【正文】 雜物，熔點高的氮化物；點狀不變性夾雜，如SiO2超過70%的硅酸鹽，CaS、鈣的鋁硅酸鹽等。外來夾雜是指冶煉和澆鑄過程中，帶入鋼液中的爐渣和耐火材料以及鋼液被大氣氧化所形成的氧化物。鋼中加入適量的鋁，可生成穩(wěn)定的AlN，能夠壓抑Fe4N生成和析出，不僅改善鋼的時效性，還可以阻止奧氏體晶粒的長大。原因是鋼中氮化物的析出速度很慢，逐漸改變著鋼的性能。主要原因是鋼中的氫在小孔隙中析出的壓力和鋼相變時產(chǎn)生的組織應(yīng)力的綜合力超過了鋼的強度，產(chǎn)生了“白點”。鋼中氣體主要是指氫與氮，它們可以溶解于液態(tài)和固態(tài)純鐵和鋼中。一般測定的是鋼中的全氧，即氧化物中的氧和溶解的氧之和，在使用濃差法定氧時才是測定鋼液中溶解的氧，在鑄坯或鋼材中取樣時是全氧樣。（三）鋼中的氧在吹煉過程中，向熔池供入了大量的氧氣，到吹煉終點時，鋼水中含有過量的氧，即鋼中實際氧含量高于平均值。 [S]≤%，特殊質(zhì)量級鋼 [S]≤%優(yōu)質(zhì)級鋼 [Mn]/[S]比對低碳鋼熱延展性的影響硫還會明顯降低鋼的焊接性能，引起高溫龜裂，并在焊縫中產(chǎn)生氣孔和疏松，從而降低焊縫的強度。在實際生產(chǎn)中還將[Mn]/[S]比作為一個指標進行控制，[Mn]/[S]對鋼的熱塑性影響很大。當(dāng)鋼中的[S]＞%時，由于凝固偏析，F(xiàn)eFeS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，鋼受壓時造成晶界破裂，即發(fā)生“熱脆”現(xiàn)象。 不同用途的鋼對磷的含量有嚴格要求：非合金鋼中普通質(zhì)量級鋼 [P]≤%；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。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）。 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)量達到3712萬噸，1990年達到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，占世界產(chǎn)量的1/3。圖4 QBOP法煉鋼方法（8）在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展的同時，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1煉鋼方法（6）瑞典人羅伯特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。 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。此法幾乎無雜質(zhì)元素的氧化反應(yīng)。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。 第一節(jié)◆當(dāng)吹煉到所煉鋼種要求的終點碳范圍時，即停吹，倒爐取樣，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，就出鋼。 吹煉過程中的供氧強度：(t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)備等并進行必要的修補和修理；（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（隨吹煉進行鋼中碳逐漸降低，約12min后火焰微弱，停吹）；（5）倒爐，測溫、取樣，并確定補吹時間或出鋼；（6）出鋼，同時（將計算好的合金加入鋼包中）進行脫氧合金化。如果空氣是從爐低吹入，那就是低吹轉(zhuǎn)爐。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。這時液態(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)。因此轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要另外使用燃料。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝流程這種煉鋼法使用的氧化劑是氧氣。 轉(zhuǎn)爐煉鋼是在轉(zhuǎn)爐里進行。幾分鐘后，當(dāng)鋼液中只剩下少量的硅與錳時，碳開始氧化，生成一氧化碳（放熱）使鋼液劇烈沸騰。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，表明鋼已煉成。 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）。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。min)；(t◆當(dāng)鋼水流出總量的四分之一時，向鋼包中的脫氧合金化劑，進行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。 概 述一、鋼與生鐵的區(qū)別及發(fā)展歷程：首先是碳的含量，%稱之鋼，它的熔點在14501500℃，而生鐵的熔點在11001200℃。石油、化工、航天航空、交通運輸、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。 煉鋼方法（2）1856年英國人亨利1880年出現(xiàn)了第一座堿性平爐。當(dāng)時，對西歐的一些國家特別適用，因為西歐的礦石普遍磷含量高。杜勒首先進行了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的試驗，并獲得了成功。 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) 。 圖3 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)。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)開始邁入鋼鐵強國的行列，如圖5所示。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。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散速率很小，因而磷的偏析很難消除，從而嚴重影響鋼的性能，所以脫磷是煉鋼過程的重要任務(wù)之一。 優(yōu)質(zhì)級鋼 [P]≤%；特殊質(zhì)量級鋼 [P]≤%；有的甚至要求 [P]≤%。 如果鋼中的氧含量較高，F(xiàn)eS與FeO形成的共晶體熔點更低（940℃），更加劇了鋼的“熱脆”現(xiàn)象的發(fā)生。從低碳鋼高溫下的拉伸實驗發(fā)現(xiàn)提高[Mn]/[S]比可以提高鋼的熱延展性。%時，會顯著惡化鋼的耐蝕性。 若不脫氧，在出鋼、澆鑄中，溫度降低，氧溶解度降低，促使碳氧反應(yīng)，鋼液劇烈沸騰，使?jié)茶T困難，得不到正確凝固組織結(jié)構(gòu)的連鑄坯。 脫氧的任務(wù)：根據(jù)具體的鋼種，將鋼中的氧含量降低到所需的水平，以保證鋼水在凝固時得到合理的凝固組織結(jié)構(gòu)；使成品鋼中非金屬夾雜物含量最少，分布合適，形態(tài)適宜，以保證鋼的各項性能指標，得到細晶結(jié)構(gòu)組織。氫在固態(tài)鋼中溶解度很小，在鋼水凝固和冷卻過程中，氫會和CO、N2等氣體一起析出，形成皮下氣泡中心縮孔、疏松、造成白點和發(fā)紋。一般白點產(chǎn)生的溫度低于2000℃。低碳鋼產(chǎn)生的脆性比磷還嚴重。氮可以作為合金元素起到細化晶粒的作用。內(nèi)生夾雜包括：脫氧時的脫氧產(chǎn)物；鋼液溫度下降時，硫、氧、氮等雜質(zhì)元素溶解度下降而以非金屬夾雜形式出現(xiàn)的生成物；凝固過程中因溶解度降低、偏析而發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物；固態(tài)鋼相變?nèi)芙舛茸兓傻漠a(chǎn)物。由于非金屬夾雜對鋼的性能產(chǎn)生嚴重的影響，因此在煉鋼、精煉和連鑄過程應(yīng)最大限度地降低鋼液中夾雜物的含量，控制其形狀、尺寸。碳能顯著改變鋼的液態(tài)和凝固性質(zhì)，在1600℃，[C]≤%時，%的碳 ◆密度減少4kg/m3 ◆[N]% ◆℃ 。生產(chǎn)沸騰鋼時，[Si]%%，[Mn]%%，它只能微弱控制CO反應(yīng)。 ◆% ◆密度降低80kg/m3 ◆[H]鋼中鋁的加入量因氧量而異，對高碳鋼應(yīng)少加些，而低碳鋼則應(yīng)多加，加入量一般為:。碳素鋼是指鋼中除含有一定量為了脫氧而加入硅（一般≤%）和錳（一般≤%）等合金元素外，不含其他合金元素的鋼。一般合金元素總含量小于3%的為普通低合金鋼，總含量為3%～5%的為低合金鋼，大于10%的叫高合金鋼，總含量介于5%～10%之間為中合金鋼。 按脫氧程度不同可分為沸騰鋼（不經(jīng)脫氧或微弱脫氧）、鎮(zhèn)靜鋼（脫氧充分）和半鎮(zhèn)靜鋼（脫氧不完全，介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間）。碳素結(jié)構(gòu)鋼是指用來制造工程結(jié)構(gòu)件和機械零件用的鋼，其硫、磷等雜質(zhì)含量比優(yōu)質(zhì)鋼高些，一般[S]≤%，[P]≤%，優(yōu)質(zhì)碳素鋼[S]和[P]均≤%。工具鋼，包括碳素工具鋼和合金工具鋼及高速鋼。特殊性能鋼，指的是具有特殊化學(xué)性能或力學(xué)性能的鋼，如軸承鋼、不銹鋼、彈簧鋼、高溫合金鋼等。不銹鋼具有不銹性，但不一定耐腐蝕，而耐腐蝕鋼則一般都具有較好的不銹性。高溫合金主要用于制造燃汽輪機、噴氣式發(fā)動機等高溫下工作零部件。對煉鋼原料的基本要求：既要保證原料具有一定的質(zhì)量和相對穩(wěn)定的成分，又要因地制宜充分利用本地區(qū)的原料資源，不宜苛求。對鐵水要求有：（1）成分；（2）帶渣量；（3）溫度。%%為宜。，目前使用較多的為低錳鐵水，%%。除了含硫易切削以外，絕大多數(shù)鋼種要求去除硫這一有害元素。對鐵水溫度的要求：鐵水溫度是鐵水含物理量多少的標志，鐵水物理熱得占轉(zhuǎn)爐熱收入的50%。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐用廢鋼量一般是總裝入量的10%30%。國標要求廢鋼的長度不大于1000mm，最大單件重量不大于800kg。4）不同性質(zhì)的廢鋼分類存放。由于生鐵中含碳及雜質(zhì)較高，因此電爐鋼爐料中生鐵配比通常為10%25%，最高不超過30%。海綿鐵中金屬鐵含量較高，S、P含量較低，雜質(zhì)較少。3）鐵合金 常用的鐵合金種類：◆ 簡單合金：FeMn，F(xiàn)eSi，F(xiàn)eCr，F(xiàn)eV， FeTi，F(xiàn)eMo，F(xiàn)eW等◆復(fù)合脫氧劑：CaSi合金，AlMnSi合金，MnSi合金，CrSi合金，BaCaSi合金，BaAlSi合金等◆純金屬：Mn、Ti（海綿Ti）、Ni、Al。二、非金屬料（一）造渣劑1）石灰堿性煉鋼方法的造渣料，主要成分為CaO，由石灰石煅燒而成，是脫P、脫S不可缺少的材料，用量比較大。常用鹽酸滴定法來測量水活性，當(dāng)鹽酸消耗大于300ml時才屬優(yōu)質(zhì)活性石灰。2）螢石螢石的主要成分是 CaF2，焙燒約930℃。2SiO2（熔點1362℃），加速石灰溶解，迅速改善爐渣動性。近年來，螢石供應(yīng)不足，各鋼廠從環(huán)保角度考慮，使用多種螢石代用品，如鐵錳礦石，氧化鐵皮，轉(zhuǎn)爐煙塵，鐵礬土等。經(jīng)焙燒可成為輕燒白云石，其主要成分為CaO濺渣護爐操作時，通過加入適量的生白云石或輕燒白云石保持渣中的MgO含量達到飽和或過飽和，使終渣能夠做黏，出鋼后達到濺渣的要求。但火磚塊中還含有55%—70%的SiO2，能大大降低熔渣的堿度及氧化能力，對脫磷、脫硫極為不利。合成渣劑熔點低、堿度高、成分均勻、粒度小，且在高溫下易碎裂，成渣速度快，因而改善了冶金效果，減輕了轉(zhuǎn)爐造渣負荷。轉(zhuǎn)爐冶煉中，高碳鋼種時，使用含雜質(zhì)很少的石油焦作為增碳劑。鐵礦石中鐵的氧化物存在形式是Fe2O%，%%。氧化鐵皮還有助于化渣和冷卻作用，使用時應(yīng)加熱烘烤，保持干燥。 ◆按熱量來源—自供熱和外加熱燃料轉(zhuǎn)爐。 圖3一爐鋼的吹氧時間通常為1218min，冶煉周期為30min左右。如果爐內(nèi)化渣不好，則許加入第三批螢石渣料?！糸_吹時氧槍槍位采用高槍位，目前是為了早化渣，多去磷，保護爐襯；◆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，加強熔池攪拌，穩(wěn)定火焰，便于判斷終點，同時使降低渣中Fe含量，減少鐵損，達到濺渣的要求。 (氧氣直接氧化) SiO2轉(zhuǎn)變?yōu)?CaO影響硅氧化規(guī)律的主要因素：[Si]與[O]的親和力，熔池溫度，熔渣堿度和FeO活度。 （氧氣直接氧化反應(yīng)）[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe] (界面反應(yīng))(SiO2)+(MnO)=MnOSiO2)+2（CaO）=（2 CaO◆鐵水中錳含量高，單渣操作，鋼水殘錳也會高些。吹煉中期：熔池溫度高于1500℃ ，[Si]、[Mn]含量降低，[P][O]親和力小于[C][O]親和力，碳氧化消耗較多的（FeO），熔渣中(∑FeO)有所降低，熔池攪拌強烈，反應(yīng)區(qū)乳化較好，結(jié)果此期的碳氧化速度高。脫磷速度的變化規(guī)律，主要受熔池溫度，熔池中金屬[P]含量，熔渣中(∑FeO)，熔渣堿度，熔池的攪拌強度或脫碳速率的影響。后期不利于脫磷的熱力學(xué)因素是熔池溫度高。2)爐渣成分和溫度的變化規(guī)律 轉(zhuǎn)爐吹煉過程中熔池內(nèi)的爐渣成分和溫度影響著元素的氧化和脫除規(guī)律，而元素的氧化和脫除又影響著爐渣成分和熔池溫度的變化。 槍位：槍位低時，高壓氧氣流股沖擊熔池，熔池攪拌劇烈，渣中金屬液滴增多，形成渣、金乳濁液，脫碳速度加快，消耗渣中（FeO）降低?！舸禑挸跗冢鄢販囟炔桓?，渣料中石灰還未大量熔化。中期脫磷速度，熔池攪拌均比前期強，這些因素均有利于形成高堿度爐渣。綜合作用的結(jié)果，吹煉前期終了，熔池溫度可升高至1500℃左右。綜上所述，頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐開吹以后，熔池溫度、爐渣成分、金屬成分相繼發(fā)生變化，它們各自的變化又彼此相互影響，形成高溫下多相、多組元同時進行的極其復(fù)雜的物理化學(xué)變化。 爐鋼的吹氧轉(zhuǎn)爐一爐鋼的基本冶煉過程。如果爐內(nèi)化渣不好，則許加入第三批螢石渣料?！糸_吹時