氧气顶吹转炉炼钢工艺发展史

早在1856年，德国人贝塞麦发明了底吹酸性转炉炼钢法，是现代炼钢法的开端。它为人类生产了大量廉价的钢铁，推动了欧洲的工业革命。但由于这种方法不能脱硫、磷，限制了它的发展。托马斯底吹碱性转炉炼钢法出现在1879，使用碱性炉衬的转炉处理高磷生铁。转炉工艺虽然可以大批量生产钢，但对生铁成分要求严格，一般不能多使用废钢。随着工业的进一步发展，废钢越来越多。酸性转炉炼钢发明后不到十年，法国马丁在1864建立平炉炼钢，碱性平炉炼钢出现在1888。平炉炼钢对原料要求不那么严格，产能大，品种多，所以不到20年就成为世界上主要的炼钢方法。直到20世纪50年代，世界钢产量的大约85%是由平炉炼钢生产的。1952年奥地利出现纯氧顶吹转炉，解决了钢中氮等有害杂质的问题，使质量接近平炉钢，同时减少了随废气损失的热量(用普通空气吹时，空气中含79%无用氮)，可以用较低的温度吹平炉生铁，从而节省了高炉的焦炭消耗，更多地利用废钢。由于转炉炼钢速度快(冶炼一炉钢大约需要10min，而平炉需要7小时)，可以负能量炼钢，节约能源，所以转炉炼钢成为当代炼钢的主流。

事实上，130年前，贝塞麦发明底吹空气炼钢法时，就提出了用氧气炼钢的设想，但由于当时的条件限制，没有实现。直到20世纪50年代初，奥地利Voest Alpine才在工业生产中使用氧气炼钢，由此诞生了氧气顶吹转炉，又称LD转炉。顶吹转炉出来后，发展速度很快。到1968氧气底吹法出现的时候，世界上顶吹法的钢铁产能已经达到2.6亿吨，占据了绝对的垄断地位。1970以后，由于发明了碳氢化合物保护的双夹套底吹氧枪，出现了底吹法。各种类型的底吹转炉(如OBM、Q-BOP、LSW等。)在实际生产中表现出许多优于顶吹转炉的优势，对一直居于首位的顶吹法提出了挑战和冲击。

顶吹法的特点决定了它存在渣中铁含量高、钢水含氧量高、废气中铁粉尘损失大、冶炼超低碳钢困难等缺点，而底吹法可以在很大程度上克服这些缺点。但由于底吹法使用碳氢化合物冷却水口，钢水含氢量高，需要停吹后注入惰性气体进行清洗。基于上述两种方法在冶金上的明显差异，20世纪70年代以后，国外许多国家开始研究结合两种方法优点的顶底复吹熔炼法。继奥地利Eduard博士在1973对转炉顶底复吹炼钢的研究之后，转炉复吹的研究在世界范围内广泛开展，出现了各种类型的复吹转炉，从80年代初开始正式用于生产。由于其优于顶吹和底吹方式，且易于现场改造转炉复吹，几年后在世界范围内得到广泛应用，一些国家(如日本)已基本淘汰了单纯的顶吹转炉。

在传统的转炉炼钢工艺中，从高炉出来的铁水在混铁炉中混合均匀，然后按一定的比例装入转炉，再在一定的供氧量、枪位和造渣制度下，降下水冷氧枪吹氧进行冶炼。吹炼终点时，提枪倒炉，测温取样成分，如钢水温度和成分达到目标值范围时出钢。否则，降低氧枪再次吹气。出钢时，向钢包中加入脱氧剂和铁合金进行脱氧和合金化。然后，钢水被送到铸造车间或连铸车间进行铸锭。

随着用户对钢材性能和质量要求的不断提高，钢材的应用范围越来越广。与此同时，钢铁生产企业越来越注重提高产品产量和质量，扩大品种，节能降耗。在这种情况下，转炉生产工艺发生了很大的变化。铁水预处理、复吹转炉、炉外精炼和连铸技术的发展，打破了传统的转炉炼钢模式。从简单的转炉冶炼发展到铁水预处理-复吹转炉吹炼-炉外精炼-连铸的新工艺流程。该方法的特征在于大规模、现代化和连续的设备。氧气转炉从原来的主导地位变成了新工艺的一个环节，主要承担钢水脱碳和升温的任务。