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C、减轻喷溅和炉口结渣，改善劳动条件；
D、炉壳易于制造炉衬的砌筑和维修方便。
炉型类型：
按金属熔池形状的不同，转炉炉型可分为筒球型、锥球型和截锥型三种。
A筒球型:
熔池形状由一个球缺体和一个圆筒体组成。
它的优点是炉型形状简单，砌筑方便炉壳制造容易。
熔池内型比较接近金属液循环流动的轨迹，在熔池直径足够大时，能保证在较大的供氧强度下吹炼而喷溅最小，也能保证有足够的熔池深度，使炉衬有较高的寿命。
大型转炉多采用这种炉型
B锥球型:
熔池由一个锥台体和一个球缺体组成。
这种炉型与同容量的筒球型转炉相比若熔池深度相同则熔池面积比筒球型大，有利于冶金反应的进行，同时，随着炉衬的侵蚀熔池变化较小，对炼钢操作有利。
欧洲生铁含磷相对偏高的国家采用此种炉型的较多。
我国20~80t的转炉多采用锥球型。
对筒球型与锥球型的适用性，看法尚不一致。
有人认为锥球型适用于大转炉（奥地利），有人却认为适用于小转炉（前苏联）。
但世界上已有的大型转炉多采用筒球型。
C截锥型:
截锥型熔池为上大下小的圆锥台。
其特点是构造简单且平底熔池便于修砌这种炉型基本上能满足炼钢反应的要求适用于小型转炉。
我国30t以下的转炉多用这种炉型。
国外转炉容量普遍较大故极少采用此种形式。
此外，有些国家（如法国、比利时、卢森堡等）的转炉，为了吹炼高磷铁水，在吹炼过程中用氧气向炉内喷入石灰粉。
为此他们采用了所谓大炉膛炉型，这种炉型的特点是：
炉膛内壁倾斜，上大下小，炉帽的倾角较小（约50°
）。
因为炉膛上部的反应空间增大，故适应吹炼高磷铁水时渣量大和泡沫化严重的特点。
这种炉型的砌砖工艺比较复杂，炉衬寿命也比其他炉型低，故一般很少采用。
（2）转炉的公称容量
转炉的公称容量又称公称吨位，是炉型设计、计算的重要依据，但其含义目前尚未统一，有以下三种表示方法：
①用转炉的平均铁水装入量表示公称容量；
②用转炉的平均出钢量表示公称容量；
③用转炉年平均炉产良坯（锭）量表示公称容量
由于出钢量介于装人量和良坯（锭）量之间，其数量不受装料中铁水比例的限制，也不受浇铸方法的影响，所以大多数采用炉役平均出钢量作为转炉的公称容量。
根据出钢量可以计算出装入量和良坯〔锭）量
出钢量＝装人量/金属消耗系数
装人量＝出钢量*金属消耗系数
金属消耗系数：
指吹炼1t钢所消耗的金属料数量。
视铁水含硅、含磷量的高或低，波动于1.1一1.2之间
（3）炉容比
转炉的炉容比是转炉的有效容积与公称容量之比，其单位m3／t。
炉容比的大小决定了转炉吹炼容积的大小，它对转炉的吹炼操作、喷溅、炉衬寿命、金属收得率等都有比较大的影响。
如果炉容比过小，即炉膛反应容积小，转炉就容易发生喷溅和溢渣，造成吹炼困难，降低金属收得率并且会加剧炉渣对炉衬的冲刷侵蚀，降低炉衬寿命；
同时也限制了供氧量或供氧强度的增加，不利于转炉生产能力的提高。
反之，如果炉容比过大，就会使设备重量、倾动功率、耐火材料的消耗和厂房高度增加使整个车间的投资增大。
选择炉容比时应考虑以下因素：
A、铁水比、铁水成分。
随着铁水比和铁水中硅磷、硫含量的增加炉容比应相应增大。
若采用铁水预处理工艺时，炉容比可以小些
B、供氧强度。
供氧强度增大时，吹炼速度较快，为了不引起喷溅就要保证有足够的反应空间，炉容比相应增大些。
C、冷却剂的种类。
采用铁矿石或氧化铁皮为主的冷却剂，成渣量大，炉容比也需相应增大；
若采用以废钢为主的冷却剂成渣量小，则炉容比可适当选择小些目前使用的转炉，炉容比波动在0.85~0.95之间（大容量转炉取下限）。
近些年来为了在提高金属收得率的基础上提高供氧强度，新设计转炉的炉容比趋于增大，一般为0.9~1.05。
（4）高宽比
高宽比是指转炉总高（H总）与炉壳外径（D壳）之比是决定转炉形状的另一主要参数。
它直接影响转炉的操作和建设费用。
因此高宽比的确定既要满足工艺要求，又要考虑节省建设费用口在最初设计转炉时高宽比选得较大。
生产实践证明，增加转炉高度是防止喷溅，提高钢水收得率的有效措施。
但过大的高宽比不仅增加了转炉的倾动力矩，而且厂房高度增高使建筑造价也上升。
所以，过大的高宽比没有必要。
目前，新设计转炉的高宽比一般在1.35~1.65的范围内选取，小转炉取上限，大转炉取下限。
（5）熔池深度
熔池深度是指转炉熔池在平静状态时，从金属液面到炉底的深度。
3、转炉炼钢工艺
（1）工艺操作过程
l）上炉钢出完并倒完炉渣后，迅速检查炉体，必要时进行补炉，然后堵好出钢口及时加料。
2）在兑入铁水和装人废钢后，摇正炉体。
在下降氧枪的同时，由炉口上方的辅助材料溜槽向炉中加人第一批渣料（石灰、萤石、氧化铁皮、铁矿石），其量约为总量的2/3一l/2左右。
当氧枪降至规定的枪位时吹炼过程正式开始。
3）吹炼中期脱碳反应剧烈，渣中氧化铁降低，致使炉渣的熔点增高和翁度增大，并可能出现稠渣（即返干）现象。
此时，应适当提高氧枪枪位，井可分批加人铁矿石和第二批造渣材料，以提高炉渣中的氧化铁含量及调整炉渣。
第三批造渣料为萤石，用以调整炉渣的流动性但是否加第三批造渣材料，其加人量如何，要视各厂生产的情况而定。
4）吹炼末期，由于熔池金属中含碳最大大降低，则使脱碳反应减弱，炉内火焰变得短而透明，最后根据火焰状况、供氧数量和吹炼时间等因素，按所炼钢种的成分和温度要求，确定吹炼终点并且提高氧枪停止供氧（称之为拉碳）、倒炉、测温、取样根据分析结果，决定出钢或补吹时间。
5）当钢水成分和温度均已合格，打开出钢口，即可倒炉出钢。
在出钢过程中，向钢包内加人铁合金，进行脱氧和合金化（有时可在打开出钢口前向炉内投人部分铁合金）。
出钢完毕将炉子摇正，降枪溅渣护炉，余渣倒入渣罐。
（2）装入制度
1）装入制度内容及依据
装入制度就是确定转炉合理的装人量，合适的铁水废钢比。
转炉的装入量是指主原料的装人数量，它包括铁水和废钢。
实践证明每座转炉都必须有合适的装入量，装入量过大或过小都不能得到好的技术经济指标。
在确定合理的装人量时必须考虑以下因素：
①要有合适的炉容比
炉容比一般是指转炉新砌砖后炉内自由空间的容积V与金属装人量T之比，以V/T表示单位为m3／t。
转炉生产中炉渣喷溅和生产率与炉容比密切相关。
②合适的熔池深度
为了保证生产安全和延长炉底寿命，要保证熔池具有一定的深度。
不同公称吨位转炉的熔池深度如下表所示。
③对于模铸车间，装入量应与锭型配合好
装入量可按下列公式进行计算：
装入量=（钢锭单重×
钢锭支数十浇注必要损失）÷
钢水收得率（%）－合金用量×
合金吸收率（%）
此外，确定装入量时，还要受到钢包的容积、转炉的倾动机构能力、浇注吊车的起重能力等因素的制约。
2）装入制度类型
定量装入制度：
就是在整个炉役期间，每炉的装入量保持不变。
定深装入制度：
是指在整个炉役期间，保持每炉的金属熔池深度不变。
分阶段定量装入制度：
在一个炉役期间，按炉膛扩大的程度划分为几个阶段每个阶段定量装入。
3）装入操作
①铁水、废钢的装入顺序
a先兑铁水后装废钢
这种装人顺序可以避免废钢直接撞击炉衬，但炉内留有液态残渣时，兑铁水易发生喷溅。
b先装废钢后兑铁水
这种装人顺序废钢直接撞击炉衬，但目前国内各钢厂普遍采用溅渣护炉技术，运用此法可防止兑铁水喷溅。
②准确控制铁水废钢比
铁水、废钢装入比例的确定，从理论上讲应根据热平衡计算而定。
但在生产条件下一般是根据铁水成分、温度、炉龄期长短、废钢预热等情况按经验确定铁水配入的下限值和废钢加人的上限值。
在正常生产条件下，废钢加入量变化不大，各炉次废钢加入量的变化受上下炉次间隔时间、铁水成分、温度等的影响。
目前我国大多数转炉生产中铁水比一般波动在74％~90％之间．近几年我国转炉废钢加人量平均为100~140kg／t。
（3）造渣制度
1）造渣方法
造渣制度就是要确定合适的造渣方法、渣料的加人数量和时间，以及如何加速成渣。
转炉炼钢造渣的目的是：
去除磷硫、减少喷溅、保护炉衬、减少终点氧……
常用的造渣方法：
单渣操作、双渣操作、留渣操作。
根据分析比较，单渣操作是简单稳定的，有利于自动控制。
因此对于硅、硫、磷含量较高的铁水，最好经过铁水预处理，使其进人转炉之前就符合炼钢要求。
2）助熔剂加入量
转炉造渣中常用的助熔剂是氧化铁皮和萤石。
萤石化渣决，效果明显。
但用量过多对炉衬有侵蚀作用；
另外我国萤石资源短缺，价格较高，所以应尽量少用或不用。
冶金部转炉操作规程中规定，萤石用量应小于4kg/t。
氧化铁皮或铁矿石也能调节渣中FeO含量，起到化渣作用。
但它对熔池有较大的冷却效应，应视炉内温度高低确定加人量.一般铁矿或氧化铁皮加人量为装人量的2％一4％。
3）渣料加入时间的确定
渣料的加人数量和加人时间对化渣速度有直接的影响，因而应根据各厂原料条件来确定。
通常情况下，渣料分两批或三批加人。
第一批渣料在兑铁水前或开吹时加入加入量为总渣量的l/2一2/3，并将白云石全部加入炉内。
第二批渣料加入时间是在第一批渣料化好后铁水中硅、锰氧化基本结束后分小批加入，其加人量为急渣量的l/2一1/3。
若是双渣操作，则是倒渣后加入第二批渣料。
第二批渣料通常是分小批多次加入，多次加入对石灰溶解有利，也可用小批渣料来控制炉内泡沫渣的溢出。
第三批渣料视炉内磷、硫去除情况而决定是否加入，其加入数量和时间均应根据吹炼实际隋况而定。
无论加几批渣最后小批渣料必须在拉碳倒炉前3min加完，否则来不及化渣。
4）泡沫渣
①影响泡沫渣形成的基本因素：
a、氧气顶吹转炉吹炼过程中，泡沫渣中气体来源于供给炉内的氧气和碳氧化生成的CO气体，而且主要是CO气体。
b、SiO2或P2O5都是表面活性物质，能够降低熔渣的表面张力，它们生成的吸附薄膜常常成为稳定泡沫的重要因素。
c、另外，熔渣中固体悬浮物对稳定气泡也有一定作用。
低温有利于熔渣泡沫的稳定。
总之，影响熔渣泡沫化的因素是多方面的，不能单独强调某一方面，而应综合各方面因素加以分析。
②吹炼过程中泡沫渣的形成及控制
A、吹炼初期熔渣碱度低并含有一定数量的FeO、SiO2等，主要是这些物质的吸附作用稳定了气泡。
B、吹炼中期碳激烈氧化，产生大量的CO气体，由于熔渣碱度提高，形成了硅酸盐及磷酸盐等化合物，稳定气泡主要靠固体悬浮微粒。
C、炼后期脱碳速度降低，只要熔渣碱度不过高，稳定泡沫的因素就大大减弱了一般不会产生严重的泡沫渣。
D、吹炼过程中氧压低，枪位过高，渣中w（TFe）的含量大量增加，使泡沫渣发展，严重的还会产生泡沫性喷溅或溢渣。
相反枪位过低，尤其是在碳氧化激烈的中期，w（TFe）含量低，又会导致熔渣的返干而造成金属喷溅。
所以，只有控制得当，才能够保持正常的泡沫渣。
（4）供氧制度
供氧制度是在供氧喷头结构一定的条件下使氧气流股最合理的供给熔池，创造炉内良好的物理化学条件。
因此，制订供氧制度时应考虑喷头结构、供氧压力、供氧强度和氧枪高度控制等因素。
（5）温度制度
温度控制主要指吹炼的过程温度和终点温度的控制。
温度对于转炉吹炼过程既是重要的热力学参数，又是重要的动力学参数。
它既对各个化学反应的反应方向、反应程度和各元素之间的相对反应速度有重大影响、又对熔池的传质和传热速度有重大影响。
（6）各种冷却剂的冷却效应
温度控制包括吹炼过程温度控制和终点温度控制两个方面。
温度控制的办法主要是适时加人需要数量的冷却剂，其关键是准确确定冷却剂用量和最适当的加人时间。
各种冷却剂的比较：
冷却剂
废钢
铁矿石
氧化铁皮
优点
杂质少，渣量少喷溅小，冷却效应稳定，因而便于控制熔池温度
不需占用装料时间，能够增加渣中w（TFe），有利于化渣，同时还能降低氧气和钢铁料的消耗，吹炼过程调整方便
成分稳定，杂质少，因而冷却效果也比较稳定
缺点
必须用专门设备，占用装料时间，不便于过程温度的调整
使渣量增大，操作不当时易喷溅，同时由于铁矿石的成分波动会引起冷却效应的波动
但氧化铁皮的密度小，在吹炼过程中容易被气流带走
结论
要准确控制熔池温度，用废钢作为冷却剂效果最好，但为了促进化渣，提高脱磷效率，可以搭配一部分铁矿石或氧化铁皮。
（7）终点控制和出钢
1）终点的标志
终点——转炉兑入铁水后，通过供氧、造渣操作，经过一系列物理化学反应，钢水达到了所炼钢种成分和温度要求的时刻，称为“终点。
到达终点的具体标志是：
a、钢中碳含量达到所炼钢种的控制范围；
b、钢中磷、硫含量低于规格下限以下的一定范围；
c、出钢温度能保证顺利进行精炼、浇注；
根据到达终点的三个基本条件可以知道，终点控制实际上是指终点含碳量和终点钢水温度的控制。
终点停止吹氧也俗称‘拉碳，终点控制不当会造成一系列危害。
2）终点控制方法
①一次拉碳法：
按出钢要求的终点碳和终点温度进行吹炼，当达到要求时提枪。
②增碳法：
是指吹炼平均含碳量w[C]≥0.08％的钢种，均吹炼到w[C]=0.04％~0.06％提枪，按钢种规范要求加人增碳剂。
③高位补吹法：
当冶炼中、高碳钢钢种时，终点按钢种规格稍高一些进行拉碳，待测温、取样后按分析结果与规格的差值决定补吹时间
（8）挡渣出钢
挡渣出钢是在转炉冶炼终点要求少渣或无渣出钢，其目的是有利于准确控制钢水成分，有效地减少回磷，提高合金元素吸收率，减少合金消耗；
对于采用钢包作为炉外精炼容器来说，利于降低钢包耐火材料侵蚀明显地提高钢包寿命；
也提高了转炉出钢口耐火材料的寿命。
（9）脱氧及合金化制度
1）脱氧剂的选择应满足下列原则：
①具有一定的脱氧能力；
②脱氧产物不溶于钢水中，并易于上浮排出；
③来源广，价格低。
根据以上原则，在生产实际中常用的脱氧剂为铝、硅、锰及它们组合的硅锰、硅铝合金等，其脱氧能力次序是Al＞Si＞Mn
根据钢水脱氧程度的不同可以把钢分为：
镇静钢、沸腾钢、半镇静钢。
A、镇静钢脱氧：
镇静钢为脱氧完全的钢，即△[O]<
0，合金钢和大部分结构钢都属于镇静钢。
由于镇静钢要求脱氧完全，故可以采用强脱氧剂铝块、硅铁和硅铝铁合金等脱氧。
根据脱氧剂和合金元素加人的方法，可分为炉内脱氧合金化和钢包内脱氧合金化两种方法。
B、沸腾钢脱氧：
沸腾钢是脱氧不完全的钢，即△[O]>
0，因而使钢水在凝固过程中析出大量气体而造成钢水沸腾。
沸腾钢主要用脱氧能力较弱的锰铁脱氧，当钢水氧化性较高时，可加少量铝调节钢水的氧化性。
由于沸腾钢硅含量要求w[Si]<
0.03%，故不用硅铁脱氧。
C、半镇静钢脱氧：
半镇静钢的脱氧程度比镇静钢弱，比沸腾钢强，钢水含氧量接近于与碳平衡时的含量，即△[O]=0。
这种钢在凝固时析出少量的气体使其产生的气泡体积与钢水冷凝收缩的体积大致相等，因而对脱氧控制严格。
半镇静钢一般用少量的硅铁和铝脱氧，而用锰铁合金化，钢中含硅量w[Si]<
0.14%。
2）脱氧方法
元素单独脱氧：
是指脱氧过程向钢水中只加单一脱氧元素
复合脱氧：
指向钢水中同时加人两种或两种以上的脱氧元素
常用的脱氧方法有：
沉淀脱氧、扩散脱氧和真空脱氧等。
方法
特点
沉淀脱氧
铁合金直接加人到钢水中，脱除钢水中的氧。
这种方法脱氧效率比较高，耗时短，合金消耗较少，但脱氧产物容易残留在钢中会造成内生夹杂物。
扩散脱氧
脱氧剂加到熔渣中通过降低熔渣中的w（TFe）含量，使钢水中氧向熔渣中转移扩散，达到降低钢水中氧含量的目的。
其脱氧效率较高，但必须有足够时间使夹杂上浮。
真空脱氧
是将钢水置于真空条件下，通过降低外界以CO分压打破钢水中碳氧平衡，使钢中残余的碳和氧继续反应，达到脱氧的目的。
这种方法不消耗合金，脱氧效率也较高，钢水比较洁净但需要专门的真空设备。
（10）喷溅原理，控制与预防
喷溅是氧气顶吹转炉吹炼过程中经常发生的一种现象，通常人们把随炉气携走、从炉口滋出或喷出炉渣与金属的现象称为喷溅。
喷溅的产生，造成大量的金属和热量损失，引起对炉衬的冲刷加剧，甚至造成粘枪、烧枪炉口和烟罩挂渣，增大清渣处理的繁重劳动。
喷溅的类型：
金属喷溅、泡沫渣喷溅、爆发性喷溅、其他喷溅。
产生喷溅的原因
喷溅是两种力作用的结果：
一种是脱碳反应生成的CO气泡在熔池内的上浮力和气泡到达熔池表面时的喷性力，它们造成熔池面的上涨及对熔池上层的挤压；
一种是重力和摩擦力，它们阻碍熔池向上运动。
（在熔池内部，摩擦力并不起主要作用，主要是重力的作用）在熔池面上涨的情况下，熔池中局部的飞溅、气体的冲出、波浪的生成等都容易造成钢一渣乳状液从炉口溢出或喷溅。
喷溅的控制与预防
为了防止喷溅，总的方向是要采取措施促使脱碳反应在吹炼时间内均匀地进行，减轻熔池的泡沫化，降低吹炼过程中的液面高度及其波动。
具体措施如下：
1）采用合理的炉型；
2）限制液面高度；
3）加人散状材料要增多批数，减少批量；
4）正确地控制前期温度；
5）减小炉渣的泡沫化程度，将泡沫化的高峰前移，尽量移至吹炼前期；
6）在发生喷溅时加人散状材料（如石灰石）可以抑制喷溅；
7）在炉渣严重泡沫化时短时间提高枪位，使氧枪超过泡沫化的熔池面，借氧气射流的冲击破坏泡沫渣，减少喷溅；
三、钢水炉外精炼技术
1）将转炉、平炉或电炉中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程，也叫“二次炼钢”。
炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。
3）初炼（转炉或电炉炼钢）：
炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。
3）精炼：
将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。
这样将炼钢分两步进行，可提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本。
4）1933年法国佩兰（R.Perrin）应用专门配制的高碱度合成渣，在出钢的过程中，对钢液进行“渣洗脱硫”，这是炉外精炼技术的萌芽。
5）1950年在联邦德国用钢液真空处理法脱除钢中的氢以防止“白点”。
6）60年代末期以来，炉外精炼技术经过不断地发展，目前已有几十种方法应用于工业生产，逐步形成了炼钢工艺中的一个新分支。
中国于1957年开始研究钢液真空处理法。
建立了钢液脱气、真空铸锭装置，70年代建立了氩氧炉、钢包精炼炉和钢包喷粉装置等炉外精炼设备。
1、炉外精炼原理
1）真空脱气
钢液中气体的溶解度服从平方根定律，即气体的溶解度与钢液上方该气体的分压力的平方根成正比。
钢液真空处理时,降低精炼容器中氢的分压p,即可达到钢液脱氢的目的。
氢的溶解反应平衡常数KH是温度的函数，在1600℃时，KH＝0.0027。
氢在钢液中溶解平衡常数低,扩散速度快,所以钢液脱氢速度很快，可使钢中氢含量接近平衡值。
同理，也可进行脱氮,但氮在钢液中的溶解平衡常数较高,KN＝0.040，扩散速度慢,因此钢液真空处理时，氮的脱出率仅为10—25％。
2）真空脱氧
炉外精炼通常用两种脱氧方法。
真空下碳脱氧和加入合金元素硅、锰、铝等进行沉淀脱氧。
真空下碳氧反应为:
【C】+【O】─→CO↑,则【C】％·
【O】％＝ppCO/K＝mppCO,平衡常数K为温度的函数，在1600℃和ppCO＝1大气压时,值为0.0020—0.0025,因此真空下碳的脱氧能力很强，可超过脱氧元素硅、锰和铝。
反应产物CO是气态而不是呈夹杂物形态,在真空下极易排除。
3）惰性气体处理
向钢水中吹入惰性气体，这种气体本身不参与冶金反应，但从钢水中上升的每个小气泡都相当于一个“小真空室”（气泡中H2、N2、CO的分压接近于零）具有“气洗”的作用。
炉外精炼生产不锈钢的原理，就是应用不同的CO分压下碳、铬和温度之间的平衡关系。
用惰性气体加氧进行精炼脱碳（工艺过程中不断变换氩／氧的比例），可以降低碳氧反应中CO的分压，在较低温度的条件下，降低碳含量而铬不被氧化。
4）钢液搅拌
炉外精炼过程中对钢液进行搅拌，使钢液成分和温度均匀化，并能促进冶金反应。
多数冶金反应过程是相界面反应，反应物和生成物的扩散速度是这些反应限制性环节。
钢液在静止状态下，冶金反应速度很慢，如电炉中静止的钢液脱硫需要30—60分钟；
炉外精炼中搅动钢液进行脱硫只需3—5分钟，即可达到同样的效果。
钢液在静止状态下，夹杂物靠上浮除去，服从于斯托克斯（Stokes）定律，排除速度较慢；
搅拌钢液时，夹杂物的除去服从于指数规律。
2、炉外精炼处理方式
1）钢包处理型炉外精炼
——特点是精炼时间短（10—30分钟），精炼任务单一，没有补偿钢水温度降低的加热装置，工艺操作简单，设备投资少。
有钢水脱气、脱硫，成分控制和改变夹杂物形态等装置。
2）真空循环脱气法（RH、DH）——钢包真空吹氩法,钢包喷粉（CaSi或其他粉剂）处理法（IJ、TN、SL）等均属此类。
3）钢包精炼型炉外精炼
——特点是精炼时间长（60—180分钟），具有多种精炼功能,有补偿钢水温度降低的加热装置，适于各类高合金钢和特殊性能钢种（如超纯钢种）的精炼生产。
真空吹氧脱碳法（VOD）、真空电弧加热脱气法（VAD）和钢包精炼炉法（ASEA-SKF）等,均属此类。
与此类似的还有氩氧脱碳法（AOD）。
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