自貝塞麥發明酸性空氣底吹轉爐煉鋼法起，開始了轉爐大量生產鋼水的曆史，如圖3所示。上世紀50年代用氧氣代替空氣煉鋼是煉鋼史上的一次重大變革，70年代出現的氧氣底吹轉爐和頂吹複合轉爐，是氧氣轉爐在發展和完善通路上取得的豐碩成果，如圖4所示。
一、吹煉過程元素氧化規律
（一）爐鋼吹煉過程和元素的氧化規律
1）冶煉過程概述
從裝料到出鋼，倒渣，轉爐一爐鋼的冶煉過程包括裝料、吹煉、脫氧出鋼、濺渣護爐和倒渣幾個階段，如圖5所示。一爐鋼的吹氧時間通常為12－18min，冶煉周期為30min左右。
上爐鋼出完鋼後，倒淨爐渣，堵出鋼口，兌鐵水和加廢鋼，降槍供氧，開始吹煉。在送氧開吹的同時，加入第一批渣料，加入量相當於全爐總渣量的三分之二，開吹4－6分鍾後，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果爐內化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。吹煉過程中的供氧強度：
小型轉爐為2.5－4.5m3/；120t以上的轉爐一般為2.8－3.6m3/。
◆開吹時氧槍槍位采用高槍位，目前是為了早化渣，多去磷，保護爐襯；
◆在吹煉過程中適當降低槍位的保證爐渣不“返幹”，不噴濺，快速脫碳與脫硫，熔池均勻升溫為原則；
◆在吹煉末期要降槍，主要目的是熔池鋼水成分和溫度均勻，加強熔池攪拌，穩定火焰，便於判斷終點，同時使降低渣中fe含量，減少鐵損，達到濺渣的要求。
◆當吹煉到所煉鋼種要求的終點碳範圍時，即停吹，倒爐取樣，測定鋼水溫度，取樣快速分析[c]、[s]、[p]的含量，當溫度和成分符合要求時，就出鋼。
◆當鋼水流出總量的四分之一時，向鋼包中的脫氧合金化劑，進行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。
（1）矽的氧化規律
在吹煉初期，鐵水中的[si]和氧的親和力大，而且[si]氧化反應為放熱反應，低溫下有利於此反應的進行，因此，[si]在吹煉初期就大量氧化。
[si]+o2=
[si]+2[o]=
[si]+=+2[fe]
2+=
隨著吹煉的進行石灰逐漸溶解，2feo?sio2轉變為2cao?sio2，即sio2與cao牢固的結合為穩定的化合物，sio2活度很低，在堿性渣中feo的活度較高，這樣不僅使[si]被氧化到很低程度，而且在碳劇烈氧化時，也不會被還原，即使溫度超過1530c，[c]與[o]的親和力也超過[si]與[o]的親和力，終因（cao）與（sio2）結合為穩定的2cao?sio2，[c]也不能還原（sio2）。
矽的氧化對熔池溫度，熔渣堿度和其他元素的氧化產生影響：
?[si]氧化可使熔池溫度升高；
?[si]氧化後生成（sio2），降低熔渣堿度，熔渣堿度影響脫磷，脫硫；
?熔池中[c]的氧化反應隻有到[%si]<0.15時，才能激烈進行。
影響矽氧化規律的主要因素：[si]與[o]的親和力，熔池溫度，熔渣堿度和feo活度。
（2）錳的氧化規律
在吹煉初期，[mn]也迅速氧化，但不如[si]氧化的快。其反應式可表示為：
[mn]+[o]=（熔池內反應）
[mn]+[o2]=（氧氣直接氧化反應）
[mn]+=+[fe]
+=mno?sio2
餘錳或殘錳：
錳的氧化產物是堿性氧化物，在吹煉前期形成。但隨著吹煉的進行和渣中cao含量的增加，會發生
（mno?sio2)+2（cao）=（2cao?sio2）+（mno）
（mno）呈自由狀態，吹煉後期爐溫升高後，（mno）被還原，即
（mno）+[c]=[mn]+[co]或（mno）+[fe]=（feo）+[mn]
吹煉終了時，鋼中的錳含量也稱餘錳或殘錳。殘錳高，可以降低鋼中硫的危害，但冶煉工業純鐵，則要求殘錳越低越好。
影響殘錳的因素：
◆爐溫高有利於（mno）的還原，殘錳量高；
◆堿度升高，可提高自由濃度，殘錳量增加；
◆降低熔渣中（feo）含量，可提高殘錳含量;
◆鐵水中錳含量高，單渣操作，鋼水殘錳也會高些。
（3）碳的氧化規律
影響碳氧化速度的變化規律的主要因素有：熔池溫度、熔池金屬成分、熔渣中和爐內攪拌強度。在吹煉的前、中、後期，這些因素是在不斷發生變化，從而體現出吹煉各期不同的碳氧化速度，如圖6所示。
吹煉前期：熔池平均溫度低於1400－1500c，[si]、[mn]含量高且與[o]親和力均大於[c]－[o]的親和力，較高，但化渣、脫碳消耗的較少，熔池攪拌、碳的氧化速度不如中期高。
吹煉中期：熔池溫度高於1500c，[si]、[mn]含量降低，[p]－[o]親和力小於[c]－[o]親和力，碳氧化消耗較多的（feo），熔渣中有所降低，熔池攪拌強烈，反應區乳化較好，結果此期的碳氧化速度高。
吹煉後期，熔池溫度很高，超過1600c，[c]含量較低，增加，熔池攪拌不如中期，碳氧化速度比中期低。
（4）磷的變化規律
磷的變化規律主要表現為吹煉過程中的脫磷速度。脫磷速度的變化規律，主要受熔池溫度，熔池中金屬[p]含量，熔渣中，熔渣堿度，熔池的攪拌強度或脫碳速率的影響。
表1頂吹轉爐吹煉各期的特點
因素時期
熔池溫度
爐渣堿度
降碳速度
前期
較低
較高
低
低於中期
中期
較高
較低
較高
高於初期
後期
高
高
高
低於中期
前期不利於脫磷的因素是爐渣堿度比較低，因此，為及早形成堿度較高的爐渣，是前期脫磷的關鍵。
中期不利於脫磷的因素是（∑feo）較低，因此，如何控製渣中達10%－20%，避免爐渣“返幹”是中期脫磷的關鍵。
後期不利於脫磷的熱力學因素是熔池溫度高。
（5）硫的變化規律
硫的變化規律也主要表現在吹煉過程中的脫硫速度，脫硫速度變化規律的主要影響因素與脫磷的類似。不同時期，其表現是不相同。
吹煉前期，由於溫度和堿度較低，（feo）較高，渣的流動性差，因此脫硫能力較低，脫硫速度很慢；
吹煉中期，熔池溫度逐漸升高，（feo）比前期有所降低，堿度因大量石灰熔化而增大，熔池乳化比較好，是脫硫的最好時期；
吹煉後期，熔池溫度已升至出鋼溫度，（feo）回升，比中期高，堿度高熔池攪拌不如中期，因此，脫硫速度低於或稍低於中期。
2)爐渣成分和溫度的變化規律
轉爐吹煉過程中熔池內的爐渣成分和溫度影響著元素的氧化和脫除規律，而元素的氧化和脫除又影響著爐渣成分和熔池溫度的變化。
（1）爐渣中的變化規律
爐渣中（feo）的變化取決於它的來源和消耗兩方麵。（feo）的來源主要與槍位、加礦量有關，（feo）的消耗主要與脫碳速度有關。
◆槍位：槍位低時，高壓氧氣流股衝擊熔池，熔池攪拌劇烈，渣中金屬液滴增多，形成渣、金乳濁液，脫碳速度加快，消耗渣中（feo）降低。槍位高時，脫碳速度低，渣中（feo）增高。
◆礦石：渣料中加礦石多，則渣中（feo）增高。
◆脫碳速度：脫碳速度高，渣中（feo）低；脫碳速度低，渣中（feo）高。
氧氣頂吹轉爐通過改變槍位可達到化渣、降碳的不同目的，這是它與其他煉鋼方法相比，具有操作靈活的特點。
（2）爐渣堿度的變化規律
爐渣堿度的變化規律取決於石灰的熔解、渣中和熔池溫度。
吹煉初期，熔池溫度不高，渣料中石灰還未大量熔化。吹煉一開始，[si]迅速氧化，渣中很快提高，有時可達到30%。因此，初期爐渣堿度不高，一般為1.8－2.3，平均為2.0左右。
吹煉中期，熔池的溫度比初期提高，促進大量石灰熔化，熔池中[si]已氧化完了，sio2來源中斷。中期脫磷速度，熔池攪拌均比前期強，這些因素均有利於形成高堿度爐渣。
吹煉後期,熔池的溫度比中期進一步提高,接近出鋼溫度,有利於石灰渣料熔化,在中期爐渣堿度較高的基礎上,吹煉後期,仍能得到高堿度,流動性良好發爐渣。
（3）熔池溫度的變化規律
熔池溫度的變化與熔池的熱量來源和熱量消耗有關。
吹煉初期，兌入爐內的鐵水溫度一般為1300c左右，鐵水溫度越高，帶入爐內的熱量就越高，[si]、[mn]、[c]、[p]等元素氧化放熱，但加入廢鋼可使兌入的鐵水溫度降低，加入的渣料在吹煉初期大量吸熱。綜合作用的結果，吹煉前期終了，熔池溫度可升高至1500c左右。
吹煉中期，熔池中[c]繼續大量氧化放熱，[p]也繼續氧化放熱，均使熔池溫度提高，可達1500－1550c以上。
吹煉後期，熔池溫度接近出鋼溫度，可達1650－1680c左右，具體因鋼種、爐子大小而異。在整個一爐鋼的吹煉過程中，熔池溫度約提高350c左右。
綜上所述，頂吹氧氣轉爐開吹以後，熔池溫度、爐渣成分、金屬成分相繼發生變化，它們各自的變化又彼此相互影響，形成高溫下多相、多組元同時進行的極其複雜的物理化學變化。
冶煉過程概述：從裝料到出鋼，倒渣，轉爐一爐鋼的冶煉過程包括裝料、吹煉、脫氧出鋼、濺渣護爐和倒渣幾個階段。
爐鋼的吹氧時間通常為12－18min，，如圖7所示，冶煉周期為30min左右。
轉爐一爐鋼的基本冶煉過程。頂吹轉爐冶煉一爐鋼的操作過程主要由以下六步組成：
（1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動設備等並進行必要的修補和修理；
（2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐體（至垂直位置）；
（3）降槍開吹，同時加入第一批渣料（起初爐內噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨後噴出暗紅的火焰；3～5min後矽錳氧接近結束，碳氧反應逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度隨之提高；同時渣料熔化，噪聲減弱）；
（4）3～5min後加入第二批渣料繼續吹煉（隨吹煉進行鋼中碳逐漸降低，約12min後火焰微弱，停吹）；
（5）倒爐，測溫、取樣，並確定補吹時間或出鋼；
（6）出鋼，同時（將計算好的合金加入鋼包中）進行脫氧合金化。
上爐鋼出完鋼後，倒淨爐渣，堵出鋼口，兌鐵水和加廢鋼，降槍供氧，開始吹煉。在送氧開吹的同時，加入第一批渣料，加入量相當於全爐總渣量的三分之二，開吹3－5分鍾後，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果爐內化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。
吹煉過程中的供氧強度：
小型轉爐為2.5－4.5m3/；120t以上的轉爐一般為2.8－3.6m3/。
◆開吹時氧槍槍位采用高槍位，目前是為了早化渣，多去磷，保護爐襯；
◆在吹煉過程中適當降低槍位的保證爐渣不“返幹”，不噴濺，快速脫碳與脫硫，熔池均勻升溫為原則；
◆在吹煉末期要降槍，主要目的是熔池鋼水成分和溫度均勻，加強熔池攪拌，穩定火焰，便於判斷終點，同時使降低渣中fe含量，減少鐵損，達到濺渣的要求。
◆當吹煉到所煉鋼種要求的終點碳範圍時，即停吹，倒爐取樣，測定鋼水溫度，取樣快速分析[c]、[s]、[p]的含量，當溫度和成分符合要求時，就出鋼。
◆當鋼水流出總量的四分之一時，向鋼包中的脫氧合金化劑，進行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。
o轉爐冶煉五大製度
裝料製度
供氧製度
造渣製度
溫度製度
終點控製及合金化製度
二、裝料製度
（一）裝料次序
◆對使用廢鋼的轉爐，一般先裝廢鋼後裝鐵水。先加潔淨的輕廢鋼，再加入中型和重型廢鋼，以保護爐襯不被大塊廢鋼撞傷，而且過重的廢鋼最好在兌鐵水後裝入。
◆為了防止爐襯過分急冷，裝完廢鋼後，應立即兌入鐵水。爐役末期,以及廢鋼裝入量比較多的轉爐也可以先兌鐵水,後加廢鋼。
（二）裝入量
裝入量指煉一爐鋼時鐵水和廢鋼的裝入數量，它是決定轉爐產量、爐齡及其他技術經濟指標的主要因素之一。裝入量中鐵水和廢鋼配比是根據熱平衡計算確定。通常，鐵水配比為70%－90%，其值取決於鐵水溫度和成分，爐容比、冶煉鋼種、原材料質量和操作水平等。
確定裝入量時，考慮的因素：
o爐容比：它是指轉爐內自由空間的容積與金屬裝入量之比，通常在0.7－1.0波動，我國轉爐爐容比一般0.75。
o熔池深度：合適的熔池深度應大於頂槍氧氣射流對熔池的最大穿透深度，以保證生產安全，爐底壽命和冶煉效果。
o爐子附屬設備：應與鋼包容量、澆注吊車起重能力、轉爐傾動力矩大小、連鑄機的操作等相適應。
控製裝入量的方法。目前國內采用三種即定量裝入量、定深裝入量和分階段定量裝入法。
◆定量裝入量指整個爐役期間，保證金屬料裝入量不變；
◆定深裝入量指整個爐役期間，隨著爐子容積的增大依次逐漸增大裝入量，保證每爐的金屬熔池深度不變；
◆分階段定量裝入法指將整個爐按爐膛的擴大程度劃分為若幹階段，每個階段實行定量裝入法。分階段定量裝入法兼有兩者的優點，是生產中最常見的裝入製度。
表2國內一些企業頂吹轉爐的爐容比
廠名
寶鋼
首鋼
鞍鋼
本鋼
攀鋼
首鋼
太鋼
噸位/t
300
210
180
120
120
80
50
爐熔比/m3?t－1
1.05
0.97
0.86
0.91
0.90
0.84
0.97
裝料操作：目前，國內的大中型轉爐均采用混鐵爐（轉爐容量的15～20倍）供應鐵水，即高爐來的鐵水儲存在混鐵爐中，用時倒入鐵水罐天車兌入（解決高爐出鐵與轉爐用鐵不一致的矛盾，同時保證鐵水的溫度穩定，成分波動小）；廢鋼則是事先按計算值裝入料鬥，用時天車加入。
為減輕廢鋼對爐襯的衝擊，裝料順序一般是先兌鐵水後加廢鋼，爐役後期尤其如此。兌鐵水時，應爐內無渣（否則加石灰）且先慢後快，以防引起劇烈的碳氧反應，將鐵水濺出爐外而釀成事故。目前國內各廠普遍采用濺渣護爐技術，因而多為先加廢鋼後兌鐵水，可避免兌鐵噴濺。但補爐後的第一爐鋼應采用前法，如圖8所示。
簡述一爐鋼的冶煉過程。
三、供氧製度
供氧製度的主要內容包括確定合理的噴頭結構、供氧強度、氧壓和槍位控製。供氧是保證雜質去除速度、熔池升溫速度、造渣製度、控製噴濺去除鋼中氣體與夾雜物的關鍵操作，關係到終點的控製和爐襯的壽命，對一爐鋼冶煉的技術經濟指標產生重要影響。
1）氧槍
氧槍是轉爐供氧的主要設備，它是由噴頭、槍身和尾部結構組成。
噴頭是用導熱性良好的紫銅經鍛造和切割加工而成，也有用壓力澆鑄而成的。噴頭的形狀有拉瓦爾型、直筒型和螺旋型等。目前應用最多的是多孔的拉瓦爾型噴頭。拉瓦爾型噴頭是收縮―擴張收縮型噴孔，當出口氧壓與進口氧壓之比p出/p0<0.528時形成超音速射流，如圖9所示。
2）供氧製度
槍身：它由三層同心套管構成，中心管道氧氣，中間管是冷卻水的進水通道，外層管是出水通道。噴頭與中心套管焊接在一起。
槍尾部：槍尾部接供氧管，進水管和出水管。
o在頂吹氧氣轉爐吹煉過程中，特別是吹煉過程劇化的開始階段，有時爐渣會起泡並從爐口溢出，這就是吹煉過程中發生的典型的乳化和泡沫現象。
o由於氧射流對熔池的強烈衝擊和co氣泡的沸騰作用，使熔池上部金屬、熔渣和氣體三相劇烈混合，形成了轉爐內發達的乳化和泡沫狀態，如圖10所示。
圖10轉爐內的泡沫現象示意圖
1－氧槍；2－氣－鋼－渣乳化相；3－co氣泡；4－金屬熔池；5－火點；
6－金屬液滴；7－co氣流；8－飛濺出的金屬液滴；9－煙塵
乳化（emulsification）是指金屬液滴或氣泡彌散在爐渣中，若液滴或氣泡數量較少而且在爐渣中自由運動，這種現象稱為渣鋼乳化或渣氣乳化。
若爐渣中僅有氣泡，而且氣泡無法自由運動，這種現象稱爐渣泡沫化（gfoaming）。由於渣滴或氣泡也能進入到金屬熔體中，因此轉爐中還存在金屬熔體中的乳化體係。渣鋼乳化是衝擊坑上沿流動的鋼液被射流撕裂或金屬滴所造成的。通過對230tld轉爐乳液取樣分析，發現其中金屬液滴比例很大：吹氧6－7min時占45%－80%；10－12min時占40%－70%；15－17min時占30%－60%。可見，吹煉時金屬和爐渣密切相混。
研究表明，金屬液滴比金屬熔池的脫碳、脫磷、脫錳更有效。金屬液滴尺寸愈小，脫除量愈多。而金屬液滴的含硫量比金屬熔池的含硫量高，金屬液滴尺寸愈小，含硫量愈大。生產實踐表明，冶煉中期硬吹時，由於渣內富有大量co氣泡以及渣中氧化鐵被金屬液滴中的碳所還原，導致爐渣的液態部分消失而“返幹”。
軟吹時，由於渣中（feo）含量增加，並且氧化位（即fe3+/fe2+）升高，持續時間過長就會產生大量起泡沫的乳化液，乳化的金屬量非常大，生成大量氣體，容易發生大噴或溢渣。因此，必須正確調整槍位和供氧量，使乳化液中是金屬保持某一百分比。
◆供氧壓力：
保證射流出口速度達到超音速，並使噴頭出口處氧壓稍高於爐膛內爐氣壓力。對三孔噴頭，供氧壓力可由下式經驗計算：
◆氧氣流量：指在單位時間內向熔池供氧的數量，常用標準狀態下體積量度，其單位為m3/min或m3/h。
氧氣流量是根據吹煉每噸金屬料所需要的氧氣量、金屬裝入量、供氧時間等因素決定。即
◆供氧強度：指在單位時間內每噸鋼的氧耗量，它的單位是m3/。供氧強度的大小根據轉爐的公稱噸位、爐容比來確定。小型轉爐的供氧強度為2.5－4.5m3/，120t以上的轉爐一般為2.8－3.6m3/。
3）供氧操作
供氧操作是指調節氧壓或槍位，達到調節氧氣流量、噴頭出口氣流壓力及射流與熔池的相互作用程度，以控製化學反應進程的操作。
供氧操作分為恒壓變槍、恒槍變壓和分階段恒壓變槍幾種方法。國內多采用第三種操作法。
槍位及其控製：
所謂槍位，是指氧槍噴頭端麵距靜止液麵的距離，常用h表示，單位是m。目前，一爐鋼吹煉中的氧槍操作有兩種類型，一種是恒壓變槍操作，一種是恒槍變壓操作。比較而言，恒壓變槍操作更為方便、準確、安全，因而國內鋼廠普遍采用。
槍位的變化範圍和規律：
關於槍位的確定，目前的做法是經驗公式計算，實踐中修正。一爐鋼冶煉中槍位的變化範圍可據經驗公式確定：
h=（37～46）pxd出
式中：
p―供氧壓力，mpa；
d―噴頭的出口直徑，mm；
h―槍位，mm。
具體操作中，槍位控製通常遵循“高－低－高－低”的原則：
（1）前期高槍位化渣但應防噴濺。吹煉前期，鐵水中的矽迅速氧化，渣中的（sio2）較高而熔池的溫度尚低，為了加速頭批渣料的熔化（盡早去p並減輕爐襯侵蝕），除加適量螢石或氧化鐵皮助熔外應采用較高的槍位，保證渣中的（feo）達到並維持在25～30%的水平；否則，石灰表麵生成c2s外殼，阻礙石灰溶解。當然，槍位亦不可過高，以防發生噴濺，合適的槍位是使液麵到達爐口而又不溢出。
（2）中期低槍位脫碳但應防返幹。吹煉中期，主要是脫碳，槍位應低些。但此時不僅吹入的氧幾乎全部用於碳的氧化，而且渣中的（feo）也被大量消耗，易出現“返幹”現象而影響s、p的去除，故不應太低，使渣中的（feo）保持在10～15%以上。
（3）後期提槍調渣控終點。吹煉後期，c－o反應已弱，產生噴濺的可能性不大，此時的基本任務是調好爐渣的氧化性和流動性繼續去除硫磷，並準確控製終點碳（較低），因此槍位應適當高些。
（4）終點前點吹破壞泡沫渣。接近終點時，降槍點吹一下，均勻鋼液的成分和溫度，同時降低爐渣的氧化鐵含量並破壞泡沫渣，以提高金屬和合金的收得率。
槍位的調節。生產條件千變萬化，因此具體操作中還應根據實際情況對槍位進行適當的調節：
（1）鐵水溫度：若遇鐵水溫度偏低，應先壓槍提溫，而後再提槍化渣，以防渣中的（feo）積聚引發大噴，即采用低－高－低槍位操作。
（2）鐵水成分：鐵水矽、磷高時，若采用雙渣操作，可先低槍位脫矽、磷，倒掉酸性渣；若單渣操作，由於石灰加入量大，應較高槍位化渣。鐵水含錳高時，有利於化渣，槍位則可適當低些。
（3）裝入量變化：爐內超裝時，熔池液麵高，槍位應相應提高，否則，不僅化渣困難而且易燒壞氧槍。
（4）爐內留渣：采用雙渣留渣法時，由於渣中（feo）高，有利於石灰熔化，因此吹煉前期的槍位適當低些，以防渣中（feo）過高引發泡沫噴濺。
（5）供氧壓力：高氧壓與低槍位的作用相同，故氧壓高時，槍位應高些。
恒壓變槍操作的幾種模式，如圖11所示
a高―低―高的六段式操作：
開吹槍位較高，及早形成初期渣；二批料加入後適時降槍，吹煉中期爐渣返幹時又提槍化渣；吹煉後期先提槍化渣後降槍；終點拉碳出鋼。
b高―低―高的五段式操作：
五段式操作的前期與六段式操作基本一致，熔渣返幹時可加入適量助熔劑調整熔渣流動性，以縮短吹煉時間。
c高一低一高一低的四段式操作：
在鐵水溫度較高或渣料集中在吹煉前期加入時可采用這種槍位操作。開吹時采用高槍位化渣，使渣中含（feo）量達25～30％，促進石灰熔化，盡快形成具有一定堿度的爐渣，增大前期脫磷和脫硫效率，同時也避免酸性渣對爐襯的侵蝕。在爐渣化好後降槍脫碳，為避免在碳氧化劇烈反應期出現返幹現象，適時提高槍位，使渣中（feo）保持在10～15％，以利磷、硫繼續去除。在接近終點時再降槍加強熔池攪拌，繼續脫碳和均勻熔池成分和溫度，降低終渣（feo）含量。
四、造渣製度
造渣是轉爐煉鋼的一項重要操作。所謂造渣，是指通過控製入爐渣料的種類和數量，使爐渣具有某些性質，以滿足熔池內有關煉鋼反應需要的工藝操作。造渣製度是確定合適的造渣方法、渣料的種類、渣料的加入數量和時間以及加速成渣的措施。由於轉爐冶煉時間短，必須快速成渣，才能滿足冶煉進程和強化冶煉的要求，同時造渣對避免噴濺、減少金屬損失和提高爐襯壽命都有直接影響。
一、成渣過程及造渣途徑
轉爐冶煉各期，都要求爐渣具有一定的堿度，合適的氧化性和流動性，適度的泡沫化。
o吹煉初期，要保持爐渣具有較高的氧化性,∑穩定在25%－30%，以促進石灰熔化，迅速提高爐渣堿度，盡量提高前期去磷去硫率和避免酸性渣侵蝕爐襯；
o吹煉中期，爐渣的氧化性不得過低保持在10%－16%），以避免爐渣返幹；
o吹煉末期，要保證去除p、s所需的爐渣高堿度，同時控製好終渣氧化性，如冶煉[c]≥0.10%的鎮靜鋼，終渣應控製不大於15%－20%；冶煉沸騰鋼，終渣應不小於12%，需避免終渣氧化性過弱或過強。
爐渣粘度和泡沫化程度也應滿足冶煉進程需要。前期要防止爐渣過稀，中期渣粘度要適宜，末期渣要化透作黏。泡沫性爐渣應盡早形成，並將其泡沫化程度控製在合適範圍，以達到噴濺少、拉碳準、溫度合適、達到磷硫去除的最佳吹煉效果。
轉爐成渣過程，如圖12所示：
o吹煉初期，爐渣主要來自鐵水中si、mn、fe的氧化產物。加入爐內的石灰塊由於溫度低,表麵形成冷凝外殼，造成熔化滯止期，對於塊度為40mm左右的石灰，渣殼熔化需數十秒。由於發生si、mn、fe的氧化反應，爐內溫度升高，促進了石灰熔化，這樣爐渣的堿度逐漸得到提高。
o吹煉中期，隨著爐溫的升高和石灰的進一步熔化，同時脫碳反應速度加快導致渣中逐漸降低，使石灰融化速度有所減緩，但爐渣泡沫化程度則迅速提高。由於脫碳反應消耗了渣中大量的，再加上沒有達到渣係液相線正常的過熱度，使化渣條件惡化，引起爐渣異相化，並出現返幹現象。
o吹煉末期，脫碳速度下降，渣中再次升高，石灰繼續熔化並加快了熔化速度。同時，熔池中乳化和泡沫現象趨於減弱和消失。
o初期渣，主要礦物為鈣鎂橄欖石和玻璃體。鈣鎂橄欖石是錳橄欖石、鐵橄欖石和矽酸二鈣的混合晶體。當高時，它是以2feo.sio2和2mno.sio2為主，通常玻璃體不超過7%－8%，渣中自由氧化物相很少。
o中期渣：石灰與鈣鎂橄欖石和玻璃體作用，生成cao?sio2，3cao?2sio2，2cao?sio2和3cao?sio2等產物，其中最可能和最穩定的是2cao?sio2，其熔點為2103c。
o末期渣：ro相急劇增加，生成的3cao?sio2分解為2cao?sio2和cao，並有2cao?fe2o3生成。
石灰渣化機理和影響因素:
煉鋼過程中成渣速度主要指的是石灰熔化速度，所謂的快速成渣主要指的是石灰快速熔解於渣中。
o吹煉初期，各元素的氧化產物feo、sio2、mno、fe2o3等形成了熔渣。加入的石灰塊就浸泡在初期渣中，初期渣中的氧化物從石灰表麵向其內部滲透，並與cao發生化學反應，生成一些低熔點的礦物，引起石灰表麵的渣化。這些反應不僅在石灰塊的外表麵進行，而且也在石灰氣孔的內表麵進行。
o但是在吹煉初期，sio2易與cao反應生成鈣的矽酸鹽，沉集在石灰塊表麵上，如果生成物是致密的，高熔點的2cao?sio2（熔點2130c）和3cao?sio2，熔渣的礦物組成發生了改變，由，熔點升高，石灰的渣化有所減緩。吹煉末期，渣中有所增加，石灰的渣化加快，渣量又有增加。
影響石灰溶解速度的因素主要有：
石灰本身質量
鐵水成分
爐渣成分
供氧操作
白雲石造渣。采用白雲石或輕燒白雲石代替部分石灰石造渣，提高渣中mgo含量，減少爐渣對爐襯的侵蝕，具有明顯效果。
omgo在低堿度渣中有較高的熔解度，采用白雲石造渣，初期渣中mgo濃度提高，會抑製熔解爐襯中的mgo，減輕初期爐渣對爐襯的侵蝕。同時，前期過飽和的mgo會隨著爐渣堿度的提高而逐漸析出，使後期渣變粘，可以使終渣掛在爐襯表麵上，形成爐渣保護層，有利於提高爐齡。
造渣製度
o在保證渣中有足夠的∑、渣中（mgo），不超過6%的條件下，增加初期渣中mgo含量，有利於早化渣並推遲石灰石表麵形成高熔點致密的2cao?sio2殼層。
螢石的化渣作用
螢石的主要成分為caf2，並含有sio2、fe2o3、al2o3、caco3和少量磷、硫等雜質。它的熔點約1203k。螢石加入爐內後，在高溫下即爆裂或碎塊並迅速熔化。它的作用體現在：
ocaf2與cao作用形成熔點為1635k的共晶體，直接促進石灰的熔化；
o螢石能顯著降低2cao?sio2的熔點,使爐渣在高堿度下有較低的熔化溫度；
ocaf2可降低爐渣粘度。
二、造渣方法
根據鐵水成分和所煉鋼種來確定造渣方法。常用的造渣方法有單渣法、雙渣法和雙渣留渣法。
o單渣法：整個吹煉過程中隻造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到吹煉終點出鋼。入爐鐵水si、p、s含量較低，或者鋼種對p、s要求不太嚴格，以及冶煉低碳鋼，均可以采用單渣操作。采用單渣操作，工藝比較簡單，吹煉時間短，勞動條件好，易於實現自動控製。單渣操作一般脫磷效率在90%左右，脫硫效率約為30%－40%。
o雙渣法：整個吹煉過程中需要倒出或扒出約1/2－2/3爐渣，然後加入渣料重新造渣。根據鐵水成分和所煉鋼種的要求，也可以多次倒渣造新渣。在鐵水含磷高且吹煉高碳鋼，鐵水矽含量高，為防止噴濺，或者在吹煉低錳鋼種時，為防止回錳等均可采用雙渣操作。雙渣操作脫磷效率可達95%以上，脫硫效率約60%左右。雙渣操作會延長吹煉時間，增加熱量損失，降低金屬收得率，也不利於過程自動控製。其操作的關鍵是決定合適的放渣時間。
o雙渣留渣法：將雙渣法操作的高堿度、高氧化鐵、高溫、流動性好的終渣留一部分在爐內，然後在吹煉第一期結束時倒出，重新造渣。此法的優點是可加速下爐吹煉前期初期渣的形成，提高前期的去磷、去硫率和爐子熱效率，有利於保護爐襯，節省石灰用量。采用留渣操作時，在兌鐵水前首先要加廢鋼稠化冷凝熔渣，當爐內無液體渣時才可兌入鐵水，以避免引發噴濺。
泡沫渣：
o由於爐內的乳化現象，大大發展了氣―熔渣―金屬液的界麵，加快了爐內化學反應速度，從而達到良好的吹煉效果。當然若控製不當，嚴重的泡沫渣也會引發事故。
o大量的研究表明，氣泡少而小，爐渣表麵張力低，爐渣粘度大，溫度低，泡沫容易形成並穩定地存在於渣中，生成泡沫渣。
o吹煉前期，脫碳速度小，泡沫小而無力，易停留在渣中，爐渣堿度低，∑較高，有利於渣中鐵滴生成co氣泡，並含有一定量的sio2、p2o5等表麵活性物質，因此易起泡沫。
o吹煉中期，脫碳速度大，大量的co氣泡能衝破渣層而排出，爐渣堿度高，∑較低，sio2、p2o5表麵活性物質的活度降低，因此引起泡沫渣的條件不如吹煉初期，但如能控製得當，避免或減輕熔渣返幹現象，就能得到合適的泡沫渣。
o吹煉後期，脫碳速度降低，產生的co減少，堿度進一步提高，∑較高，但[c]較低，產生的co少，表麵活性物質的活度比中期進一步降低，因此，泡沫穩定的因素大大減弱，泡沫渣趨向消除。
o在吹煉過程中，由於氧射流與熔池的相互作用，形成了氣―熔渣―金屬液密切混合的三相乳化液。分散在爐渣中的小氣泡的總體積往往超過熔渣本身體積的數倍甚至數十倍。熔渣成為液膜，將氣泡包住，引起熔渣發泡膨脹，形成泡沫渣。正常泡沫渣的厚度經常在1－2m，甚至3m。
影響熔渣泡沫化的因素：
（1）進入熔渣的氣體量。這是熔渣泡沫化的外部條件，單位時間內進入爐渣的氣體越多，爐渣的泡沫化程度越高，例如吹煉中期脫碳速度快，產生氣體量大，容易出現爐渣嚴重泡沫化現象。
（2）熔渣本身的發泡性即氣體在渣中的存留時間。這是熔渣泡沫化的內部條件，它取決於熔渣的粘度和表麵張力。爐渣的表麵張力愈小，其表麵積就愈易增大即小氣泡愈易進入而使之發泡；增大爐渣的粘度，將增加氣泡合並長大及從渣中逸出的阻力，渣中氣泡的穩定性增加。
泡沫渣的控製：
轉爐吹煉的初期和末期，因脫碳速度小而爐渣的泡末化程度較低，因而控製的重點是防止吹煉中期出現嚴重的泡沫化現象。通常是因槍位過高，爐內的碳氧反應被抑製，渣中聚集的越來越多（內部條件具備），溫度一旦上來便會發生激烈的碳氧反應，過量的co氣體充入爐渣（外部條件具備），使渣麵上漲並從爐口溢出或噴出，形成所謂的噴濺。為此，生產中應是在滿足化渣的條件下盡量低些，切忌化渣槍位過高和較高槍位下長時間化渣，以免渣中過高。
出鋼前壓槍降低渣中的，破壞泡沫渣，以減少金屬損失。
渣料的用量：
加入爐內的渣料主要是石灰和白雲石，還有少量的螢石或氧化鐵皮等熔劑。
石灰用量的確定：
1）首先根據鐵水的矽、磷含量和爐渣堿度計算：
（1）鐵水含磷＜0.3%時，爐渣的堿度b=（%cao）/（%sio2）=2.8～3.2，所以每噸鐵水的石灰加入量按下式計算：
石灰用量（kg/t）=
式中[%si]――爐料中矽的質量分數；
60/28――表示1kgsi氧化後可生成60/28（=2.14）kg的sio2。
例1某廠的鐵水含磷0.25%、矽0.5%，冶煉所用石灰含cao：86%，sio2：2.5%，若爐渣堿度按3.0控製，求每噸鐵水的石灰用量。
解：石灰用量（kg/t）=
（2）鐵水含磷＞0.3%時，b=（%cao）/（%sio2）+（%p2o5）=3.2～3.5，所以每噸鐵水的石灰加入量按下式計算：
石灰用量（kg/t）=
式中的142/62表示每氧化1kg的磷可生成142/62（=2.3）kg的p2o5。
2）其次根據冷卻劑用量計算應補加的石灰量
礦石含有一定數量的sio2，每kg礦石需補加石灰的數量按下式計算：
補加石灰量（kg/kg）=
白雲石用量的確定:
白雲石的加入量應根據爐渣要求的飽和mgo含量來確定。通常渣中mgo含量控製在8%～10%，除了加入的白雲石含有外，石灰和爐襯也會帶入一部分。
理論用量w=
實際用量w/=w－w灰－w襯
熔劑的用量：
螢石用量：盡量少用或不用，部標要求≤4kg/t。
礦石用量：鐵礦石及氧化鐵皮也具有較強的化渣能力，但同時對熔池產生較大的冷卻效應，其用量應視爐內溫度的高低，一般為裝入量的2～5%。
渣料的加入方法：
關於渣料的加入，關鍵是要注意渣料的分批和把握加入的時間。
1）渣料分批
目的：渣料應分批加入以加速石灰的熔化（否則，會造成熔池溫度下降過多，導致渣料結團且石灰塊表麵形成一層金屬凝殼而推遲成渣）。
批次：單渣操作時，渣料通常分成兩批：1/2～2/3及白雲石全部（冶煉初期爐襯侵蝕最嚴重）；1/2～1/3。
2）加料時間
（1）第一批渣料在開吹的同時加入。
（2）第二批渣料，一般是在矽及錳的氧化基本結束、頭批渣料已經化好、碳焰初起的時候（30噸的轉爐開吹6min左右）加入（如果加入過早，爐內溫度還低且頭批渣料尚未化好又加冷料，勢必造成渣料結團難化；反之，如果加入過晚，正值碳的激烈氧化時期，渣中的（∑feo）較低渣料亦難化。問題的關鍵是正確判斷爐況，頭批渣料化好的標誌是：火焰軟且穩定，爐內發出柔和的嗡嗡聲，噴出物為片狀，落在爐殼上不粘貼；未化好的情況是：爐口的火焰發散且不穩定，爐內發出尖銳的吱吱聲，噴出物是金屬火花和石灰粒）。
有的廠二批料分小批多次加入以利熔化，但最後一小批料必須在終點前3～4分鍾加入。
加速渣料的熔化。加速石灰溶解的措施：
1）適宜的爐渣成分
渣中的（feo）是石灰溶解的基本熔劑，原因在於：
（1）（feo）可與cao及2cao?sio2作用生成低熔點的鹽，能有效地降低爐渣的粘度，改善石灰溶解的外部傳質條件；
（2）（feo）是堿性氧化渣的表麵活性物質，可以改善爐渣對石灰的潤濕性，有利於熔渣向石灰表麵的孔中滲透，增大二者之間的接觸麵積；
（3）fe2+及o2－的半徑是同類中最小的，擴散能力最強；
（4）有足夠的（feo）存在時，可以避免石灰表麵生成c2s而有利於石灰的溶解。
因此，吹煉操作中應合理地控製槍位，始終保持較高的（feo）含量。對石灰溶解的影響與（feo）類似，生產中可在渣料中配加適量錳礦。
2）較高的溫度
熔池溫度高時，石灰入爐初形成的固態渣殼較薄；而且熔渣的粘度低溶解石灰的能力強。為此，入爐鐵水的溫度要盡量高，若鐵水溫度偏低應先低槍位提溫。
3）強化熔池的攪拌
加強對熔池的攪拌，可以改善石灰溶解的外部傳質過程，從而可加速石灰的溶解。複吹轉爐的石灰溶解速度要比頂吹轉爐的快，原因就在於複吹冶煉有底吹氣體攪拌。
4）改善石灰質量
（1）提高石灰的活性度：增加石灰的氣孔率，增大比表麵積，有利於爐渣的滲透，可加快石灰溶解速度，同時，即使石灰表麵生成2cao?sio2外殼也不致密，易碎。
（2）減小石灰的塊度並進行預熱：石灰入爐初形成的固態渣殼薄甚至消失。
五、石灰溶解機理
六、造渣方法
七、溫度製度
o在吹煉一爐鋼的過程中，需要正確控製溫度。溫度製度主要是指煉鋼過程溫度控製和終點溫度控製。
o轉爐吹煉過程的溫度控製相對比較複雜，如何通過加冷卻劑和調和劑槍位，使鋼水的升溫和成分變化協調起來，同時達到吹煉終點的要求，是溫度控製的關鍵。
o熱量來源：鐵水的物理熱和化學熱，它們約各點熱量來源的一半。
o熱量消耗：習慣上轉爐的熱量消耗可分為兩部分，一部分直接用於煉鋼的熱量，即用於加熱鋼水和爐渣的熱量；一部分未直接用於煉鋼的熱量，即廢氣、煙塵帶走的熱量，爐口爐殼的散熱損失和冷卻劑的吸熱等。
熱量的消耗：
o鋼水的物理熱約占70%；
o爐渣帶走的熱量大約占10%；
o爐氣物理熱也約占10%；
o金屬鐵珠及噴濺帶走熱，爐襯及冷缺水帶走熱，煙塵物理熱，生白雲石及礦石分解及其他熱損失共占約10%。
o轉爐熱效率：是指加熱鋼水的物理熱和爐渣的物理熱占總熱量的百分比。ld轉爐熱效率比較高，一般在75%以上。原因是ld轉了上的熱量利用集中，吹煉時間短，冷卻水、爐氣熱損失低。
o出鋼溫度首先取決於煉鋼中的凝固溫度，凝固溫度則根據鋼種的化學成分而定，鋼液的凝固溫度計算有多種經驗公式：
o出鋼溫度需考慮從出鋼到澆注各階段的溫降。
Δt為鋼液的過熱度，它與鋼種、坯型有關，板坯取15－20c，低合金方坯取20－25c；
Δt1為出鋼過程溫降；
Δt2為出鋼完畢至精煉之前的溫降；
Δt3為鋼水精煉過程溫降；
Δt4為鋼水精煉完畢至開澆之前的溫降；
Δt5為鋼水從鋼包至中間包溫降。
o轉爐獲得的熱量除用於各項必要的支出外，通常上有大量富餘熱量，需加入一定數量的冷卻劑。冷卻劑的冶金特點包括他自身的冷卻效應以及對化渣、噴濺、氧耗、鋼鐵料消耗和冷卻劑加入方法的影響。要準確控製熔池溫度，用廢鋼作冷卻劑的效果最好，但為了促進化渣，也可以搭配一部分鐵礦石或氧化鐵皮。
o在吹煉前期結束時，溫度應為1450－1550c，大爐子、低碳鋼取下限，小爐子、高碳鋼取上限；中期的溫度為1550－1600c，中、高碳鋼取上限，因後期挽回溫度時間少；後期的溫度為1600－1680c，取決於所煉鋼種。
o當吹煉後期出現溫度過低時，可加適量的fe－si或fe－al提溫。加fe－si提溫，需配加一定量的石灰，防止鋼水回磷。當吹煉後期出現溫度過高時，可加適量的鐵皮或礦石降溫。如鐵水溫度低，碳量也低，可兌適量鐵水再吹煉，在兌鐵水前倒渣，並加fe－si防止產生噴濺。
o終點控製是轉爐吹煉末期的重要操作。終點控製主要是指終點溫度和成分的控製。由於脫磷、脫硫比脫碳操作複雜，總是盡可能提前讓磷、硫達到終點所需的範圍，因此，終點的控製實質就是脫碳和溫度的控製，把停止吹氧又俗稱為“拉碳”。
確定冷卻劑用量
1）冷卻劑及其特點
轉爐煉鋼的冷卻劑主要是廢鋼和礦石。比較而言，廢鋼的冷卻效應穩定，而且矽磷含量也低，渣料消耗少，可降低生產成本；但是，礦石可在不停吹的條件下加入，而且具有化渣和氧化的能力。因此，目前一般是礦石、廢鋼配合冷卻，而且是以廢鋼為主，且裝料時加入；礦石在冶煉中視爐溫的高低隨石灰適量加入。
另外，冶煉終點鋼液溫度偏高時，通常加適量石灰或白雲石降溫（前兩種均不能用）。
2）各冷卻劑的冷卻效應
冷卻效應是指每kg冷卻劑加入轉爐後所消耗的熱量，常用q表示，單位是kj/kg。
（1）礦石的冷卻效應：礦石冷卻主要靠fe2o3的分解吸熱，因此其冷卻效應隨鐵礦的成分不同而變化，含fe2o370%、feo10%時鐵礦石的冷卻效應為：
q礦=1xc礦x△t+λ礦+1x（fe2o3%x112/160x6456+feo%x56/72x4247）
=1x1.02x（1650－25）+209+1x（0.7x112/160x6456+0.1x56/72x4247）
=5360kj/kg
（2）廢鋼的冷卻效應：廢鋼主要依靠升溫吸熱來冷卻熔池，由於不知準確成分，其熔點通常按低碳鋼的1500c考慮，入爐溫度按25c計算，於是廢鋼的冷卻效應為：
q廢=1x[c固（t熔－25）+λ廢+c液（t出－t熔）]
=1x[0.7x（1500－25）+272+0.837（1650－1500）]
=1430kj/kg
（3）氧化鐵皮的冷卻效應：計算方法同礦石，對於50%feo、40%fe2o3的氧化鐵皮，其冷卻熱效應為：
q皮=5311kj/kg
以廢鋼的冷卻效應為標準1，則各種冷卻劑的相對冷卻能力見課本.
3）冷卻劑用量的確定：
關於冷卻劑加入量的確定，有兩種方案。一種是定廢鋼，調礦石；另一種是定礦石，調廢鋼。現以第一種方案為例說明冷卻劑用量的確定：國內目前的平均水平是，廢鋼的加入量為鐵水量的8～12%，取10%。則礦石用量為：
（q餘－10xq廢）/q礦=（30000－10x1430）/5360=2.93kg
即每100kg鐵水加入10kg廢鋼和2.93礦石。
4）冷卻劑用量的調整
通常各廠先依據自己的一般生產條件，按照上述過程計算出冷卻劑的標準用量，生產中某爐鋼冷卻劑的具體用量則根據實際情況調整鐵礦的用量，調整量過大時可增減廢鋼的用量。
實際生產過程溫度的控製：按照上述的計算結果加入冷卻劑，即可保證終點溫度。但是，吹煉過程中還應根據爐內各個時期冶金反應的需要及爐溫的實際情況調整熔池溫度，保證冶煉的順利進行。
（1）吹煉初期
如果碳火焰上來的早（之前是矽、錳氧化的火焰，發紅），表明爐內溫度已較高，頭批渣料也已化好，可適當提前加入二批渣料；反之，若碳火焰遲遲上不來，說明開吹以來溫度一直偏低，則應適當壓槍，加強各元素的氧化，提高熔池溫度，而後再加二批渣料。
（2）吹煉中期
可據爐口火焰的亮度及冷卻水（氧槍進出水）的溫差來判斷爐內溫度的高低，若熔池溫度偏高，可加少量礦石；反之，壓槍提溫，一般可挽回10～20c。
（3）吹煉末期
接近終點（據耗氧量及吹氧時間判斷）時，停吹測溫，並進行相應調整：若溫高，加石灰降之：高出度數x136/石灰的冷卻效應。若溫低，加fe－si並點吹提之：1kgsi75氧化放熱1x0.75x17807=13352kj，例如，30噸鋼液提溫10c需加si75：300x10x136/13352≈30kg。
一、吹煉過程元素氧化規律
（一）爐鋼吹煉過程和元素的氧化規律
1）冶煉過程概述
從裝料到出鋼，倒渣，轉爐一爐鋼的冶煉過程包括裝料、吹煉、脫氧出鋼、濺渣護爐和倒渣幾個階段，如圖5所示。一爐鋼的吹氧時間通常為12－18min，冶煉周期為30min左右。
上爐鋼出完鋼後，倒淨爐渣，堵出鋼口，兌鐵水和加廢鋼，降槍供氧，開始吹煉。在送氧開吹的同時，加入第一批渣料，加入量相當於全爐總渣量的三分之二，開吹4－6分鍾後，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果爐內化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。吹煉過程中的供氧強度：
小型轉爐為2.5－4.5m3/；120t以上的轉爐一般為2.8－3.6m3/。
◆開吹時氧槍槍位采用高槍位，目前是為了早化渣，多去磷，保護爐襯；
◆在吹煉過程中適當降低槍位的保證爐渣不“返幹”，不噴濺，快速脫碳與脫硫，熔池均勻升溫為原則；
◆在吹煉末期要降槍，主要目的是熔池鋼水成分和溫度均勻，加強熔池攪拌，穩定火焰，便於判斷終點，同時使降低渣中fe含量，減少鐵損，達到濺渣的要求。
◆當吹煉到所煉鋼種要求的終點碳範圍時，即停吹，倒爐取樣，測定鋼水溫度，取樣快速分析[c]、[s]、[p]的含量，當溫度和成分符合要求時，就出鋼。
◆當鋼水流出總量的四分之一時，向鋼包中的脫氧合金化劑，進行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。
（1）矽的氧化規律
在吹煉初期，鐵水中的[si]和氧的親和力大，而且[si]氧化反應為放熱反應，低溫下有利於此反應的進行，因此，[si]在吹煉初期就大量氧化。
[si]+o2=
[si]+2[o]=
[si]+=+2[fe]
2+=
隨著吹煉的進行石灰逐漸溶解，2feo?sio2轉變為2cao?sio2，即sio2與cao牢固的結合為穩定的化合物，sio2活度很低，在堿性渣中feo的活度較高，這樣不僅使[si]被氧化到很低程度，而且在碳劇烈氧化時，也不會被還原，即使溫度超過1530c，[c]與[o]的親和力也超過[si]與[o]的親和力，終因（cao）與（sio2）結合為穩定的2cao?sio2，[c]也不能還原（sio2）。
矽的氧化對熔池溫度，熔渣堿度和其他元素的氧化產生影響：
?[si]氧化可使熔池溫度升高；
?[si]氧化後生成（sio2），降低熔渣堿度，熔渣堿度影響脫磷，脫硫；
?熔池中[c]的氧化反應隻有到[%si]<0.15時，才能激烈進行。
影響矽氧化規律的主要因素：[si]與[o]的親和力，熔池溫度，熔渣堿度和feo活度。
（2）錳的氧化規律
在吹煉初期，[mn]也迅速氧化，但不如[si]氧化的快。其反應式可表示為：
[mn]+[o]=（熔池內反應）
[mn]+[o2]=（氧氣直接氧化反應）
[mn]+=+[fe]
+=mno?sio2
餘錳或殘錳：
錳的氧化產物是堿性氧化物，在吹煉前期形成。但隨著吹煉的進行和渣中cao含量的增加，會發生
（mno?sio2)+2（cao）=（2cao?sio2）+（mno）
（mno）呈自由狀態，吹煉後期爐溫升高後，（mno）被還原，即
（mno）+[c]=[mn]+[co]或（mno）+[fe]=（feo）+[mn]
吹煉終了時，鋼中的錳含量也稱餘錳或殘錳。殘錳高，可以降低鋼中硫的危害，但冶煉工業純鐵，則要求殘錳越低越好。
影響殘錳的因素：
◆爐溫高有利於（mno）的還原，殘錳量高；
◆堿度升高，可提高自由濃度，殘錳量增加；
◆降低熔渣中（feo）含量，可提高殘錳含量;
◆鐵水中錳含量高，單渣操作，鋼水殘錳也會高些。
（3）碳的氧化規律
影響碳氧化速度的變化規律的主要因素有：熔池溫度、熔池金屬成分、熔渣中和爐內攪拌強度。在吹煉的前、中、後期，這些因素是在不斷發生變化，從而體現出吹煉各期不同的碳氧化速度，如圖6所示。
吹煉前期：熔池平均溫度低於1400－1500c，[si]、[mn]含量高且與[o]親和力均大於[c]－[o]的親和力，較高，但化渣、脫碳消耗的較少，熔池攪拌、碳的氧化速度不如中期高。
吹煉中期：熔池溫度高於1500c，[si]、[mn]含量降低，[p]－[o]親和力小於[c]－[o]親和力，碳氧化消耗較多的（feo），熔渣中有所降低，熔池攪拌強烈，反應區乳化較好，結果此期的碳氧化速度高。
吹煉後期，熔池溫度很高，超過1600c，[c]含量較低，增加，熔池攪拌不如中期，碳氧化速度比中期低。
（4）磷的變化規律
磷的變化規律主要表現為吹煉過程中的脫磷速度。脫磷速度的變化規律，主要受熔池溫度，熔池中金屬[p]含量，熔渣中，熔渣堿度，熔池的攪拌強度或脫碳速率的影響。
表1頂吹轉爐吹煉各期的特點
因素時期
熔池溫度
爐渣堿度
降碳速度
前期
較低
較高
低
低於中期
中期
較高
較低
較高
高於初期
後期
高
高
高
低於中期
前期不利於脫磷的因素是爐渣堿度比較低，因此，為及早形成堿度較高的爐渣，是前期脫磷的關鍵。
中期不利於脫磷的因素是（∑feo）較低，因此，如何控製渣中達10%－20%，避免爐渣“返幹”是中期脫磷的關鍵。
後期不利於脫磷的熱力學因素是熔池溫度高。
（5）硫的變化規律
硫的變化規律也主要表現在吹煉過程中的脫硫速度，脫硫速度變化規律的主要影響因素與脫磷的類似。不同時期，其表現是不相同。
吹煉前期，由於溫度和堿度較低，（feo）較高，渣的流動性差，因此脫硫能力較低，脫硫速度很慢；
吹煉中期，熔池溫度逐漸升高，（feo）比前期有所降低，堿度因大量石灰熔化而增大，熔池乳化比較好，是脫硫的最好時期；
吹煉後期，熔池溫度已升至出鋼溫度，（feo）回升，比中期高，堿度高熔池攪拌不如中期，因此，脫硫速度低於或稍低於中期。
2)爐渣成分和溫度的變化規律
轉爐吹煉過程中熔池內的爐渣成分和溫度影響著元素的氧化和脫除規律，而元素的氧化和脫除又影響著爐渣成分和熔池溫度的變化。
（1）爐渣中的變化規律
爐渣中（feo）的變化取決於它的來源和消耗兩方麵。（feo）的來源主要與槍位、加礦量有關，（feo）的消耗主要與脫碳速度有關。
◆槍位：槍位低時，高壓氧氣流股衝擊熔池，熔池攪拌劇烈，渣中金屬液滴增多，形成渣、金乳濁液，脫碳速度加快，消耗渣中（feo）降低。槍位高時，脫碳速度低，渣中（feo）增高。
◆礦石：渣料中加礦石多，則渣中（feo）增高。
◆脫碳速度：脫碳速度高，渣中（feo）低；脫碳速度低，渣中（feo）高。
氧氣頂吹轉爐通過改變槍位可達到化渣、降碳的不同目的，這是它與其他煉鋼方法相比，具有操作靈活的特點。
（2）爐渣堿度的變化規律
爐渣堿度的變化規律取決於石灰的熔解、渣中和熔池溫度。
吹煉初期，熔池溫度不高，渣料中石灰還未大量熔化。吹煉一開始，[si]迅速氧化，渣中很快提高，有時可達到30%。因此，初期爐渣堿度不高，一般為1.8－2.3，平均為2.0左右。
吹煉中期，熔池的溫度比初期提高，促進大量石灰熔化，熔池中[si]已氧化完了，sio2來源中斷。中期脫磷速度，熔池攪拌均比前期強，這些因素均有利於形成高堿度爐渣。
吹煉後期,熔池的溫度比中期進一步提高,接近出鋼溫度,有利於石灰渣料熔化,在中期爐渣堿度較高的基礎上,吹煉後期,仍能得到高堿度,流動性良好發爐渣。
（3）熔池溫度的變化規律
熔池溫度的變化與熔池的熱量來源和熱量消耗有關。
吹煉初期，兌入爐內的鐵水溫度一般為1300c左右，鐵水溫度越高，帶入爐內的熱量就越高，[si]、[mn]、[c]、[p]等元素氧化放熱，但加入廢鋼可使兌入的鐵水溫度降低，加入的渣料在吹煉初期大量吸熱。綜合作用的結果，吹煉前期終了，熔池溫度可升高至1500c左右。
吹煉中期，熔池中[c]繼續大量氧化放熱，[p]也繼續氧化放熱，均使熔池溫度提高，可達1500－1550c以上。
吹煉後期，熔池溫度接近出鋼溫度，可達1650－1680c左右，具體因鋼種、爐子大小而異。在整個一爐鋼的吹煉過程中，熔池溫度約提高350c左右。
綜上所述，頂吹氧氣轉爐開吹以後，熔池溫度、爐渣成分、金屬成分相繼發生變化，它們各自的變化又彼此相互影響，形成高溫下多相、多組元同時進行的極其複雜的物理化學變化。
冶煉過程概述：從裝料到出鋼，倒渣，轉爐一爐鋼的冶煉過程包括裝料、吹煉、脫氧出鋼、濺渣護爐和倒渣幾個階段。
爐鋼的吹氧時間通常為12－18min，，如圖7所示，冶煉周期為30min左右。
轉爐一爐鋼的基本冶煉過程。頂吹轉爐冶煉一爐鋼的操作過程主要由以下六步組成：
（1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動設備等並進行必要的修補和修理；
（2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐體（至垂直位置）；
（3）降槍開吹，同時加入第一批渣料（起初爐內噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨後噴出暗紅的火焰；3～5min後矽錳氧接近結束，碳氧反應逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度隨之提高；同時渣料熔化，噪聲減弱）；
（4）3～5min後加入第二批渣料繼續吹煉（隨吹煉進行鋼中碳逐漸降低，約12min後火焰微弱，停吹）；
（5）倒爐，測溫、取樣，並確定補吹時間或出鋼；
（6）出鋼，同時（將計算好的合金加入鋼包中）進行脫氧合金化。
上爐鋼出完鋼後，倒淨爐渣，堵出鋼口，兌鐵水和加廢鋼，降槍供氧，開始吹煉。在送氧開吹的同時，加入第一批渣料，加入量相當於全爐總渣量的三分之二，開吹3－5分鍾後，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果爐內化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。
吹煉過程中的供氧強度：
小型轉爐為2.5－4.5m3/；120t以上的轉爐一般為2.8－3.6m3/。
◆開吹時氧槍槍位采用高槍位，目前是為了早化渣，多去磷，保護爐襯；
◆在吹煉過程中適當降低槍位的保證爐渣不“返幹”，不噴濺，快速脫碳與脫硫，熔池均勻升溫為原則；
◆在吹煉末期要降槍，主要目的是熔池鋼水成分和溫度均勻，加強熔池攪拌，穩定火焰，便於判斷終點，同時使降低渣中fe含量，減少鐵損，達到濺渣的要求。
◆當吹煉到所煉鋼種要求的終點碳範圍時，即停吹，倒爐取樣，測定鋼水溫度，取樣快速分析[c]、[s]、[p]的含量，當溫度和成分符合要求時，就出鋼。
◆當鋼水流出總量的四分之一時，向鋼包中的脫氧合金化劑，進行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。
o轉爐冶煉五大製度
裝料製度
供氧製度
造渣製度
溫度製度
終點控製及合金化製度
二、裝料製度
（一）裝料次序
◆對使用廢鋼的轉爐，一般先裝廢鋼後裝鐵水。先加潔淨的輕廢鋼，再加入中型和重型廢鋼，以保護爐襯不被大塊廢鋼撞傷，而且過重的廢鋼最好在兌鐵水後裝入。
◆為了防止爐襯過分急冷，裝完廢鋼後，應立即兌入鐵水。爐役末期,以及廢鋼裝入量比較多的轉爐也可以先兌鐵水,後加廢鋼。
（二）裝入量
裝入量指煉一爐鋼時鐵水和廢鋼的裝入數量，它是決定轉爐產量、爐齡及其他技術經濟指標的主要因素之一。裝入量中鐵水和廢鋼配比是根據熱平衡計算確定。通常，鐵水配比為70%－90%，其值取決於鐵水溫度和成分，爐容比、冶煉鋼種、原材料質量和操作水平等。
確定裝入量時，考慮的因素：
o爐容比：它是指轉爐內自由空間的容積與金屬裝入量之比，通常在0.7－1.0波動，我國轉爐爐容比一般0.75。
o熔池深度：合適的熔池深度應大於頂槍氧氣射流對熔池的最大穿透深度，以保證生產安全，爐底壽命和冶煉效果。
o爐子附屬設備：應與鋼包容量、澆注吊車起重能力、轉爐傾動力矩大小、連鑄機的操作等相適應。
控製裝入量的方法。目前國內采用三種即定量裝入量、定深裝入量和分階段定量裝入法。
◆定量裝入量指整個爐役期間，保證金屬料裝入量不變；
◆定深裝入量指整個爐役期間，隨著爐子容積的增大依次逐漸增大裝入量，保證每爐的金屬熔池深度不變；
◆分階段定量裝入法指將整個爐按爐膛的擴大程度劃分為若幹階段，每個階段實行定量裝入法。分階段定量裝入法兼有兩者的優點，是生產中最常見的裝入製度。
表2國內一些企業頂吹轉爐的爐容比
廠名
寶鋼
首鋼
鞍鋼
本鋼
攀鋼
首鋼
太鋼
噸位/t
300
210
180
120
120
80
50
爐熔比/m3?t－1
1.05
0.97
0.86
0.91
0.90
0.84
0.97
裝料操作：目前，國內的大中型轉爐均采用混鐵爐（轉爐容量的15～20倍）供應鐵水，即高爐來的鐵水儲存在混鐵爐中，用時倒入鐵水罐天車兌入（解決高爐出鐵與轉爐用鐵不一致的矛盾，同時保證鐵水的溫度穩定，成分波動小）；廢鋼則是事先按計算值裝入料鬥，用時天車加入。
為減輕廢鋼對爐襯的衝擊，裝料順序一般是先兌鐵水後加廢鋼，爐役後期尤其如此。兌鐵水時，應爐內無渣（否則加石灰）且先慢後快，以防引起劇烈的碳氧反應，將鐵水濺出爐外而釀成事故。目前國內各廠普遍采用濺渣護爐技術，因而多為先加廢鋼後兌鐵水，可避免兌鐵噴濺。但補爐後的第一爐鋼應采用前法，如圖8所示。
簡述一爐鋼的冶煉過程。
三、供氧製度
供氧製度的主要內容包括確定合理的噴頭結構、供氧強度、氧壓和槍位控製。供氧是保證雜質去除速度、熔池升溫速度、造渣製度、控製噴濺去除鋼中氣體與夾雜物的關鍵操作，關係到終點的控製和爐襯的壽命，對一爐鋼冶煉的技術經濟指標產生重要影響。
1）氧槍
氧槍是轉爐供氧的主要設備，它是由噴頭、槍身和尾部結構組成。
噴頭是用導熱性良好的紫銅經鍛造和切割加工而成，也有用壓力澆鑄而成的。噴頭的形狀有拉瓦爾型、直筒型和螺旋型等。目前應用最多的是多孔的拉瓦爾型噴頭。拉瓦爾型噴頭是收縮―擴張收縮型噴孔，當出口氧壓與進口氧壓之比p出/p0<0.528時形成超音速射流，如圖9所示。
2）供氧製度
槍身：它由三層同心套管構成，中心管道氧氣，中間管是冷卻水的進水通道，外層管是出水通道。噴頭與中心套管焊接在一起。
槍尾部：槍尾部接供氧管，進水管和出水管。
o在頂吹氧氣轉爐吹煉過程中，特別是吹煉過程劇化的開始階段，有時爐渣會起泡並從爐口溢出，這就是吹煉過程中發生的典型的乳化和泡沫現象。
o由於氧射流對熔池的強烈衝擊和co氣泡的沸騰作用，使熔池上部金屬、熔渣和氣體三相劇烈混合，形成了轉爐內發達的乳化和泡沫狀態，如圖10所示。
圖10轉爐內的泡沫現象示意圖
1－氧槍；2－氣－鋼－渣乳化相；3－co氣泡；4－金屬熔池；5－火點；
6－金屬液滴；7－co氣流；8－飛濺出的金屬液滴；9－煙塵
乳化（emulsification）是指金屬液滴或氣泡彌散在爐渣中，若液滴或氣泡數量較少而且在爐渣中自由運動，這種現象稱為渣鋼乳化或渣氣乳化。
若爐渣中僅有氣泡，而且氣泡無法自由運動，這種現象稱爐渣泡沫化（gfoaming）。由於渣滴或氣泡也能進入到金屬熔體中，因此轉爐中還存在金屬熔體中的乳化體係。渣鋼乳化是衝擊坑上沿流動的鋼液被射流撕裂或金屬滴所造成的。通過對230tld轉爐乳液取樣分析，發現其中金屬液滴比例很大：吹氧6－7min時占45%－80%；10－12min時占40%－70%；15－17min時占30%－60%。可見，吹煉時金屬和爐渣密切相混。
研究表明，金屬液滴比金屬熔池的脫碳、脫磷、脫錳更有效。金屬液滴尺寸愈小，脫除量愈多。而金屬液滴的含硫量比金屬熔池的含硫量高，金屬液滴尺寸愈小，含硫量愈大。生產實踐表明，冶煉中期硬吹時，由於渣內富有大量co氣泡以及渣中氧化鐵被金屬液滴中的碳所還原，導致爐渣的液態部分消失而“返幹”。
軟吹時，由於渣中（feo）含量增加，並且氧化位（即fe3+/fe2+）升高，持續時間過長就會產生大量起泡沫的乳化液，乳化的金屬量非常大，生成大量氣體，容易發生大噴或溢渣。因此，必須正確調整槍位和供氧量，使乳化液中是金屬保持某一百分比。
◆供氧壓力：
保證射流出口速度達到超音速，並使噴頭出口處氧壓稍高於爐膛內爐氣壓力。對三孔噴頭，供氧壓力可由下式經驗計算：
◆氧氣流量：指在單位時間內向熔池供氧的數量，常用標準狀態下體積量度，其單位為m3/min或m3/h。
氧氣流量是根據吹煉每噸金屬料所需要的氧氣量、金屬裝入量、供氧時間等因素決定。即
◆供氧強度：指在單位時間內每噸鋼的氧耗量，它的單位是m3/。供氧強度的大小根據轉爐的公稱噸位、爐容比來確定。小型轉爐的供氧強度為2.5－4.5m3/，120t以上的轉爐一般為2.8－3.6m3/。
3）供氧操作
供氧操作是指調節氧壓或槍位，達到調節氧氣流量、噴頭出口氣流壓力及射流與熔池的相互作用程度，以控製化學反應進程的操作。
供氧操作分為恒壓變槍、恒槍變壓和分階段恒壓變槍幾種方法。國內多采用第三種操作法。
槍位及其控製：
所謂槍位，是指氧槍噴頭端麵距靜止液麵的距離，常用h表示，單位是m。目前，一爐鋼吹煉中的氧槍操作有兩種類型，一種是恒壓變槍操作，一種是恒槍變壓操作。比較而言，恒壓變槍操作更為方便、準確、安全，因而國內鋼廠普遍采用。
槍位的變化範圍和規律：
關於槍位的確定，目前的做法是經驗公式計算，實踐中修正。一爐鋼冶煉中槍位的變化範圍可據經驗公式確定：
h=（37～46）pxd出
式中：
p―供氧壓力，mpa；
d―噴頭的出口直徑，mm；
h―槍位，mm。
具體操作中，槍位控製通常遵循“高－低－高－低”的原則：
（1）前期高槍位化渣但應防噴濺。吹煉前期，鐵水中的矽迅速氧化，渣中的（sio2）較高而熔池的溫度尚低，為了加速頭批渣料的熔化（盡早去p並減輕爐襯侵蝕），除加適量螢石或氧化鐵皮助熔外應采用較高的槍位，保證渣中的（feo）達到並維持在25～30%的水平；否則，石灰表麵生成c2s外殼，阻礙石灰溶解。當然，槍位亦不可過高，以防發生噴濺，合適的槍位是使液麵到達爐口而又不溢出。
（2）中期低槍位脫碳但應防返幹。吹煉中期，主要是脫碳，槍位應低些。但此時不僅吹入的氧幾乎全部用於碳的氧化，而且渣中的（feo）也被大量消耗，易出現“返幹”現象而影響s、p的去除，故不應太低，使渣中的（feo）保持在10～15%以上。
（3）後期提槍調渣控終點。吹煉後期，c－o反應已弱，產生噴濺的可能性不大，此時的基本任務是調好爐渣的氧化性和流動性繼續去除硫磷，並準確控製終點碳（較低），因此槍位應適當高些。
（4）終點前點吹破壞泡沫渣。接近終點時，降槍點吹一下，均勻鋼液的成分和溫度，同時降低爐渣的氧化鐵含量並破壞泡沫渣，以提高金屬和合金的收得率。
槍位的調節。生產條件千變萬化，因此具體操作中還應根據實際情況對槍位進行適當的調節：
（1）鐵水溫度：若遇鐵水溫度偏低，應先壓槍提溫，而後再提槍化渣，以防渣中的（feo）積聚引發大噴，即采用低－高－低槍位操作。
（2）鐵水成分：鐵水矽、磷高時，若采用雙渣操作，可先低槍位脫矽、磷，倒掉酸性渣；若單渣操作，由於石灰加入量大，應較高槍位化渣。鐵水含錳高時，有利於化渣，槍位則可適當低些。
（3）裝入量變化：爐內超裝時，熔池液麵高，槍位應相應提高，否則，不僅化渣困難而且易燒壞氧槍。
（4）爐內留渣：采用雙渣留渣法時，由於渣中（feo）高，有利於石灰熔化，因此吹煉前期的槍位適當低些，以防渣中（feo）過高引發泡沫噴濺。
（5）供氧壓力：高氧壓與低槍位的作用相同，故氧壓高時，槍位應高些。
恒壓變槍操作的幾種模式，如圖11所示
a高―低―高的六段式操作：
開吹槍位較高，及早形成初期渣；二批料加入後適時降槍，吹煉中期爐渣返幹時又提槍化渣；吹煉後期先提槍化渣後降槍；終點拉碳出鋼。
b高―低―高的五段式操作：
五段式操作的前期與六段式操作基本一致，熔渣返幹時可加入適量助熔劑調整熔渣流動性，以縮短吹煉時間。
c高一低一高一低的四段式操作：
在鐵水溫度較高或渣料集中在吹煉前期加入時可采用這種槍位操作。開吹時采用高槍位化渣，使渣中含（feo）量達25～30％，促進石灰熔化，盡快形成具有一定堿度的爐渣，增大前期脫磷和脫硫效率，同時也避免酸性渣對爐襯的侵蝕。在爐渣化好後降槍脫碳，為避免在碳氧化劇烈反應期出現返幹現象，適時提高槍位，使渣中（feo）保持在10～15％，以利磷、硫繼續去除。在接近終點時再降槍加強熔池攪拌，繼續脫碳和均勻熔池成分和溫度，降低終渣（feo）含量。
四、造渣製度
造渣是轉爐煉鋼的一項重要操作。所謂造渣，是指通過控製入爐渣料的種類和數量，使爐渣具有某些性質，以滿足熔池內有關煉鋼反應需要的工藝操作。造渣製度是確定合適的造渣方法、渣料的種類、渣料的加入數量和時間以及加速成渣的措施。由於轉爐冶煉時間短，必須快速成渣，才能滿足冶煉進程和強化冶煉的要求，同時造渣對避免噴濺、減少金屬損失和提高爐襯壽命都有直接影響。
一、成渣過程及造渣途徑
轉爐冶煉各期，都要求爐渣具有一定的堿度，合適的氧化性和流動性，適度的泡沫化。
o吹煉初期，要保持爐渣具有較高的氧化性,∑穩定在25%－30%，以促進石灰熔化，迅速提高爐渣堿度，盡量提高前期去磷去硫率和避免酸性渣侵蝕爐襯；
o吹煉中期，爐渣的氧化性不得過低保持在10%－16%），以避免爐渣返幹；
o吹煉末期，要保證去除p、s所需的爐渣高堿度，同時控製好終渣氧化性，如冶煉[c]≥0.10%的鎮靜鋼，終渣應控製不大於15%－20%；冶煉沸騰鋼，終渣應不小於12%，需避免終渣氧化性過弱或過強。
爐渣粘度和泡沫化程度也應滿足冶煉進程需要。前期要防止爐渣過稀，中期渣粘度要適宜，末期渣要化透作黏。泡沫性爐渣應盡早形成，並將其泡沫化程度控製在合適範圍，以達到噴濺少、拉碳準、溫度合適、達到磷硫去除的最佳吹煉效果。
轉爐成渣過程，如圖12所示：
o吹煉初期，爐渣主要來自鐵水中si、mn、fe的氧化產物。加入爐內的石灰塊由於溫度低,表麵形成冷凝外殼，造成熔化滯止期，對於塊度為40mm左右的石灰，渣殼熔化需數十秒。由於發生si、mn、fe的氧化反應，爐內溫度升高，促進了石灰熔化，這樣爐渣的堿度逐漸得到提高。
o吹煉中期，隨著爐溫的升高和石灰的進一步熔化，同時脫碳反應速度加快導致渣中逐漸降低，使石灰融化速度有所減緩，但爐渣泡沫化程度則迅速提高。由於脫碳反應消耗了渣中大量的，再加上沒有達到渣係液相線正常的過熱度，使化渣條件惡化，引起爐渣異相化，並出現返幹現象。
o吹煉末期，脫碳速度下降，渣中再次升高，石灰繼續熔化並加快了熔化速度。同時，熔池中乳化和泡沫現象趨於減弱和消失。
o初期渣，主要礦物為鈣鎂橄欖石和玻璃體。鈣鎂橄欖石是錳橄欖石、鐵橄欖石和矽酸二鈣的混合晶體。當高時，它是以2feo.sio2和2mno.sio2為主，通常玻璃體不超過7%－8%，渣中自由氧化物相很少。
o中期渣：石灰與鈣鎂橄欖石和玻璃體作用，生成cao?sio2，3cao?2sio2，2cao?sio2和3cao?sio2等產物，其中最可能和最穩定的是2cao?sio2，其熔點為2103c。
o末期渣：ro相急劇增加，生成的3cao?sio2分解為2cao?sio2和cao，並有2cao?fe2o3生成。
石灰渣化機理和影響因素:
煉鋼過程中成渣速度主要指的是石灰熔化速度，所謂的快速成渣主要指的是石灰快速熔解於渣中。
o吹煉初期，各元素的氧化產物feo、sio2、mno、fe2o3等形成了熔渣。加入的石灰塊就浸泡在初期渣中，初期渣中的氧化物從石灰表麵向其內部滲透，並與cao發生化學反應，生成一些低熔點的礦物，引起石灰表麵的渣化。這些反應不僅在石灰塊的外表麵進行，而且也在石灰氣孔的內表麵進行。
o但是在吹煉初期，sio2易與cao反應生成鈣的矽酸鹽，沉集在石灰塊表麵上，如果生成物是致密的，高熔點的2cao?sio2（熔點2130c）和3cao?sio2，熔渣的礦物組成發生了改變，由，熔點升高，石灰的渣化有所減緩。吹煉末期，渣中有所增加，石灰的渣化加快，渣量又有增加。
影響石灰溶解速度的因素主要有：
石灰本身質量
鐵水成分
爐渣成分
供氧操作
白雲石造渣。采用白雲石或輕燒白雲石代替部分石灰石造渣，提高渣中mgo含量，減少爐渣對爐襯的侵蝕，具有明顯效果。
omgo在低堿度渣中有較高的熔解度，采用白雲石造渣，初期渣中mgo濃度提高，會抑製熔解爐襯中的mgo，減輕初期爐渣對爐襯的侵蝕。同時，前期過飽和的mgo會隨著爐渣堿度的提高而逐漸析出，使後期渣變粘，可以使終渣掛在爐襯表麵上，形成爐渣保護層，有利於提高爐齡。
造渣製度
o在保證渣中有足夠的∑、渣中（mgo），不超過6%的條件下，增加初期渣中mgo含量，有利於早化渣並推遲石灰石表麵形成高熔點致密的2cao?sio2殼層。
螢石的化渣作用
螢石的主要成分為caf2，並含有sio2、fe2o3、al2o3、caco3和少量磷、硫等雜質。它的熔點約1203k。螢石加入爐內後，在高溫下即爆裂或碎塊並迅速熔化。它的作用體現在：
ocaf2與cao作用形成熔點為1635k的共晶體，直接促進石灰的熔化；
o螢石能顯著降低2cao?sio2的熔點,使爐渣在高堿度下有較低的熔化溫度；
ocaf2可降低爐渣粘度。
二、造渣方法
根據鐵水成分和所煉鋼種來確定造渣方法。常用的造渣方法有單渣法、雙渣法和雙渣留渣法。
o單渣法：整個吹煉過程中隻造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到吹煉終點出鋼。入爐鐵水si、p、s含量較低，或者鋼種對p、s要求不太嚴格，以及冶煉低碳鋼，均可以采用單渣操作。采用單渣操作，工藝比較簡單，吹煉時間短，勞動條件好，易於實現自動控製。單渣操作一般脫磷效率在90%左右，脫硫效率約為30%－40%。
o雙渣法：整個吹煉過程中需要倒出或扒出約1/2－2/3爐渣，然後加入渣料重新造渣。根據鐵水成分和所煉鋼種的要求，也可以多次倒渣造新渣。在鐵水含磷高且吹煉高碳鋼，鐵水矽含量高，為防止噴濺，或者在吹煉低錳鋼種時，為防止回錳等均可采用雙渣操作。雙渣操作脫磷效率可達95%以上，脫硫效率約60%左右。雙渣操作會延長吹煉時間，增加熱量損失，降低金屬收得率，也不利於過程自動控製。其操作的關鍵是決定合適的放渣時間。
o雙渣留渣法：將雙渣法操作的高堿度、高氧化鐵、高溫、流動性好的終渣留一部分在爐內，然後在吹煉第一期結束時倒出，重新造渣。此法的優點是可加速下爐吹煉前期初期渣的形成，提高前期的去磷、去硫率和爐子熱效率，有利於保護爐襯，節省石灰用量。采用留渣操作時，在兌鐵水前首先要加廢鋼稠化冷凝熔渣，當爐內無液體渣時才可兌入鐵水，以避免引發噴濺。
泡沫渣：
o由於爐內的乳化現象，大大發展了氣―熔渣―金屬液的界麵，加快了爐內化學反應速度，從而達到良好的吹煉效果。當然若控製不當，嚴重的泡沫渣也會引發事故。
o大量的研究表明，氣泡少而小，爐渣表麵張力低，爐渣粘度大，溫度低，泡沫容易形成並穩定地存在於渣中，生成泡沫渣。
o吹煉前期，脫碳速度小，泡沫小而無力，易停留在渣中，爐渣堿度低，∑較高，有利於渣中鐵滴生成co氣泡，並含有一定量的sio2、p2o5等表麵活性物質，因此易起泡沫。
o吹煉中期，脫碳速度大，大量的co氣泡能衝破渣層而排出，爐渣堿度高，∑較低，sio2、p2o5表麵活性物質的活度降低，因此引起泡沫渣的條件不如吹煉初期，但如能控製得當，避免或減輕熔渣返幹現象，就能得到合適的泡沫渣。
o吹煉後期，脫碳速度降低，產生的co減少，堿度進一步提高，∑較高，但[c]較低，產生的co少，表麵活性物質的活度比中期進一步降低，因此，泡沫穩定的因素大大減弱，泡沫渣趨向消除。
o在吹煉過程中，由於氧射流與熔池的相互作用，形成了氣―熔渣―金屬液密切混合的三相乳化液。分散在爐渣中的小氣泡的總體積往往超過熔渣本身體積的數倍甚至數十倍。熔渣成為液膜，將氣泡包住，引起熔渣發泡膨脹，形成泡沫渣。正常泡沫渣的厚度經常在1－2m，甚至3m。
影響熔渣泡沫化的因素：
（1）進入熔渣的氣體量。這是熔渣泡沫化的外部條件，單位時間內進入爐渣的氣體越多，爐渣的泡沫化程度越高，例如吹煉中期脫碳速度快，產生氣體量大，容易出現爐渣嚴重泡沫化現象。
（2）熔渣本身的發泡性即氣體在渣中的存留時間。這是熔渣泡沫化的內部條件，它取決於熔渣的粘度和表麵張力。爐渣的表麵張力愈小，其表麵積就愈易增大即小氣泡愈易進入而使之發泡；增大爐渣的粘度，將增加氣泡合並長大及從渣中逸出的阻力，渣中氣泡的穩定性增加。
泡沫渣的控製：
轉爐吹煉的初期和末期，因脫碳速度小而爐渣的泡末化程度較低，因而控製的重點是防止吹煉中期出現嚴重的泡沫化現象。通常是因槍位過高，爐內的碳氧反應被抑製，渣中聚集的越來越多（內部條件具備），溫度一旦上來便會發生激烈的碳氧反應，過量的co氣體充入爐渣（外部條件具備），使渣麵上漲並從爐口溢出或噴出，形成所謂的噴濺。為此，生產中應是在滿足化渣的條件下盡量低些，切忌化渣槍位過高和較高槍位下長時間化渣，以免渣中過高。
出鋼前壓槍降低渣中的，破壞泡沫渣，以減少金屬損失。
渣料的用量：
加入爐內的渣料主要是石灰和白雲石，還有少量的螢石或氧化鐵皮等熔劑。
石灰用量的確定：
1）首先根據鐵水的矽、磷含量和爐渣堿度計算：
（1）鐵水含磷＜0.3%時，爐渣的堿度b=（%cao）/（%sio2）=2.8～3.2，所以每噸鐵水的石灰加入量按下式計算：
石灰用量（kg/t）=
式中[%si]――爐料中矽的質量分數；
60/28――表示1kgsi氧化後可生成60/28（=2.14）kg的sio2。
例1某廠的鐵水含磷0.25%、矽0.5%，冶煉所用石灰含cao：86%，sio2：2.5%，若爐渣堿度按3.0控製，求每噸鐵水的石灰用量。
解：石灰用量（kg/t）=
（2）鐵水含磷＞0.3%時，b=（%cao）/（%sio2）+（%p2o5）=3.2～3.5，所以每噸鐵水的石灰加入量按下式計算：
石灰用量（kg/t）=
式中的142/62表示每氧化1kg的磷可生成142/62（=2.3）kg的p2o5。
2）其次根據冷卻劑用量計算應補加的石灰量
礦石含有一定數量的sio2，每kg礦石需補加石灰的數量按下式計算：
補加石灰量（kg/kg）=
白雲石用量的確定:
白雲石的加入量應根據爐渣要求的飽和mgo含量來確定。通常渣中mgo含量控製在8%～10%，除了加入的白雲石含有外，石灰和爐襯也會帶入一部分。
理論用量w=
實際用量w/=w－w灰－w襯
熔劑的用量：
螢石用量：盡量少用或不用，部標要求≤4kg/t。
礦石用量：鐵礦石及氧化鐵皮也具有較強的化渣能力，但同時對熔池產生較大的冷卻效應，其用量應視爐內溫度的高低，一般為裝入量的2～5%。
渣料的加入方法：
關於渣料的加入，關鍵是要注意渣料的分批和把握加入的時間。
1）渣料分批
目的：渣料應分批加入以加速石灰的熔化（否則，會造成熔池溫度下降過多，導致渣料結團且石灰塊表麵形成一層金屬凝殼而推遲成渣）。
批次：單渣操作時，渣料通常分成兩批：1/2～2/3及白雲石全部（冶煉初期爐襯侵蝕最嚴重）；1/2～1/3。
2）加料時間
（1）第一批渣料在開吹的同時加入。
（2）第二批渣料，一般是在矽及錳的氧化基本結束、頭批渣料已經化好、碳焰初起的時候（30噸的轉爐開吹6min左右）加入（如果加入過早，爐內溫度還低且頭批渣料尚未化好又加冷料，勢必造成渣料結團難化；反之，如果加入過晚，正值碳的激烈氧化時期，渣中的（∑feo）較低渣料亦難化。問題的關鍵是正確判斷爐況，頭批渣料化好的標誌是：火焰軟且穩定，爐內發出柔和的嗡嗡聲，噴出物為片狀，落在爐殼上不粘貼；未化好的情況是：爐口的火焰發散且不穩定，爐內發出尖銳的吱吱聲，噴出物是金屬火花和石灰粒）。
有的廠二批料分小批多次加入以利熔化，但最後一小批料必須在終點前3～4分鍾加入。
加速渣料的熔化。加速石灰溶解的措施：
1）適宜的爐渣成分
渣中的（feo）是石灰溶解的基本熔劑，原因在於：
（1）（feo）可與cao及2cao?sio2作用生成低熔點的鹽，能有效地降低爐渣的粘度，改善石灰溶解的外部傳質條件；
（2）（feo）是堿性氧化渣的表麵活性物質，可以改善爐渣對石灰的潤濕性，有利於熔渣向石灰表麵的孔中滲透，增大二者之間的接觸麵積；
（3）fe2+及o2－的半徑是同類中最小的，擴散能力最強；
（4）有足夠的（feo）存在時，可以避免石灰表麵生成c2s而有利於石灰的溶解。
因此，吹煉操作中應合理地控製槍位，始終保持較高的（feo）含量。對石灰溶解的影響與（feo）類似，生產中可在渣料中配加適量錳礦。
2）較高的溫度
熔池溫度高時，石灰入爐初形成的固態渣殼較薄；而且熔渣的粘度低溶解石灰的能力強。為此，入爐鐵水的溫度要盡量高，若鐵水溫度偏低應先低槍位提溫。
3）強化熔池的攪拌
加強對熔池的攪拌，可以改善石灰溶解的外部傳質過程，從而可加速石灰的溶解。複吹轉爐的石灰溶解速度要比頂吹轉爐的快，原因就在於複吹冶煉有底吹氣體攪拌。
4）改善石灰質量
（1）提高石灰的活性度：增加石灰的氣孔率，增大比表麵積，有利於爐渣的滲透，可加快石灰溶解速度，同時，即使石灰表麵生成2cao?sio2外殼也不致密，易碎。
（2）減小石灰的塊度並進行預熱：石灰入爐初形成的固態渣殼薄甚至消失。
五、石灰溶解機理
六、造渣方法
七、溫度製度
o在吹煉一爐鋼的過程中，需要正確控製溫度。溫度製度主要是指煉鋼過程溫度控製和終點溫度控製。
o轉爐吹煉過程的溫度控製相對比較複雜，如何通過加冷卻劑和調和劑槍位，使鋼水的升溫和成分變化協調起來，同時達到吹煉終點的要求，是溫度控製的關鍵。
o熱量來源：鐵水的物理熱和化學熱，它們約各點熱量來源的一半。
o熱量消耗：習慣上轉爐的熱量消耗可分為兩部分，一部分直接用於煉鋼的熱量，即用於加熱鋼水和爐渣的熱量；一部分未直接用於煉鋼的熱量，即廢氣、煙塵帶走的熱量，爐口爐殼的散熱損失和冷卻劑的吸熱等。
熱量的消耗：
o鋼水的物理熱約占70%；
o爐渣帶走的熱量大約占10%；
o爐氣物理熱也約占10%；
o金屬鐵珠及噴濺帶走熱，爐襯及冷缺水帶走熱，煙塵物理熱，生白雲石及礦石分解及其他熱損失共占約10%。
o轉爐熱效率：是指加熱鋼水的物理熱和爐渣的物理熱占總熱量的百分比。ld轉爐熱效率比較高，一般在75%以上。原因是ld轉了上的熱量利用集中，吹煉時間短，冷卻水、爐氣熱損失低。
o出鋼溫度首先取決於煉鋼中的凝固溫度，凝固溫度則根據鋼種的化學成分而定，鋼液的凝固溫度計算有多種經驗公式：
o出鋼溫度需考慮從出鋼到澆注各階段的溫降。
Δt為鋼液的過熱度，它與鋼種、坯型有關，板坯取15－20c，低合金方坯取20－25c；
Δt1為出鋼過程溫降；
Δt2為出鋼完畢至精煉之前的溫降；
Δt3為鋼水精煉過程溫降；
Δt4為鋼水精煉完畢至開澆之前的溫降；
Δt5為鋼水從鋼包至中間包溫降。
o轉爐獲得的熱量除用於各項必要的支出外，通常上有大量富餘熱量，需加入一定數量的冷卻劑。冷卻劑的冶金特點包括他自身的冷卻效應以及對化渣、噴濺、氧耗、鋼鐵料消耗和冷卻劑加入方法的影響。要準確控製熔池溫度，用廢鋼作冷卻劑的效果最好，但為了促進化渣，也可以搭配一部分鐵礦石或氧化鐵皮。
o在吹煉前期結束時，溫度應為1450－1550c，大爐子、低碳鋼取下限，小爐子、高碳鋼取上限；中期的溫度為1550－1600c，中、高碳鋼取上限，因後期挽回溫度時間少；後期的溫度為1600－1680c，取決於所煉鋼種。
o當吹煉後期出現溫度過低時，可加適量的fe－si或fe－al提溫。加fe－si提溫，需配加一定量的石灰，防止鋼水回磷。當吹煉後期出現溫度過高時，可加適量的鐵皮或礦石降溫。如鐵水溫度低，碳量也低，可兌適量鐵水再吹煉，在兌鐵水前倒渣，並加fe－si防止產生噴濺。
o終點控製是轉爐吹煉末期的重要操作。終點控製主要是指終點溫度和成分的控製。由於脫磷、脫硫比脫碳操作複雜，總是盡可能提前讓磷、硫達到終點所需的範圍，因此，終點的控製實質就是脫碳和溫度的控製，把停止吹氧又俗稱為“拉碳”。
確定冷卻劑用量
1）冷卻劑及其特點
轉爐煉鋼的冷卻劑主要是廢鋼和礦石。比較而言，廢鋼的冷卻效應穩定，而且矽磷含量也低，渣料消耗少，可降低生產成本；但是，礦石可在不停吹的條件下加入，而且具有化渣和氧化的能力。因此，目前一般是礦石、廢鋼配合冷卻，而且是以廢鋼為主，且裝料時加入；礦石在冶煉中視爐溫的高低隨石灰適量加入。
另外，冶煉終點鋼液溫度偏高時，通常加適量石灰或白雲石降溫（前兩種均不能用）。
2）各冷卻劑的冷卻效應
冷卻效應是指每kg冷卻劑加入轉爐後所消耗的熱量，常用q表示，單位是kj/kg。
（1）礦石的冷卻效應：礦石冷卻主要靠fe2o3的分解吸熱，因此其冷卻效應隨鐵礦的成分不同而變化，含fe2o370%、feo10%時鐵礦石的冷卻效應為：
q礦=1xc礦x△t+λ礦+1x（fe2o3%x112/160x6456+feo%x56/72x4247）
=1x1.02x（1650－25）+209+1x（0.7x112/160x6456+0.1x56/72x4247）
=5360kj/kg
（2）廢鋼的冷卻效應：廢鋼主要依靠升溫吸熱來冷卻熔池，由於不知準確成分，其熔點通常按低碳鋼的1500c考慮，入爐溫度按25c計算，於是廢鋼的冷卻效應為：
q廢=1x[c固（t熔－25）+λ廢+c液（t出－t熔）]
=1x[0.7x（1500－25）+272+0.837（1650－1500）]
=1430kj/kg
（3）氧化鐵皮的冷卻效應：計算方法同礦石，對於50%feo、40%fe2o3的氧化鐵皮，其冷卻熱效應為：
q皮=5311kj/kg
以廢鋼的冷卻效應為標準1，則各種冷卻劑的相對冷卻能力見課本.
3）冷卻劑用量的確定：
關於冷卻劑加入量的確定，有兩種方案。一種是定廢鋼，調礦石；另一種是定礦石，調廢鋼。現以第一種方案為例說明冷卻劑用量的確定：國內目前的平均水平是，廢鋼的加入量為鐵水量的8～12%，取10%。則礦石用量為：
（q餘－10xq廢）/q礦=（30000－10x1430）/5360=2.93kg
即每100kg鐵水加入10kg廢鋼和2.93礦石。
4）冷卻劑用量的調整
通常各廠先依據自己的一般生產條件，按照上述過程計算出冷卻劑的標準用量，生產中某爐鋼冷卻劑的具體用量則根據實際情況調整鐵礦的用量，調整量過大時可增減廢鋼的用量。
實際生產過程溫度的控製：按照上述的計算結果加入冷卻劑，即可保證終點溫度。但是，吹煉過程中還應根據爐內各個時期冶金反應的需要及爐溫的實際情況調整熔池溫度，保證冶煉的順利進行。
（1）吹煉初期
如果碳火焰上來的早（之前是矽、錳氧化的火焰，發紅），表明爐內溫度已較高，頭批渣料也已化好，可適當提前加入二批渣料；反之，若碳火焰遲遲上不來，說明開吹以來溫度一直偏低，則應適當壓槍，加強各元素的氧化，提高熔池溫度，而後再加二批渣料。
（2）吹煉中期
可據爐口火焰的亮度及冷卻水（氧槍進出水）的溫差來判斷爐內溫度的高低，若熔池溫度偏高，可加少量礦石；反之，壓槍提溫，一般可挽回10～20c。
（3）吹煉末期
接近終點（據耗氧量及吹氧時間判斷）時，停吹測溫，並進行相應調整：若溫高，加石灰降之：高出度數x136/石灰的冷卻效應。若溫低，加fe－si並點吹提之：1kgsi75氧化放熱1x0.75x17807=13352kj，例如，30噸鋼液提溫10c需加si75：300x10x136/13352≈30kg。