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在基本氧氣爐（BOF）煉鋼過(guò)程中，生產(chǎn)液體鋼需要以下類型的材料（圖1）。

1. 基本原料，如熱金屬、廢鋼和石灰等。

2. 次要原料，如脫氧劑和滲碳劑。

3. 實(shí)用氣體，如氧氣、氮?dú)夂蜌鍤獾取?/p>

4. 耐火材料和耐火材料，如襯里材料、炮制材料和修補(bǔ)材料等。

5. 消耗性探頭，如溫度探頭和采樣探頭等。

6. 用于冷卻吹氧槍和廢氣的冷卻水。

圖1 在堿性氧氣爐中生產(chǎn)鋼鐵所需的材料

基本原料

在轉(zhuǎn)爐煉鋼所需的基本原料包括：（i）來(lái)自高爐的熱金屬，（ii）廢鋼和/或任何其他金屬鐵源，（iii）鐵礦石，以及（iv）熔劑。 從廢鋼箱中裝入的廢鋼，是第一個(gè)被裝入轉(zhuǎn)爐的材料。然后，熱金屬?gòu)臒峤饘傺b料包倒入轉(zhuǎn)爐，之后開始用氧氣吹氣。助焊劑，通常是塊狀的，在吹氧開始后通過(guò)料倉(cāng)系統(tǒng)被注入轉(zhuǎn)爐。助焊劑也可以以粉末的形式通過(guò)底部噴口注入爐內(nèi)。煉鋼廠轉(zhuǎn)爐中使用的基本原料的成分和數(shù)量因煉鋼廠而異，取決于其可用性和工藝的經(jīng)濟(jì)性。

熱金屬或液體鐵是鐵單位和能源的主要來(lái)源。熱金屬?gòu)母郀t中以敞口或魚雷車的形式接收。如果是敞開式鋼包，熱金屬被倒入熱金屬混合器中，以保持其溫度，然后用于轉(zhuǎn)爐。熱金屬的化學(xué)成分可以有很大變化，但通常含有約3.8％至4.5％的碳，0.5％至1.5％的硅，0.25％至1.5％的錳，0.05％至0.15％的磷以及0.03％至0.08％的硫。

在熱金屬脫硫廠中，熱金屬的硫含量可降至0.001%。熱金屬的成分取決于高爐中的做法和爐料。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)高爐在冷態(tài)下運(yùn)行時(shí)，熱金屬的硅含量會(huì)減少，硫含量會(huì)增加。如果高爐料中的磷含量較高，則熱金屬中的磷含量會(huì)增加。

碳和硅是能量的主要貢獻(xiàn)者。熱金屬硅影響到可在轉(zhuǎn)爐熱能中裝入的廢鋼數(shù)量。例如，如果熱金屬硅很高，就會(huì)因其氧化而產(chǎn)生更多的熱量，因此可以在熱量中加入更多的廢品。熱金屬硅也會(huì)影響爐渣量，從而影響石灰的消耗和鐵的產(chǎn)量。

熱金屬通常含碳飽和，其碳濃度取決于溫度和其他溶質(zhì)元素（如硅和錳）的濃度。熱金屬的碳含量隨著溫度和錳含量的增加而增加，而隨著硅含量的增加而減少。

了解熱金屬倒入轉(zhuǎn)爐時(shí)的溫度和碳含量對(duì)轉(zhuǎn)爐的工藝控制很重要。熱金屬的溫度通常是在熱金屬裝入轉(zhuǎn)爐之前，在熱金屬裝入鋼包中進(jìn)行測(cè)量。通常情況下，熱金屬的溫度在1300攝氏度到1350攝氏度之間。

高溫和低氧電位有利于脫硫。此外，熱金屬中其他溶質(zhì)元素的存在，如碳和硅，會(huì)增加硫的活性，這反過(guò)來(lái)又會(huì)加強(qiáng)脫硫。因此，在BOF轉(zhuǎn)爐中，低氧勢(shì)和高碳、硅含量使得從熱金屬中而不是從鋼中脫硫的條件更加有利。并非所有的熱金屬都能脫硫。用于制造含硫量嚴(yán)格的鋼種的熱金屬在熱金屬脫硫廠進(jìn)行脫硫，脫硫試劑可以將熱金屬的硫降低到0.001%，但更多的是在0.004 %到0.005%之間。重要的是，熱金屬脫硫后產(chǎn)生的爐渣要通過(guò)撇渣來(lái)有效去除。這種渣子含有大量的硫，任何帶入轉(zhuǎn)爐的渣子都會(huì)導(dǎo)致鋼水中的硫含量增加，因?yàn)檗D(zhuǎn)爐的條件不利于脫硫。

在將熱金屬倒入BOF轉(zhuǎn)爐之前，要用磅秤對(duì)其進(jìn)行稱量。準(zhǔn)確知道熱金屬的重量是非常重要的，因?yàn)槿魏握`差都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐中的化學(xué)、溫度和熱量大小問題。這個(gè)重量也是靜電荷模型的一個(gè)重要輸入。

廢鋼是焦?fàn)t轉(zhuǎn)爐中僅次于熱金屬的第二大鐵單位來(lái)源。廢鋼基本上是回收的鐵或鋼，要么是在鋼鐵廠內(nèi)產(chǎn)生的（如CCM的作物、工廠廢鋼、從鋼鐵熔煉車間廢料中回收的廢鋼，或維修廢鋼），要么是從外部購(gòu)買的。

重要的是，各種類型的廢品要以正確的數(shù)量裝入廢品箱，以滿足廢品混合的要求。對(duì)廢品箱進(jìn)行稱重以了解廢品箱中廢品的確切數(shù)量。廢鋼混合和廢鋼重量是重要的參數(shù)；否則會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)爐中的加熱性能產(chǎn)生不利影響。

一般來(lái)說(shuō)，較輕的廢料裝在前面，而較重的廢料裝在廢料箱的后端。這導(dǎo)致較輕的廢鋼在廢鋼箱傾斜時(shí)首先落入BOF轉(zhuǎn)爐。較輕的廢料最好先落在耐火襯上，然后才是較重的廢料，以盡量減少其影響，從而減少對(duì)耐火襯的損壞。另外，由于重的廢料比輕的廢料更難熔化，所以最好是放在上面，這樣它就最接近氧氣噴射的區(qū)域，從而可以更快地熔化。太大而無(wú)法裝入爐子的廢品通過(guò)剪子、火焰切割或通過(guò)氧氣噴槍切割成小塊。薄而小的廢品，如剪板機(jī)和沖床，用特殊的液壓機(jī)壓縮成包。通常情況下，較大、較重的廢料比較輕、較小的廢料更難融化。沒有被熔化的廢料會(huì)在過(guò)程控制中造成重大問題。它可能會(huì)導(dǎo)致高溫或在轉(zhuǎn)爐時(shí)漏掉化學(xué)成分。

在BOF轉(zhuǎn)爐中的聯(lián)合吹煉做法可以顯著提高混合特性，從而改善大塊廢料的熔化。廢鋼中的某些元素，如銅、鉬、錫和鎳，會(huì)通過(guò)廢鋼裝料進(jìn)入轉(zhuǎn)爐。這些元素不能被氧化，因此在吹制轉(zhuǎn)爐熱的過(guò)程中不能被去除。在吹氧過(guò)程中，這些元素均勻地溶解在液槽中。某些其他元素，如鋁、硅和鋯存在于廢料中，在吹煉過(guò)程中可以被完全氧化，并融入到爐渣中。在反應(yīng)傾向方面屬于中間類別的元素，如磷、錳和鉻，會(huì)在金屬和爐渣之間分布。鋅和鉛大多在吹制BOF熱量的過(guò)程中以蒸汽的形式被去除。鋼鐵熔煉廠通常使用其總金屬裝料的10％至35％作為廢料，具體數(shù)量取決于當(dāng)?shù)貤l件和經(jīng)濟(jì)情況。 從技術(shù)上講，BOF金屬爐料中的廢熱金屬比例取決于硅、碳和熱金屬的溫度、燃燒后噴槍的使用等因素。

直接還原鐵（DRI）在一些鋼鐵熔煉車間被用作冷卻劑以及鐵單位的來(lái)源。DRI通常含有大約89%到94%的總鐵（大約88%到96%的金屬化），0.1%到4%的碳，2.8%到6%的氧化鋁和二氧化硅的混合物，3%到8%的氧化鐵和少量的氧化鈣和氧化鎂。DRI可能含有0.005%到0.09%的磷，0.001%到0.03%的硫和低濃度的氮（通常低于20ppm）。

DRI通常以塊狀或塊狀形式進(jìn)入BOF，其尺寸約為25毫米至30毫米。DRI塊狀物經(jīng)過(guò)鈍化處理，以消除任何自燃的傾向，從而可以在鋼鐵熔煉車間方便地處理它們。DRI通常通過(guò)料倉(cāng)系統(tǒng)被送入轉(zhuǎn)爐。

在一些鋼鐵熔煉車間，生鐵也被用作鐵單位的來(lái)源。生鐵的熔化需要熱量，一旦它被熔化，在轉(zhuǎn)爐中就會(huì)表現(xiàn)為熱金屬。生鐵通過(guò)廢品箱與其他混合廢品一起被裝入轉(zhuǎn)爐。

鐵礦石通常以塊狀形式加入BOF轉(zhuǎn)爐作為冷卻劑，它經(jīng)常被用作廢鋼替代品。鐵礦石是有用的廢鋼替代品，因?yàn)樗鼈兒休^少的殘留元素，如銅、鋅、鎳和鉬。鐵礦石的冷卻效果比廢鋼高三倍左右。礦石中的氧化鐵的還原是內(nèi)熱的，當(dāng)鐵礦石用于冷卻時(shí)，需要更多的熱金屬和更少的廢料。鐵礦石要在吹煉初期裝入，此時(shí)液態(tài)浴中的碳含量較高，以便有效地還原鐵礦石中的氧化鐵。礦石中的氧化鐵的還原會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，因此會(huì)增加爐渣的發(fā)泡和傾斜的趨勢(shì)。晚期加入的鐵礦石會(huì)對(duì)鐵的產(chǎn)量和終點(diǎn)渣的化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生不利的影響。如果鐵礦石只在轉(zhuǎn)爐加熱前作為冷卻劑使用，那么爐渣就會(huì)變得高度氧化和流動(dòng)，增加爐渣進(jìn)入鋼包的可能性。未還原的鐵礦石的冷卻反應(yīng)的延遲導(dǎo)致溫度突然下降或鋼包反應(yīng)劇烈，造成鋼水過(guò)度氧化。

在BOF轉(zhuǎn)爐中，可以使用適量的磨屑作為冷卻劑。人們發(fā)現(xiàn)，磨屑在提高熱金屬與廢鋼的比率方面非常有效。然而，它在加工過(guò)程中會(huì)造成嚴(yán)重的滑動(dòng)。在主吹過(guò)程中，磨屑和其他氧化鐵的添加物被還原，釋放出鐵和氧氣。這些額外的氧氣可用于除碳，從而加速了整體反應(yīng)。傾斜可能是由于使用更多的熱金屬（更多數(shù)量的硅和碳分別產(chǎn)生更多的SiO2和CO）而增加的熔渣量和增加的反應(yīng)速率造成的。

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，煅燒石灰的消耗量取決于熱金屬硅、轉(zhuǎn)爐爐料中熱金屬與廢鋼的比例、初始（熱金屬）和最終（鋼目的）硫和磷含量。煅燒石灰是通過(guò)對(duì)石灰石進(jìn)行煅燒而產(chǎn)生的。轉(zhuǎn)爐煉鋼所需的煅燒石灰的質(zhì)量在另一篇文章中有所描述，。

由于大量的煅燒石灰在短時(shí)間內(nèi)被注入轉(zhuǎn)爐，因此仔細(xì)選擇石灰的質(zhì)量對(duì)于提高其在爐渣中的溶解度非常重要。一般來(lái)說(shuō)，具有高孔隙率的小塊石灰具有更高的反應(yīng)性，并能促進(jìn)爐渣的快速形成。煅燒石灰最常見的質(zhì)量問題是未煅燒的內(nèi)芯、水化、過(guò)量的細(xì)粉和太低的反應(yīng)性。

煅燒白云石與煅燒石灰一起加入，使?fàn)t渣中的氧化鎂達(dá)到飽和，并減少爐內(nèi)耐火材料中的氧化鎂溶解到爐渣中。通常，煅燒白云石含有大約36%到40%的氧化鎂和54%到58%的氧化鈣。煅燒白云石在轉(zhuǎn)爐熔池中的加入量應(yīng)使?fàn)t渣的氧化鎂含量保持在飽和極限以上。爐渣的氧化鎂水平高于飽和極限，使?fàn)t渣的腐蝕性降低，并減少/消除了爐渣對(duì)耐火材料的化學(xué)侵蝕。

在一些鋼鐵熔煉車間，原白云石被直接添加到轉(zhuǎn)爐中。這可以作為冷卻劑和氧化鎂的來(lái)源，使?fàn)t渣飽和，但由于煅燒反應(yīng)是在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行的，所以會(huì)有延遲效應(yīng)。當(dāng)原白云石被加熱時(shí)，會(huì)發(fā)生內(nèi)熱煅燒反應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐內(nèi)溫度下降。

煅燒后的白云石也被添加到爐渣中，以便在濺渣之前對(duì)爐渣進(jìn)行調(diào)節(jié)?？刂旗褵自剖幕瘜W(xué)成分和尺寸是很重要的。

在一些轉(zhuǎn)爐車間，石灰石或生白云石經(jīng)常被用作冷卻劑而不是助熔劑。如果轉(zhuǎn)爐溫度高于規(guī)定的目標(biāo)，石灰石通常被用來(lái)冷卻熔池。當(dāng)石灰石被加熱時(shí)，會(huì)發(fā)生內(nèi)熱煅燒反應(yīng)，產(chǎn)生氧化鈣和二氧化碳，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐中的溫度下降。轉(zhuǎn)爐前的溫度下降程度取決于熱量大小和爐渣的狀況。例如，在150噸的加熱規(guī)模中，1噸石灰石的加入會(huì)使熔池溫度下降12攝氏度左右。

氟化鈣或氟石（CaF2）是一種爐渣流化劑，可以降低爐渣的粘度。當(dāng)添加到BOF中時(shí)，它通過(guò)溶解在石灰顆粒周圍形成的硅酸二鈣（2CaO.SiO2）層來(lái)促進(jìn)石灰在爐渣中的快速溶解，從而延緩石灰在爐渣中的溶解。如今，氟石的使用非常少，因?yàn)樗鼘?duì)所有類型的耐火材料都有很強(qiáng)的腐蝕性，包括BOF轉(zhuǎn)爐和鋼水包的腐蝕。此外，氟化物在廢氣收集系統(tǒng)中形成強(qiáng)酸，腐蝕結(jié)構(gòu)部件，這也是不受歡迎的排放物。

二級(jí)原料

二級(jí)原料是脫氧劑和滲碳劑。這些通常是在從轉(zhuǎn)爐中提取熱量的過(guò)程中在鋼水包中加入的。

脫氧是煉鋼的最后階段。在煉鋼過(guò)程中，出鋼時(shí)的鋼水含有400至800ppm的活性氧。在出鋼過(guò)程中，通過(guò)在鋼包中加入適量的鐵合金或其他特殊的脫氧劑來(lái)進(jìn)行脫氧處理。

脫氧劑通常是大宗鐵合金，如硅鐵、硅錳和錳鐵。它們?cè)跓掍撝斜挥糜诿撗跻约耙牒辖鹪?。它們是在鋼中引入合金元素的最?jīng)濟(jì)的方法。鐵合金給鋼帶來(lái)了獨(dú)特的品質(zhì)。

添加鐵合金也是為了控制晶粒大小，以及改善鋼的機(jī)械性能。根據(jù)煉鋼過(guò)程和所制造的鋼的類型，對(duì)不同鐵合金的要求有很大的不同。在鋼中加入鐵合金可以增加其抗腐蝕和氧化的能力，提高其淬透性、高溫下的抗拉強(qiáng)度、添加碳后的耐磨性，并增加鋼的其他理想性能，如蠕變強(qiáng)度等。鐵合金是生產(chǎn)所有類型鋼的重要投入。它們被用作生產(chǎn)合金鋼和不銹鋼的原材料。

如果在吹煉結(jié)束時(shí)，鋼的碳含量低于規(guī)格，液體鋼也要進(jìn)行再滲碳。這是通過(guò)在鋼包中控制添加滲碳劑來(lái)完成的。常見的滲碳劑是焦炭微風(fēng)和石油焦。

然而，在鋼包內(nèi)的大量添加物對(duì)鋼液的溫度有不利影響。

實(shí)用氣體

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，水冷噴槍被用來(lái)以非常高的速度將氧氣注入液態(tài)槽，以生產(chǎn)鋼。隨著對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量更高的、雜質(zhì)含量更低的鋼的要求越來(lái)越高，需要提供純度極高的氧氣。因此，用于煉鋼的氧氣至少要有99.5%的純度，最好是99.7%至99.8%的純度。其余部分為0.005%至0.01%的氮?dú)猓溆酁闅鍤狻?/p>

在BOF轉(zhuǎn)爐中，氧氣以超音速（馬赫數(shù)>1）噴射，在水冷噴槍的頂端有匯流/發(fā)散（拉瓦爾）噴嘴。強(qiáng)勁的氣體射流穿透熔渣并撞擊到液態(tài)金屬表面，從而精煉鋼材。今天，大多數(shù)轉(zhuǎn)爐的槍頭含有四到五個(gè)噴嘴，氧氣流速在640N cum/min到900N cum/min之間。

氮?dú)馔ǔ１挥糜贐OF轉(zhuǎn)爐的聯(lián)合吹煉和濺渣。改善金屬浴混合所需的氮?dú)馔ㄟ^(guò)安裝在底部的壺嘴或滲透性元件吹出。熔池的攪拌是在熔池中的高碳范圍內(nèi)用氮?dú)膺M(jìn)行的。底部的流速通常低于0.2N Cum/t分鐘。在典型的實(shí)踐中，氮?dú)馐窃诖笛醯那?0％到80％的時(shí)候通過(guò)底部引入。在氧氣流的第一部分，CO氣體的快速演化可以防止氮?dú)庠阡撝械奈铡?/p>

氮?dú)膺€用于在從轉(zhuǎn)爐中抽出熱量后，將調(diào)理好的液態(tài)爐渣濺到轉(zhuǎn)爐壁上，以便在耐火材料上形成一層保護(hù)性的爐渣涂層。

氬氣通常被用于BOF轉(zhuǎn)爐的聯(lián)合吹氣。改善金屬浴混合所需的氬氣通過(guò)安裝在底部的壺嘴或滲透性元件吹出。熔池的攪拌是在熔池中的低碳范圍內(nèi)用氬氣進(jìn)行的。底部的流速通常低于0.2N Cum/t分鐘。在典型的實(shí)踐中，氬氣是在吹氧的最后20％到40％時(shí)通過(guò)底部引入。

耐火材料和耐火材料

轉(zhuǎn)爐煉鋼需要三種類型的耐火材料。它們是基本磚，通常是氧化鎂碳質(zhì)耐火材料，氧化鎂基炮灰用于耐火材料損壞部分的炮擊，以及修補(bǔ)材料（通常是破碎的舊磚）用于修補(bǔ)轉(zhuǎn)爐底部的侵蝕。

消耗品探針

轉(zhuǎn)爐煉鋼所需的消耗品是一次性探頭，用于在吹煉結(jié)束后對(duì)鋼水進(jìn)行取樣分析，以及在吹煉結(jié)束后測(cè)量熱金屬加料包中的熱金屬和轉(zhuǎn)爐中的鋼液溫度。

冷卻水

在BOF轉(zhuǎn)爐的鋼鐵生產(chǎn)中，需要水來(lái)冷卻吹氧槍和噴嘴，以及冷卻廢氣。

為防止吹氧槍在轉(zhuǎn)爐中燒毀，吹氧槍中需要冷卻水。銅槍噴嘴和鋼槍都是通過(guò)循環(huán)水冷卻的，壓力約為6公斤/平方厘米。噴槍的重要組成部分是水冷卻通道，冷卻水流經(jīng)噴嘴的中心并通過(guò)噴槍的外管流出。它的設(shè)計(jì)是為了在噴嘴區(qū)域獲得最大的冷卻水速度，該區(qū)域暴露在最高溫度下。 冷卻水對(duì)于保持噴槍的高壽命至關(guān)重要。流速需要保持在設(shè)計(jì)速度上。冷卻水出口溫度不得超過(guò)60攝氏度至65攝氏度。

從轉(zhuǎn)爐出來(lái)的富含CO的氣體首先在轉(zhuǎn)爐罩內(nèi)通過(guò)冷卻水或蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)（ECS）進(jìn)行間接冷卻，使其標(biāo)稱溫度從1600-1700攝氏度降至900攝氏度左右。

在一些鋼鐵熔煉車間，轉(zhuǎn)爐的頂錐是水冷的。煉鋼廠轉(zhuǎn)爐頂錐的兩個(gè)部件可以從水冷中受益，作為保持其低工作溫度的一種手段，它們是錐殼本身和錐體頂角的唇環(huán)。

水的質(zhì)量是一個(gè)重要參數(shù)。如果水被氧化物或污垢污染，通常會(huì)在管道內(nèi)形成沉積物，從而對(duì)傳熱產(chǎn)生不利影響。