氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是降碳、升温、脱磷、脱硫以及脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺操作则是控制装料、供氧、造渣、温度及加入合金材料等，以获得所要求的钢液，并浇成合格钢锭或铸坯。
从装料起到出完钢、倒完渣为止，转炉一炉钢的冶炼过程包括装料、吹炼、脱氧出钢、溅渣护炉、倒渣等几个阶段。一炉钢的吹氧时间通常为l2～18min ，冶炼周期(相邻两炉之间的间隔时间，即从装料开始到装料开始或者从出钢毕到出钢毕)通常为30～40min。表10—1为氧气顶吹转炉生产一炉钢的操作过程，图10—1为转炉吹炼一炉钢过程中金属和炉渣成分的变化。
吹炼的前l／3—1／4时间，硅、锰迅速氧化到很低的含量。在碱性操作时，硅氧化较彻底，锰在吹炼后期有回升现象；当硅、锰氧化的同时，碳也被氧化。当硅、锰氧化基本结束后，随着熔池温度升高，碳的氧化速度迅速提高。碳含量<0.15％以后，脱碳速度又趋下降。在开吹后不久，随着硅的降低，磷被大量氧化，但在吹炼中后期磷下降速度趋缓慢，甚至有回升现象。硫在开吹后下降不明显，吹炼后期去除速度加快。
熔渣成分与钢中元素氧化、成渣情况有关。渣中CaO含量、碱度随冶炼时间延长逐渐提高，中期提高速度稍慢些；渣中氧化铁含量前后期较高，中期随脱碳速度提高而降低；渣中Si02，Mn0，P205含量取决于钢中Si，Mn，P氧化的数量和熔渣中其他组分含量的变化。在吹炼过程中金属熔池升温大致分三阶段：第一阶段升温速度很快，第二阶段升温速度趋缓慢，第三阶段升温速度又加快。熔池中熔渣温度比金属温度约高20-1000C。
根据熔体成分和温度的变化，吹炼可分为三期：硅锰氧化期(吹炼前期)、碳氧化期(吹炼中期)、碳氧化末期(吹炼末期)。
表10—1 氧气顶吹转炉一炉钢的操作
工 艺 操 作 | (出钢 倒渣完 毕)加 废钢， 兑铁水 | 下氧 ， 点火 吹炼 | 从高位 料仓加 熔剂 (造渣料) | 吹炼过 程加熔 剂、调 整位 控制炉渣 | 副 测量 或倒 炉取 样测温 | 动 态 控 制 | 氧 停止 供 氧 (拉 碳) | 终点副 测量 或倒炉 测温取样 | 出 钢 加 合 金 | (出尽 钢水) 溅渣 | 倒 渣 |
供氧 时间 ％ | 1～3 | 20～70 | ～80 | ～l00 | ～l00 | ||||||
吹炼时间 %
图10—1 转炉吹炼一炉钢过程中金属和炉渣成分的变化
一、装入量
装入量指炼一炉钢时铁水和废钢的装入数量，它是决定转炉产量、炉龄及其他技术经济指标的重要因素之一。在转炉炉役期的不同时期，有不同的合理装入量。对于公称容量一定的转炉，金属装入量在一定范围内变化。转炉公称容量有三种表示方法：平均炉金属料(铁水和废
钢)装入量，平均炉产良锭(坯)量，平均炉产钢水量。这三种表示方法因出发点不同而各有特点，均被采用，其中以炉产钢水量使用较多。用铁水和废钢的平均炉装入量表示公称容量，便于做物料平衡与热平衡计算。
装入量中铁水和废钢配比是根据热平衡计算确定的。通常，铁水配比为70％～90％，其值取决于铁水温度和成分、炉容量、冶炼钢种、原材料质量和操作水平等。
在确定装入量时，必须考虑以下因素：
1．要保证合适的炉容比。炉容比是指转炉内自由空间的容积(V)与金属装入量(t)之比(V／t，m3／t)。它通常波动在0.7～1.0。我国转炉炉容比一般不小于0.5。合适的炉容比是从实践中总结出来的，它与铁水成分、冷却剂类型、氧喷头结构和供氧强度等因素有关，应视具体条件加以确定。表10—2列出了我国一些钢厂转炉的炉容比。
表10-2 一些钢厂转炉的炉容比
厂名 | 宝钢 一炼钢 | 武钢 三炼钢 | 鞍钢 三炼钢 | 攀钢 | 武钢 二炼钢 | 太钢 二炼钢 | 天钢 二炼钢 |
吨位 | 300 | 250 | 150 | 120 | 80 | 50 | 20 |
炉容比m3／t | 0.88 | 0.87 | 0.86 | 0.90 | 0.71 | 0.97 | 0.85 |
2．要有合适的熔池深度。合适的熔池深度应大于顶氧气射流对熔池的最大穿透深度的一定尺寸，以保证生产安全、炉底寿命和冶炼效果。表10—3为一些大、中型氧气顶吹转炉的熔池深度。
表10—3 一些大、中型转炉的熔池深度
装入量(t) | 50 | 80 | 100 | 200 | 300 |
熔池深度 (mm) | 铁水温度1050 | 1190 | 1250 | 1650 | 1900 |
3．应与钢包容量、浇铸吊车起重能力、转炉倾动力矩大小、铸机拉速及模铸锭重等相适应。
二、装入制度
装入制度是指一个炉役期中装入量的安排。装入制度有三种：定量装入、定深装入和分阶段定量装入法。
1．定量装入 定量装入是指在整个炉役期间，保持每炉的金属装入量不变。优点是生产组织简便，操作稳定，有利于实现过程自动控制，多为大型钢厂采用。缺点是容易造成炉役前期装入量偏大而熔池偏深，炉役后期装入量偏小而熔池偏浅。
2．定深装入 定深装入是：指在整个炉役期间，保持每炉的金属熔池深度不变。优点是氧操作稳定，有利于提高供氧强度和减少喷溅，不必当心氧气射流冲击炉底，可以充分发挥转炉的生产能力。但它使装人量和出钢量变化较频繁，给组织生产带来困难。
3．分阶段定量装入 分阶段定量装入是指在一个炉役期中，按炉膛扩大的程度划分为若干阶段，每个阶段实行定量装入。它兼有前两者的优点，是生产中最常见的装入制度。
三、装入操作
上炉出钢完毕，溅渣护炉后，炼钢工检查炉衬情况，若各部位完好，便可以组织装料，继续炼钢。装料的程序一般是先加废钢，后兑铁水。
1．加废钢
由于顶吹转炉主要靠铁水的物理热和化学热来炼钢，为了合适地掌握冶炼过程和终点温度，根据铁水条件需配加一定数量的废钢作为冷却剂。
加废钢一般由炉前摇炉工指挥，转炉向前倾30°至45°指挥天车对正转炉，将废钢料槽的前沿落在转炉的炉口上。然后指挥天车起付钩将废钢倒入转炉。
2．兑铁水
混铁炉工将本炉所要铁水跟随天车送至炉前，为了节约时间，应在上一炉出钢前就把铁水准备好。
炉前工指挥天车的位置应转炉的侧面，在天车工和摇炉工都能看见的地方，哨音和手势要清楚。
向转炉兑铁前应指挥天车对正转炉。转炉应向前倾+30°左右，指挥天车高度适宜后，缓慢向炉内兑铁水。随着天车小钩的上升，缓慢向下摇炉至+60°左右结束。在兑铁水时要防止洒铁。
3．废钢比
废钢装入量和总装入量之比称为废钢比。增加废钢比可以降低铁水消耗，降低转炉生产成本，还可以降低散状料的加入量，减少渣量，从而降低炉渣对炉衬的机械冲刷。转炉炼钢厂根据各自的铁水条件和冶炼品种来确定废钢比，一般在10%-15%。
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