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钢是怎样炼成的——转炉炼钢

2018-06-22 09:07  来源: 新华网

生活中,钢铁制品随处可见,但我们通常所说的钢和铁并不是纯铁,而是铁的两种“合金”的总称。生铁和钢的主要组成元素是铁,同时还含有少量碳、 硅、锰、硫、磷,以及其他元素。生铁和钢的主要区别在于含碳量、性能以及用途。

生铁的含碳量大于2%,工业生铁含碳量一般在2.11%至4.3%之间,并含有硅、锰及少量硫、磷等元素,生铁是通过铁矿石经高炉冶炼的产品。而钢的含碳量介于0.02%至2.11%之间,还含有少量硅、锰及极少量硫、磷等元素。

生铁可以铸造,但不适宜锻造,而钢强度高,硬度大,韧性强,延展性好,易机械加工。

如何把生铁炼成钢?

炼钢最主要目的是把生铁中过高的含碳量降低。对于钢材,磷元素是有害元素,它会降低钢的塑性和韧性,出现冷脆性(随着温度的降低,金属材料强度有所增加,而韧性下降),需将其含量限制在0.05%以下。同时,硫元素也是有害元素,它会使钢热脆性变大,需将其含量限制在0.05%以下。但是,锰元素却可以增加钢材的坚固性、强度和耐磨损性。除此之外,硅元素也有助于增强钢材强度。所以,炼钢时需要除去生铁中磷、硫等影响钢材性能的元素,同时保留或增加硅、锰等元素并调整元素之间的比例。

炼钢所需的炼钢炉分为平炉、转炉和电炉三种。

以转炉炼钢为例。转炉的外形酷似梨,内壁有耐火砖,按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹转炉。转炉炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧,去除有害气体和非金属夹杂物,提高温度和调整成分。

转炉炼钢主要是将氧气鼓入熔融的生铁中,使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中释放出大量的热量 (含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度),使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需外加热源。

转炉炼钢过程

炼钢开始时,先清除炉内的炉渣,再向转炉内注入1200~1300 ℃的液态生铁以及一定量的废钢和生石灰,然后鼓入空气、转动转炉使其直立起来。在这一过程中,液态生铁表面会发生剧烈反应,使硅、锰元素氧化生成炉渣,并利用对流作用使反应充分进行。经过一段时间,钢液中只剩下少量的硅元素与锰元素时,碳元素开始氧化,生成一氧化碳并释放出大量热量,使钢液剧烈沸腾,溢出炉口的一氧化碳会燃烧产生巨大的火焰。最后,磷元素也会发生氧化反应并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁与生石灰反应生成磷酸钙和硫化钙从而形成炉渣。当磷元素、硫元素逐渐减少,火焰消退,炉口出现褐色的四氧化三铁蒸汽时,钢便已经炼成。最后,将转炉转到水平位置,钢水倾至钢水包内,再加入脱氧剂进行脱氧。

值得一提的是炼铁和炼钢是两种完全不同的工艺。首先,两者原料不同,炼铁原料为铁矿石、焦炭等,炼钢原料为生铁和废钢。其次,设备不同,通常炼铁用的设备是高炉,而炼钢用的是转炉、电炉等。炼钢和炼铁是钢铁生产中的两个阶段,炼铁是钢铁生产的上游工艺,炼铁得到的生铁是炼钢的原料。一般是先炼铁,之后再进行炼钢,最后得到各种钢材。

审核人:李继良

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作者: 张旭忠   [责任编辑: 李浩]