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钢铁冶炼
一、几个概念
(ironandsteelsmelting)
钢、铁冶金工艺的总称。工业生产的铁根据含碳量分为生铁(含碳量2%以上)
和钢(含碳量低于2%)。基本生产过程是在炼铁炉内把铁矿石炼成生铁,再以
生铁为原料,用不同方法炼成钢,再铸成钢锭或连铸坯。

在炼铁炉内把铁矿石炼成生铁。现代炼铁绝大部分采用高炉炼铁,个别采用直接
还原炼铁法和电炉炼铁法。高炉炼铁是将铁矿石在高炉中还原,熔化炼成生铁,
此法操作简便,能耗低,成本低廉,可大量生产。生铁除部分用于铸件外,大部
分用作炼钢原料。由于适应高炉冶炼的优质焦炭煤日益短缺,相继出现了不用焦
炭而用其他能源的非高炉炼铁法。直接还原炼铁法,是将矿石在固态下用气体或
固体还原剂还原,在低于矿石熔化温度下,炼成含有少量杂质元素的固体或半熔
融状态的海绵铁、金属化球团或粒铁,作为炼钢原料(也可作高炉炼铁或铸造的
原料)。电炉炼铁法,多采用无炉身的还原电炉,可用强度较差的焦炭(或煤、
木炭)作还原剂。电炉炼铁的电加热代替部分焦炭,并可用低级焦炭,但耗电量
大,只能在电力充足、电价低廉的条件下使用。

炼钢主要是以高炉炼成的生铁和直接还原炼铁法炼成的海绵铁以及废钢为原料,
用不同的方法炼成钢。主要的炼钢方法有转炉炼钢法、平炉炼钢法、电弧炉炼钢
法等3种。以上3种炼钢工艺可满足一般用户对钢质量的要求。为了满足更高质
量、更多品种的高级钢,便出现了多种钢水炉外处理(又称炉外精炼)的方法。
如吹氩处理、真空脱气、炉外脱硫等,对转炉、平炉、电弧炉炼出的钢水进行附:.
加处理之后,都可以生产高级的钢种。对某些特殊用途,要求特高质量的钢,用
炉外处理仍达不到要求,则要用特殊炼钢法炼制。如电渣重熔,是把转炉、平炉、
电弧炉等冶炼的钢,铸造或锻压成为电极,通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼
工艺;真空冶金,即在低于1个大气压直至超高真空条件下进行的冶金过程,包
括金属及合金的冶炼、提纯、精炼、成型和处理。钢液在炼钢炉中冶炼完成之后,
必须经盛钢桶(钢包)注入铸模,凝固成一定形状的钢锭或钢坯才能进行再加工。
钢锭浇铸可分为上铸法和下铸法。上铸钢锭一般内部结构较好,夹杂物较少,操
作费用低;下铸钢锭表面质量良好,但因通过中注管和汤道,使钢中夹杂物增多。
近年来,在铸锭方面出现了连续铸钢、压力浇铸和真空浇铸等新技术。
二、炼铁的原理及方法
炼铁过程实质上是将铁从其自然形态——矿石等含铁化合物中还原出来的过程。
炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等,其原理是矿石在特定的气
氛中(还原物质CO、H2、C;适宜温度等)通过物化反应获取还原后的生铁。
生铁除了少部分用于铸造外,绝大部分是作为炼钢原料。
1、高炉炼铁的冶炼原理(应用最多的)
现代炼铁的主要方法,钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、
改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法,但由于高炉炼铁技术经
济指标良好,工艺简单,生产量大,劳动生产率高,能耗低,这种方法生产的铁仍
占世界铁总产量的95%以上。早期高炉使用木炭或煤作燃料,18世纪改用焦炭,
19世纪中叶改冷风为热风(见冶金史)。20世纪初高炉使用煤气内燃机式和蒸汽
涡轮式鼓风机后,高炉炼铁得到迅速发展。20世纪初美国的大型高炉日产生铁
量达450吨,焦比1000公斤/吨生铁左右。70年代初,日本建成4197米高炉,
日产生铁超过1万吨,燃料比低于500公斤/吨生铁。中国在清朝末年开始发
展现代钢铁工业。1890年开始筹建汉阳铁厂,1号高炉(248米,日产铁100吨)
于1894年5月投产。1908年组成包括大冶铁矿和萍乡煤矿的汉冶萍公司。1980:.
年,中国高炉总容积约8万米,其中1000米以上的26座。1980年全国产铁3802
万吨,居世界第四位。
(1)高炉冶炼用的原料
高炉冶炼用的原料主要由铁矿石、燃料(焦炭)和熔剂(石灰石)三部分组成。
通常,-,-(提供热量;提供还
原剂;作料柱的骨架),-(即石灰石、白云石、萤石等,使炉渣熔
化为液体;去除有害元素硫),总计需要2-3吨原料。为了保证高炉生产的连续
性,要求有足够数量的原料供应。因此,无论是生铁厂家还是钢厂采购原料的工
作是尤其重要。
(2)冶炼原理
炼铁的基本原理方程式:3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2
(3)冶炼工艺
生铁的冶炼虽原理相同,但由于方法不同、冶炼设备不同,所以工艺流程也不同。
高炉生产是连续进行的。一代高炉(从开炉到大修停炉为一代)能连续生产几年
到十几年。生产时,从炉顶(一般炉顶是由料种与料斗组成,现代化高炉是钟阀
炉顶和无料钟炉顶)不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂,从高炉下部的风口吹进热
风(1000~1300摄氏度),喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石,
主要是铁和氧的化合物。在高温下,焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧
化碳将铁矿石中的氧夺取出来,得到铁,这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反
应炼出生铁,铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加
入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣,从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶
导出,经除尘后,作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压,用导出:.
的部分煤气发电。生铁是高炉产品(指高炉冶炼生铁),而高炉的产品不只是生
铁,还有锰铁等,属于铁合金产品。锰铁高炉不参加炼铁高炉各种指标的计算。
高炉炼铁过程中还产生副产品水渣、矿渣棉和高炉煤气等。
(4)高炉炼铁的特点
规模大,不论是世界其它国家还是中国,高炉的容积在不断扩大,如我国宝钢高
炉是4063立方米,日产生铁超过10000吨,炉渣4000多吨,日耗焦4000多吨。
目前国内单一性生铁厂家,高炉容积也以达到500左右立方米,但多数仍维持在
100-300立方米之间,甚至仍存在100立方米以下的高耗能高污染的小高炉,其
产品质量参差不齐,公布分散,不具有期规模性,更不能与国际上的钢铁厂相比。
(5)高炉炼铁的主要技术经济指标
高炉利用系数:每立方米高炉有效容积一昼夜生产生铁的吨数,是衡量高炉生产
效率的指标。比如1000米高炉,日产2000吨生铁,则利用系数为2吨/(米·日)。
焦比:每炼一吨生铁所消耗的焦炭量,用公斤/吨生铁表示。高炉焦比在80年代
初一般为450~550公斤/吨生铁,先进的为380~400公斤/吨生铁。焦炭价格昂
贵,降低焦比可降低生铁成本。
燃料比:高炉采用喷吹煤粉、重油或天然气后,折合每炼一吨生铁所消耗的燃料
总量。每吨生铁的喷煤量和喷油量分别称为煤比和油比。此时燃料比等于焦比加
煤比加油比。根据喷吹的煤和油置换比的不同,分别折合成焦炭(公斤),再和
焦比相加称为综合焦比。燃料比和综合焦比是判别冶炼一吨生铁总燃料消耗量的
一个重要指标。
冶炼强度:每昼夜高炉燃烧的焦炭量与高炉容积的比值,是表示高炉强化程度的
指标,单位为吨/(米·日)。
:.
休风率:休风时间占全年日历时间的百分数。降低休风率是高炉增产的重要途径
一般高炉休风率低于2%。
生铁合格率:化学成分符合规定要求的生铁量占全部生铁产量的百分数,是评价
高炉优质生产的主要指标。
生铁成本:是从经济方面衡量高炉作业的指标。
2、高炉的主要组成部分
高炉炉壳:现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳,只有极少数最小的土高炉才用
钢箍加固的砖壳。炉壳的作用是固定冷却设备,保证高炉砌体牢固,密封炉体,
有的还承受炉顶载荷。炉壳除承受巨大的重力外,还要承受热应力和内部的煤气
压力,有时要抵抗崩料、坐料甚至可能发生的煤气爆炸的突然冲击,因此要有足
够的强度。炉壳外形尺寸应与高炉内型、炉体各部厚度、冷却设备结构形式相适
应。
炉喉:高炉本体的最上部分,呈圆筒形。炉喉既是炉料的加入口,也是煤气的导
出口。它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。炉喉直径应和炉缸直径、
炉腰直径及大钟直径比例适当。炉喉高度要允许装一批以上的料,以能起到控制
炉料和煤气流分布为限。
炉身:高炉铁矿石间接还原的主要区域,呈圆锥台简称圆台形,由上向下逐渐扩
大,用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱,并减小炉料下降阻找力。
炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。
炉腰:高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在炉腰部位有
炉渣形成,并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化,为减小煤气流的阻力,在渣
量大时可适当扩大炉腰直径,但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系,:.
比值以取上限为宜。炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著,一般只在很小范围
内变动。
炉腹:高炉熔化和造渣的主要区段,呈倒锥台形。为适应炉料熔化后体积收缩的
特点,其直径自上而下逐渐缩小,形成一定的炉腹角。炉腹的存在,使燃烧带处
于合适位置,有利于气流均匀分布。炉腹高度随高炉容积大小而定,但不能过高
或过低,~。炉腹角一般为79~82;过大,不利于煤气流分
布;过小,则不利于炉料顺行。
炉缸:高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域,呈圆筒形。出铁口、渣口和
风口都设在炉缸部位,因此它也是承受高温煤气及渣铁物理和化学侵蚀最剧烈的
部位,对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁质量和品种都有极重要的影响。
炉底:高炉炉底砌体不仅要承受炉料、渣液及铁水的静压力,而且受到1400~
4600℃的高温、机械和化学侵蚀、其侵蚀程度决定着高炉的一代寿命。只有砌体
表面温度降低到它所接触的渣铁凝固温度,并且表面生成渣皮(或铁壳),才能
阻止其进一步受到侵蚀,所以必需对炉底进行冷却。通常采用风冷或水冷。目前
我国大中型高炉大都采用全碳砖炉底或碳砖和高铝砖综合炉底,大大改善了炉底
的散热能力。
炉基:它的作用是将所集中承担的重量按照地层承载能力均匀地传给地层,因而
其形状都是向下扩大的。高炉和炉基的总重量常为高炉容积的10~18倍(吨)。
炉基不许有不均匀的下沉,%~%。高炉炉基
应有足够的强度和耐热能力,使其在各种应力作用下不致产生裂缝。炉基常做成
圆形或多边形,以减少热应力的不均匀分布。
炉衬:高炉炉衬组成高炉的工作空间,并起到减少高炉热损失、保护炉壳和其它
金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。炉衬是用能够抵抗高温作用的耐火材料
砌筑而成的。炉衬的损坏受多种因素的影响,各部位工作条件不同,受损坏的机:.
理也不同,因此必须根据部位、冷却和高炉操作等因素,选用不同的耐火材料。
炉喉护板:炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流冲刷下,工作条件十分恶劣,维
护其圆筒形状不被破坏是高炉上部调节的先决条件。为此,在炉喉设置保护板(钢
砖)。小高炉的炉喉保护板可以用铸铁做成开口的匣子形状;大高炉的炉喉护板
则用100~150mm厚的铸钢做成。炉喉护板主要有块状、条状和变径几种形式。
变径炉喉护板还起着调节炉料和煤气流分布的作用。
高炉解体:为了在操作技术上能正确处理高炉冶炼中经常出现的复杂现象,就要
切实了解炉内状况。在尽量保持高炉的原有生产状态下停炉、注水冷却或充氮冷
却后,对从炉喉的炉料开始一直到炉底的积铁所进行的细致的解体调查,称为高
炉解体调查。它虽不能完全了解高炉生产的动态情况,但对了解高炉过程、强化
高炉冶炼很有参考价值。
高炉冷却装置:高炉炉衬内部温度高达1400℃,一般耐火砖都要软化和变形。
高炉冷却装置是为延长砖衬寿命而设置的,用以使炉衬内的热量传递出动,并在
高炉下部使炉渣在炉衬上冷凝成一层保护性渣皮,按结构不同,高炉冷却设备大
致可分为:外部喷水冷却、风口渣口冷却、冷却壁和冷却水箱以及风冷(水冷)炉
底等装置。
高炉灰:也叫炉尘,系高炉煤气带出的炉料粉末。其数量除了与高炉冶炼强度、
炉顶压力有关外,还与炉料的性质有很大关系。炉料粉末多,带出的炉尘量就大。
目前,每炼一吨铁约有10~100kg的高炉灰。高炉灰通常含铁40%左右,并含
有较多的碳和碱性氧化物;其主要成分是焦末和矿粉。烧结料中加入部分高炉灰,
可节约熔剂和降低燃料消耗。
高炉除尘器:用来收集高炉煤气中所含灰尘的设备。高炉用除尘器有重力除尘器、
离心除尘器、旋风除尘器、洗涤塔、文氏管、洗气机、电除尘器、布袋除尘器等。
粗粒灰尘(>60~90um),可用重力除尘器、离心除尘器及旋风除尘器等除尘;:.
细粒灰尘则需用洗气机、电除尘器等除尘设备。
高炉鼓风机:高炉最重要的动力设备。它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气,而
且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。现代大、中型高炉所用的鼓风机,大
多用汽轮机驱动的离心式鼓风机和轴流式鼓风机。近年来使用大容量同步电动鼓
风机。这种鼓风机耗电虽多,但启动方便,易于维修,投资较少。高炉冶炼要求
鼓风机能供给一定量的空气,以保证燃烧一定的碳;其所需风量的大小不仅与炉
容成正比,而且与高炉强化程度有关、~
配备。但实际上不少的高炉考虑到生产的发展,配备的风机能力都大于这一比例。
三、炼钢
1、炼钢的原理
炼钢的主要反应原理,也是利用氧化还原反应,高温下,用氧化剂把生铁里过多
的碳和其它杂质氧化成为气体或炉渣除去。因此,炼钢和炼铁虽然都是利用氧化
还原反应,但是炼铁主要是用还原剂把铁从铁矿石里还原出来,而炼钢主要是用
氧化剂把生铁里过多的碳和其它杂质氧化而除去。炼钢时常用的氧化剂是空气、
纯氧气或氧化铁。
目前,炼钢的方法主要有转炉、电炉和平炉三种。在这里,我们只简单介绍较为
广泛采用的氧气顶吹转炉炼钢法。
氧气顶吹转炉炼钢设备,按照配料要求,先把废钢等装入炉内,然后倒入铁水,
并加入适量的造渣材料(如生石灰等)。加料后,把氧气喷枪从炉顶插入炉内,
吹入氧气(纯度大于99%的高压氧气流)。氧气直接跟高温的铁水发生氧化反
应,使部分铁就成了氧化亚铁,并放出大量的热:之后,生成的氧化亚铁再把铁
水里的硅、锰、碳等依次氧化,如:生成的一氧化碳气体,能从铁水里直接排出;
生成的二氧化硅和氧化锰以及生铁里的硫、磷跟造渣材料生石灰相互作用成为炉
渣排出。用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆以及氮:.
气排出时带走热量的缺点。当钢水的成分和温度都达到要求时,即停止吹炼,提
升喷枪,准备出钢。出钢时使炉倾斜,钢水从出钢口注入钢水包里,同时加入脱
氧剂进行脱氧(除去过量的氧化亚铁)和调节成分。通常用硅铁、锰铁或金属铝
等使钢脱氧,例如:生成的二氧化硅等大部分形成炉渣而除去,部分的硅、锰等
留在钢里以调整钢的成分。钢水合格后,可以浇成钢的铸件或钢锭,钢锭可以再
轧制成各种钢材。氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气,它的主要成
分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此,必须加以净化回收,综合利
用,以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢;得到一氧化
碳可以作化工原料或燃料;烟气带出的热量可以副产水蒸汽。此外,炼钢时生成
的炉渣也可以用来做钢渣水泥,含磷量较高的炉渣,可加工成磷肥,等等。氧气
顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好,以及建厂速度快、
投资少等许多优点。但在冶炼过程中都是氧化性气氛,去硫效率差,昂贵的合金
元素也易被氧化而损耗,因而所炼钢种和质量就受到一定的限制。
2、炼钢的工艺过程
1)造渣:调整钢、铁生产中熔渣成分、碱度和粘度及其反应能力的操作。目的
是通过渣——金属反应炼出具有所要求成分和温度的金属。例如氧气顶吹转炉造
渣和吹氧操作是为了生成有足够流动性和碱度的熔渣,以便把硫、磷降到计划钢
种的上限以下,并使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小。
2)出渣:电弧炉炼钢时根据不同冶炼条件和目的在冶炼过程中所采取的放渣或
扒渣操作。如用单渣法冶炼时,氧化末期须扒氧化渣;用双渣法造还原渣时,原
来的氧化渣必须彻底放出,以防回磷等。
3)熔池搅拌:向金属熔池供应能量,使金属液和熔渣产生运动,以改善冶金反
应的动力学条件。熔池搅拌可藉助于气体、机械、电磁感应等方法来实现。
4)电炉底吹:通过置于炉底的喷嘴将N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等气体根:.
据工艺要求吹入炉内熔池以达到加速熔化,促进冶金反应过程的目的。采用底吹
工艺可缩短冶炼时间,降低电耗,改善脱磷、脱硫操作,提高钢中残锰量,提高
金属和合金收得率。并能使钢水成分、温度更均匀,从而改善钢质量,降低成本,
提高生产率。
5)熔化期:炼钢的熔化期主要是对平炉和电炉炼钢而言。电弧炉炼钢从通电开
始到炉料全部熔清为止、平炉炼钢从兑完铁水到炉料全部化完为止都称熔化期。
熔化期的任务是尽快将炉料熔化及升温,并造好熔化期的炉渣。
6)氧化期和脱炭期:普通功率电弧炉炼钢的氧化期,通常指炉料溶清、取样分
析到扒完氧化渣这一工艺阶段。也有认为是从吹氧或加矿脱碳开始的。氧化期的
主要任务是氧化钢液中的碳、磷;去除气体及夹杂物;使钢液均匀加热升温。脱
碳是氧化期的一项重要操作工艺。为了保证钢的纯净度,%
左右。随着炉外精炼技术的发展,电弧炉的氧化精炼大多移到钢包或精炼炉中进
行。
7)精炼期:炼钢过程通过造渣和其他方法把对钢的质量有害的一些元素和化合
物,经化学反应选入气相或排、浮入渣中,使之从钢液中排除的工艺操作期。
8)还原期:普通功率电弧炉炼钢操作中,通常把氧化末期扒渣完毕到出钢这段
时间称为还原期。其主要任务是造还原渣进行扩散、脱氧、脱硫、控制化学成分
和调整温度。目前高功率和超功率电弧炉炼钢操作已取消还原期。
9)炉外精炼:将炼钢炉(转炉、电炉等)中初炼过的钢液移到另一个容器中进
行精炼的炼钢过程,也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。初
炼:炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。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。将炼钢分两步进行的好处是: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。炉外精炼的种类很多,大致可分为常压:.
下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同,又可分为钢包处理型炉
外精炼及钢包精炼型炉外精炼等。
10)钢液搅拌:炉外精炼过程中对钢液进行的搅拌。它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
度是这些反应的限制性环节。钢液在静止状态下,其冶金反应速度很慢,如电炉
中静止的钢液脱硫需30~60分钟;而在炉精炼中采取搅拌钢液的办法脱硫只需
3~5分钟。钢液在静止状态下,夹杂物*上浮除去,排除速度较慢;搅拌钢液时,
夹杂物的除去速度按指数规律递增,并与搅拌强度、类型和夹杂物的特性、浓度
有关。
11)钢包喂丝:通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫及微调成分的
粉剂,如Ca-Si粉、或直接喂入铝线、碳线等对钢水进行深脱硫、钙处理以及微
调钢中碳和铝等成分的方法。它还具有清洁钢水、改善非金属夹杂物形态的功能。
12)钢包处理:钢包处理型炉外精炼的简称。其特点是精炼时间短(约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。它有钢水脱气、脱硫、成分控制和改变夹杂物形态等装置。如真空循
环脱气法(RH、DH),钢包真空吹氩法(Gazid),钢包喷粉处理法(IJ、TN、
SL)等均属此类。
13)钢包精炼:钢包精炼型炉外精炼的简称。其特点是比钢包处理的精炼时间长
(约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。真空吹氧脱碳法(VOD)、
真空电弧加热脱气法(VAD)、钢包精炼法(ASEA-SKF)、封闭式吹氩成分微
调法(CAS)等,均属此类;与此类似的还有氩氧脱碳法(AOD)。
14)惰性气体处理:向钢液中吹入惰性气体,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”作用。炉外精炼法生产不锈钢的原理,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,可
以降低碳氧反应中CO分压,在较低温度的条件下,碳含量降低而铬不被氧化。
15)预合金化:向钢液加入一种或几种合金元素,使其达到成品钢成分规格要求
的操作过程称为合金化。多数情况下脱氧和合金化是同时进行的,加入钢中的脱
氧剂一部分消耗于钢的脱氧,转化为脱氧产物排出;另一部则为钢水所吸收,起
合金化作用。在脱氧操作未全部完成前,与脱氧剂同时加入的合金被钢水吸收所
起到的合金化作用称为预合金化。
16)成分控制:保证成品钢成分全部符合标准要求的操作。成分控制贯穿于从配
料到出钢的各个环节,但重点是合金化时对合金元素成分的控制。对优质钢往往
要求把成分精确地控制在一个狭窄的范围内;一般在不影响钢性能的前提下,按
中、下限控制。
17)增硅:吹炼终点时,钢液中含硅量极低。为达到各钢号对硅含量的要求,必
须以合金料形式加入一定量的硅。它除了用作脱氧剂消耗部分外,还使钢液中的
硅增加。增硅量要经过准确计算,不可超过吹炼钢种所允许的范围。
18)终点控制:氧气转炉炼钢吹炼终点(吹氧结束)时使金属的化学成分和温度
同时达到计划钢种出钢要求而进行的控制。终点控制有增碳法和拉碳法两种方法。
19)出钢:钢液的温度和成分达到所炼钢种的规定要求时将钢水放出的操作。出
钢时要注意防止熔渣流入钢包。用于调整钢水温度、成分和脱氧用的添加剂在出
钢过程中加入钢包或出钢流中。
3、炼钢的常见方法
1)转炉炼钢:一种不需外加热源、主要以液态生铁为原料的炼钢方法。其主要:.
特点是靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分,如碳、锰、硅、磷等与送入
炉内的氧气进行化学反应所产生的热量作冶炼热源来炼钢。炉料除铁水外,还有
造渣料(石灰、石英、萤石等);为了调整温度,还可加入废钢以及少量的冷生
铁和矿石等。转炉按炉衬耐火材料性质分为碱性(用镁砂或白云为内衬)和酸性
(用硅质材料为内衬);按气体吹入炉内的部分分为底吹顶吹和侧吹;按所采用
的气体分为空气转炉和氧气转炉。酸性转炉不能去除生铁中的硫和磷,须用优质
生铁,因而应用范围受到限制。碱性转炉适于用高磷生铁炼钢,曾在西欧获得较
大发展。空气吹炼的转炉钢,因其含氮量高,且所用的原料有局限性,又不能多
配废钢,未在世界范围内得到推广。1952年氧气顶吹转炉问世,现已成为世界
上的主要炼钢方法。在氧气顶吹转炉炼钢法的基础上,为吹炼高磷生铁,又出现
了喷吹石灰粉的氧气顶吹转炉炼钢法。随氧气底吹的风嘴技术的发展成功,1967
年德国和法国分别建成氧气底吹转炉。1971年美国引进此项技术后又发展了底
吹氧气喷石灰粉转炉,用于吹炼含磷生铁。1975年法国和卢森堡又开发成功顶
底复合吹炼的转炉炼钢法。
2)氧气顶吹转炉炼钢:用纯氧从转炉顶部吹炼铁水成钢的转炉炼钢方法,或称
LD法;在美国通常称BOF法,也称BOP法。它是现代炼钢的主要方法。炉子
是一个直立的坩埚状容器,用直立的水冷氧枪从顶部插入炉内供氧。炉身可倾动。
炉料通常为铁水、废钢和造渣材料;也可加入少量冷生铁和铁矿石。通过氧枪从
熔池上面向下吹入高压的纯氧(%以上),氧化去除铁水中的硅、锰、
碳和磷等元素,并通过造渣进行脱磷和脱硫。各种元素氧化所产生的热量,加热
了熔池的液态金属,使钢水达到现定的化学成分和温度。它主要用于冶炼非合金
钢和低合金钢;但通过精炼手段,也可用于冶炼不锈钢等合金钢。
3)氧气底吹转炉炼钢:通过转炉底部的氧气喷嘴把氧气吹入炉内熔池,使铁水
冶炼成钢的转炉炼钢方法。其特点是;炉子的高度与直径比较小;炉底较平并能
快速拆卸和更换;用风嘴、分配器系统和炉身上的供氧系统代替氧气顶吹转炉的
氧枪系统。由于吹炼平稳、喷溅少、烟尘量少、渣中氧化铁含量低,因此氧气底
吹转炉的金属收得率比氧气顶吹转炉的高1%~2%;采用粉状造渣料,由于颗:.
粒细、比表面大,增大了反应界面,因此成渣快,有利于脱硫和脱磷。此法特别
适用于吹炼中磷生铁,因此在西欧用得最广。
4)连续炼钢:不分炉次地将原料(铁水、废钢)从炉子一端不断地加入,将成
品(钢水)从炉子的另一端不断地流出的炼钢方法。连续炼钢工艺的设想早在
19世纪就已出现。由于这种工艺具有设备小、工艺过程简单而且稳定等潜在优
越性,几十年来许多国家都作了各种各样方法的大量试验,其中主要有槽式法、
喷雾法和泡沫法三类,但迄今为止都尚未投入工业化生产。
5)混合炼钢:用一个炉子炼钢、另一个电炉炼还原渣或还原渣与合金,然后在
一定的高度下进行冲混的炼钢方法。用此法处理平炉、转炉及电炉所炼钢水,可
提高钢的质量。冲混可增加渣、钢间的接触面积,加速化学反应以及脱氧、脱硫,
并有吸附和聚合气体及夹杂物的作用,从而提高钢的纯结度和质量。
6)复合吹炼转炉炼钢:在顶吹和底吹氧气转炉炼钢法的基础上,综合两者的优
点并克服两者的缺点而发展起来的新炼钢方法,即在原有顶吹转炉底部吹入不同
气体,以改善熔池搅拌。目前,世界上大多数国家用这种炼钢法,并发展了多种
类型的复吹炉炼钢技术,常见的如英国钢公司开发的以空气+N2或Ar2作底吹气
体、以N2作冷却气体的熔池搅拌复吹转炉炼钢法——BSC——BAP法,德国克
勒克纳——马克斯冶金厂开发的用天然保护底枪、从底部向熔池分别喷入煤和氧
的KMS法、日本川崎钢铁公司开发的将占总氧量30%的氧气混合石灰粉一道从
炉底吹入熔池的K——BOP法以及新日本钢铁公司开发的将占总氧量
10%——20%的氧气从底部吹入,并用丙烷或天然气冷却炉底喷嘴的LD——OB
法等。
7)、顶吹氧气平炉炼钢:从50年代中期开始,在平炉生产中采用1~5支水冷
氧枪由炉顶插入熔炼室,直接向熔池吹氧的炼钢方法。该法改善了熔池反应的动
力学条件,使碳氧反应的热效应由原来的吸热变为放热,并改善了热工条件;生
产率大幅度地得到提高。
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