煉鋼的工藝技術

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煉鋼的方法，一般可分為轉爐煉鋼、平爐煉鋼和電爐煉鋼三種方法。現分別介紹如下：
一、 電爐煉鋼
a) 電爐煉鋼的分類及功用
電爐煉鋼是用電作為熱源進行鋼鐵冶煉的方法，它有兩種形式：一是電弧爐，一是感應爐。
感應爐只發生熔化而不發生冶煉作用，因此可按照需要的成分預先配好人爐原料。感應加熱時產生的渦流，對熔體有攪動作用，使鋼的成分均勻一致。電爐可以冶煉各種性能的合金鋼。
利用電極電弧產生的高溫熔煉礦石和金屬的電爐。氣體放電形成電弧時能量很集中，弧區溫度在3000℃以上。對于熔煉金屬，電弧爐比其他煉鋼爐工藝靈活性大，能有效地除去硫、磷等雜質，爐溫容易控制，設備占地面積小，適于優質合金鋼的熔煉。電弧爐按電弧形式可分為三相電弧爐、自耗電弧爐、單相電弧爐和電阻電弧爐等類型。電弧煉鋼爐的爐體由爐蓋、爐門、出鋼槽和爐身組成，爐底和爐壁用堿性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。電弧煉鋼爐按每噸爐容量所配變壓器容量的多少分為普通功率電弧爐、高功率電弧爐和超高功率電弧爐。電弧爐煉鋼是通過石墨電極向電弧煉鋼爐內輸入電能，以電極端部和爐料之間發生的電弧為熱源進行煉鋼。電弧爐以電能為熱源，可調整爐內氣氛，對熔煉含有易氧化元素較多的鋼種極為有利 。 電弧爐煉鋼發明后不久，就用于冶煉合金鋼，并得到較大的發展。
b) 電爐煉鋼的工藝流程
i. 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，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。
ii. 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：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。
iii. 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。
iv. 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。
v. 氧化期和脫炭期：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。
vi. 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。
vii. 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。目前高功率和超功率電弧爐煉鋼操作已取消還原期。
viii. 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。
ix. 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。
x. 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。
xi. 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。
xii. 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。
xiii. 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）。
xiv. 惰性氣體處理：向鋼液中吹入惰性氣體，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。
xv. 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。
xvi. 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。
xvii. 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。
xviii. 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。
xix. 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。
二、 平爐煉鋼
a) 平爐煉鋼的功用
由于這種煉鋼爐形狀低平又有一個平展的熔池，所以被稱為 “平爐”。這種煉鋼法也稱為 “平爐煉鋼法”。
平爐煉鋼時，經過下層蓄熱室預熱的空氣和煤氣被送入上層熔池，在鐵水表面吹拂、燃燒，能夠比較完全地將鐵水中的碳和其他雜質氧化，得到優質的鋼。雖然平爐冶煉的時間比較長（一般為24小時），但熔池很大，一爐便可煉百噸鋼水，產量較高。而且限于生鐵，廢鋼、鐵屑、熟鐵、鐵礦石均可，煉出的鋼質量穩定、均勻，所以一直沿用至今。
b) 平爐煉鋼的工藝
爐煉鋼使用的氧化劑通入的空氣和爐料里的氧化物，（廢鐵，廢鋼，鐵礦石）。反應所需的熱量是由燃燒氣體燃料（高爐煤氣，發生爐煤氣）或液體燃料（重油）所提供。 平爐的爐膛是一個耐火磚砌成的槽，上面有耐火磚制成的爐頂蓋住。平爐的前墻上有裝料口，裝料機就從這里把爐料裝進去。熔煉時關上耐火磚造成的門。爐膛的兩端都筑有爐頭，爐頭各有兩個孔道，供導入燃料與熱空氣，或從爐里導爐氣之用。
平爐煉鋼所用的原料有廢鋼、廢鐵、鐵礦石和溶劑 （石灰石和生石灰）。開始冶煉時，燃料遇到導入的熱空氣就在燃料面上燃燒，溫度高達1800攝氏度。熱量直接由火焰傳給爐料，使爐料迅速熔化 （鐵的熔點是1535攝氏度，鋼略低）。同時有一部分熔化的生鐵生成氧化亞鐵，生鐵里的雜質硅、錳被氧化亞鐵氧化，聲成爐渣。由于爐里放有過量的石灰石，磷與硫等雜質就生成磷酸鈣和硫化鈣成為爐渣。其次碳也進行氧化，生成一氧化碳從熔化的金屬里冒出，好象金屬在沸騰一樣。
反應快要進行完畢的時候，加入脫氧劑并定時把爐渣扒出。在冶煉將完成時要根據爐前分析 （用快速分析法，幾分鐘可完成）來檢驗鋼的成分是否合乎要求。煉锝的鋼從出鋼口流入鋼水包里，再從鋼水包注入模子里鑄成制品或鋼錠。
為了提高爐溫，氣體燃料要在蓄熱室 （如圖I,II,III,IV）里進行預熱。
在平爐里不但可加入液態生鐵，而且可以加入固態的生鐵以及夾攻以后的廢鐵和鐵礦石等。另外，在平爐里如果用30%的富氧空氣鼓風，同時在熔化的金屬里吹入氧氣，可使生產率提高80%，冶煉的時間縮短2~4小時，并可節約燃料，富氧空氣也不需要預熱。
三、 轉爐煉鋼
    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。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。因此轉爐煉鋼不需要另外使用燃料。
轉爐煉鋼是在轉爐里進行。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。開始時，轉爐處于水平，向內注入1300攝氏度的液態生鐵，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。這時液態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。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。爐口由于溢出的一氧化炭的燃燒而出現巨大的火焰。最后，磷也發生氧化并進一步生成磷酸亞鐵。磷酸亞鐵再跟生石灰反應生成穩定的磷酸鈣和硫化鈣，一起成為爐渣。
    當磷于硫逐漸減少，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。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。整個過程只需15分鐘左右。如果空氣是從爐低吹入，那就是低吹轉爐。
隨著制氧技術的發展，現在已普遍使用氧氣頂吹轉爐 （也有側吹轉爐）。這種轉爐吹如的是高壓工業純氧，反應更為劇烈，能進一步提高生產效率和鋼的質量。
(附工藝流程圖）

鋼鐵機械

這些內容不新鮮了，在中國最后的一座平爐山西太鋼的已經被拆除了，轉爐煉鋼現在大部分采用頂吹氧底吹氮的復合冶煉方式冶煉時間短作業率高等特點。現在我們這里是：高爐來鐵水后，進1號混鐵爐，當混鐵爐有一定的鐵后倒入鐵包去鐵水預處理脫硫磷，經過處理的鐵水進2號混鐵爐，當2號混鐵爐內經過處理的鐵水達到一定數量的時候，倒入鐵水包經天車運至轉爐加入轉爐內，再加入一些如廢鋼.堿礦等原料后開始冶煉，冶煉結束后取樣出鋼，在上“LF” 精煉爐精煉 鋼水成分調整合格后 上連鑄

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原來如此，受教了

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