氧气炼钢发展历程

氧气炼钢工艺从最初的设想到首次实现工业化应用经历了150年，而对于整个钢铁工业的影响是革命性的，针对于氧气的吹入方式，氧气炼钢转炉工艺的发展历程可以用10个里程碑事件来描述：

(1) 一 封1855年的专利信中提到插入式顶吹方案，用一根耐火粘土吹管喷吹空气 。

(2) 埋入式侧吹，将空气吹入固定式转炉的炉底附近 。

(3) 底吹，将空气吹进一个可旋转的不对称转炉中。这就是贝塞麦工艺或碱性贝塞麦一托马斯工艺。当可获得大量氧气后，1930—1949年间进行了重要的开发工作。

(4)1936—1939年间 ，重点研究了底吹工艺，但这时增加了吹氧以保证 熔池充分搅拌。

(5 ) 随后，加强了顶吹，确保了氧气射流进入熔池深处进行搅拌 (施瓦茨专利 ，1939 年 )。

(6) 在此期间还试验了从转炉炉壁 下部 以一定角度顶吹氧气。试验是在加拉芬根一台由Durrer和Hellbrfigge提供的2t转炉上进行的。

但由于种种原因，比如耐材问题，风口损坏，喷溅严重、钢水质量等，上述 (4)～ (6)项研究没有得到工业化推广。

(7) 1949年6月，奥地利林茨的 钢联公司开始在一台改进的2t贝塞麦转炉上进行顶吹氧气试验。获得的最重要结果是，证实了深入熔池内部的氧气射流及其强大动能并不是搅动金属熔体和渣所必须的。

(8) 在 1936—1939年间进行的底吹氧气试验几乎3O年之 后，开发出用碳氢化合物保护底吹风口的方案 。

(9) 底 吹和复吹转炉技术的进一步改善，也促进了氧气顶吹结合惰性气体底吹搅拌工艺的改善 。

(10 ) 最新的发展很可能是在高碳范围内部分顶吹热空气结合底吹氧气。氧气顶吹时与CO反应生成CO2

炼钢主要是除去里面的杂杂质比如碳、磷等元素，用氧气在高温条件下，可以是碳和磷氧化除去，从而达到炼钢的目的。首先通过精馏使氧气流和空气分离，其中该氧气含97－98%（体积）的氧和小于100ppm（体积）的氮，之后使铁水与通过精馏与空气分离的氧气流接触。利用氧气的氧化性使炼钢顺利完成，在炼钢过程中氧气与铁矿中的部分杂质发生氧化反应，从而减低钢材杂质的含量，常见如在高温下氧气易与铁矿中的碳发生反应生成一氧化碳和二氧化碳。同时吹入氧气可以促进燃料燃烧，加速原料和难熔合金的熔化，提高氧与铁水中碳、硅、锰、磷、硫等杂质元素的反应速度，缩短炼钢周期，提高产品质量。

在现代钢铁联合企业中，氧气是重要的工业气体，用量很大，氧气炼钢就是一种氧气炼钢方法，通过向炼铁过程供氧，使氧和碳反应生成二氧化碳除去一氧化碳用于炼铁，将铁从化合物中还原出来。它包括通过空气的精馏使氧与空气分离，将自精馏的第一氧流供往炼钢过程，将自精馏的第二氧流供往炼铁过程，其中第一和第二氧流基本上都自精馏的相同的级排出，且都含97—98%（体积）的氧和小于100ppm（体积）的氮。

根据氧气吹入的方式主要有：

氧气顶吹转炉炼钢法

氧气底吹转炉炼钢法

氧气侧吹转炉炼钢法

20世纪60年代中期,我国设计、科研、制造、生产人员共同协作，开展了大型氧气顶吹转炉炼钢厂的设计，1971年容量120t的大型转炉炼钢厂于1971年在攀枝花钢铁公司顺利建成投产。1978年我国宝钢首次从国外引进了300t大型转炉成套设备,1985年建成投产。通过对宝钢引进大型转炉炼钢技术的学习、消化,于20世纪90年代中、后期，又在宝钢二炼钢厂、武钢三炼钢厂、鞍钢三炼钢厂、首钢炼钢厂先后建成投产了180t，210t，250t大型氧气顶底复吹转炉，从此，我国转炉炼铸进入了高速发展期。

近年,我国转炉氧耗明显降低；一方面很多转炉厂建设了铁水预处理和二次精炼设备，“分段冶炼”有利于降低转炉氧耗；其次，炼钢过程控制水平和复吹比例提高；另外，氧枪设计、制造技术的进步和供氧制度的优化。我国转炉吹炼氧气的消耗在55~70m³/t,少数转炉消耗达到50m³/t，水平为55~60m/t，2006年日本转炉炼钢的氧气消耗为59.9m/t,可见，我国转妒氧气消耗水平已接近国际先进水平；少数转炉处于领先地位。

为了克服空气侧吹转炉炼钢热效率低、钢中含氮量高的缺点，用氧气代替空气吹炼是惟一的出路，但一般耐火材料喷嘴承受不了吹氧炼钢时的强烈侵蚀。1973年，中国东北工学院(冶金系、沈阳第一钢厂、唐山钢厂参照氧气底吹转炉使用油、氧喷嘴的经验，将侧吹转炉的风嘴改为油、氧喷嘴，解决了吹氧炼钢的喷嘴寿命问题。于是空气侧吹碱性转炉炼钢法被改造成为氧气侧吹转炉炼钢法。氧气侧吹转炉炼钢的工艺操作和空气侧吹碱性转炉炼钢基本相同。只是由于不再把空气中大量的氮吹入炉内，热效率提高，原料中废钢比可达10%～25%，钢铁料消耗降低30～100kg/t钢，铁损减少使炉龄也有了提高。油、氧喷嘴的构造如图4所示。它由两根同心套管组成，外管为无缝钢管，内管为紫铜管。铜管内通氧气，外壁切削出几条细的螺旋油槽，和外层钢管构成轻柴油的通路。轻柴油和氧同时吹入炉内，轻柴油在喷嘴出口受热气化和裂解，吸收了很多热量，使喷嘴受到冷却，喷嘴出口温度保持在200～250℃，使喷嘴能正常吹氧而保持较长的寿命。

从1974年到1976年，中国有26座空气侧吹碱性转炉改造成氧气侧吹转炉，总容量达150_t。在推广应用吹氧后，发现氧气侧吹转炉容量仍然不能增大。侧吹转炉的除尘设备大(因为需要在吹炼时倾动炉身，8t侧吹转炉和25t顶吹转炉的除尘设备相当);氧气侧吹转炉消耗轻柴油4～8L/t;钢铁料消耗比顶吹转炉高10～20kg/t。由于存在这些缺点，到90年代初，除唐山钢厂一个氧气侧吹转炉车间还在继续生产外，其余的氧气侧吹转炉或改为顶吹氧气转炉，或者停止了生产。

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氧气纯度在99％以上。吹入氧气的方式有顶吹、侧吹、底吹三种。1952年，顶吹氧气转炉最早研究开发成功(见图)。顶吹时，氧气喷嘴不埋入铁水中，和液面有1米左右的距离，可以用水冷却喷嘴。为了使氧流达到液面时仍有必要的动能和动量，喷嘴出口的氧气压力达0.81～1.22兆帕，喷出的氧流为超声速（450～500米/秒）。带有巨大动能的氧流把熔池中心冲成一个旋转抛物面形的凹坑，通过对凹坑表面的摩擦把动量传递给熔池，使熔池形成环流；另外，摩擦力又把金属液体撕碎，形成大量小液滴弥散分布在渣中，成为乳化状态。由于液滴有极大的界面积，反应速率极高。据实际测定，当熔池平均含碳1.0％～1.5％时，液滴中含碳量已降低到0.1％～0.7％；大量液滴是炼钢反应速率高的原因。由于反应速率高，放出化学热的反应速率也高，热损失少，再加上空气中的氮（占4/5）未进入熔池带走热量，因而氧气转炉热量有富余，可以用来熔化废钢。另外，高速脱碳使熔池沸腾非常激烈，沸腾的CO气泡将溶解在钢中的氢、氮、氧带出来，此外由于可用计算机进行自动控制，使终点钢的成分和温度更为精确，所以钢的质量优良。再加上转炉炼钢有极高的生产率（30～40分钟产出一炉钢），炼钢不消耗能量，甚至产生二次能源。由于上述优点，使氧气转炉炼钢发展极快；由1952年诞生到1970年不到20年的时间，氧气转炉钢产量就超过了平炉钢；20世纪90年代末期，氧气转炉钢年产量达3.5亿～4.0亿吨，已超过总产钢量的50％。1965年加拿大空气液化公司研究成功用烃类（柴油、丙烷）裂解吸热可以冷却吹氧喷嘴的技术，于是法国、联邦德国等国利用这一技术开发底吹氧气转炉炼钢。底吹转炉向熔池供氧可以不局限在一处，吹炼更平稳，喷溅少，金属收得率高。中国的冶金工作者利用该技术改造侧吹碱性转炉，也研发成功世界特有的侧吹氧气转炉炼钢。在研究底吹氧气转炉中发现，只需将20％～30％的氧由炉底吹入，70％～80％的氧仍由顶部吹入，效果和全部底吹差不多。于是产生了顶底复合吹炼转炉。更多类型的复吹转炉只从炉底吹入氮、氩等惰性气体，全部氧保持顶吹，这样也可以改进熔池的搅拌，减少金属氧化损失。所以，几乎所有的氧气转炉都改造成这种类型的复吹转炉；而生产超低碳钢种的转炉，采用部分氧底吹、部分氧顶吹的方法。单纯的顶吹转炉和底吹转炉已不复存在。

为了适应氧气侧吹转炉炼钢这一新生事物迅速发展的需要，保证上述任务的完成，我们建议:

①将我国首创的、初获较好效果并有重要发展前途的“氧气侧吹转炉炼钢”，列为国家重点科研项目。加强领导，提供必要的条件，扶植这一社会主义新生事物的茁壮成长，为赶超世界先进水平，为加速我国钢铁工业的发展作出更大贡献。

②在冶金部和有关省、市、自治区冶金局的领导下，组织有关生产、设计、科研教学等单位，根据生产需要，开展调查研究工作，尽快提出现有车间改造的合理方案和新建小型转炉车间的标准设计，以及开展全氧侧吹转炉大型化和其它长远发展课题的研究 。2100433B