转炉炼钢核心工艺：基本氧气炉操作要点与实践

转炉炼钢概述

基本氧气炉(BOF)炼钢又称基本氧气炼钢(BOS)，是全球最强大有效的炼钢技术，约71%粗钢采用此法。BOF工艺1950年代初奥地利林茨和多瑙维茨两钢厂开发，故称LD炼钢。主要变型：顶吹、底吹、顶底复吹。BOF工艺自热（能量自给），用高纯氧(≥99.5%，否则钢吸害氮)氧化铁水(热金属HM)中杂质。主要原料：HM(≥80%)和废钢。装入转炉后，超音速氧枪吹氧氧化HM中C、Si放大量热熔化废钢。Fe、Mn、P氧化贡献较少热量。熔剂主用烧石灰(CaO>92%，由低SiO₂石灰石煅烧得)。CO后燃热量回传熔池。产品为指定成分、~1650℃液态钢。“碱性”指炉衬碱性耐材(白云石、镁砂)，耐高温、耐强氧化碱性渣侵蚀、耐装料吹炼磨损。碱性渣脱P、脱S。转炉(转化炉)为桶状钢壳+耐火衬里+倾动机构。高径比(H/D)1.0~1.3。炉壳三段：球底、圆筒、上锥。炉壳连接带耳轴支撑环，耳轴提供吹氧稳定支撑。转炉绕水平轴360°倾动(电机驱动)，可任意位置锁定，倾动完成装料、出钢、出渣等操作。热后液钢仅占炉容8%~12%，熔池深1.2~1.9m。转炉容量30~400t，主流100~250t。转炉车间通常1~3座。热周期40~50min，吹氧占50%。此生产节奏兼容连铸，大幅提升粗钢成品率及下游轧钢质量。

顶吹转炉关键装备

顶吹转炉装氧枪吹氧。氧枪水冷、多孔(3~6孔)铜嘴。氧流量~6~8Nm³/min·t，压力12~16atm。转炉车间通常6层楼高，容纳高位合金/熔剂仓及长氧枪升降。典型转炉车间剖面图见图1。

炼钢操作流程

装料准备

开炉前称量铁水、取样分析化学成分和温度。结合钢级指标，计算废钢、熔剂、氧量。计算依据HM中Si、C含量及温度，因杂质氧化放热须平衡废钢、熔剂、铁水升温需求。现代转炉车间用计算机充料模型，知HM温度成分后自动优化废钢/铁水比、熔剂加量、枪位、吹氧时间。

装料

转炉向装料侧倾斜~45°，预称废钢从废钢箱经装料起重机加入炉口。铁水包即时倒入废钢上。烟尘和 kish(铁水析出石墨片)从炉口逸出，除尘系统捕集。装料2~3min。复位垂直，氧枪降至炉底上方2.5~3.0m吹氧。高速氧流射入料面反应起。数秒后CO燃烧成CO₂，炉口现强光焰。单位粗钢耗氧~55~60Nm³。枪位高度影响吹炼特性和钢成分。操作起始高枪位(液面上~3m)，加熔剂形成足量渣后降低枪位。早期成渣防飞溅(氧流冲击溅出金属)。用烧石灰快速成渣(生石灰煅烧吸热)。氟石增渣流动性。调温铁矿石随剩余熔剂加入。复杂熔剂前几分钟内加完。

吹炼过程

吹氧起尖啸声，HM中Si氧化成SiO₂与碱性熔剂反应生成发泡熔渣包裹氧枪。气体主成分CO(来自HM中C)，气体生成速率远超炉容，渣溢炉口常见(尤当渣粘稠)。吹炼按金属负荷化学成分和目标钢成分预设时间(典型15~20min)，枪位按程序变化。吹毕提枪，转炉向装料侧倾斜取样测温。静态充料模型因HM成分/重量不精确、<0.2%C时Fe剧烈氧化程度不一，难保证一致达标碳温。炉口焰下降信号低碳，但达标温差±30~50℃。气动管送样化验室，一次性热电偶测温。根据温度成分决定调整：加冷却剂降温、或短时再吹氧调成分/升温、或兼施。石灰石、废钢、铁矿、烧结矿、DRI均可作冷却剂，各厂按经济性和设施选用。

早期再吹/加冷却剂延长周期。今因经验积累、模型优化、金属料质管控、精炼炉调温，达标控制更稳。部分钢厂用亚枪吹末前2min测温碳，允许终段修正，缩短吹后到出钢间隔。但亚枪昂贵、传感器故障时信息不可得。

出钢与出渣

达标后，预热钢包车定位出钢侧，转炉倾斜出钢侧，液钢从上锥部出钢孔流经浮渣下入钢包。出钢孔位于上锥侧面。通常用挡渣装置(挡渣球/渣标)防渣入包，配合操作员目视仍为主控。带渣出钢致P返、脱S受阻、钢洁净度下降。钢包加合金可降渣中FeO但无法改变P。出钢后转炉倒置出残渣入渣包，复位。部分钢次末期用N₂吹残渣喷涂炉筒和耳轴区(渣喷护炉，参阅相关文章)。大修期末高磨损区喷补耐材。维护毕备下一炉。

复吹工艺

复吹从炉底透气砖/鼓风嘴吹惰性气体促进搅拌，提高收得率(减少飞溅)。飞溅指吹氧时渣钢混合物溅出转炉。(参阅复吹工艺文章)

能量与化学特性

BOF无外加燃料。HM杂质(C、Si、Mn、P)氧化供热。熔融金属氧化、渣形成为多阶段同步复杂过程，发生在气-金属、气-渣、渣-金属相界。BOF炼钢化学单独成文。(参阅化学文章)大部分氧化物入渣。气态产物CO、CO₂排大气经除尘。氧化势以后燃比CO₂/(CO₂+CO)表征。BOF脱S能力有限，因渣氧化性非还原性，硫分配系数最大~10，仅高CaO渣可达。BOF渣碱度CaO/SiO₂≥3为宜。经验：石灰加量为入炉Si重量6倍。MgO加量视终点温度定，通常设计为终渣重8%~10%(终点~1650℃)，饱和渣中MgO减少镁质炉衬化学侵蚀。(参阅相关文章)铁合金(锰铁、硅锰、硅铁)从高位仓加入钢包。转炉用碱性耐火衬里，镁碳砖最普遍。(参阅转炉耐火衬里文章)

环境问题

BOF产生密集棕色氧化铁烟尘。环保问题：①转炉一次高温脏煤气捕集净化；②装料/出钢二次逸散排放；③铁水转运、脱硫等辅助操作排放控制；④收集氧化物粉尘/泥浆回收/处置；⑤转炉渣及炉泥处置。大多BOF一次煤气系统采用抑燃原理：煤气未燃状态处理，电除尘或湿法洗涤除尘，清洁气经烟囱排放或入煤气柜。煤气热值1700~2000kcal/Nm³，作厂内燃料。抑燃系统具能量回收潜力。(参阅BOF煤气回收净化系统)装料/出钢逸散烟尘或吹氧逸出主罩烟尘，用车间桁架局部罩/高位伞罩收集，常用布袋除尘器。铁水转运站、脱硫等辅助操作用局部罩排布袋除尘。一次系统捕集粉尘(湿法泥浆或干法电除尘灰)须处理后回收。BOF粉尘/泥非危废，可压球/造球团回高炉或烧结。BOF渣因高CaO常回烧结/高炉循环，亦作铁路道砟。