側吹轉爐鍊鋼

從轉爐爐身側面吹入空氣或氧氣以氧化去除鐵水中的雜質元素並提供熱量而獲得鋼水的轉爐鍊鋼方法。根據轉爐爐襯材料和吹入的氧化性氣體的不同，側吹轉爐鍊鋼法有：空氣側吹酸性轉爐鍊鋼法，即小型貝塞麥法，空氣側吹鹼性轉爐鍊鋼法和氧氣側吹轉爐鍊鋼法3種。 ^[1] 

小型貝塞麥轉爐用酸性耐火材料製作爐襯，吹空氣冶煉。爐子容量很小。一般只有幾噸，在機械製造廠鑄鋼車間使用。爐子小則熱損失大，而鑄鋼要求鋼水温度高一些，這就產生了困難。後來有人發現將底吹風嘴改為由側方排列，在鐵水面上吹煉，可以提高鋼水温度，於是小的貝塞麥轉爐鍊鋼就改造成側吹酸性轉爐鍊鋼，廣泛用於鑄鋼車間。中國於20世紀30～40年代在青島、上海、重慶、昆明、大冶和唐山等地也建設了一些小貝塞麥轉爐，爐容量為1.5～3.0t，主要用於供給鑄鋼鋼水。圖1為小型貝塞麥轉爐示意圖。鼓風風嘴的高度恰好位於熔池表面，鼓入的空氣將鐵水中的硅、錳和碳氧化，反應放出熱量使温度升高。碳氧化生成的CO在熔池面上又繼續氧化生成CO2，放出更多的熱量，於是碳的發熱能力顯著增大。另外熔池表面吹煉也使鐵氧化，生成的FeO迅速進入渣中，這個反應也放出一些熱量。渣中的(FeO)含量比底吹轉爐中也高一些。小型貝塞麥法的吹煉操作基本上和貝塞麥法相同，第1期是硅、錳的氧化期，第2期是碳的氧化期，碳氧化完後爐口火焰收縮即可以停吹，然後脱氧出鋼。吹煉時間大約在10～15min。

在中國，新中國成立後，國家建設的展開迫切需要鋼材。原有的一些小型貝塞麥轉爐，因為爐襯是酸性的，無法使用含磷量達0.2%～0.3%的生鐵鍊鋼。1951年唐山鋼廠開始試驗將側吹轉爐的酸性爐襯改造為鹼性爐襯，並通過一系列的工業試驗建立了搖爐制度(通過爐身傾動使風嘴在吹煉全程位於熔池表面)、造渣制度、裝入制度等操作制度，解決了吹損大及去磷不穩定等問題，於1952年正式投入工業生產，並命名為側吹鹼性轉爐鍊鋼法。之後，上海、天津、烏魯木齊等地也建立了鹼性側吹轉爐，並將爐體由直筒形改為渦鼓形(圖2)。這種鍊鋼法設備簡單、投資少、生產率高，適合中國當時的經濟條件。1958年開始，全國各地大批建造了側吹鹼性轉爐鍊鋼車間，此法成為中國50～70年代的主要鍊鋼方法之一，側吹轉爐鋼佔總產鋼量的比值為：50年代22.4%，60年代21.49%，70年代降為12.08%，到1982年降為5.1%。

側吹鹼性轉爐鍊鋼的第1期是硅、錳氧化期，此時爐渣鹼度較低，提高渣的(FeO)含量也能使磷迅速氧化，渣況好時此期去磷率可達70%左右，這時倒出部分爐渣可以鞏固去磷效果。但是倒渣操作使熱損失和鐵損失顯著增加。第2期為碳氧化期，爐口形成白亮火焰，爐温也迅速升高，這時可以造新渣去磷。爐渣造得好，磷和碳可同步氧化去除。但造渣不好，碳氧化完時磷含量仍高於鋼種要求成分，只好進行“後吹”脱磷。但後吹也增大了鐵的損失和提高了鋼水氧化性。當温度、碳、磷均合格時，可進行脱氧和出鋼操作。圖3為側吹鹼性轉爐吹煉過程的金屬成分和爐渣成分的變化。 ^[2] 

側吹和底吹相比不僅氣流位置和方向不同，側吹時鼓風壓力亦較低，攪拌能力不及底吹。因此在熔池表面生成的氧化鐵不至於被硅、碳等元素完全還原，較高的氧化鐵促進石灰熔化而較早形成鹼性氧化渣，使磷能在前期去除。底吹時鼓風由爐底進入，有很強的攪拌能力，鐵和磷在底部氧化後又全部被碳還原，在脱碳期不能形成流動良好的渣，磷只能在後吹期脱除。側吹轉爐中如果在第2期脱碳過快，也可能造成爐渣返幹，不利於脱磷的進行。反之，如果鼓風壓力過小或風嘴相對位置偏高，攪拌力不足，則鐵大量氧化，不僅鐵損增大而且有噴濺危險。只有控制好風嘴高度和鼓風壓力，保持適當的攪拌能力，才能使爐渣狀況良好，脱磷和脱碳同時順利進行。空氣側吹鹼性轉爐由於碳氧化生成的CO能繼續燃燒，爐氣中的CO₂含量比底吹轉爐高。側吹鹼性轉爐爐氣的CO₂/CO值平均達到0.6～2.2，而底吹空氣或頂吹氧氣轉爐平均只有0.2%左右。側吹鹼性轉爐爐氣中自由氧含量平均只有0.9%左右，氧的利用率達95%以上。因此，側吹鹼性轉爐的熔池金屬温度比底吹轉爐高。然而側吹時鼓風沒有穿過熔池，爐氣温度低於熔池温度，一般為750～800℃，而底吹轉爐則接近1400℃。側吹轉爐的面吹、淺吹操作減少了氮從熔池吸熱，使爐氣帶走金屬液的熱量大大減少。側吹鹼性轉爐爐氣帶走的熱損失約相當於底吹轉爐的50%。

側吹鹼性轉爐鍊鋼的缺點是爐子容量不大，不能形成規模效益。鍊鋼過程的鐵損失大。鋼中含氮量較高。80年代以後，大多數側吹鹼性轉爐被氧氣頂吹轉爐所取代。 ^[1] 

為了克服空氣側吹轉爐鍊鋼熱效率低、鋼中含氮量高的缺點，用氧氣代替空氣吹煉是惟一的出路，但一般耐火材料噴嘴承受不了吹氧鍊鋼時的強烈侵蝕。1973年，中國東北工學院(冶金系、瀋陽第一鋼廠、唐山鋼廠參照氧氣底吹轉爐使用油、氧噴嘴的經驗，將側吹轉爐的風嘴改為油、氧噴嘴，解決了吹氧鍊鋼的噴嘴壽命問題。於是空氣側吹鹼性轉爐鍊鋼法被改造成為氧氣側吹轉爐鍊鋼法。氧氣側吹轉爐鍊鋼的工藝操作和空氣側吹鹼性轉爐鍊鋼基本相同。只是由於不再把空氣中大量的氮吹入爐內，熱效率提高，原料中廢鋼比可達10%～25%，鋼鐵料消耗降低30～100kg/t鋼，鐵損減少使爐齡也有了提高。油、氧噴嘴的構造如圖4所示。它由兩根同心套管組成，外管為無縫鋼管，內管為紫銅管。銅管內通氧氣，外壁切削出幾條細的螺旋油槽，和外層鋼管構成輕柴油的通路。輕柴油和氧同時吹入爐內，輕柴油在噴嘴出口受熱氣化和裂解，吸收了很多熱量，使噴嘴受到冷卻，噴嘴出口温度保持在200～250℃，使噴嘴能正常吹氧而保持較長的壽命。

從1974年到1976年，中國有26座空氣側吹鹼性轉爐改造成氧氣側吹轉爐，總容量達150_t。在推廣應用吹氧後，發現氧氣側吹轉爐容量仍然不能增大。側吹轉爐的除塵設備大(因為需要在吹煉時傾動爐身，8t側吹轉爐和25t頂吹轉爐的除塵設備相當);氧氣側吹轉爐消耗輕柴油4～8L/t;鋼鐵料消耗比頂吹轉爐高10～20kg/t。由於存在這些缺點，到90年代初，除唐山鋼廠一個氧氣側吹轉爐車間還在繼續生產外，其餘的氧氣側吹轉爐或改為頂吹氧氣轉爐，或者停止了生產。