钢的冶炼gang de yelian

炼钢的基本任务是根据所需钢种的要求，把生铁中碳及其他元素的含量增加或减少到规定的范围内。炼钢的主要过程是把炉料在高温下熔化成液体，用氧氧化铁水中的碳、锰、硅、磷、硫等元素。因此，炼钢的反应特征是氧化。现代炼钢主要有平炉、电炉和氧气顶吹转炉炼钢3种方法。
平炉结构见图1。平炉炼钢的热源主要是煤气 (或

图1 平炉结构简图
1 熔炼室 2 炉头 3 空气蓄热室 4 煤气蓄热室

同时在炉头处用油枪喷入重油) 。生产时，煤气和空气分别进入炉子一侧的蓄热室，被预热至1 200℃左右，在炉头相汇产生高温火焰。由于气体高速流动和倾斜喷出，可使火焰扩张至熔炼室。熔炼产生的废气经另一侧的蓄热室并把蓄热室加热后导出。当一侧的蓄热室被加热时，另一侧的蓄热室的热量被煤气和空气带走两室，交替使用，进行预热。
除炉气中的氧之外，燃料燃烧时产生的H₂O,CO₂等在高温的条件下也是有效的氧化剂。在熔炼室中O₂,H₂O,CO₂首先与熔池表面的FeO作用，生成的Fe₂O₃浓度增加后向下扩散，在渣和金属的界面上与Fe作用，重新还原为FeO。FeO又与金属中的C,Si,Mn,P等元素反应，生成的CO上浮使熔池沸腾，随炉气排出，生成的SiO₂,MnO,P₂O₅等进入炉渣。整个反应过程为

平炉炼钢的主要操作过程：
❶补炉 在冶炼中炉底会受侵蚀而损坏，装料前需将被损坏的地方加以修补；
❷ 装料 平炉所用原料的是废钢和铁水。此外还需装入造渣用的石灰石和萤石、氧化剂（铁矿）和脱氧剂（铁合金）;
❸熔化 从装入冷料到兑入钢水全部熔清称为熔化期。为了加快熔化，这时要以最大的速度加入燃料；
❹精炼 经一系列氧化反应，使C,S,P,Mn,Si等的含量不断下降，使不需要的元素变为炉渣。精炼过程需不断分析，直到各元素含量合格方可出钢；
❺ 出钢和脱氧 根据钢种的要求，把脱氧用的铁合金放入炉中或盛钢桶中进行脱氧。脱氧的原理是由于加入的合金 （如硅铁） 或金属 （铝锭） 与氧的亲合力大于铁与氧的亲合力。平炉炼钢的主要特点是可搭用较多的废钢，原料适应性强，但冶炼时间长。我国目前主要采用平炉炼钢。
电炉又称电弧炉，其结构见图2。电炉的炉墙用镁砂加焦油捣打，或用镁砖砌成，炉顶用高铝砖制作。有3根石墨电极插入，通电后电极与炉料直接起弧发热，电弧可达3000℃高温。整个炉体能前后倾动，以便出渣、出钢。炉盖移开便可加料。电炉炼钢操作步骤分为：
❶补炉
❷装料 电炉的炉料为各种废钢、生铁、铁合金和铁矿石；
❸熔化 通电并把电极下降至一定位置，使其接近炉料，产生电弧把料熔化；
❹氧化 利用加入炉内的铁矿石、氧气，脱除钢中的有害杂质S,P，同时也使部分C,Si,Mn被氧化，反应生成的2FeO·SiO₂,MnO·SiO₂,4CaO·P₂O₅及CaS等不溶于钢水而进入渣中；
❺还原 即进行钢液脱氧、脱硫，将其他化学成分调整到规定的含量范围。这一阶段需在不同时期先后加入石灰石、萤石、焦炭和硅铁粉等，以进行还原反应。当化学成分达到要求，温度适宜 (1440～1480℃) 时便可出钢了。该法的优点是电弧的温度高，可以炼制难熔元素的合金钢，如不锈钢、硅钢、滚珠轴承钢等； 因热源是电，避免了燃料对钢的污染，但成本高。

图2 电弧炉结构简图
1 电极 2熔池 3 出钢槽 4炉门 5炉顶

图3 氧气顶吹转炉结构示意图
1 排烟罩 2炉体 3喷枪

氧气顶吹转炉的结构见图3，它是一个用厚钢板制成的容器，炉内衬有耐火材料，用轴把它支持在转动架上，使之可以转动。炼钢时，先把转炉倾斜装入石灰、萤石等熔剂。然后兑入钢水，最后插入氧气水冷喷枪进行吹炼。吹入的氧气纯度为 98%～99%，因此吹炼时间短，生产能力大，且设备简单，成本低，但金属吹损较大。