轉爐煉鋼

轉爐煉鋼

在轉爐中完成煉鋼的過程
于1856年由英國人貝斯麥發明,是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料,不借助外加能源,靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學反應産生熱量而在轉爐中完成煉鋼過程。[1]
    中文名:轉爐煉鋼 外文名:Convertersteelmaking 所屬品牌: 使用裝置:氧氣頂吹轉爐,頂底複吹轉爐

正文

一種不需外加熱源,主要以液态生鐵為原料的煉鋼方法。轉爐煉鋼法的主要特點是:靠轉爐内液态生鐵的物理熱和生鐵内各組分(如碳、錳、矽、磷等)與送入爐内的氧進行化學反應所産生的熱量,使金屬達到出鋼要求的成分和溫度。爐料主要為鐵水和造渣料(如石灰、石英、螢石等),為調整溫度,可加入廢鋼以及少量的冷生鐵塊和礦石等。轉爐按爐襯的耐火材料性質分為堿性(用鎂砂或白雲石為内襯)和酸性(用矽質材料為内襯);按氣體吹入爐内的部位分為底吹、頂吹和側吹;按吹煉采用的氣體,分為空氣轉爐和氧氣轉爐。酸性轉爐不能去除生鐵中的硫和磷,須用優質生鐵,因而應用範圍受到限制。堿性轉爐适于用高磷生鐵煉鋼,曾在西歐得到較大發展。

簡史

1856年,英國貝塞麥(H.Bessemer)發明了底吹酸性轉爐煉鋼法,以後被稱為貝塞麥轉爐煉鋼法。從此開創了大規模煉鋼的新時代。1879年英國托馬斯(S.G.Thomas)創造了堿性轉爐煉鋼法。造堿性渣除磷,适用于西歐豐富的高磷鐵礦的冶煉,一般稱托馬斯轉爐煉鋼法。1891年,法國特羅佩納(Tropenas)創造了側面吹風的酸性側吹轉爐煉鋼法,曾在鑄鋼廠得到應用。

用氧氣代替空氣的優越性早被認識,但因未能獲得大量廉價的工業純氧,長期未能實現。到20世紀40年代,空氣分離制氧以工業規模進行生産之後,煉鋼大量用氧有了可能。但是,舊有轉爐改用氧氣吹煉,爐底風眼燒損很快,甚至使吹煉無法進行。1948年杜雷爾(R.Durrer)在瑞士采用水冷氧槍垂直插入爐内吹煉鐵水獲得成功,1952年奧地利林茨(Linz)和多納維茨(Donawiz)鋼廠建立30噸氧氣頂吹轉爐車間。

盡管氧氣頂吹轉爐法得到廣泛發展,有人認為由底部供氣,熔池攪拌力強,冶煉過程較為合理。1965年加拿大空氣液化公司試驗成功用同心吹氧管同時吹入氣态碳氫化合物來冷卻噴嘴的技術。随後法國也試成用燃料油冷卻噴嘴的技術。較好地解決了氧氣底吹風口燒損快的問題,使底吹轉爐煉鋼方法得以複蘇。

氧氣頂吹轉爐采用噴嘴或透氣磚自底部吹入少量惰性氣體或氧氣,可明顯地改善熔池的攪拌力,而兼有底吹和頂吹的優點,1974年英國首先在1.25噸轉爐上、1975年法國和盧森堡合作在65噸轉爐上先後試驗頂底複合吹煉轉爐煉鋼成功。随後開始在世界範圍内推廣應用。

中國于30~40年代曾在各地用側吹酸性轉爐煉鋼,總生産能力約10萬噸/年。50年代,唐山鋼廠試用堿性爐襯吹煉成功,并推廣到全國各地。50~60年代側吹轉爐鋼産量曾達中國鋼總産量的20%以上。50年代末,首先在北京建成30噸氧氣頂吹轉爐車間開始生産。以後在各地相繼建成投産。1980年氧氣轉爐鋼的産量占全國鋼的總産量40.64%。

原理

轉爐煉鋼法同其他煉鋼法主要區别在于他不借助外加能源,僅靠吹入熔池的空氣或氧氣與生鐵水中各種元素的放熱氧化反應完成脫碳和脫除雜質的任務,并将鋼液加熱到出鋼(1600℃或更高)溫度。

氧化當空氣或氧氣吹入鐵水時,生鐵中易氧化元素就開始氧化,産生的氧化物和加入的石灰形成爐渣。各項元素按其與氧結合能力的順序依次氧化。首先氧化的是矽、錳和少量的鐵。開始時因溫度低(1200~1300℃),而且石灰溶解很慢,組成低氧化鈣的鐵-錳-矽酸渣。随着溫度升高,碳開始激烈地進行氧化。随石灰逐漸溶解,爐渣轉變為矽酸鈣渣或磷酸鈣渣,磷和硫亦被脫除,熔池鐵液中各種元素氧化的先後順序為矽、釩、錳、鉻。碳随着溫度的提高而分别先于有關元素氧化(見自由焓)。

煉鋼原料

轉爐煉鋼的原材料分為金屬料、非金屬料和氣體。金屬料包括鐵水、廢鋼、鐵合金,非金屬料包括造渣料、熔劑、冷卻劑,氣體包括氧氣、氮氣、氩氣、二氧化碳等。非金屬料是在轉爐煉鋼過程中為了去除磷、硫等雜質,控制好過程溫度而加入的材料。主要有造渣料(石灰、白雲石),熔劑(螢石、氧化鐵皮),冷卻劑(鐵礦石、石灰石、廢鋼),增碳劑和燃料(焦炭、石墨籽、煤塊、重油)。

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