世界氧气顶吹转炉炼钢技术发展史
炼钢工艺简介(1)
氧气顶吹转炉炼钢法的特点
• 利于自动化生产和开展综合利用 • 氧气顶吹转炉炼钢冶炼时间短，生产率高
，其机械化程度较高，有利于实现生产过程 的自动化，也有利于开展综合利用，如回收 煤气、炉尘（做烧结矿原料）等。
炼钢工艺简介(1)
四、炼钢基本原理
炼钢基本原理
一、什么叫钢
一般把碳小于2.11％的铁碳合金称为钢。 二、什么叫炼钢
炼钢工艺简介(1)
氧气顶吹转炉炼钢法的特点
• 原料消耗少，热效率高、成本低 • 氧气顶吹转炉炼钢的金属消耗一般为1100～1140
公斤／吨钢，稍高于平炉（但在良好燥作情况下 ，金属消耗与平炉接近）。但由于顶吹转炉的热 源是利用铁水本身的物理热和化学热，热效率高 ，不需外加热源，因此在燃料和动力消耗方面均 较平炉、电炉低。由于氧气顶吹转炉炼钢法具有 高的生产率和低的消耗，所以钢的成本也较低。
四、一炼钢技术经济指标
一炼钢在今年前几个月与国内部分同类生产厂指标相比， 在钢铁料消耗、日历作业率上差别较大.而与全国平均水平相 比各项指标均好于同时期的全国平均水平。 ➢ 钢铁料消耗比莱钢高21kg/t，比全国平均低了7.4 kg/t ➢ 日历作业率上比南京低15.56%，比全国平均高2.64％ ➢ 氧气消耗比莱钢高３.７８m3/t，比全国平均低3.85m3/t。 ➢ 转炉冶炼周期比安阳多１.５６min,比全国平均低6.9min。 ➢ 炉衬寿命比莱钢略低。 ➢ 具体对比数据见附表。
➢音频化渣技术：2000年转炉与上海工业大学合作开发的音 频化渣技术，该项技术能根据炉内反应的声音，分析炉渣 的性质，及时指导氧枪枪位控制，促进化渣
炼钢工艺简介(1)
➢ 转炉数据静态模拟控制：2001年，转炉与上海阿塞克自动 化公司合作，开发出转炉数据静态模拟控制系统，使小转炉 炼钢局部实现自动化，降低了劳动强度，改善了生产环境， 提高了转炉作业率及生产效率。
氧气顶底复吹转炉炼钢
复吹底部吹惰性气体后钢水中 O - O 关系
吹入惰性气体 后,钢水中 C - O 的关系线下移,原 因是吹入熔池中 的N或Ar气泡降低 CO的分压,为脱碳 反应提供场所， 因此,在相同含碳 量时,复吹含氧量 低于顶吹，
3 钢水中的碳
复吹转炉钢水的脱碳速度高而且比
较均匀,原因是从顶部吹入大部分氧，从 底部吹入少量氧,供氧比较均匀,脱碳反应 也就比较均匀,使渣中∑ω FeO 含量始终 不高，在熔池底部生成的FeO与 C 有更 多的机会反应,FeO不易聚集,从而很少产 生喷溅，
复吹.顶吹.底吹转炉吹炼终点ω C 和ω O
9.3 侧吹氧气转炉炼钢法
1952年,唐山钢厂用碱性侧吹空气转 炉吹炼中磷铁水 ω P %=0.2～O.6 获得 成功，它是通过摇炉,调节熔池面与风眼 的相对位置和吹炼深度,控制造渣,进行钢 水脱碳和脱磷，1958年普遍推广，但空 气侧吹风眼侵蚀严重,吹损大,热量不充裕 等缺点，
1973年,沈阳第一炼钢厂和东北工学 院提出了转炉侧吹全氧炼钢法,并在3吨 侧吹转炉上进行试验获得成功，
9.4.2 顶底复吹转炉内的反应
1 成渣速度 复吹转炉与顶吹、底吹两种转炉相
比,熔池搅拌范围大,而且强烈,从底部喷 入石灰粉造渣,成渣速度快，通过调节氧 枪枪位化渣,加上底部气体的搅动,形成高 碱度、流动性良好和一定氧化性的炉渣, 需要的时间比顶吹转炉或底吹转炉的都
短，
2 复吹转炉渣中∑ FeO 含量变化
②改善了渣-金属间的平衡条件,减少了钢和渣的过 氧化现象, ③提高了钢液中的残锰含量, ④降低了钢液中的磷含量,减少了喷溅， ⑤金属中的碳氧更接近于平衡,对降低钢中的溶解 氧有明显效果，这对冶炼低碳钢十分有利，
氧气底吹转炉炼钢
底吹和顶转炉吹炼过程中[P]的变化
从图可知： Q— BOP底吹脱磷并不 逊色于LD炉。其 原因在底吹喷嘴上 部气体中O2分压高， 产生强制氧化，P 生成PO(气)，并被 固体石灰粉迅速化 合为3CaO· 2O5。 P
B 高磷铁水条件下脱磷反应
可采用留渣法吹炼高磷铁水，将 前炉炉渣留在炉内一部分，前期吹人 石灰总量的35％左右，后期吹入65 %左右造渣，中期不吹石灰粉。前期 可脱去铁水含磷量的50％，吹炼末期 的炉渣为CaO所饱和，供下炉吹炼用。
3.富氧碱性底吹转炉 1950年前后，制氧技术有了大的突破，但底吹 转炉富氧量只用到40％，如再提高，喷嘴寿命就 会降低。（在喷嘴附近发生O2+[C]→2CO的放 热反应）。于是发明了 4 顶吹氧气转炉炼钢法 1952年奥地利开发，但不适于吹 炼高磷铁水， 又发明了。 5 石灰粉法(LD—AC法) 为吹炼高磷铁水，比利时和法国同时发明。 6 卡尔多(Kaldo)法（瑞典） 7 旋转转炉炼钢法（德国）。
4.碱性底吹氧气转炉
1965年加拿大研制了双层管氧气喷 嘴。内管通氧气，内外管间通碳氢化合 物。利用碳氢化合物裂解吸热和形成还 原性气幕冷却保护氧气喷嘴。 1967年德 国引进此喷嘴技术，成功开发了底吹氧 气转炉 (OBM法)。 CmHn=mC+n/2H2 (吸热反应)
氧气顶吹转炉的特点
1）优点 （1）熔炼速度快，生产率高（一炉钢只需20分钟）； （2）热效率高，冶炼中不需外来热源，且可配用10%～ 30%的废钢； （3）钢的品种多，质量好（高低碳钢都能炼Si，S、P、 H、N、O及夹杂含量低）； （4）便于开展综合利用和实现生产过程计算机控制。 2）缺点 如吹损较高（10%，）、所炼钢种仍受一定限制（冶炼含 大量难熔元素和易氧化元素的高合金钢有一定的困难）。 喷溅和返干时有发生，而且吹炼后期熔池的搅拌弱（主要 靠脱碳反应搅拌），钢渣间反应未达平衡，渣中的氧化亚 铁含量高而吹损高、脱氧剂消耗高。
氧气底吹转炉炼钢
通过转炉底部的氧气喷嘴，把氧气吹入炉内熔池进行炼钢的方法。
简史?? 氧气底吹转炉始于改造托马斯转炉(见托马斯法)。
西欧富有高磷铁矿资源，用它炼出的生铁含磷高达1．6％～2．0％。
以这种高磷铁水为原料的传统炼钢方法即托马斯法，也即碱性空气底吹转炉法，其副产品钢渣可作磷肥。
对于高磷铁水，托马斯法过去一直是综合技术经济指标较好的一种炼钢方法。
直至20世纪60年代，西欧还存在年产能力约1000万t钢的托马斯炉。
但作为炼钢氧化剂的空气，其中氧气仅占1／5，其余4／5的氮气不仅吸收大量热量，并使钢中氮含量增加，引起低碳钢的脆性。
为此人们一直试图用纯氧代替空气，以改进钢的质量和提高热效率。
但采用氧气后，化学反应区的温度很高，底吹所用氧气喷嘴很快被烧坏。
1965年加拿大空气液化公司为了抑制氧气炼钢产生的大量污染环境的褐色烟尘，试验在氧枪外层通气态或液态冷却剂，取得了预期效果，并同时解决了氧枪烧损快的问题。
1967年联邦德国马克西米利安冶金厂(Maximilianshttte)引进了这项技术，以丙烷为氧喷嘴冷却剂，用于改造容量为24t的托马斯炉，首先试验成功氧气底吹转炉炼钢，取名OBM 法。
1970年法国文代尔一西代尔公司(Wendel—Sidelor?? Co．)的隆巴(Rombas)厂以燃料油为氧喷嘴冷却剂，也成功地将24t托马斯炉改造成氧气底吹转炉，称为LWS法。
随后用氧气底吹氧枪改造的托马斯炉在西欧得到迅速推广，炉容量大多为25～70t，用于高磷铁水炼钢，脱磷仍在后吹期完成，副产品钢渣作磷肥。
1971年美国钢铁公司(U．S．Steel? Corp．)引进COBM法，为了解决经济有效地吹炼低磷生铁和设备大型化问题，在该公司炼钢实验室的30t试验炉上作了系列的中间试验，增加了底部吹氧同时喷吹石灰粉的系统，吹炼低磷普通铁水可在脱碳同时完成脱磷，称为Q—BOP法。
随后，在菲尔菲德(Fairfield)厂和盖里(Gary)厂分别建设了两座200tQ—BOP炉和3座235tQ—BOP炉。
炼钢的发展历史
拉碳测温取样: 拉碳测温取样 根据判断确定钢水含碳量和温度同时到达终点时， 立即提枪停止吹氧，当氧枪提出炉口后倒炉测温，取样，进行炉 前化学成分快速分析。铁水温度用装有铂—铑快速热电偶的测温 枪插入钢液内测量。化验室主要分析钢水中的化学成分，含碳量 也可通过钢花的分叉多少凭经验判断确定。当钢水温度和成分合 格后便组织出钢。
炼钢的发展历史
炼钢方法的发展过程
钢铁是工业的粮食，对工业的发展、国家经济力量的水平及其 增长都有很大的作用。 钢是碳、硅、锰及其他元素在铁中的固熔体。钢中存在的元素 可大致分为两大类：碳、硅、锰等是用以改善钢的性能，以满足工 程材料要求的有益元素；另一类如磷、硫、氧、氢及氮等，是从炉 ； 料或大气中进入钢中的，它们的存在会使大部分钢的性能变坏。炼 钢的任务在于通过化学反应，除去主原料（铁水和废钢等）中的杂 质，并调整钢水成分和温度，达到规定要求。最后铸成合格的铸坯 或钢锭。
3)冶炼的钢质量好、品种多 氧气顶吹转炉能冶炼平炉熔炼的全部钢种和电炉熔炼的部分钢 种。从钢中含碳量来看，氧气顶吹转炉可以冶炼微碳(C＜0.015％) 、低碳、中碳、直到含碳达1.30一1. 50％ 的高碳钢种；以钢中含 合金元素来看，从含微量元素的工业纯铁，低合金钢、中合金钢、 直到镍铬含量高达30％的超低碳不锈钢等，都能冶炼。 氧气顶吹转炉钢的质量与平炉钢基本相同或略优，如氧气顶吹 转炉钢的气体和夹杂含量一般均低于平炉钢。氧气顶吹转炉钢的深 冲性能和延展性好，适宜轧制板、管丝、带等钢材，而这类钢材往 往占钢材总量的50％一60％或更高。
脱氧合金化: 脱氧合金化 出钢过程中向钢包内加入铁合金进行脱氧和合金化 操作，然后镇静或送去炉外精炼，之后浇铸成钢锭(坯)。
70年代以前建成的一批小型氧气顶吹转炉有天津钢厂20t、济南 钢厂13t、安阳钢厂15t、邯郸钢厂15t；中型的有太原钢铁公司50t 、包头钢铁公司50t、武汉钢铁公司50t、马鞍山钢铁公司50t；大型 的有鞍山钢铁公司150t、本溪钢铁公司120t、攀枝花钢铁公司120t 。80年代又建成具有70年代末期世界先进水平的宝钢300t转炉。到 1993年我国转炉钢产量已达到5474.6万t，占总钢产量8868万的 61.7％.。
10氧气转炉炼钢
10 氧气转炉炼钢10．1 氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉于1952年和1953年在奥地利的林茨（Linz）城和多纳维茨（Donawitz）城先后建成并投入生产，故又称为LD法。
由于它具有原材料适应性强、生产率高、成本低、可炼品种多、钢质量好、投资省、建厂速度快等一系列优点，因而在世界范围内得到迅速发展，一跃成为现代主要炼钢方法之一。
10．1．1 氧气顶吹转炉炼钢车间的特点现代钢铁生产，从铁矿石冶炼到加工成钢材，一般是组成钢铁联合企业集中进行的。
炼钢在钢铁联合企业内是一个中间环节，它联系着前面的炼铁等原料供应系统和后面的轧钢等成品生产。
炼钢车间的生产对整个联合企业有重大影响。
由于氧气顶吹转炉吹氧时间短和炉子容量的大型化，使顶吹转炉车间具有以下特点：l）吹炼周期短、生产率高，因此，每昼夜出钢炉数多，兑铁、加料、倒渣、出钢、浇注等操作频繁，原材料、钢水、炉渣等的吞吐量大。
2）运输复杂，数量大。
其数量相当于钢产量的3～5倍，而且批量小、批次多、运输品种多。
因此，各种货流不得不尽量避免交叉而设置专业化线路，并采用多层平面运输。
3）温度高、烟尘大，需配置高效能的通风除尘设备。
4）因吹炼速度快，要求有准确、可靠的计量通讯设备。
为了保证转炉正常地进行连续生产，各种原材料的供应以及钢水、炉渣的处理必须有足够的设备，而且工作可靠。
这些设备的布置和车间内各物料的运输流程必须合理。
同时，车间内转炉座数也不宜过多，以免各种设备在操作时互相干扰。
世界上大多数转炉车间，目前均采用以下两种布置方案：两座转炉经常保持一座吹炼（简称二吹一）；三座转炉经常保持两座吹炼（简称三吹二）。
炼钢生产有冶炼和浇注两个基本环节。
为保证冶炼和浇注的正常进行，氧气顶吹转炉车间主要包括原料系统，加料、冶炼和浇注系统，以及采用模铸时的钢模准备系统。
因此，顶吹转炉车间主厂房多改为三跨间：1）原料跨：主要组织铁水和废钢的供应，炉渣及垃圾的运出。
2）转炉跨：主要布置转炉及其倾动机构。
转炉炼钢工艺
转炉炼钢工艺转炉炼钢工艺绪论1、转炉炼钢法的分类转炉是以铁水为主要原料的现代炼钢方法。
该种炼钢炉由圆台型炉帽、圆柱型炉身和球缺型炉底组成。
炉身设有可绕之旋转的耳轴，以满足装料和出钢、倒渣操作，故而得名。
酸性空气底吹转炉——贝塞麦炉〔英国1856年〕空气转炉{ 碱性空气底吹转炉——托马斯炉〔德国1878年〕碱性空气侧吹转炉〔中国1952年〕转炉{ 氧气顶吹转炉——LD〔奥地利1952年〕氧气转炉{ 氧气底吹转炉——OBM〔德国1967年〕顶底复吹转炉〔法国1975年〕2、氧气顶吹转炉炼钢法简介(1) 诞生的布景及简称现代炼钢出产首先是一个氧化精炼过程，最初的贝氏炉和托马斯炉之所以采用空气吹炼正是操纵此中的氧。
二次世界大战以后，工业制氧机在美国问世，使操纵纯氧炼钢成为可能，但本来的底吹方式炉底及喷枪极易烧坏。
美国联合碳化物公司于1947年在尝试室进行氧气顶吹转炉的尝试并获成功，定名为BOF。
奥地利闻之即派有关专家前往参不雅学习，回来后于1949年在2吨的转炉长进行半工业性尝试并获成功，1952年、1953年30吨氧气顶吹转炉别离在Linz和Donawitz建成投产，故常简称LD。
1967年12月德国与加拿大合作缔造了氧气底吹转炉，使用双层套管喷嘴并通以气态碳氢化合物进行冷却。
1975年法国研发了顶底复吹转炉，综合了LD和OBM的长处，77年在世界年会上颁发。
(2) 氧气顶吹转炉的特点1〕长处氧气顶吹转炉一经问世就显示出了极大的优越性，世界各国竟相开展，目前成为最主要的炼钢法。
其长处主要暗示在：〔1〕熔炼速度快，出产率高〔一炉钢只需20分钟〕；〔2〕热效率高，冶炼中不需外来热源，且可配用10%～30%的废钢；〔3〕钢的品种多，质量好〔上下碳钢都能炼，S、P、H、N、O及夹杂含量低〕；〔4〕便于开展综合操纵和实现出产过程计算机控制。
2〕错误谬误当然，LD尚存在一些问题，如吹损较高〔10%，〕、所炼钢种仍受必然限制〔冶炼含大量难熔元素和易氧化元素的高合金钢有必然的困难〕等。
精选炼钢工艺学
LD/ BOF/ BOP
OBM/ Q-BOP
LD- Q- BOP
2.2 电炉炼钢及其发展
2.2.1 前言
电炉是采用电能作为热源进行炼钢的炉子 的统称。 按电能转换热能方式的差异，电炉可 分为： – 电渣重熔炉—利用电阻热； – 感应熔炼炉—利用电磁感应； – 电 子 束 炉—依靠电子碰撞； – 等 离 子 炉—利用等离子弧； – 电 弧 炉—利用高温电弧，不包括加热炉、
★ 吹炼
前期 温度低于1400-1500℃， [Si], [Mn],
[Fe], [C]开始氧化。
中期 温度高于1500℃，碳氧化速度高。 后期 超过1600℃，碳氧化速度比中期低。
★ 测温、取样化验
★ 脱氧出钢与合金化
★ 溅渣护炉
氧枪位置的确定
◆ 开吹时氧枪枪位采用高枪位，目前是为了早化渣， 多去磷，保护炉衬； ◆在吹炼过程中适当降低枪位的保证炉渣不“返干”， 不喷溅，快速脱碳与脱硫，熔池均匀升温为原则； ◆在吹炼末期要降枪，主要目的是熔池钢水成分和温 度均匀，加强熔池搅拌，稳定火焰，便于判断终点， 同时使降低渣中Fe含量，减少铁损，达到溅渣的要求。
近年电炉短流程的发展及电炉钢产量 的高速增长，也正是由于电炉短流程的经 济效益与环境优势。
我国电炉钢成本高的原因：
◆ 之一废钢暂时短缺，北科大黄务涤指出：印度、 韩国废钢存储量远不如中国，他们采取部分进口 弥补不足，以发展电炉，即废钢不足不是理由；
◆ 之二是中国电价高的不合理，宝钢周渝生指出： 美国电炉用电价格合0.25元/kWh，韩国从中国内 地运煤去发电，电炉用电价格却比我们低，这才 是问题的症结所在。还有不少国家对电炉用电出 于环保原因，还有优惠政策等。
炼钢工艺的发展历程
炼钢工艺的发展历程炼钢工艺的发展历程是一个漫长而富有挑战性的过程，它经历了从最早的初级炼钢工艺到现代的高效、环保炼钢技术的演变。
下面我们将详细介绍这个过程中的重要阶段。
1.初期炼钢工艺炼钢技术的最早起源可以追溯到古代，但真正意义上的现代炼钢工艺始于19世纪中叶。
当时，人们开始使用转炉和坩埚炉等设备来生产钢。
这些设备的优点是操作简单，但产量较低，而且需要大量的熟练工人。
这个阶段的炼钢工艺主要依赖人工操作，生产效率低下。
2.贝塞麦转炉炼钢法贝塞麦转炉炼钢法的发明是炼钢工艺发展过程中的一个里程碑。
这种方法使用了转炉设备，并引入了氧气吹炼的新技术。
氧气吹炼的原理是通过向熔融的铁水中吹入氧气，以氧化铁水中的杂质，从而降低铁水中的含碳量。
这种方法的出现使得钢的产量大大提高，而且质量也得到了显著改善。
3.碱性转炉炼钢法碱性转炉炼钢法是另一种重要的炼钢方法。
这种方法使用碱性转炉来熔炼铁水，并向铁水中吹入氧气以降低含碳量。
与贝塞麦转炉炼钢法相比，碱性转炉炼钢法具有更高的生产效率和更好的产品质量。
然而，这种方法需要使用大量的石灰等碱性材料来维持炉内的碱性环境，因此成本较高。
4.平炉炼钢法平炉炼钢法是一种同时使用氧气和燃料加热的炼钢方法。
这种方法可以在高温下将铁水中的杂质氧化，从而生产出高质量的钢。
平炉炼钢法的优点是可以生产出多种不同种类的钢，而且生产效率较高。
然而，这种方法需要消耗大量的燃料和氧气，因此成本较高。
5.电炉炼钢法随着电力技术的发展，电炉炼钢法逐渐成为了主流的炼钢方法。
这种方法使用电能来熔化铁水，并向铁水中吹入氧气以降低含碳量。
电炉炼钢法的优点是可以实现自动化操作，提高生产效率，而且产品质量也得到了显著改善。
此外，由于电能的价格相对较为稳定，因此电炉炼钢法的成本也较为可控。
6.现代炼钢工艺近年来，随着环保意识的提高和能源价格的上涨，现代炼钢工艺开始朝着高效、环保的方向发展。
其中，最具有代表性的技术包括：连铸技术、连轧技术、循环利用技术等。
炼钢的过程
最早的炼钢方法是1740 年出现的坩锅法，它是将生铁和废钢装入坩锅中，用火焰加热溶化炉料，之后将溶化的炉料浇铸成钢锭。
1856 年，英国人亨利．贝塞麦发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，第一次解决了铁水直接冶炼钢水的难题，从而使钢的质量得到提高，但此法不能脱硫，目前该方法己淘汰．1880 年，出现了第一座碱性平炉，由于其成本低，炉容大，钢水质量优于转炉，一时成为世界上主要的炼钢法．1878 年，英国人托马斯发明了碱性炉村的底吹转炉发，该方法是在吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而解决了高磷铁水的脱磷问题。
但此法的缺点是炉子寿命短，钢水中氮含量低。
1899 年，出现了依靠废钢为原料的电弧炉炼钢法，解决了利用废钢炼钢问题。
20 世纪40 年代大型空气分离机的出现，使氧气制造成本大大降低，氧气顶吹转炉得到广泛运用。
二、炼钢的过程1.炼钢实际上就是对生铁的一种精炼过程。
由于生铁冶炼过程中要使用大量的碳来还原出金属铁，生铁中碳含量较高。
钢与生铁化学成分上的主要区别在于含碳量，含碳量超过 2.11 ％的就是生铁，而常用钢的含碳量一般在1％以下。
目前，氧气顶吹转炉炼钢是冶炼普通钢的主要手段，世界钢产量的70％以上是通过这种方法生产的。
电弧炉炼钢发展很快，主要用于冶炼高质量合金钢种，已超过了世界钢产量的20％。
炼钢就是将铁在高温中（约1600 摄氏度）进行熔化、净化（或称精炼）和合金化的一个过程。
一般来说，就是将生铁（铁水、铁块）和废旧钢制品在炉中精炼，得到不同性能的钢。
精炼过程主要包括用燃烧的方法去除掉生铁中过量的碳和硅以及锰和磷等杂质。
这些杂质要么变成气体冒出去，要么变成残渣被清除掉。
精炼时还可以根据需要加入某些其他元素。
炼钢炉有三种：转炉、平炉和电弧炉。
转炉和平炉用来炼从高炉出来的铁水加废钢，电弧炉用来将废钢熔化再炼。
平炉由于能耗高、生产周期长，己经遭淘汰。
转炉炼钢：转炉的炉体可以转动，用钢板做外壳，里面用耐火材料做内衬。
钢铁行业技术发展历史
钢铁行业技术发展历史钢铁行业的技术发展历史可以大致划分为几个阶段。
首先，1850年代，英国人贝塞麦发明了底吹空气的酸性转炉炼钢工艺。
随后，在19世纪70年代，托马斯发明了碱性耐火材料和碱性炉渣的底吹空气转炉炼钢技术，实现了钢液的脱磷且脱磷在脱碳后进行。
在19世纪60年代，西门子和马丁分别发明了“西门子-马丁炉炼钢工艺”，即在高温蓄热室结构的炉子内使用铁矿石为氧化剂实现铁液脱碳的炼钢过程。
这种技术使得钢中氮含量降低，冶炼炉容积可以达到几百吨，还可以使用废钢。
到20世纪初，这项技术完全取代了贝塞麦的底吹空气转炉炼钢技术。
另外，从20世纪60年代开始，底吹氧气炼钢技术和顶底复吹技术逐渐出现并被广泛采用。
在炼钢电弧炉方面，19世纪70年代，西门子建造了第一座试验用的炼钢电弧炉，而到了20世纪初，美国建造了世界上第一座三相埃鲁电弧炉，开始了电弧炉炼钢的实践。
在中国，钢铁行业的发展历史也颇具特色。
新中国成立初期，钢铁工业在苏联的援助下逐步得到恢复和发展。
然而，在改革开放之前，钢铁工业的发展道路曲折，尽管走了许多弯路，但也取得了一些成绩。
1978年，中国的钢铁产量为3178万吨，居世界第5位。
改革开放后，钢铁工业得到了快速发展，国家新建了一批大型现代化钢铁企业，并对一些老企业进行了挖潜改造，钢铁产量以每年400到500万吨的速度快速增长。
钢铁行业的发展历史不仅仅是一个技术进步的过程，更是一个国家工业化和现代化进程的缩影。
随着科技的进步和工艺的创新，钢铁行业将继续为人类社会的发展做出重要贡献。
钢铁行业对环境的影响主要体现在以下几个方面：1.废气污染：钢铁生产过程中会产生大量的废气，包括烟尘、二氧化硫、氮氧化物等。
这些废气如果不经过处理直接排放到大气中，会对空气质量造成严重影响，导致酸雨、雾霾等环境问题。
2.废水污染：钢铁生产过程中会产生大量的废水，其中含有重金属、油污、酸碱等有害物质。
这些废水如果未经处理直接排放到水体中，会对水环境造成污染，影响水生生物的生存和人类的水资源利用。
为什么称氧气顶吹转炉炼钢为LD法,LD法有哪些优点
为什么称氧气顶吹转炉炼钢为LD法，LD法有哪些优点?
2008-7-10 14:04:39 第二太阳百科
转炉炼钢法是1856年由英国人亨利·贝塞麦研究成功的。
氧气顶吹转炉炼钢法是1952年和1953年在奥地利的林茨(Linz)和多纳维茨(Donawiz)两地首先投入工业生产，所以也称LD法。
1964年12月，我国第一座30t LD转炉在首钢投入生产。
LD法具有如下优点：
(1)吹炼速度快，生产率高；
(2)品种多，质量好；
(3)原材料消耗少，热效率高、成本低；
(4)基建投资省，建设速度快；
(5)容易与连续铸钢相匹配。
鉴于以上优点，氧气顶吹转炉炼钢现已成为主要炼钢方法。
大型转炉有如下优点：
(1)产量高、质量稳定；
(2)热损失小：
(3)吨钢原材料消耗少；
(4)易于实现自动控制；
(5)生产率高、成本低。
所以，国际、国内新建转炉向大型化发展。
4 转炉炼钢技术进步的目标是什么?
转炉炼钢技术进步的目标是：
(1)不断提高钢的质量以适应对于钢的性能要求不断提高的趋势；
(2)提高炼钢的生产效率；
(3)降低生产成本；
(4)减少对环境的污染，实现清洁生产；降低炼钢能源消耗及回收利用炼钢过程产生的能源。
21世纪转炉炼钢技术面临更大的挑战，总目标是使钢铁在与其他材料的竞争中获得更广泛的市场。
炼钢历史的发展过程
炼钢历史的发展过程
近代主要的炼钢方法首推 1885 年在英国获得专利的贝 塞麦法,即酸性空气气底吹转炉炼钢 法 １８６５年开始生产的平炉炼钢法 １９５２年在奥地利首先投产的顶吹氧气转炉炼钢开 创了发展炼钢生产的新阶段。
三种主要方法
氧气底吹转炉：１９６８年以来，西欧在传统的托马斯转炉上发 展了底吹氧气转炉炼钢法处理铁水， 美国又进而在底吹氧气转炉上采 用喷石灰分吹炼低磷铁水。 底吹氧与ＬＤ相比， 具有对熔池搅拌强烈， 脱磷能力强，能冶炼超低碳钢，铁和猛地氧化损失较少，炉内反应平 稳，减少钢渣喷溅，脱氧、脱磷效果好，能用高磷生铁吹炼，更接近 平衡态等优越性 ，曾受到很多国家重视。 顶底复合吹炼： 在ＬＤ及底吹氧气的基础上， 出现了顶底复合吹 炼转炉炼钢法， 既有ＬＤ的特点又有底吹转炉的特点， 又克服了各自 的不足，因此，得到迅速发展。 电炉炼钢法：１９０４年出现了电弧炉， 它以废钢和铁水作为主 要原料，通过电弧加热获得高温，可控制炉内气氛，特别是适合冶炼 合金钢，尤其是高级合金钢和特殊钢，被各国普遍采用，产量稳定增 长。近年来，电弧炉炼钢除普遍氧强化外，有些国家还用大型超高功 率电弧炉（容量最大已达４００Ｔ）生产普通碳素钢，与氧气转炉炼 钢相竞争。
转炉炼钢
－－转炉炼钢的发展
1952年在奥地利林茨(Linz)和多纳维茨城 (Donawitz)建成第一座30吨碱性顶吹氧气转炉(LD 转炉)；或称BOF(Basic Oxygen Furnace)。
1970年开发顶底复合吹炼转炉。 我国的炼钢发展史。
1949年前，1949－1979年，1979－1995年， 1995年以后。
4 炼钢用原辅材料
辅助材料： 石灰：有效CaO成分，块度，控制石灰吸水 萤石：CaF2，能改善炉渣流动性 生白云石：CaMg(CO3)2,造渣及护炉 菱镁矿：MgCO3调渣剂
铁合金、冷却剂及增碳剂
石灰
石灰是转炉炼钢用量最大的廉价造渣材料，主要 成分是CaO，具有很强的脱磷、脱硫能力，不损害 炉衬。
糙表面必定增加附面层高度。
氧气射流的数值模拟
采 用 大 型 CFX 软 件对不同条件下的 氧气射流进行模 拟。
从理论上证实了超 音速氧气射流外套 环氧射流可减缓超 音速氧气射流的衰 减。
数值模拟解决了 喷枪设计的问题。
枪位高度范围
枪位高低，对氧枪喷头出口马赫数M的选取有 着直接影响。
在一定的氧射流出口速度下，枪位高可避免 烧枪，但为保持射流对熔化的搅拌能力，即 保证一定的冲击深度，需要降枪
第2可用理论式：式中：h 冲击反应区深度 m；
ρ出 出口气体密度kg/m 3(1.1) ； ρ钢 钢液 密度kg/m 3 ；
β 常数，决定于射流的马赫数M，当M＝0.5-3.0 时，距出口 15×d出后 β＝6－9，M大取上限；
H 枪位 m； V出 射流出口速度 m/s； g 重力加速度 m 2 /s
现代转炉炼钢技术
转炉炼钢技术发展可划分为三个时代： • 转炉大型化时代（1950～1970年） 以转炉大型化技术为核心，逐步完善转炉炼钢工艺 与设备。 • 转炉复合吹炼时代（1970～1990年） 连铸技术的迅速发展，对转炉炼钢的稳定性提出更 高的要求。 • 洁净钢冶炼时代（1990年～ ） 社会对洁净钢的生产需求日益增高。迫切需求建立 起一种全新的、能大规模廉价生产纯净钢的生产体制。
转炉炼钢发展历史
钢铁生产与氧气的关系及对制氧机的要求
钢铁生产与氧气的关系及对制氧机的要求钢铁生产与氧气的关系及对制氧机的要求1 钢铁生产与氧气的关系世界钢铁工业已经历过几次变革，1865年前后，在英国出现空气侧吹转炉炼钢法、平炉炼钢法，后以平炉取代侧吹转炉。
为强化平炉冶炼，进而采用吹氧操作。
1952年奥地利发明氧气顶吹转炉炼钢法(LD 法)后，世界钢铁工业进入了一个大飞跃发展时期。
随着钢铁工业的大飞跃，制氧机迅速向大型化发展，氧与钢紧密地联系在一起。
美国是继奥地利之后，世界上较早采用氧气顶吹转炉的国家。
日本从1957年引进该技术并大力发展，仅十年时间，就把钢产量从一千万吨猛增到了一亿吨，其发展速度之快，氧钢比例之大，当时均称世界第一。
而这期间，氧的生产也迅速增加，若1951年氧总产量为100，则1967年就达到637，十年增长了6．4倍，到1973年达1998，十六年增长了20倍。
日本1973年产钢突破1亿吨。
美国到1978年产钢1．06亿吨，消耗氧气65．23亿立方米。
钢铁部门一直是氧气行业最大的工业用户，钢铁生产用氧量占总氧产量的2／3。
1996年我国钢产量突破1亿吨大关，近年来我国钢铁生产持续走高，有人预计2003年钢产量可超过2．1亿吨。
钢铁生产的增长带动了气体行业的增长，2002年气体分离设备行业所订大中型空分设备的应用领域以钢铁为主，占83．29％[2]。
1988~2000年，我国空分设备行业共生产大中型空分设备300套，折合制氧总容量为1305815m3／h ，其中冶金(钢铁和有色)行业，在空分设备套数和制氧容量市场占有率分别达到60．59％和64.4％。
钢铁生产传统的是长流程，即烧结、焦化、炼铁→炼钢→轧钢，后来又发展了短流程，即电炉→ 连铸→连轧，电炉用氧迅速增长；此外，随着钢铁质量的提高和新技术的发展，炉外精炼、顶底复合吹炼以及溅渣护炉等技术的采用，不但氧气用量迅速增加，而且氮气、氩气用量也增长较快。
高炉富氧鼓风、高炉炉顶密封、煤粉喷吹等也是用氧、用氮的大户。
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世界氧气顶吹转炉炼钢技术发展史
氧气顶吹转炉炼钢(oxygen top blown converter steelmaking)由转炉顶部垂直插入的氧枪将工业纯氧吹入熔池，以氧化铁水中的碳、硅、锰、磷等元素，并发热提高熔池温度而冶炼成为钢水的转炉炼钢方法。
它所用的原料是铁水加部分废钢，为了脱除磷和硫，要加入石灰和萤石等造渣材料。
炉衬用镁砂或白云石等碱性耐火材料制作。
所用氧气纯度在99％以上，压力为0．81～1．22MPa(即8～12atm)。
简史
空气底吹转炉和平炉是氧气转炉出现以前的主要炼钢设备。
炼钢是氧化熔炼过程，空气是自然界氧的主要来源。
然而空气中4／5的气体是氮气，空气吹炼时，这样多的氮气在炉内穿行而过，白白带走大量的热且有部分氮溶解在铁液中，成为恶化低碳钢品质的重要原因。
平炉中，氧在用于燃烧燃料之后，过剩的氧要通过渣层传入钢水，所以反应速率极慢，这也就增加了热损失。
因此，直接把氧气吹入熔池炼钢，成为许多冶金学家向往的目标。
早在19世纪，现代炼钢法的创始人贝塞麦(H．Bessemer)就有了纯氧炼钢的设想，但因没有大量氧气而未进行试验。
20世纪20年代后期，以空气液化和分馏为基础的林德一弗兰克(Linde—Frankel)制氧技术开发成功，能够生产可供工业使用的廉价氧气，氧气炼钢又为冶金界所注意。
从1929年开始，柏林工业大学的丢勒尔教授(R．Durrer)在实验室中研究吹氧炼钢，第二
次世界大战开始后转到瑞士的冯•罗尔(V．Roll)公司继续进行研究。
1936～1939年勒莱普(O.Lellep)在奥伯豪森(Oberhausen)进行了底吹氧炼钢的试验，由于喷嘴常损坏未能成功。
1938年亚琛(Aachen)工业大学的施瓦茨(C．V．Schwarz)提出用超音速射流向下吹氧炼钢，并在实验室进行了试验，将托马斯生铁吹炼成低氮钢，但因熔池浅而损坏了炉底。
1948年丢勒尔(R．Durrer)等在冯•罗尔(VonRoll)公司建成2．5t的焦油白云石衬的试验转炉，以450的斜度将水冷喷嘴插入铁水吹氧炼钢，无论贝塞麦生铁或托马斯生铁都能成功炼成优质钢水，而且认识到喷嘴垂直向下时，最有利于喷嘴和炉衬的寿命。
这样就最后完成了转炉吹氧炼钢的实验室试验。
从实验室研究向工业化试验的进一步发展是由奥地利的沃埃施特(VOEST)公司完成的。
第二次世界大战后奥地利面临重建钢铁工业的需要，该国缺少废钢使得平炉或电炉炼钢法缺乏竞争力。
沃埃施特公司注意到丢勒尔的试验，决心开发一个具有竞争力的新的炼钢方法。
1949年5月在奥地利累欧本(Leoben)开了一次氧气炼钢的讨论会，决定冯•罗尔、曼内斯曼(Mannesmann)、阿尔派(ALPINE)和沃埃施特4个公司协作，在沃埃施特的林茨(Linz)钢厂作进一步的试验。
1949年6月在林茨建成2t顶吹氧试验转炉，由苏埃斯(T．Suess)和豪特曼(H．Hauttmann)负责，在丢勒尔参与下，成功地解决了合适的氧气压力、流量和喷嘴与熔池面距离等工艺操作问题。
之后迅速建立15t试验转炉，广泛研究新方法所冶炼钢的品质。
由于钢的质量很好而且炼钢工艺的
效率很高，1949年末该公司决定在林茨投资建设世界第一个氧气顶吹转炉工厂。
并命名该炼钢法为LD法。
林茨的30tLD转炉工厂于1952年11月投产。
翌年春季第2个30tLD转炉工厂在奥地利多纳维兹([)onawitz)建成投产。
1950年由苏埃斯申请得到专利权。
推动炼钢工业再次大变革的氧气顶吹转炉炼钢法登上了历史舞台。
该法问世后，数十年内迅速取代了平炉炼钢而成为世界上最主要的炼钢方法。
在北美，美国是平炉炼钢大国，有平炉熔池吹氧的经验。
美国又是第二次世界大战的最大战胜国，工业基础雄厚。
在得知转炉氧气炼钢的信息后，美国麦克劳斯(McLouth)公司和加拿大多法斯柯(DOFASCO)公司于1954年各迅速建成一个35t氧气顶吹转炉车间并投产。
随后1957年琼斯一拉弗林(Jones—Laughlin)公司阿里奎帕(Aliquippa)厂建成当时世界最大的(80t级)顶吹氧气转炉。
美国人没有购买奥地利的专利，由此发生了关于氧气顶吹转炉炼钢专利权的纠纷，最终美国方面胜诉。
BOF法(Basic oxygen Furnace的第一个字母构成)成为北美对氧气顶吹转炉炼钢的习惯称呼。
但美国矿冶工程师协会(AIME)主持编写的权威著作《BOFSteelmaking》中明确承认丢勒尔(Durrer)在开发氧气转炉炼钢上的贡献。
日本对于发展氧气转炉炼钢非常关注，先经过多次考察，在1951年用5t钢包改造的试验装置进行试验(包括空气侧吹的试验)后，决心向沃埃施特和阿尔派(现已合并为奥钢联VAI)购买专利
特许权，于1957年在八幡建设第一个LD车间，到1963年其LD 钢产662量即超过平炉钢，1978年关闭所有的平炉，前后仅历20年。
日本对顶吹转炉炼钢理论研究、扩大炼钢品种、改进炉衬耐火材料和提高炉龄、炉气回收技术、用副枪测取冶炼信息和计算机自动控制、分解炼钢操作功能使转炉冶炼更加简化、配合连铸机实现全连铸炼钢生产等方面，均进行了深入研究和技术创新。
日本已成为氧气转炉炼钢技术最发达的国家。
20世纪50年代中期，中国有远见的科学家叶渚沛大力提倡发展氧气转炉炼钢，北京钢铁研究总院、中国科学院化工冶金研究所、北京钢铁学院(北京科技大学前身)等也进行了实验室规模的氧气转炉炼钢试验。
然而对于中国发展氧气转炉炼钢的可行性，冶金界没有统一认识。
当时以美国为首的西方国家对中国实行经济封锁，只有前苏联可以提供平炉炼钢成套设备；中国的制氧机制造工业还十分薄弱；由于这些客观情况，加上一些主观上的原因，中国氧气转炉炼钢发展比较缓慢。
1964年中国的第一座30t 氧气顶吹转炉车间才在石景山钢铁厂(首都钢铁公司前身)建成投产。
到70年代一些地方钢铁厂相继建设了氧气顶吹转炉和把空气侧吹转炉改建为氧气顶吹转炉，在攀枝花、本溪钢铁公司建成120t级的氧气顶吹转炉车间。
1979年全国氧气转炉钢产量超过了平炉钢，1978～1985年建设了宝山钢铁总厂300t氧气顶吹转炉，转炉炼钢技术方达到国际水平。
1986年氧气转炉钢产量超过总产钢量的50％。
中国在氧气转炉炼钢的基本操作制度、可压缩性氧
气射流结构和多孔喷枪的设计、含钒生铁吹炼工艺、创造不烘炉炼钢操作、改进白云石炉衬质量和研究白云石造渣工艺以提高转炉炉龄等方面，也进行了许多研究和开发工作。
然而有部分转炉还存在装备水平落后、炼出的钢质量差、产品深加工水平和专业化水平低等问题，影响着转炉炼钢生产的竞争力。