炼钢培训材料
一、钢与铁的区别
钢与铁区别主要体现在碳含量的不同上，钢与铁之间没有很明确的一致公认的界限。
炼钢教科书对钢的定义是,以铁为主要元素，碳含量一般在2%以下0.02%以上，并含有其它元素的统称。
根据Fe-O相图的划分，碳含量在2.11%以下的成为钢，在2.11%以上的成为铁。
碳含量大于1.4%的钢很少使用，碳含量小于0.02%的钢称为工业纯铁，它是电器、电讯、电工仪表用的磁性材料。
基本知识
1、GB国家标准代号 YB 原冶金工业部标准
2、Q235A：其中Q：屈服强度，235：屈服强度值。
HRB 335： H、R、B分别为热轧、带肋、钢筋英文首位字母，HRB：热轧带肋钢筋 335：屈服强度值
3、碳含量小于0.25%是低碳钢，在0.25-0.60%之间为中碳钢，大于0.60%是高碳钢
4、合金钢分为低合金钢、中合金钢、高合金钢
合金含量总量小于3%称低合金钢，在5-10%称中合金钢，大于10%称高合金钢。
5、钢的微合金化
通常指在原有主加合金元素的基础上再添加微量的铌（Nb）、钒（V）、钛（ Ti）等碳氮物形成元素，使其对钢的力学性能有影响或耐蚀性、耐热性起有力作用。
6、不锈钢
不锈钢不生锈，原因是钢中含铬，含铬12.5%，低于此量就不叫不锈钢。工业上应用的不锈钢含铬在12-30%之间。通常把能够抵抗大气腐蚀的含铬在13%的钢叫不锈钢，含铬在17%以上的钢叫耐酸钢，统称不锈耐酸钢。
7、夹杂物评级中A、B、C、D类夹杂物分别属硫化物类、氧化铝类、硅酸盐类、球状氧化物类。每类夹杂物按厚度或直径分为细系、粗系两系列，用字母e表示粗系夹杂物。每个系列由表示夹杂物含量递增的五级图片（1级至5级）组成。
二、炼钢方法分类
平炉炼钢法、电炉炼钢法、转炉炼钢法，转炉炼钢法是当前国内外最主要的炼钢法。
三、转炉炼钢工艺流程
氧气 废钢
铁水
石灰、白云石、莹石等
转炉产品代表品种
低碳拉丝用钢：Q215A、Q195、H08A、LS、棉打钢
低合金低合金高强度：Q345A、LZ等
普碳：HPB235、Q235A、Q175、挡板专用钢等
低合金类建筑用钢：HRB335、HRB400等
四、炼钢基本原理
1、矿石 → 铁
Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2,
FeO +C=Fe+CO
2、铁 → 钢：脱碳、磷、硫、氧，去除有害气体和夹杂；提高温度；调整成分。
碳溶于铁的反应： FeC3=3[Fe]+[C]
脱碳反应：O2 +2C=2CO
O2 +[Si]=Si O2
O2 +[Mn]=Mn O2
脱磷反应：2[P]+ 5(FeO)+3(CaO)=(3CaO.P2O5)+5[Fe]
脱硫反应：[FeS]+ (CaO)= (FeO)+ CaS 2CaS+ 3O2 =2S O2+2CaO
脱硫、脱磷都需高碱度、大渣量，不同的是脱硫需要高温，低氧化铁，而脱磷则需要低温，高氧化铁。
脱氧反应：O2 +[Si]=Si O2 O2 +[Mn]=Mn O2 2AL+O3= AL2O3….
五、炼钢基本任务
炼钢就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。
v 去除杂质：脱磷、脱硫、去除气体（脱氧、氢、氮）和非金属夹杂物。
v 脱碳并将其含量调整到一定范围。
v 调整钢液成份和温度。
v 将钢液浇铸成质量合格的钢坯。
1钢中硫
硫在晶界产生低熔点的共晶化合物FeO-FeS熔点940℃，低于轧、锻温度1150左右，因此热加工时在钢坯内液体处开裂，称之为热脆。
2钢中磷
磷的突出危害是产生冷脆，在低温下，磷越高，冲击性能降低越大。
3 钢中氧
一般测定的钢中的氧是全氧，包括氧化物中的和溶解的氧，使用浓差法定氧时测定钢液中溶解的氧，在钢坯、材取样分析的是全氧。在标准中一般不规定含量值。
4钢中氮
在低碳钢中，增大氮会降低冲击值ak,产生老化现象。
5 钢中氢
钢中氢可使钢产生白点（发裂）、疏松、气泡，使钢变脆。
6夹杂物
随着科学技术和经济的发展,人们对钢的纯净度要求越来越高。由于生产过程环境及工艺自身的影响,钢中存在非金属夹杂物是不可避免的。非金属夹杂的存在破坏了钢的连续性和致密性,对钢的性能有着重要的影响,甚至是决定性的影响。
所谓洁净钢或纯净钢是指钢中纯净度控制严格，杂质元素[S]、[P]、[H]、[N]、[O]含量低，总量在100ppm以下;而且要严格控制钢中非金属夹杂物，数量少、尺寸小、形态要控制为点球状不变形夹杂，洁净钢高。
夹杂物分内生夹杂物、外来夹杂物
钢中内在夹杂的主要来源是：冶炼过程元素被氧化及脱氧形成氧化物。内生夹杂物的特征是：分布相对来说较均匀、颗粒相对而言较细小、较晚形成的夹杂物多沿初生晶粒的晶界分布
广义上讲，把浇注过程中钢水与空气、耐火材料、炉渣之间的相互化学反应生成的氧化产物.使钢水重新被污染的过程叫二次氧化。留在钢中的二次氧化产物一般称为外来夹杂。
冶炼洁净钢应根据品种和用途要求，在铁水预处理-炼钢-精炼-连铸的操作都应处于严格的控制之下，炼钢环节主要控制技术如下：
(1)铁水预处理，入炉铁水硫含量应小于0.005%甚至小于0.002%。
(2)转炉复合吹炼和炼钢终点控制，改善脱磷条件，提高终点成分和温度一次命中率，降低钢中溶解氧含量，减少钢中非金属夹杂物数量。
(3)挡渣出钢，防止出钢下渣可避免回磷和提高合金吸收率。
(4)钢包渣改质，出钢过程向钢流加入炉渣改质剂，还原FeO并调整钢包渣成分。
在实际生产中,由于钢中非金属夹杂的存在,还会产生一些现场废品和质量降级的判断,造成企业的经济损失,因此,对于连铸坯中的非金属夹杂研究必须给予高度重视。
碳（C）：是对钢的性能影响最大的基本元素。若多炉浇注时，各炉之间钢水中碳含量差别要求小于0.02％。钢中C=012～0.17％，连铸坯易产生纵裂、角裂，甚至造成漏钢事故。为了减少这类钢对裂纹的敏感性，通常在保证机械性能的前提下，把钢的含碳量控制在0.16～0.22％范围内，而把锰（Mn）含量提高到0.7～0.8％。
有害元素（硫S、磷P）含量：S、P是由原料中带入的。S对钢的热裂纹敏感性有突出的影响，S大于0.025％时，钢的延展性有明显的下降，铸坯裂纹加重；P会使钢的晶界脆性增加，裂纹敏感性增强。因此，对于连铸钢水要求S小于0.03％，最好S小于0.025％，或S+P小于0.05％才能防止铸坯产生热裂纹。
硅（Si）、锰（Mn）含量控制：硅、锰含量既影响钢的机械性能，又影响钢水的可浇性。首先要求把钢中硅、锰含量控制在较窄的范围内（波动值Si±0.05％、Mn±0.10％），以保证连浇炉次铸坯中硅、锰含量的稳定。其次要求适当提高Mn／Si比。Mn／Si大于3.0，可得到完全液态的脱氧产物，以改善钢崐水的流动性。因此，在成份规格范围内，调整Si、Mn含量，保持Mn／Si大于3.0，以改善钢水的可浇性，这是连铸硅镇静钢的一个特点。
钢中锰能抑制硫的有害影响，消除[S]的热脆倾向，增大Mn/S可有效降低裂纹敏感性。MnS的熔点是1610℃。
残余元素含量：钢中残余元素如铜、锡、铅、锑等，通常是由废钢带入的，而在冶炼中不能去除而残留在钢中。连铸坯在冷却过程中由于铁的氧化，这些元素在晶界富集，造成铸坯表面裂纹。因此应精选废钢或废钢搭配使用，控制钢中铜小于0.2％，锡、砷、锑含量小于0.10％。
微量元素：为了改善钢的使用性能，出钢合金化时，有意加入微合金元素，使其在钢水中保持其一定含量，如钢中含有微合金元素铌Nb、钒V，可提高钢的韧性，增加抗硫化氢腐蚀能力。
7钢中残余元素及其对钢性能的影响
1）残余元素在钢中的偏析
许多残余元素在钢中是以偏析的形式存在并发挥作用的。除周期表中与铁靠近的几个过渡金属镍、钴、钨、钼、锰、铬外，多数残余元素在钢中均有较强的偏析能力；这种元素的偏析过程，既可以发生于钢液的凝固过程，也可以发生于随后的固态相变，后者需要较长的扩散时间。
不同的残余元素其偏析能力可以用偏析系数定量比较，凝固偏析系数取决于残余元素在固相和液相两相之间的分配因数，一般先结晶的固相中含有残余元素较少，而后结晶的部分所含残余元素较多，最后形成典型的铸锭偏析宏观结构。不同残余元素在钢中的凝固偏析因数见表1，它是一个无量纲量，等于Δc/c，即不偏析时，偏析因数为零。
在正常凝固条件下，凝固偏析因数小于0.5一般不会产生严重的宏观偏析，因此在铸锭的冒口部分主要偏析元素是硫、磷、碳，其次有锑、氮、砷、氢、锡，相应这一部分材料的硬度也将高于铸锭的其它部份。
相应于凝固偏析，残余元素在固态相变或加热中，也可能产生晶界偏析，钢的第二类回火脆性主要就是磷、锡、砷、锑在晶界上偏析脆化引起的。与凝固偏析相比，由于残余元素只能做近程扩散，所以这种偏析一般需要特定的温度和时间，偏析的位置一般在原始奥氏体晶界等晶体缺陷位置。几种残余元素在晶界上的晶界富集因数亦列于表3，它是一个无量纲量，定义为晶界浓度与晶内浓度之比。根据Seah-Hondros模型，晶界富集因数与残余元素在钢中溶解度成反比。利用经验关系lgβ＝algcm+b，如果知道一种残余元素在钢中的固溶度，就可以大致估计它的晶界富集因数。式中β为晶界富集因数，cm为残余元素的溶解度，a和b均为常数，其中a＝-0.868，b＝0.898。
表1 残余元素在钢中凝固偏析的倾向和晶界富集因数
钢中第三组元对残余元素在晶界偏析的影响很大，根据Guttmann的工作，镍、锰、铬、钒、钨、钼、钛、锆对磷偏析的影响依序增强。而镍、铬对锑在钢中的偏析程度亦有相当加强。由于硅、锰对残余元素在晶界偏析的影响很大，在现代超纯净钢概念中，已将硅、锰列入应控的杂质元素，含量可控制在0.05 %以下。
2） 残余元素对钢材高温塑性的影响
在生产实践中，人们早已发现钢材的热加工性能与钢中的残余元素硫及铜含量有重要关系，钢中这些残余元素含量一旦升高，钢的锻造性能或热轧性能将严重恶化，即所谓热脆现象。
由热力学数据可知，所有全保留残余元素在合适的氧化性气氛下加热，由于选择性氧化的结果，均会富集于钢的表面。这由于伴随铁的氧化及氧的扩散过程，未发生氧化的残余元素将逐渐沉积于金属基体与氧化皮的界面，钢材加热时间越长，氧化皮亦越厚，相应在表面富集的残余元素也将越多。
除了铜以外，大部分富集的残余元素会逐渐溶入钢材的表面形成富集层而不是形成低熔点液相。然而，由于铜在钢中的溶解度低，生产中经常可以发现钢表面有时可以形成一层沉积铜。如果钢的热加工(锻造或热轧)温度在铜的熔点(1083 ℃)以上则表面沉积的这层铜将形成液膜，将润湿钢的表面并沿晶界向钢内部浸润，最后导致严重的铜裂，这是目前已发现的最严重的加工热脆性机制之一。铜在钢表面富集的程度，取决于钢中的残铜量和钢坯加热时的氧化程度，对传统的铸锭工艺，钢材从开坯到最后成型一般至少要经二次高温加热时程，而当代连铸工艺中，连铸坯在步进式连续加热炉中长时间的高温氧化条件都有助于产生铜脆现象。由于钢材的正常轧制和锻造温度区间一般在1000～1150 ℃，恰好落在铜的熔点范围。减轻铜脆的一个有效途径是提高铜合金的熔点，其中镍和钼最为有效，如果钢中残余元素仅有铜，则只要残量大于0.35 %，在正常轧制条件下，轧坯表面即会出现严重的铜裂；作为对比，如果钢中含少量镍或钼，其含量为铜含量的一半，则含铜0.75 %的钢也可以顺利地进行热轧。反之，钢中残余元素锡、砷、锑均会降低铜的熔点从而加强铜脆敏感性。然而如果钢中没有铜，这些残余元素在微量情况下，对钢材热塑性并未表现有显著影响。由Fe-Cu-C三元相图可见，钢中碳含量越高，奥氏体中铜的溶解度越低，表现为铜脆敏感性也越高，此外，钢中碳含量较高，有助于氧化下富集的铜层不发生氧化。
钢中硫含量过高时在热加工中亦会引起严重的热裂，但它不是从表面，而是从内部分生开裂，其原因是生成液相的FeS，其熔点仅为816 ℃，这种低熔点相对钢奥氏体晶界有很好的润湿性，所以这种热裂是一种沿晶裂纹，钢材热加工温度如低于816 ℃，FeS为固相则不存在热裂，反之如果热加工温度高于1038 ℃，FeS将在铁中重溶，只有在816～1038 ℃区间，含硫钢才进入热脆区。钢中添加足够的Mn元素，将与硫形成高熔点MnS，可有效降低或消除由硫引起的热脆。对普碳钢，钢中碳含量为0.2 %时，热脆最为严重，碳含量低于0.2 %或高于0.2 %均可使钢的热塑性提高。
3）残余元素对钢回火脆性的影响
合金钢中存在的微量残余元素是产生第二类回火脆性的主要原因，在中温回火脆性区，残余元素有足够的扩散能力，如果有足够长的时间这些残余元素将逐渐由晶内向晶界偏析，最终导致晶界脆化。在力学性能上，反映为钢的韧—脆转变温度上升和冲击功下降，在冲击断口上，以沿晶断裂为其微观特征，用俄歇电镜分析可以发现在断口表面，有高浓度的残余元素富集。钢中含有硅及锰元素时，将大大促进残余元素引起的第二类回火脆性。这可能是由于硅、锰促进残余元素在钢中的扩散及偏析能力。相反，钢中如果添加适量的钼，一般为0.2 %～0.5 %，则可有效地抑制第二类回火脆性。
引起第二类回火脆性的残余元素为磷、锡、砷和锑，其影响强度亦按上述次序递减，其原因可能与不同元素在钢中的扩散和偏析能力以及它们在钢晶界上的行为有关。一些研究结果表明，可以用加权因数来评价残余元素对回火脆性的影响，不同钢种各元素的加权因数亦不同。采用经验公式：K＝(Mn+Si)(10P+5Sb+4Sn+As)，式中浓度采用重量百分比含量可以定量估计残余元素对回火脆性的影响，式中K值可定义为纯净度。由于一般锡、砷、锑的加权因数均小于磷，故可将四种残余元素的总量加和，作为钢材纯净度的一个指标。为了有效防止第二类回火脆性，对于优质大型发电机转子用钢35NiCrMoV，纯净度控制在K＝(1.6～4)×10-3可以有效地避免第二类回火脆性。
由于第三组元对残余元素晶界偏析致脆的促进作用，这里特别强调应严格控制钢中的硅、锰含量。锰含量将涉及钢的精炼及脱氧工艺的改进。
上述四种残余元素中，只有磷在炼钢时可以除去，其余三种都是属于全保留元素。目前由于尚无满意的技术可以经济地除去这些残余元素，随着废钢的多次循环，这些元素的残量在钢中将逐渐增多，这种工业污染将导致下个世纪全球钢材性能的逐渐退化，因此如何控制含锡废钢的使用，如何对高锡或高砷钢水进行预处理，如何有效控制钢材的工业污染问题，即纯净钢工程，应研究其有效对策。
4）残余元素对钢材抗腐蚀性能的影响
从热力学分析，钢水中所有全保留残余元素均倾向于减小钢在氧化性酸中的腐蚀速度。其原因是这类元素的氧化势要低于铁，随着钢的选择性溶解，钢中残余元素将逐渐在钢表面沉积，由此逐渐减小钢的腐蚀速度。钢中残铜量如量超过0.15 %，则酸浸后可以见到钢表面沉积一层粉红色的铜层。
然而，残余元素对钢材耐蚀性的益处在实际使用中并无明显作用，相反残余元素在钢材酸洗过程中却常引起不必要的麻烦。
与酸蚀情况不同，残余元素可以有效地提高钢材抗大气腐蚀的能力，这是因为它们可有效地影响钢材表面的锈蚀机制，不含残余元素的钢材在户外锈蚀，表面会形成一层松软的黄色锈层，这种多孔的松软锈层很容易吸水，且一旦吸水，很难干燥。这种锈层的形成，不但没有任何保护作用，相反会加快进一步的锈蚀进程。钢中含有少量铜、磷、镍、铬等残余元素，在大气腐蚀条件下，表面将形成一层较硬的黑色锈层，与钢的粘着性好，且非常致密，不吸水，这种致密连续的锈层，对钢进一步锈蚀，具有保护作用。在大气腐蚀情况下，钢材锈蚀的主要原因是在自然条件下表面存在水膜，而无水的干燥条件下，钢材不锈蚀。钢中残余元素的作用恰恰可以延长钢表面处于干燥状态下的时间，如果钢表面只是偶然被浇湿，则这种作用就尤为明显，室外挂片试验的结果表明，钢中只要有残量铜(0.05 %)就可明显降低锈蚀速率，在磷与铜共有时更为有效。由于铜对钢材耐蚀性方面的有利作用，目前部分钢种采用铜作为合金元素。尤其是耐大气腐蚀钢的磷铜钢。然而，由于钢中的铜不能在冶炼中除去，是否在冶炼中加铜来生产耐蚀钢，则是应当仔细研究的问题。
5）钢中残余氮和氢
钢中残余氮主要以两种形式存在，一种是与残余铝形成AlN，由于这种弥散的AlN粒子可以钉扎奥氏体晶界，使之不易长大，因此用铝脱氧的钢为本质细晶粒钢。对于纯净钢，由于采用超纯净冶炼、真空碳脱氧等一系列工艺手段，钢中残余氧和氮很低，而无须采用铝脱氧，这时对纯净钢来讲，由于钢中残余AlN过低的情况下，热加工时应研究如何减小奥氏体晶粒粗化倾向。另一种是残余氮作为固溶原子吸附在位错线上，它是低碳钢屈服及应变时效钢的主要原因之一，如果在钢水中将残余氮除得很低，或添加足够的活性元素钛，钒或铌捕集这些固溶氮，就可以得到无应变时效钢，这对冷轧钢板的冲压成型工艺性能十分有利。尽管已有不少关于钢中微量氮的研究，但它对钢材力学性能的影响仍然有许多工作要做。
钢中残余的氢会引起高强度合金钢的延迟破坏，这种破坏形式与氢在钢中的快速扩散和在缺陷位置的局部富集有关，避免钢中的白点历史上曾经是高强合金钢生产的主要关键之一。当代由于转炉强沸腾冶炼及钢水真空处理，钢中残氢含量已降到(2～3)×10-6，因此钢中氢造成的损坏大部分是由于环境渗氢而引起。
钢中15种常见的残余元素，这些元素在炼钢过程中分为全保留和部分保留元素，其中8种全保留元素，由于炼钢时不能除去，将随废钢的循环在钢中逐渐积累。在8种全保留元素中镍、钴、钨、钼可以提高钢的淬透性，属于有益元素；铜一方面可以引起钢材高温热加工时的铜脆，但另一方面又可以提高钢材耐大气腐蚀的能力，而钢中残余的锡、砷、锑属于有害元素，它不但在钢中加强铜脆，更重要的是它会导致合金钢的第二类回火脆性。在7个部分保留元素中碳、锰、硫、磷是常规控制元素，氮有利于钢奥氏体化时的晶粒控制，但同时也会引起钢的应变时效现象。钢中的氢是一种有害无益的元素。控制钢中的残余元素的含量，是代表现代炼钢工业的先进水平标志之一。
六 炼钢原材料
炼钢选用原材料的原则：国内外大量生产证明，贯彻精料方针是实现转炉炼钢过程自动化的和提高各项技术经济指标的重要途径，原材料主要由：铁水、废钢、造渣材料、铁合金、和氧气等。合理的选用原材料是根据冶炼钢种、操作工艺及装备水平使之达到低的投入，高质量产出的原则。
1、原材料
（1）金属料
铁水，一般允许装入量是总金属料的70%以上，[Mn]/[Si]为0.8～1.0时对冶炼的操作控制最有利。
废钢，一般允许装入量不超过总金属料的30%。
铁合金：硅铁、锰铁、硅锰合金、硅钙钡等
（2）非金属料
造渣材料：
石灰主要成分CaO：要求CaO≥85%，SiO2≤2%，S＜0.2%，块度为 mm。
白云石要求：MgO≥20%，P、S含量低，块度为5-40mm
生白云石的主要成分CaMg（CO3），焙烧后为熟白云石，主要成分MgO 、CaO，使用轻烧白云石最理想。
萤石（主要成分CaF2），CaF2≥85%，SiO2≤4%，S＜0.2%，块度为5-40mm。
氧化剂：氧气，含氧量99.5%以上。
冷却剂：废钢、生铁块、铁矿石、氧化铁皮
增碳剂：碳粉等
2 耐火材料
2.1耐火材料分类
酸性耐火材料、碱性耐火材料、中性耐火材料
2.2耐火材料性质
耐火度和荷重软化点、高温抗折强度、热震稳定性、气孔率和密度、抗渣性。
2.3连铸用耐火材料包括钢包用耐火材料、中间包用耐火材料和功能用耐火材料。
钢包用耐火材料由永久层、工作层、渣线层、包底层组成。
中间包用耐火材料由保温层、永久层、工作层、包底层组成。工作层通常采用涂料和绝热板。第一炼钢厂采用的是涂料中间包。
功能用耐火材料钢包用长水口、透气砖；中间包用浸入式水口、定径水口、塞棒。
七、氧气顶吹转炉设备
氧气顶吹转炉炼钢工艺设备主要有以下四个系统构成：
1 转炉炉体与倾动系统
（1）转炉炉体金属结构包括炉壳、托圈、耳轴、轴承座等四部分。
（2）转炉炉型是由耐火材料所砌成的炉衬内型，俗称转炉“炉膛”的形状。按金属熔池形状的不同，转炉炉型可分为筒球型、锥球型、截锥型。
（3）熔池直径D=k(G/t)1/2
其中k：比例常数一般取1.85～2.3，下限适于大炉子，上限适于小炉子。
G：转炉装入量，t：转炉供养时间。
（4）熔池深度H，
近似计算公式
筒球型：H=(V+0.046D3)/0.79 D2，大型转炉多采用这种炉型。
锥球型： H=(V+0.0363D3)/0.70 D2
截锥型：H=V/0.574 D2，小型转炉多采用这种炉型。
其中D：熔池直径 m V：金属熔池体积m3
（5）公称容量：又称公称吨位，有三种说法：铁水废钢平均加入量，平均出钢量，平均产良坯量，我国通常采用平均出钢量为炉子的公称容量。
（6）炉容比：转炉有效容积V与公称容量T的比值。
炉容比过小，会使喷溅和对炉衬的侵蚀加剧，使供氧强度的提高受到限制；过大，设备厂房投资过大。一般情况下，在0.85～1.05m3/t，大炉子取下限，小炉子取上限。
（7）高宽比：指转炉总高度H总与炉壳外径D壳的比值。在1.35～1.65之间，大炉子取下限，小炉子取上限。
（8）出钢口尺寸
出钢口位置：炉帽与炉身的连接处。
出钢口角度：指出钢口中心线与水平线的夹角，一般为15～25°，
出钢口直径：d=（63+1.75T）1 /2 ，其中T为转炉的炉容量。
（9）倾动机构
倾动机构类型：落地式倾动机构、半悬挂式倾动机构、全悬挂式倾动机构
2 原材料供应系统
铁水、废钢、造渣材料、铁合金等原材料供应。
铁水有铁水罐车、混铁车（鱼雷罐车）、混铁炉供应方式，铁水罐车供应的特点是设备简单、投资少，但热损失严重，粘罐现象较严重。混铁车（鱼雷罐车）供应投资比混铁炉少。以上两种方式在储存、混匀铁水的作用都不如混铁炉。
混铁炉的容量一般是转炉吨位的整数倍，并与高炉出铁量相适应，混铁炉作用是：
Ø衔接高炉与转炉的铁水供应
Ø贮存铁水，稳定转炉的生产节奏
Ø均匀铁水成份
Ø均匀铁水温度
3供氧（氮）系统
（1）制氧系统：制氧机、低压储气罐、压氧机、中压储气罐、供氧管道等。
（2）氧枪：拉瓦尔型喷头、枪身、枪尾。
拉瓦尔型喷头是一个先收缩后扩张的喷嘴，由收缩段、喉口、扩张段三部分组成。
（3）副枪：快速检测熔池温度、定碳、氧含量、液面位置及取样。
4 烟气净化与煤气回收系统
转炉烟气处理方法有燃烧法、未燃法。
转炉烟气净化方法分为：全湿法、干湿结合法、全干法。
未燃全湿法（OG法）烟气净化设备：烟罩（分活动、固定）、烟道、预热锅炉、文氏管、脱水器、除尘风机等。
煤气回收系统：静电除尘器、煤气柜、、水封器、烟尘及污水处理。
转炉烟气中含有大量的一氧化碳，如果采用未燃法，一氧化碳在烟气中的含量随着冶炼时间而增加，达到峰值后又渐渐降下来。含量最高可达到90%，平均70%左右，当一氧化碳含量在60%左右时，其热值可达到8000kJ/Nm3，转炉烟气的温度为1450℃，最高可达到1600℃。转炉烟气除尘系统是转炉炼钢工艺中不可缺少的部分，它对转炉冶炼设备、冶炼状况、环境状况的影响是不可忽视的，烟气除尘系统的运行从一个侧面反映了炼钢厂的设备管理水平的高低，它对转炉炼钢有着直接的影响。转炉煤气净化回收系统工艺流程见图1：
图1 石钢30t转炉煤气净化回收系统流程图
1 汽化冷却烟道 2 溢流文氏管 3 一级弯头脱水器 4 R-D可调喉口文氏管 5 二级弯头脱水器 6 水雾分离器 7 鼓风机 8 液力偶合器 9 电机 10 三通网 11 回转水封 12 U形水封 13 煤气柜 14 烟囱 15 排水水封；
流程简述：转炉冶炼过程中产生的烟气经炉口活动烟罩捕集到汽化冷却烟道，由汽化冷却烟道出来的高温烟气经水冷夹套(内有喷嘴)，手动可调溢流文氏管后，烟气饱和并降温到70℃，经过一级90°弯头脱水器，烟气得到初步净化。饱和后的烟气经R-D可调喉口文氏管、二级90°弯头脱水器及水雾分离器，烟气进一步被净化，而符合排放标准。净化后的烟气经室外管道流入煤气风机，当烟气成分中氧含量＜2%、一氧化碳含量＞30%时回收入煤气柜，否则放散。
为保证煤气回收的可靠性和安全性，达到良好的回收目的，设计中考虑了一系列连锁控制：氧枪和烟罩的连锁;锁；回收和放散切换的自控和连锁；罩口微差压调节系统与冶炼操作的连鼓风机调速与冶炼操作的连锁；煤气柜高低位连锁；水封逆止阀与三通阀的连锁等
八、氧气顶吹转炉工艺
转炉工艺
氧气顶吹转炉系统工序主要由装入制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点控制及脱氧合金化等五大制度，以及钢包精炼、溅渣护炉和炉体维护主要工序组成。
吹炼过程中金属和炉渣成份及温度变化
冶炼过程大致分成三个阶段：
⑴吹炼前期：指Si、Mn氧化期。这一阶段中，应设法提前化好渣（形成一定碱度、一定（FeO）和（MgO）的流动性良好的初期渣）和均匀升温，有利于去S、P和减小初期酸性炉渣对炉衬的侵蚀。
⑵吹炼中期：指C氧化期。C激烈氧化，致使渣中（FeO）含量降低，容易出现炉渣“返干”，并会引起喷溅。同时，C—O反应给脱S、P创造了有利的动力学条件。
⑶终点控制：在拉碳的同时，确保P、S含量和温度符合钢种的出钢要求；控制好炉渣的氧化性，使钢液中含氧量适宜，以保证钢的质量。
炼好钢，首先要造好渣，才能达到C符合钢种要求范围，去除S、P有害元素，以及调整到合适的出钢温度。
1． 装入制度：
装入制度是指转炉合理的装入量和合适的铁水与废钢之比。
装入量的选择依据：
(1).炉容比（V/T）：指炉子的有效容积（V）与平均出钢量（T）之比，单位是m3/t。
(2).合理的熔池深度
(3).与连铸浇铸及设备的匹配
国内外经常采用的装入制度：
(1).定量装入制度
(2).定深装入制度
(3).分阶段定量装入制度
根据炉役情况，转炉基本实行分阶段定量装入制度，根据铁水成分和热富裕程度，适当调整铁水和废钢的入炉比例。
2．供氧制度：
Ø供氧制度是指把氧气流股最合理地喷向熔池，使氧流与熔液间的物理化学反应具有良好的条件。所研究的内容包括供氧强度，供氧压力，枪位高低和喷嘴结构等方面。
Ø 氧气流量：指单位时间向熔池供氧的数量。
氧气流量(m3/min)=每吨金属耗氧量（m3/t）×出钢量（t）/供氧时间（min）
Ø 供氧强度：指单位时间内，每吨金属的耗氧量，即每吨金属的氧流量。
供氧强度(m3/t.min)= 氧气流量(m3/min)/金属耗装入量（t）
Ø 氧枪：是向熔池供氧的主要设备，包括枪身和喷嘴（喷头）两部分。喷嘴是将高压低速气流转化为超音速氧射流的设备，是一种压力——速度的能量转换器。我厂目前采用的四孔氧枪喷嘴的喉口直径是20.6mm，马赫数为2，枪孔中心线与氧枪中心轴线夹角是11°。
目前国内小炉子供氧压力为0.5-0.8Mpa，大炉子供氧压力为0.85-1.1Mpa。
Ø氧气流股对熔池的作用
⑴直接传氧：氧气被金属液直接吸收。
⑵间接传氧：金属液被氧气氧化，生成（FeO），一部分（FeO）又被氧化成高价氧化铁。
Ø 枪位对炉渣中FeO含量及熔池温度的影响
⑴枪位与FeO的关系
为增加渣中（FeO）含量，往往降氧枪适当提高一些；反之，可采取低枪位操作。
⑵枪位与熔池温度的关系
枪位较低，对熔池搅拌作用强烈，反应速度快，吹炼时间短，熔池升温速度加快，温度较高；枪位较高时，对熔池搅拌作用较弱，反应速度缓慢，吹炼时间延长，熔池升温速度慢，温度较低。
枪位确定的经验公式为：
H=（25-55）d喉
H：氧枪喷头距熔池液面的距离，mm
d喉：氧枪喷头喉口直径，mm
Ø供氧操作：
目前有：恒压变枪、恒枪变压、变压变枪三种操作类型。
恒压变枪：供氧压力不变，枪位高低变化。目前国内广泛采用的供氧操作。
恒枪变压：枪位不变，调节供氧压力大小
变压变枪：在一基本枪位的基础上，调节枪位、供氧压力，达到顺利冶炼的目的。由于变压变枪所产生的效果相互影响，操作中不易做到精确控制。
一炉钢的吹炼一般分三个阶段，各阶段的脱碳反应规律如下：
氧气顶吹转炉炼钢过程中碳氧反应主要是在三相乳化液中进行，速度很快，这是转炉炼钢的特点之一，在转炉炼钢过程中的脱碳过程大致分为三个变化期。第Ⅰ期(硅锰氧化期)，脱碳反应速度随着吹炼的进行而不断加快。虽然这时金属中含碳量很高，有利于碳的氧化反应，因为此期温度低、硅锰含量高，而且硅、锰与氧的亲和力大，所以此期以硅、锰的氧化为主，同时通过氧化放出热量使熔池的温度逐渐上升，而脱碳速度随着温度的上升和硅锰含量的下降而逐步提高；第Ⅱ期(碳氧化期)脱碳速度稳定，因为此期的熔池温度已提高到1450℃以上，硅、锰已被大量氧化，熔池内硅、锰所剩无几，此时碳处于活泼状态，加之由于碳氧反应产生的沸腾引起的强烈搅拌形成的乳浊液，更使脱碳速度大为加快，所以此期主要是碳的氧化，其反应速度快而稳定，脱碳速度大小取决于供氧强度；第Ⅲ期(冶炼后期)碳的氧化速度呈直线下降，因为此时碳经过第Ⅱ期的剧烈反应后已经下降到较低的水平，到达反应界面的碳大为减少，使脱碳反应变得困难，脱碳速度下降，这时碳的氧化速度与吹炼初期相似，但取决于碳的浓度和扩散速度，并与含碳量成正比。此期中，脱碳速度取决于碳的多少。
根据生产节奏和生产需求灵活控制供氧强度，目前20吨转炉的冶炼周期为21～23分钟，40吨转炉的冶炼周期为23～25分钟。20吨转炉的供氧冶炼时间为12～13分钟，40吨转炉的供氧冶炼时间为13～14分钟。
3．造渣制度：
炼好钢首先要炼好渣，所有炼钢任务的完成几乎都与熔渣有关。炼钢造渣的目的是①去除钢中的有害元素P、S②炼钢熔渣覆盖在钢液表面，保护钢液不过度氧化、不吸收有害气体、保温、减少有益元素烧损。③吸收上浮的夹杂物及反应产物。④保证碳氧反应顺利进行。⑤可以减少炉衬蚀损。
造渣制度是研究造渣方法，加入渣料的种类、时间和数量，以及如何快速成渣，达到最大限度地去除钢液中的S、P，缓和冶炼过程中的造渣速度与脱C速度之间的矛盾，在极短的时间内造出具有一定碱度及氧化铁含量、适当粘度和数量的炉渣的操作工艺。
Ø 炉渣在冶炼过程中的作用
Ø 炉渣的主要性质
⑴炉渣碱度：渣中全部碱性物与全部酸性物之比，R=CaO%/SiO2%。
⑵炉渣的氧化性：通常用渣中含氧化铁的多少来衡量。
⑶炉渣的熔化温度：炉渣的熔点通常是指完全转变成均匀熔体状态时的温度，或在冷却时开始析出固体物时的温度。
⑷炉渣的粘度：炉渣流动性的好坏是以粘度来表示的。
⑸炉渣泡沫化：使气-渣-金属间界面得到很大提高，从而加速了炉内化学反应速度，能获得良好的冶金效果。
Ø炉渣的形成
Ø原则是“初期早化渣，过程渣化透，终渣物化，出钢挂上” 。
⑴成渣过程
⑵加速石灰熔化的途径
转炉一般实行单渣操作。根据铁水成分中的硅、硫和铁水装入量配加石灰，提供合适的熔渣碱度（3.5左右），达到冶炼要求。
渣料主要包括：石灰、白云石、铁矿石、萤石组成。
石灰主要作用是通过化学反应去除铁水中的Si、P、S等元素。
白云石主要用于调整熔渣中MgO含量，达到保护炉衬和溅渣护炉的终渣要求。
铁矿石主样用于降温作用保证终点温度命中。
萤石主要的作用是化渣，转炉需要造适当泡沫化的熔渣，萤石作为助熔剂的优点是化渣快，效果明显，一般不大于石灰加入量的10%，用量过多，对炉衬又侵蚀作用。
渣料消耗主要受铁水和废钢的条件影响。铁水硅低、硫低渣料消耗就低。
氧气顶吹转炉的首要任务,便是要求迅速造好具有一定碱度和氧化性、流动性良好和数量足够的熔渣。合适的碱性渣可以延长炉衬寿命、加速溶池中的传热与传质、有效地发展熔体的乳化、减轻喷溅并达到早期大量脱除磷和硫的目的。这些均要求块状石灰能迅速溶化,并形成适合以上要求的熔渣。因此,加速石灰的熔解过程是快速成渣的关键。
吹炼初期,液态渣主要来自Fe、Mn、Si的氧化,渣量少而渣中SiO2的浓度很高。初期渣凝固试样的矿物组成是含FeO、MnO很高的钙镁橄榄石、2(FeO、MnO、MgO、CaO)*SiO2和玻璃体。大量的冷态石灰加入后,立即在石灰块表面生成一层渣壳。渣壳的加热和熔化需要一定时间(称为滞止期),对于40mm块度的石灰,滞止期一般约为50s。为了加速成渣过程,应该尽量缩短滞止期,可采用预热石灰的方法,即先加石灰后兑铁水。
石灰渣化的机理是：开吹后，各元素的氧化产物FeO、SiO2、MnO、Fe2O3等形成了熔渣。加入的石灰块就浸泡在初期渣中，被这些氧化物包围着。被这些氧化物从石灰表面向其内部渗透，并与CaO发生化学反应，生成一些低熔点的矿物，引起了石灰表面的渣化。这些反应不仅在石灰块的外表面进行着，而且也在石灰气孔的内表面进行着。石灰在渣化过程中其表面会形成质地致密、高熔点的2CaO·SiO2，阻碍着石灰进一步的渣化。若渣中含有足量的FeO，可使2CaO·SiO2解体。MnO和Fe2O3同样也能够破坏2CaO·SiO2的生成。CaF2和少量MgO能够扩大CaO-FeO-SiO2三元系统的液区，对石灰渣化有利。
在吹炼前期，由于（TFe）含量高，虽然炉温不太高，石灰也可以部分渣化；在吹炼中期，由于碳的激烈氧化，（TFe）被大量消耗，熔渣的矿物组成发生了变化，由2FeO·SiO2→CaO·FeO·SiO2→2CaO·SiO2，熔点升高，石灰的渣化有些停滞，出现返干现象。大约在吹炼的最后的1/3时间内，碳氧化的高峰已过，（TFe）又有所增加，因而石灰的渣化加快了，渣量又有增加。
影响石灰溶解的因素
3.1 熔池温度
通常,一定成份的熔渣当升高温度时能改善其流动性。这是因为升高温度可提供更多液体流动所需要的粘流活化能,而且能使某些复杂的复合阴离子解体,或使固体微粒熔化。但是对于不同成份的熔渣,粘度受温度的影响是不同的,适当提高熔池温度和加入熔剂能增加熔渣的过热度,以降低熔渣的粘度。
3.2 萤 石
萤石的主要成份为CaF2并含有少量的SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaCO3和少量P、S等杂质。萤石的熔点约930℃。萤石加入炉内在高温下即爆裂成碎块并迅速熔化,它的主要作用是CaF2与CaO作用可以形成熔点为1362℃的共晶体,直接促使石灰的熔化;萤石能显著降低2CaO*SiO2的熔点,使炉渣在高碱度下有较低的熔化温度,CaF2不仅可以降低碱性炉渣的粘度,还由于CaF2在熔渣中生成F离子能切断硅酸盐的链状结构,也为FeO进入石灰块内部创造了条件。
3.3 FeO的作用
FeO对石灰的溶解有较大的影响,FeO能显著地降低熔渣的粘度,因而改善了石灰溶解过程中的外部传质条件;在碱性渣系中,FeO属于表面活性物质,可以改善熔渣对石灰块的润湿程度和提高熔渣向石灰块缝隙中的渗透能力;FeO和CaO同是立方晶格,而且O2-、F3+、Fe2+离子半径不大,它在石灰晶格中的迁移、扩散、置换和生成低熔点相都比较容易,促进石灰溶解;FeO能减少石灰块表面2CaO*SiO2的生成,同时FeO有穿透2CaO*SiO2渣壳作用,使2CaO*SiO2壳层松动,有利于2CaO*SiO2壳层的熔化。
3.4 SiO2的影响
在一定成份的熔渣中,增加SiO2(在不超过20%的范围内),可以使熔渣的熔点下降,粘度值下降,使熔渣对石灰块的润湿情况有所改善,从而导致石灰溶解的推动力Δ(CaO)的增大和熔渣对于石灰吸收活性的提高,但当(SiO2)超过最佳值时,它促进2CaO*SiO2的形成,因而阻碍熔渣向石灰块内的渗透。当(SiO2)超过30%时,由于形成大量的复合硅氧阴离子而使熔渣的粘度大大增加。
3.5 MgO的影响
采用白云石造渣,使渣中MgO不超过6%的条件下,提高初期渣中MgO含量,有利于早化渣并推迟石灰块表面形成高熔点致密的2CaO*SiO2壳层,在CaO-FeO-SiO2三元系炉渣中增加MgO,有可能生成一些含镁的矿物,如镁黄长石(2CaO*MgO*SiO2,熔点1450℃),镁橄榄石(2MgO*SiO2,熔点1890℃),透辉石(CaO*MgO*2SiO2,熔点1370℃)和镁硅钙石(3CaO*MgO*2SiO2,熔点1550℃),它们的熔点均比2CaO*SiO2低得多。因此有利于初期石灰的熔化。但是这种作用是在渣中有足够的(ΣFeO),且(MgO)含量不超过6%的条件下发生的,否则熔渣粘度增大,影响石灰的熔解速度。
3.6 MnO的影响
MnO对石灰溶解所起的作用比FeO差,仅在(FeO)足够的情况下,MnO才能有效地帮助石灰溶解,而当(MnO)超过26%时,如果(FeO)不足,反而会延滞石灰的溶解。
Ø石灰加入量的计算
当铁水含磷较低时（〈0.3%）
石灰加入量=2.14×[Si%]×R×1000/CaO%有效（千克/吨铁）
CaO%有效= CaO%石灰-RSiO2%石灰
Si原子量28 O原子量16
当铁水含磷较高时（＞0.3%）
石灰加入量=2.2×[Si%+P]×R×1000/CaO%有效（千克/吨铁）
P原子量31
1千克硅生成SiO2：2.14千克 1千克磷生成P2O5：2.29千克
平均值：（2.14+2.29）/2=2.2
Ø白云石造渣
白云石加入量的计算
白云石=渣量×终渣MgO的含量/白云石含MgO的含量×100%
渣量可用每吨金属料所产生炉渣重量来称量，一般占金属料重量10～15%。
4 温度制度
温度制度是研究炼钢过程中的热化学和温度控制的问题，而温度控制主要是指过程温度及终点温度的控制。
Ø 1 出钢温度的确定
t出钢温度=t凝固点+t出钢及过程温降+t浇铸所需过热温度
Ø 2 转炉热量的来源与消耗
转炉炼钢热量的来源主要是铁水的物理热和化学热。
Ø 3 冷却剂的种类
常用的冷却剂有废钢、铁矿石等。
Ø 4 钢水温度控制
钢水温度控制就是指对钢水终点温度和吹炼过程温度的控制。
⑴影响钢水温度的主要因素
① 铁水的温度
② 铁水的化学成份
③ 铁水和废钢装入量
④ 停炉时间与炉龄
⑤ 操作因素
⑵吹炼过程的温度控制
吹炼过程熔池温度过高、过低均不好：
温度过高：
难化渣，温度过高脱碳反应更为激烈，致使渣中FeO保持很低水平，使石灰溶解更加困难，甚至出现严重“反干”。
炉衬侵蚀严重，白云石炉衬的耐火温度并不是很高的，炉温升高，炉衬软化趋势大，冲击侵蚀更加容易。
末期去磷困难，脱磷反应对温度的敏感性较强，虽然末期渣的碱度高，但高温下磷的分配比下降，致使钢液中的含磷量较难降到要求以下。
溶解于钢液中的气体增加，从而影响钢的质量。
出钢钢水温度过高，容易造成浇铸事故。
温度过低：
温度过低，前期化渣不好，后期难造高碱度渣，影响脱磷及脱硫。
为了提高炉温，要采用一些强制性措施，增加铁合金消耗、铁损增加。使吹炼时间延长。
钢包温降有那些措施：
(1)钢包内衬砌筑隔热层，减少散热。
(2)钢包烘烤采用高效节能装置。
(3)加快钢包热周转，红包出钢。
(4)钢包加盖。
(5)钢包钢水表面加保温覆盖材料。
5．终点控制：
Ø终点控制主要是指终点的温度及成份的控制。
Ø终点所具有的特点是：
⑴ 钢中含C量达到所炼钢种的控制范围；
⑵ 钢中含S、P量均低于规格下限所要求的值；
⑶ 终点温度能达到确保顺利浇铸的温度。
Ø 1 碳的判断
⑴通过火焰来判断终点碳
⑵以观察钢样火花和钢样表面来判断终点碳
⑶高拉补吹法
Ø 2 温度的判断
⑴火焰判断
⑵取样判断
⑶热电偶测温
终点控制主要是指终点温度和成分的控制。转炉兑入铁水后，通过供氧、造渣等操作，经过一系列物理化学反应，而达到该钢种所要求的终点成分和温度。20吨和40吨转炉的终点命中率分别在85％和75％左右。主要受铁水条件和操作工的技能影响。铁水、废钢等原材料条件好终点命中率的提高空间很大。终点是否命中主要依靠关键岗位人员的经验判断和使用测温枪进行测温后得到的温度值决定。
6．脱氧合金化：
把钢液中的氧去除过程，称之为“脱氧”。
影响终点钢水溶解氧的主要因素：
⑴钢中氧量主要与含碳量有关，即终点碳越低，钢中溶解氧就越高，后吹能使钢中氧含量剧烈增加。
⑵在冶炼低C钢的条件下，还与炉渣中的氧化铁有关，钢液中的溶解氧随炉渣中氧化铁的增加而增多。
⑶钢中的溶解氧随温度升高而增加。
合金化：在炼钢的终点，与脱氧操作的同时，按钢种规定成份范围配加一定量的合金元素。
沉淀脱氧的原理是：在冶炼终点时，向炉内或钢包内加入一些比铁更易氧化的元素，向Al、Si和Mn等元素，使之与钢液中的氧结合生成Al、Si和Mn的氧化物，并因不溶解于钢液而从中排除出来，达到脱氧的目的。
各种元素的脱氧能力由弱到强顺序排列如下：Mn、Cr、Nb、Si、B、Ti、Al、Zr、Ca。
脱氧合金的加入原则是先弱后强。
钢包内的脱氧和合金化
转炉采用的是沉淀脱氧的脱氧方式。沉淀脱氧是脱氧剂加入钢包钢水中，使溶于钢水中的氧结合成稳定的氧化物即脱氧产物，并与钢水分离排入熔渣中，从而达到降低钢水氧含量的目的。转炉冶炼终点命中后的下道工序就是脱氧合金化。终点钢水达到要求后通过出钢口炉内钢水流入钢包，在出钢过程中，通过合金流槽加入脱氧合金化所需的的预脱氧剂、合金、增碳剂、终脱氧剂等，使钢水成分和钢水氧含量控制在要求范围之内。在钢水出至钢包内2/3时，向炉内加入挡渣球和和出钢完毕后出钢口加挡渣塞防止炉内熔渣混入钢包。脱氧合金化控制直接影响到钢水的质量，是转炉炼钢的重要环节之一。主要受终点控制水平和关键岗位人员的操作技能影响。
铁合金加入量的计算：
铁合金加入量（）=(元素中限成分-终点元素残余成分)÷（合金元素的含量×元素回收率）×出钢量
7、吹损与喷溅
转炉在炼钢过程中喷溅掉和烧熔损掉的金属量占入炉金属料量的百分比。其公式为：转炉吹损率(%)＝[入炉金属料(t)-出炉钢水量(t)]/入炉金属料(t)×100%。
吹损组成：化学烧损、烟尘损失、渣中金属损失、机械损失
吹损=（装入量-出钢量）÷装入量×100%
减少吹损的主要途径：
（1）精料方针，即减少渣量。（2）合理造渣制度：即早化渣、化好渣、降低终渣中的氧化亚铁和铁粒含量。（3）采用合理供氧制度、合理的装入制度，以减少金属喷溅。（4）采用热补偿技术，多加废钢，降低铁的化学烧损。（5）合理的复吹吹炼技术，改善溶池搅拌，降低终点渣中∑（FeO ）。
预防喷溅关键在于吹炼操作，避免导致喷溅的因素产生，主要有：
⑴控制好熔池温度。前期温度不过低，中后期温度不过高，防止熔池温度突然降低，保证脱碳反应能均衡进行，消除爆发性脱碳反应。
⑵控制好渣中∑FeO，不使渣中氧化铁过高。这样，在操作上前期枪位应偏低，避免渣中氧化铁积聚过多，炉渣发泡，一旦升温，脱碳反应加速，引起大喷。吹炼中期当炉渣已化时，一定要降枪，减少渣中氧化铁。
⑶吹炼中途加料，尽量采用小批量多批次的办法，以避免熔池温度明显降低，而使渣中氧化铁升高。
⑷炉渣不化，提枪化渣时，不要长时间在高枪位吹氧，否则，炉渣一化，氧化铁大量增加，引起喷溅。一旦发生喷溅，不能立即降枪，若此时降枪，脱碳反应更加激烈，反会加剧喷溅。应适当提枪降压，一方面减缓脱碳反应，另一方面，氧气流可以冲击炉渣，使气体排除，减轻炉渣发泡程度，当炉况正常时，才降枪恢复正常吹炼。
8、铁水预处理
比较铁水预处理、转炉、LF炉三个环节的脱硫条件。
由脱硫反应式[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)看出：
A铁水预处理采用石灰和镁粉脱硫时主要是利用渣的高碱度并且扒净脱硫渣；同时铁水中的碳、硅、氧等元素含量低，提高了铁水中硫的活度系数，故铁水脱硫效率高；而且铁水脱硫费用低于高炉、转炉和炉外精炼的脱硫费用。
B转炉吹炼中由于整个过程是氧化气氛，(FeO)一直较高大于15％～20％，不利于脱硫反应进行，但转炉后期利用高温、高碱度和良好的炉渣流动性，改善动力学条件仍可以实现部分脱硫，脱硫效率仅为30％～40％。
C由反应式看出只有脱氧良好、(FeO)极低的情况下才能有效脱硫，LF炉精炼通过加铝脱氧后使(FeO)〈1%形成还原渣，[Al]+[FeS]+(CaO)=(CaS)+(Al2O3)+[Fe]，脱硫反应充分进行，脱硫效果好，可以实现深脱硫。
铁水预处理脱硅、磷、硫。一般主要是脱硫。
众所周知,硫在钢中是有害元素,钢中硫化物枝晶偏析是引起连铸坯产生内裂和外裂的内在根源,并影响到钢的表面质量、机械性能和加工性能,所以必须尽可能地加以去除。在转炉炼钢和钢水精炼中虽然可以脱硫,但难度大,作业时间长,与连铸不好配合,技术经济指标变坏,因此用低硫铁水炼钢更为合理。高炉炼铁的脱硫能力虽然比转炉炼钢强得多,但是要获得低硫铁水,必须精料,增加焦比,提高碱度,炉况难顺行,产量降低,而炉外铁水脱硫最为经济合理。这样,扩大了高炉炼铁对原材料的适应范围,并且石灰和焦碳耗量减少,铁水产量增加。转炉冶炼和钢水精炼的脱硫负担也减轻,减少渣量和喷溅,提高金属收得率和生产效率,提高产品质量,从而达到高效率、高质量、低成本,增强市场竞争能力。
脱硫剂种类很多,目前国内外广泛使用的脱硫剂是镁、碳化钙和氧化钙三类,及由它们为主的按一定比例配制的混合脱硫剂。
镁系脱硫剂的反应速度快,脱硫效率高,不容易回硫,耗量小,渣量少,处理时间短,铁水温降小,对处理铁水的温度要求不严,优于其它类型的脱硫剂,但其价格昂贵,加工、运输、储存、使用都尚有安全问题,本设计乃选用涂覆其他物质的钝化镁粒和石灰的混合物质作为脱硫剂(投产初期用石灰作为脱硫剂),可取得较好效果。
脱硫剂是碳化钙：CaC2+[S]=CaS+2[C])
脱硫剂是氧化钙：CaO+[S]=CaS+(O)
脱硫剂是镁：Mg+[S]=(MgS)
（１）加入方式
A 镁焦钟罩法
这是一种早期使用的具有代表性的块状加入方法。是将渗有一定量镁的铸造焦置于一陶瓷或墨制成的钟罩内,然后一起插入到铁水中进行脱硫。钟罩四周有一定量的通气孔,镁焦遇到铁水,镁蒸发后从气孔逸出并上升,使水产生循环运动,加速了脱硫的进行。工业应用表明,在镁焦加入量为1.2kg/t铁水时,可以将硫从0.025%降低到0.006%。镁的利用率为61%,处理时间为10～20min。
这种方法装置简单,投资少,脱硫稳定,适于要求连续供应低硫铁水的工厂。但工艺上存在缺陷,主要是开始插入镁焦时镁蒸气大量产生,逸出量大,难以控制,到后期脱硫速度又显著降低。另外在生产上,这种方法的投资少,但生产费用却很高。因此,随着喷吹技术的应用,这种方法已被淘汰。
B 喂丝法
传统的喂丝方法效果并不理想。日本吴制铁所开发了一种新的喂丝工艺,是将按规定比例的镁粒和经过调整的石灰粉混合好后用铁皮包裹成丝状,以一定速度投入到铁水中。对90t铁水进行脱硫试验不吹气搅拌时脱硫到60%左右就停滞了,吹气的情况下,可将硫脱到30×10-6以下,镁的单耗为1.1～1.4kg/t。
这种方法能够精确控制镁丝的加入量，同后面提到的复合喷吹很相似。不利的是镁丝的制作费用高。而从镁的利用率和残余的总硫量(［S］+浮MgS)角度来看，向铁水中喷吹镁粉比向铁水中添加固体镁料(镁焦等)有明显的优越之处。
Ｃ 喷吹金属镁粒法
应用喷吹技术后,人们提出了喷吹金属镁粒法。通过控制吹入镁粒的速度,使镁逐渐蒸发,保持稳定的蒸发速度,可提高镁的利用率。此外,由于载气对铁水有搅拌作用,可以促进反应物的传质和产物的排出。由于生成的镁气体对液体的搅拌强烈,顶吹时常发生喷溅。因此,一般顶吹时必须严格控制喷吹操作或采用斜插喷枪或侧吹法。由于金属镁极易氧化,故一般采用钝化镁粒(如裹盐镁粒)其粒度一般为0.5～2.5mm。芬兰拉赫厂的年统计表明,把含硫量为0.065%的高炉铁水处理为0.02%S的混铁炉铁水,镁的消耗量为0.7kg/t铁水,铁水平均温降5～15℃。
这种方法的优点是处理时间短,可控性好,渣量少,铁损少,无环境污染。缺点是操作不当易造成喷枪堵塞和喷溅。对裹盐镁粒应用时,还要考虑吸湿性和流动性等问题。最重要的是镁的成本高,特别是七八十年代以来世界镁价逐年上涨,使其应用于铁水预处理受到限制,使得人们又开发了各种混合/复合喷吹法。
Ｄ 混合/复合喷吹法
（２）影响镁脱硫的主要因素
当今铁水预处理使用镁基材料脱硫多采用喷粉法,但由于喷粉机理和操作技术上的原因,操作结果往往难以估计。因此,冶金工作者对影响铁水喷吹镁脱硫效果的主要因素进行了不少研究。
A 铁水中的氧含量
因为镁与氧的亲和力比硫大,所以镁先和铁水中的氧反应。在图3中,立山等认为阶段1镁主要消耗于脱氧和溶解,先用铝进行预脱氧时,能降低镁的消耗,并能缩短阶段1的时间。文献中指出铝预脱氧能减少镁的消耗,但对总费用的影响不大。由此看出,为提高镁的脱硫效果应尽量降低铁水中的氧含量。
B 喷枪深度
喷枪插入深度影响镁的利用率和熔池的搅拌情况。喷枪插入浅,镁气泡来不及完全溶解就从熔池液面逸出,且熔池底部存在的死区较大。因此,一定的喷枪深度可以减少镁的逸出损失。但插入太深,会引起溶池的振荡,对铁水包底面冲击大而降低铁水包的寿命,喷吹速度大时振荡更为明显。
C铁水温度
因为镁的脱硫反应式(1)和式(2)是放热反应,温度升高不利于脱硫的进行,而且由于形成的气泡加大,铁水粘度降低,使气泡上浮速度增大,从而减少了镁在铁液中的停留时间而增加了镁从液面蒸发的损失。尽管温度升高传质系数增大,但总的看来,随温度的增高,脱硫率下降,镁的利用率减少。如W.Rekangel等分析镁焦脱硫温度的影响时,得出:对初始硫含量为0.02%的铁水,经过相同的处理,温度为1400℃的铁水终点硫含量为1250℃时的两倍。
D 喷吹气体流量
喷粉冶金的优点之一是吹入的气体在其上升过程中带动液体运动,促进传质,使液体和反应剂充分混合,从而提高反应速度。喂丝和镁焦钟罩法表明底吹气能够缩短喷吹时间,提高效率,也是基于这一原因。但喷吹镁粉时,若气体流量过大,则镁气泡在铁液中的停留时间短,来不及完全溶解就到达溶池顶部而逸出,使其效率下降。因此,从提高镁的脱硫效果出发,应选择合适的气体流量和粉剂喷吹速度。
E 带渣量
一定量的覆盖渣有利于减少镁从液面逸出。但高炉渣因为含硫高,碱度低,硫容量小,对脱硫极为不利。而且渣量过大,造成的铁损也大。故一般均要求尽量少带高炉渣,且最好在喷吹前进行扒渣操作。
F 载气种类
从反应式(7)可看出氮气对镁而言不是惰性气体,在943.15K时镁与氮气的反应异常迅速。用氮气作载气喷枪易产生堵塞。而用天然气则存在着降低铁水温度的副作用,因此现在喷吹镁粒时一般不采用氮气而用氩气作载气，且要求尽量减少气体中的N2、O2、H2O等的含量。
此外，铁水初始硫含量、粉剂粒度、反应器形状等因素均对脱硫速度有影响。
（３）镁脱硫率计算：
镁脱硫的反应式是Mg+[S]=(MgS)
镁脱硫率= 1000×（[S]前-[S]前）24/32
镁粉中的镁含量×镁粉消耗量
九、转炉炉龄、溅渣护炉
耐火材料的分类
酸性耐火材料：是ω(SiO2)>93%的氧化硅质耐火材料。
碱性耐火材料：MgO或MgO和CaO为主要成分的耐火材料。
中性耐火材料：与碱性渣、酸性渣都不易起明显反应的耐火材料。
耐火材料的主要性质：
耐火度、荷重软化温度、耐压强度、抗热震性、热膨胀性、导热性、抗渣性、气孔率、体积质量等。
转炉炉龄是转炉炼钢厂的一项重要经济技术指标，在一定程度上反映出转炉炼钢厂技术操作和生产组织水平。
1、炉衬损坏的原因：
(1)废钢、铁水对炉衬冲击及机械磨损。
(2)钢液、炉渣的搅动及气体冲刷。
(3)炉渣对炉衬的化学侵蚀。
(4)炉衬温度激冷、激热变化和组织变化的开裂剥落。
(5)开炉初期的机械剥落。
(6)衬砖内部的碳素的氧化。
转炉采用溅渣护炉技术是提高炉龄、降低耐火材料消耗，提高作业率，降低成本的有效措施。该技术最先是在美国共和钢公司的大湖分厂（Creat Lakes），由普莱克斯（Praxair）气体有限公司开发的。1991年美国LTV公司的印地安那哈鲍厂（Indiana Habor）成功应用于生产。此后广泛在美国、加拿大、日本等国的20多个钢厂采用，转炉炉龄提高了3～4倍，最高可达到`2万炉以上。
溅渣护炉是日常生产中维护炉衬的主要手段，是利用MgO含量达到饱和或过饱和的炼钢终点渣，通过高压氮气吹溅，在炉衬表面形成高熔点的溅渣层，并与炉衬很好烧结附着，从而保护了炉衬砖，提高炉衬寿命。
为了满足溅渣护炉的技术要求，必须减少炉渣的低熔点物相，提高炉渣的耐火度。影响终渣耐火度的主要物相是渣中MgO、TFe及碱度。造渣的首要任务是提高渣中MgO含量，以达到降低由氧化铁所形成的低熔点的影响，最终使炉渣适合溅渣护炉的要求，从而改善溅渣层的护炉效果。转炉冶炼造渣时应遵循“初渣早化，过程化透，终渣造粘，出钢物化”。
溅渣操作步骤
上一炉出钢完毕后将炉体摇正→氧氮转换开关切换至吹N2位→降枪溅渣→提枪→氧氮转换开关切换至吹O2位→倒除溅后残渣→下一炉加料。
此外还要炉衬砖蚀损的部位和蚀损程度确定其它维护方法。一般用补炉料或补炉砖修补、喷补料进行喷补等技术对炉衬进行维护，以保持转炉的合理炉型。
十、炉外精炼
v 随着对钢质量要求越来越高，传统的炼钢设备和工艺难以满足要求，因而炉外精炼处理技术迅速发展。
v 炉外精炼可以进一步完成脱碳、磷、硫、氧，去除有害气体；调整温度、成分，去除夹杂物或调整夹杂物性态，细化晶粒，添加特殊元素等任务。
v 炉外精炼一般采取吹氩、喂丝，加热调整温度和造渣处理，真空处理等手段。
v 目前，第一炼钢厂主要炉外精炼手段是钢包吹氩，个别钢种采用LF 炉处理。
钢水经过炉前脱氧合金化后在吹氩站要进行底吹或顶吹氩气操作。钢包吹氩搅拌是最基本也是最普通的炉外处理工艺。目的是为了均匀钢水温度、均匀钢水成分、促使夹杂物上浮使钢水洁净。目前转炉对大多数钢种要求吹氩时间≥3分钟（氩气压力：全程吹氩、底吹：压力0.2～0.35MPa；顶吹：压力0.17～0.25MPa ）。
几种常见的炉外精炼方法
1、RH：真空循环脱气法 DH：真空提升脱气法
2、LF炉：钢包精炼炉，如配有真空盖可进行真空处理，称为LF-VD精炼法。
ASEA-SKF法：瑞典钢包精炼炉。
VAD法：真空脱气法。
3、VOD法：真空条件下脱碳保铬，可以冶炼低碳和超低碳不锈钢种。
AOD炉：氩氧精炼炉，可以冶炼低碳和超低碳不锈钢种。
4、CAS法：密封吹氩，微调合金成分
CAS-OB法：为补偿CAS法过程温降，在隔离罩处添加一支吹氧枪，OB是吹氧的意思。
5、TN法：喷粉精炼法 SL:：喷粉精炼法，具有TN法的优点，设备简单，操作方便可靠
LF炉称为钢包炉，是20世纪70年代初由日本开发成功的，现已大量推广应用，成为当代最主要的炉外精炼设备。LF炉通过电弧加热、炉内还原气氛、造白渣精炼、气体搅拌等手段，强化热力学和动力学条件，使钢水在短时间内达到脱氧、脱硫、合金化、升温等综合精炼效果，确保达到钢水成分精确，温度均匀，夹杂物充分上浮净化钢水的目的，同时很好地协调炼钢和连铸工序，保证多炉连浇的顺利进行。
十一、夹杂物的控制
控制钢中非金属夹杂的途径,是减少冶炼及浇注工艺操作过程中夹杂的产生和外来夹杂对钢水的污染,其次是设法排出已存在于钢水中的夹杂物。针对连铸板坯存在的非金属夹杂物,柳钢采取了如下措施:
4.1 挡渣出钢
出钢过程中,钢渣落入钢包中会引起合金元素大量烧损,脱氧产物严重污染钢液,同时增加钢水回磷,因此在出钢过程中采用了挡渣帽和挡渣球分别阻挡前渣和后渣流入钢包中。试验证明,挡渣后,钢包中的渣子比未挡渣时减少65%,合金回收率提高了5%～18%,在一定程度上减少了脱氧产物对钢水的污染。
4.2 钢水在浇注前进行吹氩处理
通过钢包底吹氩搅拌,不但促进钢水温度和化学成分的均匀化,而且也促使钢中夹杂和气体的排除。经测试,对25t钢包、22t钢水吹氩时间为2.5min,钢中氧化夹杂物平均减少23%。
4.3 实行注流保护,减少二次氧化
有关文献指出,低倍检验出的大约40%的非金属夹杂物是钢液接触空气再氧化的直接产物。由于再氧化,钢包和中间包之间的大型夹杂物增加1.5倍,中间包与结晶器之间由于水口侵蚀,此种大型夹杂进一步增加2.5倍。因此,为了减少钢液在浇注过程中接触大气而产生的二次氧化,采用了长套筒水口对大包注流进行保护;中间包和结晶器之间采用了浸入式水口保护渣浇注,有效地防止了钢液的二次氧化,取样分析表明,采用注流保护的中间包钢液氧化夹杂物总含量比无保护的减少25%左右。
4.4 中间包内砌挡渣墙
连铸中间包除了稳定地供给结晶器钢水外,还有分离钢中非金属夹杂物,净化钢液的重要作用。为了更有效地去除钢中的非金属夹杂物,在中间包设置挡渣墙是很有必要的。通过挡渣墙的阻挡改变了钢液的流动方向,有利于钢液中的夹杂上浮,提高了进入结晶器钢水的纯净度。对挡渣墙前后钢水取夹杂样进行分析后发现,采用挡渣墙可以去除钢中夹杂物平均为48.36%。(6对试样的平均数)
4.5 采用钢水过滤器
对于钢中的脱氧产物Al2O3直径一般只有3～5μn的细小夹杂物虽经过吹氩和中间包砌筑挡渣墙除渣措施后在短时间内靠上浮是很难的。钢水过滤器是一种去除Al2O3或簇状Al2O3的十分有效的方法。柳钢与北京钢铁研究总院共同研究开发了氧化钙陶瓷过滤器净化钢液技术,经过试验取样分析表明,在中间包内采用过滤器净化钢液,过滤后钢中夹杂物总量平均降低47.6%～76.8%,其中Al2O3平均降低47.51%,中间包水口结瘤,明显减少,20R钢板探伤一次合格率比未过滤的提高10.35%。
4.6 采用优质耐火材料
许多文献报道,钢包内衬、中间包包衬、塞棒和水口等耐火材料是大型夹杂的重要来源,在外来大型夹杂中有70%～75%是来自耐火材料,这是由于钢液和钢渣中的某些成分与耐火材料产生理化反应的结果。根据物理化学分析［1］,当钢液含Mn量大于0.7%时,钢水中的Mn会与粘土砖中的SiO2产生化学反应,增加钢中夹杂。在柳钢生产16MnR的试验结果表明,中间包采用铝碳质耐火材料,钢板表面夹杂出现率为4.8%,比采用硅质耐火材料时降低17.6%,所以生产Mn含量较高的钢种时,应选用含碳较高的铝质或镁质等耐火材料代替硅质耐火材料,可以有效地减少钢板的夹杂废品。
4.7 采用性能相适应的保护渣
连铸保护渣在结晶器钢液面上形成熔渣层使钢液隔离空气,保护钢液免受氧化,此外还具有吸收钢-渣界面处的非金属夹杂物,防止夹杂物在该处集聚,净化钢-渣界面的功能,柳钢在连铸板坯生产中曾试用过多种保护渣。各种渣的使用效果是不一样的。在使用性能良好的保护渣时,钢板表面无夹杂,专用板探伤合格率很高,但使用性能差的保护渣时,钢板表面夹杂较多,修磨率高达70%,因此,选用性能相适应的结晶器保护渣对减少连铸坯的夹杂,提高钢板实物质量是有帮助的。
4.8 喂稀土丝改变夹杂物的形状和分布
由于稀土和钢中的硫和氧有极强的亲合力,可以生成稀土氧化物或稀土硫氧化物,钢中加入稀土元素后,有净化钢液,并使夹杂物变性的作用。对加入稀土钢和不加稀土钢进行试验,取样分析表明,钢中加入稀土后,钢中夹杂物大部分已球化,而未加稀土的钢中夹杂绝大部分以长条状沿轧制方向分布。同时加稀土的钢的力学性能有不同程度的提高,其中强度提高2.6%,塑性提高13.3%,常温横向冲击提高35.4%～40.7%。
除上述措施外,在冶炼和连铸过程中减少后吹,保证钢包和中间包清洁干燥,避免中间包加铝块等,都是控制连铸坯夹杂的基本条件。
十二、顶底复吹转炉
1、顶底复吹转炉按底部供气的种类主要分两类
（1）、顶吹氧气、底吹惰性或中性或弱氧化性气体的转炉。
（2）、顶、底均吹氧气的转炉。
2、顶底复吹转炉冶金特点。
转炉工艺计算题
1、冶炼某钢种,其成分是C0.12～0.18%、Mn1.0～1.5%、Si0.2～0.6%。采用Mn-Fe合金化，其含Mn68.5%，Mn的收得率85%，冶炼终点钢水残锰0.15%。出钢量为120吨。求该炉钢Mn-Fe合金的加入量是多少?
答案：Mn-Fe合金加入量
答：Mn-Fe合金加入量是2267Kg。
2、冶炼20MnSi，本炉装入量铁水140t，废钢l0t，吹损为10%，使用合金成分为“硅铁：含Si：75%；锰铁含Mn：70%，冶炼终点残Mn为0.10%。合金硅回收率为80%，合金锰回收率为85%。按中限成分(Mn：1.40%；Si：0.60%)计算本炉钢的硅铁，锰铁合金加入量(kg)(保留整数)(D)
答案：1)钢水量＝(140+10)×90%＝135(t)
2)锰铁加入量＝
×135×1000＝2950(kg/炉)
3)硅铁加入量＝
×135×1000＝135(kg/炉)
答：本炉硅铁加入135公斤，锰铁加入2950公斤。
3、渣量为13%，渣中FeO含量为11%，Fe2O3含量为2%，试计算每吨钢渣中铁氧化损失多少？
答案：1000×13%(11%×56/72+2%×112/160)
=13kg
4、设渣量为装入量的10%，炉衬侵蚀量为装入量的1%，炉衬MgO量为40%；铁水成分Si＝0.6%、P＝0.09%、S=0.04%；
石灰成分：CaO=88%、MgO=1.7%、SiO2＝0.4%；
白云石成分：CaO＝40%、MgO＝35%、SiO2＝3%；
终渣要求(MgO)＝10%，碱度为4.0。求需要加入的石灰与白云石量。
答案：1)白云石应加入量：
W白＝10%×10%×1000/35%＝28.6kg/t
2)炉衬侵蚀进入渣中MgO折算白云石量：
W衬＝1%×40%×1000/35%＝11.4kg/t
3)石灰带入MgO折算白云石量：
W石＝2.14×0.6%×3.5×1000×1.7%/[35%×(88%-4×0.4%)]=2.5kg/t
4)实际白云石加入量：
W白’=28.6-11.4-2.5=14.7kg/t
5)白云石带入渣中CaO折算石灰量：
14.7×(40%-4×3%)/(88%-4×0.4%)＝4.8kg/t
6)实际应加石灰量：
W石’=2.14×0.6%×4×1000/(88%-4×0.4%)-4.8=54.6kg/t
答：实际加入的白云石量为14.7kg/t、石灰量54.6kg/t。
5、已知铁水脱硫前硫含量为0.03%，脱硫后硫含量为0.005%，脱硫用的镁单耗为0.5kg/吨铁，脱硫用的颗粒镁中的镁含量为92%，求颗粒镁的利用率？
答案：镁脱硫的反应式是Mg+[S]=(MgS)
=34.5%
该种颗粒镁的利用率是34.5%。
十二、连续铸钢
连续铸钢简称连铸，是把液态钢水用连铸机浇注、冷凝、切割而直接得到铸坯的工艺。
连铸与普通模铸相比有以下一些优点：
⑴提高了金属的收得率。
⑵节省热能消耗。
⑶实现了浇铸的机械化和自动化。
⑷简化了生产工序，缩短了工艺流程。
⑸连铸坯的均一性高、质量好。
连续铸钢简称连铸，是把液态钢水用连铸机浇注、冷凝、切割而直接得到铸坯的工艺。将高温钢水连续不断地浇到一个或几个用强制水冷带有“活底”（引锭头）的铜模内（结晶器），钢水很快与“活底”凝结在一起，待钢水凝固成一定厚度的坯壳后，就从铜模的下端拉出“活底”，这样已凝固成一定厚度的铸坯就会连续地从水冷结晶器内被拉出来，在二次冷却区继续喷水冷却。带有液芯的铸坯，一边走一边凝固，直到完全凝固。待铸坯完全凝固后，用氧气切割机或剪切机把铸坯切成一定尺寸的钢坯。它是连接炼钢和轧钢的中间环节，是炼钢厂的重要组成部分。
十三、连铸机
在连铸生产中，凡是共用一个钢包同时浇注一流或多流铸坯的一套连铸设备，称作一台连铸机。
在一台连铸机中具有独立的传动系统和工作系统，当它机出事故时仍可照常工作的一套连铸设备，称作为连铸机的一个机组。
对于一台连铸机来说，中间包内的钢水可以同时浇注的铸坯根数（结晶器数）称作连铸机的流数。
凡一台连铸机只有一个机组，又只能浇注一根铸坯叫一机一流。如能同时浇注两根以上的铸坯叫一机多流。凡一台连铸机具有多个机组又分别浇注多根铸坯的，称为多机多流。
十四、连铸机分类
现在世界各国使用的连铸机有立式、立弯式、弧形、旋转式、轮带式和水平式等6种类型。
十五连铸机设备
连铸设备主要由钢包回转台、中间包、中间车、结晶器、结晶器振动机构、二次冷却装置、拉坯矫直装置、切割装置和铸坯运出装置等9部分组成。
连铸机的主体设备
1、回转台：为了将钢包中钢水送到中间包进行多炉连续浇注，在连铸机浇注平台设置回转台。钢包回转台按转臂旋转方式不同，可分为两大类：一类是两个转臂可各自作单独旋转，直臂式，双臂式（可单独升降）；另一类是两臂不能单独旋转。一般钢包自重约为钢包容量的40%左右。
2 中间包：
中间包是一个耐火材料容器，是钢包与结晶器间的一个中间容器，首先接受从钢包浇下来的钢水，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。它的作用是减压、稳流、除渣、储钢和分流，是实现多流连浇的基础：
1、降低钢水静压力，保持中间包稳定的钢水液面，平稳地把钢水注入结晶器；
2、促使钢水中的夹杂物进一步上浮，以净化钢液；
3、分流钢水。对多流连铸机，通过中间包将钢水分配到各个结晶器。
4、贮存钢水。在多炉连浇更换钢包时不减拉速，为多炉连浇创造条件。
采用长水口浇注、深熔池中间包、加挡墙和坝等是防止卷渣净化钢水质量的有效措施。
中间包容量一般取钢包容量的20～40％，为了多炉连浇，中间包容量还必须大于更换钢包期间浇注的钢水量。中间包钢水深度为600～1000mm。中间包形状有长方形、三角形、椭圆形、梯形等。多炉连浇时中间包钢水深度不能小于300mm。
3 中包车：中包放置在中包车上，便于调整中包水口与结晶器之间的位置。
中包车功能：运行功能，升降功能，横移对中，称量功能。
4 结晶器：钢液在结晶器内要凝固成坚固的硬壳，形成所需断面的铸坯。
钢水在结晶器内的凝固过程：当高温钢水浇入结晶器，钢水与水冷的铜壁接触，就会迅速凝固形成很薄的初生坯壳。由于钢水静压力的作用，生成的坯壳与铜壁紧贴在一起，此时钢水热量能迅速传给铜壁，被冷却水带走。随着凝固的继续进行，坯壳逐渐增厚，坯壳企图收缩离开铜壁，而钢水静压力又把坯壳挤靠到铜壁，这个收缩一挤靠过程反复进行。当坯壳厚度达到能抵抗钢水静压力时，坯壳就脱离铜壁，这样在铜壁与坯壳之间形成了空气缝隙（叫气隙），增加了传热的阻力，延缓了坯壳厚度的增长。气隙一般是在结晶器下部形成。所以结晶器内钢水凝固放出的热量是通过凝固壳—气隙—铜壁—冷却水导出的。冷却水带走的热量占结晶器总散热量的96％左右。
结晶器冷却水的作用：钢水在结晶器内凝固形成的坯壳所放出的热量主要是冷却水带走的。从结晶器下部进水管进入的水，以高速流过结晶器周围，把热量带走，从上部水管流出。
结晶器冷却水量主要是考虑防止漏钢和减少铸坯表面缺陷。水量过大，铸坯会产生裂纹；水量过小，冷却能力不够，会使坯壳太薄造成拉漏。
1）按连铸机型式不同，结晶器可分为直的和弧形的两大类。
按铸坯规格形状来分，有小方坯、大方坯、板坯、圆坯和异形坯结晶器。
按结晶器本身结构来说，可分为三种类型：套管式结晶器、整体式结晶器、组合结晶器。
套管式结晶器：管式结晶器、喷淋式结晶器，主要运用于小方坯连铸；
整体式结晶器：刚性好、寿命长，制造成本高，耗铜多，近几年已不采用；
组合式结晶器：由4块复合铜板组合而成，广泛运用于板坯连铸。
另外，还有水平连铸机使用的水平式结晶器。
2）良好的结晶器应具有下列性能：良好的导热性，能使钢液快速凝固；结构刚性要好；装拆和调整方便；工作寿命长；振动时惯性要小。
结晶器工作时与高温铸坯直接接触，两者之间经常处于滑动摩擦状态，为了提高结晶器的导热性能，其内壁一般用铜合金制成，但其硬度较低，因此，为了提高结晶器内壁铜合金板寿命而采取镀层的办法。
3）结晶器材质：导热系数高，膨胀系数小，足够的高温强度，较高的耐磨性和加工性。
常见有以下材料
铜、铜合金；
铜板镀层，提高寿命，有单一镀层，厚度0.1～0.15mm铬或镍；有复合镀层：镍、镍合金和铬3层复合镀层，等等
4）结晶器断面尺寸
结晶器断面尺寸应根据铸坯断面尺寸来确定，铸坯冷却凝固收缩，，在轿直会引起铸坯变形，因此结晶器断面尺寸比铸坯断面尺寸略大，一般来讲，结晶器断面尺寸比铸坯断面尺寸大2～3%。
方坯、矩形坯计算公式：D下=(1+2.5%)D B下=(1+1.9%)B
D铸坯厚度，B铸坯宽度
板坯计算公式：
宽边：B上=[1+(1.5～2.5%)]B B下=[1+(1.5～2.5%)- ε%]B
窄边：D上=（1+1.5%)D+2 D下=（1+1.5%- ε%)D+2
结晶器长度
根据凝固定律，钢水在结晶器中的停留时间与铸坯出结晶器坯壳的厚度有关，
结晶器长度计算公式：L有效=V.t=V（δ/K）2
K：凝固系数 方坯取0.03～0.033，板坯取0.024～0.028，圆坯0.025～0.028
结晶器的倒锥度：结晶器内腔纵断面的尺寸做成上大下小，形成一个锥度，由于是上大下小，故称倒锥度。在结晶器中钢水由于受到冷却而形成一定形状的坯壳，随着铸坯不断下移，温度也不断下降而收缩，若结晶器没有倒锥度，就会在坯壳与结晶器之间形成间隙，称气隙。由于气隙的存在降低了冷却效果，同时由于坯壳过早地脱离结晶器内壁，在钢水静压力作用下坯壳会产生鼓肚。因此，将结晶器做成倒锥度，上述情况就可以避免，但其锥度大小应与铸坯冷却收缩程度相适应。
4.1 结晶器的材质
结晶器工作条件极端恶劣,其热通量比锅炉的热通量还要大很多。因此要求制作铜管的材质在室温至400℃范围内,有良好的抗拉强度、疲劳强度、硬度、低延伸率和高导热系数。对现代结晶器来说,还需要安装电磁搅拌装置,因此还要求其具有良好的导磁性,使磁力线易于通过结晶器壁。
紫铜是公认的好材质,但对管式结晶器破损机理研究时发现,紫铜材质在高温下强度和硬度不足,再结晶温度比较低,从而易发生铜管变形以及磨损而报废。也有厂家使用磷脱氧铜制造结晶器铜管,磷脱氧铜(TUP)材质性能与紫铜较接近。
现在各国均在研究开发弥散硬化型铜合金,Cu-Cr、Cu-Ag、Cu-Be、Cu-Zr-Cr等。其中,含银铜材是在铜中加入0.07%～0.115%的银。铜中加银后,虽然导热性比紫铜略低,但显著提高了材质的硬度和再结晶温度,经测量,加银铜材硬度达HB85—90,再结晶温度达320℃以上,缺点是成本较高。
国外也有使用Cu-Fe-P-Sn合金(KT-1)制造结晶器的。磷脱氧铜、Cu-Ag合金和KT-1这三种材质的物性参数较为接近,列于表1。其中热膨胀系数以“Cu-Fe-P-Sn(KT-1)”为最小,也就是产生热应力的因素小。而且KT-1合金原材料经济,制造方面也没问题,在神户钢铁公司的使用效果证明,和过去的磷脱氧铜相比,用KT-1做结晶器,平均寿命可延长1.5倍。
4.2 结晶器镀层
为避免铜管内壁的磨损以及防止铸坯表面产生星裂缺陷,铜管内壁要镀上一层防护层。通常选择Cr作为镀层,其厚度一般为0.06～0.08mm。但是通过研究证明,镀层脱落是铜管报废的主要原因。因此,提高镀层与铜基体的结合强度可以有效地延长铜管寿命。
铜管使用后,镀Cr层从上到下都有微裂纹,且以弯月面附近裂纹最为明显。也有镀层被划伤导致脱落的情况。针对镀Cr层存在剥离早的缺点,国内外进行了深入研究,发明了以下方法：
(1)共析法:日本川崎钢铁公司水岛厂的共析法是使百分之几的Fe和Ni共析。使用证明,Ni-Fe合金做复层的结晶器工作面龟裂减少,耐磨性显著提高,只为镀Ni层厚度的三分之一(＜1mm)时,浇注700炉次以上也不会露铜。
(2)复层法:即底层镀Ni,再在Ni外镀Cr形成复层。
(3)表面渗铝法:前苏联采用热扩散法进行结晶器内表面渗铝,结果热阻力只是铜壁的7.3%,硬度却是铜壁的三倍。
(4)近年来,日本一些钢厂已研制成功结晶器多层电镀法。即在结晶器下部先镀Ni,在镀Ni层上再镀碳化物和Cr。经电镀的结晶器,使用次数由电镀前200～300炉提高到1000～3000炉。
4.3 结晶器长度
在连铸机的发展过程中,铜管长度经历了三个不同的发展阶段:即先长,再变短,后又变长。初期,前苏联以长结晶器为主,并且代表了早期连铸机结晶器长度的发展方向,当时长度为1.5m,后又减至1.2m。西欧和美国则认为短好,一般取700～800mm。后来,前苏联也减至1050～1200mm。但随着拉速的提高,现代方坯结晶器铜管又有变长的趋势,达到900～1000mm左右。
铜管过长,存在如下负面效应:第一,根据铸坯凝固理论和实验研究表明,当坯壳厚度速率减慢,加长结晶器,对坯壳增厚也不再起到显著作用;第二,结晶器长度增加,由于气隙存在,铸坯周期性脱离一接触铜管的机会增多,而铸坯表面有回热的倾向,使铸坯凝固前沿受拉形成裂纹,铸坯出现质量问题。第三,结晶器加长,摩擦力增加,铸坯拉漏的可能性也增加了。但若结晶器太短,坯壳出结晶器时太薄而易出现拉漏。
综合考虑,目前使用的方坯结晶器通常长度在700～900mm范围。但为了提高拉速,DIAMOLD技术就将结晶器长度加长到1000mm,并取得了大于5m/min的拉速和良好的铸坯质量。
4.4 结晶器倒锥度
钢水在铜管内凝固成坯壳,其传热路径依次为坯壳、气隙、铜管及水冷界面,它们在总热阻中所占比例分别为:坯壳25%,气隙71%,铜管1%,冷却水界面2%。有时气隙所占热阻甚至可达80%以上,可见气隙对传热起到控制作用。为减少热阻,提高传热能力,使铸坯形成足够厚并且均匀一致的坯壳,铜管设计过程采用了倒锥度。同时,优化设计的结晶器还能提高拉速,达到高拉速连铸的目的。
最初的结晶器是没有锥度的,因而,易出现漏钢事故及脱方、角部裂纹等缺陷。随着连铸技术的发展,出现了单锥度结晶器铜管,与以前的无锥度铜管相比,单锥度有较大进步,提高了结晶器传热能力,加快了拉坯速度,结晶器寿命也有了一定的提高,所以得到广泛的应用。但单锥度铜管也存在着一些不足。锥度过小,起不到减少气隙、改善传热的作用;锥度过大,则易引起铸机拉坯颤动,增加铜管下口的磨损。经过理论和实际测定证明［5］,当采用单锥度铜管时,由于结晶器内弯月面处热流量最大,铜管温度在弯月面以下附近区域达到最大值,从而引起管受热膨胀量过大,造成负锥度,使坯壳与结晶器壁之间的相互作用加强,在负滑脱期会加重对铸坯的撞击,形成较深的振痕;而深振痕,反过来又会引起铸坯传热不良,使铸坯坯壳过薄,在结晶器下部会因回热而出现鼓肚,从而导致脱方、皮下裂纹等缺陷。
在理论计算和优化的基础上,国外陆续出现了双锥度结晶器和多锥度结晶器。这些结晶器的出现,主要是为了克服单锥度铜管存在的不足,同时为了实现更高的拉速。
多锥度结晶器包括三锥度、抛物线锥度及其它一此类型。多锥度结晶器的出现,更符合铸坯收缩变形的形状,能更有效地实现均匀传热,还能提高铸坯质量,减少结晶器的磨损。一般来说,现在的多锥度结晶器上部从弯月面至铜管变形量最大处的锥度最大,从而较好地克服了负锥度的产生;中部锥度较小,而下部锥度更小。这种设计,使铸坯坯壳生长更加均匀,坯壳厚度也有所增加。
近年来,奥钢联、达涅利、CONCAST均发明了新型的高拉速连铸管式结晶器。奥钢联开发的DIAMOLD型结晶器,它上半部分采用独特的抛物线锥度,而下半部分铜管四周边角被挖去一块,以减少摩擦,这种设计,既减少了拉坯阻力,还有利于形成更加均匀一致的坯壳。应用这种结晶器,浇注115mm×115mm方坯时,拉速可从2～3m/min提高5m/min以上,并且铸坯质量良好,经济效益显著。
达涅利开发的是自适应型结晶器,它与传统结晶器最大差别在于其壁厚偏薄,且能借助冷却水压力使铜管壁紧贴住铸坯,从而适应并调整其自身的原始锥度,适应铸坯收缩。对130mm×130mm的钢种,拉速可达4.3m/min当将结晶器加长到1000mm后,可将拉速提高到6.0m/min。
CONCAST公司设计出CONVEX结晶器铜管,内壁面为凸面形,在长度方向上缓慢变成平面。通过形状的改变,使铸坯收缩力和静压力的作用相互抵消。这种结晶器锥度,使坯壳角部和其它部位一样,紧贴内壁以同样的速度生长,且生长速度加快。应用这种新型结晶器,能提高拉速50%～100%,达到4～5m/min。
以上介绍的几种结晶器,在实际生产中证明,它们均能较好地达到高拉速连铸的要求,因此,已经被国内外厂家推广应用。
5 结晶器的振动机构：为防止初生的坯壳与结晶器壁粘结和提高拉速，浇注中结晶器必须按一定要求作上下往复运动。另外，由于结晶器上下振动，周期地改变液面与结晶器壁的相对位置，有利于保护渣在结晶器壁的渗透，可改善润滑状况，减少拉坯时的摩擦阻力和粘结的可能，使拉坯顺利进行。
结晶器的振动机构主要参数：振幅、频率、负滑脱时间等。
结晶器上下振动一次的时间叫振动周期，单位为秒，结晶崐器每分钟振动次数叫频率，单位是次／分，一般采用49～120次／分。结晶器从最高位置下降到平衡位置或从最低位置上升到平衡位置所移动的距离，称为振幅，单位为毫米，一般采用3.5～5.7mm。
负滑脱（或称负滑动）:当结晶器下振的速度大于拉坯速度时，铸坯对结晶器的相对运动为向上，即逆拉坯方向的运动，这种运动称负滑脱或称负滑动。
负滑脱时间越长，振痕深度越深，裂纹增加。
一般情况下，频率越高，则振幅越小，可使铸坯表面上的振动波纹较浅，振痕变短，有利于提高铸坯表面质量。
6 二次冷却系统：铸坯进入二次冷却区时，其内部钢液尚未完全凝固，为加速铸坯冷却，在二冷装置上装有许多喷嘴。从结晶器拉出来的铸坯进入二次冷却区接受喷水冷却，此时铸坯坯壳很薄（约20mm左右），里面有高温钢水，又有钢水静压力的作用，如果铸坯外面没有一定的支承装置，坯壳就容易向外胀，产生鼓肚变形。轻者产生裂纹，重者坯壳会破裂而发生漏钢事故。因此，在二次冷却区既要有喷水冷却装置，又要有铸坯支承装置。对二次冷却区支承装置的要求是：在高温作用下要有足够的强度和刚性，要采用可靠的冷却方法，防止导向装置变形；为保证铸坯不鼓肚，不产生裂纹，二次冷却区段的辊子数目、辊径和配置要合理；结构要简单，便于维修、事故处理和对弧调整；要便于整体快速更换，便于调整，以适应浇注不同断面的铸坯；冷却水喷嘴的数量和布置要合理，水量分配要适当，以利于均匀冷却铸坯。
喷嘴类型：
1）压力水喷嘴
有实心圆锥喷嘴、空心圆锥喷嘴、矩形喷嘴、扁喷嘴等
2）气-水雾喷嘴
有单孔型、双孔型喷嘴。
喷嘴堵塞，检查与清理、更换。
7 拉坯矫直机：拉引铸坯并将铸坯矫直，在开浇前，拉矫机还要把引锭杆送到结晶器内，浇注开始后，将铸坯拉出，脱锭。在各种连铸机中，必须要有拉坯机或拉矫机。它是布置在二次冷却区导向装置的尾部。
连铸坯的矫直按矫直时铸坯凝固状态分有全凝固矫直和带液芯矫直，如按矫直辊布置方式分有一点矫直、渐进轿直、多点矫直和连续矫直。
五辊拉矫机，多用在小方坯连铸机上。
拉矫机压力：冷坯、热坯压力。
引锭装置：引锭杆、引锭杆存放装置、脱锭装置
引锭杆由引锭头和引锭杆本体组成，
引锭杆本体：刚性、柔性
8 切割机：将铸坯按照规定的长度进行切割。连铸坯的切割方法有两种：火焰切割和机械剪切。
火焰切割的优点是：设备重量轻，投资少，不受铸坯断面大小及温度限制，切口断面平整，切口附近铸坯不产生变形，设备易于维护。
机械剪切割的优点是：没有金属的烧损，约可节省１％。此外由于机械剪切割速度快，可以剪成较短的定尺长度。
目前在板坯、大方坯连铸机、小方坯连铸机上几乎都采用火焰切割，采用机械剪切的厂家较少。
火焰切割原理与普通的氧气切割相同，靠预热氧与燃气混合燃烧的火焰使火焰切割缝处的金属熔化，然后利用高压切割氧的能量把熔化的金属吹掉，形成切缝，切断铸坯。火焰切割可使用多种燃气，如乙炔、天然气、精制的焦炉煤气等。当用火焰切割不锈钢铸坯时，因在高温条件下易于产生粘稠的铬氧化物，熔点较高，能阻断切割的进行，且熔渣不易排除，使切割中断，所以须要辅加铁粉或其它助熔剂。
9 铸坯输出装置
铸坯输出装置的作用，是在浇铸时，将出拉矫机的铸坯经切割后不断运输至钢坯收集装置。
一般情况下，铸坯输出装置包括：铸坯输送辊道、称量辊道、铸坯横移装置、冷却装置、铸坯表面清理装置等。
铸坯横移装置：推钢机等。
链式提升机、翻钢机等
铸坯冷却装置：冷床、强制冷却装置等。
铸坯热送给棒线轧钢厂、型材轧钢厂等。
10电磁搅拌装置
10.1电磁搅拌的工作原理
电磁搅拌的工作原理,基于两个基本定律:一是运动的导电钢水与磁场相互作用产生感应电流
;二是载流钢水与磁场相互作用产生电磁力
b。电磁力作用在钢水每个体积元上,从而驱动钢水流动。
就交流感应而言电磁搅拌的工作原理和异步电机类似,由多相(两相或三相)线圈绕组产生行波磁场或旋转磁场,在导电的钢水中产生感应电流,感应电流与磁场作用产生电磁力,对钢水起搅拌作用。
就直流感应而言,是通过恒定磁场与运动的导电钢水相互作用,在钢水中产生感应电流=σ
×
,感应电流与磁场作用产生电磁力b=×,此电磁力的方向恰好与钢水的运动方向相反,对钢水起制动作用,因此这种搅拌被称为电磁制动。
10.2电磁搅拌技术的发展概况
连铸过程的电磁搅拌技术是70年代迅速发展起来的，电磁搅拌装置简称EMS，为了生产高质量的铸坯，改善铸坯凝固组织（扩大等轴晶区域），提高铸坯表面质量和内部质量等。人们对在连铸机上应用电磁搅拌进行了大量的开发研究工作。
1973年法国的一家工厂率先在其所有连铸机上安装了电磁搅拌装置并进而投入工业应用。此后,电磁搅拌技术在方坯和圆坯连铸机上的工业应用得到了迅速发展,所使用的搅拌器多数是旋转型搅拌器,也有少数直线型搅拌器,继之又出现了螺旋型搅拌器(旋转搅拌与直线搅拌的组合(图1)。搅拌器安装位置也分为结晶内电磁搅拌(MEMS)、结晶器下电磁搅拌(IEMS)、二冷区电磁搅拌(SEMS)及凝固末端电磁搅拌(FEMS)。
十六、连铸坯的凝固
钢凝固过程的收缩：液态收缩，约1%、凝固收缩约4%、固态收缩约8%。
一般情况下，连铸坯从表层到中心是细小等轴晶带、柱状晶带、中心等轴晶带组成。
十七、连铸的主要参数
⑴铸坯断面：主要根据连铸机浇注的实际可能和轧机对坯料断面的要求。断面小于或等于150×150mm，叫小方坯，大于150×150mm，叫大方坯；断面宽厚比大于3，叫板坯。断面为圆形叫圆坯，直径Φ60-～400mm。
我厂现有三种断面：120×120、150×150、200×240。
⑵冶金长度：铸机的冶金长度是指从结晶器内钢液面到拉矫机最后一对辊子中心线的实际长度，即铸机长度。
⑶拉坯速度：指连铸机每一流单位时间拉出铸坯的长度（m/min），或每一流单位时间拉出铸坯的重量（t/min），后者也有称为浇注速度的。拉速主要受钢种、断面形状和尺寸、注温及钢中硫磷含量的影响。
⑷圆弧半径：指铸坯弯曲时的外弧半径（m）。
⑸比给水量：二次冷却强度可用“比给水量”来表示，其含义是单位时间冷却水耗量（升）和通过二冷区铸坯质量（kg）的比值，其单位为l/kg。
十八、钢水准备
1对钢水质量的基本要求
与传统的模铸相比，连铸对钢水质量提出了更严格的要求。所谓连铸钢水质量主要是指：
⑴钢水温度：高温、稳定、均匀。
⑵钢水纯净度：最大限度的降低有害杂质（如Ｓ、Ｐ）和夹杂物含量，以保证铸机的顺行和提高铸坯质量。
⑶钢水的成份：保证加入钢水中的合金元素均匀分布，且把成份控制在较窄的范围内，保证产品性能的稳定性。
⑷钢水的可浇性：要保持适宜的稳定的钢水温度和脱氧程度，以满足钢水的可浇性。
2、钢水温度控制
T浇铸=T1+△T
钢液的液相线温度的计算公式为
T1＝1537-{88×[C%]+8×[Si%]+5×[Mn%]+30×[P%]+25×[S%]+5×[Cu%]+4×[Ni%]}
钢水过热度：△T
钢水温降：出钢过程温降、钢水处理过程温降、处理后到浇铸前温降、钢包到中间包温降等。
温度过高的危害：耐火材料冲刷严重，钢中夹杂物增多；钢水从空气中吸氧氮、气严重；出结晶器坯壳薄，容易漏钢；柱状晶发达等。
保温控制：减少出钢时间、红包出钢、钢包加盖等
降温：吹氩气搅拌，延长镇静时间等
升温：电弧加热法，如LF、VOD法等；化学加热法，用发热剂与氧气反应放出热量，通常用铝粉作发热剂。
3、浇注过程中对钢水常规元素的控制要求是：
碳（C）：是对钢的性能影响最大的基本元素。若多炉浇注时，各炉之间钢水中碳含量差别要求小于0.02％。钢中C=012～0.17％，连铸坯易产生纵裂、角裂，甚至造成漏钢事故。为了减少这类钢对裂纹的敏感性，通常在保证机械性能的前提下，把钢的含碳量控制在0.16～0.22％范围内，而把锰（Mn）含量提高到0.7～0.8％。
硅（Si）、锰（Mn）含量控制：硅、锰含量既影响钢的机械性能，又影响钢水的可浇性。首先要求把钢中硅、锰含量控制在较窄的范围内（波动值Si±0.05％、Mn±0.10％），以保证连浇炉次铸坯中硅、锰含量的稳定。其次要求适当提高Mn／Si比。Mn／Si大于3.0，可得到完全液态的脱氧产物，以改善钢崐水的流动性。
因此，在成份规格范围内，调整Si、Mn含量，保持Mn／Si大于3.0，以改善钢水的可浇性，这是连铸硅镇静钢的一个特点。
有害元素（硫S、磷P）含量：S、P是由原料中带入的。S对钢的热裂纹敏感性有突出的影响，S大于0.025％时，钢的延展性有明显的下降，铸坯裂纹加重；P会使钢的晶界脆性增加，裂纹敏感性增强。因此，对于连铸钢水要求S小于0.03％，最好S小于0.025％，或S+P小于0.05％才能防止铸坯产生热裂纹。
残余元素含量：钢中残余元素如铜、锡、铅、锑等，通常是由废钢带入的，而在冶炼中不能去除而残留在钢中。连铸坯在冷却过程中由于铁的氧化，这些元素在晶界富集，造成铸坯表面裂纹。因此应精选废钢或废钢搭配使用，控制钢中铜小于0.2％，锡、砷、锑含量小于0.10％。
微量元素：为了改善钢的使用性能，出钢合金化时，有意加入微合金元素，使其在钢水中保持其一定含量，如钢中含有微合金元素铌Nb、钒V，可提高钢的韧性，增加抗硫化氢腐蚀能力。
十九、浇注速度
浇注速度代表了连铸机的生产能力，可用吨／小时来表示。也可用拉速（米／分）来表示。
但是浇注速度是受以下因素限制的：
第一是连铸机机长长度。拉速必须使铸坯在机长长度范围内完全凝固，否则铸坯脱离了夹辊的支撑，内部未凝固的液体就会鼓肚。连铸机冶金长度越长，拉速越大。
连铸机的弧形半径决定着连铸机的冶金长度，因此，提高了连铸机的弧形半径，提高了拉速，也就提高了连铸机的生产能力。
第二是出结晶器后的凝固壳厚度。坯壳太薄，抵抗不了钢水的静压力，会发生漏钢。因此，最大拉速必须以保证出结晶器后坯壳有足够的厚度而不拉漏为原则。
第三是拉坯力。拉速太高，铸坯壳厚度变薄，液相穴加长，铸坯在辊间距产生鼓肚的地方增多，使拉坯力增加。
铸坯的液相深度等于冶金长度的拉速，称最大拉速。铸机工作稳定后的拉速，称工作拉速。最大拉速是工作拉速的1.15～1.2倍。提高拉速应以保证正常操作、铸坯质量为前提，在此前提下，尽可能提高拉速。
计算方法有两种：根据凝固平方根定律：坯壳厚度与凝固时间的平方根成正比，
δ=k.t1/2=k(L/v)1/2。
1、是根据结晶器出口最薄厚度来计算：
V=4k2L/δ2 L：结晶器有效长度 K：结晶器凝固系数
δ：结晶器出口坯壳厚度，经验公式δ最小=0.085d, d为铸坯边长，mm。
2、是完全凝固选在轿直点上：V=4k2L/D2
K：二冷凝固系数 D：铸坯厚度 L：液芯长度
二十、影响拉速的因素
１钢种的影响
不同钢种凝固系数不同，凝固系数大，拉速大，凝固系数小，拉速小。
２铸坯断面形状、尺寸的影响
３拉速对铸坯质量的影响
４钢水温度的影响
高温慢铸，低温快铸。
５钢中硫磷含量的影响
６结晶器传热能力、二冷强度的影响
７拉坯力的限制
８结晶器振动的影响
二十一、拉速控制
1塞棒浇铸法
2滑动水口浇铸法
3定径水口浇铸法
v 提高连铸机生产率
1 提高拉速。
2 缩短非浇铸时间。
3 多炉连浇。
二十二、冷却制度的控制
1、结晶器冷却制度的控制
结晶器的作用是保证坯壳在结晶器出口处有足够的厚度，以承受钢水的静压力，防止漏钢，同时保证坯壳在结晶器内冷却均匀，防止表面缺陷的发生。结晶器冷却水量过大过小，都会影响冷却效果。
结晶器钢水凝固放出的热量与冷却水带走的热量相等。
结晶器冷却水量的计算公式：
根据：Q=w.c.Δθ，W= Q/ c.Δθ
Q：冷却水带走的热量 w：冷却水量 c：水的比热容 Δθ：结晶器进出水温差
W=36Sv/10000, S：结晶器水缝面积， v冷却水流速，一般10～12米/秒
2、二次冷却冷却制度的控制
二次冷却强度：用比水量表示，单位时间冷却水量与通过二冷区铸坯的重量的比值，单位：L/Kg，也可用水流密度表示，单位时间、单位铸坯表面接受的冷却水量，单位：L/m2.s。
确定二次冷却强度的原则：
（1）二冷区自上而下二次冷却强度由强到弱的原则。
（2）铸坯横向纵向均匀冷却，通常铸坯表面冷却速度应小于200℃/min，铸坯表面温度回温小于100℃/min。
（3）铸坯表面温度900℃以上进行轿直。
（4）二次冷却强度必须适应不同钢种的要求，裂纹敏感性强的钢种应弱冷，裂纹敏感性不明显的钢种，可采用强冷的方式等。
二次冷却水量与铸坯断面、拉速、钢种有关，二次冷却水量计算公式如下：
w=abvδp ab：断面 v：拉速 δ 比水量 p：钢密度
比水量计算：δ=w/ abvp
二十三、保护浇铸
1、钢水的二次氧化
广义上讲，把浇注过程中钢水与空气、耐火材料、炉渣之间的相互化学反应生成的氧化产物.使钢水重新被污染的过程叫二次氧化。留在钢中的二次氧化产物一般称为外来夹杂。
连铸过程中钢水二次氧化的来源:
⑴钢包注流和中间包注流与空气的相互作用。
⑵中间包钢水表面和结晶器钢水表面与空气的相互作用；
⑶钢水与中间包衬耐火材料的相互作用。
⑷钢水与浸入式水口相互作用。
⑸钢水与中间包、结晶器保护渣相互作用。
这些作用使钢水中的铝、硅、锰等元素发生氧化，生成的氧化产物是连铸坯中大颗粒夹杂的主要来源。
2、在连铸过程中，从钢包-中间包-结晶器采用全程保护浇铸，防止钢水二次氧化。常用保护方法有：
（1）气体保护法；
（2）液体保护法；
（3）固体保护法；
（4）物理保护法。
3、保护渣
连铸保护渣的理化性能有：化学成份、熔化温度、粘度、熔化速度、铺展性和水份。
保护渣在结晶器中的作用是：
(1)绝热保温防止散热；
(2)隔绝空气，防止钢水发生二次氧化；
(3)吸收溶解从钢水中上浮到钢渣界面的夹杂物，净化钢液；
(4)在结晶器壁与凝固壳之间有一层渣膜起润滑作用，减少拉坯阻力，防止凝固壳与铜板的粘结；
(5)充填坯壳与结晶器之间的气隙，改善结晶器传热。
二十五、常见事故及处理
１浇注过程中水口堵塞
水口堵塞有两个方面的原因：一是钢水温度低、水口未烘烤好，钢水冷凝所致。适当提高钢水温度，加强中间包的烘烤就可解决。二是水口内壁有附着的沉积物造成水口狭窄乃至堵塞，浇铝镇静钢时更为严重。处理无效，可做停机或换中间包操作。
防止水口堵塞的措施:
在连铸生产中，为防止中间包水口堵塞，采用以下方法：⑴选择合适的水口材质；⑵气洗水口；⑶中间包塞棒吹氩；⑷钙处理。
用变性处理把串簇状的固体Al2O3转变成球形呈液态的铝酸钙就可防止堵水口。为此向钢包内喷吹Si-Ca粉，喂钙粉或加Si-Ca合金。
还有水口加热，用CaO质水口和改变水口形状等方法，均对防止水口堵塞有一定效果。
２塞棒失控
适当提高拉速；压把开足并立即关闭塞棒，以求关小钢流。
向塞棒周围钢水插铝线稠化钢液，缩小水口内径。
以上处理无效，立即用堵头堵住水口，该流停浇。
３漏钢处理
所谓漏钢是凝固坯壳出结晶器后，抵抗不住钢静压力的作用，在坯壳薄弱处断裂而使钢水流出。造成漏钢的原因是极其复杂的，但大致可分为以下几种：⑴开浇漏钢；⑵悬挂漏钢；⑶裂纹漏钢；⑷夹渣漏钢；⑸切断漏钢；⑹粘结漏钢。
浇注过程发生漏钢的原因：出结晶器坯壳发生漏钢， 其根本原因在于局部凝固壳过薄，承受不住钢静压力而破裂导致漏钢。
发现漏钢，立即关闭钢流，拉矫机停车。
判断结晶器内液面下降情况、结晶器下的漏钢量和对二冷设备（竖管、喷嘴）的损坏程度，能否补铸。
如果结晶器内液面下降量少、对二冷设备（竖管、喷嘴）的损坏程度小，拉矫机能正常拉坯，可以补铸，继续浇铸。
如果漏钢量大、设备影响程度大，或拉矫机无法拉动，停浇处理。
二十七、铸坯质量
从广义来说，所谓连铸坯 指得到合格产品所允许的铸坯缺陷严重程度。它的含义是：
——铸坯纯净度（夹杂物数量、形态、分布、气体等）
——铸坯表面缺陷（裂纹、夹渣、气孔等）
——铸坯内部缺陷（裂纹、偏析、夹杂等）
――形状缺陷（脱方、扭曲、弯曲）
１、提高连铸钢中纯净度的措施:
纯净度是指钢中非金属夹杂物的数量、形态和分布。要根据钢种和产品质量，把钢中夹杂物降到所要求的水平，应从以下五方面着手：
——防止钢水与空气作用
——减少钢水与耐火材料的相互作用
——减少渣子卷入钢水内
——改善流动促进钢水中夹杂物上浮
从工艺操作上，应采取以下措施：⑴无渣出钢；⑵钢包精炼；⑶无氧化浇注；⑷中间包冶金；⑸浸入式水口＋保护渣。
２、提高连铸坯表面质量的措施:
为保证表面质量，在操作上必须注意以下几点：⑴结晶器液面的稳定性；⑵结晶器振动；⑶初生坯壳的均匀性；⑷结晶器钢液流动；⑸保护渣性能。
３、连铸坯横裂产生的原因及预防措施
横裂产生的原因：
⑴振痕太深是横裂纹的发源地。
⑵钢中Al、Nb含量增加，促使质点（AlN）在晶界深沉淀，诱发横裂纹。
⑶铸坯在脆性温度900～700℃矫直。
⑷二次冷却太强。
防止横裂发生的措施：
⑴结晶器采用高频率（200～400次／分）小振幅（2～4mm）是减少振痕深度的有效办法。
⑵二次冷却区采用平稳的弱冷却，使矫直时铸坯表面温度大于900℃。
⑶结晶器液面稳定，采用良好润滑性能、粘度较低的保护渣。
⑷用火焰清理表面裂纹。
4、提高连铸坯内部质量应采取的措施：
铸坯内部质量是指低倍结构，成份偏析、中心疏松、中心偏析和裂纹等。铸坯经过热加工后，有的缺陷可以消失，有的变形、有的则原封不动的保留下来，对产品性能带来不同程度的危害。
铸坯内部缺陷是受二次冷却区铸坯凝固过程控制的。改善铸坯内部质量的措施有：
⑴控制铸坯结构：采用钢水低过热度浇注、电磁搅拌等技术。
⑵合理的二次冷却制度：铸坯表面温度分布不均匀，在矫直点表面温度大于900℃，采用计算机控制二次冷却水量分布、气—水喷雾冷却等。
⑶控制二次冷却区铸坯受力与变形：采用多点弯曲矫直、对弧准确、辊缝对中、压缩浇铸技术等。
⑷控制液相穴钢水流动，采用电磁搅拌技术、改进浸入式水口设计等。
5、解决连铸坯脱方的措施
（１）、结晶器方面
结晶器内凝壳不均匀是产生菱形变形的主要原因。加强结晶器装配的监督，提高装配质量，确保结晶器正常使用（结晶器不渗水、足辊喷嘴喷水通畅、足辊水管不漏水等等）。
（２）、二次冷却方面
二次冷却的控制对防止出结晶器下口菱形变形的扩展也相当重要。二次冷却喷嘴在每次停机时进行清洗，并冲洗水管，有利于防止杂质堵塞水口。
（３）、工艺执行方面
高温快铸，是造成铸坯脱方的一个不可忽视的因素，因此，要求中包浇钢工必须严格按中包浇铸作业指导书的规程进行操作。
（４）、化学成分
钢中碳含量：实践表明：w(C)＞0.2％时，最容易脱方。
钢中磷含量高，可以减少坯壳在结晶器内的有效厚度，容易产生脱方。
钢中硫含量：w(S)＜0.025％，w(Mn)／w(S)＞30时，有利于减缓脱方。
6、连铸小方坯沿长度方向的扭曲:此缺陷是小方坯断面连续绕轴互的变形。其原因是：
⑴结晶四个面已不对称，凝固壳厚薄不均，使铸坯产生似麻花状的扭转变形；
⑵结晶器变形太严重；
⑶二次冷却四个面冷却水分布不均匀。