鐵水預處理對改善轉爐操作指標和提高鋼質量起著非常重要的作用。美國和西歐國家的鐵水預處理僅限於脫硫,而日本的鐵水預處理包括脫硫、脫矽和脫磷。如1989,日本預處理鐵水的比例為:NKK公司京濱工廠55%,新日鐵駿津工廠74%,神戶工廠85%,川崎千葉工廠90%。
日本所有的轉爐鋼廠,美國、西歐國家的幾十家鋼廠,以及其他國家所有新建的鋼廠都配有副槍進行檢測。在預定吹煉時間結束前幾分鐘內適當使用這種槍,可以保證極高的碳含量和鋼水溫度命中率,使吹煉停止後90%-95%的爐次可以立即出爐,即不需要化驗化學成分,當然也不需要補充吹煉。此外,這也提高了產量,並大大減少了襯裏的磨損。
復吹可以促進各項冶煉參數的穩定,因此在許多國家得到推廣。20世紀80年代初誕生於盧森堡和法國的LBE煉鋼法,演變為壹系列衍生工藝,有20多個名稱,如STB、LD-KC、BAP、TBM、LD-OTB、LD-CB、K-BOP、K-OBM、LET等。實踐證明,LBE原型法和衍生法各有優勢。LBE、LD-KC、BAP和TBM之間沒有區別——它們都是在爐頂吹氧氣,在爐底吹氬氣。還有壹些方法是從爐底輸入壹氧化碳、二氧化碳和氧氣。各種復吹工藝可以用下圖(轉爐座數)來說明。1983, 1988, 140, 1990, 228.奧地利、澳大利亞、比利時、意大利、加拿大、盧森堡、葡萄牙、法國、瑞士、韓國等國家的轉爐全部或幾乎全部采用復吹。
純底吹氧氣煉鋼(LWS OBM Q-BOP)尚未推廣。1983年有26臺這樣的轉換器在運行,1990年只剩下18臺。
日本采用所謂的吹掃法,即在爐頂吹氧結束時,從爐底吹氬,使鋼水含碳量達到0.01%。這對於汽車鋼、薄鋼板和電工鋼的冶煉尤為重要。
值得註意的是,日本正在開發復合吹煉條件下調節冶煉過程的新方法和新設備。其中,爐頂氧槍中的光纜用於隨吹煉過程連續監測鋼中錳含量;利用安裝在爐底的光纖傳感器和排出氣體的信息連續監測鋼水溫度;開展了飛濺預測和預防的研究。
神戶制鋼公司開發的噴濺預報是基於對頂吹氧槍懸掛系統的檢測。日本NKK公司京濱工廠通過監控出鐵口來減少噴濺。當爐渣猛烈上升時,視頻信號發出指令,向爐內添加煤或石灰石。更好的材料(就穩定熔池的時間而言)是煤。
轉爐爐襯壽命是壹個極其重要的課題。日本、美國和西歐國家的數據分析表明,各國鋼廠在影響爐襯磨損的各種冶煉參數上,如爐渣氧化程度、堿度、吹煉終點鋼水溫度等,並沒有大的差異。只有用副槍檢測,才能將對爐襯危害最大的反吹時間從10-15分鐘降低到1-3分鐘,消除反吹。轉爐煉鋼工藝的各項指標取決於鐵水的化學成分,對鐵水的主要要求是優化造渣所需的低硫含量(小於0.03%)、高矽含量(0.7%-0.9%)和高錳含量(0.8%-1.0%)。
對煉鐵煉鋼各階段脫硫過程的物理化學規律和動力學特征的分析表明,脫硫反應在鐵水中比在鋼水中從動力上更容易保證,因為在高碳含量和低氧化度的條件下,硫具有更高的活性。但高爐煉鐵脫硫困難,因為在高爐壹系列復雜的氧化還原反應中,深度脫硫的各種熱力學條件的能量必然增加矽含量,從而導致石灰和焦炭消耗增加,產量下降。因此,必須精心規劃工藝,使用含硫量最少的爐料,制備高堿度混合渣,生產低硫鐵。
轉爐吹煉脫硫沒有效果,因為鋼渣系統達不到平衡狀態,熔池氧化程度高,含碳量低,渣鋼間硫分配系數只有2-7。如此低的硫分配系數使得轉爐冶煉難以實現深度脫硫,導致煉鋼生產技術經濟消耗巨大。無論在高爐煉鐵還是轉爐煉鋼中,金屬有效脫硫所需的熱力學條件都無法保證,因此在高爐煉鐵和轉爐煉鋼中研究深度脫硫是不可取的。合理的做法是將脫硫過程與高爐和轉爐分開。這樣可以簡化燒結-高爐-轉爐的生產工藝,降低生產成本。脫硫與高爐和轉爐分離,使高爐外脫硫成為大型聯合鋼廠設計中的重要工藝環節,在冶煉低矽鐵的同時,不必進行昂貴的高爐外脫矽來保證轉爐內精煉。鐵水中原始矽含量低也能降低錳含量。錳在氧氣轉爐煉鋼中起著非常重要的作用,它決定了早期造渣所需的條件,調節出鋼前鋼水的氧化程度。長期實踐證明,鐵水中的錳應保持在0.8%-1.0%的水平,因此燒結混合料中必須補充錳,增加了成本。燒結-高爐-轉爐各工序的錳平衡分析表明,錳在高爐中的還原和在轉爐中的氧化導致了錳原料和錳本身不可彌補的巨大損失,也給各生產工序的操作增加了很多麻煩。在低含碳量(0.05%-0.07%)條件下停吹時,氧化程度的影響如此之大,以至於最終錳含量會被設定在壹個很窄的範圍內,這個範圍實際上很少與鐵水的原始錳含量有關。在這種條件下,雖然鐵水的原始錳含量為0.5%-1.2%,但鋼的最終錳含量實際上是壹樣的(0.07%-0.11%)。因此,在當代轉爐煉鋼工藝條件下(每爐有吹煉操作),燒結混合料中不需要使用含錳原料來提高鐵水原始錳含量,冶煉低錳鐵更為合理。同時,研究直接使用錳礦的效果,對於節約轉爐煉鋼低錳鐵的脫氧量具有重要意義。多爐次工業平衡計算得到的工藝指標對比表明,錳礦不是加入鐵水中,而是加入轉爐煉鋼中。與含1.13%錳的鐵水煉鋼相比,前者每噸生鐵可節約錳礦15.3kg,此外還可減少錳鐵1.3kg/t。
鐵水中矽、錳含量低,無需脫硫。這些條件會改變結渣機理和動力學特性,因為石灰用量會減少,渣量會減少,渣的堿度和氧化度會增加。在這種條件下,爐渣的精煉作用僅限於鐵水脫磷。這樣,爐渣本身可以在轉爐冶煉中多次使用,使爐渣具有較高的精煉能力。
根據這壹原理,開發了轉爐煉鋼新工藝,即轉爐煉鋼本身多次(3-5次)使用後期渣(循環造渣)。采用該工藝可降低石灰消耗和爐渣中鐵的損失。盡早生成高堿度氧化渣,降低矽、錳含量,可為鋼的深水脫磷提供強大動力。