【正文】 對于某些鋼種，如易切削鋼，硫則作為合金元素加入，要求 [S]=%%。 圖 6 [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。 冶煉一般鋼種時要求將 [Mn]控制在 %%。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%%。 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]≤%。 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）。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)量累計到 200萬噸， 1949年只有 。 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。美國稱為 BOF法（ Basic Oxygen Furnace）或 BOP法，如圖 1所示。 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（ 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。目前已淘汰。 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。 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，可進行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，其用途十分廣泛。 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。min)。在送氧開吹的同時，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。這種 轉(zhuǎn)爐吹如的是高壓工業(yè)純氧，反應(yīng)更為劇烈，能進一步提高生產(chǎn)效率和鋼的質(zhì)量。這時應(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，再加脫氧劑進行脫氧。爐口由于溢出的一氧化炭的燃燒而出現(xiàn)巨大的火焰。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。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)達到足夠高的溫度。開始時，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。最后，磷也發(fā)生氧化并進一步生成磷酸亞鐵。整個過程只需 15 分鐘左右。 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。 ◆ 開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。 重點與難點：煉鋼的任務(wù)；原材料主要質(zhì)量指標(biāo)；煉鋼用耐火材料。 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。此法幾乎無雜質(zhì)元素的氧化反應(yīng)。 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。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（ 6） 瑞典人羅伯特 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) 。并在唐鋼等企業(yè)推廣應(yīng)用，如圖 4 所示。 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，2020年產(chǎn)量達到 ，占世界產(chǎn)量的 1/3。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(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。 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。 當(dāng)鋼中的 [S]＞ %時，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，鋼受壓時造成晶界破裂，即發(fā)生 “熱脆 ”現(xiàn)象。在 實際生產(chǎn)中還將 [Mn]/[S]比作為一個指標(biāo)進行控制， [Mn]/[S]對鋼的熱塑性影響很大。硫含量超過 %時，會顯著惡化鋼的耐蝕性。 （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。 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。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。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 ”。原因是鋼中氮化物的析出速度很慢，逐漸改變著鋼的性能。 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。 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。 按加工性能，夾雜物可分為：塑性夾雜，它是在熱加工時，沿加工方向延伸成條帶狀；脆性夾雜，它是完全不具有塑性的夾雜物，如尖晶石類型夾雜物，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。 鋼中的碳決定了冶煉、軋制和熱處理的溫度制度。普通鋼中含硅在 %%，1450℃ 鋼凝固時，能保證鋼中與其平衡的 氧小于與碳平衡的量，抑制凝固過程中 CO 氣泡的產(chǎn)生。 鋁 (Al) 鋁是終脫氧劑，生產(chǎn)鎮(zhèn)靜鋼時， [Al]多在 %%，通常為 %%。 二、鋼的分類 按化學(xué)成分分類：按是否加入合金元素可鋼分為把碳素鋼和合金鋼兩大類。 根據(jù)鋼中合金元素含量的多少，又可分為低合金鋼，中合金鋼和高合金鋼。其中電爐鋼包括電弧爐鋼、感應(yīng)爐鋼、電渣鋼、電子束熔煉及有關(guān)的真空熔煉鋼等。 結(jié)構(gòu)鋼是目前生產(chǎn)最多、使用最廣的鋼種，它包括碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造機器和結(jié)構(gòu)的零件及建筑工程用的金屬結(jié)構(gòu)等。合金結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)化學(xué)成分（主要指含碳量）熱處理工藝和用途的不同，又可分為滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼和氮化鋼。 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。通常鐵水中的硅含量為%%為宜。 3）磷（ P）。氧氣轉(zhuǎn)爐單渣操作的脫硫效率只有30%40%。應(yīng)努力保證入爐鐵水的溫度，保證爐內(nèi)熱源充足和成 渣迅速。廢鋼分為一般廢鋼、軋輥、次廢鐵、車等。 2）廢鋼中不得混有鐵合金，嚴(yán)禁 混入銅、鋅、鉛、錫等有色金屬和橡膠，不得混有封閉器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。 非合金鋼、低合金鋼廢鋼可混放在一起，不得混有合金廢鋼和生鐵。 電爐煉鋼對生鐵的質(zhì)量要求較高，一般 S、 P 含量要低，Mn 不能高于 %， Si不能高于 %。電爐煉鋼直接采用海綿鐵代替廢鋼鐵料，不僅可以解決鋼鐵料供應(yīng)不足的困難，而且可以大大縮短冶煉時間，提高電爐鋼的生產(chǎn)率。 1）對塊要求 加入鋼包中的尺寸為 550mm，加入爐中的尺寸為30200mm。 其質(zhì)量好壞對吹煉工藝、產(chǎn)品質(zhì)量和爐襯壽命等產(chǎn)生主要影響。通常把在10501150℃ 溫度下焙燒的石灰，具有高反應(yīng)能力的體積密度小，氣孔率高，比表面積大，晶粒細(xì)小的優(yōu)質(zhì)石灰叫活性石灰，也稱軟性石灰。螢石能使 CaO和阻礙石灰溶解的 2CaO 螢石助熔的特點是作用快，時間短。 3）白云石 白云石的主要成分 CaCO3轉(zhuǎn)爐采用生白云石或輕燒白云石代替部分石灰造渣。火磚塊中含有約 30%的 Al2O3，易使熔渣起泡并具有良好的透氣性。 5）合成造渣劑 合成造渣劑是用石灰加入適量的氧化鐵皮、螢石、氧化錳或其他氧化物等熔劑，在低溫下預(yù)制成型。常用的增碳劑有增碳生鐵、電極粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭粉。 四、氧化劑 氧氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要氧化劑，其純度達到或超過 %，氧氣壓力要穩(wěn)定，并脫除水分。 氧化鐵亦稱鐵磷，是鋼坯加熱，軋制和連鑄過程中產(chǎn)生的氧化殼層，鐵量約占 70%75%。 ◆ 按 供氣部位 —頂吹、底吹、側(cè)吹及復(fù)合吹轉(zhuǎn)爐 。 圖 3 自供熱轉(zhuǎn)爐的發(fā)展演變過程 圖 4 由傳統(tǒng)供熱向外加燃料聯(lián)合供熱轉(zhuǎn)爐的發(fā)展演變過程 一、吹煉過程元素氧化規(guī)律 （一）爐鋼吹煉過程和元素的氧化規(guī)律 1）冶煉過程概述 從裝料到出鋼，倒渣，轉(zhuǎn)爐一爐鋼的冶煉過程包括裝料、吹煉、脫氧出鋼、濺渣護爐和倒渣幾個階段，如圖 5 所示。如果爐內(nèi)化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。 ◆ 開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。 [Si]+O2=(SiO2) (氧氣直接氧化 )