世界上大多数联合钢铁企业普遍采用高炉一氧气转炉(BF-BOF)的方法生产粗钢。

　　高炉生产率受原料质量和过程控制的双重影响， 而转炉生产率主要受炼钢厂设计能力(包括物流水平)和冶炼钢种的影响，入炉原料质量影响在其次。

　　因此，一段时期内，高炉生产率仍有提升空间，而转炉生产率提高有限，从而造成了高炉与转炉产量的不匹配。

　　因此，炼钢工作者面临着寻找其他方法提高转炉生产率的问题。其中一种方案是采用“直吹”方法(即一次拉碳法)，省去转炉终点参数检测的时间，本文探讨了该方法的优缺点。

　　目前，日本和欧洲的炼钢-厂普遍采用快速出钢程序，取样和检测时间约为 13min。生产时主要通过液态集热方法用副枪测温、测碳，转炉不需移动，在直立状态就可测量。硫和磷成分连续稳定地满足标准要求是快速出钢成功的根本保证。这种方法能节省实验室分析时间约 3-6min。它们只需按生产程序出钢即可。

　　北美的炼钢厂普遍采用简化的快速出钢法，少数有副枪，其他采用投弹式热电偶和氧传感器，将带有保护层的线圈缠绕在重型铸铁弹上，然后被扔进转炉内，电线很长可以读取测量数据，吹氧停止后读数非常准确。有些工厂也使用吹炼期间的读数，如果硫、磷和其他残存元素符合标准要求，则可立即出钢。对于有两座转炉的车间，其中一座炉子维修和换衬时可采用这种方法，能使产量损失最小。

　　1 印度波卡罗(Bokaro)钢铁公司

　　隶属于印度钢铁管理局的波卡罗钢铁公司第二炼钢厂，采用 BOF-LF 精炼-连铸工艺生产满足顾客严格质量要求的各级别钢种。该厂年产铝脱氧低碳板坯约 300 万吨。

　　主要生产钢种有 LPG、EDD、WTCR、SAILMA、HSFQ 和 IS2062 等。该厂主要设备有 2500t 混铁炉，带有底吹设备的两座 300t 氧气转炉，两座 300t 精炼炉，两台双流板坯连铸机。

　　复吹转炉所用原料主要为来自混铁炉的高炉铁水 260-270t，以及 35-40t 的废钢，具体废钢量根据高炉铁水硅含量确定。造渣料为石灰(约 12t)，轻烧白云石(约 7-8t)，生白云石(约 5-6t)，吹炼时间约 16-17min，正常出钢需要 8-9min。平均出钢温度在 1660-1680℃。

　　生产工艺流程为:高炉→混铁炉→装入废钢→装入铁水→吹氧→出钢→连铸→板坯。

　　碱性氧气转炉炼钢是用高纯度氧气氧化入炉料中的碳、硅、硫和磷。转炉车间处理一炉 270-280t 钢至少需要大约 45-50min。在吹炼开始和脱碳末期通过炉底吹入氩气或氮气搅拌熔池。通过炉底气体复吹，造渣、CO 泡沫及反应接近平衡等条件都很容易实现。

　　基本生产过程为:从混铁炉取铁水→装入废钢→兑入铁水→首次吹炼→取样→补吹(需要时) →出钢→除渣。然后下一炉钢再重复这一过程。

　　上述转炉炼钢每一工序所需时间见表 1。

　　时间长短根据入炉原料的成分和温度、炉型以及所炼钢种的成分和温度而变化。传统转炉炼钢主要的基本操作步骤见表2。

　　完成所有这些生产工序所花的总时间称为一个冶炼周期。提高生产率的关键是减少冶炼周期时间。影响冶炼周期时间的因素有:转炉容量、车间物流、产品化学成分、铁水化学成分和温度以及采用的冶炼方法。

　　任何减少冶炼周期时间提高生产率的方法都需要改变上述 1-2 个因素。传统出钢生产是在吹炼终点检测熔池的温度和溶解氧含量，出钢前取钢样和渣样。在这种情况下，从吹炼完成到开始出钢的时间间隔约需 10-14min，有时需要等到化验室化验结果出来后才出钢，以保证获得满意的化学成分含量。

　　转炉具有优越的脱磷能力。如果入炉铁水磷含量低且均匀，出钢检测所需试样取样后即可出钢。任何成分的微小调整均可在钢包内进行。

　　2 波卡罗第二炼钢厂直吹生产实践

　　为提高工厂产量，波卡罗钢铁公司首先采取了缩短冶炼周期的方法。经过研究分析之后发现，缩短从吹炼结束到出钢之间的时间间隔，从而缩短转炉冶炼周期是可行的。因为如果改变入炉原料尺寸或者改造车间物流，都需要较大的投资和较长的时间。

　　为了缩短从吹炼结束到出钢之间的时间间隔，需要采用新的炼钢工艺。用静态模型计算了所要达到的终点温度和成分。静态模型保持质量和能量平衡，给出了初始条件(废钢和铁水的温度和成分)以及吹炼终点时的熔池和炉渣条件，能够指导操作工人获得冶炼所需要的总氧量和造渣剂量，以达到吹炼终点要求。预定的氧量一旦达到，则停止吹炼。

　　除了装料模型，操作工人还可根据炉口火焰颜色变化、烟气系统冷却回路中蒸汽流量的明显下降等信号，来判断脱碳是否完成。

　　由于静态装料模型未考虑生产的动态过程，所以其预测终点的能力有限。

　　初始条件中的不确定性(如铁水的质量、温度和成分，废钢的质量和形状，造渣剂的加入等)和氧枪效率的变化也影响终点参数的准确度。氧枪的高度和流量在一炉钢内都是变化的，而且在不断的使用过程中，氧枪会被磨损，随着耐火材料的不断侵蚀，转炉容量也会发生变化。

　　第二炼钢厂生产工艺调整为，将预定的氧量由原先的首次吹炼和补吹(见表 2 中的第 8-11 项) 改变成一次性吹入炉中，且不增加其他工序。

　　研究表明，这一改变将冶炼周期时间降低 15%-20%。本文称为“直吹炼钢”，其工艺过程为: 吹炼→取样测温→出钢→倒渣。

　　3 直吹法优缺点分析

　　直吹除了对生产率有直接影响外，对其他方面影响的优缺点分析如下:

　　3.1 优点

　　1)由于省去中间倒渣环节，节省了和炉渣一起流出的钢水，一定程度上提高了产量。

　　2)传统工艺中的补吹(倒渣后)有时产生过吹。而在直吹时不会发生，所以氧枪寿命长。

　　3)理论上，炉渣中 FeO 含量低，钢水收得率高，转炉寿命长(FeO 对炉衬产生化学侵蚀)。

　　4)在传统生产工艺中，一个冶炼周期有两次燃烧，而直吹工艺只有一次燃烧。其优点如下: 固定烟罩和活动烟罩寿命较高;

　　因为燃烧系统减少了一段，因而煤气回收系统负荷减小; 转炉煤气(可燃)回收量有一定程度提高; 钢液与耐火材料的接触时间减少。

　　3.2 缺点

　　1)由于出钢温度较高，化学成分有时偏差较大，增大钢水二次精炼压力。另外，出钢温度高，回硫机率增大，脱磷困难。

　　2)在整个吹炼期间保持高温度梯度比较困难。

　　3)造渣剂消耗有一定增加。

　　4)直吹冶炼时钢液中氧含量较高，需要更多的脱氧剂。

　　5)直吹最大的缺点是钢液温度高，炉渣与炉衬接触时间长，这会降低炉衬使用寿命。但也存在另一个相反的因素是渣中 FeO 含量低，从而减轻了对炉衬的侵蚀。

　　4 直吹实际生产结果

　　波卡罗钢铁公司第二炼钢厂全面开展了直吹炼钢生产。

　　在直吹之前的生产中，操作工人需要在开吹之前确定吹氧进度，吹炼期间何时及加入多少造渣剂以满足终点温度和成分要求。传统生产在首次吹炼结束后，氧枪提起，转炉倾斜取样、检验温度和成分，以确定实际吹炼达到的程度，然后再补吹以调整温度和成分，从而达到出钢要求。

　　由于试样在独立实验室进行光谱分析，化学成分分析需要花费较长时间约 12-13min。因而，为调整温度和成分而进行的补吹，将会造成铁合金损失或其他负作用，如降低炉衬使用寿命等。

　　该厂在实施直吹后，转炉冶炼所需要的全部氧量一次吹入熔池。首次吹炼之后的倒渣、取样和测温全部省掉。采用计算机静态控制，极大地提高了终点温度和成分的命中率。实施直吹工艺后，冶炼周期各工序时间如表 3 所示。转炉车间生产率提高了 25%。

　　每天冶炼炉次从 21.3 炉提高到 26.5 炉，2012-2013 年间日产最高可达到 29.2 炉。

　　该厂产量提高的最大原因是，从吹炼结束到出钢乏间时间的缩短。

　　现在在波卡罗钢铁公司第二炼钢厂采用直吹工艺的炉数平均达到 90%以上。补吹已降到 5%以下。而在实施直吹工艺之前，补吹比例在 20%以上。

　　采用直吹工艺后，终点目标完成好，熔池不再发生过吹，出钢时炉渣中的 FeO 含量不再增加。

　　5 结论

　　波卡罗钢铁公司第二炼钢厂实施直吹工艺后，产量提高 25%，另外终点目标命中率得到改善，减少了一次补吹。

　　缺点是原来通过管理提升得到改善的炉衬寿命，由于实施直吹工艺而有部分被抵消。由于熔池氧化气氛浓厚，金属消耗增加。

　　根据以上分析，每个工厂具体情况不同，在联合钢铁厂实施直吹工艺，需要综合考虑车间物流，产量提高幅度所需要匹配的上下游工序。