【正文】 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。 鋼中氧含量高，還會產生皮下氣泡，疏松等缺陷，并加劇硫的熱脆作用。 （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。 不同鋼種對硫含量有嚴格的規(guī)定 ： 非合金鋼中普通質量級鋼 [S]≤% 優(yōu)質級鋼 [S]≤%， 特殊質量級鋼 [S]≤% 有的鋼種要求如管線鋼 [S]≤%，甚至更低。硫含量超過 %時，會顯著惡化鋼的耐蝕性。一般 [Mn]/[S]≥7時不產生熱脆，如圖 6 所示。在 實際生產中還將 [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。 錳可在鋼凝固范圍內生成 MnS 和少量的 FeS，純 MnS 的熔點為 1610℃ ，共晶體 FeSMnS（占 %）的熔點為 1164℃ ，它們能有效地防止鋼熱加工過程的 “熱脆 ”。 當鋼中的 [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 ”現象。 硫在鋼中以 FeS的形式存在， FeS的熔點為 1193℃ ， Fe 與FeS組成的共晶體的熔點只有 985℃ 。 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。煉鋼過程的脫磷反應是在金屬液與熔渣界面進行的。 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之一。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。采用的主要技術手段為：供氧，造渣 ，升溫，加脫氧劑和合金化操作。 圖 5 我國粗鋼產量的變化情況 第二節(jié) 煉鋼的任務及鋼的分類 一、煉鋼的任務 煉鋼的基本任務是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜物，提高溫度和調整成分。 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年鋼產量達到 3712萬噸， 1990年達到 6500萬噸， 1996 年首次突破 1 億噸大關，成為世界第一產鋼大國，2020年產量達到 ，占世界產量的 1/3。 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，東漢時就出現了冶煉和鍛造技術，南北朝時期就掌握了灌鋼法，曾在世界范圍內處于領先地位。并在唐鋼等企業(yè)推廣應用，如圖 4 所示。 圖 2 QBOP法 煉鋼方法（ 8） 在頂吹氧氣轉爐煉鋼發(fā)展的同時， 19781979 年成功開發(fā)了轉爐頂底復合吹煉工藝，即從轉爐上方供給氧氣（頂吹氧），從轉爐底部供給惰性氣體或氧 氣，它不僅提高鋼的質量，而且降低了煉鋼消耗和噸鋼成本，更適合供給連鑄優(yōu)質鋼水，如圖 3 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此技術并成功開發(fā)了底吹氧轉爐煉鋼法，即 OBM法 (Oxygen Bottom Maxhuette) 。 1952 年奧地利的林茨城 (Linz)和多納維茲城(Donawitz)先后建成了 30 噸的氧氣頂吹轉爐車間并投入生產，所以此法也稱為 LD法。 煉鋼方法（ 6） 瑞典人羅伯特 但托馬斯法的缺點是爐子壽命底，鋼水中氮的含量高。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。由于其成本低、爐容大，鋼水質量優(yōu)于轉爐，同時原料的適應性 強，平爐煉鋼法一時成為主要的煉鋼法。 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。貝塞麥發(fā)明了酸性空氣底吹轉爐煉鋼法，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，從而使煉鋼的質量得到提高，但此法要求鐵水的硅含量大于 %，而且不能脫硫。此法幾乎無雜質元素的氧化反應。總之，鋼材仍將是 21 世紀用途最廣的結構材料和最主要功能材料。 用途不同對鋼的性能要求也不同，從而對鋼的生產也提出了不同的要求。 在鋼中碳元素和鐵元素形成 Fe3C固熔體，隨著碳含量的增加，其強度、硬度增加，而塑性和沖擊韌性降低。 重點與難點：煉鋼的任務；原材料主要質量指標；煉鋼用耐火材料。 ◆ 當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。 ◆ 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。min)； 120t 以上的轉爐一般為(t如果爐內化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。 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。 轉爐一爐鋼的基本冶煉過程。 隨著制氧技術的發(fā)展，現在已普遍使用氧氣頂吹轉爐 （也有側吹轉爐）。整個過程只需 15 分鐘左右。 當磷與硫逐漸減少，火焰退落，爐口出現四氧化三鐵的褐色蒸汽時，表明鋼已煉成。最后，磷也發(fā)生氧化并進一步生成磷酸亞鐵。幾分鐘后，當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。開始時，轉爐處于水平，向內注入 1300 攝氏度的液態(tài)生鐵，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空氣并轉動轉爐使它直立 起來。 轉爐煉鋼是在轉爐里進行。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），可使爐內達到足夠高的溫度。 轉爐煉鋼工藝流程 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，使雜質硅、錳等氧化。因此轉爐煉鋼不需要另外使用燃料。轉爐的外形就像個梨，內壁有耐火磚，爐側有許多小孔（風口），壓縮空氣從這些小孔里吹爐內，又叫做側吹轉爐。這時液態(tài)生鐵表面劇烈的反應，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，使反應遍及整個爐內。爐口由于溢出的一氧化炭的燃燒而出現巨大的火焰。磷酸亞鐵再跟生石灰反應生成穩(wěn)定的磷酸鈣和硫化鈣，一起成為爐渣。這時應立即停止鼓風，并把轉爐轉到水 平位置，把鋼水傾至鋼水包里，再加脫氧劑進行脫氧。如果空氣是從爐低吹入，那就是低吹轉爐。這種 轉爐吹如的是高壓工業(yè)純氧，反應更為劇烈，能進一步提高生產效率和鋼的質量。頂吹轉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 后硅錳氧接近結束，碳氧反應逐漸激烈，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。在送氧開吹的同時，加入第一批渣料，加入量相當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。 吹煉過程中的供氧強度： 小型轉爐為 (tmin)。 ◆ 當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，當溫度和成分符合要求時，就出鋼。 煉鋼學概述 基本要求：理解煉鋼的任務；了 解對原材料的要求；了解耐火材料的分類和各自用途。 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，它的熔點在 14501500℃ ，而生鐵的熔點在 11001200℃ 。 鋼的應用前景：鋼具有很 好的物理、化學性能與力學性能，可進行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，其用途十分廣泛。石油、化工、航天航空、交通運輸、農業(yè)、國防等許多重要的領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（ 1） 最早出現的煉鋼方法是 1740 年出現的坩堝法，它是將生鐵和廢鐵裝入由石墨和粘土制成的坩堝內，用火焰加熱熔化爐料，之后將熔化的爐料澆成 鋼錠。 煉鋼方法（ 2） 1856 年英國人亨利 目前已淘汰。 1880 年出現了第一座堿性平爐。 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爐煉鋼法，即托馬斯法。當時，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。 煉鋼方法（ 5） 1899 年出現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量的 3040%。杜勒首先進行了氧氣頂吹轉爐煉鋼的試驗，并獲得了成功。美國稱為 BOF法（ Basic Oxygen Furnace）或 BOP法，如圖 1所示。 1971年美國鋼鐵公司引進 OBM法， 1972 年建設了 3座 200噸底吹轉爐，命名為 QBOP (Quiet BOP) ，如圖 2 所示。 圖 3 轉爐頂底復合吹煉法 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)了全氧側吹轉爐煉鋼工藝。 圖 4 全氧側吹轉爐煉鋼法 總之，煉鋼技術經過 200 多年的發(fā)展，技術水平、自動化程度得到了很大的提高， 21 世紀煉鋼技術會面臨更大的挑戰(zhàn)，相信會有不斷的新技術涌現。但舊中國鋼鐵工業(yè)非常落后，產量很低，從1890 年建設的漢陽鋼鐵廠至 1948 年的半個世紀中，鋼產量累計到 200萬噸， 1949年只有 。 可以這樣講，我國的鋼鐵工業(yè)對世界產生了重要影響，我國不僅是產鋼大國，而且已經開始邁入鋼鐵強國的行列，如圖 5 所示。歸納為： “四脫 ”（碳、氧、磷和硫）， “二去 ”（去氣和去夾雜）， “二調整 ”（成分和溫度）。 （一）鋼中的磷 對于絕大多數鋼種來說磷是有害元素。 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。磷在鋼中是以 [Fe3P]或 [Fe2P]形式存在，但通常是以 [P]來表達。 不同用途的鋼對磷的含量有嚴格要求： 非合金鋼中普通質量級鋼 [P]≤%；