钢铁冶炼基础

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目  录

第一章  概述…………………………………………………………………………1
1.1  炼钢的任务……………………………………………………………………1
1.1.1  去除杂质……………………………………………………………………1
1.1.2  调整钢的成分………………………………………………………………5
1.1.3  浇注成内外部质量好的钢锭和钢坯………………………………………7
1.2  炼钢用原材料…………………………………………………………………8
1.2.1  金属料………………………………………………………………………8
1.2.2  造渣材料……………………………………………………………………10
1.2.3  氧化剂………………………………………………………………………12
1.2.4  冷却剂………………………………………………………………………13
1.3  炼钢用耐火材料………………………………………………………………13
1.3.1  耐火材料的种类和性质……………………………………………………13
1.3.2  硅酸铝系耐火材料…………………………………………………………15
1.3.3  碱性耐火材料………………………………………………………………18
1.3.4  耐火材料损毁的原因及防止措施………………………………………21
1.4  不锈钢基础……………………………………………………………………23
1.4.1  不锈钢的分类及用途………………………………………………………23
1.4.2  钢的腐蚀与钝化……………………………………………………………24
1.4.3  不锈钢的组织……………………………………………………………25
1.4.4  合金元素的作用……………………………………………………………26
第二章  钢铁冶炼发展史…………………………………………………………29
2.1  炼钢的发展过程………………………………………………………………29
2.2  我国钢铁冶金的发展…………………………………………………………30
2.3  不锈钢的发展简史……………………………………………………………31
2.4钢铁工业生产的主要技术经济指标……………………………………33
2.5  国外钢铁工业发展的状况与趋势……………………………………………34
2.5.1  氧气炼钢…………………………………………………………………34
2.5.2  连续铸钢…………………………………………………………………35
2.5.3  二次精炼…………………………………………………………………35
2.5.4  电炉炼钢…………………………………………………………………36
2.5.5  模铸…………………………………………………………………………36
2.5.6  和炼钢关联的其他重大新技术……………………………………………36
2.5.7  合金钢………………………………………………………………………37
2.5.8  耐火材料…………………………………………………………………37
第三章  一钢不锈钢炼钢工程的设计原则………………………………………40
3.1  设计原则………………………………………………………………………40
3.2  主要设计内容…………………………………………………………………40
3.3  全厂生产规模、产品大纲及金属平衡………………………………………41
3.3.1  生产规模……………………………………………………………………41
3.3.2  产品大纲…………………………………………………………………41
3.3.2.1  不锈钢……………………………………………………………………41
3.3.2.2  碳钢………………………………………………………………………41
3.4  主要原、副材料供应…………………………………………………………42

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第一章 概述

1.1 炼钢的基本任务
1.1.1  去除杂质
一般是指去除钢中硫、磷、氧、氢、氮和夹杂物。
1 钢中硫  钢中含[S]≥O.08%时，在不加[Mn]的情况下凝固时，在晶畀产生
低熔点的共晶化合物FeO-FeS（熔点为940℃），高浓度的[O]加速了它的形成，其熔点远低于轧、锻温度（1150℃左右），因此热加工时在钢坯内液体处开裂，称之为热脆。在冶炼一般钢种时要求[Mn]>0.4～08%。[Mn]可在钢凝固温度的范围内生成MnS和少量的FeS，纯MnS的熔点是1610℃，FeS-MnS共晶（FeS占935%）的熔点是1164℃，它们能有效的防止钢在轧制时开裂。但过高的硫会产生较多的MnS夹杂物，轧锻后的硫化物夹杂被拉长，降低钢的强度，使钢的磨损增大，明显的降低钢的横向机械性能，降低钢的深冲压性能。为此应将钢中硫降到很低的水平，  井加入[Mn]0.4～0.8%，提高钢的质量。
硫对钢的性能影响不仅和[S]、[Mn]含量有关而且也和轧制锻造的程度有关。例如：0.5%[C]、0.7%[Mn]钢中，锻压比增大时，扩大了硫的影响，[S]越高纵横方向的断面收缩率相差就越大。
钢中[S]增加时，硫化物夹杂的数量就增加，可近似地估量硫化物质量%=[S]×2．72[S]%。55、32为锰、硫的摩尔质量。如[S]=0.04%，最大的硫化物夹杂量为0.04×2.72%=0.109%。钢中硫含量增高时会影响硫化物夹杂的评级。
硫化物评级和硫含量的关系可写成下式：
    硫化物评级数=100[S]±0.3[级]
钢中的[S]对钢的强度性能影响不大，铸钢中[S]在0.01～0．05%范围内，硫化物夹杂直径为（2～4）×10-6m（2～4μ）。
钢中的[Mn]/[S]比对钢的热塑性影响很大，从低碳钢高温下的拉伸实验结果可以看出，提高[Mn]/[S]比可提高钢的热延展性。
在炼合金钢时钢中硫化物组成随钢中组成而变化。钢中元素和[S]化合成硫化物的能力依下列次序减弱，Ce-La-Ca-Zr-Ti-Mn-No-V-Cr—Mo—W。在Fe—M—S系950℃时，试样中硫化物含金属元素浓度高于溶解浓度时表明化合物稳定，合金元素含量越高生成的硫化物就越稳定。
因为钢中含有0.005～0．04%的[S]，固体钢中含有一定量的硫化物，它随[S]的增高而增加，为了提高钢质应在炉中尽量降低[S]浓度，氧化渣可脱硫但脱硫量最多为40%，一般为20%左右，还原渣脱硫能力强，一般可脱除原含量的70～90%。疑固过程中残留的[S]和[Mn]等元素化合，但钢中元素的脱硫能力一般都不如脱氧能力强，它化合成硫化物时的温度比生成氧化物的温度低，钢液在凝固偏析过程中硫化物易寄生在现成的相界面上。钢中钛、钙、铈和硫的结合能力很强，能在较高的温度形成硫化物。
一般[Mn]/[S]≥7时不产生热脆，在实际钢中锰硫含量比[Mn]/[S]= 8～16，可保证上述条件。
易切钢常以[S]作为产生硫化物的介质，在切削过程中含硫化物的钢形成的车屑易断，常作为易加工的螺钉、螺帽、纺织机零件、计算机零件、耐高压零件等的材料。
2 钢中磷  磷是钢中有害元素之一。通常，磷使钢的韧性降低，磷可略微增加钢的强度。钢中碳含量增加时降低冲击值就越大。[P]的突出危害是产生冷脆， [P]越高，冲击性能降低就越大。磷是降低钢液表面张力的元素，易析集在结晶边界处，随着其含景的增加表面张力降低很多，从而降低了锅的抗热裂纹性能。
除钙以外，很多元素很难在冶炼温度下产生磷化物。但从目前发表的资料看，在1000℃时铁中的元素影响CP)在α铁中的溶解度，由强到弱的次序是Zr--Ti--Nb--Mo—V—W--Cr--A1--Si—Mn--Ni--Co。除Zr、Ti、Nb外，各元素的脱磷能力都不太强，在一般钢中[P]≤0.04%时很难在钢中形成磷化物。
为减少[P]的危害，提高钢质，必须尽量降低磷含量。可采用炉内氧化法脱磷或炉外喷粉还原法脱磷。为取得良好的效果，应先用铁水预处理脱硫、磷，再进行冶炼。钢中[C]有促进磷降低冲击韧性的作用，所以在冶炼高碳钢时应将磷控制得更低些。
3 钢中氧  钢中[O]是影响钢质的主要元素之一。因为氧和铁的亲和能力大，致使一些钢在脱氧后还有较多的氧。随操作工艺和钢种的不同，钢中总[O]的变化波动范围很大。
一般测定的钢中氧含量是全氧，包括氧化物中的和溶解的氧，在使用浓差法定氧时才测定钢液中溶解的氧（氧的活度），在钢锭坯、材中取样时是全氧样。在标准中一般不规定含量值。但有的标准对一些钢种有夹杂物要求，在轧锻的钢坯上（100mm左右）取样。取纵向断面进行金相评圾，放大100倍，检查分析夹杂物，除氧化物夹杂外，还检验球状，硫化物夹杂等，在长度放大100倍的情况下直径为80毫米的视场，可分辨出0.1～l微米的夹杂，级别是按夹杂物的总量、长度和分布情况评定的。。
低温下，钢中的氧基本上和元素反应全部生成夹杂物，钢中非金属夹杂物来源如下：
（1）脱氧脱硫产物，特别是一些颗粒小或密度大的夹杂物没有及时排除。
（2）随着温度降低，硫、氧、氮等杂质元素的溶解度相应下降，以非金属夹杂物形式在钢中沉淀。
（3）带人钢液中的炉渣和耐火材料。
（4）钢液被大气氧化所形成的氧化物。
前两类夹杂称为内生夹杂，后两类夹杂称为外来夹杂物。外来夹杂系偶然产生，通常颗粒大，呈多角形。成分复杂，氧化物分布也没有规律。内生夹杂物类型和组成取决于冶炼和脱氧方法，对一些合金钢而言，钢成分的变化对夹杂组成的影响十分明显，如铝、锰含量对形成氧化物、硫化物影响很大，Ti、Zr、Ce、Ca等元素存在时对夹杂物的影响十分突出。
钢中非金属夹杂物通常被认为是有害的，所以要通过各种措施使其含量尽可能降低，但不管炼钢技术如何发展、改进，总还是有些夹杂物。有些仍然影响钢的使用性能，由于工艺上的困难和经济上的问题，不能无限制地降低非金属夹杂物。首先应在尽可能的范围内了解夹杂物变化规律和钢性能的关系，从而控制钢中夹杂物的类型、含量、分布、形态，达到允许的程度，最终达到提高、改善钢质的目的。
（1）改变夹杂物类别。
1）连铸用铝脱氧的镇静钢，生成高熔点的Al2O3夹杂物易粘结在中间包的水口上，产生堵塞。使用Ca-Si脱氧时，产生液态脱氧产物，可避免水口结瘤。
2）钢中的Al2O3或铝酸盐、共晶夹杂对齿轮疲劳寿命有不良影响，加入适量的稀土元素时转变成RE-A1氧化物，可改善疲劳寿命。
3）硫在奥氏体晶界析出FeS时使钢在热加工时产生热脆，当钢中有足够的锰可使硫形成MnS时可避免热脆。
4）低碳钢中生成的A1N可使奥氏体高温延性显著降低，加Ti时可生成TiN消除A1N的影响．
5）热加工后的带状硫化物使横向冷弯和横向冲击性能显著降低，用钙处理后硫化物呈球形，提高了横向纵向性能。
（2）改变夹杂物颗粒尺寸和分布。
1）大而集中的夹杂物降低钢的强度，当轧锻后夹杂物小到一定尺寸，分布均匀时就能改善性能。
2）改变钢锭和钢坯的冷却速度，在同样的[O]、[S]含量下快冷时夹杂物的颗粒小，且分布均匀，对性能影响不大；反之偏析加大，夹杂物粗大，对性能有更大的危害．
从上述情况看，研究改变钢中夹杂物的数量、组成、尺寸分布、分布状态时提高钢质、改善钢的性能的主要方法之一。
4 钢中氮  钢中[N]能使强度略微增加。和碳一样它能稳定奥氏体，扩大奥氏体区，可用[N]代替Ni生产耐热钢。高质量的高铬钢中[N+C]含量在200ppm以下时，才能在常温下具有高的韧性，利于冷加工。因此降低钢中[N]是提高钢性能的主要途径之一。
在低碳钢中增大[N]含量会降低冲击值，产生老化现象。碳越低影响的值就越大。。[N]是表面活性物质，因比降低了钢液的表面张力，使[N]容易析集在晶界，降低了钢的抗热裂纹的性能。
降低钢中[N]的方法靠脱碳沸腾，吹Ar搅拌去气，真空下去气。由于氮的原子半径比较大，在铁液中扩散较慢，所以不如[H]的去除效果好，钢中残余的[N]可用Ti、Nb、V、Al结合生成氮化物，以消除影响，细小的氮化物有调整晶粒、改善钢质的作用。
5 钢中氢  氢是钢中隐存的杂质，含量很低，在大气下冶炼的钢种含量一般为2～7cm3/100g（0．000179～0．000626%）（每百万分之一为lppm），在真空下处理和冶炼的钢种含氢量一般<2cm3/100g。在钢的各类标准中一般不作数量上规定。钢中氢可使钢产生白点（发裂）、疏松和气泡，使钢变脆。因此冶炼易产生白点等缺陷的钢种时要特别注意原材料（尤其是石灰）的干燥清洁，冶炼时间要短，要求严格的钢种应充分发挥炉内脱碳的去气作用，炉外吹Ar或真空处理，  甚至采用真空熔炼的方法使钢中[H]降到很低的水平（<0.5cm3/100g）。
白点是钢的致命缺陷，标准中规定有白点的钢材不准交贷。在100mm的坯上取样打断口样，在纵断口上呈白色的亮点（Φ=l～10mm不等）称为白点，实际是交错的细小裂纹。它产生的主要原因是钢中[H]在小孔隙中析出的压力和钢相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强度，产生了白点。一般白点产生的温度<200℃。低温下钢中[H]的溶解度度很低，相变应力也最大。生产铁索体钢、奥氏体钢等无相变钢时不易产生白点。在生产实践中发现高速钢（有相变）也不易产生白点，因为它需进行多火锻造，加热过程中[H]扩散到大气中，致使氢含量降低。产生白点的另一重要原因是浇注后钢锭凝固过程中产生了偏析，使局部地区或中心地区氢含量很高，降低了钢的塑性和韧性。
大气中H2为0.05Pa，因此固态钢中的氢总是向外扩散去除的。脱氢量和加热温度有关。但在没有脱气设备进行真空处理的情况下，对一些断面比较大的白点敏感性强的钢件，可用扩散退火的方法处理。但这种脱氢方法是不经济的。
钢坯中氢气向外扩散的数量和钢中成分有关，与[H]亲和力大的Ti、Zr等元素含量增高时，析出的氢就少。
由上述情况看出应尽量在冶炼浇注过程中脱[H]以提高钢的质量、合格率和钢的经济效益。
除上述杂质外钢中还有Pb、Zn、Sn、As、Bi等有色金属，这些都对钢质有不利的影响。但在标准中有的还未能详细地规定，只是在机械性能、物理性能、化学性能等方面经常产生废品和缺陷时才全面地加以分析。
1.1.2  调整钢的成分
为保证钢的各种物理、化学性能，应将钢的成分调整到规定的范围之内。
1 钢中碳  炼钢过程中要氧化脱除多余的碳，达到规定的要求。用生铁炼钢时脱碳量大(>3%)，电炉氧化法脱碳量较小(>0.20%)，这些碳被氧化成CO，通过钢液的CO有较好的脱气作用。所以在大气下炼钢时，脱碳也是作为一种脱气的手段。从钢的性质看它也是重要的合金元素之一，它可增加钢的强度、硬度。在不同的热处理条件下[C]改变了钢中各组织的比例，使强度增加的同时略微降低韧性指标。
钢中[C]决定了冶炼、轧制和热处理的温度制度。
碳能显著地改变钢的液态和凝固性质，田比冶炼时很注意它的影响值，例如在1600℃、[C]≤0.8%的情况下，每增加0.1%的[C]使熔点降低6.5℃，钢液的密度减少4kg/m3，粘度降低O.7%，[N]的溶解度降低0．001%，[H]的溶解度降低0.4cm3/100g，增大凝固区间17.79℃。[C]的氧化产物是CO，因此不易玷污钢液，高[C]钢液被二次氧化带入钢中的杂质(氧化物)少，等等。这些突出的影响已在冶金过程中加以利用。
2 钢中锰  锰的冶金作用主要是消除[S]的热脆倾向，改变硫化物的形态和分布以提高钢质。钢中[Mn]是一种非常弱的脱氧剂，只有在碳含量非常低、[O]很高时才有脱氧作用，主要是协助[Si]、[Al]脱氧，提高它们的脱氧能力和脱氧量。锰可略微提高钢的强度，每1%可提高钢强度78.5Mpa（8kg/mm2），井可提高钢的淬透性能，价格便宜，它可稳定井扩大奥氏体区，常作为合金元素制造奥氏体不锈钢（代Ni）、耐热钢（和[N]共同代Ni），无磁护环钢（大电机用）。当[Mn]含量为13%、[C]为1%时可制造耐磨钢，使用过程中可产生加工硬化，减少钢的磨损。
3 钢中硅  硅是钢中最基本的脱氧剂。普通钢中含硅0.17～0.37%，是冶炼镇静钢的合适成分，该脱氧剂便宜，上述含量在1450℃左右钢凝固时，能保证和钢中[S]相平衡的氧小于和[C]平衡的氧，制止凝固过程中产生CO气泡。生产沸腾钢时[Si]为0.03～0.07%，[Mn]≈0.25～o．7%，它只能微弱地控制C—O反应，硅还能提高钢的机械性能，在[Si]≤1%时，每增加0.1%的[Si]约使屈服强度提高9Mpa（0.92kgf/mm2）.
硅对锅液性质的影响较大。如在1600℃纯Fe中每增加1%的硅，降低[C]的饱和溶解度0.294%，降低铁的熔点8℃，降低密度60kg/m3，降低氢的饱和溶解度1.4cm3/100g，[N]降低0，003%，增加钢的凝固区间10℃，提高钢液的收缩率2．05%，（每降100℃）使固体铁之电阻系数提高0.135Ω•mm2/m。因此在冶炼硅钢时注章脱气以防钢液上涨。硅钢的密度较小，铸成的钢锭的密度也小，浇注的根数应多些（同样质量）。它增加了钢的电阻和导磁性，固此最宜做电机和变压器的铁芯。在生产低碳铁合金时，常用增加溶解的[Si]来减少溶解的碳，以生产中、低碳铁合金，如75%的硅铁含[C]<0.07%，CaSi合金（Ca为31%）[C]<l%。

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4 钢中铝  [A1]在镇静钢中多在0.005～0.05%的范围，通常为O.01～0．03%。它是终脱氧剂。钢中加Al量因[O]量而异，低碳钢加得多些，高碳钢少些。一般加Al量为0.3～1kg/t钢，为Si脱氧的继续和补充。Al常在出钢前或包中加入，通常称为终脱氧。钢中残存的夹杂物多为A12O3，在出钢、镇静、浇注时生成的Al2O3大部分上浮去除。但在冷凝过程中生成的大量细小分散的Al2O3夹杂，促进形成细晶粒钢。钢中总残余[Al]超过0.025%时，晶粒度约在10～9级之间（晶粒平均直径约为0.011～0.0156mm），实际结合成A1N的A1超过0.007%时，就可保证细晶粒钢，这是结构钢所需要的细晶组织。
Al是调整钢的晶粒度的有效元素之一，它能使钢的晶粒开始长大时保持到较高的温度。实际生产中电炉钢的晶粒度都是较细的，有的钢种在较高温度下（1050℃）才开始明显长大。
铸锭时残[Al]高的钢的表面易产生缺陷，应采取有效的保护浇注措施。
在冶炼、浇注时应特别注意各合金元素调整的准确度，如防止氧化损失、挥发损失、均匀化等，要采用合理的工艺以精确地控制成分，获得经济质量高的钢材。
1.1.3  浇注内外部质量好的钢锭和钢坯
钢锭和钢坯的质量与注温、注速、钢中合金元素以及渣、气保护浇注的合理性、锭坯的断面尺寸、锭模内表面质量有关，连铸时和拉坯速度有关。
钢锭外表面不应有大的结疤、表面折叠、皮下气泡和裂纹，表面不应粘渣。表面缺陷会增大修磨量、砂轮消耗和修磨工时，影响轧制时的坯、材质量，故应做好浇注前的准备、清洁、干燥和保护渣的准备工作。浇注时应根据不同钢种选择好合适的注温注速、拉坯速度、冷却制度等。
钢锭内部质量：应保证钢的致密性，采用合适的保温帽口尺寸，选择合适的保护渣组成和用量。现在，多采用绝热帽口。采用合适注温、注速。模注时注意补缩的方法和时间。要求严格的钢种应采用保护浇注，这样可减少中心和一般疏松，防止缩孔和尾部夹杂物生成。为减少钢的偏析，除可适当降低注温调节注速外，从成分工应将易偏析的[S]、[P]、[H]、[C]等元素降到允许的范围内。因为浓度越低，偏析程度就越小，还可调整钢中元素，降低易偏析元素的活度。如增大Ti，可减少[H]，[N]的溶解偏析，同时也降低了夹杂物分布的不均匀性。当[C]含量增大时增加了钢的凝固范围，因此高碳钢易液析，碳化物是钢中需要的组成，但要它分布均匀，因此应增加钢的冷却速度，如采用较小断面的锭模，注温应控制低些等等。
炼钢生产阶段完成了上述三个内容就能圆满地完成任务。由于钢种不同，各种标准对钢质的要求也不同，因此要选用合适的冶炼和浇注方法。掌握冶炼浇注过程的规律性，在生产中总结经验，修订操作规程，最后炼出质量完全符合标准、产量大、消耗原材抖少经济便宜的钢锭和铸坯。
1.2 炼钢用原材料
1.2.1  金属料
金属料是炼钢的基本原料。原料质量和供应条件对钢的生产指标有重大影响，如化学成分、块度大小、温度高低等，不仅影响冶炼工艺过程，而且影响质量、消耗、成本、产量等各项指标。
1 铁水  转炉、平炉使用的原料，要求温度波动不大，温度>1200～1300℃，小转炉控制的温度偏高些。
对铁水中元素的要求：
[Si]是发热元素。每氧化掉1%的硅发热量为278×106J/t（66430kcal/t），转炉用吹氧法冶炼时硅在0.5～0.8%之间为宜。主要用矿石氧化的工艺（如平炉冶炼）中希望含[Si]低些，因为[Si]的氧化能产生大量的SiO2，再加上矿石中的SiO2会使石灰的消耗量增加，造渣困难。但是[Si]太低时，渣量少，石灰溶解慢，液体渣量不足，易产生喷溅，脱磷、脱硫量也会减少，并且会降低金属的收得率，金属的升温慢，延长冶炼时间。
[Mn]是发热元素。每吨钢烧损1%的锰可产生69×105J/t的热（16500kcal/t），是硅氧化放热量的l/4。可用[Mn]=0.6～0.9%的生铁水进行冶炼，许多工厂不具体规定，一般为0.2%左右。因锰矿的资源较少，所以在转炉冶炼时对生铁水未作具体规定，但是锰含量高时显著增快成渣的速度，减少萤石的用量，利于脱除[S]、[P]，减少粘枪，延长炉子的寿命，使金属Mn的收得率提高，减少了锰铁得使用量。
[P]是高炉中不能去除的元素。在转炉、电炉、平炉工艺操作中，都能脱磷，但转炉要求尽量有稳定的含[P]成分，以稳定转炉的吹炼制度，利于自动控制。平炉和电炉冶炼周期长，脱磷量可以控制，如果铁水中[P]高，冶炼高[C]低磷的钢种时宜采用炉外脱磷。
[S]在氧化渣下脱硫并不太多。在转炉、平炉的氧化操作过程中只能脱一定数量的硫。原始[S]很高时，用双渣、换渣或提高渣量的操作脱[S]。脱硫量一般为20～40%。对[S]<0.02%的钢水应采用炉外脱硫操作。
电弧炉通常使用固体原料，当废钢不足时，有时配人固体生铁（小于装料量的20%）。配人生铁是为提高炉料中[C]，以增大氧化期脱碳量，利于钢液的脱气。还原期使用的生铁主要为了增碳。把[C]调到规定范围，要求增碳生铁中的[S]、[P]含量要低。本溪生铁的质量最高。近年来喷粉技术发展迅速，采用喷粉增碳时成分稳定，增碳快，对钢液温度没有影响，并减少了能耗。所以电炉炉前操作常用喷粉增碳操作作。
2 废钢  转炉、电炉、平炉等均使用废钢。氧气顶吹转炉用废钢量一般是总装入量的l0～30%。绝大部分电炉平炉都可采用废钢，废钢分为一般废钢、轧辊、次废铁、车屑等。使用时不应混有合金返回钢、生铁和铁合金，含[S]、[P]量<0.1%，要处理清除密封容器和管状物、爆炸物、有色金属、毒品和有机塑料等。废武器经安全处理后方得使用，轻薄料应打包使用，要求少锈，无油污。
要求废钢长度要小于转炉口直径的1/2。30吨转炉装入的最大块度不应超过300kg。电炉装料的最大允许尺寸：50吨电炉要求断面尺寸<800×800mm，长<1000mm；5t吨电炉要求断面尺寸小于250×250mm，长度小于400mm。为节约合金元素，降低成本提高电炉的生产率，常使用合金返回钢，它们应分类存放，最好在有棚的原料垮存放。
3铁合金  铁合金用于调整钢液成分和脱除钢中杂质（氧、硫、氮等），常使用的铁合金种类有：
（1）锰铁、硅铁、铬铁、钒铁、钛铁、钼帙、钨铁、磷铁、黄铁矿（FeS）等。
（2）复合脱氧剂：硅钙（60：30）、硅锰铝、硅锰、硅铬、硅钙钡铝等。
（3）纯金属：金属锰、金属钛（海绵钛）、镍（电解镍和火炼镍）、铝。
对块度要术：加入盛锅桶中得为5～5Omm，加入炉中的为30～200mm。往电炉中加Al时常将其化成铝饼，用铁杆穿入插进钢液。烘烤温度：锰铁、铭铁、硅铁应大于等于800℃，烘烤时间应大于2小时，钛铁、钒铁、钼铁、钨铁加热近200℃，时间大于1小时。
在调整钢液成分时应尽量采用便宜的高碳铁合金材料，以便降低钢的成本。如金属铬：低碳铬铁：高碳铬铁的价格比为5.7：3.3：1。金属锰铁：中碳锰铁：高硪锰铁的价格比约为6.6：2.6：1。使用含硅高的材料时应注意它们的密度比钢液小，易飘浮在钢液界面上（45%的硅铁密度为5.15，75%的硅铁为3.5），氧化损失大。生产铁合金时常用硅能降低铁液中碳的饱和溶解度的性质去生产中、低碳铁合金。硅钙合金（密度2.55）中生成CaSi2合金，降低了钙的蒸气压，减少了使用时的蒸发损失，但因为它的密度小，使用时应尽量增加硅钙和钢液的接触时间和接触面积。电炉用钨铁调整钢液成分时，因钨铁溶点高（高于2000"C）、密度大（[W]=80%时其密度为16400kg／m3），宜在出钢前1小时加入。同样，钼铁的合金化和钨铁相似。在用电解金属（Ni、Mn等）合金化时，应注意它的[H]、[O]含量较高。粉状材料中的[H]、[O]含量比块状材料高，使用时要注意脱氧去气操作。
1.2.2  造渣材料
1 石灰  是碱性炼钢的造渣材料，主要成分是CaO。由石灰石锻烧而成。价格便宜，是脱磷、脱硫、脱氧提高钢液纯净度和减少热损失不可缺少的材料。渣中50%以上是CaO，它对维护炉衬寿命和炉况顺行影响极大。
要求石灰中Ca0>85%，Si02<3.5%（电炉<2%），MgO<5%，Fe2O3+A1203<3%，S<0.2%～O.15%，H2O<0.3%。对转炉石灰块度为20～50毫米，电炉为20～60毫米，平炉为30～150毫米，块度大小和工艺要求、冶炼时间长短有关。
焙烧石灰时应烧透。灼烧减量要<5%，石灰石中硫、磷含量都要<0.1%，SiO2<
0.3～1.5%。因为烧成石灰有将近44%（C02）损失，杂质含量约增加一倍。此时石灰中硫、磷、二氧化硅各小于O.2%和0.6～3.0%。
石灰的生烧率大时，会使造渣量减小，炉渣温度降低，炉子的热能或电能消耗增大。
若以每kgCaO为基数相比较（按石灰石生成56%石灰计算），每kg相差849kcal/kg（0.985千瓦时/kg），即如果炼钢时用石灰石造渣井要得到相同的炉渣碱度时，所消耗的能量比用石灰造渣多用将近1度电。
石灰的焙烧温度一般在900～1200℃之间，焙烧的温度越高时间越长，石灰的最大结晶尺寸越大。石灰石为菱形结构，它的晶格常数为6.34A。石灰为立方晶格，它的晶格常数为4.79A。当质量减少44%时，实际石灰块度比石灰石却小不了多少，而晶格严重歪曲。焙烧温度高时降低了石灰的表面能，使石灰结晶粗大，致密，歪扭的晶格变小，所以它的吸水能力降低了。
这使电炉使用的石灰易于保存，吸水少。由于电炉冶炼周期较长，形成炉渣的速度不如转炉，希望有形渣速度快的石灰。焙烧温度低时CaO结晶颗粒细小，晶格歪曲程度大，在石灰内部存在着大量的裂纹和点状空隙，它具有高的表面能和反应能力，是转炉生产所希望的造渣材料．
石灰熔于渣中的逮度可以实测，但太麻烦。简单的方法是将石灰放于水或酸中，用测定溶液达到最高温度的时间区分石灰的活性。活性石灰、软烧石灰、沸腾床焙烧炉石灰达到最高温度的时间小于3分钟，普通石灰为3～10分钟，过烧石灰(竖窑硬烧石灰)>l0分钟。
气孔体积是决定石灰反应能力的关键因素。一般情况下，石灰在水中的溶解能力可表示石灰在渣中的溶解速度，如软烧石灰的反应能力为0.53～1.75min时，石灰在渣中的溶解速度为1.85～l.00kg/min，而硬烧石灰则分别为30分和0．5kg/min。但是当石灰中含有较高的氧化铁、氧化铝和二氧化硅时能在炼钢炉渣中较快的溶解。
转炉使用石灰的块度决定于转炉炉口废气流的速度，当转炉的碳氧反应速度很大时，小的石灰会被吹进排烟道。
2 萤石  主要组成为CaF2。加入萤石能够帮助化渣，是良好的助熔剂。萤石的特点是短时间就可以改善炉渣的流动性，还可在炼钢或电弧温度下发生下述反应：
    Si02+2CaF2=2CaO十CaF4
产生的SiF4为气体并随炉气散失。再生成的CaO会增大炉渣的粘度，炉渣的温度越高时，炉渣由稀变粘的速度越快。萤石用量过多时，会损坏炉衬，还会引起严重的泡沫渣。萤石较贵，因此在调整炉渣流动性时应控制得当。吹炼高磷铁水回收炉渣做磷肥时，不允许加入萤石，可以用铁矾土代替萤石做熔剂。
对萤石的要求：CaF2>85%，SiO2<5～4%，CaO≤5%，S<0.2%，H2O<0.5%，块度在5～50mm为宜。
3 生白云石  生白云石的主要成分是CaCO3•MgCO3，用白云石造渣的目的是使炉渣保持一定的MgO含量，以减少炉渣对炉衬的侵蚀，利于提高转炉的炉衬寿命。对生白云石的要求是MgO>20%，块度5～40毫米．也可采用轻烧白云石。
4 合成渣料  使用高碱度的球团或烧结矿，它可显著改善造渣过程，但吸收热量大，影响废钢的使用量。
5 废粘土砖块  是下注时用过的中注管砖和汤道砖。它可降低炉渣的熔点，是石灰渣的稀释剂，主要成分SiO260%左右，Al2O3为30%左右。它熔化的快，粘度适中，常在电炉还原期造渣时使用。用碳粉还原炉渣时钢液不易增碳，价格便宜，但影响碱度和脱硫效果。常用于冶炼含硫量不很低的钢种。

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1.2.3  氧化剂
1 氧气  是炼钢最主要的氧化剂。常用管道输送，02>98%。冶炼含氮低的钢时O2>99.5%。使用前应除水，电炉转炉用氧气时H2O应小于3g/m3。
氧的压力视炉子种类和容量大小而定，5吨电炉要求≥0.5Mpa（5kgf/cm2），40～50吨电弧炉用氧压力要求>0.7Mpa（7kgf/cm2），容量6吨顶吹氧气转炉用氧压力要求0.8～1.0MPa，30吨的要求O.8～1.2MPa，50吨的要求1～1.2Mpa（以上转炉均指单孔喷枪的压力），为保证上述使用的压力稳定，在贮存罐内的压力应为2.5—3.0Mpa（25～30kgf/cm2）。
小的电炉常用氧气汇流排，使用瓶装氧，压缩机压到15兆牛/米2（150大气压）注入氧气瓶中，景常用的氧气瓶容积为40升（外径219mm，长l590mm，壁厚8mm，重67kg）。这种瓶装氧气在15兆牛/米2（150大气压）时装气量为40×150=6000升=6m3，3Mpa（30大气压）时为1.2m3，余类推。
2 铁矿石和氧化铁皮  在用氧气冶炼操作中，矿石用来氧化钢液中的磷和硅、锰等元素，稳定渣中的磷化物。用矿石氧化钢液的操作中，除氧化上述元素外，还氧化钢液中的碳，但一般用矿的脱碳速度远小于用氧气的脱碳过度，使用氧化铁皮主要稳定渣中脱磷产物，提高脱磷量，并有降低渣温的作用。
虽然氧化铁皮比较便宜，含铁量高，但使用前应去除水和油污。
3 其它氧化剂  侧吹转炉或底吹转炉常使用空气氧化去除钢中杂质。有时也可用锰矿作氧化剂，在电炉冶炼含钼或镍的钢种时可用钼精矿或氧化镍作氧化剂，在氧化钢液的同时，Mo、Ni进入钢液，使用的数量可根据钢号的规格含量，氧化剂的成分等计算加入。
1.2.4 冷却剂
顶吹氧气转炉操作中常用富铁矿、团矿、烧结矿作冷却剂，主要利用氧化铁降低炉内温度，使用时不必停炉加入，它们又是助熔剂，可降低铁损，使用时应注意带入的脉石量，因为SiO2多，渣量会变大，易造成大喷。有时也用石灰石作冷却剂，比加废钢冷却时的铁损多。电炉还常用碳粉作脱氧剂，在还原期使用碳粉脱除渣中不稳定氧化物（FeO、MnO等），使用前应烘烤干燥。
1.3 炼钢用耐火材料
1.3.1  耐火材料的种类和性质
炼钢用耐火材料有非常严格的要求：耐火温度高、高温下的机械性能好能经受熔渣和金属液的浸蚀和急剧的温度波动，有的还要求在高真空高温下不挥发或不发生分解。严格的要求促进了耐火材料工业不断的改进，制造出许多新的耐火材料品种。而耐火材料性能的改进又保障了炼钢工艺的发展。可以毫不夸张地说，炼钢的进步和耐火材料有不可分割的关系。
首先，耐火材料必须是高熔点物质。大多数耐火材料是氧化物。除用于实验室研究工作的特种耐火材料以外，多数耐火材料消耗量极大。因此，多用自然界大量存在的矿物作为耐火材料的原料。按其原料的化学性质，耐火材料可分为酸性、中性和碱性三类。碱性耐火材料主要组分是MgO和CaO，它们对于炼钢来说是最为重要的耐火材料。酸性耐火材料以SiO2为主要组分，中性耐火材料的主要组分是Al2O3、C、SiC等。
另外，按照加工方式和外观分为烧成砖、不烧成砖、电熔砖、不定形耐火材料（包括浇注料、捣打料、可塑料、喷射料等）、绝热材料、耐火纤维、高温陶瓷材料等。
按照使用温度，可分为普通耐火制品（1580～1770℃）、高级耐火制品（1770～2000℃）、特级耐火制品（>2000℃）。
耐火材料的重要性质：
（1）耐火度和荷重软化点。耐火度是在高温下材料抵抗熔化的性能，它代表的意义和熔点不同。熔点是纯物质的固液相平衡温度，耐火材料大多数不是纯物质，所含的杂质在高温下相互作用，生成一系列低熔点共晶物，产生不同粘度的液相，因而使耐火度低于纯物质的熔点。
测定耐火度常把试料制成耐火三角锥，在一定升温速度下加热到锥体变形弯倒直至顶点与底盘接触，该温度即试样的耐火度。耐火锥由H．Seger首创，现在SK已被用作耐火度的国际标准号。我国则规定用“温锥”二宇的拼音字头WZ作为耐火度标号。
耐火度是衡量硅酸铝系耐火材料品质的一个重要指标，对于硅砖和碱性耐火材料，用荷重软化点更能说明问题。碱性砖很少由于熔化而损毁，它经常在远低于熔点温度下由于结合剂的软化和液化而损坏。
耐火材料在使用时都承受一定的载重负荷，如果耐火材料受热后变形，炉体必然损坏，因此荷重软化温度是另一个重要质量指标。
一般规定用190kPa（2kgf/cm2）的静负荷加于直径36mm、长50mm的试块上，按一定速率（800℃以下≯10℃/min，800℃以上4～5℃／min）升温加热试块，测出试样变形0.6%（即被压缩O.3mm）、4%（压缩2mm）和40%（压缩20mm）时的温度，以压缩0.6%时的温度作为荷重软化点。
近来有人在带孔的试样中充填熔渣来做荷重软化试验，用来检验耐火材料吸收熔渣时对荷重软化的影响，这在一定程度上代表耐火材料抵抗熔渣侵蚀的能力。
（2）高温抗折强度
这是近来发展的耐火材料性能指标，由英国陶瓷协会首先提出，各国迅速推广推广使用，有取代荷重软化实验的趋势。因为，高温强度大的砖，其抗渣性能必然好，抗急冷热变化的能力也强。因此成为许多耐火材料特别是碱性耐火材料的关键指标。
实验所用样品一般是150×25×25mm，支点间距125mm，在两支点中间施加压力折断试样。加负荷速率通常为每秒58kPa。测温用热电偶放在张力面的中间，炉子温度应保持均匀。
（3）热震稳定性。耐火材料受到急剧温度变化称作热震（或称热冲击）。由于耐火制品为脆性材料，膨胀率较大而弹性较小，因此在受到热冲击时引起内应力使材料破裂或剥落。影响耐火材料热震稳定性的因素很多，不易测量，也无法用公式计算。我国通用的试验方法是将标准砖一端在炉内加热到850℃后再放人流动冷水中冷却，如此反复进行，直到报失一定重量（20～50%）为止。对于不能在水中冷却的耐火材料，可用强制通风冷却的条件试验，可见，抗热震性是一个相对的指标。
（4）气孔率和密度。耐火材料中的气孔有和外界相通的开口气孔和与外界不通的封闭气孔。闭气孔体积很难测定。因此，制品的气孔率用开口气孔体积所占的百分比表示，称为显气孔率。
耐火制品的密度和气孔有关，不包括所有气孔体积时的密度称为真密度，包括全部气孔体积在内的密度称为体积密度。仅包括闭气孔体积而不包括开口气孔时称为假比重，即该条件下耐火材科制品密度和4℃的水密度之比。由于4℃水的密度为999.73kg/m3，假比重也就是该条件下的密度值，但习惯上称为假比重。
气孔串和密度用浸液法测定。
气孔率和密度是耐火制品致密程度的指标，有很重要的实用意义。高密度制品的机械性能好，也有利于抗渣浸蚀和抗热震性能。得到高密度制品的关键是高压成型设备。此外，颗粒粒度配比也有一定关系。
（5）抗渣性。对于冶金耐火材料，抗渣浸蚀是非常重要的性能。但抗渣性试验没有标准方法，许多抗渣试验都是研究性质的，和渣及耐火材料品种也有关系。
上述几种性质是最常用的，耐火材料的性质还有很多，可查阅耐火材料的专门书符和试验标准。
1.3.2硅酸铝系耐火材料
硅酸铝系耐火材料的价格便宜，用途广泛而且品种也多。其基本化学成份是SiO2和Al2O3。SiO2～Al2O3二元系状态图中，共有三个平衡相：方石英、莫来石（3Al2O3•2SiO2），Al2O3<71.8%时平衡相为莫来石和方石英，并有低熔点共晶生成，故其荷重软化点不高。Al2O3>71.8%时平衡相为莫来石和刚玉，1840℃才出现液相。实际耐火材料中因含有杂质（Fe2O3、碱金属氧化物），它们降低液相出现温度，增加析出的液相量。
1 粘土砖  粘土是土状物质，加水后有塑性，高温煅烧后有岩石般硬度。粘土中主要物质为高岭石，并含有石英、云母、黄铁矿、长石等杂质。生粘土加热发生收缩，同时产生裂纹。生粘土加热到1300～1400℃就能成为耐火熟料。熟料破碎后，按照一定的颗粒配比，和生粘土混和掺水成型。熟料占50～85%，生粘土占50～15%，生粘土比例可根据其可塑性而定，塑性的粘土配人量应尽可能少。砖坯干燥后经1400℃烧成便是粘土砖。
粘土砖性质在较大范围波动，这是囚为其成分和制造工艺有较大的差别。粘土砖耐火度在1580—1770℃。但高温耐压强度差，其原因之一是气孔率高，另外耐火粘土原料不稳定，有时不能良好地烧成。杂质特别是碱金属对粘土砖耐火度和荷重软化点都有很坏的影响。
粘土砖抗热震性能很好。这是由于其膨胀系数较小，没有多晶转变以及明显的颗粒结构。
粘土砖原料丰富，成本较低，用途广泛，炼钢厂的混铁炉，鱼雷式铁水车和铸锭系统大量使用粘土砖。
叶蜡石成分与高岭土相近，而其灼损减小，重烧收缩小，因此可以不烧成熟料直接用生叶蜡石与生粘土制砖，降低了成本。叶蜡石砖的特点是气孔率高（达30%），但透气性不高。叶蜡石砖有很好的抗热震性，可用于砌筑钢包和作为汤道砖等。
2 高铝砖  Al2O3含量在46%以上。比纯高岭土煅烧脱水后（Al2O3含量高）的硅酸铝系耐火材料Al2O3含量要高，属高铝质材料。制造高铝砖的天然材料有：硅线石类矿物（硅线石、兰晶石、红柱石），含水铝氧矿物（波美石、水铝石），天然刚玉等。人造矿物有工业氧化铝、电熔刚玉等。我国高铝矾土矿质量优良，蕴藏丰富，是大量发展高铝耐火材料的有利条件。自1953—1954年开始生产高铝砖以来，一直以矾土为主要原料。近年来也开始注意硅线石、兰晶石、红柱石的蕴藏和开发。
高铝矾土的主要矿物是水铝石（2Al2O3、H2O）和高岭土，并有少量杂质。在制砖前也需将矾土煅烧成熟料。
高岭土分解产生的硅酸玻璃和水铝石分解产生的刚玉在高温下作用生成莫来石的 过程称为二次莫来石化。此反应开始于1200℃，在1400—1500℃完成，并伴随体积膨胀10%。由于体积膨胀，阻碍了烧结进行。
二次莫来石化后，进一步升温，则莫来石和刚玉晶体发育长大，气孔缩小和消失。如：1500℃时莫来石和刚玉晶粒小于10微米，1700℃时可长大到90微米和60微米，最大晶粒可达240微米和100微米。同时气孔率在1400—1500℃以上迅速降低。晶粒长大在杂质形成的液相中容易进行。Fe2O3•TiO2等杂质在高温下能进入莫来石和刚玉晶格。造成晶体缺陷，促进晶粒的长大。
由此可知，随着原料中A12O3/SiO2比的不同，烧结过程和所得物相也不同。A12O3/SiO2>2.55时,玻璃相约为10%，生成物为莫来石和刚玉。A12O3/SiO2<2.55时，硅酸玻璃增多，烧结容易进行，生成物是莫来石和硅酸盐相。A12O3/SiO2在2.55左右时，二次莫来石量最多，烧结最困难，进一步提高A12O3，二次莫来石减少，杂质特则是TiO2、Fe2O3：形成液相，使烧结较容易进行。
高铝砖的荷重软化点随A12O3含量的增加而提高。但同时也和杂质形成的玻璃相有关。玻璃相多或含TiO2、Fe2O3多时，高温下形成低粘度液相，明显降低荷重软化点。为此，提高原料纯度和采用高的烧成温度，是提高制品高温性能的关键。
高铝砖的热震稳定性比粘土砖差。
A12O3是双性化合物。莫来石一刚玉质制品在一定程度上能抵抗碱性渣的浸蚀，在不含有FeO的CaO—MgO一A12O3—SiO2系渣中，高铝砖的使用条件好得多。
高铝砖可在炼钢的许多重要部位应用，如电炉炉顶、LF钢包炉的内衬、滑动水口的滑板、浸入式水口等。
3 硅砖  自然界有纯度相当高的石英岩，也可以直接作为耐火材料。但是SiO2有三种结晶形态，在加热过程中会发生多晶转变效应。
由于各个人工烧成晶形的密度有差别，随着多晶转变的进行，发生显著的体积变化。这种体积上的变化可能导致材料破坏。
人工烧成的硅砖由鳞石英、方石英、未转变的石英及晶界填充的硅酸盐组成。鳞石英膨胀较小，所以希望砖中有较多的鳞石英。为避免多晶转变导致砖的裂坟，使用硅砖时要缓慢升温。砖中残余石英能促使硅砖变热后膨胀，所以硅砖是砌造炉子拱顶的材料，过去平炉和电炉炉顶都用硅砖。但随着炼钢温度水平的升高，平炉炉顶现改用镁铝砖或镁铬砖，电炉炉顶改用高铝砖，只有酸性平炉还用硅砖筑砌。焦炉的耐火材料也主要是硅砖。
1.3.3碱性耐火材料
自从托马斯利用碱性炉衬炼钢解决脱磷问题以来，碱性炼钢法已成为炼钢的主流。所以碱性耐火材料对于炼钢来说是至关紧要的。碱性耐火材料主要组分是MgO和CaO，它们在自然界以磷酸盐矿物存在。
整个CaO—MgO系统都有很高的液相线温度。CaO—MgO共晶成分为67%CaO,33%MgO,共晶温度为2300℃，超过共晶成分，随着MgO含量增加，耐火度相应增高，另外由于CaO有很强的水化倾向，除实验室用的CaO坩埚外，耐火材料以方镁石、白云石和高镁白云石为主。
世界菱镁矿资源分布极不普遍，我国和奥地利有质量优良、蕴藏丰富的菱镁矿，英、美、日等国菱镁矿很少。战争时期供应中断，为了保障炼钢生产，1938年在英国建设了世界第一个由海水提取镁砂的工厂，其原理是用石灰或轻烧白云石使海水中的Mg2+成为Mg(OH)2沉淀，然后煅烧成方镁石，由于海水镁砂中的杂质（除B2O3较高外）能控制到比天然镁更低的水平，现已成为优质镁砂的重要来源。
1  镁砂及白云石砂的烧结  镁砂以及白云石砂均可直接作耐火材料使用，如平炉烧结炉底及电炉和转炉的炉壁。同时它们又是制造碱性砖的原料，其质量对砖的性能影响极大。
MgCO3在640—760℃分解，CaCO3在910—1000℃分解。刚刚分解生成的MgO和CaO结构硫松，晶格缺陷很多并且有原来晶形的痕迹，晶粒细小，具有很大的化学活性，容易水化。随着温度升高到1200～1300℃，晶体迅速发育长大，由于聚集再结晶，致密度大大提高，到1600℃以上，体积密度可达到3.0g/cm3。更高的烧结温度可以进一步增大砂的致密度。这种高温煅烧称为“死烧”。如果将950—1100℃煅烧的活性材料磨细，高压成球后再经过不超过1800℃的高温烧结，可以得到体积密度达30g/cm3以上的优质镁砂和镁白云石砂。这种烧结方式称为二步煅烧。
镁砂的性能还和杂质含量有密切关系，最常见的杂质是SiO2、Al2O3、Fe2O3，它们在煅烧过程可以形成低熔点物相。
C2S熔点约为2130℃，但冷却到675℃，会发生晶型转变，体积膨胀达～12%，引起耐火材料变化。在熔渣的作用下，硅酸钙也转变为低熔点的化合物。如果杂质含量高，在烧结过程形成的液相和方镁石润湿良好，方镁石晶粒将被低熔物所包围而降低高温性能。高纯度方镁石晶粒的长大再结晶是固相反应（由空位扩散所控制）烧结过程，生成的产物中，方镁石晶粒间没有其它物相。这种组织结构称为直接结合，其高温机械性能比其它结合形式好得多。
D．R．F．Spencer研究了方镁石晶粒强度（1500℃）与杂质的关系，发现B2O3和A12O3的影响最大。
影响方镁石结合形式的因素较复杂，无法简单规定得到直接结合的最低杂质含量。但高纯度是获得直接结合组织的必要条件。对于高纯原料，还必须采用无灰分燃料煅烧，否则灰分将污染镁砂，破坏直接结合。
2 镁砖、镁铬砖、镁铝砖  把镁砂破碎，按某种颗粒配比并加入适当结合剂（如纸浆），经高压成型和高温烧成就是镁砖。镁砖的性能在很大程度上决定于镁砂的质量，同时也和砖的结合方式及致密度有关。
以前缺少高压和高温烧成设备，制造镁砖用软质粘土作结合剂，方镁石颗粒为硅酸盐胶结相所包围。镁砖耐火度虽超过2000℃，但荷重软化点却不高，在1550℃以下，与耐火度之差可达700℃。现在优质镁砖都应是方镁石直接结合，直接结合镁砖的荷重软化点可达1750～1800℃。
镁砖的导热系数大，常温下比粘土砖大几倍；随着温度升高，镁砖导热系数下降。
热震稳定性差是镁砖的很大缺点，这是因为其线膨胀系数大，平均弹性模量大。方镁石晶畀上有钙镁橄榄石存在，更恶化了抗热震性能，因为CMS的膨胀呈各向异性，极易产生内应力。
镁砖的用途很广。由于镁砖有抗高碱度渣浸蚀的能力，平炉、电炉的炉墙、炉底大多用普通镁砖砌筑。有色金属冶炼和炼铜反射炉采用镁砖也很多。直接粘合镁砖可应用手钢的二次精炼设备，渣的碱度越高，其使用效果越好。为了改进镁砖的抗热震性能，可加入Cr2O3或A12O3制成镁铬砖或镁铝砖。
铬铁矿是生产铬铁的原料，耐火度很高，用来制成铬砖可以作为碱性和酸性砖之间的隔层来使用。但是铬砖的荷重软化点不高，抗热震性能也差，而且资源很稀缺，现在只用铬矿为原料的铬砖已几乎无人用了。
MgO和Cr2O3形成铬镁尖晶石（MgO•Cr2O3），熔点2180℃。镁砖中加入Cr2O3能显著改进抗热震性能。铬铁矿和镁砂各按50%配比制成的砖，有最大的抗热震稳定性。国外平炉炉顶多采用热震稳定性铬镁砖修筑。由于砖的膨胀系数小，所以炉顶必须采用吊挂结构，随着平炉炼钢的日趋没落，铬镁砖的用途也日益缩小。现在铬镁系耐火材料主要用在钢的二次精炼上。
铬镁系耐火材料按成分可分为镁铬砖（Cr2O35～20％）和铬镁砖(Cr2O320—35%)。按生产工艺分为烧结砖和熔铸砖。电熔料破碎后再成型烧结称为熔粒再结合砖（或再结合砖）。烧成砖又有全合成砖和部分合成砖两类，全合成镁铬砖用预先高温合成的镁铬砂作原料，部分合成镁铬砖粗颗粒用镁砂，仅细粉用合成镁铬材料。全合成镁铬砖由于砖中尖晶石相分布均匀，有利于直接结合，高温强度高，抗渣性好。

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我国缺乏铬矿资源，为解决平炉炉顶问题，五十年代研制了热震稳定性镁铝砖。即利用铝镁尖晶石（MgO•Al2O3，熔点2135 ℃）代替铬镁尖晶石。现在镁铝砖是我国平炉炉顶修筑材料。还没有用于二次精炼的报道。
3 白云石砖、镁棋白云石砖  我国白云石资源丰富，很多地方均有优质白云石砂。煅烧成的白云石砖耐火度高，抗碱性渣浸蚀能力强，但CaO有吸水倾向，一般不做成烧成砖，而是用焦油、沥青等将白云石砂结合起来，压制成焦油砖或直接制成炉衬（用捣打或振动方法）。白云石被焦油包裹可防止由大气吸水潮解。另外焦油、沥青受热蒸发，残余的碳有利于白云石炉衬抵抗氧化性渣的浸蚀。
白云石的烧结一般在钢铁厂内进行，烧成的白云石砂可立即拌油制砖，以避免运输和储存时的水化。我国钢厂煅烧白云石多用竖窑，窑温较低且温度分布不均匀，而且焦炭灰分污染白云石，增大杂质含量。这种白云石砂的体积密度一般在2.8～2.9g/cm3，达到3.0g/cm3就不错了。总杂质含量∑（S十A十F）可达5～10%，好的也在4～5%。虽然白云石砂质量不算好，但由于成本低而且资源方便，可以胜任作为我国许多中小转炉的炉衬材料。当然，为了提高炉衬寿命，体密达到3.0以上，∑(S+A+F)≤3%是必要的。另外，把油砖埋在碳粉中轻烧，使焦油中挥发物挥发去除，再重新放人焦油中浸泡，以吸收更多焦油。这种轻烧油浸的方法有利于增加砖中残碳含量，也是提高转炉炉衬寿命的有力措施。
CaO抵抗氧化性炉渣浸蚀的能力比MgO差。在普通白云石中，CaO形成结晶网络包围MgO，影响砖的高温性能。如果增加MgO到某种浓度，并且用二步煅烧合成，可使MgO形成结晶网络包围CaO，这就是高镁白云石。高镁白云石的Mg0/CaO之比可以在相当宽的范围变化。经过多年研究MgO/CaO之比和∑(S+F+A)对砖高温性能的影响，发现MgO在75～85%,∑(S+F+A)<2.0%有好的效果。适当的CaO可改进砖的热震稳定性，而且CaO有利于减轻转炉初期渣对砖的润湿倾向。镁白云石砖的应用使转炉炉衬寿命提高到一个新的水平。现在镁白云石又应用于钢液二次精炼，也达到优异的效果。
4 镁碳砖  碳的耐火度能达到到3000℃以上。以碳和石墨为主体的碳砖，其耐热性、耐磨性、耐火强度、高温强度均很好，是高炉炉底和炉虹的理想砌筑材料，但是碳不耐氧化，过去在炼钢中应用不多。
七十年代以来，把碳素材料加入到镁砖中制成的镁碳转有了迅速的发展，它兼有MgO和碳的优良特性，即耐火度高、高温强度大、抗熔渣浸蚀能力强，抗热震性和抗蠕变能力均佳。在电炉和转炉炉衬的高蚀损区应用，效果很好。近来又引入炉外精炼用于渣线、水口等要害部位，寿命超过镁质、镁铬质和镁白云石质砖。在硅酸铝系耐火材料中加入碳也有很好的效果。
镁碳砖中的碳含量要足够高（10～20%），使方镁石晶柱完全被碳素膜所包围。碳素膜又和一些大的片状碳相连接，形成坚固的碳网络结构。由于碳和MgO的亲和性极差，很难结合成高强度的复合砖。因此结合剂的选用是镁碳砖制造工艺的关键。作为镁碳砖的结合剂，要求有以下特性：与MgO和碳均有一定的亲和性，残碳率高，杂质含量少，有一定粘性使砖坯容易成型。结合剂多为有机树脂材料。另外，加入的碳素材料要纯度高，灰份含量低。
1.3.4  耐火材料损毁的原因及防止措施
耐火材料的损毁原因很多，有耐火材料本身性能、质量不高，也有使用耐火材料的条件不合适以及炉子设计不当等。耐火材料的损毁往往是许多因素综合造成的。对于碱性材料炉衬，在熔炼过程中和熔渣的反应，改变了材料组成和结构，造成耐火材料损毁。而操作温度的剧烈波动以及钢、渣和气流的冲击等因素，可加速耐火材料的损毁。
1 熔渣的浸蚀  氧化精炼的初期，Si、 Mn、Cr、A1等氧化形成的酸性渣对碱性耐火材料有强烈的浸蚀作用。应用轻烧的活性石灰造渣，使高碱度渣快速形成，有助于减轻初渣的浸蚀，氧化精炼终渣含∑（FeO）高，温度也高；氧化铁降低耐火材料的耐火度。当方镁石颗粒间有气孔或低熔物时，氧化渣很容易沿缝隙渗入砖体内部，使未溶解的方镁石颗粒解体脱落。CaO可以生成铁酸钙，抗氧化性渣浸蚀能力比MgO差。所以方镁石直接结合及MgO网络包围CaO的组织抗渣浸蚀能力强。
碱性渣中MgO的溶解度不高，且随碱度的升高而降低。在造渣时加入适当的轻烧白云石，初期能迅速溶人酸性渣，加快造渣速度。后期渣中（MgO）呈过饱和状志，渣子变粘，能显著减小浸蚀能力，甚至在砖的工作面形成粘渣保护层。
镁铬砖抗酸性渣浸蚀能力优于镁砖和镁白云砖，但在高碱度渣下，镁铬砖的浸蚀速度比镁砖大得多。在炉外精炼时也可以用白云石增加渣中MgO，减轻熔渣溶解MgO的能力。
镁白云石砖在炉外精炼时的浸蚀情况又有其特点：在（FeO）低的条件下，（Si02）和砖中的CaO形成高熔点的2CaO•SiO2层，阻止熔渣渗入。但用A1脱氧生成Al2O3，可破坏2CaO•SiO2层生成硅铝酸盐，加速了熔渣对砖的浸蚀。
CaF2是造渣过程所必需的加入物，但CaF2也对耐火材料有强烈的作用浸蚀。因此应严格控制萤石的使用量。
2 耐火材料在高温高真空下的损毁  在常压下，耐火材料中的氧化物都很稳定；在常温下耐火材料的蒸气压也很低。但在高温和高真空下工作时，耐火材料中氧化物的分解和挥发成为不可忽视的大问题。
热力学计算表明：在1600℃，[%O]=O.025时，平衡PMg≈1.33Pa(0.01mmHg)；[%O]越低PMg越高。在有[C]存在时，[C]更可能促进MgO和Al2O3的分解，[%C]=0.004时，与MgO和Al2O3平衡的Pco分别为84—165Pa（0．63和0．71mmHg）。此外，[Si]和[Ti]在真空下也可能使耐火氧化物分解。这些反应的结果，还会使钢中[%O]增加，使耐火材料成为钢液二次氧化的原因之一。
对耐火材料在真空下的性能尚无可靠的测定方法。有人在606Pa（5mmHg）真空度加耐火材料（1630℃×4h），但是这种试验末包括熔渣和金属液在真空下的浸蚀作用。由于钢的炉外精炼大多在真空下进行，对耐火材料的要求非常苛刻，必须选用高纯度高密度的优质耐火材料。
3 耐火材料的剥落  由于开口气孔的毛细作用，熔渣可以进入砖的内部，形成以硅酸盐为主的新相。在高温下原砖和新形成的变质层膨胀系数有差异，往往产生热应力以致裂纹，裂纹的扩展使变质层剥落而损毁。气孔率大、气孔直径大、熔渣和耐火材料间润湿良好，都使这种损毁加剧。
MgO比尘晶石和CaO对熔渣的润湿性都好，适当提高砖中的尖晶石和CaO，有利于减轻渣的润湿作用。镁碳砖对熔渣不润湿，熔渣不能渗入．仅在工作面有不到5mm厚的反应层而不形成变质层。5～lOmm以内砖的组织没有改变，也不出现裂纹。这是镁碳砖显著优于其它砖的主要原因。
提高砖的烧成媪度有利于提高砖的高温强废，从而能经受住较大的热应力。
总之，要提高炼钢炉衬的寿命，从耐火材料性能看要采用高纯原料、高压成型、高温烧成“三高”技术，以得到高纯度、高密度、高强度的高效碱性耐火材料。从使用耐火材料方面看，要正确选择耐火材料砌筑方法，使炉衬均衡浸蚀，并且改进冶炼工艺。例如70tAOD炉普通造渣工艺，脱碳期炉渣溶解MgO速率平均4kg/min，采用白云石造渣，最大为2.5kg/min,最小为0.45kg/min。可见冶炼工艺的影响也很大。另外，为了解决局部炉衬蚀损严重问趟，近来喷补技术和喷补材料也有迅速的发展。
钢铁厂耐火材抖用量大，其保管也非常重要。露天存放是不好的，应在专门仓库中分类存放，防止受潮变质。不定形材料要防止混料，以免降低质量，甚至使材料变质。
1.4 不锈钢基础
1.4.1 不锈钢的分类和用途
根据用途，不锈钢可以分为如下几类：
1 不锈钢  是指在不太高的温度下，能在弱腐蚀性介质（如大气、水等）中抗腐蚀的钢。如0～4Cr13、9Cr18、1Cr17Ti、Cr17N2等。用于制造汽轮机叶片、水压机阀门、医疗器械、喷气发动机的压气机叶片等。
2 耐酸钢  是指在各种强腐蚀性介质（酸、碱、盐）中抗腐蚀的钢，如Cr25、Cr25Ti、Cr28、00Cr18Ni10、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni18Mo2Cu2Ti等。用于制造化学、石油等工业设备。这种钢除了具有良好的抗蚀性外，还具有极高的韧性。
3 高温不起皮钢  是指在高温下抗氧化能力较强的钢，如1Cr13Si3、1Cr18Si2、1Cr25Si2等。这类钢用于制造各种加热炉底板、气体渗碳炉的渗碳罐等。
4 热强钢  是指在高温下有较好的抗氧化能力、又有较高的抗蠕变和抗破断能力，如4Cr10Si2Mo、4Cr14Ni14W2Mo等，用于制造内燃机的汽缸排气阀门和阀杆等。
我厂不锈钢的化学成分如表1-1所示。
1.4.2 钢的腐蚀与钝化
金属的腐蚀现象一般可分为两种类型，即化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀的特点是金属和周围介质直接起化学作用。过程进行中没有电流产生。腐蚀产物沉积在金属表面上。如常温干燥气体中的腐蚀，高温时的氧化及其它气体腐蚀等。
表1-1              一钢公司不锈钢种化学成分表
        C        Si        Mn        P        S        N        Ni        Cr        Mo        Ti
304        0.08        1.00        2.00        0.045        0.030                8.00～10.75        18.00～20.00               
304L        0.03        1.00        2.00        0.045        0.030                8.00～12.00        18.00～20.00               
316        0.08        1.00        2.00        0.045        0.030        ≤1.00        10.00～14.00        16.00～18.00        2.0～3.0       
316L        0.03        1.00        2.00        0.045        0.030        ≤1.00        10.00～14.00        16.00～18.00        2.0～3.0       
409        0.08        1.00        1.00        0.040        0.030                ≤0.50        10.00～11.70                0.48～0.75
420        0.16～0.24        1.00        1.00        0.040        0.030                        12.00～14.00               
430        0.12        1.00        1.00        0.040        0.030                        16.00～18.00               
电化学腐蚀是指金属与酸、碱、盐等电解质溶液接触时发生作用而引起的腐蚀，过程中有电流产生，即所谓微电池作用。把置于电解质溶液中的两种金属连接起来可以形成电池而产生电化学腐蚀。同一种金属或合金的两个部分，例如碳含量不同的铁素体和渗碳体之间，或者金属所含的杂质和夹杂之间，由于电极电位的不同也可以形成微电池而导致电化学腐蚀。
常见的腐蚀形式有晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀等。在奥氏体不锈钢中最常发生的是晶间腐蚀，也即沿着晶粒边界发生腐蚀。一般认为，晶间腐蚀是由于晶间贫铬所造成的。奥氏体不锈钢由于含有较高的铬，所以具有很强的抗腐蚀性，但经高温（1050～1150℃）处理和随后迅速冷却的奥氏体单相组织，处于亚稳状态。在以后的加热过程中，炭化物将要在晶界析出。在500～750℃的温度范围内，如果碳含量高于其溶解度，则奥氏体中的碳将以很快的速度向晶界扩散，而相形之下，铬的扩散速度则极慢。由于碳的铬的结合力较强，晶粒边缘的铬便与扩散出来的碳形成Cr23C6，从而使晶粒边缘的铬降低，因而失去抗蚀能力。
当温度低于500℃，碳和铬向晶间扩散的速度很小，不会发生上述现象；而当温度高于750℃，碳和铬的扩散速度很快，晶粒边缘因与碳结合而降低的铬会很快地被补充起来。
炭化物Cr4C中铬地量约为碳量的15倍。为了防止发生贫铬现象，钢的含碳量增高时，铬含量也必须增高，防止铬的贫化。为了把碳结合成稳定的碳化钛（TiC）和碳化铌（NbC），钛量应为碳量的4倍，铌量应为碳量的8倍。除此之外这些元素要有一部分留在固溶体中，其量约为0.10%，还要有一部分与氮相结合，其量按照形成TiN（48：14=3.43）和NbN（93：14=6.64）计算。

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不锈钢之所以抗腐蚀和抗氧化，并非因其不受腐蚀和氧化，而是由于腐蚀和氧化产物（如Cr2O3、Al2O3、和SiO2等）覆盖在钢的表面，形成一层致密的保护膜，使钢的表面和周围介质相隔绝，从而阻止或大大减缓腐蚀或氧化的进行，这种现象叫做钝化，这种保护膜叫做钝化膜。当然，尽量降低钢的碳含量，使钢具有均匀的化学成分的均匀的阻止以避免形成微电池，也有助于提高钢的抗腐蚀能力。
1.4.3 不锈钢的组织
不锈钢中有大量的铬，当含铬量达到12～14%的时候，即可使纯铁成为单一的铁素体组织，这时钢的组织就不在受热处理的影响。
在钢中加入Ni、Mn、Cu、B、C等元素之后，γ区域将被扩大，此时如果想维持α区，必须增大钢中Cr和Si、V、Al、Ti等能使γ区域缩小的元素含量。
在铬钢中加入足够的扩大γ区域的元素如Ni（还有Mn、N等），可使钢得到奥氏体组织。
钢中镍含量低于0.5%时，在任何温度下，都呈稳定的铁素体。奥氏体区域随镍含量的增多而扩大。镍含量为8%时，在1500～1320℃的范围内出现α+γ两相组织，1320～580℃范围内为单一的奥氏体组织，低于580℃又为α+γ两相组织。镍含量大于8%时，奥氏体稳定区域进一步扩大。考虑到奥氏体在低于580℃时的分解速度极慢，因而可以认为含镍大于8%的铬镍不锈钢，其组织主要是奥氏体。
含铬不高的钢（如0～4Cr13），在高温时为奥氏体，淬火后转变为马氏体。
根据上述，不锈钢按其金相组织可以分为如下几类：
1 奥氏体不锈钢  这类钢以Cr18Ni9Ti为代表，能够抵抗多种酸、碱、盐的腐蚀，是最好的一类。呈单一组织，无磁性，低温冲击韧性较高，高温强度也好。但是铬和镍都是比较弱的固溶强化元素，所以这种钢的室温强度不高。
2 铁素体不锈钢  为单一组织，不能通过热处理方法强化。主要以铬为合金元素，含碳低于0.12%时，铬含量必须大于16%，如Cr17、Cr18Si2、Cr25Ti等。
这类钢的抗蚀性能和机械性能都不如上一种，而且具有磁性。含铬越高，抗腐蚀性能越强。含铬16～18%的钢在大气、高温氧化性气体、海水和硝酸中能抗腐蚀，Cr25Ti、Cr18Si2等在高温下不起皮。
3 马氏体不锈钢  含铬较低，不能形成单一的铁素体；又不含有足量的可以扩大γ的元素，不能成为单一的奥氏体。这类钢高温为奥氏体，淬火后为马氏体，0～4Cr13都属于这一类钢。这类钢的特点时具有一定的抗腐蚀能力，又具有一般结构钢的高强度。可以通过调整碳含量（0.08～0.45%）来提高强度、硬度和耐磨性。
4 复相组织不锈钢  过去认为不锈钢中，如果呈现双相组织，可以构成微电池，对抗蚀性不利，而且从加工性能来考虑也以单相组织为好。后来发现，这种双相在介质中都可以钝化，故不会成为抗蚀方面的主要问题。同时双相不锈钢还具有另外一些优点，如焊接性能好，通过热处理方法可以提高机械性能等。还有人认为，奥氏体不锈钢中含有10～12%的铁素体可以有效降低晶间腐蚀趋势。
这类钢又Cr17Ni2和1Cr21Ni5Ti等。
1.4.4 合金元素的作用
1 铬  铬是决定不锈钢抗蚀性能的主要元素。它能吸附腐蚀介质中的氧并与之结合成Cr2O3，形成致密的保护膜（膜厚约为100A），阻止腐蚀的继续进行。这就是解释铬钢抗蚀的薄膜理论。
钢中铬含量越高，抗蚀性能越好，这是因为铬能够有效地降低氧化电极电位，使原来纯铁（或低碳钢）的电极电位由正值变为负值。随着钢中铬含量的增加，电极电位的变化是突变的。当铬含量每增加到1/8、2/8……n/8原子比时，电极电位都显著的降低，抗腐蚀性能显著的提高，这就是N/8规律。由上述原子比可以算出使铬钢具有抗蚀性能的铬的重量百分数下限为11.7%。
铬是缩小乃至封闭γ区而扩大α区的元素，故单纯含铬的不锈钢仅可得到马氏体或铁素体组织。
2 铝和硅  硅和铬的作用相似，都能形成致密的氧化物薄膜，对提高钢的抗氧化性能由显著效果。但它的氧化物膜较脆，所以常和铬配合使用。在某些耐热不起皮钢中，硅可以代替部分的铬，有利于增强钢的抗腐蚀性，如1Cr18Ni11Si4AlTi钢能在发烟硝酸中使用。
硅可以强烈地缩小γ区，故当18-8型不锈钢配硅以提高抗氧化性时，为了防止出现α相，应将钢中镍含量相应地提高到14%左右。
3 镍  镍是扩大γ相区的元素，促使奥氏体的稳定性增大，又不形成碳化物，对获得单相组织极为有利。但在低碳无铬的钢中，需要加入24%的镍以形成单一的奥氏体组织，而为了使钢具有良好的耐蚀性，含镍量应达27%。所以没有单纯含镍的不锈钢。镍在不锈钢中的优良作用必须在铬的配合下才能充分表现出来。例如为了获得较好的奥氏体组织，仅须在含铬18%的钢中加入8%的镍已足。
    4 锰和氮  锰是扩大γ区的元素，又可提高过冷奥氏体的稳定性，降低冷却速度。所以可以用锰代替不锈钢中的镍（在扩大γ区方面，其作用约为镍的一半）。但在另一方面，锰是比较活泼的元素，对抗蚀性没有明显的作用，故仅可用锰代替铬镍不锈钢中的部分镍。
    氮是强烈稳定奥氏体的元素，用锰加氮代镍是有效的。氮还可以提高钢的抗晶间腐蚀和点腐蚀的性能。一般氮的加入量为铬含量的l／75～1／100，通常少于0.25～0.30%。过高
的氮会使钢锭表面产生大量气孔，但在Cr一Mn一N钢中加入约2%的镍可以防止气孔的出现。
    5 碳  不锈钢中的碳可以起到双重作用。有利的一面是碳既可固溶强化，又能形成碳化物沉淀硬化，是提高钢强度、硬度和耐磨性的主要元素。碳还可以扩大γ相区，增大奥氏体的稳定性。
    但在另一方面，从导致晶间贫铬的角度来考虑，对钢的抗蚀性是不利的。因此，不锈钢中的碳含量一般均较低。
6 钨、钼、钒  能提高钢的再结晶温度，形成稳定的复杂碳化物，产生弥散硬化作用，故能显著提高钢的热强性。
向铬不锈钢中加入1～3%的钼（如Crl7Mo2），能抵抗所有浓度的沸腾醋酸的腐蚀作用。向18—8型奥氏体不锈钢中加人1.5～4.0%，可以提高它在各种有机酸中的耐腐蚀性。但由于钼是铁素体的形成元素。为了使钢获得单一的奥氏体组织，应将钢中镍含量提高到12%左右。如Crl8Nil2Mo2Ti、Crl8Nil2Mo3Ti等。钼和铜配合使用，能量著提高钢在稀硅酸、尿素、磷酸等介质中的抗腐蚀性能，如Crl8Nil8Mo2Cu2Ti等。
7 钢  是较弱的扩大γ区的元素。当向铬镍奥氏体不锈钢中加入2—4%的同时，能大大提高钢在硅酸中的抗腐蚀能力。例如在1Crl8Ni9Ti的基础上加入2.8～3.2%的铜，成为Crl8Ni9Cu13Ti，其塑性、强度及耐硫酸腐蚀性均大大提高，适于作硫酸工业中的设备。
8 钛和铌  主要作用是形成稳定的TiC和NbC，固定钢中的碳，防止发生铬的贫化。但是钛和铌都是扩大α相区的元素，故对获得稳定的奥氏体不利。
9 稀土元素  向不锈钢中加入稀土元素，能大大地改善钢的热加工性能，甚至能使某些因含有铜和钼而只能进行铸造成型的钢种，也能进行热加工。加入稀土元素之后，钢的耐热性能也有所改善，而且减弱了硫对钢的危害性。

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思考题
1 简要叙述炼钢的基本任务。
2 简要叙述炼钢用原材料和耐火材料以及防止耐火材料损毁的措施。
3 结合我厂实际，简要叙述不锈钢的两种分类及其性质。

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第二章  钢铁冶炼发展史

2.1 炼钢的发展过程
人类最初使用的是陨铁，如埃及金宇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。
最早人们用木炭在约1000℃的温度下还原铁矿石，制品几乎不含碳、硅、锰、硫、磷等元素，结构疏松，其中夹有渣和矿石，此铁块比较柔软可锻，我国出土的春秋末期(公元前400～500年)铁器就是这样制成的。以后人们为提高生产力建立了炉身不高的还原炉。温度约在1100~1300℃，产品里的铁和渣混在一起，算为热铁。
随着炉身加高和鼓风的应用，铁在高温下还原出来，井吸收了过剩的碳成为生铁，但很脆不能锻造。为了得到可锻熟铁，人们把炼得的生铁用木炭进行熔化，再用矿石做氧化剂，去除铁中的碳、硅、锰、磷、硫等杂质，得到可锻的熟铁。1740年出现了一种可以熔炼液体钢的方法一—坩埚法，它是将生铁和废铁装入石墨和粘土制成的坩埚内用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料铸成钢锭，但这种方法不能去除钢中的有害杂质。
亨利•贝塞麦在1855年发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，第一次解决了用铁水直接炼成液态钢的问题，使炼钢生产的质量、产量提高了一大步。
1856年，暮舍（Robert Mashet）向钢液内加镜铁(Mn—Si—Fe的合金)进行脱氧，防止浇注后凝固的钢锭产生蜂窝气泡，使钢锭能顺利地进行加工热处理，保证了钢质，并可得到各种成分和不同硬度的钢。
由于西欧各国（法国、德国、比利时、卢森堡等）的矿石是高磷矿石，用贝塞麦法炼出钢水含磷量高达l～2．5%。1878年英国人托马斯(S．G．Thomas)发明了碱性炉衬的底吹炼钢法，在工业炉中以白云石加少量粘土作粘结剂制成炉衬，在吹炼过程中加入石灰造碱性渣，解决了高磷铁水的脱磷问题。由于托马斯炼钢法是空气底吹，所以钢液内溶解的氮较高，易产生时效硬化现象，人们采用丁很多减少鼓风中氧含景的措施，用富氧（O230～32%）鼓风，混合气体（O250%，CO250%）鼓风或氧气中加H2()鼓风，不仅可快速冶炼并能有效地降低钢中的氮量。
酸性、碱性转炉投入生产以后，废钢(切头切尾等)相应增加，同时工农业生产对钢地需求量也增大了。1865午继酸性转炉问世，法国人马丁（MarTin）利用蓄热室原理发明了以铁水、废钢为原料的酸性平炉(马丁炉)炼钢法，继托马斯炼钢法以后于1880年又出现了第一座碱性平炉。由于成本低、炉容大，质量优于转炉，又能解决废钢问题，并适用于各种原材料条件（铁水和废钢可用任何比例），平炉炼钢法长时间成为世界上主要的炼钢方法，平炉钢占全世界总产钢量的82%。
四十年代初大型空气分离机问世以来，开始提供大量廉价的氧气，随即产生了氧气顶吹转炉，它首先由瑞士人罗伯特、杜勒(Robert，Durrer)试验成功。1952年在奥地利林茨(Linz)城和1953年在多纳维茨城(Donawitz)先后建成了30吨的转炉车间并投入生产。所以这一方法也称LD法，美国称BOF（Basic oxygen furnace）炉或BOP法。由于氧气顶吹转炉反应速度快，热效率高，含氮量也低，还可使用近30%的废钢，所以它的生产率高，成本低，质量较高，加之投资比平炉少，便于自动化，已成为冶金史上发展最迅速的新技术，并逐步地取代了平炉。
在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，各种炼钢方法普遍采用氧气强化炼钢过程。氧气底吹转炉炼钢法采用开口冷却、裂解吸热喷嘴，喷入碳化氢，减缓氧气从喷嘴吹入钢液时炉底的损坏。这种方法对熔池的搅拌很强烈，脱硫能力强，能够冶炼超低碳钢种，铁损较顶吹小，能使用高磷生铁，而且吹炼过程中的曲线（成份，温度）变化的重复性好，利用动态控制，受到普遍的重视。目前顶底复合吹炼发展特别迅速。
自本世纪开始发展电炉炼钢以来，它长时期作为熔炼特殊钢和高合金钢的方法。由于市场需求量大和质量要求很高，加之电力工业的发展，采用超高功率电炉和炉外精炼技术已成为国内外广泛使用的冶金生产系列。在电力充裕的国家电炉常作为熔化和生产普通钢的设备。
冶炼生产的发展过程是决定于社会需要和当时的生产条件的，要求产量和质量越来越高，成本越来越低，每一个冶金工作者都应学习掌握冶金生产规律，用已取得的生产经验和冶金理论去指导冶金生产。生铁水中杂质的氧化．锅液中的脱氧和去除，依然是冶金生产中的主要问题。不仅要从热力学的观点去分析，而且也要从动力学角度研究并促进反应进行。
2.2  我国钢铁冶金的发展
旧中田钢铁工业非常落后，产量很低。虽然我国有相当丰富的煤、铁、有色属和水力资源，由于长期受到封建主义的束缚与帝国土义的侵略，冶金工业远远落后于资本主义国家。从1890年建设的汉阳铁厂算起至1948年的半个世纪中，钢的总产量累计还不到200万吨，年产量最多的1943年才92.3万吨，1949年只有15．8万吨。
新中国成立以后，钢铁冶金工业发展很快。1949—1980年累计为国家生产铁4.7亿吨，钢4.34亿吨，钢材3.05亿吨，1980年产钢量达3712万吨，同1952年相比平均每年递增速度为12．6%。1988年全年产钢已超过5900万吨。
工业布局有了相当大的改变，沿海的鞍钢年产钢已达800万吨（1988年），上海505万吨（1985年），首钢258万吨(1985年)，唐钢、天钢、马钢、本钢都超过了lOO万吨（1985年）。而内地的武钢398万吨（1985年），包钢、太钢、攀钢等都在150万吨左右。在新建和扩建大型钢铁联合企业的同时，建设了十多个特殊钢厂，几十个中小钢铁厂，还有为数众多的小型钢铁厂，分布在全国各地。在发展沿海钢铁工业的同时，也发展了许多内地工业，既发展了大型重点企业也发展了很多中小企业，为全国各地均衡发展工农业生产，利用当地资源，创造丁良好的条件。
产品品种和质量有了明显的增加和提高。旧中国只能生产100多个普通钢号，  现在已能生产lOOO多个普通钢号。根据我国资源建立了含硅、锰、镍、钨、钼、钒、钛、铌、稀土元素等合金钢体系，很多航空用的高温合金钢，精密合金以及高能加速器用的纯帙等产品都能符合规定要求，1953年我国只能轧制400多种规格的钢材，现在可轧制2万多种规格的钢材。不仅能生产铁路、火车、汽车、飞机、船舶、农机、重机、电站建筑所需要的钢材，而且能生产原子弹、氢弹、导弹、人造卫星、核潜艇所需的金属材料。
技术设备水平有了较大的提高。通过技术改造和技术引进，我国已有容量为300吨的氧气顶吹转炉，500吨的平炉，80吨的电炉，3.5万m3的制氧机，250x1900mm、210x1700mm大型板坯连铸机。
2.3 不锈钢的发展简史
表2-1为不锈钢发展的按年记事。
从表2-1可以看出，不锈钢的发现和发展与对金属材料的研究、冶金工艺的改进和工业技术水平的提高是分不开的。如果没有法拉弟（Faraday），伯尔塞尔（Berthier），布莱立（Brealey）和斯特劳斯（Strauss）等关于Cr、Ni等元素对钢的腐蚀性能影响方面的研究，就不会有不锈钢的发现；没有赫格（Higge）的不锈钢氧气炼钢法，克里夫斯基（Krivisky）的AOD法和维腾（Witten）公司的VOD法问世，要将不锈钢冶炼变成大规模生产是不可想象的，而与此同时，如果工业技术上没有及时解决氧气的大量制造和高真空的获得问题，不锈钢生产的近代化也是不可能的。还应指出，除了技术进步之外，理论上的突破也起着极其重要的作用，如法拉弟对于不锈钢钝化理论和赫尔蒂（Hilty）关于吹氧过程中脱碳保铬理沦的研究，就是突出的例子。
表2-1                不锈钢发展的逐年记事
年代        记事
1820        M．Faraday：进行了Ni钢的研究（英国）
1821        M．Berthier：进行了高Cr钢的研究（法国）
1836        M．Faraday：解释了钝化现象（英国）
1911        Datesizen：利用Girod型电炉炼成不锈钢
1912        H．Brearlay：发现铬钢（12.8%）有强的抗蚀性能，并做成了刀具
1912        H．Strauss：申请了含Ni8%的奥氏体不锈钢专利（美国）
1914        L．G．Ferths：开始进行不锈钢的商业生产（美国、英国）
1924        H．C．Higge：申请了氧气炼不锈钢的专利9美国）
1926        A．L．Field：申请了氧化（用铁矿石）还原法炼不锈钢的专利（美国）
1931        A．L．Field：申请了在铬矿炉底上用高碳FeCr、不锈钢屑作原料，用铁矿石氧化碳的改进法专利（美国）
1935        吹氧炼不锈钢的方法逐步普及（美国）
1948        D．C．Hilty：发表了吹氧炼不锈钢的理论成果（美国）
1960        J．A．Krevisky等：申请了AOD法原理专利（美国）
1967        Witten，Messo厂开发成功真空吹氧脱碳法（VOD法、西德）
1968        Joslyn厂开始用AOD法进行工业生产（美国）
1970        日本不锈钢产量跃居世界第一
1972        新日铁室兰RH-OB法投入工业生产
由于以上的技术进步，使西方国家的不锈钢年总产量于1984年已经达到800万吨。其中日本、美国、西德和法国产量较大。从1950年的100万t/a增加到1985年的800万t/a，平均年增长率大体为6%，而同时期碳素钢和低合金钢产量年增长率却仅为3%，不锈钢巳占全部钢产量的1.1%，可见其增长速度之迅速。
我国自1952年开始试炼不锈钢以来，经过几十年的努力，从1960年的1.5万t/a已经增长到1985年的27.25万t/a。从产量上看已经达到英国、西班牙的水平，成为世界上主要不锈钢生产国家的一员。但应指出，我国不锈钢生产的发展还远不能满足国内需要，不锈钢在总钢产量中的比重（1985年为0.58%）也大大落后于世界平均水平，因此，还需要我们作出不懈努力以追赶世界先进水平。到目前为止，应用于生产的不锈钢冶炼方法主要包括AOD法、VOD法、倒桶回炉法、强搅拌VOD法、RH-OB法和K-BOP法。我厂不锈钢工程采用的不锈钢主要冶炼方法是电弧炉与AOD双联并结合强搅拌VOD的三步法工艺。
2.4  钢铁工业生产的主要技术经济指标
衡量钢铁生产水平常用多种比值，其意义及有关内容如下：
焦比：高炉每炼一吨生铁的焦炭消耗量，kg(焦)/t(生铁)
1986年全国重点企业综合焦比为556kg／t。
矿铁比：高炉每炼一吨生铁的铁矿石消耗量，其比值标志着原料准备的好坏，并在一定程度上反映炼铁技术水平的高低，炼铁经济效益的大小，发达国家为1.45左右。
铁钢比：每炼一吨钢的生铁消耗量，其比值越小，吨钢能耗也越低，八十年代初较好的指标是0．7左右。
铸铁比：铸造铁产量与生铁总产量之比，此比值大表明焦炭消耗量大。铸造铁在使用时每吨铁还要再消耗约200kg的焦炭来熔化生铁。
废钢比：魔钢消耗量和钢铁料总消耗量之比。其比值越高，能耗越低，它取决于废钢资源、炉子容量，操作水平等固素。发达国家废钢比达30%～50%左右。
合金比：合金钢产量与钢总产量之比。此比值大小表明利用钢的机械性能和特殊物化性能的程度，它和汽车、化工、常规武器、尖端技术、日用消费品等等生产紧密相连。七十年代后期有所增加，一般为15%～16%。
连铸比：连铸坯产量与钢总产量之比。其比值表明钢的成材率和能耗的高低。1982年世界连铸比近40%，1987年近50%。
钢材比：钢材产量与钢总产量之比。它是反映金属价值利用程度的—项指标，钢材比小直味着钢材少(主要原固是轧钢能力不足)，铸钢占钢总产量的比例高（铸钢质量差，废品率高）。
板管比：钢板、带钢、钢管的合计产量与钢材总产量之比。一般在50%以上，其比值说明钢材品种构成的合理性和经济效益的大小。
不同炼钢方法钢产是构成比：氧气转炉和电炉钢产量占总产钢量大，表明炼钢技术先进，目前除仍以平炉为主，意大利以电炉为主以外．其余国家都以氧气转炉为主，以电炉为辅，前者占60～80%，后者占15～40%。氧气转炉钢生产率高，能耗小，成本低，冶炼品种也不少。随着炉外精炼工艺的发展，电炉将主要起熔化作用，生产率可大大提高，品种质量都有所突破。
2.5  国外钢铁工业发展的状况和趋势
经济发达国家的钢铁工业发展史表明，在建设新工厂的同时，十分重视对老企业的改造、扩建，并使之现代化，这是世界钢铁工业发展史的一条共同规律。它是以较少的投资和较快的速度增加钢铁生产的捷径。据报导，改建、扩建比新建厂节省投资30～40%，建设速度也快，投资比新建厂回收快，新建厂需要10～13年，改造旧厂只需6～8年。另外一条是依靠技术进步，在我国，采用七十或八十年代国外钢铁工业的先进技术是发展我国钢铁工业并使之现代化的重要途径。
国外炼钢技术朝高效率、多品种、高质量、低成本的方向发展，近期发展起来的而影响较大的新技术是氧气炼钢、炉外精炼和连续铸钢。
2.5.1  氧气炼钢
转炉平炉用氧提高了炼钢的生产效率和经济效益。
氧气顶吹转炉：发展速度快，1981年美国产量为60.6%，日本为75.2%，西德为80.2%，苏联为29.5%，1080年世界平均为55．6%。转炉趋向大型化，普遍为200～300吨，最大为400吨。氧气转炉生产的品种不断增加，质量不断提高，除能冶炼平炉的钢种外还能冶炼部分电炉钢种，越来越多地承担某些合金板钢及特殊钢的冶炼。炉子寿命长，日本转炉平均为1500～2000炉，自动化程度高，有些炉子已实现动态控制。能普遍回收炉气。
氧气底吹转炉：始于1977年，1979年底全世界这种转炉生产能力约为4300万吨，最大炉子240吨（法）。氧气底吹转炉在冶炼高磷生铁、生产低碳钢以及替代平炉方面都有很明显的优点，成本也比较低。
顶底复合吹炼：在日本等国已投人生产，此法又称“顶吹鼓风平衡法”。实质上仍以顶吹为主，在底部吹人氧、氩、氮等气体以搅拌炉内金属，使顶吹兼有底吹的优点，促进金属与渣、气体间的平衡，吹炼过程平稳，渣中氧化铁少，减少了金属消耗和铁合金的消耗，可以吹炼含碳很低的钢。
平炉用氧：苏联及一些东欧国家，已不新建平炉，对尚存平炉都作了较大的改造。主要是用氧，如顶吹用氧平炉，吹氧双床平炉，侧吹氧平炉（从炉墙侧面吹入熔池）等，提高了生产率，降低了成本。

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2.5.2  连续铸钢
始于五十年代，是铸锭技术的重大革新，用连铸代替模铸，节省钢铁厂投资，提高成材率，降低钢材成本，改善劳动条件，此外，还节省能耗。各国都把发展连铸作为节能的主要措施，近十几年来发展很快，1981年世界连铸比约为30%，87年约为50%，87年为50%，我国1987年为12．93%。
从断面分，连铸坯有矩形、方形、圆形和异形坯。从浇注的钢种看，除沸腾钢、高速钢和某些滚珠钢外，几乎包括所有钢种。从设备高度来分，有立式、立弯式、弧形和水平式连铸等。按采用的技术可分保护浇注、电磁搅拌、自动控制液面高度等。大型钢铁厂普遍采用大型连祷机，有单流的和多流的。最大的连铸机年产量可达160万吨。50万吨的钢厂普遍采用电炉——连铸——小轧机的生产流程，连铸比很高。
2.5.3  炉外精炼
炉外精炼是指从初炼炉出来的钢水，在另一冶金设备中进行精炼的技术。它可提高钢质，缩短初炼炉的冶炼时间，降低成本，可生产出一般冶炼炉达不到的高质量钢。近20年来，炉外精炼技术有迅速的发展，具体方法有30多种，各自的侧重点不同。如脱硫、脱碳、脱氮、脱氧，减少非金属夹杂，改变夹杂物形态，均匀浇注温度和微调成分等。世界上炉外精炼设备已超过500台，其中有循环法（RH法）和提升法（DH法）150台，盛钢桶精炼法（ASEA-SKF法）约30台，真空电弧脱气法（VAD）约20台，真空氧气脱碳法（VOD法）约30台，盛钢桶炉法（LF法）约l0台，氩氧脱碳法(AOD法)90多台，喷粉法约100台，还有很多包底吹氩设备。采用何种精炼设备依生产需要而定。美国、日本轴承钢全部进行真空处理，国外已较普遍地采用钢包吹氩，在炉外精炼发展的同时防止钢液二次氧化的技术液越来越受到重视。
2.5.4  电炉炼钢
在电费便宜而废钢多的国家，电炉钢产量迅速上升，最大炉容约400吨。除冶炼特殊钢外主要生产普碳钢。如美国、日本电炉钢中普碳钢占70%以上，这是各国电炉发展的普遍趋势。六十年代中期发展起来的高功率、超高功率电弧炉（大于400～800千伏安／吨炉容量）的熔化速度快，产量高，电耗及电极消耗低，经济上合理，通常都采用水冷炉壁、助熔技术、自动化操作、炉外精炼等技术。进而与连铸配合，生产率大幅度提高，品种增多，质量改善，电耗降低。在一些以多品种生产的厂家中电弧炉常采用改进的冶炼操作工艺。
2.5.5  模铸
模铸技术近年来也有不少改进。如发展绝热板，采用密度很小的绝热板代替传统的粘土砖保温帽，使镇静钢切头减少4～6%。带绝热板的上小下大钢锭模与凹形底板结合可减少尾部切头2%。美国等国发展上注，省去下注的耐火材料，简化了脱摸、整模工序。一些闰家发展半镇静钢，固为它比镇静钢的切头少6—10%。英国半镇静钢是钢锭产量的30%。此外保护渣浇注和滑动水口也有很大的发展。
2.5.6  和炼钢关联的其它重大新技术
铁水预脱硫：目前很多钢种要求低含硫量。硫除会造成热脆外，主要影响钢质（纯净度）和降低钢材的深冲性能、冲击韧性、横向性能、厚度方向上的性能、焊接性能等。越来越多的铁水采用炉外预脱硫法，它比在炼钢炉内脱硫容易，也很经济。有喷吹法、搅拌法、喷吹加搅拌法，摇包法、浸泡法等，在鱼雷型铁水车中喷吹石灰粉法可把铁水中的硫由0.04%降到0.015%。此法不需电石，成本低，可能有较大的发展。
采用活性石灰：国外已普遍采用活性石灰。为适应转炉内快速成渣加速化学反应的需要，有的工厂采用易于成渣的含MgO的镁质石灰。
钢包：国外一般使用铝硅系材质，特殊情况下采用碱性镁质砖。日本根据本国资源，采用蜡石质砖(半硅质耐火砖)，它烧失量小，烧成收缩小，耐火度在1630～1700℃。设计使用寿命达100次。
2.5.7  合金钢
发达国家的合金比约占10～17%。合金钢有以下特点：
（1）品种规格多。不仅板、管、带所占比例大，而且能生产特厚、特大、特小尺寸的产品。如石油化工用的2米宽的冷轧薄板，2.6米宽的热轧板，用于动力工业的直径大于660毫米的无缝管，直径大于2米的焊管，此外还生产彩色不锈钢、印花不锈钢等。
（2）采用先进的工艺。以检验要求最多，最严的轴承钢为例，采用炉外精炼（降低钢中气体、夹杂含量，提高钢的纯洁度）—>钢锭高温扩散退火（提高碳化物的均匀性）—>控制轧制（提高碳化物均匀性）—>连续式退火（提高球化组织的均匀性）—>在线检测（控制产品质量）工艺，可使网状碳化物小于2级，碳化物尺寸为0．5微米左右，而且大小都很均匀。
（3）专业分工细。随着科技的发展，要求生产越来越多的高质量合金钢材料，迫使一些特殊钢厂向专业化分工方向发展。根据各厂条件集中资金和技术力量改造生产线，采用先进工艺和设备，从事一、二种产品为主的专业化生产。目前国外专业化的特殊钢厂有以下八种类型：生产航天合金材料的特殊钢厂，不锈钢板、钢带工厂，轴承钢、弹簧钢和部分合金结构钢厂，合金工具钢、高速钢厂，高强度钢厂，精密合金厂，合金钢线材及钢丝厂，钢铁公司内兼大型合金钢材的分公司。
（4）重视后步工序。除冶炼加工外还有完整的精整检验设备。如坯料和产品的修磨、校直、热处理、缺陷检验设备等。精整场地一般都较大，有的甚至有单独车间。辊底式加热退火炉已成为主要的热处理设备，井广泛采用可控气氛进行无氧化、无脱磷光亮退火。
2.5.8  耐火材料
近年来国外发展方向是提高质量扩大品种。耐火材料消耗大幅度下降，某国家由五十年代的125kg/t钢到七十年代后期降为20～30kg/t钢。其重要原固是迅速发展了氧气转炉、连续铸锭、滑动水口等新技术，井采用了高效率大型设备；另一方面，是由于大力提高耐火材料质量，发展优质新产品、新品种，适应新技术的发展。主要有以下特点：
（1）发展高纯原料、高压成型和高温烧成的生产工艺。“三高’工艺是提高质量的关键。采用优质原料，取消烧煤，使用重油和液化石油气，掺加精料。如欧美和日本氧气转炉砖衬原料杂质降到3%以下优质镁砂中MgO含量由原来的90～92%提高到96～98%以上。另一方面是提高体积密度，高压成型是提高耐火砖密度和强度的有效措施，如日本生产—般耐火材料采用300～400t摩擦压力机，高温隧道窑的烧成温度可达1700～1900℃，采用高温风机，预热空气，通氧助燃。此外，采用合成原料（烧成刚玉，合成莫来石等）、电熔材料（电熔刚玉、电熔石英等）煅烧后的熟料体积密度达3000kg／m3以上。用上述“三高”工艺，耐火砖由普通制品向高级制品发展。
（2）散状材料迅速发展。它应用广泛，便于施工，减轻劳动强度。近年来随着高炉喷灌和转炉喷补技术的发展，散状耐火材料的质量品种也发展迅速。20年前日本的耐火砖和散状料比例为99.5%：0.5%。七十年代后期散状料达33%以上。散状料包括的品种有喷补材料、浇注料、捣打料、投射料和可塑料等。施工方法有喷补、浇注、捣打、投射和振动等。
（3）新型轻质材料得到发展。这类材料包括耐火纤维制品、氧化物空心球制以及绝热衬板等。它的特点是导热率低，热容量小，重量很轻，抗热震性好。用它砌造的工业窑炉可节能20～30%，美国在十年内耐火纤维的销售额增长了十几倍，除普通硅酸铝纤维（使用温度在1000℃以下）之外，还发展了含铬硅酸铝纤维，高铝纤维及莫来石纤维等更耐高温的新品种。
（4）研究发展优质高效碱性和高铝制品。这是指烧成油煮白云石砖、碳镁砖等MgO—CaO—C系统的高纯高效制品和高纯高铝砖、锆石英～高铝砖（MgO—Cr2O3—ZrO2）系统的高纯度高效制品，它们具有良好的结构性能，能在苛刻的或特殊的条件下使用，并取得较好的效果。
目前国外钢铁工业正在开发的科学技术是：
（1）开发海洋矿产资源。从海水中提取MgO作为耐火材料，开采海底锰结核资源。
（2）铁矿石直接还原。用天然气还原矿石，用劣质煤直接还原，还有等离子冶金，原子能冶金，使用复合材料，非晶态金属，开展连续炼钢，半液态成型，发展连铸连轧及连续热处理，低温余热的回收利用，煤的气化等等。
今后钢铁工业发展应着重解决资源、能源和环境保护方面的问题。
近几年来我国钢铁工业在提高质量、增加品种、降低能耗、增长利润等方面都有比较明显的变化，钢铁工业部门在调整方面做了大量的工作，积极调整服务方向和产品结构，短缺产品有较大幅度的增长，普遍加强了能源管理，总结推广了一批节能新工艺、新技术，改造能耗高的设备，重点企业吨钢综合能耗降到1.3吨（标准煤）以下。
我国钢铁工业还存在着薄弱环节，主要是矿山生产能力小，连铸比低，初轧能力小，生产线上缺少铁水预处理、精炼设备、坯材的精整检测设备，我国的重点企业材科消耗很大（如耐火材料为30kg/t钢，1986年顶吹氧气转炉钢铁料消耗为1126kg/t，电炉为1029kg/t），1986年重点企业电炉钢电耗为607kwh/t。此外，我国冶金设备、工艺、布局尚有很多需要改进的方面，要在加强经济管理的同时积极进行新技术和新工艺的研究及推广工作。



思考题
1 简要叙述炼钢的发展过程和趋势。
2 简要叙述不锈钢的发展过程。
2 简要叙述钢铁工业生产的主要技术经济指标。

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第三章  一钢不锈钢炼钢工程的设计原则

3.1 设计原则
(1)一钢不锈钢工程的总体设计要求是：工艺先进、装备可靠、产品一流、环境优美、投资合理、确保三高（高速度、高质量、高效益）。
(2)不锈钢产品的目标是：产品实物质量达到世界先进水平，生产成本低于同类进口产品，按世界先进水平设计不锈钢生产的工艺、控制技术和装备。
(3)碳钢产品的目标是：实物质量达到国内先进（如宝钢股份）水平，主体工艺生产线的技术装备采用搅拌脱硫－转炉双联脱磷脱碳－钢水精炼新工艺，工厂设计水平不低于宝钢三期。
(4)充分吸收宝钢建设的经验，最大幅度的提高机电设备的国产化率，尽可能的扩大国内设计范围。
(5)按照宝钢现代化管理模式，由一钢公司统一规划和设置机修、仓库和生活辅助等相关设施，不列入本工程范围。
(6)根据一钢总图条件，将不锈钢和碳钢生产线设置在同一厂房内，共跨共轨面标高布置，起重机可互相利用；两条生产线统一铁水罐、钢水罐、渣罐吊钩钩距；并尽可能统一铁水罐、钢水罐和渣罐；统一钢水罐车轨距以及钢水罐车（除RH外），以提高作业效率和减少备品备件。
(7)本工程采用先进的低能耗工艺流程，并配套设计相应的能源回收设备。
(8)本工程坚决贯彻环保、劳动安全卫生技术措施、设施与主体工程“三同时”方针。本工程的环境保护、消防、劳动安全、工业卫生、三废处理等，达到并符合国家和上海市的有关标准。
3.2 主要设计内容
工程设计的主要内容包括不锈钢生产线和碳钢生产线及相关的公辅设施。
1)不锈钢生产线
不锈钢生产线包括铁水罐喷吹脱磷、电炉、氩氧脱碳炉AOD和VOD真空精炼等主生产工序以及电炉配料，AOD转炉、铁水罐、钢水罐修砌等辅助工序。
2)碳钢生产线
碳钢生产线包括铁水罐搅拌脱硫、顶底复吹转炉脱磷、脱碳双联吹炼、RH/LF/LATS精炼以及倒罐站和辅原料铁合金上料等主生产工序、废钢配料、铁水罐/钢水罐修砌等辅助工序和快速分析站等。
3)不锈钢、碳钢生产线独立或共用的除尘、水处理、供配电、燃气热力设施。
3.3 全厂生产规模、产品大纲及金属平衡
3.3.1 生产规模
     不锈钢钢水：  75万t/a
  碳钢钢水：    223.3万t/a
3.3.2  产品大纲
3.3.2.1不锈钢
1) 主要生产钢种
不锈钢主要生产钢种见表3－1。
表3－1               不锈钢主要生产钢种     (单位： t/a )
序号        钢           种        比例        产量        生产工艺
1        304        (0Cr18Ni9)        50%        375000        三步法
2        304L        (00Cr18Ni10)        10%        75000        三步法
3        316        (0Cr18Ni12Mo2Ti)        5%        37500        三步法
4        316L        (0Cr17Ni14Mo2)        5%        37500        三步法
5        409        (00Cr11Ti)        5%        37500        三步法
6        430        (1Cr17)        19%        142500        三步法
7        420        (2Cr13)        5%        37500        二步法
8        430        (1Cr17)        1%        7500        不经电炉
2)其它钢种
201(1Cr17Mn6Ni5N)、双相钢、超奥氏体、超马氏体、超低碳、超低氮不锈钢等。
3.3.2.2 碳钢
1)主要生产钢种
碳钢主要生产钢种见表3－2。


表3－2               碳钢主要生产钢种     (单位： 万t/a )
序号        钢              种        比例        产量
1        优质碳素钢        SPCC、SPCD、SPCE        38.6 %        86.2
2        耐大气腐蚀钢        10PcuRe        20.4 %        45.6
3        低、微合金高强度钢        09MnNb、15MnV        25.4 %        56.7
4        焊接结构钢        SM400A－C、SM490A－C        15.6 %        34.8
5        合计                100%        223.3

2)其它钢种
管线钢：X45～X65（X70）
3.4 主要原副材料供应
1)铁水
铁水由本公司750m3和2500m3高炉供应，采用260t鱼雷罐车送至炼钢厂铁水倒罐站。正常情况下每天不锈钢用铁水1175t，碳钢用铁水6300t，合计7475t。年需高炉脱硅铁水256.69万t/a。
2)铬铁水
不锈钢冶炼用铬铁水由上海申佳铁合金有限公司供应，铬铁水包采用平板车送至电炉跨，每小时一包，每包15～20t，平均每天21包。年需铬铁水用量为9.18万t/a。
3)废钢
不锈钢及碳钢废钢均由本公司中心废钢料场供应。
年需不锈钢废钢13.35万t/a ，碳钢废钢26.38万t/a。
4)活性石灰
活性石灰由石灰车间供应，采用皮带送至地下料仓；活性石灰不锈钢年需9.72万t/a，碳钢8.65万t/a，合计年需活性石灰18.37万t/a。
白云石由外购供应，采用汽车送至地下料仓；白云石不锈钢年需2.38万t/a，碳钢1.12万t/a，合计年需白云石3.5万t/a。
5)铁合金
各类铁合金(镍、镍铁、铬铁、硅铁等)及其它辅原料均本公司物资部门送至地下料仓。
不锈钢年需铁合金24.46万t/a，碳钢铁合金2.79万t/a，合计年需铁合金27.25万t/a。



思考题
1        简要叙述一钢公司不锈钢炼钢工程的设计原则。
2        简要叙述我厂炼钢工程的主要设计内容以及生产规模、产品大纲和金属平衡。
3        简要叙述我厂炼钢工程的主要原副材料供应。

lanelau

hehe

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