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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
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％.。
脱氧合金化: 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)。
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)。
拉碳测温取样: 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。
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。
吹炼过程的操作步骤: 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 装料 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 加料造渣 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。
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。 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。
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的平炉车间低 30％一40％。而且生产规模越大，基建投资就越省，同时车间建设 速度比平炉车间快得多。 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。
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。
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
铸坯（锭） 废钢 电弧炉 铸坯（锭） 初炼钢水 炉外精炼 精炼钢 水 连铸机（模铸）
初炼钢水
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。
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 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。
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： 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。