通过转炉顶部的喷枪把氧气或空气吹入炉内从而强化炼钢过程并改善熔池搅拌的转炉炼钢工艺。

应用学科：材料科学技术（一级学科），金属材料（二级学科），钢铁材料（三级学科），钢铁材料生产技术（四级学科）

中文名称

顶吹转炉炼钢

英文名称

top blown converter steelmaking

定　　义

通过转炉顶部的喷枪把氧气或空气吹入炉内从而强化炼钢过程并改善熔池搅拌的转炉炼钢工艺。

应用学科

材料科学技术（一级学科），金属材料（二级学科），钢铁材料（三级学科），钢铁材料生产技术（四级学科）

氧气纯度在99％以上。吹入氧气的方式有顶吹、侧吹、底吹三种。1952年，顶吹氧气转炉最早研究开发成功(见图)。顶吹时，氧气喷嘴不埋入铁水中，和液面有1米左右的距离，可以用水冷却喷嘴。为了使氧流达到液面时仍有必要的动能和动量，喷嘴出口的氧气压力达0.81～1.22兆帕，喷出的氧流为超声速（450～500米/秒）。带有巨大动能的氧流把熔池中心冲成一个旋转抛物面形的凹坑，通过对凹坑表面的摩擦把动量传递给熔池，使熔池形成环流；另外，摩擦力又把金属液体撕碎，形成大量小液滴弥散分布在渣中，成为乳化状态。由于液滴有极大的界面积，反应速率极高。据实际测定，当熔池平均含碳1.0％～1.5％时，液滴中含碳量已降低到0.1％～0.7％；大量液滴是炼钢反应速率高的原因。由于反应速率高，放出化学热的反应速率也高，热损失少，再加上空气中的氮（占4/5）未进入熔池带走热量，因而氧气转炉热量有富余，可以用来熔化废钢。另外，高速脱碳使熔池沸腾非常激烈，沸腾的CO气泡将溶解在钢中的氢、氮、氧带出来，此外由于可用计算机进行自动控制，使终点钢的成分和温度更为精确，所以钢的质量优良。再加上转炉炼钢有极高的生产率（30～40分钟产出一炉钢），炼钢不消耗能量，甚至产生二次能源。由于上述优点，使氧气转炉炼钢发展极快；由1952年诞生到1970年不到20年的时间，氧气转炉钢产量就超过了平炉钢；20世纪90年代末期，氧气转炉钢年产量达3.5亿～4.0亿吨，已超过总产钢量的50％。1965年加拿大空气液化公司研究成功用烃类（柴油、丙烷）裂解吸热可以冷却吹氧喷嘴的技术，于是法国、联邦德国等国利用这一技术开发底吹氧气转炉炼钢。底吹转炉向熔池供氧可以不局限在一处，吹炼更平稳，喷溅少，金属收得率高。中国的冶金工作者利用该技术改造侧吹碱性转炉，也研发成功世界特有的侧吹氧气转炉炼钢。在研究底吹氧气转炉中发现，只需将20％～30％的氧由炉底吹入，70％～80％的氧仍由顶部吹入，效果和全部底吹差不多。于是产生了顶底复合吹炼转炉。更多类型的复吹转炉只从炉底吹入氮、氩等惰性气体，全部氧保持顶吹，这样也可以改进熔池的搅拌，减少金属氧化损失。所以，几乎所有的氧气转炉都改造成这种类型的复吹转炉；而生产超低碳钢种的转炉，采用部分氧底吹、部分氧顶吹的方法。单纯的顶吹转炉和底吹转炉已不复存在。

为了克服空气侧吹转炉炼钢热效率低、钢中含氮量高的缺点，用氧气代替空气吹炼是惟一的出路，但一般耐火材料喷嘴承受不了吹氧炼钢时的强烈侵蚀。1973年，中国东北工学院(冶金系、沈阳第一钢厂、唐山钢厂参照氧气底吹转炉使用油、氧喷嘴的经验，将侧吹转炉的风嘴改为油、氧喷嘴，解决了吹氧炼钢的喷嘴寿命问题。于是空气侧吹碱性转炉炼钢法被改造成为氧气侧吹转炉炼钢法。氧气侧吹转炉炼钢的工艺操作和空气侧吹碱性转炉炼钢基本相同。只是由于不再把空气中大量的氮吹入炉内，热效率提高，原料中废钢比可达10%～25%，钢铁料消耗降低30～100kg/t钢，铁损减少使炉龄也有了提高。油、氧喷嘴的构造如图4所示。它由两根同心套管组成，外管为无缝钢管，内管为紫铜管。铜管内通氧气，外壁切削出几条细的螺旋油槽，和外层钢管构成轻柴油的通路。轻柴油和氧同时吹入炉内，轻柴油在喷嘴出口受热气化和裂解，吸收了很多热量，使喷嘴受到冷却，喷嘴出口温度保持在200～250℃，使喷嘴能正常吹氧而保持较长的寿命。

从1974年到1976年，中国有26座空气侧吹碱性转炉改造成氧气侧吹转炉，总容量达150_t。在推广应用吹氧后，发现氧气侧吹转炉容量仍然不能增大。侧吹转炉的除尘设备大(因为需要在吹炼时倾动炉身，8t侧吹转炉和25t顶吹转炉的除尘设备相当);氧气侧吹转炉消耗轻柴油4～8L/t;钢铁料消耗比顶吹转炉高10～20kg/t。由于存在这些缺点，到90年代初，除唐山钢厂一个氧气侧吹转炉车间还在继续生产外，其余的氧气侧吹转炉或改为顶吹氧气转炉，或者停止了生产。

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