最早的煉鋼法

最早的煉鋼法

　　煉鋼用生鐵放到煉鋼爐內按一定工藝熔煉，即得到鋼。鋼的產品有鋼錠、連鑄坯和直接鑄成各種鋼鑄件等。通常所講的鋼，一般是指軋制成各種鋼材的鋼。下面是小編收集整理的最早的生鐵煉鋼法，僅供參考，希望能夠幫助到大家。

　　最早的煉鋼法

　　中國是世界上第一個生產生鐵的國家。早在公元前6 世紀的春秋晚期，就有了生鐵器物，這比歐洲要早2000多年 。后來，中國人用生鐵煉成了鋼，成為生鐵煉鋼技術的發明者。

　　在熟鐵中加入碳，或減少生鐵中的碳含量，都可得到鋼。我國古代用生鐵煉鋼，主要采用生鐵脫碳法、炒鋼法和灌鋼法。生鐵脫碳法起源于戰國時代。因為要經過反復的加熱送氧、冷卻后再加熱送氧，每加工一次，鋼就變得更堅硬。所以脫碳法又稱為“百煉法”。炒鋼法只要幾分鐘就可以把鐵變成鋼，但鋼的成分和性能難以控制。灌鋼法是通過調節生鐵、熟鐵的比例，有效地控制鋼的成分，煉得合格的鋼。

　　西方的生鐵煉鋼技術在19世紀才有。1845年，英國人凱利從中國工匠那兒學到中國的煉鋼方法 ，于1856年發展成了西方的第一種煉鋼技術。1856年，貝西默發明的著名的酸性轉爐煉鋼法中，吸收了中國的生鐵煉鋼知識。自此以后，西方的冶金技術不斷進步，遠遠地超過了中國。

　　煉鋼過程

　　加料

　　加料：向電爐或轉爐內加入鐵水或廢鋼等原材料的操作，是煉鋼操作的第一步。

　　造渣

　　造渣：調整鋼、鐵生產中熔渣成分、堿度和粘度及其反應能力的操作。目的是通過渣——金屬反應煉出具有所要求成分和溫度的金屬。例如氧氣頂吹轉爐造渣和吹氧操作是為了生成有足夠流動性和堿度的熔渣，能夠向金屬液面中傳遞足夠的氧，以便把硫、磷降到計劃鋼種的上限以下，并使吹氧時噴濺和溢渣的量減至最小[1]。

　　出渣

　　出渣：電弧爐煉鋼時根據不同冶煉條件和目的在冶煉過程中所采取的放渣或扒渣操作。如用單渣法冶煉時，氧化末期須扒氧化渣；用雙渣法造還原渣時，原來的氧化渣必須徹底放出，以防回磷等。

　　熔池攪拌

　　熔池攪拌：向金屬熔池供應能量，使金屬液和熔渣產生運動，以改善冶金反應的動力學條件。熔池攪拌可藉助于氣體、機械、電磁感應等方法來實現。

　　脫磷

　　減少鋼液中含磷量的化學反應。磷是鋼中有害雜質之一。含磷較多的鋼,在室溫或更低的溫度下使用時,容易脆裂，稱為“冷脆”。鋼中含碳越高，磷引起的脆性越嚴重。一般普通鋼中規定含磷量不超過 0.045%，優質鋼要求含磷更少。生鐵中的磷，主要來自鐵礦石中的磷酸鹽。氧化磷和氧化鐵的熱力學穩定性相近。在高爐的還原條件下，爐料中的磷幾乎全部被還原并溶入鐵水。如選礦不能除去磷的化合物，脫磷就只能在（高）爐外或堿性煉鋼爐中進行。

　　鐵中脫磷問題的認識和解決，在鋼鐵生產發展史上具有特殊的重要意義。鋼的大規模工業生產開始于1856年貝塞麥(H.Bessemer)發明的酸性轉爐煉鋼法。但酸性轉爐煉鋼不能脫磷；而含磷低的鐵礦石又很少，嚴重地阻礙了鋼生產的發展。1879年托馬斯(S.Thomas)發明了能處理高磷鐵水的堿性轉爐煉鋼法，堿性爐渣的脫磷原理接著被推廣到平爐煉鋼中去，使大量含磷鐵礦石得以用于生產鋼鐵，對現代鋼鐵工業的發展作出了重大的貢獻。

　　堿性渣的脫磷作用 脫磷反應是在爐渣與含磷鐵水的界面上進行的。鋼液中的磷 【P】和氧 【O】結合成氣態P2O5的反應

　　電爐底吹

　　電爐底吹：通過置于爐底的噴嘴將N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等氣體根據工藝要求吹入爐內熔池以達到加速熔化，促進冶金反應過程的目的。采用底吹工藝可縮短冶煉時間，降低電耗，改善脫磷、脫硫操作，提高鋼中殘錳量，提高金屬和合金收得率。并能使鋼水成分、溫度更均勻，從而改善鋼質量，降低成本，提高生產率。

　　熔化期

　　熔化期：煉鋼的熔化期主要是對平爐和電爐煉鋼而言。電弧爐煉鋼從通電開始到爐料全部熔清為止、平爐煉鋼從兌完鐵水到爐料全部化完為止都稱熔化期。熔化期的任務是盡快將爐料熔化及升溫，并造好熔化期的爐渣。

　　氧化期

　　氧化期和脫碳期：普通功率電弧爐煉鋼的氧化期，通常指爐料溶清、取樣分析到扒完氧化渣這一工藝階段。也有認為是從吹氧或加礦脫碳開始的。氧化期的主要任務是氧化鋼液中的碳、磷；去除氣體及夾雜物；使鋼液均勻加熱升溫。脫碳是氧化期的一項重要操作工藝。為了保證鋼的純凈度，要求脫碳量大于0.2%左右。隨著爐外精煉技術的發展，電弧爐的氧化精煉大多移到鋼包或精煉爐中進行。

　　精煉期

　　精煉期：煉鋼過程通過造渣和其他方法把對鋼的質量有害的一些元素和化合物，經化學反應選入氣相或排、浮入渣中，使之從鋼液中排除的工藝操作期。

　　還原期

　　還原期：普通功率電弧爐煉鋼操作中，通常把氧化末期扒渣完畢到出鋼這段時間稱為還原期。其主要任務是造還原渣進行擴散、脫氧、脫硫、控制化學成分和調整溫度。高功率和超功率電弧爐煉鋼操作已取消還原期。

　　爐外精煉

　　爐外精煉：將煉鋼爐（轉爐、電爐等）中初煉過的鋼液移到另一個容器中進行精煉的煉鋼過程，也叫二次冶金。煉鋼過程因此分為初煉和精煉兩步進行。初煉：爐料在氧化性氣氛的爐內進行熔化、脫磷、脫碳和主合金化。精煉：將初煉的鋼液在真空、惰性氣體或還原性氣氛的容器中進行脫氣、脫氧、脫硫，去除夾雜物和進行成分微調等。將煉鋼分兩步進行的好處是：可提高鋼的質量，縮短冶煉時間，簡化工藝過程并降低生產成本。爐外精煉的種類很多，大致可分為常壓下爐外精煉和真空下爐外精煉兩類。按處理方式的不同，又可分為鋼包處理型爐外精煉及鋼包精煉型爐外精煉等。

　　鋼液攪拌

　　鋼液攪拌：爐外精煉過程中對鋼液進行的攪拌。它使鋼液成分和溫度均勻化，并能促進冶金反應。多數冶金反應過程是相界面反應，反應物和生成物的擴散速度是這些反應的限制性環節。鋼液在靜止狀態下，其冶金反應速度很慢，如電爐中靜止的鋼液脫硫需30～60分鐘；而在爐精煉中采取攪拌鋼液的辦法脫硫只需3～5分鐘。鋼液在靜止狀態下，夾雜物上浮除去，排除速度較慢；攪拌鋼液時，夾雜物的除去速度按指數規律遞增，并與攪拌強度、類型和夾雜物的特性、濃度有關。

　　鋼包喂絲

　　鋼包喂絲：通過喂絲機向鋼包內喂入用鐵皮包裹的脫氧、脫硫及微調成分的粉劑，如Ca-Si粉、或直接喂入鋁線、碳線等對鋼水進行深脫硫、鈣處理以及微調鋼中碳和鋁等成分的方法。它還具有清潔鋼水、改善非金屬夾雜物形態的功能。

　　事后處理

　　鋼包處理

　　鋼包處理：鋼包處理型爐外精煉的簡稱。其特點是精煉時間短（約10～30分鐘），精煉任務單一，沒有補償鋼水溫度降低的加熱裝置，工藝操作簡單，設備投資少。它有鋼水脫氣、脫硫、成分控制和改變夾雜物形態等裝置。如真空循環脫氣法（RH、DH），鋼包真空吹氬法（Gazid），鋼包噴粉處理法（IJ、TN、SL）等均屬此類。

　　鋼包精煉

　　鋼包精煉：鋼包精煉型爐外精煉的簡稱。其特點是比鋼包處理的精煉時間長（約60～180分鐘），具有多種精煉的功能，有補償鋼水溫度降低的加熱裝置，適于各類高合金鋼和特殊性能鋼種（如超純鋼種）的精煉。真空吹氧脫碳法（VOD）、真空電弧加熱脫氣法（VAD）、鋼包精煉法（ASEA-SKF）、封閉式吹氬成分微調法（CAS）等，均屬此類；與此類似的還有氬氧脫碳法（AOD）。

　　氣體處理

　　惰性氣體處理：向鋼液中吹入惰性氣體Ar，這種氣體本身不參與冶金反應，但從鋼水中上升的每個小氣泡都相當于一個“小真空室”（氣泡中H2、N2、CO的分壓接近于零），具有“氣洗”作用。爐外精煉法生產不銹鋼的原理，就是應用不同的CO分壓下碳鉻和溫度之間的平衡關系。用惰性氣體加氧進行精煉脫碳，可以降低碳氧反應中CO分壓，在較低溫度的條件下，碳含量降低而鉻不被氧化。

　　預合金化

　　預合金化：向鋼液加入一種或幾種合金元素，使其達到成品鋼成分規格要求的操作過程稱為合金化。多數情況下脫氧和合金化是同時進行的，加入鋼中的脫氧劑一部分消耗于鋼的脫氧，轉化為脫氧產物排出；另一部則為鋼水所吸收，起合金化作用。在脫氧操作未全部完成前，與脫氧劑同時加入的合金被鋼水吸收所起到的合金化作用稱為預合金化。

　　成分控制

　　成分控制：保證成品鋼成分全部符合標準要求的操作。成分控制貫穿于從配料到出鋼的各個環節，但重點是合金化時對合金元素成分的控制。對優質鋼往往要求把成分精確地控制在一個狹窄的范圍內；一般在不影響鋼性能的前提下，按中、下限控制。

　　增硅

　　增硅：吹煉終點時，鋼液中含硅量極低。為達到各鋼號對硅含量的要求，必須以合金料形式加入一定量的硅。它除了用作脫氧劑消耗部分外，還使鋼液中的硅增加。增硅量要經過準確計算，不可超過吹煉鋼種所允許的范圍。

　　終點控制

　　終點控制：氧氣轉爐煉鋼吹煉終點（吹氧結束）時使金屬的化學成分和溫度同時達到計劃鋼種出鋼要求而進行的控制。終點控制有增碳法和拉碳法兩種方法。

　　出鋼

　　出鋼：鋼液的溫度和成分達到所煉鋼種的規定要求時將鋼水放出的操作。出鋼時要注意防止熔渣流入鋼包。用于調整鋼水溫度、成分和脫氧用的添加劑在出鋼過程中加入鋼包或出鋼流中也叫脫氧合金化。

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