煉鋼技術

1.煉鋼安全生產的主要特點

鐵水中含有C、S、P等雜質，影響鐵的強度和脆性等，需要對鐵水進行再冶煉，以去除上述雜質，并加入Si、Mn等，調整其成分。對鐵水進行重新冶煉以調整其成分的過程叫作煉鋼。

煉鋼的主要原料是含炭較高的鐵水或生鐵以及廢鋼鐵。為了去除鐵水中的雜質，還需要向鐵水中加入氧化劑、脫氧劑和造渣材料，以及鐵合金等材料，以調整鋼的成分。含炭較高的鐵水或生鐵加入煉鋼爐以后，經過供氧吹煉、加礦石、脫炭等工序，將鐵水中的雜質氧化除去，最后加入合金，進行合金化，便得到鋼水。煉鋼爐有平爐、轉爐和電爐3種，平爐煉鋼法因能耗高、作業(yè)環(huán)境差已逐步淘汰。轉爐和平爐煉鋼是先將鐵水裝入混鐵爐預熱，將廢鋼加入轉爐或平爐內，然后將混鐵爐內的高溫鐵水用混鐵車兌入轉爐或平爐，進行融化與提溫，當溫度合適后，進入氧化期。電爐煉鋼是在電爐爐鋼內全部加入冷廢鋼，經過長時間的熔化與提溫，再進入氧化期。

(1)融化過程。鐵水及廢鋼中含有C、Mn、Si、P、S等雜質，在低溫融化過程中，C、Si、P、S被氧化，即使單質態(tài)的雜質變?yōu)榛蠎B(tài)的雜質，以利于后期進一步去除雜質。氧來源于爐料中的鐵銹(成分為Fe2O3·2H2O)、氧化鐵皮、加入的鐵礦石以及空氣中的氧和吹氧。各種雜質的氧化過程是在爐渣與鋼液的界面之間進行的。

(2)氧化過程。氧化過程是在高溫下進行的脫炭、去磷、去氣、去雜質反應。

(3)脫氧、脫硫與出鋼。氧化末期，鋼中含有大量過剩的氧，通過向鋼液中加入塊狀或粉狀鐵合金或多元素合金來去除鋼液中過剩的氧，產生的有害氣體CO隨爐氣排出，產生的爐渣可進一步脫硫，即在最后的出鋼過程中，渣、鋼強烈混合沖洗，增加脫硫反應。

(4)爐外精煉。從煉鋼爐中冶煉出來的鋼水含有少量的氣體及雜質，一般是將鋼水注入精煉包中，進行吹氬、脫氣、鋼包精煉等工序，得到較純凈的鋼質。

(5)澆鑄。從煉鋼爐或精煉爐中出來的純凈的鋼水，當其溫度合適、化學成分調整合適以后，即可出鋼。鋼水經過鋼水包脫入鋼錠模或連續(xù)鑄鋼機內，即得到鋼錠或連鑄坯。

澆注分為模鑄和連鑄兩種方式。模鑄又分為上鑄法和下鑄法兩種。上鑄法是將鋼水從鋼水包通過鑄模的上口直接注入模內形成鋼錠。下注法是將鋼水包中的鋼水澆人中注管、流鋼磚，鋼水從鋼錠模的下口進人模內。鋼水在模內凝固即得到鋼錠。鋼錠經過脫保溫帽送入軋鋼廠的均熱爐內加熱，然后將鋼錠模等運回煉鋼廠進行整模工作。

連鑄是將鋼水從鋼水包澆入中間包，然后再澆入潔凈器中。鋼液通過激冷后由拉坯機按一定速度拉出結晶器，經過二次冷卻及強迫冷卻，待全部冷卻后，切割成一定尺寸的連鑄坯，最后送往軋鋼車間。

2.煉鋼生產的主要安全技術

(1)彎頭或變徑管燃爆事故的預防。氧槍上部的氧管彎道或變徑管由于流速大，局部阻力損失大，如管內有渣或脫脂不干凈時，容易誘發(fā)高純、高壓、高速氧氣燃爆。應通過改善設計、防止急彎、減慢流速、定期吹管、清掃過濾器、完善脫脂等手段來避免事故的發(fā)生。

(2)回火燃爆事故的防治。低壓用氧導致氧管負壓、氧槍噴孔堵塞，都易由高溫熔池產生的燃氣倒罐回火，發(fā)生燃爆事故。因此，應嚴密監(jiān)視氧壓。多個爐子用氧時，不要搶著用氧，以免造成管道回火。

(3)汽阻爆炸事故的預防。因操作失誤造成氧槍回水不通，氧槍積水在熔池高溫中汽化，阻止高壓水進入。當氧槍內的蒸氣壓力高于槍壁強度極限時變發(fā)生爆炸。

3、廢鋼與拆爐爆破安全技術

(1)爆破可能出現的危害:爆炸地震波;爆炸沖擊波;碎片和飛塊的危害;噪聲。

(2)安全對策:一是重型廢鋼爆破。廢鋼必須在地下爆破坑內進行，爆破坑強度要大，并有泄壓孔，泄壓孔周圍要設立柱擋墻;二是拆爐爆破，限制裝藥量，控制爆破能量;三是采取必要的防治措施。

4、鋼、鐵、渣灼傷防護技術

鐵、鋼、渣液的溫度很高，熱輻射很強，又易于噴濺，加上設備及環(huán)境的溫度很高，極易發(fā)生灼傷事故。

(1)灼傷及其發(fā)生的原因:設備遺漏，如煉鋼爐、鋼水罐、鐵水罐、混鐵爐等滿溢;鐵、鋼、渣液遇水發(fā)生的物理化學爆炸及二次爆炸;過熱蒸汽管線穿漏或裸露;改變平爐爐膛的火焰和廢氣方向時噴出熱氣或火焰;違反操作規(guī)程。

(2)安全對策:定期檢查、檢修煉鋼爐、鋼水罐、鐵水罐、混鐵爐等設備;改善安全技術規(guī)程，并嚴格執(zhí)行;搞好個人防護;容易漏氣的法蘭、閥門要定期更換。

5、煉鋼廠起重運輸作業(yè)安全技術

煉鋼過程中所需要的原材料、半成品、成品都需要起重設備和機車進行運輸，運輸過程中有很多危險因素。

(1)存在的危險:起吊物墜落傷人;起吊物相互碰撞;鐵水和鋼水傾翻傷人;車輛撞人。

(2)安全對策:廠房設計時考慮足夠的空間;革新設備，加強維護;提高工人的操作水平;嚴格遵守安全生產規(guī)程。

6、煉鋼生產事故預防措施和技術

(1)煉鋼廠房的安全要求。應考慮煉鋼廠房的結構能夠承受高溫輻射;具有足夠的強度和剛度，能承受鋼水包、鐵水包、鋼錠和鋼坯等載荷和碰撞而不會變形;有寬敞的作業(yè)環(huán)境，通風采光良好，有利于散熱和排放煙氣，要充分考慮人員作業(yè)時的安全要求。

(2)防爆安全措施。鋼水、鐵水、鋼渣以及煉鋼爐爐底的熔渣都是高溫熔融物，與水接觸就會發(fā)生爆炸。當1 kg水完全變成蒸汽后，其體積要增大約1500倍，破壞力極大。煉鋼廠因為熔融物遇水爆炸的情況主要有:轉爐、平爐氧槍，轉爐的煙罩，連鑄機的結晶器的高、中壓冷卻水大漏，穿透熔融物而爆炸;煉鋼爐、精煉爐、連鑄結晶器的水冷件因為回水堵塞，造成繼續(xù)受熱而引起爆炸;煉鋼爐、鋼水罐、鐵水罐、中間罐、渣罐漏鋼、漏渣及傾翻時發(fā)生爆炸;往潮濕的鋼水罐、鐵水罐、中間罐、渣罐中盛裝鋼水、鐵水、液渣時發(fā)生爆炸;向有潮濕廢物及積水的罐坑、渣坑中放熱罐、放渣、翻渣時引起的爆炸;向煉鋼爐內加入潮濕料時引起的爆炸;鑄鋼系統(tǒng)漏鋼與潮濕地面接觸發(fā)生爆炸。防止熔融物遇水爆炸的主要措施是，對冷卻水系統(tǒng)要保證安全供水，水質要凈化，不得泄漏;物料、容器、作業(yè)場所必須干燥。

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(tài)等裝置。如真空循環(huán)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。

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)。

惰性氣體處理:向鋼液中吹入惰性氣體Ar，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。

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(guī)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。

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(huán)節(jié)，但重點是合金化時對合金元素成分的控制。對優(yōu)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。

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。

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。

出鋼:鋼液的溫度和成分達到所煉鋼種的規(guī)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也叫脫氧合金化。

加料:向電爐或轉爐內加入鐵水或廢鋼等原材料的操作，是煉鋼操作的第一步。

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，能夠向金屬液面中傳遞足夠的氧，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。

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。

減少鋼液中含磷量的化學反應。磷是鋼中有害雜質之一。含磷較多的鋼,在室溫或更低的溫度下使用時,容易脆裂，稱為"冷脆"。鋼中含碳越高，磷引起的脆性越嚴重。一般普通鋼中規(guī)定含磷量不超過 0.045%，優(yōu)質鋼要求含磷更少。生鐵中的磷，主要來自鐵礦石中的磷酸鹽。氧化磷和氧化鐵的熱力學穩(wěn)定性相近。在高爐的還原條件下，爐料中的磷幾乎全部被還原并溶入鐵水。如選礦不能除去磷的化合物，脫磷就只能在(高)爐外或堿性煉鋼爐中進行。

鐵中脫磷問題的認識和解決，在鋼鐵生產發(fā)展史上具有特殊的重要意義。鋼的大規(guī)模工業(yè)生產開始于1856年貝塞麥(H.Bessemer)發(fā)明的酸性轉爐煉鋼法。但酸性轉爐煉鋼不能脫磷;而含磷低的鐵礦石又很少，嚴重地阻礙了鋼生產的發(fā)展。1879年托馬斯(S.Thomas)發(fā)明了能處理高磷鐵水的堿性轉爐煉鋼法，堿性爐渣的脫磷原理接著被推廣到平爐煉鋼中去，使大量含磷鐵礦石得以用于生產鋼鐵，對現代鋼鐵工業(yè)的發(fā)展作出了重大的貢獻。

堿性渣的脫磷作用 脫磷反應是在爐渣與含磷鐵水的界面上進行的。鋼液中的磷 【P】和氧 【O】結合成氣態(tài)P2O5的反應

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。

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。

氧化期和脫碳期: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(fā)展，電弧爐的氧化精煉大多移到鋼包或精煉爐中進行。

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。

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。高功率和超功率電弧爐煉鋼操作已取消還原期。

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。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。

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(huán)節(jié)。鋼液在靜止狀態(tài)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(tài)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(guī)律遞增，并與攪拌強度、類型和夾雜物的特性、濃度有關。

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(tài)的功能。

名稱 : 煉鋼

漢語拼音:liàn'gāng

英文:steel making; steel smelting 制造鋼的過程或業(yè)務以及煉鋼設備