什么是炼钢?

[拼音]：liangang

[外文]：steelmaking

炼制钢的工艺、方法和过程。古代的钢铁冶炼是在固体状态下完成的（见块炼铁）。现在除少数例外，钢都在1600℃左右以液体状态炼成，然后铸成锭、坯或直接铸成铸钢件。

从根本上说，钢的原料是铁矿石。从铁矿石到钢，有几种不同的工艺途径。最主要的是“高炉途径”，铁矿石先在高炉内炼成生铁（见高炉炼铁），再以生铁为原料，用不同方法炼成钢。通过这种途径炼成的钢，占世界钢产量的98％左右。另一途径是通过直接还原炼铁，将矿石在低于矿石熔化温度下炼成“海绵铁”，用它作原料，然后主要用电炉冶炼成钢，这种工艺流程，现只在较特殊的矿石资源和能源条件下采用；随着能源条件的改变，今后可能得到发展。另外还有一种粉末冶金方法，用于制造某些特殊的零件，近年来也用于高速工具钢等特殊用钢，在钢的总产量中，所占比重很小。

除生铁和海绵铁外，废钢也是重要的炼钢原料。在工业发达国家，废钢来源丰富，价格通常比生铁、海绵铁低，而且用作炼钢的原料还可以节约大量能源。在20世纪的前40年，由于炼钢工业使用越来越多的废钢，世界生铁产量对钢产量的比例不断下降（图1）。事实上百余年来炼钢方法的发明和发展，同废钢的供求情况密切相关。

现有的大规模炼钢方法都是1856年以后出现的。主要可分为转炉炼钢法、平炉炼钢法、电弧炉炼钢法三类。1860～1980年，各种炼钢方法所生产的钢，在钢的总产量中所占的百分比，如图2所示，从中可以看出各种炼钢法的兴起和衰落。

最早发明的是酸性空气底吹转炉炼钢法，又称贝塞麦转炉炼钢法。此法炼钢过程中所需的热量，来自原料铁水物理热及所含硅、碳及其他元素的发热氧化反应，因此，不用另外的燃料，就能达到钢水浇铸所要求的高温。贝塞麦法由于冶炼过程快，而且能耗低，发明以后，迅速得到推广，基本上取代了原有的熟铁搅炼炉和坩埚炉炼钢法。从此，开始了人类大量用钢的新时代。但贝塞麦法用酸性耐火材料(氧化硅质)作炉衬，不能造碱性渣脱磷脱硫，因此只适用于低磷低硫原料。为了利用西欧大量的高磷铁矿资源，后来发展出了使用碱性耐火材料的碱性空气底吹转炉法（托马斯转炉炼钢法）。这种方法在西欧各国很快推广。

又称马丁炉法或西门子-马丁炉法。此法用外来燃料加热，靠蓄热室把炉温提高到可以熔化钢的程度，这样就扩大了炼钢原料的范围，实际上可以采用0～100％的任何比例的废钢和生铁配料（图3）。最初的平炉也用酸性材料作炉衬，因此不能熔炼含磷高的生铁。和转炉一样，酸性平炉不久就被碱性平炉所取代。

以空气作氧化剂的转炉，由于空气所含的氮从炉内带走大量的热，使炼钢原料中不能搭配很多废钢。碱性平炉法的突出优点，就是在废钢与生铁配比方面和生铁磷含量方面有宽广的适应能力，因而在发明后为全世界广泛采用。到了20世纪中叶，即在氧气顶吹转炉炼钢法崛起之前，平炉钢产量稳定地占了世界钢总产量约80％。

50年代初，出现了碱性氧气顶吹转炉炼钢法。同原有的空气转炉相比，它的热平衡条件更为有利，所以原料中可以加入较多废钢（可达30％左右），所产的钢含氮量低，质量更好。另一方面，同平炉相比，它不耗燃料，而且生产率高得多，利用废钢的能力虽差一些，但在废钢来源不多的多数地区也已够用。因此从60年代起，世界氧气转炉炼钢的产量和比例扶摇直上。现在，可以说氧气转炉已彻底淘汰了空气转炉，并在很大程度上取代了平炉的地位。60年代末出现了氧气底吹转炉炼钢法。近年来又发展了复合吹炼转炉炼钢法，已在许多国家应用。

从20世纪初开始，徐缓地向前发展，目前约占世界钢产量的20％。电弧炉以电为热源，可以迅速熔化废钢和合金，而且可以基本密闭，排除大气的作用。另一方面，电弧炉一般容量较小（同转炉和平炉比）， *** 作成本较高。由于这些特点，电弧炉炼钢法曾主要用来生产特殊钢或合金钢。但近年来，随着电弧炉本身大型化和加大功率的成功，降低了电弧炉钢的生产成本，加上用废钢作原料价格低廉，在工业发达国家中出现了许多专门炼普通钢的电弧炉钢厂。这种所谓小钢厂投资远比同样产量的高炉-转炉联合企业低，所以发展较快。有些厂原料中除废钢外，还掺用一部分海绵铁。

中华人民共和国成立以前，中国炼钢技术落后，生产设备以平炉为主，有少量的电弧炉和转炉。50～60年代除鞍山、武汉和包头等钢铁基地扩建和新建了一些新型平炉以外，全国在较大范围内建立了许多小型空气侧吹转炉(见侧吹转炉炼钢)。60年代初，氧气顶吹转炉在首都钢厂投产。由于这种设备在经济上具有明显的优越性，后来在许多钢厂新建了较大的氧气顶吹转炉，最大的炉子容量为150吨。原有的空气侧吹转炉一部分停产，大部分改建成为氧气顶吹转炉。1980年中国各种设备在总的炼钢能力所占的比重约为：转炉44％，平炉33％，电炉23％。

现代的转炉、平炉、电弧炉炼钢工艺可以不同程度地保证钢的纯净，能够满足一般用户对钢质量的要求。随着科学技术的发展，需要质量更高、品种更多的高级钢。为了满足这种要求，第二次世界大战以来，出现了多种钢水炉外处理（又称炉外精炼）的方法，对转炉、平炉和电弧炉炼出的钢水进行附加处理，然后浇铸。根据处理的目的不同，发展出了多种多样的方法。应用最广的炉外处理有：吹氩处理、真空脱气、炉外脱硫等，使用这些方法以后，不论转炉、平炉和电弧炉都可以生产高级的钢种。某些尖端技术或特殊用途要求特高质量的钢，如果用炉外处理的办法也达不到要求，则要用特殊炼钢法炼制，例如电渣重熔法，和不同形式的真空冶金法。(见彩图)

参考书目

H.E.McGannon，The Making，Shaping and Treating of Steel，9th ed .，USS Press，Pittsburgh ，Pennsylvania， 1971.

参考文章

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