氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展歷程

氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的發(fā)展歷程可用10個里程碑來描述。

　　1、 亨利貝塞麥在1855年的專利中提到了浸沒頂吹氧法．該方法使用一個火泥吹管噴吹空氣。第二大方法是浸沒側(cè)吹氧，空氣在靠近靜態(tài)轉(zhuǎn)爐爐底的位置吹入，而首先取得突破的是底吹法，空氣吹入一個可傾動不對稱轉(zhuǎn)爐內(nèi)。后一種方法被稱之為貝塞麥工藝，它能處理酸性礦石，最終發(fā)展成為處理更常見的含磷堿性礦石的貝塞麥—托馬斯工藝。  

　　2、在能獲得大量氧氣后，重要的研發(fā)工作便在1930~1949年這段時期內(nèi)展開了。再一次地從底吹開始，但這次增加了氧氣以確保強(qiáng)烈的熔池攪拌(1936~1939年)。這個嘗試是在—個1t轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行的(Lellep試驗)，其后增大了頂吹，以確保氧氣射流穿透熔池實(shí)現(xiàn)攪拌(1939年Schwarz專利)。

　　3、  在這一時期的第三個里程碑是從轉(zhuǎn)爐側(cè)下部以一定的角度引入了頂吹氧。這些實(shí)驗是在Gerlafeigen的2t轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行的。由于耐火材料問題、風(fēng)口損毀、噴濺嚴(yán)重和鋼水質(zhì)量等諸多原因，第4~6里程碑所進(jìn)行的試驗沒有得到推廣應(yīng)用。

　　4、  在1949年6月，奧鋼聯(lián)利用戰(zhàn)時氧氣廠，初次在一座經(jīng)過修改的2t貝塞麥轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行了頂吹氧試驗。最重要的成果是，了解到攪拌爐渣和金屬熔池并不需要氧氣射流具有大穿透深度和極高的動能。產(chǎn)生大量的一氧化碳，與液態(tài)渣和金屬液滴形成了乳濁液。渣金乳化生成了巨大的表面積，再加上產(chǎn)生CO后擴(kuò)充的面積，導(dǎo)致了必然的、非常高的精練速度。

　　5、  此后大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)產(chǎn)生了，包括：高速脫碳與成渣，特別高的生產(chǎn)率；頂吹水冷槍頭與轉(zhuǎn)爐襯和火點(diǎn)有充足的距離，氧氣流射到火點(diǎn)與熔池反應(yīng)；純氧的使用確保了優(yōu)秀的鋼水質(zhì)量；工藝及相關(guān)系統(tǒng)的簡化導(dǎo)致生產(chǎn)成本低、投資費(fèi)用少。

　　6、  工業(yè)可行性、經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)廣泛品種的可能性在奧地利林茨l5t中試轉(zhuǎn)爐和多納維茨5t和10t轉(zhuǎn)爐上進(jìn)一步得到驗證。

　　7、  獲得優(yōu)秀冶金結(jié)果當(dāng)然重要，所以頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐(LD)鋼花費(fèi)了15年的時間才被造船工業(yè)接受并認(rèn)可。LD煉鋼法被視為類似托馬斯工藝的空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法。1958年，Linzertor號輪船全部采用林茨—多納堆茨的鋼板、型材、鉚釘、鍛件和鑄件等建造。最終，轉(zhuǎn)爐鋼在造船業(yè)得到了認(rèn)可。因為當(dāng)時沒有標(biāo)準(zhǔn)可循，深沖鋼的生產(chǎn)沒有什么麻煩。LD工藝的發(fā)明最終得到了全世界的承認(rèn)。

　　回憶林茨廠的設(shè)備放大試驗是有趣味的。第一次試驗是1949年6月3日進(jìn)行的，林茨廠第一個30t轉(zhuǎn)爐的首次吹煉是在1952年11月27日進(jìn)行，緊緊相隔了42個月。多納維茨廠的生產(chǎn)于1953年開始。50年后，我們?nèi)钥梢哉fLD工藝的開發(fā)是與時俱進(jìn)的，它對鋼鐵工業(yè)的影響是革命性的。

　　8、  自動熱補(bǔ)償氧氣煉鋼的高生產(chǎn)效率帶來了對大型高爐的需求。冶煉周期短、冶金結(jié)果與鋼水溫度的分散度低為連鑄的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。LD工藝的發(fā)展與大規(guī)模應(yīng)用直接導(dǎo)致了國際性冶金設(shè)備制造商VAI于50年代末誕生。

　　LD工藝的變種

　　在頂吹氧冶煉過程中，當(dāng)鋼水中碳含量降到0．15％以下時，CO的生成速度和渣金混合就會減緩。鋼水中氧含量相當(dāng)高，鐵、錳氧化增大，導(dǎo)致渣中氧化鐵含量高，這是冶煉低碳鋼時的結(jié)果。

　　9、  德國馬克西米利安斯許特鋼鐵公司受鐵水中Si、Mn、P高的困擾,尤其是與之相關(guān)的吹煉困難。在1936~1939年間，幾乎與底吹氧初次測試相隔30年后，才找到了用碳?xì)浠�合物保護(hù)爐底風(fēng)口的方法。氧氣還用來承載石灰粉，使吹煉平穩(wěn)，在獲得低碳含量的同時，實(shí)現(xiàn)了鋼水中氧、磷、堿含量低。鐵氧化量下降，產(chǎn)生的棕色煙氣減少，鋼水收得率更高。1968年引入了OBM／Q-BOP底吹氧工藝，隨后是變種K—OBM工藝和1977年的廢鋼比最大可達(dá)到50％的他熱法KMS工藝。石灰、煤炭的噴吹技術(shù)和二次燃燒技術(shù)開發(fā)成功，并在大規(guī)摸生產(chǎn)中得到應(yīng)用。底吹流量超過了0．3Nm3／t·min，達(dá)到了5Nm3／t·min水平。全世界每年約有5500萬t鋼是采用這些工藝生產(chǎn)的(含底吹氧工藝)。

　　轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹氧氣的這些發(fā)展導(dǎo)致了頂吹氧工藝的進(jìn)步——通過用惰性氣體攪拌鋼水獲得額外的熔池攪拌效果。這種攪拌在熔池高碳時用N2進(jìn)行，一旦達(dá)到低碳水平時則使用Ar攪拌。攪拌是通過爐底特殊的耐火材料構(gòu)件或小型無保護(hù)風(fēng)口實(shí)現(xiàn)。底吹流量小于0．2Nm3／t·min。今天，全世界幾乎所有的LD／BOS煉鋼轉(zhuǎn)爐都采用了這種操作。

　　10、  最后一個里程碑極有可能是在高碳時頂吹部分熱風(fēng)與底吹氧結(jié)合使用。這導(dǎo)致了二次燃燒比增大。普通頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐的二次燃燒率大約為8%-12%，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐在15％~20%的范圍，底吹氧結(jié)合頂吹熱風(fēng)(溫度為1200℃)可達(dá)到60％左右。

　　當(dāng)然，轉(zhuǎn)爐煉鋼在其他方面也有很多意義重大的發(fā)展，特別是工藝控制、針對大型化的轉(zhuǎn)爐設(shè)計、出鋼時的鋼渣分離、氧槍、副槍、煤氣凈化系統(tǒng)、低能耗且放散煤氣中粉塵量小于20mg／Nm3的電除塵技術(shù)，二次冶金和鐵水預(yù)處理等。

　　所有的這些發(fā)展導(dǎo)致氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼在過去的50多年里取得了成功。