炼钢的发展历史

炼钢的发展历史
炼钢方法的发展过程
钢铁是工业的粮食，对工业的发展、国家经济力量的水平及其 增长都有很大的作用。
钢是碳、硅、锰及其他元素在铁中的固熔体。钢中存在的元素 可大致分为两大类：碳、硅、锰等是用以改善钢的性能，以满足工 程材料要求的有益元素；另一类如磷、硫、氧、氢及氮等，是从炉 料或大气中进入钢中的，它们的存在会使大部分钢的性能变坏。炼 钢的任务在于通过化学反应，除去主原料（铁水和废钢等）中的杂 质，并调整钢水成分和温度，达到规定要求。最后铸成合格的铸坯 或钢锭。
脱氧合金化: 出钢过程中向钢包内加入铁合金进行脱氧和合金化 操作，然后镇静或送去炉外精炼，之后浇铸成钢锭(坯)。
70年代以前建成的一批小型氧气顶吹转炉有天津钢厂20t、济南 钢厂13t、安阳钢厂15t、邯郸钢厂15t；中型的有太原钢铁公司50t 、包头钢铁公司50t、武汉钢铁公司50t、马鞍山钢铁公司50t；大型 的有鞍山钢铁公司150t、本溪钢铁公司120t、攀枝花钢铁公司120t 。80年代又建成具有70年代末期世界先进水平的宝钢300t转炉。到 1993年我国转炉钢产量已达到5474.6万t，占总钢产量8868万的 61.7％.。
拉碳测温取样: 根据判断确定钢水含碳量和温度同时到达终点时， 立即提枪停止吹氧，当氧枪提出炉口后倒炉测温，取样，进行炉 前化学成分快速分析。铁水温度用装有铂—铑快速热电偶的测温 枪插入钢液内测量。化验室主要分析钢水中的化学成分，含碳量 也可通过钢花的分叉多少凭经验判断确定。当钢水温度和成分合 格后便组织出钢。
国内转炉炼钢的发展
1951年，我国唐山钢厂开始试验碱性空气侧吹转炉炼钢法获得 成功，并于1952年正式投入工业性生产。1954年开始氧气顶吹转 炉炼钢法的小型试验研究，1956年决定在首钢建设一座氧气顶吹转 炉炼钢车间，1958年破土动工，1962年把首钢碱性空气侧吹转炉 改建成30吨氧气顶吹转炉进行工业性试验。1964年10月我国第一 座30t氧气顶吹转炉炼钢车间在首钢建成并投入生产。以后又在唐山 、杭州等地相继建成了一些3.5—5t的小型氧气顶吹转炉，上海钢铁 一厂把原来的碱性空气侧吹转炉车间改建成30t氧气顶吹转炉车间， 于1966年8月投入生产，并在我国首次采用了先进的烟气净化回收 装置，还配置了弧形连铸机，扩大了钢的品种，为我国大力发展氧 气顶吹转炉炼钢提供了宝贵的经验。
铸坯（锭）
废钢
电弧炉 初炼钢水 铸坯（锭）
炉外精炼
精炼钢 水
连铸机（模铸）
氧气转炉炼钢法的产生
氧气顶吹转炉炼钢法的产生过程经历了上百年的历史。早在 1855年英国人亨利·贝塞麦发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，用铁 水直接炼钢，第一次解决了大规模生产液态钢的问题，使钢铁工业 开始转变成现代生产。贝塞麦本人还提出了用纯氧或富氧空气代替 空气炼钢的设想，但是当时没有获得廉价氧气的方法。由于贝塞麦 转炉是采用酸性炉衬，不能在冶炼过程中脱磷、脱硫，必须使用低 磷、低硫铁水作原料，而西欧各国又都是高磷铁矿，铁水含磷高达 1.0一2.5％，使贝塞麦法转炉炼钢受到了限制。1878年英国人西德 尼·托马斯发明了碱性空气底吹转炉炼钢法，用白云石加少量粘土作 炉衬，在吹炼过程中向炉内加入石灰造碱性渣，解决了高磷铁水炼 钢问题。由于它具有生产率高，成本低，设备简单等特点，直至第 一次世界大战前托马斯法始终是欧洲的主要炼钢方法。由于它使用 含氮78％的空气作为氧气的来源，所以钢中含氮量高，不能承受强 烈冷加工。
转炉钢的气体和夹杂含量一般均低于平炉钢。氧气顶吹转炉钢的深 冲性能和延展性好，适宜轧制板、管丝、带等钢材，而这类钢材往 往占钢材总量的50％一60％或更高。
4)基建投资少、建设速度快 由于氧气顶吹转炉车间设备简单，所占厂房面积和所需要的重 型设备的数量比平炉车间少，因此投资可比相同产量就越省，同时车间建设 速度比平炉车间快得多。
6)利于自动化生产和开展综合利用 氧气顶吹转炉炼钢时问短，生产率高，其机械化程度较高，有 利于实现生产过程的白动化，也有利于开展综合利用，如回收煤气 、炉尘等。 以上是氧气顶吹转炉炼钢的主要优点，但也存在一些不足之处 ，例如，它能冶炼钢的品种不及电炉；炼钢过程中金属烧损较大； 脱磷、脱硫的能力不强；另外，由于氧气从炉口吹入，不是直接穿 过熔池，与金属的接触面不够大，因而氧气的利用率和热效率不够 高。
1740年，出现了一种可以熔炼液体钢的方法—坩埚法，它是 将生铁和废钢装入石墨和粘土制成的坩埚内用火焰加热溶化炉料， 之后将溶化的炉料铸成钢锭，但这种方法不能去除钢中的有害杂 质。
目前，现代大规模生产的炼钢方法按热能来源不同，可分为转
炉炼钢和电炉炼钢。其生产流程为：
铁水
氧气转炉 初炼钢水
炉外精炼 精炼钢水 连铸机（模铸）
吹炼过程的操作步骤:
装料:把转炉向加料一侧倾动30~450．用起重机将铁水和废钢 装入炉内，装料顺序一般是先装废钢后兑铁水，防止因废钢含有水 分而可能引起的爆炸，也可以先兑铁水后加废钢，减缓废钢对炉底 的撞击。
加料造渣:摇正炉体开始降枪吹氧，与此同时从炉口上方的散状 料系统加入第一批造渣材料(石灰、白云石、萤石、铁皮或铁矿石 等)，加入量约为全部造渣料的1/2~1/3，为了迅速化渣，应采用高 枪位操作，增加渣中的氧化铁含量，约3~4分钟，第一批渣料熔化 以后，加入第二批渣料，加入量为剩余料的1/3~1/2。第二批料也可 以视炉渣熔化情况分成几小批加入，视炉渣熔化情况决定每小批加 入量，每次不宜加入太多，维持炉温均匀上升，防止产生爆发性碳、 氧反应引起喷溅。
5)原料消耗少，热效率高、成本低 氧气顶吹转炉炼钢的金属消耗极为1100一1140Kg/t钢，稍高于 平炉(但在良好操作情况下，金属消耗与平炉接近)。但由于顶吹转 炉的热源是利用铁水本身的物理热和化学热，热效率高，不需外加 热源，因此在燃料和动力消耗方面均较平炉、电炉低。由于氧气顶 吹转炉炼钢法具有高的生产率和低的消耗，所以钢的成本也较低。
人类最初使用的是陨铁，如埃及金字塔中发现的铁和我国出 土的商代铜钺铁刃都是陨铁，它们已在公元前1400~1500年被 人们所利用。
春秋末期（公元前400~500年），人们用木炭在约1000℃ 的温度下还原铁矿石，得到几乎不含碳、硅、锰、硫、磷等元素， 结构疏松，其中夹有渣和矿石的熟铁，此铁块比较柔软可锻。
转炉的分类：
按照转炉的发展历史，炉衬所砌耐火材料性质的不同，引入炉 内气体的种类和部位的不同，转炉可分为以下几种:
氧气顶吹转炉炼钢的特点：
1)生产率高 氧气顶吹转炉由于采用含量在99％以上的氧气进行吹炼，反应
激烈，脱碳、升温速度很快，冶炼周期很短，一般只需要半小时左 右，如宝钢300吨转炉平均冶炼周期为36分钟/炉，而平炉则要5一6 小时 (吹氧)才能炼一炉钢。
2)原料适应性好 氧气顶吹转炉对原料适应性很强，不仅能吹炼高炉生铁，而且
能吹炼中磷(P:0.50％一1.50％)、高磷(P＞1.50％)生铁，还能吹炼 含钒、钛等特殊成分的生铁。
3)冶炼的钢质量好、品种多 氧气顶吹转炉能冶炼平炉熔炼的全部钢种和电炉熔炼的部分钢 种。从钢中含碳量来看，氧气顶吹转炉可以冶炼微碳(C＜0.015％) 、低碳、中碳、直到含碳达1.30一1. 50％ 的高碳钢种；以钢中含 合金元素来看，从含微量元素的工业纯铁，低合金钢、中合金钢、 直到镍铬含量高达30％的超低碳不锈钢等，都能冶炼。 氧气顶吹转炉钢的质量与平炉钢基本相同或略优，如氧气顶吹
氧气顶吹转炉炼钢法的发展
19世纪中叶，从空气中大量分离氧气技术的成功，能为工业生 产提供大量的廉价的氧气，使得贝塞麦使用纯氧炼钢的设想成为可 能，从此产生了各种氧气炼钢法。氧气顶吹转炉炼钢法产生于19世 纪40年代末期，由瑞土人罗伯特·杜勒试验成功，采用从转炉炉口 伸入炉内的水冷氧气喷枪，在熔池上方供氧进行吹炼，经过不断改 进形成了氧气顶吹转炉的雏形。因为当时奥地利缺乏废钢和燃料， 不适合发展平炉和电炉炼钢法，而铁矿含磷量低，发热量少，不适 合发展底吹转炉炼钢法，因此氧气顶吹转炉炼钢法在奥地利最先得 到发展。奥地利钢铁公司根据罗伯持·杜勒的设计在2t、10t、15t转 炉上进行氧气顶吹试验，取得了丰富的经验。于1952年在林茨城， 1953年在多纳维茨城先后建成了30t氧气顶吹转炉炼钢车间并投入 生产，所以氧气顶吹转炉炼钢法又称为LD法(取这两个城市名称的 第一个字母L、D做为代称)。