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    從高爐煉出來(lái)的生鐵,由于其中含有較多的碳和相當(dāng)多的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì),因此性質(zhì)松脆而不堅(jiān)固,不容容易進(jìn)行機(jī)械加工.所以,絕大部分的生鐵,都用來(lái)煉鋼.要把生鐵煉成鋼,就要設(shè)法降低生鐵中的含碳量,同時(shí)要把硫、磷等有害雜質(zhì)盡量除去。

    煉鋼的原理  把生鐵煉成鋼也是一個(gè)氧化一還原過(guò)程.主要是把熔融的生鐵進(jìn)行氧化,使其中所含的大部分雜質(zhì)變成氣體和爐渣而除去。

    煉鋼一般分成兩個(gè)階段,即:氧化生鐵中的雜質(zhì)和使煉成的鋼脫氧.現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹如下。

    1.氧化生鐵中的雜質(zhì)液態(tài)生鐵中鐵的含量大大超過(guò)其他雜質(zhì),當(dāng)加入氧化劑(氧氣或鐵的氧化物)后,鐵就被氧化,使部分的鐵轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瘉嗚F并放出熱量 ；

2Fe+O2=高溫=2FeO+熱

    生成的氧化亞鐵會(huì)使生鐵中的雜質(zhì)硅、錳、碳依次氧化：

Si+2FeO=高溫=SiO2+2Fe+熱

Mn+Feo=高溫=MnO+Fe+熱

C+ Feo=高溫= CO+Fe一熱

其中有放熱反應(yīng),也有吸熱反應(yīng).但總總的來(lái)講,放熱大于吸熱,因此煉鋼爐內(nèi)的溫度度仍能提高.

    如果生鐵里含硫和磷的量較多,還必須在熔煉過(guò)程里加入大量的生石灰.生鐵鐵里含的磷,當(dāng)被氧化亞鐵氧化時(shí),生成

五氧化二磷,五氧化二磷又眼氧化亞鐵反應(yīng)生成磷酸亞鐵,磷酸亞鐵遇生石灰反應(yīng)生成磷酸鈣,成為爐渣而除去:

‍2P+5FeO=高溫=P2O5+5FE

P2O5+3FeO=高溫=Fe3(PO4)2

3CaO+Fe3(PO4)2=高溫=Ca3(PO4)2+3FeO‍

    硫在液態(tài)合金里,以硫化亞鐵形式存在,遇到生石灰就起反應(yīng)生成硫化鈣,成為爐渣而排出:

‍FeS+CaO=高溫=CaS+FeO‍

    2.使煉成的鋼脫氧氧所有氧化反應(yīng)都進(jìn)行完畢后,先把生成的爐渣排出.但氧化后的液態(tài)合金里還含有少量剩余的氧化亞鐵,雖然含量不多,但會(huì)大大影響鋼的質(zhì)量.因?yàn)樗环矫婺苁逛摪l(fā)生熱脆性,另一方畫能眼鋼里的碳結(jié)合生成一氧化碳,使鋼里發(fā)生氣泡,降低鋼的堅(jiān)固性.因此,必須把這少量的氧化亞鐵除去.一般在鋼將要熔煉完畢的時(shí)候,加些還原劑(叫做脫氧劑),如錳鐵、硅鐵或金屬鋁等,它們跟氧化亞鐵反應(yīng),使鋼脫氧:

‍FeO+Mn(錳鐵)=高溫=Fe+Mno

2FeO+Si(硅鐵)=高溫=2FE+Sio.

3FeO+2AI=高溫=3Fe+A1203‍

    硅、錳等在各種鋼里的含量必需符合各種不同的標(biāo)準(zhǔn)所以,加入錳鐵、硅鐵等脫氧劑劑,還可以調(diào)整鋼里碓、錳等的

含量。

    這里第一和第二兩個(gè)反應(yīng),看來(lái)好象與氧化生鐵里的雜如時(shí)的反應(yīng)相同,但其目的顯然是不同的.這里的反應(yīng)是使成了族成的鋼脫氧,提高鋼的質(zhì)量,而氧化生鐵里的雜質(zhì)時(shí)的反則是除除去生鐵里的雜質(zhì)而使生鐵變成鋼。

    煉鋼的方法  煉鋼的方法,一般可分成轉(zhuǎn)爐煉鋼、平爐煉鋼和電爐煉鋼三種,現(xiàn)簡(jiǎn)單介紹如下.

   1.轉(zhuǎn)爐煉鋼法這種煉鋼法使用的氧化劑是空氣里的氧氣.把空氣鼓入熔融的生鐵里,使雜質(zhì)硅、錳等氧化.在氧化過(guò)程里所放出的大量熱量(含1%的硅可使生鐵的溫度升高2000),可使?fàn)t內(nèi)達(dá)到足夠高的溫度.所以用轉(zhuǎn)爐煉鋼不需另外使用燃料。

   轉(zhuǎn)爐煉鋼是在轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行的.轉(zhuǎn)爐的外形象個(gè)梨(圖5·5),內(nèi)壁襯有耐火磚,爐側(cè)有許多小孔(風(fēng)口),壓縮空氣從轉(zhuǎn)爐.開(kāi)始冶煉時(shí),先把轉(zhuǎn)爐傾斜至水平位置,從入口處注入溫度約1300°C的液態(tài)生鐵,并加入一定量的生石灰,然后鼓入空氣并轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)爐使它直立起來(lái).這時(shí),液態(tài)生鐵表面劇烈地反應(yīng),使鐵、硅、錳氧化,并生成爐渣,鋼液呈沸騰狀,爐口出現(xiàn)小火花,但火焰短而不明亮.由(a)縱剖面;截面于熔化的鋼鐵和爐渣的對(duì)流作用,使反圖5-5側(cè)吹轉(zhuǎn)爐示意圖應(yīng)遍及整個(gè)爐內(nèi),幾分鐘后,當(dāng)鋼液中只剩下少量的硅與錳時(shí),碳便開(kāi)始氧化,生成一氧化碳碳,使鋼液劇烈沸騰,爐口由于逸出的一氧化碳的燃燒而出現(xiàn)巨大的火焰,最后,磷也發(fā)生氧化并進(jìn)一步生成了磷酸亞鐵,磷酸亞鐵再眼生石灰反應(yīng)生成穩(wěn)定的磷酸鈣成為爐渣.

    當(dāng)碳與磷逐漸減少,火焰退落,爐口出現(xiàn)了四氧化三鐵的褐色蒸氣時(shí),表明鋼已煉成.這時(shí)應(yīng)立即停正鼓風(fēng),并把轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)到水平位置,把鋼水傾至鋼水包里,再加脫氧劑進(jìn)行脫氧整個(gè)冷煉過(guò)程只需.15分鐘左右。

    如果空氣是從爐底吹入,那就是底吹轉(zhuǎn)爐隨著制氧技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)普遍采用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐

    隨著制氧技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)普遍采用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，(也有側(cè)吹轉(zhuǎn)爐).這種轉(zhuǎn)爐吹入的是高壓工業(yè)純氧,反應(yīng)更

為劇烈,能進(jìn)一步提高生產(chǎn)率和鋼的質(zhì)量.

    2.平爐煉鋼法平爐煉鋼法也叫馬丁法平爐煉鋼使用的氧化劑是通入的空氣和爐料里的氧化物(廢鋼,廢鐵,鐵礦石).反應(yīng)所需的熱量是由由燃燒氣體燃料(高爐煤氣。發(fā)生爐煤氣)或液體燃料(重油)所供給。

    平爐(圖5·6)的爐膛是一個(gè)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(jī)就從這里把爐料裝到平爐里去.熔煉時(shí)裝料料口口用耐火磚造成的門關(guān)起來(lái).平爐的后墻上有二個(gè)開(kāi)口,下面的是出鋼鋼口,上面的是出渣口.爐膛的二端都筑有爐頭,爐頭各有二個(gè)孔道,供導(dǎo)入燃料與熱空氣,或從爐里導(dǎo)出爐氣之用。

    平爐煉鋼所用的原料有廢鋼、廢鐵、鐵礦石、生鐵和熔劑(石灰石或生石灰).開(kāi)始冶煉時(shí),燃料遇到導(dǎo)入的熱空氣就在爐料面上燃燒,溫度高達(dá)1800C.熱量直接由火焰?zhèn)鹘o爐料,使?fàn)t米料迅速熔化(因?yàn)榧冭F的熔點(diǎn)是1535℃而鋼的熔點(diǎn)略低).同時(shí)有一部分熔化了的生鐵在熱空氣和廢鋼或鐵礦石里的氧的作用下,被氧化成氧化亞鐵,生鐵里的雜質(zhì)硅、錳被氧化亞鐵氧化,生成了爐渣.由于爐里放有過(guò)量的生石灰,磷與硫等雜質(zhì)就生成磷酸鈣和硫化鈣成為爐渣.其次碳也進(jìn)行氧化，生成一氧化碳從熔化的金屬里冒出，好像金屬在沸騰一樣。    反應(yīng)快要進(jìn)行完畢的時(shí)候,加入脫氧劑并定時(shí)把爐渣扒出.在冷煉將完成時(shí),要要根據(jù)爐前分析(用快速分析法,只需幾分鐘可完成)來(lái)檢驗(yàn)鋼的成分是否合乎要求.煉得的鋼從出鋼口流入鋼水包里,再?gòu)匿撍⑷肽Ｗ永镨T成制品或鋼淀。

   為了提高爐溫,氣體燃料或空氣要在蓄熱室里進(jìn)行預(yù)熱。

   蓄熱室是用耐火磚砌成空格的室(圖5-6a),每座平爐有二對(duì)蓄熱室,在每一對(duì)蓄熱室里,一個(gè)室加熱氣體燃料,另一室加熱空氣.操作時(shí)氣體燃料沿著管子經(jīng)過(guò)蓄熱室Ⅲ,空氣沿著另一管子經(jīng)過(guò)蓄熱室IV在爐膛口上方會(huì)合,發(fā)生燃燒,燃燒后的廢氣掠過(guò)爐膛,從另另一方排出,把蓄熱室和Ⅱ加熱.經(jīng)過(guò)30~40分鐘后轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)管里的變向裝置,改變氣體方向這時(shí)氣體燃料和空氣便通過(guò)蓄熱室工和Ⅱ受熱,在爐膛上方燃燒,再經(jīng)過(guò)蓄熱室mⅢ,I,使這二室加熱.如此交替地改變流方向,就可充分利用熱量,使?fàn)t膛達(dá)到1000~1300°C的高溫。

    在平爐里不但可以加入液態(tài)的生鐵,而且可以加入固態(tài)的生鐵以及鋼鐵加工工業(yè)上的廢鋼、鐵礦石等,同時(shí)爐料的成分沒(méi)有嚴(yán)格的限制,可以全部用生鐵,也可以全部用廢鋼平爐容積大,鋼的損耗少,可以治煉出各種不同成分的碳鋼與合金鋼,鋼的質(zhì)量也高,缺點(diǎn)是建筑費(fèi)用較高,熱能的利用率較低.在平爐里如果用含氧30%的富氧空氣鼓風(fēng),同時(shí)在熔化的金屬里吹入氧氣,可使生產(chǎn)率提高70%,冾煉的時(shí)間縮短2~4小時(shí),并可節(jié)約燃料,富氧空氣也不需經(jīng)過(guò)預(yù)熱.

   3.電爐煉鋼法鋼還可以在以電能為熱源的電爐里治煉,使用電爐煉鋼能煉出優(yōu)質(zhì)的合金鋼。

    電爐的種類很多,應(yīng)用最廣泛的是電弧爐(圖5·7).電弧爐的外形呈圓柱形形,小型電爐的直徑約2,5公尺,容量3,5噸;大型電爐的直徑可達(dá)6公尺,容量達(dá)80噸,電爐的爐壁和爐底都用耐火磚襯里,爐上有一球面拱形的爐頂.靠近爐底二旁有裝料口口和出鋼口,裝料門下有一個(gè)出渣槽.電極電爐的電極用石墨制成,裝在爐頂上用青銅箍夾住,爐里的熱量完全來(lái)自電極和爐料之間生成的電弧,以及電裝料口流通過(guò)爐料所產(chǎn)生的熱,電出槽極可以不斷地上下移動(dòng)動(dòng),用來(lái)調(diào)節(jié)溫度和補(bǔ)充電極下端的消耗,電爐煉鋼一般用冷的廢鋼,也可以用熱的鋼液傾動(dòng)機(jī)構(gòu)作原料.冷煉時(shí)把爐關(guān)閉,爐里溫度高達(dá)200C,鋼液圖57電弧爐剖面圖能發(fā)生沸胯.整個(gè)煉鋼過(guò)程約需3小時(shí)。

    電爐便于管理,冾煉時(shí)間較短,可以治煉出各種不同成分

的合金鋼,包括含有各種難熔金屬如鎢和鉬的合金鋼.合金

元素在電爐里的損失量比在平爐和轉(zhuǎn)爐里都少.但用電比用

其他燃料的成本卻要席些

   現(xiàn)將三種煉鋼法列表比較。