炼钢是什么?常用炼钢冶炼方法和炼钢原理及炼钢工艺流程
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炼钢是指把废钢或生铁放入炼钢炉内按一定工艺熔炼得到的钢,将所含过量碳和其它杂质转为气体或炉渣除去;下面电百科就来介绍下炼钢是什么?常用炼钢冶炼方法和原理及炼钢工艺流程。
一、炼钢是什么?
钢铁是碳、硅、锰等元素在铁中的固溶体,用于改善钢的性能来满足工程建筑材料需求,另外一些元素磷、硫和氧氢氮等会存在大部分钢中使其性能变差,所以炼钢就是通过化学反应去除这些杂质,并达到要求铸成合格的钢锭。
二、炼钢原理及常用炼钢冶炼方法
炼钢的原理就是在炼钢炉高温下,用氧气或铁氧化物将废钢或生铁中的碳磷硫和其它杂质转化为气体和炉渣排除得到钢。
常用炼钢冶炼方法有三种,分别是:平炉炼钢、转炉炼钢和电炉炼钢。
1、平炉炼钢法:
将原料废钢、废铁、铁矿石、石灰石和生石灰溶剂放入炼钢炉内,用高炉煤气或液体燃料重油加热,加入氧化剂去除杂质。
当炼钢开始时,燃料与热空气相遇就在燃料面上燃烧,温度可达1800度,热能通过火焰作用炉料熔化,同时部分熔化的生铁生成氧化亚铁,生铁里杂质硅、锰被氧化亚铁氧化生成炉渣,然后炉内的石灰石,磷与硫等杂质就生成磷酸钙和硫化钙成为炉渣;过量的碳也进行氧化,生成一氧化碳从熔化的钢水里冒出,好象钢水沸腾一样。
平炉炼钢炉的炉膛是一个耐火砖砌成的槽,上面有耐火砖制成的炉顶盖住,平炉的前墙上有装料口,装料机就从这里把炉料倒进去,熔炼时关上耐火砖造的门,炉膛的两端都筑有炉头,炉头各有两个孔道,供导入燃料与热空气,或从炉里导炉气之用。
为了提高炉内温度,气体燃料要在蓄热室里进行预热;在平炉炼钢里可加入液态生铁,还可以加入固态的生铁以及夹攻以后的废铁和铁矿石等;在平炉里如果用30%的富氧空气鼓风,同时在熔化的钢水里吹入氧气,可使生产率提高80%,冶炼时间缩短2~4小时,并可节约燃料成本,富氧空气也不需要预热;此平炉炼钢法目前已经淘汰。
2、转炉炼钢法:
这种炼钢法运用的氧化剂是氧气,把空气鼓入熔融的生铁里,使炉料中的杂质硅、锰等氧化,在氧化中放出大量热量(含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度),可使炉内达到足够高的温度。因而转炉炼钢不需要别的燃料。
转炉炼钢的转炉外形就像个梨,内壁有耐火砖,炉侧有许多小孔(风口),压缩空气从这些小孔里吹炉内,又叫做侧吹转炉;开始炼钢时,转炉处于水平,向内注入1300摄氏度的液态生铁,并加入一定量的生石灰,然后鼓入空气并翻动转炉使它直立起来,这时液态生铁外表剧烈的反应,使铁、硅、锰氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成炉渣,利用熔化的钢铁和炉渣的对流效果,使炉内反应均匀;过几分钟后当钢液中只剩下少量的硅与锰时,碳开端氧化,生成一氧化碳(放热)使钢水激烈沸腾。炉口因为溢出的一氧化炭然后而出现巨大的火焰;最后磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁,磷酸亚铁再跟生石灰反应生成磷酸钙和硫化钙的炉渣。
当炉内磷和硫逐步减少后,火焰减少炉口出现褐色蒸汽(四氧化三铁)就说明钢已炼成了,立刻停止鼓风并把转炉转动到水平位置,把钢水倒入钢水包里加入脱氧剂脱氧,如果空气是从炉底吹入就是低吹转炉,目前随着制氧技术发展已使用氧气顶吹转炉,也有侧面吹转炉;如果转炉炼钢吹的是高压工业纯氧,则能进一步提高效率和钢材质量。
3. 电炉炼钢法:
电炉炼钢是以电能转化为热能产生热源,也称为电弧炉炼钢,使用导热材料石墨电极在电炉内靠电极和炉料之间放电产生电弧,导致电能在弧光中转变为热能,同时敷设和电弧的加热熔化金属和炉渣,冶炼出各种成分的钢材,电炉炼钢主要以废钢为原料,对生铁的消耗较少,不再需要大量的焦炭。
三、炼钢工艺流程
目前大规模炼钢根据能源使用不同分为:转炉炼钢、电炉炼钢两种,炼钢工艺流程分别为:
1、转炉炼钢工艺流程:铁水——>氧气转炉——>初炼钢水——>炉外精炼——>精炼钢水——>连铸机(模铸)——>铸坯(铸锭)
2、电炉炼钢工艺流程:废钢——>电弧炉——>初炼钢水——>炉外精炼——>精炼钢水——>连铸机(模铸)——>铸坯(铸锭)
目前平炉炼钢法基本淘汰,2006年我国转炉炼钢产量所占比重为85%,电炉炼钢所占比重为15%;随着技术发展和环保要求电炉炼钢是趋势,世界上其他国家电炉炼钢以占90%以上。更多关于炼钢问题请关注电百科,盗载必究。