在基本氧氣爐（BOF）煉鋼過程中，生產液體鋼需要以下類型的材料（圖1）。

1. 基本原料，如熱金屬、廢鋼和石灰等。

2. 次要原料，如脫氧劑和滲碳劑。

3. 實用氣體，如氧氣、氮氣和氬氣等。

4. 耐火材料和耐火材料，如襯里材料、炮制材料和修補材料等。

5. 消耗性探頭，如溫度探頭和采樣探頭等。

6. 用于冷卻吹氧槍和廢氣的冷卻水。

圖1 在堿性氧氣爐中生產鋼鐵所需的材料

基本原料

在轉爐煉鋼所需的基本原料包括：（i）來自高爐的熱金屬，（ii）廢鋼和/或任何其他金屬鐵源，（iii）鐵礦石，以及（iv）熔劑。 從廢鋼箱中裝入的廢鋼，是第一個被裝入轉爐的材料。然后，熱金屬從熱金屬裝料包倒入轉爐，之后開始用氧氣吹氣。助焊劑，通常是塊狀的，在吹氧開始后通過料倉系統被注入轉爐。助焊劑也可以以粉末的形式通過底部噴口注入爐內。煉鋼廠轉爐中使用的基本原料的成分和數量因煉鋼廠而異，取決于其可用性和工藝的經濟性。

熱金屬或液體鐵是鐵單位和能源的主要來源。熱金屬從高爐中以敞口或魚雷車的形式接收。如果是敞開式鋼包，熱金屬被倒入熱金屬混合器中，以保持其溫度，然后用于轉爐。熱金屬的化學成分可以有很大變化，但通常含有約3.8％至4.5％的碳，0.5％至1.5％的硅，0.25％至1.5％的錳，0.05％至0.15％的磷以及0.03％至0.08％的硫。

在熱金屬脫硫廠中，熱金屬的硫含量可降至0.001%。熱金屬的成分取決于高爐中的做法和爐料。一般來說，當高爐在冷態下運行時，熱金屬的硅含量會減少，硫含量會增加。如果高爐料中的磷含量較高，則熱金屬中的磷含量會增加。

碳和硅是能量的主要貢獻者。熱金屬硅影響到可在轉爐熱能中裝入的廢鋼數量。例如，如果熱金屬硅很高，就會因其氧化而產生更多的熱量，因此可以在熱量中加入更多的廢品。熱金屬硅也會影響爐渣量，從而影響石灰的消耗和鐵的產量。

熱金屬通常含碳飽和，其碳濃度取決于溫度和其他溶質元素（如硅和錳）的濃度。熱金屬的碳含量隨著溫度和錳含量的增加而增加，而隨著硅含量的增加而減少。

了解熱金屬倒入轉爐時的溫度和碳含量對轉爐的工藝控制很重要。熱金屬的溫度通常是在熱金屬裝入轉爐之前，在熱金屬裝入鋼包中進行測量。通常情況下，熱金屬的溫度在1300攝氏度到1350攝氏度之間。

高溫和低氧電位有利于脫硫。此外，熱金屬中其他溶質元素的存在，如碳和硅，會增加硫的活性，這反過來又會加強脫硫。因此，在BOF轉爐中，低氧勢和高碳、硅含量使得從熱金屬中而不是從鋼中脫硫的條件更加有利。并非所有的熱金屬都能脫硫。用于制造含硫量嚴格的鋼種的熱金屬在熱金屬脫硫廠進行脫硫，脫硫試劑可以將熱金屬的硫降低到0.001%，但更多的是在0.004 %到0.005%之間。重要的是，熱金屬脫硫后產生的爐渣要通過撇渣來有效去除。這種渣子含有大量的硫，任何帶入轉爐的渣子都會導致鋼水中的硫含量增加，因為轉爐的條件不利于脫硫。

在將熱金屬倒入BOF轉爐之前，要用磅秤對其進行稱量。準確知道熱金屬的重量是非常重要的，因為任何誤差都會導致轉爐中的化學、溫度和熱量大小問題。這個重量也是靜電荷模型的一個重要輸入。

廢鋼是焦爐轉爐中僅次于熱金屬的第二大鐵單位來源。廢鋼基本上是回收的鐵或鋼，要么是在鋼鐵廠內產生的（如CCM的作物、工廠廢鋼、從鋼鐵熔煉車間廢料中回收的廢鋼，或維修廢鋼），要么是從外部購買的。

重要的是，各種類型的廢品要以正確的數量裝入廢品箱，以滿足廢品混合的要求。對廢品箱進行稱重以了解廢品箱中廢品的確切數量。廢鋼混合和廢鋼重量是重要的參數；否則會對轉爐中的加熱性能產生不利影響。

一般來說，較輕的廢料裝在前面，而較重的廢料裝在廢料箱的后端。這導致較輕的廢鋼在廢鋼箱傾斜時首先落入BOF轉爐。較輕的廢料最好先落在耐火襯上，然后才是較重的廢料，以盡量減少其影響，從而減少對耐火襯的損壞。另外，由于重的廢料比輕的廢料更難熔化，所以最好是放在上面，這樣它就最接近氧氣噴射的區域，從而可以更快地熔化。太大而無法裝入爐子的廢品通過剪子、火焰切割或通過氧氣噴槍切割成小塊。薄而小的廢品，如剪板機和沖床，用特殊的液壓機壓縮成包。通常情況下，較大、較重的廢料比較輕、較小的廢料更難融化。沒有被熔化的廢料會在過程控制中造成重大問題。它可能會導致高溫或在轉爐時漏掉化學成分。

在BOF轉爐中的聯合吹煉做法可以顯著提高混合特性，從而改善大塊廢料的熔化。廢鋼中的某些元素，如銅、鉬、錫和鎳，會通過廢鋼裝料進入轉爐。這些元素不能被氧化，因此在吹制轉爐熱的過程中不能被去除。在吹氧過程中，這些元素均勻地溶解在液槽中。某些其他元素，如鋁、硅和鋯存在于廢料中，在吹煉過程中可以被完全氧化，并融入到爐渣中。在反應傾向方面屬于中間類別的元素，如磷、錳和鉻，會在金屬和爐渣之間分布。鋅和鉛大多在吹制BOF熱量的過程中以蒸汽的形式被去除。鋼鐵熔煉廠通常使用其總金屬裝料的10％至35％作為廢料，具體數量取決于當地條件和經濟情況。 從技術上講，BOF金屬爐料中的廢熱金屬比例取決于硅、碳和熱金屬的溫度、燃燒后噴槍的使用等因素。

直接還原鐵（DRI）在一些鋼鐵熔煉車間被用作冷卻劑以及鐵單位的來源。DRI通常含有大約89%到94%的總鐵（大約88%到96%的金屬化），0.1%到4%的碳，2.8%到6%的氧化鋁和二氧化硅的混合物，3%到8%的氧化鐵和少量的氧化鈣和氧化鎂。DRI可能含有0.005%到0.09%的磷，0.001%到0.03%的硫和低濃度的氮（通常低于20ppm）。

DRI通常以塊狀或塊狀形式進入BOF，其尺寸約為25毫米至30毫米。DRI塊狀物經過鈍化處理，以消除任何自燃的傾向，從而可以在鋼鐵熔煉車間方便地處理它們。DRI通常通過料倉系統被送入轉爐。

在一些鋼鐵熔煉車間，生鐵也被用作鐵單位的來源。生鐵的熔化需要熱量，一旦它被熔化，在轉爐中就會表現為熱金屬。生鐵通過廢品箱與其他混合廢品一起被裝入轉爐。

鐵礦石通常以塊狀形式加入BOF轉爐作為冷卻劑，它經常被用作廢鋼替代品。鐵礦石是有用的廢鋼替代品，因為它們含有較少的殘留元素，如銅、鋅、鎳和鉬。鐵礦石的冷卻效果比廢鋼高三倍左右。礦石中的氧化鐵的還原是內熱的，當鐵礦石用于冷卻時，需要更多的熱金屬和更少的廢料。鐵礦石要在吹煉初期裝入，此時液態浴中的碳含量較高，以便有效地還原鐵礦石中的氧化鐵。礦石中的氧化鐵的還原會產生大量的氣體，因此會增加爐渣的發泡和傾斜的趨勢。晚期加入的鐵礦石會對鐵的產量和終點渣的化學性質產生不利的影響。如果鐵礦石只在轉爐加熱前作為冷卻劑使用，那么爐渣就會變得高度氧化和流動，增加爐渣進入鋼包的可能性。未還原的鐵礦石的冷卻反應的延遲導致溫度突然下降或鋼包反應劇烈，造成鋼水過度氧化。

在BOF轉爐中，可以使用適量的磨屑作為冷卻劑。人們發現，磨屑在提高熱金屬與廢鋼的比率方面非常有效。然而，它在加工過程中會造成嚴重的滑動。在主吹過程中，磨屑和其他氧化鐵的添加物被還原，釋放出鐵和氧氣。這些額外的氧氣可用于除碳，從而加速了整體反應。傾斜可能是由于使用更多的熱金屬（更多數量的硅和碳分別產生更多的SiO2和CO）而增加的熔渣量和增加的反應速率造成的。

在轉爐煉鋼過程中，煅燒石灰的消耗量取決于熱金屬硅、轉爐爐料中熱金屬與廢鋼的比例、初始（熱金屬）和最終（鋼目的）硫和磷含量。煅燒石灰是通過對石灰石進行煅燒而產生的。轉爐煉鋼所需的煅燒石灰的質量在另一篇文章中有所描述，。

由于大量的煅燒石灰在短時間內被注入轉爐，因此仔細選擇石灰的質量對于提高其在爐渣中的溶解度非常重要。一般來說，具有高孔隙率的小塊石灰具有更高的反應性，并能促進爐渣的快速形成。煅燒石灰最常見的質量問題是未煅燒的內芯、水化、過量的細粉和太低的反應性。

煅燒白云石與煅燒石灰一起加入，使爐渣中的氧化鎂達到飽和，并減少爐內耐火材料中的氧化鎂溶解到爐渣中。通常，煅燒白云石含有大約36%到40%的氧化鎂和54%到58%的氧化鈣。煅燒白云石在轉爐熔池中的加入量應使爐渣的氧化鎂含量保持在飽和極限以上。爐渣的氧化鎂水平高于飽和極限，使爐渣的腐蝕性降低，并減少/消除了爐渣對耐火材料的化學侵蝕。

在一些鋼鐵熔煉車間，原白云石被直接添加到轉爐中。這可以作為冷卻劑和氧化鎂的來源，使爐渣飽和，但由于煅燒反應是在轉爐中進行的，所以會有延遲效應。當原白云石被加熱時，會發生內熱煅燒反應，導致轉爐內溫度下降。

煅燒后的白云石也被添加到爐渣中，以便在濺渣之前對爐渣進行調節?？刂旗褵自剖幕瘜W成分和尺寸是很重要的。

在一些轉爐車間，石灰石或生白云石經常被用作冷卻劑而不是助熔劑。如果轉爐溫度高于規定的目標，石灰石通常被用來冷卻熔池。當石灰石被加熱時，會發生內熱煅燒反應，產生氧化鈣和二氧化碳，導致轉爐中的溫度下降。轉爐前的溫度下降程度取決于熱量大小和爐渣的狀況。例如，在150噸的加熱規模中，1噸石灰石的加入會使熔池溫度下降12攝氏度左右。

氟化鈣或氟石（CaF2）是一種爐渣流化劑，可以降低爐渣的粘度。當添加到BOF中時，它通過溶解在石灰顆粒周圍形成的硅酸二鈣（2CaO.SiO2）層來促進石灰在爐渣中的快速溶解，從而延緩石灰在爐渣中的溶解。如今，氟石的使用非常少，因為它對所有類型的耐火材料都有很強的腐蝕性，包括BOF轉爐和鋼水包的腐蝕。此外，氟化物在廢氣收集系統中形成強酸，腐蝕結構部件，這也是不受歡迎的排放物。

二級原料

二級原料是脫氧劑和滲碳劑。這些通常是在從轉爐中提取熱量的過程中在鋼水包中加入的。

脫氧是煉鋼的最后階段。在煉鋼過程中，出鋼時的鋼水含有400至800ppm的活性氧。在出鋼過程中，通過在鋼包中加入適量的鐵合金或其他特殊的脫氧劑來進行脫氧處理。

脫氧劑通常是大宗鐵合金，如硅鐵、硅錳和錳鐵。它們在煉鋼中被用于脫氧以及引入合金元素。它們是在鋼中引入合金元素的最經濟的方法。鐵合金給鋼帶來了獨特的品質。

添加鐵合金也是為了控制晶粒大小，以及改善鋼的機械性能。根據煉鋼過程和所制造的鋼的類型，對不同鐵合金的要求有很大的不同。在鋼中加入鐵合金可以增加其抗腐蝕和氧化的能力，提高其淬透性、高溫下的抗拉強度、添加碳后的耐磨性，并增加鋼的其他理想性能，如蠕變強度等。鐵合金是生產所有類型鋼的重要投入。它們被用作生產合金鋼和不銹鋼的原材料。

如果在吹煉結束時，鋼的碳含量低于規格，液體鋼也要進行再滲碳。這是通過在鋼包中控制添加滲碳劑來完成的。常見的滲碳劑是焦炭微風和石油焦。

然而，在鋼包內的大量添加物對鋼液的溫度有不利影響。

實用氣體

在轉爐煉鋼過程中，水冷噴槍被用來以非常高的速度將氧氣注入液態槽，以生產鋼。隨著對生產質量更高的、雜質含量更低的鋼的要求越來越高，需要提供純度極高的氧氣。因此，用于煉鋼的氧氣至少要有99.5%的純度，最好是99.7%至99.8%的純度。其余部分為0.005%至0.01%的氮氣，其余為氬氣。

在BOF轉爐中，氧氣以超音速（馬赫數>1）噴射，在水冷噴槍的頂端有匯流/發散（拉瓦爾）噴嘴。強勁的氣體射流穿透熔渣并撞擊到液態金屬表面，從而精煉鋼材。今天，大多數轉爐的槍頭含有四到五個噴嘴，氧氣流速在640N cum/min到900N cum/min之間。

氮氣通常被用于BOF轉爐的聯合吹煉和濺渣。改善金屬浴混合所需的氮氣通過安裝在底部的壺嘴或滲透性元件吹出。熔池的攪拌是在熔池中的高碳范圍內用氮氣進行的。底部的流速通常低于0.2N Cum/t分鐘。在典型的實踐中，氮氣是在吹氧的前60％到80％的時候通過底部引入。在氧氣流的第一部分，CO氣體的快速演化可以防止氮氣在鋼中的吸收。

氮氣還用于在從轉爐中抽出熱量后，將調理好的液態爐渣濺到轉爐壁上，以便在耐火材料上形成一層保護性的爐渣涂層。

氬氣通常被用于BOF轉爐的聯合吹氣。改善金屬浴混合所需的氬氣通過安裝在底部的壺嘴或滲透性元件吹出。熔池的攪拌是在熔池中的低碳范圍內用氬氣進行的。底部的流速通常低于0.2N Cum/t分鐘。在典型的實踐中，氬氣是在吹氧的最后20％到40％時通過底部引入。

耐火材料和耐火材料

轉爐煉鋼需要三種類型的耐火材料。它們是基本磚，通常是氧化鎂碳質耐火材料，氧化鎂基炮灰用于耐火材料損壞部分的炮擊，以及修補材料（通常是破碎的舊磚）用于修補轉爐底部的侵蝕。

消耗品探針

轉爐煉鋼所需的消耗品是一次性探頭，用于在吹煉結束后對鋼水進行取樣分析，以及在吹煉結束后測量熱金屬加料包中的熱金屬和轉爐中的鋼液溫度。

冷卻水

在BOF轉爐的鋼鐵生產中，需要水來冷卻吹氧槍和噴嘴，以及冷卻廢氣。

為防止吹氧槍在轉爐中燒毀，吹氧槍中需要冷卻水。銅槍噴嘴和鋼槍都是通過循環水冷卻的，壓力約為6公斤/平方厘米。噴槍的重要組成部分是水冷卻通道，冷卻水流經噴嘴的中心并通過噴槍的外管流出。它的設計是為了在噴嘴區域獲得最大的冷卻水速度，該區域暴露在最高溫度下。 冷卻水對于保持噴槍的高壽命至關重要。流速需要保持在設計速度上。冷卻水出口溫度不得超過60攝氏度至65攝氏度。

從轉爐出來的富含CO的氣體首先在轉爐罩內通過冷卻水或蒸發冷卻系統（ECS）進行間接冷卻，使其標稱溫度從1600-1700攝氏度降至900攝氏度左右。

在一些鋼鐵熔煉車間，轉爐的頂錐是水冷的。煉鋼廠轉爐頂錐的兩個部件可以從水冷中受益，作為保持其低工作溫度的一種手段，它們是錐殼本身和錐體頂角的唇環。

水的質量是一個重要參數。如果水被氧化物或污垢污染，通常會在管道內形成沉積物，從而對傳熱產生不利影響。