转炉终点碳氧积是转炉冶炼的重要技术经济指标，降低转炉终点碳氧积意味着相同终点碳含量时，钢水终点活度氧会降低，活度氧降低可以改善钢水洁净度、提高合金收得率、 降低生产成本。某钢厂300t转炉在完成强底吹系统改造后（底吹强度大于0.10m³/（min·t）），在炉役前期（1000炉以内）冶炼超低碳钢时，转炉终点碳氧积均值为0.0013，指标优于莱钢4#转炉的0.0023、迁钢2#转炉的0.0019、首钢全炉役的0.0020、武钢三炼钢厂转炉的0.0015~0.0018。本文通过对67炉超低碳钢转炉终点钢水取样研究，并结合理论计算，以验证转炉终点钢水碳氧积为真实值。

试验在300t顶底复吹转炉冶炼超低碳钢上进行，转炉炉龄在1000炉次以内，顶吹采用变流量变枪位操作，底吹元件为外圈8个、内圈8个共16个底枪。

在顶吹供氧量达到总量的70%时，开始加大底吹惰性气体流量，辅吹（剩余30%的供氧量）结束后，后搅1min启动副枪TSO探头测温、定氧和取样。出钢时添加小石灰，并全程底吹氩气，出钢结束后关闭钢包底吹，并对钢包内钢水进行测温、定氧和取样。吹炼后期底吹强度设定及钢水温度控制如表1所列。

转炉终点碳含量采用直读光谱法分析TSO钢样测定，终点活度氧、温度由贺利氏的TSO探头直接测定；钢包钢水的碳含量采用直读光谱法分析钢样测定，活度氧、温度由贺利氏的定氧探头直接测定，通过复吹转炉上安装的烟气分析仪测得转炉内反应产生烟气CO体积百分含量。

试验炉次转炉终点及钢包钢水碳、活度氧及碳氧积分布、含量如图1所示，图1中数据为平均值。

由图1可知，转炉终点碳的范围0.017%~0.055%，均值为0.032%，所有试验炉次出钢过程中都存在着降碳的现象，范围是0.002%~0.024%，均值为0.009%。转炉终点活度氧的范围是3.01×10-4~8.19×10-4，均值为4.21×10-4；95.5%（（64/67）×100% =95.5%）的炉次出钢过程增氧，范围是1×10-6~3.61×10-4，均值为1.01×10-4，大部分炉次出钢过程氧含量增加。转炉终点碳氧积的范围是0.00075~0.00190，均值为0.00131，钢包钢水碳氧积的范围0.00049~0.00190，均值为0.00116；当转炉终点钢水[C]＜0.030%时，转炉终点碳氧积的均值为0.00110；当转炉终点钢水[C]≥0.030%时，转炉终点碳氧积的均值为0.00150，可知随着转炉终点碳含量降低，转炉终点碳氧积随之降低。

烟气中CO体积分数在底吹强度为0.05m³/（min·t）（模式1）及0.12m³/（min·t）（模式2）下，根据烟气分析仪测得的钢水吹炼过程中烟气中CO含量，其变化情况如图2所示。

由图2可知，转炉吹炼平台期，随着底吹强度由0.05m³/（min·t）提升0.12m³/（min·t）后，转炉炉气中的CO体积分数由0升高至60%，对应的CO分压也就相应由81.06kPa降低至48.64kPa。

转炉终点碳氧平衡时，反应式为：

[C]+[O]=CO（g）

lgK=1168/T+2.07（1）

K=p（CO)/（w（C）·w（O））（2）式（1）、式（2）中：K为平衡常数；T为温度，K；p（CO）为CO分压与标准大气压的比值；w（C）·w（O）为熔池中的碳和氧的质量浓度，%。

1）当转炉终点T1=1943K时，K1=467.74，综合转炉终点碳氧积为0.0013、K1值及式（2），可得p（CO）1=0.61；

2）当钢包钢水温度为T2=1893K时，K2=489.78，综合钢包钢水碳氧积为0.0011、K2值及式（2），可得p（CO）2=0.59。

从转炉吹炼至终点到钢水出钢结束，随着出钢过程钢水温度降低，平衡常数K逐渐降低，无论按转炉终点碳氧积还是钢包钢水碳氧积计算，都可得出当时的p（CO）约为46.64kPa。

当炉内钢水反应平衡时，可将此时的环境看成理想的敞开容器，炉内气体总压为101.325kPa，根据CO体积含量占烟气总量及道尔顿分压定律，混合气体的分压与各气体的体积含量比例成正比，可知当CO体积含量占炉内总气体量的60%左右时，即p（CO）=0.60左右，可实现转炉终点碳氧积为0.0013。而图2烟气分析仪测得吹炼平衡时CO体积含量也验证了以上推断的正确性。

脱碳反应属于一级反应，各时刻的碳含量与时间呈指数关系，即

dc/dt=-k×t，C=C0exp（-k×t）（3）

式（3）中：k为表观脱碳常数min-1；dc为初始脱碳速率，%/min；dt为t时脱碳速率，%/min；t为时间，min；C为某时刻碳含量，%；C0为初始碳含量，%。根据式（3）求得在底吹强度为0.12m³/（min·t）辅吹时脱碳速率和表观脱碳常数，见表2。

顶底复吹转炉熔池内底吹气体和脱碳形成的CO气体混合气体中的CO分压为：

式（4）中：Q（CO），Q（Ar）分别为Ar及CO气体的流量（标态），m³/s；p为总压，101.325 kPa。由熔池内碳氧反应求得CO气体的流量Q（CO）为：

式（5）中：Vm为钢液的体积，m³；ρm为钢液的密度，kg/m³；M（C）为碳的摩尔质量，kg/mol；t为反应时间，min；w（C）为熔池碳含量，%。联立式（4）和式（5），将表3中的脱碳速率和Vm、ρm数值代入式（4），可知底吹强度为0.12m³/（min·t）的p（CO）/p0为0.59，p0为标准大气压，101.325kPa，如表3所列。

钢水混匀所需时间减少，碳氧反应更接近平衡状态，钢水在更低的碳含量下才处于过氧化状态；钢水在停止供氧后，继续保持一定的底吹强度，p（CO）及钢水活度氧会进一步降低。

1）某钢厂300t转炉炉役前期（1000炉）冶炼超低碳钢在底吹强度为0.12m³/（min·t）时，可实现转炉终点碳氧积均值为0.00131，钢包钢水碳氧积的均值为0.00116；在出钢的过程中存在着降碳、增氧的现象。

2）根据理论计算及烟气分析系统测得的转炉吹炼至平衡时CO的体积含量为60%、即CO分压为0.60，转炉终点温度为1943K时，可实现转炉终点碳氧积为0.0013。

3）随着底吹强度的提高，碳氧反应更接近平衡状态，钢水在更低的碳含量下才处于过氧化状态，且钢水在停止供氧后，继续保持一定的底吹强度，CO分压有进一步降低的趋势。