本发明属于冶金领域，更具体些说，是属于大量使用钢种的生产方法。 本发明可用于大量使用的转炉钢、平炉钢和电炉钢的生产。
本发明用于锰合金钢的生产最有效。
现在，在全世界大量使用钢种的生产中，多是用铁合金作为合金材料的。
使用铁合金要消耗大量电能，因为在铁合金的生产过程中就要耗用大量载能体。此外，在生产铁合金时还要产生对环境有害的气体物质，它们在大气中的浓度已超过了国际标准的极限允许值。
利用铁合金生产大量使用的钢种时要损耗大量的合金元素，并且它们在钢中的回收率也不高。这是因为铁合金生产过程本身以及用它使钢合金化的过程都是高温过程，由于在反应过程中产生许多气体物质，从而大量损耗合金元素。
此外，生产铁合金时产渣率很高，这就使大量的合金元素损耗在炉渣里。
铁合金在钢中的回收率不高，是因为大约有1/5的铁合金在金属脱氧时损耗掉了。
现有对钢的精炼方法是将对钢水有合金作用的金属氧化材料加入炼钢设备中（JP，A，59-215412）。
这种方法包括将生铁加入炼钢设备中。然后将有合金作用含有金属的氧化材料，例如锰、铬、硅、铜、矾、铌和钴加入炼钢炉，同时还要加入含碳材料，下一步是从炼钢炉下方加入燃气与氧气的混合气，其中含20～70%的氧，风量为0.1mm3/t·min。
这时，会减少含碳材料中的碳的量，同时产生热以便将加入炼钢炉的所有材料加热并熔化。
此外，这里一部分碳要用于使合金元素从熔渣中还原出来，这就要伴随着大量的热损耗。结果得到低碳钢。
由于使用的氧化材料是未经热处理的，它们含有结合水分和容易游离的一套各种氧化物的化合物，当这类氧化物落到钢水表面或钢水内时，就会形成气体分解产品，这会使炉渣起沫，还会使钢水和炉渣从炼钢炉中溅出。
这种方法的还原剂是利用含碳材料，把它们与氧化材料一起加入炼钢炉。
众所周知，碳和氧相互作用的反应是要吸收热量的，因此，为了补偿还原反应时的热损耗，在加入氧化材料与含碳材料之前，必须将钢水补充加热到比用铁合金进行合金化时更高的温度。
此外，氧化材料与含碳材料同时加入，然后向钢水吹以含氧的燃气混合物，这样会在燃气混合物流中烧掉碳，这就是说，把它作为还原剂来看，消耗得不尽合理。
除此之外，利用这种方法不可能获得确定的合金元素回收率，例如将锰从氧化材料中回收到钢内。这是因为，很难预测会有多少含碳材料在还原时消耗掉，又有多少被烧掉。
在现有的方法中，锰的有效利用在很大程度上决定于成品钢中的最终含碳量。当含碳量低于0.2%时，锰的回收率超不过60%。
此外，现有的方法有一定的使用局限性，因为它必须使用带有底吹的专用炼钢设备，需要使用硫、磷和硅的金属炉料，铁水的温度在净化过程之后不超过1250℃，而不象普通炼钢生铁为1350～1400℃，要使用含锰量达50%的高质量锰矿石。
所有这些特点都会使钢的成本增高，因为必须使用专门的炼钢设备，这在大量使用的钢种生产中并非都是能够收回的，为了补偿精炼生铁时的热损耗要大量消耗热载体，同时还要使用价格昂贵的高质量锰矿石。
现在使用的用锰使钢合金化的方法（SU，A，1044641），包括在炼钢设备中将碳素半成品熔化，放入盛钢桶内，将经过预先热处理的含有合金元素的氧化材料放入钢水包内液态半成品的面上。利用铁合金生产中的低磷锰炉渣（MφШ）作为氧化材料，同时要与还原剂（利用铝）和石灰（其数量应能保证炉渣的碱度为2.0～3.5）一起使用。然后向钢水表面吹氧3～30秒，继而吹氩。
但是，使用这种方法而可能获得高质量的钢，这是由于向钢水包内加入含有合金元素锰（铁合金生产中的低磷锰炉渣）的氧化材料、还原剂和石灰是在碳素半成品往钢水包内出完之后进行的，然后再吹氧。
这种向钢水包内加料的方法很难控制钢水合金化的过程，不能保证使非金属杂质从钢水中排出的条件，这些杂质是在用还原剂使碳素半成品脱氧时形成的。加氧会造成还原剂的不合理使用，将它烧掉，这同样会使成品钢质量下降，因为钢中的非金属杂质量过高。
在碳素半成品放入钢水包之后一起将几种材料加入铁水包的作法，会使从熔渣中还原锰的过程和用铝使钢水脱氧和合金化的过程同时进行。这样作的结果，所得到的用铝进行合金化的钢，不可能是沸腾钢。
此外，在碳素半成品出炉结束后一起向钢水包内加入各种材料，会降低从熔渣中回收合金元素锰的效果和不能合理使用还原剂，从而不能保证成品钢中必要的含锰量。
所有上述作法都会降低成品钢的质量。
利用这种方法不可能获得高质量的沸腾钢，这是因为：
1.在碳素半成品出炉之后再向钢水包内加入还原剂会使金属脱氧，这将妨碍钢水在“铸锭”后的沸腾过程，必然也会增加用这种钢轧制出的钢材表面缺陷;
2.向钢水包的金属吹氩会减少钢中的含氧量，这也会由于金属铸锭后不能很好地沸腾而使质量变差;
3.利用铁合金生产中的低磷锰炉渣作为合金化添加剂会降低钢水铸锭前的含氧量，这是由于低磷锰炉渣的还原性不高，这是因为在低磷锰炉渣中有很难还原的锰硅酸盐，为了使它们破碎和下一步将锰从氧化物中还原，要求有很高的温度，大约1600℃。为了保证这个温度就要补充上消耗载能体。要熔化低磷锰炉渣要增加时间，在这种情况下，已经放入钢水包中的还原剂都会被碳素半成品的脱氧而消耗掉，而在很少的程度上完成了自己的直接用途起到把合金原素锰从熔渣中还原出来的作用。
这样一来，钢水浇注前的含氧量降低，非金属杂质的含量增加。钢水铸锭后不能很好地沸腾，这将使成品钢的质量下降，使用这种钢进行轧制时的废品率增高。
此外，利用这种方法，由于往钢水包中加入氧化材料和还原剂的数量和顺序的不规律性，很难得到具有很窄含锰和含铝极限的钢。这种方法是在碳素半成品放入钢水包之后立即往钢水包内加入还原剂和含锰的氧化材料，因此锰的还原过程与用铝对碳素成品脱氧和合金化是同时进行。由于将所有材料都加入钢水中，不知道也不能调节碳素半成品的氧化程度，有时还会不足，这种情况通常在用铝对金属脱氧时会出现，也就是说，它有多少用于金属脱氧，有多少用于合金化的变化范围很大。在这种情况下，可能得到含铝量很低的，也可能含铝量很高的钢，也就是说，不可能得到具有要求含铝量的钢。
这种方法含锰材料的消耗也不规律，由于对含铝量无法控制，因此很难把钢中的含锰极限规定得很窄，这样就会降低成品钢的质量。
在利用这种方法生产钢时，比用含锰铁合金来进行钢的合金化时炼钢设备的生产率要低。这是因为，在碳素半成品放入钢水包后把各种材料都加入钢水包内会延长合金化过程并增长材料熔化的时间。这样就会降低生产率和提高钢的成本。
此外，现有方法中，使用的含锰氧化材料很贵，因为它是在电弧炉中熔炼出来的，就是说在它的生产中消耗大量电能和用于购卖设备的大量资金。采用这种材料自然会使钢的价格增高。再加上合金元素锰的回收率不高（约80%）和铝的损耗（利用的不合理，损耗值在20%以上），使钢的价格会增长得更高。
此外，利用这种方法只能得到锰钢，而不能获得其他元素的合金钢。
将各种氧化材料与还原剂一种加会增大还原剂的烧损。这是由于还原剂是较轻的材料并会积留在熔渣的表面上，与空气中的氧相互作用，因为它比氧化材料中的合金元素有着更大的与氧气的亲合性。
还原材料比含有合金元素的氧化材料具有较低的熔化温度，因此，当它们一起落到钢水表面上时，还原剂先熔化。由于还原剂的密度比钢水的密度低一半，因此它们的熔化是在钢水表面进行。当有铁氧化物（通常在钢水表面上总有）存在时，熔化过程一般是伴随着产生未充分氧化还原剂的气体物质。这会造成它的不合理消耗并降低从氧化材料中进入钢内的合金元素的回收率。
使用该方法不可能获得沸腾钢，因为吹氩会减少钢中的含氧量并会由于浇注时沸腾不好而降低质量。
在使用该方法用铝进行合金钢生产时，必须大量增加还原剂的消耗。但是加大还原剂的消耗会造成金属中非金属杂质增加（含合金元素的氧化材料还原反应的产物）。这本身就会降低所得钢的质量。
本发明的任务就是要创造一种生产大量使用钢种的方法，即仍然同样加入氧化材料与还原剂，而能够改善所得钢种的质量并使其生产过程的费用降低（便宜）。
这个任务的解决方法，是在原有这种包括在炼钢设备中熔炼碳素半成品，放入钢水包内，加入造渣材料、还原剂和经过预先热处理的含有合金元素的氧化材料的方法中，将预先经过热处理的氧化材料在出钢过程中当碳素半成品出到不少于总量重量的0.25，但不大于0.5时开始加入，到出钢完毕时结束，而还原剂是在加入氧化材料之后再加入，直至碳素半成品出完时结束。
利用经过预先热处理的氧化材料能降低钢的气体饱和度，是因为热处理过程实际上已完全将氧化材料中的结合水分去掉了。
在钢的生产过程中降低钢的气体饱和度就不需要用下一步的真空处理或是其他处理方法来降低钢中的气体含量了。
钢中的气体，如氢和氮的含量低有助于提高钢的质量，这是因为显著地降低了钢的白点感受性和氮磷化物杂质的污染度。
此外，在氧化材料的热处理过程中，能破坏掉在未经热处理材料中所具有的碳酸盐化合物。因此利用经过热处理的氧化材料来生产任何合金元素的合金钢时，都能排除熔渣起沫和从钢水包中内溅出，以及大大降低成品钢中氧化非金属杂质的含量。这样就可以改善钢的质量和省掉旨在消除非金属杂质的精炼，从而降低钢生产过程的成本。
在碳素半成品出炉过程中加入经过预先热处理的材料能加速氧化材料的熔化，形成均质的炉渣熔体，避免氧化材料进入碳素半成品中。
在碳素半成品出炉不少于其总重量的0.25时，往钢水包中加入氧化材料，可保证氧化材料能均匀地分布在钢水表面上。
所以会这样，是因为当钢水充至钢水包的0.25以上高度时，这个钢水量足以能在这半成品的本体内消除碳素半成品流产生的动能。因此，在碳素半成品的表面上没有波动和其它扰动。碳素半成品的上升对流具有较高的能量，它也不能将氧化材料一起带入碳素半成品的本体内，因为氧化材料的密度比碳素成品小。此时不发生碳素半成品上层的强烈混合，这样实际上就可完全避免在氧化材料表面形成妨碍其快速熔化的金属硬度（下面将这个过程称为氧化材料的“镀金3a MeTaΛΛ NBaHNe现象）。这种方法将阻止氧化材料熔入碳素半成品内和以其所含的非金属杂质来污染半成品，从而有助于改善钢的质量。
在碳素半成品放出一半时加入一定量的还原剂以及加入氧化材料将有助于还原过程的有效进行，保证还原过程与出钢过程一起结束可加速钢的生产过程。
这一点将由含有合金元素的氧化材料以及造渣材料的快速熔化所决定。因此，在炉渣熔体中将与合金元素氧化物一起破坏一套酸性氧化物的化合物（包含在氧化材料的成分内），从热力学来看更坚固的带有酸性氧化物的碱性氧化物的化合物形成（包含在造渣材料的成分内），其结果是提高合金元素在炉渣熔体中的活性和提高其还原程度。这会降低为得到规定成分钢时还原剂的消耗，并使炼钢过程的成本下降。
此外，从热力学来看更坚固的带有酸性氧化物（它们包含在氧化材料的成分内）的碱性氧化物化合物的形成（它们包含在造渣材料的成分内），由于防止了在钢水中形成硅酸盐非金属杂质，从而提高了成品钢的质量。
使用任何经过热处理的氧化材料都能防止在熔化过程中它与金属熔体接触时产生气体，以及防止炉渣熔体起沫。在炉渣熔体中没有被游离氧化物的气体物质有助于还原剂的有效利用，降低它与气体游离成分中的氧气相互作用时的损耗，有助于降低钢生产过程的费用，因为不需要采取改善劳动条件的辅助措施和还原剂的不合理消耗。
利用在大约900℃至1250℃温度下经过预先热处理的含有氧化材料的锰作为经过预先热处理的氧化材料最合理。进入大多数大量使用钢种中锰的含量在0.2至2.0%（重量）。这样可以扩大应用本方法的可能性。
上述预处理温度是有条件的，即在冶金领域使用的所有锰矿石的成分中，除了结合水分外，还有锰的碳酸盐化合物及其他成分。因此此，在高温冶金过程中使用所谓的“生”矿石将会排出气体，而通常就是排出的气体造成熔渣和钢水溅出炉外和钢水包外。使用在900℃以下温度热处理过的含锰氧化材料会造成还原剂消耗的增加，而在排出气体的过程中它的损耗还会增大。这样就会降低从炉渣熔体中还原锰的程度。此外，还会使钢的成本增高并由于成品钢中的非金属杂质含量过高而降低其质量。
在900℃和900℃以上温度进行含锰氧化材料的热处理能够破坏包含在锰矿石中的所有碳酸盐一类的矿物，并有助于锰过渡到氧化物时减少氧的含量，这会降低还原剂的消耗，提高锰的回收率，改善钢的质量和降低价格。
含锰氧化材料在1250℃温度下进行热处理会形成难以还原的锰硅酸盐，例如Mn2SiO4（锰橄榄石）或MnSiO3（蔷薇辉石）。此外，提高热处理温度会增高所获得材料的熔化温度，这也会影响还原过程的完满实现，促成非金属杂质对钢的污染，即降低了钢的质量又提高了钢的价格。
希望在生产沸腾钢时，加入的含锰氧化材料量能保证在每一吨含碳半成品中加入2.3～3.9公斤锰即可。
现有的任何一种炼钢炉（一般为吹氧转炉或平炉）的沸腾钢生产工艺都考虑熔炼出标准的（对于不同化学成分的所有成品钢都相同的）碳素半成品，其含碳量为0.05～0.10%（重量）和含锰量为0.05～0.10%（重量）。将钢精炼到要求的化学组成，一般是在钢水包内通过加入低含硅量的（硅含量不大于1.0%）含碳锰铁，后者对于沸腾钢来说，既是合金成分，又是脱氧成分。已确定，含碳锰铁对于碳素半成品中所含的氧具有稳定作用。
把锰与硅或铝相比，它是一种较弱的脱氧剂。而它在沸腾钢的生产中却是能保证获得高质量成品钢的众多元素中最佳的一种。一般，沸腾钢中的含锰量在0.25～0.40%（重量）。因此，往钢水包中加入含锰材料量要保证能有2.30～3.90公斤的锰进入每一吨碳素半成品中。当锰的平均回收率在75%左右时，可以在成品钢中得到所需的含锰量，以保证炼出质高价廉的成品钢。
当在钢水包中每一吨碳素半成品加入少于2.3公斤的锰时，在成品钢中锰的含量将低于0.25%，这样会造成钢中的含氧量增高，使其在钢锭模中的沸腾过程变差，会降低成品钢的质量，增大废品量，同样会使钢价增高。
也不希望在钢水包中每一吨碳素半成品中加入大于3.9公斤的锰，因为，这样会使浇注前的钢水含锰量过高，而含氧量则过低，因而钢水在铸锭后沸腾不够（“弱沸腾”），其结果会使钢锭在钢锭模中的结晶过程恶化，造成轧材表面不佳，就是说，会降低成品质量，废品率增高，价格变贵。
希望在生产沸腾钢时，能用铝作为金属还原剂，其加入量按加入铝的重量比例要与进入成品钢中的锰相适应，即（0.30-0.32）∶（0.95-1.05）。
根据铝的物理化学性能，在使用得当的情况下，它是用于金属热处理还原过程最佳材料之一。铝对氧的亲合性比硅近得多，这将提高更充分地从炉渣熔体中回收合金元素。铝氧化的产物是矾土，它比硅氧土对降低炉渣熔体中合金元素的活性方面好得多，硅氧土是硅氧化的产品。利用铝作为还原剂与硅相比还能够提高还原过程的热处理程度，并且当必要时可以补充向炉渣熔体中加入适当的造渣材料，如石灰，而不需再耗费载热体来熔化它。
铝作为还原剂比一些元素，如钙、镁以及其他具有比铝更好对氧亲合性的元素，当钢水包内金属熔体具有合适的温度，为1550～1620℃时，钙与镁的蒸汽张力很高，因此当它们熔化时会形成气体物质-钙蒸汽和镁蒸汽，它们还未来得及与含有合金元素的相应氧化物中的氧起反应，就从还原反应区域中跑掉了。如果降低这种温度下钙与镁的活性，则要大大将它在合金中稀释，也就是说，必须向合金成分中加入压载添加剂，如铁或硅，其数量将近70-95%。在这种情况下，为了预热和熔化压载添加剂需要额外消耗热量，这样，还原过程的热处理程度就降低了，意味着从炉渣熔体中充分回收合金元素的可能性降低了。
必须进入沸腾钢号成分中的元素为碳和锰，而特别不希望进入的，除了一般有害杂质，如硫和磷以外，就是硅和铝。因此，在按推荐方法生产沸腾钢时，铝的消耗量要按加入铝与进入钢中的锰的重量比例（0.30～0.32）∶（0.95～1.05）选择。
这样的消耗量能保证充分利用铝来把炉渣熔体中的锰还原出来并且是本方法中的限制因素。当铝的消耗量低于0.30∶（0.95～1.05）时，将不能还原出炼沸腾钢所需的锰的足够数量。当消耗量过大时，将有一部分铝用于为金属脱氧，这将会降低钢中必要的含氧量。在上述两种情况下浇注时，钢将沸腾得不好，从而造成轧钢时废品率增加，使钢的质量下降，价格增高。
在沸腾钢号中，锰的含量在0.20到0.45%之间，如含锰氧化材料的消耗低于下限时，会降低控制合金过程的可能性，因为在这种情况下，锰氧化物的量将成为限制因素，而不是铝，其结果将有两种不太好的进行合金化的方案：或是较充分地将锰从炉渣熔体中回收，使钢中的含锰量达到等于或大于0.20%，还原未能完全消耗掉的铝将使钢脱氧并使含氧量低于必需的值;或是让锰还原到一般程度，使它在钢中的含量低于必要的值。
过多消耗含锰材料不仅会增高钢的价格，同时还会由于含锰量高，含氧量低，浇注后钢水沸腾而不好而增加废品率。
提出申请的铝和锰的极限，即它们的比例关系为（0.30～0.32）∶（0.95～1.05）保证能获得高质量的钢并且价格便宜。
在生产用铝来进行合金化的钢时，用铝作为金属还原剂为好，其消耗量按加入的铝与进入可炼出的钢中的锰的重量比，相应为（0.30～0.32）∶（0.95～1.05）。在这种情况下，加入造渣材料最好是在加入还原剂-铝之后，并在碳素半成品向钢水包中出炉过程中完成，在碳素半成品出完后，每吨碳素半成品再补充加铝0.45～0.85公斤并往熔体中吹入中性气体。
对于以铝进行合金化的钢制的冷冲压件材料性能的主要要求是钢板或带钢，在借助冷冲压方法制造规定形状和尺寸零件时对深拉伸或超深拉伸的适应性，制造还要求下角料少和材料费用低。这就要求金属材料，要具有高延展性和整块冲压钢板具有均匀的材质，并且要求在钢板轧制与零件冲压这段时间性能不变。
从一些机械性能来看，对钢材深拉性能影响最大的要算屈服极限值，尤其是屈服极限（σ1）与瞬时强度（σ2）之比。比值低，说明该钢具有很大的塑性潜力。
众所周知，如果 61/62 ≈0.6，就可认为该钢具有很好的深拉性能，如果 (61)/(62) ＝0.65-0.75-良好的深拉性能，而当 (61)/(62) ＞0.75时-深拉性能差。
改善钢的延展性能取决最佳的化学组成，主要是锰和铝的成分。
补充加入上述数量的铝，可以保证在产品钢中具有最佳锰和铝的含量。这个含量可保证金属具有最好的延展性。也就是说，在用这种钢轧制和冲压制品时废品率很低。
申请的工艺保证能提高金属质量，成品率高，以及由于保证能在钢中得到规定的铝和锰的含量，而使金属的成本降低。
在提出的方案中，为了使锰还原，使钢水脱氧和合金化，须将铝分两批加入。
这样，可以在加第二批铝之前，使钢水包内的金属氧化度稳定。第一批铝加入钢水包之后，主要是进行从含锰氧化材料中还原锰的反应。这时，用于金属脱氧过程的铝比用于还原过程的铝少得多。
这是因为，炉渣中氧的含讯和在还原过程中消耗于铝的氧化所消耗的氧，要比金属中含有的大约多0.5～1倍。
如果设想，既或是锰的还原速度与金属的脱氧速度相等，则那时在金属中反应所形成的铝氧土的产物比重，将比炉渣与金属分界线处，即在还原反应区内的比重大约小0.5-1倍，换句话说，在将第一批铝加入钢水包之后，金属中的Al总的含量应在微量水平。
锰还原后，要对钢水吹惰性气体，以便使熔化金属中的锰和氧的化学成分进行中和。
往熔体中补充加铝以便使钢水彻底脱氧并保证得到具有规定含铝量的成品钢。
碳素半成品放入钢水包之后，从氧化物中还原合金元素的过程结束。从而造成用铝为钢进行合金化创造有利条件。这是因为，在往钢水包内补充加铝时，金属实际上已完全脱氧，含氧值已与成品钢的含氧值相符。因此，这时加入金属内的铝只用于合金化。
加入的补充铝少于0.45公斤/吨时，不能保证金属的所需质量，而加入多于0.85公斤/吨时，会造成钢中的含铝量过高，这种情况也是不希望的。向熔体吹中性气体，可使补充加入的铝能够均匀地分布于金属本体之中。
在加入第一批铝之后加入造渣材料可提高锰在炉渣熔体中的活性，改善还原过程，保证成品钢中的含锰量在很窄的范围内，改善成品钢的质量，降低用这种钢轧制和冲压制品时的废品率。
推荐的工艺保证能提高所得钢的质量和由于能在成品钢中得到规定的铝及锰的含量而降低金属的成本。
因此，使用推荐的方法来生产大量使用的钢种，可以不用铁合金就得到这种钢，可以改善所得到钢的质量并降低其生产过程的费用。
完成提出方法的良好方案。
用提出的方法可以得到具有下列成分重量比（%）的大量使用的钢种：
碳-0.05～0.5，
锰-0.25～2.5，
铁-所有余量。
此外，大量使用钢种在本身的组成中还可含有下列元素，其重量
%为：
硅-0.6以下，
铝-0.08以下，
铬-2以下，
矾-0.2以下，
钛-0.2以下
及其他元素。
大量使用钢种的生产方法如下：
作为炼钢设备可以采用任何一种现有的炉，如平炉、电炉以及上顶吹氧和联合吹氧、吹燃气氧气混合物、吹中性和其他气体的转炉。在炼钢设备中熔炼碳素半成品，如具有下列化学成分（重量%）：
碳-0.05～0.3，
锰-0.05～0.10，
硅-微量，
铝-微量，
硫-0.030以下，
磷-0.030以下，
铁-所有余量。
选择按提出的方法生产碳素半成品的炼钢设备是要以对具体大量使用钢种提出的要求为条件的，可以由钢的生产工厂来决定。
在炼钢设备中熔炼的碳素半成品出到钢水包中，后者的容量应与炼钢设备的容量相适应，或是与它成倍数关系。
在往钢水包中的碳素半成品的过程中，要加入造渣材料，（石灰、白云石、萤石和/或其他）。
在出炉过程中，当钢水包内注入0.25（按重量）以上，但不超过0.5时，将经过预先热处理的含有合金元素的氧化材料加入。
可以用含锰材料以及含铬、含矾、含钛及其他材料作为含有合金元素的氧化材料。这些材料可以根据熔炼钢种规定的化学组成单独放入，或是综合加入。
含有合金元素的经过预先热处理的氧化材料，要在往钢水包内出完碳素半成品之前结束加料。
加完含合金元素的氧化材料之后，往钢水包中加入还原剂，如，以铝、钙、硅、钛及其他元素为基础的合金。
往钢水包内加还原剂，要在出完碳素半成品之前结束。结果会得到具有要求化学组成的钢。
使用经过预先热处理的氧化材料，可以完全防止钢水包内的炉渣熔体起沫，也可避免在碳素半成品出炉时金属和炉渣飞溅。平稳地进行还原过程以及在经过预先热处理的氧化材料中完全没有结合水分，可以显著减少所得钢中氢和氨有害气体的含量，减少钢中的非金属杂质（这些杂质是在炉渣熔体起沫时形成的），并因此可以改善成品钢的质量。
合金原素从加入钢水包中的经过预先热处理材料中还原的过程不长，并随着碳素半成品往钢水包中出完而结束。这时，从氧化材料中进到钢内的合金元素回收率可达到90～97%，大大超过使用铁合金时的合金元素回收率。所有这些，都有助于降低钢的成本。
当出炉碳素半成品的重量超过0.25，但没有超过0.5时，开始往钢水包内加入经过预先热处理的含合金元素的氧化材料，并在出完碳素半成品之前就结束加料。同样，加入还原剂是在加氧化材料之后，在出完碳素半成品之前，可保证含有合金元素的氧化材料的熔化，还原剂的熔化与合金元素从炉渣熔体中还原的过程同时进行。此外，这样做可以强化合金元素从氧化材料中还原的过程和促使这个过程随着往钢水包内出碳素半成品同时结束，这样会降低钢的成本和提高其质量。
往钢水包内加入含有合金元素的预先经过热处理的氧化材料是在碳素半成品放出之后，但少于重量的0.25时，则会发生氧化材料的所谓“镀金”现象，即在其表面上形成一层金属硬皮。
这是因为，开始往钢水包内出碳素半成品时，下落的碳素半成品液流具有较大的动能，从而在钢水包内形成强烈的碳素半成品对流，这就会将比碳素半成品密度小的材料（含合金元素的氧化材料）的材料带入本体中去。当氧化材料进入碳素半成品本体内时，就会在氧化材料的表面上形成一层金属硬皮（“镀金”现象），这将会妨碍氧化材料的熔化。这样会使氧化材料的熔化条件恶化，降低回收速度，使合金元素进行还原反应的条件变差。使还原过程很难控制。
此外，由于利用得不合理，造成增高还原剂损耗的条件，即有一部分还原剂消耗于同大气中的氧气相互作用上。
由于“镀金”现象，使部分氧化材料在碳素半成品本体中熔化，使钢被非金属杂质所污染并降低其质量。
此外，由于“镀金”现象，使一部分氧化材料不能参加还原过程，就是说，为了获得所需化学组成的钢种，必须增大含有合金元素的经过预先热处理的氧化材料的总消耗量。所有这些都会使钢变得质劣价昂。
在碳素半成品出完之后再往钢水包内加入含有合金元素的经过预先热处理的氧化材料，就会延长钢的合金化过程。这是因为，在这样往钢水包加入氧化材料，由于氧化成分和还原反应的产物扩散到反应区去了，即由进行反应的运动条件所引起的，运动条件本身与一系列参数有关：温度、金属和炉渣的混合以及其它。
为了提高从氧化材料中还原合金元素的速度，要求加速氧化材料的熔化，为此，就须增加热消耗和载能体的额外消耗。需要附加进行强烈的金属混合以便加速使金属产物，即合金元素退出反应区以及使它们能在金属中沿钢水包的高度均匀分布。
为此，钢水包必须装有专门的金属搅拌装置，或是在专门的装置中进行这种混合以便将金属精炼至规定的化学组成和温度。
此外，延长钢水包内的合金化过程会增加还原剂的消耗，因为一般实际使用的还原剂的熔化温度和密度低于含有合金元素的经过预先热处理的氧化材料，而它对氧的亲合性比合金元素高。因此，加入钢水包内的还原剂比氧化材料熔化得快，在炉渣金属熔体内的局部浓度增高，这会使熔化的还原剂浮上炉渣熔体的表面和由于同空气中的氧相互作用而燃烧。还原剂的一部分消耗于溶解在碳素半成品本体内的氧的相互作用，从而增大了成品钢中的非金属杂质含量并使其质量下降。所有这些都使钢的价格增高。
在碳素半成品出完之前往钢水包内加入还原剂，保证还原过程随着碳素半成品出完而结束，可以得到高质量的钢。
如前面提到的，在碳素半成品出完之后往钢水包内加还原剂，会由于将还原过程变成动态，从而增大还原剂的消耗，而且使钢被非金属氧化杂质污染，这将会降低钢的质量。
最好使用金属还原剂作为还原剂。
选用金属还原剂必须要以能在钢的合金化过程中利用放热状态的含有合金元素的氧化材料为条件。钢水在钢水包内进行合金化过程的附加热是用于加入钢水包内的氧化材料的预热和熔化。
如果从氧化材料中还原合金元素的反应吸收热量（吸热反应）时，则这时所缺的热量必须用其他方法来弥补，例如在炼钢设备中补充加热碳素半成品，在钢水包内用电弧或其他方法加热，使用往钢水包内加放热混合物的办法，或是其他方法。
但是，在炼钢设备中补充加热碳素半成品，不仅要多消耗载能体，如果是在吹氧转炉中生产碳素半成品时，还要附加消耗生铁，并会降低成品钢的质量。这是因为，碳素半成品从炼钢设备中放出之前提高其温度势必增加它的含氧量。而为了从碳素半成品中去掉附加的氧，就须消耗附加量的脱氧剂，这本身就会增加钢中非金属杂质的量并使其质量下降，同时要增高钢的成本。
在钢水包内用电弧或其他方法对碳素半成品进行补充加热需要制造专用设备和附加消耗载能体（如电能），这将使钢变贵，在大量使用的钢种生产中并不是都能收回的。
使用放热混合物同样也会使钢变贵以及由于假加了非金属杂质（是放热反应的产物）的量，从而使钢的质量变差。
利用非金属材料作还原剂是不太合适的，因为，例如含碳材料在还原过程中将要吸收热量，这会使钢价贵质差，而还原剂中有非金属成分作为放热添加剂，也是不合算的，正如上面所说，使用它们会使钢价变贵，质变差。
根据上面所说，在使用推荐的方法时，最好使用金属还原剂，它不会给钢带来有害杂质，如硫，因此在往钢水包出完碳素半成品之后不须再对钢补充进行深脱硫。这有助于钢降低成本。
在熔炼任何成分的锰钢时，作为氧化材料要使用含锰氧化材料，它要预先在900～1250℃的温度下进行热处理。
选择这种含有合金元素-锰的氧化材料是有限制的，因为实际上所有大量使用的钢种成分中都有锰，其含量在0.25至2.5%的范围内。
热处理制度为900～1250℃是从氧化材料中排除结合水分所必需。如上所述，水份的存在会在钢水合金化过程中炉渣起沫，金属和炉渣从钢水包中外溅，以及增加成品钢中有害气体（如氢、氮）的含有量，而使钢的质量下降。
此外，含锰氧化材料在这种温度进行热处理能够破坏碳酸盐化合物。这种化合物在含锰氧化材料中是存在的。上面已说过，它们就与结合水份一样将助长炉渣起沫和金属及炉渣飞溅，同时还会增加成品钢中有害气体（氮、氢）的含量及增加非金属杂质的数量。这会降低钢的质量以及由于必须采取补充精炼措施以去掉有害气体和降低非金属杂质的量。
在温度低于900℃时使用未经热处理或经过热处理的含锰氧化材料，含有MnO2（铁锰矿）和Mn3O4（黑锰矿）形成的锰，同时在碳酸盐形式的矿物成分中（MnCO3、CaCO3及其他）也有，当把它们加入钢水包时，氧化物及碳酸盐成分开始分解，产生气态-氧化碳和二氧化碳。氧化材料分解的气态产物会使钢水包内的炉渣熔体起沫和有助于金属和炉渣从钢水包中溅出。此外，它们能使空气中的氧进入炉渣和金属的熔体中，增加还原剂的消耗，增加成品钢中的非金属杂质的量，使钢的质量变差和使成本增高。
在900℃以下温度进行含锰氧化材料的热处理时，不能保证完全去掉结合水分。存在结合水分会使钢的质量变差，增加非金属杂质以及氮和氢的污染。
在1250℃以上的温度进行含锰氧化材料的热处理也不合适，因为在这种温度下会产生氧化材料熔化，造成其物理和化学特性的改变，尤其是增高熔化温度。这继而会使钢水包内的还原过程延长并且会使碳素半成品往钢水包中出完之后还在低效地进行这个过程。
在生产沸腾钢时，往钢水包内加入含锰氧化材料的数量应能保证每一吨碳素半成品中有2.30～3.90公斤的锰进入。
这样可以获得高质量的钢，具有规定含量的锰，能沿钢水包的高度均匀分布并保证在钢浇注入钢锭模之后的正常沸腾，提高其成品率。
当将含锰氧化材料的单位消耗量降低到每一吨碳素半成品用锰少于2.3公斤时，其成品钢中的要求含锰量就会降低。含锰量在很大程度上是控制浇注前钢中必要的含氧量，而后育本身又决定成品钢的质量。
所得到的钢将具有过高的含氧量，浇注后沸腾不好，结果在钢锭结晶时就会破坏钢锭表层的形成过程，这也会影响轧材表面的质量并提高废品率。这时所生产的钢是低质量的。
每一吨碳素半成品的含锰氧化材料的单位消耗量超过3.9公斤时，将会增高成品钢的含锰量，这意味着，在浇注前钢水中的含氧量低于能保证金属在钢锭模中正常沸腾和获得高质量轧材的极限值。金属的弱沸腾将不能保证排除钢水中的非金属杂质和有害气体，成品轧材的质量下降，成本增高。
在熔炼沸腾钢时曾用铝作为还原剂，其消耗量是按进入钢水成分中的铝和锰的重量比来选择的，其比值相应为（0.30、0.32）∶（0.95-1.05）。
往钢水包内加铝是在碳素半成品出完之前结束的。
所选择的铝与锰的重量比是由生产沸腾钢时，在钢水包内的还原过程的下列特点所制约。
还原过程很强烈，将氧化材料和还原剂的熔化同锰的还原过程重合，同样，将还原过程的结束与往钢水包内出碳素半成品的终了重合，这样可以合理地利用铝。它实际上全部消耗在锰的还原上，而不与熔解在碳素半成品中的氧以及大气中的氧相互作用。这样，会由于在钢的成分中排除了铝与熔解在碳素半成品中的氧的产物-原始非金属矾土的氧化物杂质而提高沸腾钢的质量。再与合理利用铝同时排除锰铁合金参与合金化过程综合起来将会使钢的成本下降。
加入铝的单位消耗量低于0.30∶（0.95～1.05）的成品钢含锰量，就不足以得到沸腾钢中的规定含锰量。这样会造成钢的氧化度过高，浇注后在钢锭模中沸腾不好，增加废品率和降低钢的质量。因此，为了提高沸腾钢的质量，在其成分中必须提高锰的含量。但是，采用往钢水包内加锰铁合金的办法来把钢中的含锰量提高到所要求的化学成分将会使钢的成本提高。
当将加入铝的单位消耗量提高到大于0.32∶（0.95～1.05）的成品钢含锰量时，一部分铝将消耗在同溶解在碳素半成品中的氧的相互作用上，从而使浇注后的钢锭模内沸腾不够，使成品钢中铝的氧化产物-原始非金属矾土氧化杂质的含量过高，成品钢的质量降低和成本增高。
在碳素半成品往钢水包内出完之后再往钢水包内加铝的办法也有类似的不良指标。
在生产铝合金钢时，也要用生产沸腾钢所采用的与锰的比例来使用铝作为还原剂。在碳素半成品出完之后往钢水包补充加入合每吨碳素半成品为0.45～0.85公斤的铝。
补充加入的铝是为获得具有规定含铝量的钢的必要性所决定，同时也为铝的合理消耗所制约。
随着碳素半成品往钢水包内出完的同时结束从含锰氧化材料中还原锰的过程。因此，补充加入钢水包的铝主要用在钢的合金化上。这就可以得到规定含铝化学组成的钢，并且由于对铝的合理利用而避免钢被非金属矾土杂质的污染，因而使钢的质量提高和价格下降。
在碳素半成品往钢水包内出完之后补充加入铝的有效利用率为93-97%。
补充加铝的消耗量低于0.45公斤/吨时，不能保证金属的必要质量，而加入量大于0.85公斤/吨时又会造成钢的含铝量过高，这也是不希望的。
在生产锰还原后再用铝进行合金化的钢时，向金属吹惰性气体，如氩气，以便中和熔化在金属中锰和氧的化学成分。
在加入补充量的铝之后向熔体吹氩气可使铝在钢水中分布均匀，从而提高成品钢的质量，降低用此钢轧制和冲压制品时的废品率。
在这种情况下，要在加入第一批铝之后再加造渣材料。这有助于提高炉渣的碱性，增加锰在炉渣熔体中的活性，加速从氧材料中还原锰的过程。这样可以保证成品钢中的含锰量并能改善钢的质量。
具体应用举例
例1.
铬合金钢的生产。
钢的生产是在350吨的吹氧转炉中进行，在钢水包内将金属精炼至规定化学组成。
在表1中列举了生产铬合金的例子，其工艺参数，其中有的符合提出申请的工艺，有的超出申请工艺之外。
使用了具有下列化学成分的转炉渣作为含铬的氧化材料，其重量%为：70.84-Cr2O3;12.13-FeO;9.35-Al2O3;5.94-SiO3;1.74-MgO。
造渣材料用石灰，其化学成分为（重量%）：CaO-92;MgO-6.5和萤石。
用以铝、稀土元素、硅、钙或钛基的合金作为金属还原剂。还用碳作为非金属还原剂。
含铬材料在1600℃温度下进行了预先热处理。
在转炉得到碳素半成品后并当钢水温度达到1640℃时，将它在6分钟时间内放入具有耐火粘土包衬的铸钢钢水包内。
在将碳素半成品放入的过程中，当放到钢水包内碳素半成品的重量为0.2至0.6时，往钢水包内加入含铬氧化材料13.5吨，石灰-1.5吨和萤石-0.02吨。然后加入足以使铬还原数量的还原剂。
合金化过程与往钢水包内出完钢水同时结束。
然后将钢水注入板坯连铸机，板坯尺寸为250×1550毫米，然后将其轧成原10～30毫米的板材。
有关生产方法的技术参数列于表1中。
获得的金属非金属杂质含量等级低，这就证明金属具有比一般方法炼出的金属更高的质量。
表1中所举实例中，其区别就在于还原剂的选择，有稀土元素、硅、钙或钛基的合金。也同样采用了非金属还原剂-碳。
此外，在这些实例中，根据放入钢水包中碳素半成品数量的不同采用了氧化材料不同的加入方法。
这些实例的技术参数列于表1中。
违背了加入氧化材料和还原剂时间的申请特点，就会得不到规定的化学成分，以致会使金属质量变差。采用非金属还原剂（碳）从氧化材料中回收合金元素（铬）的回收率低并会造成金属的碳化，以致钢的质量变差。
从表1中可以看出，用本申请方法生产的大量使用钢种（炉号2、3、4）都具有最佳效果，其成品钢的非金属杂质污染最少，合金元素的回收率很高。
例2.
生产镇静钢。
镇静钢的生产是在350吨的吹氧转炉中进行，而精炼到规定化学组成是在铸钢钢水包内进行。
表2中列举了13个生产镇静钢的实例，其工艺参数有的与申请工艺相符，有的超过了申请工艺之外。
表2（续）
在所有举例中，碳素半成品和成品钢的化学组成，其余部分为铁。
用下列化学成分的含锰氧化材料作为含有合金元素-锰的氧化材料，其重量%为：MnO-54.8;SiO2-18.0;Fe2O3-2.3;Al2O3-3.0;CaO-5.0;MgO-2.1;C-2.2;P-0.05;S-0.015;其他次要混合物-12.435。
氧化材料是在800至1350℃的温度进行的预先热处理。
在炼好碳素半成品并达到1645℃温度后将它放入带有耐火粘土包衬的铸钢钢水包。
根据碳素半成品在钢水包内的充满程度，从碳素半成品重量的0.2至0.6时加入含锰材料4.0吨，石灰-1.1吨，萤石-0.15吨，铝合金-0.82吨和含硅65%的硅铁-1.0吨。
用锰对钢进行合金化过程是与往钢水包中出完钢是同时完成，进行了不超过4分钟。
获得的钢水注入板坯连铸机，出来的板坯又轧制成20毫米厚的板材。
从氧化材料到成品钢的锰直接回收率为94.5%。
成品金属的非金属杂质污染程度按每种杂质的6个样品的平均等级确定，结果平均等级是：氧化物-1.4;硫化物-1.8;硅酸盐-1.9;而用锰铁合金进行合金化的钢，相应为：3.4;4.4;2.8。
这样，可从表2中看出，利用推荐的方法获得了高质量的钢。同时，这种钢的成本还由于合理利用了氧化材料中的锰以及还原剂，实际上没有它与大气中的氧相互作用所造成的损耗，而降低了。
此外，从表2中看到，当违背了申请工艺时，所得到的钢的工艺参数就差。
实例炉号2、3、4、12、13是符合申请方法的工艺参数的。在这些实例中，得到了钢的最佳质量指标，即：成品钢被非金属杂质污染程度最低，从氧化材料中锰的回收率很高。
例3
含钛镇静钢的生产方法
含钛镇静钢的生产方法是在350吨吹氧转炉上完成的，在钢水包内精炼至规定的化学组成。
表3中列举了12个生产含钛镇静钢的实例，其工艺参数有的符合申请工艺，有的超出申请工艺的范围。
表3（续）
在所有举例中，碳素半成品和成品纲中的其余部分为铁。
用锰和钛进行合金化是一起实现的。
作为合金化材料使用了下列氧化材料：
1.预先经过热处理的含锰氧化材料，即例2中所用的那种;
2.钛氧化材料具有下列化学成分，重量%：
TiO2-48.55;SiO2-0.6;MnO-2.65;FeO-20.0;Fe2O3-28.2。
这种氧化材料是在800℃的温度下进行预先热处理的。
造渣材料和金属还原剂与上述例子中所用的相同。
在转炉获得具有1630℃温度的碳素半成品后，将它放入具有耐火粘土包衬的钢水包内。
在碳素半成品往钢水包内出到总重量的0.2至0.6之后，加入氧化材料：含锰氧化材料-12吨，含钛氧化材料-1.15吨：石灰-1.5吨;萤石-0.2吨和还原剂-3.5吨。
获得的钢水注入连续铸坯机，然后轧制成厚10毫米的板材。
从板材进行采样研究，研究表明，当违反了申请工艺和申请方法参数时，非金属杂质对钢的污染程度几乎增高一倍并且与用铁合金处理钢相近。非金属相的含量降低决定所得到的金属质量很高，合金元素的回收率高决定所得钢的价格低。
从表3中看到，在例中炉号2、3、4、11、12取得了最佳的所得钢的质量指标，即：成品钢被非金属杂质的污染度最低;从氧化材料中回收的锰和钛的回收率高。这些熔炼是符合申请方法的。
例4
沸腾钢的生产方法。
沸腾钢的生产方法是在150吨的吹氧转炉上进行的，在钢水包内将钢精炼到规定的化学组成。使用了含锰氧化材料，与例2相同。
表4中列举了18个生产沸腾钢的例子，其工艺参数有的符合申请工艺，有的超出申请工艺的范围。
表4（续）
在所有举例中，碳素半成品和成品钢化学组成中的其余部分为铁。
含锰氧化材料在加入钢水包之前在800至1350℃的温度下预先经过热处理。
在转炉内得到碳素半成品并达到1600℃温度之后，将它在6分钟内放入带有耐火粘土包衬的钢水包内。
当碳素半成品在钢水包内充满到总重量的0.2至0.6时，往钢水包内放入了0.71至1.52吨的含锰氧化材料，这保证了有2.0至4.3公斤的锰进入每吨金属中，加入了0.5吨石灰，0.025吨萤石和铝合金，其数量是保持铝与锰的比例所必须的，其范围列于表4。
往钢水包出完钢时，其化学组成列于表4。
从表4中可以看出，在申请参数和工艺范围内，得到了高质量的钢。
从含锰氧化材料到成品钢的锰回收率约80%。没有使用锰铁合金。
这样一来，在生产沸腾钢时不需使用锰铁合金了，使锰的损耗降低12-15%，也就是生产铁合金时和在钢水包内用它使钢合金化所形成的损耗。
将获得的钢水浇铸成重16.7吨的钢锭。
对成品轧材（厚2毫米的钢板）的表面及机械特性评价表明，轧制过程中的废品率降低了21%。
从表4中看出，炉号第2、3、4、11～18的工艺参数都符合申请方法。在这些实例中都得到了很高的锰的回收率。
例5
含矾沸腾钢的生产方法
含矾沸腾钢的生产方法是在250吨吹氧转炉上进行的，在铸钢桶内将其精炼至规定化学组成。
表5中列举出18个含矾沸腾钢的生产实例，其工艺参数有的符合申请工艺，有的超出了申请工艺的范围。
利用从氧化材料中还原的办法用锰和矾进行合金化。
为此，利用了在800至1100℃温度下进行过预先热处理的含锰氧化材料和含矾氧化材料，其组成为（重量%）：
V2O5-85.23;SiO2-2.5;Fe2O3-7.0;Al2O3-0.4;CaO-2.1;MgO-0.6;TiO2-1.8;P-0.07;S-0.3，经过在1600℃温度下处理的。
造渣材料与还原材料使用了与例2中相同的材料。
在转炉中得到碳素半成品和达到1635℃温度后，将它放入带耐火粘土包衬的钢水包内。
当碳素半成品往钢水包内出到重量的0.2至0.6时，加入含矾氧化材料1.2至2.5吨，这样保证了能在每吨半成品中收进2.0和4.3公斤的锰，加入0.8吨石灰，0.06吨萤石和铝合金，其数量应符合表5中给出的铝与锰的比例。
出完后在钢水包内得到了钢，其化学组成列于表5。
矾的回收率为89%，锰-90.6%。在炼钢时没有使用锰铁和矾铁合金。
得到的钢水注入重8.17吨的钢锭模，然后把钢锭轧制成型钢毛坯。表面质量评价表明，废品率降低了25%。
合金元素从氧化材料中的回收率很高，从而使钢的成本降低。
炉号2、3、4、11-18的实例符合申请方法的工艺参数。在这些实例中得到了最佳的金属质量指标，即锰和矾从氧化材料中的回收率很高。
例6。
铝合金钢的熔炼方法。
铝合金钢的生产是在350吨的吹氧转炉上进行的，在钢水包内将钢精炼到规定的化学组成。
表6中列举了14个生产铝合金钢的实例，其工艺参数有的符合申请工艺，有的超出了申请工艺的范围。
在所有的举例中，碳素半成品和成品钢中的其余部分为铁。
使用了实例4中所用的同样材料。
含锰氧化材料是在800至1100℃温度下经过热处理。
在转炉中得到碳素半成品和达到1650℃温度后，将它放入钢水包。
当碳素半成品往钢水包内出到总重量的0.2至0.6之后，加入含锰氧化材料2.3吨，石灰-0.6吨，萤石-0.08吨和铝合金0.68吨。
碳素半成品出完后，往钢水包内加入铝合金，铝的单位消耗量为每吨碳素半成品0.4～0.9公斤。
得出钢的化学组分列于表6。
钢从含锰氧化材料中的锰回收率为93%，铝-94%。用锰对钢进行合金化的过程随着碳素半成品往钢水包内出完而结束。
得到的是高质量钢。它的机械特性可以证明这一点：
σ1＝21.0公斤/毫米2;σ2＝33.0公斤/毫米2，式中σ1-屈服极限;σ2-瞬时强度。
锰和铝的回收率高使钢的价格由于材料的合理利用而降低。
从表6中可见，在申请参数与工艺的范围内利用推荐的方法可使金属具有最佳质量指标，在从氧化材料中锰的回收率很高（炉号2-4;11-14）的情况下，成品钢具有最佳的机械特性比例。
因此，从列举的实例及其附表可以看出，利用本发明可以不用铁合金而得到大量使用的合金钢。
利用推荐的发明可以加速从氧化材料中还原合金元素的过程并在往钢水包内出完碳素半成品时就能得到成品钢。这样可以提高炼钢设备的生产率和不需要钢的附加炉外处理，以改善其质量。
此外，由于消除了熔化金属和炉渣从钢水包内喷出与飞溅，以及显著减少向周围环境中散发钢在脱氧与合金化时的气体物质，从而大大改善工作人员的劳动条件。
利用推荐的方法可改善所得钢的质量和降低生产过程的成本。