一、炼钢简介

炼钢的定义：用氧化方法去除生铁和废钢中的杂质，加入适量的合金元素，使之成为具有高的强度、韧性或其他特殊性能的钢，这一工艺过程称为“炼钢” 。

含碳量≤2.0%的铁碳合金，铁碳相图中2.0%C的意义。高温：奥氏体，热加工性能好；常温：以珠光体为主 。

为什么炼钢：生铁无法广泛应用。含碳高：高温下无奥氏体；性能不良：硬脆、韧性差、焊接性能差，不能加工；杂质多：S、P、夹杂物含量高。

钢中常见元素 ：五大元素：C、Mn、S、P、Si（必须要求）。其他元素：V、Cr、Ni、Ti、Cu 等（根据钢种）。存在原因：①工艺限制：S、P无法完全脱除；②原料残余：废钢残余Cu、Zn；③改善性能：Mn提高强度 Al细化晶粒。元素含量：①国标要求： GB；②企业标准：企业自定；③其它国家标准：SWRCH82B（日本）。

炼钢工艺组成：钢水冶炼：转炉、电炉；炉外处理：铁水预处理和炉外精炼；钢水浇注：连铸、模注

二、常见炼钢过程

一、转炉炼钢

转炉炼钢：把铁水与废钢混合，倒入转炉中然后吹氧，炉温大约上升到1600℃ ， 炉内反应非常剧烈，象火山爆发一样，将碳与主要杂质迅速烧掉（铁水中的锰和硅被氧化，铁水中的碳也被氧化成二氧化碳）。整个过程仅约30分钟，而且不再添加任何燃料，就可炼一炉钢，甚至可做到“负能炼钢”用这种方法炼钢，质量可以与平炉炼出的钢相媲美，所需时间却只有平炉的1／10，效率很高

转炉炼钢已经成为现代钢铁生产的主要工艺。增加炉外精炼后的产品质量进一步得到提高。

氧气顶吹转炉炼钢：

原料：1.铁水（80%-85%）：用封闭保温的鱼雷罐车从炼铁厂运来（以前用敞口铁水罐）；2.废钢（15%-20%）：事先破碎不搀杂质异物。

辅助原料：1.铁合金：若干种，主要用做冶炼过程脱氧剂、制造合金钢的添加剂。2.熔剂：石灰、萤石、白云石等造渣材料 。

反应剂：氧气：每炼一吨钢约消耗50～60m3的氧气，使用量大，要求稳定在8～12个大气压，纯度大于99.4%，脱去水分。

转炉构造

复合吹炼炼钢：

工艺开发：在LD的基础上，增加底吹惰性气体或弱氧化气体

具体工艺：LBE、LD－OTB、LD－AB、NK－CB ；区别在于供气元件、使用气体

我国的复吹转炉属于这种形式 ，底吹气体：Ar、N2、CO2

复吹优点（与LD相比）：

吹炼平稳，喷溅减少，金属收得率：渣中FeO降低；

降低夹杂提高质量、延长炉龄：熔池均匀、终点氧化性降低；

合金收得率高：（FeO）和〔O〕减少、余Mn高；脱磷能力强，石灰消耗降低：钢渣反应条件改善，脱磷接近于平衡；

极限终点碳降低，有利于冶炼超低C钢：CO分压低、后期搅拌高；

提高生产率：喷溅少，供氧强度高、可以适当超装；

降低成本：生产率高、金属收得率高，喷溅少、FeO低、合金收得率高，[O]低、余锰高、石灰消耗低、炉衬寿命高

复吹缺点（与LD相比）：

底吹O2时，冷却剂将使钢中[H]升高，CH化合物为冷却剂；

底吹N2将使钢中的氮升高，需要N2/Ar；

废钢比有所降低，气体吸热、Fe氧化减少、CH冷却剂吸热；

底吹喷嘴寿命低，炉龄降低

二、电炉炼钢

电炉按设备分类：感应炉：电磁感应，电流加热；电渣炉；等离子电弧炉：等离子体加热；电弧炉：通常所说的“电炉”

按供电性质分类：交流电弧炉：三相交流电 ；直流电弧炉：直流电

电弧炉优点：

热效率比较高： 65% 炉气带走热量少；

温度高：电弧区温度3000℃以上；

可以控制炉内气氛：▲氧化气氛 ▲还原气氛；

夹杂物含量低：炉内脱氧，夹杂物有充分时间上浮；

合金元素收得率高：还原气氛下合金化；

钢成分和温度容易控制：▲炉内合金化 ▲电加热；

设备比较简单，投资省；

节省能源：高炉长流程约1/3。

电弧炉缺点：

电能消耗大：消耗大量电力

气体含量高：空气及水电离；

钢中残余元素多：Cu、Ni、Cr元素富积；

温度均匀性差：电弧“点”热源。

电弧炉

三、炼钢主要技术经济指标

连铸比：连铸坯产量与钢总产量之比

废钢比：废钢消耗量和钢铁料总消耗量之比

铁钢比：每炼一吨钢的铁水消耗量

合金比：合金钢产量与钢总产量之比

四、炼钢原料之废钢

废钢：废钢铁具有矿物资源属性，回收的资源称为“第二矿业”，一直是钢铁工业的主要原料之一。

当前钢铁蓄积量不断增加，资源逐年递增，不断产生的废钢铁通过简便的回收、加工就可以回炉熔炼、并反复使用，是一个无穷无尽的铁资源。使用废钢代替生铁炼钢，可节约生铁生产所需能源消耗 （每吨生铁大约需消耗0.8吨标煤），理想情况下，用废钢炼钢所需能量仅为从矿石冶炼的1／3，可以减少气体污染86％、水污染76％、耗水量40％，减少采矿废弃物97％。

废钢

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