【正文】 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝流程 27862字 投稿：武攩攪 這種煉鋼法使用的氧化劑是氧氣。把空氣鼓入熔融的生鐵里，使雜質(zhì)硅、錳等氧化。在氧化的過程中放出大量的熱量 （含 1%的硅可使生鐵的溫度升高 200 攝氏度），可使?fàn)t內(nèi)達(dá)到足夠高的溫度。因此轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要另外使用燃料。 轉(zhuǎn)爐煉鋼是在轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行。轉(zhuǎn)爐的外形就像個梨，內(nèi)壁有耐火磚，爐側(cè)有許多小孔（風(fēng)口），壓縮空氣從這些小孔里吹爐內(nèi)，又叫做側(cè)吹轉(zhuǎn)爐。開始時(shí)，轉(zhuǎn)爐處于水平，向內(nèi)注入 1300 攝氏度的液態(tài)生鐵，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空氣并轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)爐使它直立 起來。這時(shí)液態(tài)生鐵表面劇烈的反應(yīng)，使鐵、硅、錳氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成爐渣，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對流作用，使反應(yīng)遍及整個爐內(nèi)。幾分鐘后，當(dāng)鋼液中只剩下少量的硅與錳時(shí)，碳開始氧化，生成一氧化碳（放熱）使鋼液劇烈沸騰。爐口由于溢出的一氧化炭的燃燒而出現(xiàn)巨大的火焰。最后，磷也發(fā)生氧化并進(jìn)一步生成磷酸亞鐵。磷酸亞鐵再跟生石灰反應(yīng)生成穩(wěn)定的磷酸鈣和硫化鈣，一起成為爐渣。 當(dāng)磷與硫逐漸減少，火焰退落，爐口出現(xiàn)四氧化三鐵的褐色蒸汽時(shí)，表明鋼已煉成。這時(shí)應(yīng)立即停止鼓風(fēng)，并把轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)到水 平位置，把鋼水傾至鋼水包里，再加脫氧劑進(jìn)行脫氧。整個過程只需 15 分鐘左右。如果空氣是從爐低吹入，那就是低吹轉(zhuǎn)爐。 隨著制氧技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已普遍使用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐 （也有側(cè)吹轉(zhuǎn)爐）。這種 轉(zhuǎn)爐吹如的是高壓工業(yè)純氧，反應(yīng)更為劇烈，能進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和鋼的質(zhì)量。 轉(zhuǎn)爐一爐鋼的基本冶煉過程。頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉一爐鋼的操作過程主要由以下六步組成： （ 1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動設(shè)備等并進(jìn)行必要的修補(bǔ)和修理； （ 2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐體（至垂直位置 ）； （ 3）降槍開吹，同時(shí)加入第一批渣料（起初爐內(nèi)噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨后噴出暗紅的火焰； 3～ 5min 后硅錳氧接近結(jié)束，碳氧反應(yīng)逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度隨之提高；同時(shí)渣料熔化，噪聲減弱）； （ 4） 3～ 5min 后加入第二批渣料繼續(xù)吹煉（隨吹煉進(jìn)行鋼中碳逐漸降低，約 12min 后火焰微弱，停吹）； （ 5）倒?fàn)t，測溫、取樣，并確定補(bǔ)吹時(shí)間或出鋼； （ 6）出鋼，同時(shí)（將計(jì)算好的合金加入鋼包中）進(jìn)行脫氧合金化。 上爐鋼出完鋼 后，倒凈爐渣，堵出鋼口，兌鐵水和加廢鋼，降槍供氧，開始吹煉。在送氧開吹的同時(shí)，加入第一批渣料，加入量相當(dāng)于全爐總渣量的三分之二，開吹 35 分鐘后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果爐內(nèi)化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。 吹煉過程中的供氧強(qiáng)度： 小型轉(zhuǎn)爐為 (tmin)； 120t 以上的轉(zhuǎn)爐一般為(tmin)。 ◆ 開吹時(shí)氧槍槍位采用高槍位，目前是為了早化渣，多去磷，保護(hù)爐襯； ◆ 在吹煉過程中適當(dāng)降低槍位的保證爐渣不 “返干 ”，不噴濺，快速脫碳與脫硫，熔池均勻升溫為原則； ◆ 在吹煉末期要降槍，主要目的是熔池鋼水成分和溫度均勻，加強(qiáng)熔池?cái)嚢瑁€(wěn)定火焰，便于判斷終點(diǎn)，同時(shí)使降低渣中 Fe含量，減少鐵損，達(dá)到濺渣的要求。 ◆ 當(dāng)吹煉到所煉鋼種要求的終點(diǎn)碳范圍時(shí)，即停吹，倒?fàn)t取樣，測定鋼水溫度，取樣快速分析 [C]、 [S]、 [P]的含量，當(dāng)溫度和成分符合要求時(shí)，就出鋼。 ◆ 當(dāng)鋼水流出總量的四分之一時(shí)，向鋼包中的脫氧合金化劑，進(jìn)行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。 煉鋼學(xué)概述 基本要求：理解煉鋼的任務(wù)；了 解對原材料的要求；了解耐火材料的分類和各自用途。 重點(diǎn)與難點(diǎn)：煉鋼的任務(wù)；原材料主要質(zhì)量指標(biāo)；煉鋼用耐火材料。 第一節(jié) 概 述 一、鋼與生鐵的區(qū)別及發(fā)展歷程： 首先是碳的含量，理論上一般把碳含量小于 %稱之鋼，它的熔點(diǎn)在 14501500℃ ，而生鐵的熔點(diǎn)在 11001200℃ 。 在鋼中碳元素和鐵元素形成 Fe3C固熔體，隨著碳含量的增加，其強(qiáng)度、硬度增加，而塑性和沖擊韌性降低。 鋼的應(yīng)用前景：鋼具有很 好的物理、化學(xué)性能與力學(xué)性能，可進(jìn)行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，其用途十分廣泛。 用途不同對鋼的性能要求也不同，從而對鋼的生產(chǎn)也提出了不同的要求。石油、化工、航天航空、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)、國防等許多重要的領(lǐng)域均需要各種類型的大量鋼材，我們的日常生活更離不開鋼。總之，鋼材仍將是 21 世紀(jì)用途最廣的結(jié)構(gòu)材料和最主要功能材料。 煉鋼方法（ 1） 最早出現(xiàn)的煉鋼方法是 1740 年出現(xiàn)的坩堝法，它是將生鐵和廢鐵裝入由石墨和粘土制成的坩堝內(nèi)，用火焰加熱熔化爐料，之后將熔化的爐料澆成 鋼錠。此法幾乎無雜質(zhì)元素的氧化反應(yīng)。 煉鋼方法（ 2） 1856 年英國人亨利 貝塞麥發(fā)明了酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，也稱為貝塞麥法，第一次解決了用鐵水直接冶煉鋼水的難題，從而使煉鋼的質(zhì)量得到提高，但此法要求鐵水的硅含量大于 %，而且不能脫硫。目前已淘汰。 煉鋼方法（ 3） 1865年德國人馬丁利用蓄熱室原理發(fā)明了以鐵水、廢鋼為原料的酸性平爐煉鋼法，即馬丁爐法。 1880 年出現(xiàn)了第一座堿性平爐。由于其成本低、爐容大，鋼水質(zhì)量優(yōu)于轉(zhuǎn)爐，同時(shí)原料的適應(yīng)性 強(qiáng)，平爐煉鋼法一時(shí)成為主要的煉鋼法。 煉鋼方法（ 4） 1878年英國人托馬斯發(fā)明了堿性爐襯的底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即托馬斯法。他是在吹煉過程中加石灰造堿性渣，從而解決了高磷鐵水的脫磷問題。當(dāng)時(shí)，對西歐的一些國家特別適用，因?yàn)槲鳉W的礦石普遍磷含量高。但托馬斯法的缺點(diǎn)是爐子壽命底，鋼水中氮的含量高。 煉鋼方法（ 5） 1899 年出現(xiàn)了完全依靠廢鋼為原料的電弧爐煉鋼法(EAF)，解決了充分利用廢鋼煉鋼的問題，此煉鋼法自問世以來，一直在不斷發(fā)展，是當(dāng)前主要的煉鋼法之一， 由電爐冶煉的鋼目前占世界總的鋼的產(chǎn)量的 3040%。 煉鋼方法（ 6） 瑞典人羅伯特 杜勒首先進(jìn)行了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的試驗(yàn)，并獲得了成功。 1952 年奧地利的林茨城 (Linz)和多納維茲城(Donawitz)先后建成了 30 噸的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐車間并投入生產(chǎn)，所以此法也稱為 LD法。美國稱為 BOF法（ Basic Oxygen Furnace）或 BOP法，如圖 1所示。 圖 1 BOF 法 煉鋼方法（ 7） 1965年加拿大液化氣公司研制成 雙層管氧氣噴嘴， 1967 年西德馬克西米利安鋼鐵公司引進(jìn)此技術(shù)并成功開發(fā)了底吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即 OBM法 (Oxygen Bottom Maxhuette) 。 1971年美國鋼鐵公司引進(jìn) OBM法， 1972 年建設(shè)了 3座 200噸底吹轉(zhuǎn)爐，命名為 QBOP (Quiet BOP) ，如圖 2 所示。 圖 2 QBOP法 煉鋼方法（ 8） 在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展的同時(shí)， 19781979 年成功開發(fā)了轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉工藝，即從轉(zhuǎn)爐上方供給氧氣（頂吹氧），從轉(zhuǎn)爐底部供給惰性氣體或氧 氣，它不僅提高鋼的質(zhì)量，而且降低了煉鋼消耗和噸鋼成本，更適合供給連鑄優(yōu)質(zhì)鋼水，如圖 3 所示。 圖 3 轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉法 煉鋼方法（ 9） 我國首先在 19721973 年在沈陽第一煉鋼廠成功開發(fā)了全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。并在唐鋼等企業(yè)推廣應(yīng)用，如圖 4 所示。 圖 4 全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法 總之，煉鋼技術(shù)經(jīng)過 200 多年的發(fā)展，技術(shù)水平、自動化程度得到了很大的提高， 21 世紀(jì)煉鋼技術(shù)會面臨更大的挑戰(zhàn)，相信會有不斷的新技術(shù)涌現(xiàn)。 二、我國鋼鐵工業(yè)的狀況 我國很早就掌握了煉鐵的冶煉技術(shù)，東漢時(shí)就出現(xiàn)了冶煉和鍛造技術(shù)，南北朝時(shí)期就掌握了灌鋼法，曾在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。但舊中國鋼鐵工業(yè)非常落后，產(chǎn)量很低，從1890 年建設(shè)的漢陽鋼鐵廠至 1948 年的半個世紀(jì)中，鋼產(chǎn)量累計(jì)到 200萬噸， 1949年只有 。 新中國成立后，特別是改革開放以來，我國的鋼鐵事業(yè)得到迅速發(fā)展， 1980年鋼產(chǎn)量達(dá)到 3712萬噸， 1990年達(dá)到 6500萬噸， 1996 年首次突破 1 億噸大關(guān)，成為世界第一產(chǎn)鋼大國，2020年產(chǎn)量達(dá)到 ，占世界產(chǎn)量的 1/3。 可以這樣講，我國的鋼鐵工業(yè)對世界產(chǎn)生了重要影響，我國不僅是產(chǎn)鋼大國，而且已經(jīng)開始邁入鋼鐵強(qiáng)國的行列，如圖 5 所示。 圖 5 我國粗鋼產(chǎn)量的變化情況 第二節(jié) 煉鋼的任務(wù)及鋼的分類 一、煉鋼的任務(wù) 煉鋼的基本任務(wù)是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜物，提高溫度和調(diào)整成分。歸納為： “四脫 ”（碳、氧、磷和硫）， “二去 ”（去氣和去夾雜）， “二調(diào)整 ”（成分和溫度）。采用的主要技術(shù)手段為：供氧，造渣 ，升溫，加脫氧劑和合金化操作。 （一）鋼中的磷 對于絕大多數(shù)鋼種來說磷是有害元素。鋼中磷的含量高會引起鋼的 “冷脆 ”，即從高溫降到 0℃ 以下，鋼的塑性和沖擊韌性降低，并使鋼的焊接性能與冷彎性能變差。 磷是降低鋼的表面張力的元素，隨著磷含量的增加，鋼液的表面張力降低顯著，從而降低了鋼的抗裂性能。 磷是僅次于硫在鋼的連鑄坯中偏析度高的元素，而且在鐵固熔體中擴(kuò)散速率很小，因而磷的偏析很難消除，從而嚴(yán)重影響鋼的性能，所以脫磷是煉鋼過程的重要任務(wù)之一。磷在鋼中是以 [Fe3P]或 [Fe2P]形式存在，但通常是以 [P]來表達(dá)。煉鋼過程的脫磷反應(yīng)是在金屬液與熔渣界面進(jìn)行的。 不同用途的鋼對磷的含量有嚴(yán)格要求： 非合金鋼中普通質(zhì)量級鋼 [P]≤%； 優(yōu)質(zhì)級鋼 [P]≤%； 特殊質(zhì)量級鋼 [P]≤%； 有的甚至要求 [P]≤%。 但對于某些鋼種，如炮彈鋼，耐腐蝕鋼則需添加一定的 P元素。 （二）鋼中的硫 硫?qū)︿摰男阅軙斐刹涣加绊懀撝辛蚝扛?，會使鋼的熱加工性能變壞，即造成鋼?“熱脆 ”性。 硫在鋼中以 FeS的形式存在， FeS的熔點(diǎn)為 1193℃ ， Fe 與FeS組成的共晶體的熔點(diǎn)只有 985℃ 。液態(tài) Fe 與 FeS雖可以無限互溶，但在固熔體中的溶解度很小，僅為%%。 當(dāng)鋼中的 [S]＞ %時(shí)，由于凝固偏析， FeFeS共晶體分布于晶界處，在 11501200℃ 的熱加工過程中，晶界處的共晶體熔化，鋼受壓時(shí)造成晶界破裂，即發(fā)生 “熱脆 ”現(xiàn)象。 如果鋼中的氧含量較高， FeS 與 FeO 形成的共晶體熔點(diǎn)更低（ 940℃ ），更加劇了鋼的 “熱脆 ”現(xiàn)象的發(fā)生。 錳可在鋼凝固范圍內(nèi)生成 MnS 和少量的 FeS，純 MnS 的熔點(diǎn)為 1610℃ ，共晶體 FeSMnS（占 %）的熔點(diǎn)為 1164℃ ，它們能有效地防止鋼熱加工過程的 “熱脆 ”。 冶煉一般鋼種時(shí)要求將 [Mn]控制在 %%。在 實(shí)際生產(chǎn)中還將 [Mn]/[S]比作為一個指標(biāo)進(jìn)行控制， [Mn]/[S]對鋼的熱塑性影響很大。從低碳鋼高溫下的拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)提高[Mn]/[S]比可以提高鋼的熱延展性。一般 [Mn]/[S]≥7時(shí)不產(chǎn)生熱脆，如圖 6 所示。 圖 6