氧气转炉炼钢的发展历程

氧气转炉炼钢的发展历程可用10个里程碑来描述。

　　1、 亨利贝塞麦在1855年的专利中提到了浸没顶吹氧法．该方法使用一个火泥吹管喷吹空气。第二大方法是浸没侧吹氧，空气在靠近静态转炉炉底的位置吹入，而首先取得突破的是底吹法，空气吹入一个可倾动不对称转炉内。后一种方法被称之为贝塞麦工艺，它能处理酸性矿石，最终发展成为处理更常见的含磷碱性矿石的贝塞麦—托马斯工艺。  

　　2、在能获得大量氧气后，重要的研发工作便在1930~1949年这段时期内展开了。再一次地从底吹开始，但这次增加了氧气以确保强烈的熔池搅拌(1936~1939年)。这个尝试是在—个1t转炉上进行的(Lellep试验)，其后增大了顶吹，以确保氧气射流穿透熔池实现搅拌(1939年Schwarz专利)。

　　3、  在这一时期的第三个里程碑是从转炉侧下部以一定的角度引入了顶吹氧。这些实验是在Gerlafeigen的2t转炉上进行的。由于耐火材料问题、风口损毁、喷溅严重和钢水质量等诸多原因，第4~6里程碑所进行的试验没有得到推广应用。

　　4、  在1949年6月，奥钢联利用战时氧气厂，初次在一座经过修改的2t贝塞麦转炉上进行了顶吹氧试验。最重要的成果是，了解到搅拌炉渣和金属熔池并不需要氧气射流具有大穿透深度和极高的动能。产生大量的一氧化碳，与液态渣和金属液滴形成了乳浊液。渣金乳化生成了巨大的表面积，再加上产生CO后扩充的面积，导致了必然的、非常高的精练速度。

　　5、  此后大规模工业应用的基础产生了，包括：高速脱碳与成渣，特别高的生产率；顶吹水冷枪头与转炉衬和火点有充足的距离，氧气流射到火点与熔池反应；纯氧的使用确保了优秀的钢水质量；工艺及相关系统的简化导致生产成本低、投资费用少。

　　6、  工业可行性、经济性和生产广泛品种的可能性在奥地利林茨l5t中试转炉和多纳维茨5t和10t转炉上进一步得到验证。

　　7、  获得优秀冶金结果当然重要，所以顶吹氧气转炉(LD)钢花费了15年的时间才被造船工业接受并认可。LD炼钢法被视为类似托马斯工艺的空气转炉炼钢法。1958年，Linzertor号轮船全部采用林茨—多纳堆茨的钢板、型材、铆钉、锻件和铸件等建造。最终，转炉钢在造船业得到了认可。因为当时没有标准可循，深冲钢的生产没有什么麻烦。LD工艺的发明最终得到了全世界的承认。

　　回忆林茨厂的设备放大试验是有趣味的。第一次试验是1949年6月3日进行的，林茨厂第一个30t转炉的首次吹炼是在1952年11月27日进行，紧紧相隔了42个月。多纳维茨厂的生产于1953年开始。50年后，我们仍可以说LD工艺的开发是与时俱进的，它对钢铁工业的影响是革命性的。

　　8、  自动热补偿氧气炼钢的高生产效率带来了对大型高炉的需求。冶炼周期短、冶金结果与钢水温度的分散度低为连铸的快速发展奠定了基础。LD工艺的发展与大规模应用直接导致了国际性冶金设备制造商VAI于50年代末诞生。

　　LD工艺的变种

　　在顶吹氧冶炼过程中，当钢水中碳含量降到0．15％以下时，CO的生成速度和渣金混合就会减缓。钢水中氧含量相当高，铁、锰氧化增大，导致渣中氧化铁含量高，这是冶炼低碳钢时的结果。

　　9、  德国马克西米利安斯许特钢铁公司受铁水中Si、Mn、P高的困扰,尤其是与之相关的吹炼困难。在1936~1939年间，几乎与底吹氧初次测试相隔30年后，才找到了用碳氢化合物保护炉底风口的方法。氧气还用来承载石灰粉，使吹炼平稳，在获得低碳含量的同时，实现了钢水中氧、磷、碱含量低。铁氧化量下降，产生的棕色烟气减少，钢水收得率更高。1968年引入了OBM／Q-BOP底吹氧工艺，随后是变种K—OBM工艺和1977年的废钢比最大可达到50％的他热法KMS工艺。石灰、煤炭的喷吹技术和二次燃烧技术开发成功，并在大规摸生产中得到应用。底吹流量超过了0．3Nm3／t·min，达到了5Nm3／t·min水平。全世界每年约有5500万t钢是采用这些工艺生产的(含底吹氧工艺)。

　　转炉顶底复吹氧气的这些发展导致了顶吹氧工艺的进步——通过用惰性气体搅拌钢水获得额外的熔池搅拌效果。这种搅拌在熔池高碳时用N2进行，一旦达到低碳水平时则使用Ar搅拌。搅拌是通过炉底特殊的耐火材料构件或小型无保护风口实现。底吹流量小于0．2Nm3／t·min。今天，全世界几乎所有的LD／BOS炼钢转炉都采用了这种操作。

　　10、  最后一个里程碑极有可能是在高碳时顶吹部分热风与底吹氧结合使用。这导致了二次燃烧比增大。普通顶吹氧气转炉的二次燃烧率大约为8%-12%，复吹转炉在15％~20%的范围，底吹氧结合顶吹热风(温度为1200℃)可达到60％左右。

　　当然，转炉炼钢在其他方面也有很多意义重大的发展，特别是工艺控制、针对大型化的转炉设计、出钢时的钢渣分离、氧枪、副枪、煤气净化系统、低能耗且放散煤气中粉尘量小于20mg／Nm3的电除尘技术，二次冶金和铁水预处理等。

　　所有的这些发展导致氧气转炉炼钢在过去的50多年里取得了成功。