料平衡和熱平衡計算為基礎建立一定的數學模型，按照已知的原料條件和吹煉終點溫度和成分要求，計算鐵水、廢鋼、造渣材料（石灰、白云石等）的加入量和吹氧量，按照計算結果裝料和吹煉，在吹煉過程中不再進行任何修正，并保證能基本命中控制目標值的控制方法。

靜態模型依據建模方法的不同大致分為三類：理論模型、統計模型和增量模型。1）理論模型

理論模型從冶金機理出發，以質量平衡、能量平衡為基礎，通過理論推導確定各變量之間關系。

六十年代初，美國Jones&Loughlin鋼鐵公司的W?J?Slatosky以煉鋼過程中的物理化學反應機理為依據，根據物料平衡和能量平衡原理，計算出為了達到終點目標碳含量和溫度所需的各種原材料和輔料加入量、吹氧量和冷卻劑加入量。其他一些公司在此基礎上又開發出了改進的理論模型，并在實際生產中投入使用，取得了較好的控制效果，終點碳溫控制命中率可以達到40～50%。原材料消耗減少，平均冶煉時間縮短，提高了轉爐生產率。

由于理論模型是從冶金理論出發，因而這類模型的開發相對復雜，周期較長，同時由于過程不可測干擾的影響，單純的機理模型常常難以滿足現場的要求。2）統計模型

理論模型從煉鋼反應的物化原理出發，對吹煉過程進行數學描述。由于爐內反應的復雜性，理論模型不可能完全正確的描述煉鋼反應的實際情況，因此理論模型計算結果與實際結果存在較大的偏差，終點命中率較低。為了克服理論模型的不足，又發展了統計模型。統計模型不需要對煉鋼反應過程進行了深入了解和分析，而是對于大量實際生產數據進行統計回歸，得到影響吹氧量和冷卻劑加入量的各變量間的關系。

統計模型則是單純采用統計的方法，通過現場數據的收集、整理與統計分析，確立模型的建模方法。這種方法其過程相對簡單，但由于冶金過程機理復雜，干擾因素眾多，目前統計模型還不能有效的覆蓋各種冶煉模式，因而其適用范圍有限。3）增量模型

統計模型雖然部分克服了理論模型的不足，但統計模型本身還存在對系統變化反應滯后，模型推廣適用性差等缺點，影響統計模型的控制效果。為了進一步提高靜態模型的控制精度和提高模型對吹煉系統變化的適應能力，開發了增量模型。

增量模型的原理是以前一爐或前幾爐的實際操作結果作為本爐的參考爐，根據參考爐的實際吹煉結果和參考爐與本爐初始條件的差別，計算本爐吹煉工藝參數。增量模型將轉爐整個爐役期間工藝因素變化的影響看作是連續函數，相鄰兩爐爐型對操作結果的影響由于相差甚微而看成是一樣的。這樣以上一爐操作情況為基礎，對下一爐操作因素的變化加以修正，作為下一爐數學模型。其數學通式為：

y0=y1+f(x0－x1)…………………………………………………(1)式中：

y0——下一爐控制參數的目標值； y1——上一爐控制參數的實際結果； x0——下一爐的變量； x1——上一爐的變量。

由于增量模型將整個爐役期作為一個連續變化的過程，克服了原料波動、計算誤差、爐容變化等對模型計算結果造成的影響，提高了模型的計算精度。與理論模型和統計模型相比，提高了模型對系統變化的應變能力，增強了模型的自學習功能。因此得到廣泛的應用，成為使用最多、效果較好的靜態模型。

實際應用中，以上方法往往是相互結合，取長補短，以提高控制精度。對于靜態模型，影響其精度的關鍵是輸入數據的精度和冶煉過程的可再現性。（2）動態控制模型 靜態控制只考慮始態與終態之間的變量關系，不考慮變量隨時間的變化，因而靜態控制的命中率是有限的，為了提高命中率，應根據吹煉中檢測的金屬成分，溫度及爐渣狀況等相關量隨時間變化的動態控制信息對吹煉參數進行修正，以達到預定的吹煉目標，這種方法稱為動態控制。冶煉過程中熔池反應信息的檢測是實現動態控制的基礎。動態控制是在靜態控制的基礎上，除進行裝料計算外，應用副槍等檢測手段檢測吹煉過程中鋼液成分、溫度及爐渣狀況等有關變量隨時間變化的動態信息，反饋給計算機，計算機依據獲得的信息及時修正吹煉軌道，達到預定吹煉目標。它比較真實的反映了熔池情況，命中率一般比靜態控制顯著提高。動態控制又有吹煉條件控制和終點控制兩種方式。

1）吹煉條件控制 這種方式不是直接控制終點，而是使整個吹煉過程按標準狀態進行，或控制成渣過程，使吹煉穩定，熔池含碳量和溫度沿著一定的軌道變化。代表這種方式的有CRM模型和克虜伯模型。

CRM模型是通過連續測定廢氣溫度和爐口噪聲推定熔池的脫碳速度和成渣過程。發現脫碳速度和升溫速度與預計軌道不符時，調節供氧量和槍位進行校正。在噪聲降低到預定范圍時，即穩定供氧量和槍位。

克虜伯模型是測定廢氣溫度，據以控制供氧量和槍位，使廢氣溫度和脫碳速度與給定值相一致。當成渣不良或發生噴濺前，可以提槍調節脫碳速度，使吹煉穩定。

2）終點控制 這種方式又分為軌道跟蹤法和動態停吹法。

（1）軌道跟蹤法。吹煉后期的脫碳速度和升溫速度是有規律的。軌道跟蹤法是在吹煉后期，參照以往的典型曲線，將測得的含碳量和溫度信息輸入計算機，算出預計的曲線。最初預計的曲線與實際曲線相差較大，但以此為基礎，繼續用檢測的信息算出新的預計曲線。新曲線雖與實際曲線仍有差異，但已較為接近。這樣反復進行，直至吹煉終點。越接近終點，預計曲線越接近實際曲線。

該方法認為吹煉后期的脫碳速度規律呈指數衰減方式，其指數方程為：

R－冶煉過程中瞬時脫碳速度； RP－冶煉過程中最大脫碳速度

K－常數

C－脫碳速度為R時的熔池含碳量，％； C0－R外推到零時的熔池含碳量，％； O－氧氣，m3。將上式整理成下式：

根據冶煉過程中獲得的氣體分析和流量數據可以計算脫碳速度，從而由前式可以解出系數K，式中RP以吹煉中期測得的R平均值代替，然后由上式用迭代法算出熔池含碳量。將前式(R)整理并積分，從而求出達到目標含碳量Cf時所需的氧量：

用一個獨立的系數來測定熔池溫度，并把測得數據代入下面的經驗性方程，以確定終點溫度。Tf＝Tb＋A?△OT Tf－目標終點溫度；

Tb－測得熔池溫度；

A－單位吹氧量的升溫值，常數；

△OT－從測溫時起到目標溫度時應吹入的氧量。

過程控制計算機對算出的達到目標含碳量和目標溫度所需的氧氣量OC和OT進行比較，若OC＝OT即達到目標含碳量和達到目標溫度所需的氧氣量相等，則無需調整操作。若OC＞OT應加入冷卻劑；若OC＜OT則應提高搶位使終點碳和溫度同時命中目標值。

軌道跟蹤法用計算機每5秒鐘從檢測系統采用一套新的瞬時熔池數據，對計算結果做一次校正，這樣反復進行，直到吹煉終點。越接近終點，預計的吹煉曲線越接近實際曲線。（2）動態停吹法。開吹前先用靜態模型進行裝料計算。接近終點時，由測得的信息，根據對接近爐次或類似爐次的回歸分析獲得的脫碳速度vc與含碳量[C]的關系，以及升溫速度vT與溫度T的關系，判斷最佳停吹點。停吹后按需要允許作相應的修正動作。最佳停吹點應是含碳量[C]和溫度T同時命中，或含碳量和溫度二者有一項命中，但另一項不需補吹，只經某些修正動作即可達到目標要求。如圖所示。

軌跡1是停吹時[C] 和T同時命中；軌跡2和3是二者不能同時命中，但不必補吹，只需作軌跡6和7軌跡修正就可以達到目標值，也不需在吹煉過程中作軌跡4和5修正。動態停吹法的優點是操作簡便，有可能實行固定操作。

1.2.1 檢測技術

要實現煉鋼的自動化，檢測儀表是一個重要的前提，只有對生產過程中所需的各個參數進行準確而又及時的測量，才能使各種控制技術和方法得以實施。在轉爐煉鋼中，需要檢測的參數主要有：鋼液溫度、鋼液成分、液面高度等[7]。1．副槍檢測技術

目前，熔池溫度的測定有多種方法，包括熱電偶測溫、導光測溫和副槍測溫等，而應用最為廣泛的是副槍，它不僅能測溫，而且還能定碳。副槍檢測技術最早由美國伯利恒鋼鐵公司發明，后由日本幾個大鋼鐵公司不斷改進和完善，取得了巨大成功。全世界有100個以上的副槍系統在使用，1991年全世界轉爐煉鋼產量為4億3千萬噸，其中1億5千萬噸是使用副槍技術冶煉的。

美國Inland鋼鐵公司[8]所采用的副槍有5個探頭貯藏室，每個貯藏室可以容納20支探頭，這些探頭分為4類，分別用于測量熔池溫度、氧氣活度、液面高度凝固溫度及取樣。由計算機自動選擇探頭或手工選擇探頭，以便根據需要測量不同的參數。從副槍測得的信號傳送導DIRC-2型信號分析器，通過該裝置確定鋼液的溫度或氧的活度等。由于空間上的原因，在小于100t的轉爐上安裝副槍會出現一些問題，通過轉爐爐口在氧槍旁安裝一只副槍實際上是不可能的。針對這一情況，1992年奧鋼聯開發了一種傾斜式副槍裝置[9]，稱為Slantee副槍。副槍通過轉爐錐體段由側面進入爐內，從而不會干擾吹煉操作。這種副槍可以測量溶池溫度，確定含碳量及氧活度，并可進行取樣操作。

（3）神經網絡控制模型

所謂人工神經網絡就是人們對人腦神經系統所作的抽象、簡化和模仿所得到的復雜信息處理系統。它由很多類似人腦神經細胞的單元——神經元所組成。單個的神經元結構簡單，功能有限，但大量神經元構成的網絡系統卻十分復雜且具有強大的功能。人工神經網絡具有很強的容錯性、學習性、自適應性和非線性的映射能力，特別適合于解決因果關系復雜的非確定性推理、判斷、識別和分類等問題，為冶金過程數據處理提供了一種新的方法。轉爐煉鋼是一個非常復雜的周期性升溫降碳過程，期間存在著許多難以定量的因素，建立一個準確的數學模型非常困難[2]，轉爐冶煉終點控制的傳統方法是看火焰憑經驗煉鋼，致使終點命中率較低，容易造成后吹。普通的靜態模型計算精度差，目標命中率低，實際生產中的應用效果不是很好。而動態控制，

第三篇：2014年“中天鋼鐵”東北大學大學生數學建模競賽通知

“中天鋼鐵”東北大學大學生數學建模競賽通知 為深入開展科技創新活動，培養和鍛煉學生運用所學解決實際問題的能力，同時選拔優秀學生代表我校參加2014年全國大學生數學建模競賽及2015年國際（美國）大學生數學建模競賽，促進優秀創新人才脫穎而出，學校研究決定舉辦“中天鋼鐵”東北大學大學生數學建模競賽，競賽由學生創新中心主辦、理學院團委承辦。

2014年我校學生在競賽中取得了優異的成績，共取得全國大學生數學建模競賽全國一等獎2項全國二等獎8項；國際大學生數學建模競賽國際特等獎1項、國際一等獎25項、國際二等獎63項，歡迎有志于數學建模競賽的同學踴躍報名參加。有關具體事項通知如下：

一、參賽對象

東北大學在籍本科生

二、作品基本要求：詳見《全國大學生數學建模競賽論文格式規范》

三、時間安排

報名時間：4月15日至4月25日

聯系人：宋雨奇 聯系方式：***

競賽時間：暫定2014年4月25日17:00至4月29日晚17:00（如有調整另行通知）提交答卷時間：2014年4月29日晚17:00前，屆時網絡自行關閉。

四、報名方式：

在東北大學學生科技競賽平臺注冊報名，網址：202.118.31.239

五、交卷方法：2014年4月29日晚17:00前競賽平臺上提交答卷（論文）

六、評獎方法競賽設一、二、三等獎及優秀獎，并頒發獲獎證書，并給予一定的物質獎勵。競賽結果將在東北大學學生科技競賽平臺公布。

七、注意事項

1.競賽以個人形式報名參加，入圍者由學校統一安排課程指導，進行統一培訓，并組織入圍者自由組隊。

2.比賽結果為論文形式，按規定時間在競賽平臺上提交，逾時網絡自行關閉。

3.競賽期間參賽者可以查閱圖書資料、使用計算機及相關軟件，在國際互聯網上瀏覽，但不得與任何人討論，一經發現,論文作廢，取消參賽資格。

4.本次競賽暨2014年全國大學生數學建模大賽和2015年國際（美國）大學生數學建模競賽校內選拔賽，學校不再另行組織校內選拔賽。

東北大學學生創新中心

共青團東北大學理學院委員會

2014年4月10日

第四篇：體育科組工作總結11-12年1

中山小學體育科組工作總結

2011—2012學第一學期

光陰似箭，日月如梭，一轉眼，又是一個假期的臨近。回首一個學期的工作，在全體師生的共同努力下，在學校領導的大力支持下，我們體育科組的工作開展的紅紅火火，取得了一定的成績，現總結以下幾點：

一、指導思想

深入貫徹“十六大”會議精神，努力實踐“三個代表”重要思想，全科教師堅持黨的教育方針、路線，以新課程標準以及教師法為本，采用靈活多樣的教學方法，積極備好課、上好課，完成了規定的教學任務，使全校學生在體育課堂上較好的學習知識、鍛煉身體、努力促使自己成為社會主義現代化建設的合格接班人。

二、完善自身素質、提高業務水平

我科組教師特別注重自身素質的完善和業務水平的提高，集體備課、自主學習，討論交流工作經驗、學習心得體會，以求共同進步。首先科組內采用參與式、互動式、進行教學設計、案例的研討。并加強備課制度，課組內共同研究上好一堂有關的新課程標準實踐課，并向學校匯報了課的質量評價。另外我們還加強體育組的教育教學研討。以課程標準為主體，結合學校的情況，創出自己的教育教學模式，提高課的質量，促進學生身體的健康發展。本學期蔡秋治老師叁加縣調教比賽榮獲一等獎。

三、開展了豐富多彩的第二課堂活動

第二課堂活動是實施素質教育、全面提高學生素質的重要工作，在校領導班子直接領導下，認真組建了籃球興趣小組、羽毛球隊、乒乓球隊，經過一個學期的學習、訓練，取得了較大的進步，我們于每周星期3—5下午組織的學校學生運動隊的訓練，使學校的第二課堂活動得到有效的開展。

四、堅持“兩操”

學校領導班子非常重視學生的健康成長，制定了嚴格的“兩操”制度，學生必須認真做好早操和眼保健操，教師不得以任何理由占用“兩操”時間。每天早晨7點半準時到場指揮早操的質量、并訓練好領操學生。

五、認真組織好參加縣第二屆體育運動會

本學期,我們體育組認真做好參加縣第二屆體育運動會運動員選拔工作，利用上課時間發掘體育突出人才,并利用課間選拔和加強訓練，體育教師分管分組訓練，使我校此次參加縣第二屆體育運動會上運動員創出可喜的優異成績.在這次縣第二屆體育運動會上,我校共派出65名參賽的運動員。運動員在本次比賽中認真準備,不畏強手,敢打敢拼,取得7枚金牌, 12枚銀牌, 6枚銅牌的優秀成績,為我校奪取小學組田徑總分第一和團體總分第一，充分展現我校運動員的優良精神風貌。

六、教學工作反思：

今年我們體育組工作進展順利，成績喜人，這凝結了全體體育教師的心血和汗水，沒有辜負領導的關心和期望。以上，是體育組對本工作的一點敘述，但從中我們認識到了不足的地方，主要還是由于受到體育場地影響,即運動場地太少綠樹,夏天太陽太辣,很多體育課程不能如期完成，另外希望學校增加4名體育老師(一二年級每周4節體育課,三四五六年級每周3節體育課)，壯大體育組的力量，把學校的體育特色推出學校，走向社會。在此我們會以飽滿的熱情和積極進取的心態來迎接新的挑戰。我們全科教師決心戒驕戒躁，再接再厲，使體育科的教學質量和科研水平再創新高！

中山小學體育組2011、12、19

第五篇：2014-2015年第二學期學科組工作總結

2014-2015學年第二學期

學科組工作總結

2014級生物學科組

杜承瑞 2015.06

我們2014級生物學科組是一個精誠團結、開拓創新的群體。半年來，全組教師勤于學習，樂于奉獻，善于思考，勇于創新，在校領導的關心指導下，取得了令人滿意的成績，現總結如下：

一、加強學習，努力提高自身素質

教師，肩負教書育人的職責，行為上要為人師表，業務上要精益求精。因此只有不斷充電才能永葆教學的青春和活力。我組教師一方面，認真學習教師職業道德規范、總書記系列講話精神，不斷提高自己的道德修養和政治理論水平；另一方面，認真學習新課改理論，努力提高業務能力。通過這些學習活動，不斷充實了自己、豐富了自己的知識和見識、為自己更好的教學實踐作好了準備。

二、求實創新，認真開展教學工作。

教學的最終的目標就是要提高教學質量，而其關鍵就是上好課。能把知識點落實到位，為了上好課，我們組的教師做了下面的工作：

1、在課前深入鉆研、細心挖掘教材，把握教材的基本思想、基本概念、教材結構、重點與難點，認真進行 “一·三·九”課題解讀；了解學生的知識基礎，力求在備課的過程中即備教材又備學生，了解學生原有的知識技能的質量，他們的興趣、需要、方法、習慣，學習新知識可能會有哪些困難，采取相應的預防措施。在此基礎上，精心制作多媒體課件。精心備寫每一個教案。

2、在課堂上，積極踐行“三·五·三”課堂教學模式，關注全體學生，注意信息反饋。激發學生的情感，使他們產生愉悅的心境，把每一次公開教學作為組內教師共同研討，共同提高的機會。

四、工作成績

經過全組教師的共同努力，高一年級的學生們順利完成了必修二的全部課程，在期中考試中取得了理想的成績，相信在即將到來的期末考試中也一定能再創佳績。同時，我們組教師積極撰寫論文，及時總結教學實踐過程中的體會，有四位老師共撰寫的9篇教學論文分別獲得了縣一、二等獎。

成績屬于過去，未來充滿挑戰，本回顧走過的一學期，我們一直很努力，但我們會正視客觀條件，正視不足，進一步正確發揮主觀能動性，譬如在期末復習階段，各備課組精誠合作，合理規劃復習思路。道路是曲折的，前途是光明的，我們相信，在學校領導的關心指導下，全體組員持之以恒，不斷創新，樂于奉獻，一定能取得理想成績，再創新的輝煌!nkTxB7yR ZLZfcl123