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基礎(chǔ)氧氣爐（BOF）的煉鋼操作有時也被稱為基礎(chǔ)氧氣煉鋼（BOS）。這是世界上最強大和最有效的煉鋼技術(shù)。大約71%的粗鋼是由這種工藝制造的。BOF工藝于20世紀50年代初在奧地利林茨和多納維茨的兩個鋼鐵廠開發(fā)，因此BOF工藝也被稱為LD（這兩個城市的第一個字母）煉鋼。

在BOF工藝上存在幾種變化。主要有頂吹、底吹，以及兩者的結(jié)合，也就是所謂的聯(lián)合吹煉。

煉鋼工藝是自發(fā)的，或者說是自給自足的能源，利用氣態(tài)氧（O2）將液態(tài)鐵（熱金屬）轉(zhuǎn)化為鋼，以氧化熱金屬（HM）中不需要的雜質(zhì)。所用的氧氣必須是高純度的，通常最低為99.5%，否則鋼可能會吸收有害的氮氣（N2）。

煉鋼廠的主要原料一般是來自高爐的HM（約80%或更多）和剩余的廢鋼。這些都被裝入BOF容器中。氧氣以超音速被吹入BOF。它氧化了HM中的碳（C）和硅（Si），釋放出大量的熱量，使廢鋼熔化。鐵（Fe）、錳（Mn）和磷（P）的氧化所產(chǎn)生的能量較少。這個過程中使用的熔劑主要是煅燒石灰（CaO含量超過92%）。這種石灰是由二氧化硅（SiO2）含量低的石灰石煅燒而成的。一氧化碳（CO）在離開轉(zhuǎn)爐后的燃燒也將熱量傳回熔池。煉鋼廠的產(chǎn)品是具有特定化學(xué)分析的液體鋼，溫度約為1650攝氏度。

術(shù)語 "基本 "是指爐子的耐火襯里，由堿性材料（白云石和菱鎂礦）制成。耐火襯必須具有特定的性能，以承受高溫、高度氧化和堿性爐渣的腐蝕作用，以及裝料和吹煉過程中的磨損。堿性爐渣需要用來去除液體裝料中的P和硫（S）。

沸騰爐容器也被稱為轉(zhuǎn)爐，是一個帶有耐火材料襯里的桶狀鋼殼，支撐在一個傾斜的機構(gòu)上。轉(zhuǎn)爐的高度（H）和直徑（D）之間的比率在1.0到1.3之間。 轉(zhuǎn)爐外殼由三部分組成，即（i）球形底部，（ii）圓柱形外殼，以及（iii）上錐體。轉(zhuǎn)換器外殼被連接到一個裝有耳軸的支撐環(huán)上。支撐環(huán)在吹氧過程中提供了轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定位置。轉(zhuǎn)爐能夠在垂直平面內(nèi)圍繞其水平軸旋轉(zhuǎn)360度，由電動機驅(qū)動的耳軸，可以保持在任何位置。這種旋轉(zhuǎn)（傾斜）對于加熱期間的各種轉(zhuǎn)爐操作是必要的。加熱后，只有8%至12%的轉(zhuǎn)爐容積被鋼液填滿。熔池深度約為1.2米至1.9米。

煉鋼廠轉(zhuǎn)爐的容量（熱量大?。?0噸到400噸不等，但大多數(shù)轉(zhuǎn)爐都在100-250噸之間。一個BOF熔煉車間通常有一到三個轉(zhuǎn)爐。一個轉(zhuǎn)爐加熱的水龍頭到水龍頭的時間約為40-50分鐘，其中50％是吹氧時間。這種生產(chǎn)速度使該工藝與液態(tài)鋼的連續(xù)鑄造相適應(yīng)，這反過來又對從粗鋼到出貨產(chǎn)品的產(chǎn)量以及下游軋制鋼的質(zhì)量產(chǎn)生了巨大的有利影響。

頂吹轉(zhuǎn)爐配備了用于向熔池吹送O2的噴槍。噴槍是水冷的，有一個多孔（從3到6）的銅（Cu）尖端。O2流量通常在6到8cum/min.t之間，O2壓力通常在12到16大氣壓之間。

通常需要六層樓的建筑來容納BOF轉(zhuǎn)爐，以容納高架合金和焊劑倉，以及從BOF轉(zhuǎn)爐中降下和升起的長的O2噴槍。圖1顯示了轉(zhuǎn)爐車間的典型截面示意圖。

圖1 轉(zhuǎn)爐車間的典型截面示意圖

 在轉(zhuǎn)爐開始加熱之前，對HM進行稱重，取樣進行化學(xué)分析和溫度分析。這些數(shù)據(jù)以及牌號規(guī)格被用來計算所需的廢鋼、助焊劑和氧氣的數(shù)量。這些數(shù)量還取決于Si和C等的含量以及HM的溫度，因為雜質(zhì)氧化產(chǎn)生的熱量必須平衡將廢料、助焊劑和熱金屬帶到所需溫度的要求。在現(xiàn)代鋼鐵熔煉車間，一旦知道了HM的溫度和化學(xué)分析，計算機收費模型就會確定廢鋼和HM的最佳比例、助焊劑的添加、噴槍高度和吹氧時間。

當轉(zhuǎn)爐向裝料區(qū)傾斜約45度時，開始加熱，在廢料裝料吊車的幫助下，預(yù)先稱好的廢料裝料從廢料裝料箱中裝入轉(zhuǎn)爐口。通過HM裝料起重機，HM立即從一個轉(zhuǎn)移勺中直接倒在廢鋼上。煙霧和kish（來自C型飽和熱金屬的石墨片）從轉(zhuǎn)爐口排放出來，由污染控制系統(tǒng)收集。充電通常需要2-3分鐘。充電后，轉(zhuǎn)爐被旋轉(zhuǎn)到垂直位置，噴槍被降低到離轉(zhuǎn)爐底部約2.5米至3.0米處。通過這個噴槍，O2被吹到混合燃料中。噴槍將O2高速吹向混合燃料，反應(yīng)開始。幾秒鐘后，當反應(yīng)產(chǎn)生的CO燃燒成二氧化碳（CO2），在轉(zhuǎn)爐口產(chǎn)生明亮的火焰時，就會發(fā)生點火。每生產(chǎn)一噸粗鋼所使用的O2量約為55-60立方。噴槍在液態(tài)金屬上方的高度對吹氣特性和鋼的分析有重要影響。操作開始時，噴槍處于高位吹氣位置，離轉(zhuǎn)爐中的金屬液面約3米。幾分鐘后，在加入熔劑并形成足夠的熔渣后，噴槍被降到低吹位置。

點火后，從高架箱中向轉(zhuǎn)爐中投下稱量的煅燒石灰/白云石熔劑。有時，螢石也會被扔進轉(zhuǎn)爐。這些都是形成爐渣的助熔劑。在吹煉的早期，有必要形成流動的爐渣，它具有防止火花的功能，即由于O2射流的沖擊而從轉(zhuǎn)爐中噴出金屬。為了促進熔渣的快速形成，使用了煅燒石灰。如果使用生石灰，其煅燒會吸收工藝中的熱量。加入螢石是為了促進爐渣的流動性。任何需要的鐵礦石（以調(diào)整溫度），然后與剩余的助熔劑裝料一起加入，同時繼續(xù)吹氣。復(fù)雜的助熔劑是在吹煉的最初幾分鐘內(nèi)加入的。

當吹煉開始時，會聽到一聲刺耳的尖叫。隨著HM中的硅被氧化形成二氧化硅（SiO2），并與基本的助焊劑發(fā)生反應(yīng)，形成一種含氣的熔渣，將長矛包裹起來，這種聲音很快就被掩蓋了。 該氣體主要是來自HM中的C的CO。氣體演化的速度是轉(zhuǎn)爐容積的好幾倍，常見的情況是熔渣在轉(zhuǎn)爐的唇邊滑動，特別是當熔渣太粘稠時。根據(jù)金屬爐料的化學(xué)成分和鋼液的規(guī)格，吹煉會持續(xù)一個預(yù)定的時間。這通常是15至20分鐘，噴槍通常被預(yù)設(shè)為在吹煉期間移動到不同高度。然后，噴槍被抬起，以便轉(zhuǎn)換器可以轉(zhuǎn)向下方的裝料區(qū)，進行取樣和測溫。然而，靜態(tài)電荷模型并不能確保在指定的C和溫度下有一致的轉(zhuǎn)化率，因為HM分析和金屬電荷的重量并不精確知道。此外，在低于0.2%的溫度下，鐵的高度放熱氧化會隨著脫碳發(fā)生不同程度的反應(yīng)。轉(zhuǎn)換器口的火焰下降預(yù)示著低攝氏度，但轉(zhuǎn)爐的溫度可能偏離正負30攝氏度至50攝氏度。

鋼材樣品通過氣動管被送到鋼材測試實驗室。同時，在一次性熱電偶的幫助下，測量鋼液的溫度。在溫度和分析的基礎(chǔ)上，決定是否需要進一步調(diào)整。可以加入冷卻劑，將溫度降低到所需的出鋼溫度，也可以對氧氣進行短暫的重新吹掃，以糾正分析結(jié)果或提高溫度，或兩者兼而有之。當測試和溫度讀數(shù)令人滿意時，轉(zhuǎn)爐將傾斜到出鋼位置。石灰石、廢料、鐵礦石、燒結(jié)礦和直接還原鐵都是潛在的冷卻劑，可以添加到被吹得過熱的熱量中。經(jīng)濟性和處理設(shè)施決定了每個車間的選擇。

早些時候，重新吹氣或添加冷卻劑會導(dǎo)致從水龍頭到水龍頭的時間增加。但是現(xiàn)在，隨著更多的操作經(jīng)驗、更好的計算機模型、對金屬輸入質(zhì)量的更多關(guān)注，以及用于調(diào)整溫度的鋼包爐的出現(xiàn)，降溫控制更加穩(wěn)定。在一些鋼鐵熔煉車間，副爐在吹煉預(yù)定結(jié)束前兩分鐘提供溫度和C值檢查。這一信息允許在最后兩分鐘內(nèi)進行修正，從而提高轉(zhuǎn)爐性能。 副槍允許計算機達到終點，并大大減少了吹掃結(jié)束和出鋼之間的時間。然而，副槍的操作是昂貴的，而且由于傳感器的故障，所需的信息可能并不總是可用。

一旦準備好出鋼，預(yù)熱過的鋼水包（STL）被放置在爐下的鋼包車中，轉(zhuǎn)爐向出鋼口傾斜，鋼液通過出鋼孔從浮渣下涌入下面的STL。分接孔位于轉(zhuǎn)爐上部錐體部分的一側(cè)。通常情況下，擋渣器是用來防止轉(zhuǎn)爐下轉(zhuǎn)時渣子進入STL的。有幾種類型的擋渣器（也被稱為擋渣飛鏢）可供選擇。擋渣器通常與操作員的視覺觀察一起工作，這仍然是最主要的控制裝置。鋼包中的熔渣會導(dǎo)致P的還原，脫硫延遲，可能還會導(dǎo)致鋼的清潔度降低。鋼包添加劑可用于降低渣中的氧化鐵（FeO）含量，但無法改變磷的含量。

在將鋼水攻入STL后，轉(zhuǎn)爐被倒置，以便將剩余的渣攻入渣罐。然后將轉(zhuǎn)爐恢復(fù)到直立位置。對于一些加熱，殘渣用N2吹出，以涂抹在容器的筒體和耳軸區(qū)域。這個過程被稱為濺渣。在活動接近尾聲時，也可能需要在高磨損區(qū)域用耐火材料進行炮擊。一旦轉(zhuǎn)爐維護完成，轉(zhuǎn)爐就可以接受下一次加熱的裝料。

在聯(lián)合吹煉的情況下，惰性氣體將通過轉(zhuǎn)爐底部的多孔塞子或壺嘴注入。底部噴氣可以促進混合，并由于減少傾斜而提高產(chǎn)量。(在吹氧過程中，當爐渣和鋼水從轉(zhuǎn)爐中排出時，就會出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象）。

轉(zhuǎn)爐工藝不使用額外的燃料。HM雜質(zhì)（C、Si、Mn和P）的氧化提供了熱量。熔融金屬的氧化和爐渣的形成是一個復(fù)雜的過程，分幾個階段進行，并同時發(fā)生在不同階段（氣體-金屬、氣體-爐渣、爐渣-金屬）的邊界上。在BOF中煉鋼的化學(xué)成分將在另一篇文章中給出。

大多數(shù)氧化物被爐渣吸收。氣態(tài)產(chǎn)物CO和CO2被轉(zhuǎn)移到大氣中，由排氣系統(tǒng)排出。大氣的氧化潛力由燃燒后的比率來描述，它被定義為CO2/（CO2+CO）。

煉鋼廠工藝的脫硫能力是有限的，因為在煉鋼廠中形成的爐渣是氧化性的（不是還原性的），因此在該工藝中硫的分布系數(shù)的最大值約為10，這可能是在含有高濃度氧化鈣（CaO）的爐渣中實現(xiàn)。

在BOF煉鋼中，爐渣中高的CaO/SiO2比率（通常為3或以上）是理想的。一個經(jīng)驗法則是，石灰的添加量應(yīng)是所加Si重量的6倍。氧化鎂的添加量取決于最終出鋼溫度，通常設(shè)計為出鋼溫度在1650攝氏度左右時占最終爐渣重量的8%到10%。

鐵合金從高架倉裝入轉(zhuǎn)爐。常見的合金是錳鐵、硅錳和硅鐵。

基本的耐火材料被用于轉(zhuǎn)爐的內(nèi)襯。氧化鎂-碳質(zhì)耐火襯是轉(zhuǎn)爐中使用最多的耐火襯。

環(huán)境問題

轉(zhuǎn)爐工藝在廢氣中產(chǎn)生密集的棕色氧化鐵煙。煤爐車間的環(huán)境問題包括以下內(nèi)容。

捕獲和清除轉(zhuǎn)爐熱和臟的一次廢氣中的污染物

與轉(zhuǎn)爐充電和出氣有關(guān)的二次排放

控制輔助操作的排放，如HM轉(zhuǎn)移和脫硫等。

回收和/或處理收集到的氧化粉塵或淤泥

轉(zhuǎn)爐渣和轉(zhuǎn)爐泥的處理。

大多數(shù)轉(zhuǎn)爐一次氣體處理系統(tǒng)是根據(jù)抑制燃燒系統(tǒng)的原理設(shè)計的，氣體在未燃燒的狀態(tài)下被處理，并在靜電除塵器或濕式氣體洗滌系統(tǒng)中進行清潔，將氣體與粉塵分離，然后以固體或泥漿的形式收集，而清潔的氣體通過煙囪進入大氣或收集在氣體支架中。這種氣體具有相當好的熱值（1700-2000千卡/立方米），在鋼鐵廠中被用作燃料。抑制燃燒系統(tǒng)提供了回收能源的潛力。

與BOF轉(zhuǎn)爐裝料和出料有關(guān)的二次逃逸排放物，或吹氧時從主罩逃逸的排放物，可由服務(wù)于局部罩或位于車間桁架上的高頂罩或兩者的排氣系統(tǒng)捕獲。通常情況下，使用織物收集器或袋式房來收集這些逃逸性排放物。同樣，輔助操作，如HM轉(zhuǎn)運站和脫硫等，通常由排入織物過濾器的局部煙罩系統(tǒng)提供服務(wù)。

在初級系統(tǒng)中捕獲的顆粒物，無論是以來自濕式洗滌器的污泥還是來自沉淀器的干粉塵的形式，都必須在回收之前進行處理。來自濕式洗滌器的污泥需要一個額外的干燥步驟。轉(zhuǎn)爐粉塵或污泥不是列出的危險廢物。它可以在壓塊或造粒后被回收到高爐或燒結(jié)廠。

煉油廠爐渣由于石灰含量高，經(jīng)常通過燒結(jié)廠和高爐循環(huán)使用。 煉鋼爐渣也被用作鐵路路基。