两津勘吉收够中川公司:炼钢的资料

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中共中央政治局北戴河会议上，确定要把钢铁作为全党的第一位大事来抓，年计划要完成1070万吨，实现翻一番。时间已经过去了四分之三，还有一个季度要完成这个目标，可以说是根本办不到的。既然中央已经决定，只能完成任务， 于是便号召全民大炼钢铁，大搞群众运动。不是专业工厂，又无炼钢设备，更不懂炼钢技术，如何炼出钢铁？岂不是天方夜谈。在“没有干不到的，只有想不到的”口号指引下，要大胆解放思想。还是从农村开始，农民在田间垒起了小土炉，就炼起钢来了。经验很快传开，顿时，田野间的小土炉星罗棋布，火光冲天。农民兄弟能够做到的，城里工人老大哥就更没有问题了。上级领导机关给企业直接下达了钢铁指标，各企业也都先后开始炼钢了。当时我在新华印刷一厂工作，厂领导决定抽出一部分年青的管理人员，组成炼钢队伍，我也被抽调出来大炼钢铁。由于厂院存有纸张、油墨之类的原材料，又都是易燃物品，只好选择厂外职工食堂的小院内，盘起了几座小土炉，通上风箱，将煤炭点燃后再续上废铁，就开始冶炼起来。煤炭消耗很多，炉火也很旺盛，可就是化不开废铁，反而把土炉给烧塌了。经过了解，方知修土炉尚需耐火材料。于是就请教懂炼钢技术的师傅，重新垒起了土炉。这次确实有收获， 终于把废铁给烧结在一起了。因为是废铁与煤炭混合烧制，所以炼出来的钢都成为豆腐渣形状，这就是我们炼出来的钢铁。
由于各个单位都参与大炼钢铁，开始使用本单位的废钢材，没有几天就用光了。在当时炼钢的原料就成了大问题，只好发动全厂职工群众，收拣废钢铁，有些职工干脆就把自己家中的铁器献出。至于耐火材料和煤炭，也就顿时紧张起来，还是采用发动群众的办法，通过各种关系，千方百计的寻找，就这样维持开工。 我们这些人，吃住在工厂，日夜干了两个多月的时间，终于完成了上级下达的钢铁任务。之后，把这些不成型的钢铁，送到了指定地点。至于这些钢铁有什么用途，我们就不得而知了。
到1958年底，中共中央发表公报，宣布粮食、钢铁的产量都翻了一番，实现了特大的跃进。从此，“大跃进”、“总路线”和“人民公社”，并称为“三面红旗”，“大跃进万岁”也喊了整整二十多年。

现代炼钢技术
引言
1995 年世界粗钢产量和1979 年几乎相同，约为7 亿5 千万吨。从1979 年至1995 年期
间，世界钢材消耗量增加了约6 千万吨。这6 千万吨钢材的增加来自于这期间钢的连铸比的
提高，从22%提高到73%，而连铸钢的成品率要高得多。同时，氧气转炉或电弧炉取代平
炉炼钢也带来了经济效益。因此，钢生产效率的提高使得世界对钢的需求的增加得到满足，
而无须提高钢产量。
近年来，不单炼钢技术的经济性得到很大的提高，对钢材的性能的要求也不断提高。这
些要求包括：提高强度以减轻结构的重量；改善韧性以保证使用安全，特别是在零度以下的
使用安全；改善冷成形性和表面质量以适应汽车工业发展的需要；改善焊接性能以适应经济
性更好的大输入热的焊接工艺；钢的用户还进一步要求每一批钢材之间的性能的可重复性，
这因为钢材的进一步加工大都采用自动工序。为了保证满足上述要求，除轧钢技术的改进外，
炼钢技术进行重大革新也是必需的。
杂质元素最低的含量要求
有一常用术语叫做“洁净钢”。此术语原来是用来描述一种钢产品，其氧化物和硫化物
夹杂的含量很低。此术语现在也指磷、氢、氮含量很低的钢，有时还包括碳含量很低的钢。
表1 示出了在某些标准或内部技术条件所规定的杂质元素最低的含量要求。
利用所有可能的工艺，生产上述杂质元素总含量不超过60ppm 的洁净钢是可能的(1)。
有人预见2000 年超洁净钢的大生产将保证上述所有元素的总含量不超过20ppm(2)。除了对
这些非金属元素的限制外，常常有一些内部标准要求限制金属元素，如某些对表面质量有影
响的金属元素。一个例子是有一个公司在50％的产品中要求Cu+Cr+Ni+Sn 的总量不超过
0.07%(3)。为了达到如此严格的要求，炼钢技术必须要求对每一生产步骤都加以优化，如生铁的生
产，铁水予处理，废钢挑选，氧气转炉炼钢，出钢，钢包精炼，中间包工艺和连铸。其中某
些生产步骤将在下面加以讨论。
脱硫和硫化物形态控制
为了从液态金属中除去硫元素，往往需要应用如钙化物这样的硫化物形成剂。由于还原
气氛有利于硫化物形成的反应，对高炉铁水进行脱硫是最经济的方法。过去常用的最重要的
脱硫剂是碳化钙加一定的附加剂，主要由于其成本低。但现在应用以金属镁为基的脱硫剂可
获得更好的脱硫率。如图1(4)所示，同时喷吹上述两种成分可得到最佳经济效果。采用现代
脱硫工艺，进入转炉的铁水的典型硫含量可低于0.010%。
图1
氧气转炉炼钢时由于氧化气氛的存在脱硫率很低。当开始时铁水中的硫含量很低时，常
可发现来自废钢的硫含量的升高。往往出钢后硫含量也在0.010%左右，进一步降硫就
要靠钢包精炼。下述条件有利于脱硫，而且往往这些也是脱硫的先决条件。
·无渣出钢以得到较低的氧化势，用底吹惰性气保护钢水，以及加入含有铝等还原剂的
保护渣或反应渣。
·有碱性衬砖的钢包
·在钢包中形成激烈湍流，使得脱硫剂可充分散开并且得到高反应介面。
·保持较高的温度以促进脱硫反应。
用于钢水脱硫的脱硫剂一般有两种。一是钙合金如CaSi，二是低熔点合成渣如含
铝的CaO-Al2O3-CF2 系合成渣。图2(5)介绍一种工艺路线，可以获得硫含量低于10ppm。这样低的硫含量对抗氢诱导裂纹的钢来说是必要的。这些钢还需要进行硫化物夹杂形态控制，
可以用喂CaSi 芯丝的方法来达到此效果。
图2
脱磷
除了需强碱性氧化物如CaO 外，脱磷的条件和脱硫不同，因为强氧化气氛和较低的温
度对脱磷是有利的。因此铁水脱磷和钢包脱磷都不是成本低的首选方法。应该提到还有另外
的脱磷方法，一是通过两步工艺进行铁水脱磷(6)，另一是在低温出钢时，加入含CaO-FeO
的渣子。但后者还需增加操作步骤，如脱氧前将渣子扒去和钢包钢水再加热(7)。
常常利用复合吹炼的优点来得到低磷含量。这包括向熔池表面吹氧的喷咀的优化和底吹
惰性气体的优化，从而导致钢液和炉渣之间接近于平衡状态。调整炉渣的碱度和数量，可以
获得低磷含量(8)。应该指出，和传统的顶吹工艺相比，熔池的强烈搅拌可获得熔钢较高的金
属回收率和较小的[C][O]溶解积。
为了保持在转炉中得到的低磷水平，需要采用无渣出钢和应用低磷的铁合金，见图3(3)。
为了避免转炉渣进入钢包，可以采用两种系统，一是采用耐火材料制成的浮塞(9)，另一是一
个用电磁炉渣检测系统起动的气动塞(10)。
均匀化
上述常用的无渣出钢工艺，钢包中加入活性渣及底吹惰性气体都利于降低氧化物夹杂，
提高钢的洁净度。
上述工艺还对提高合金元素的回收率有利，条件是铁合金的加入是在脱氧后进行的；还
对钢液的均匀化以及在二次精炼后期对化学成分进行微调提供条件。从而可以保证炉号至炉号之间的化学成分偏差有严格的控制。上述的工艺步骤还有利于浇注温度的调节。如果需要
降低钢液温度，加入精选的废钢冷料，可将温度调至正好高于液相线的最佳温度。
很容易发生这样的情况，即整个二次精炼的时间很长，以至于钢液温度下降超过限
度。因而，二次精炼的设备往往包括加热措施。这可通过电加热，如通过三个电极或通过一
种发热剂工艺，如加入铝和吹氧的方法。图4 用一个多功能精炼炉模型示意图来归纳二次精
炼的各项工艺措施。
图3
图4号之间的化学成分偏差有严格的控制。上述的工艺步骤还有利于浇注温度的调节。如果需要
降低钢液温度，加入精选的废钢冷料，可将温度调至正好高于液相线的最佳温度。
很容易发生这样的情况，即整个二次精炼的时间很长，以至于钢液温度下降超过限
度。因而，二次精炼的设备往往包括加热措施。这可通过电加热，如通过三个电极或通过一
种发热剂工艺，如加入铝和吹氧的方法。图4 用一个多功能精炼炉模型示意图来归纳二次精
炼的各项工艺措施。
图3
图4号之间的化学成分偏差有严格的控制。上述的工艺步骤还有利于浇注温度的调节。如果需要
降低钢液温度，加入精选的废钢冷料，可将温度调至正好高于液相线的最佳温度。
很容易发生这样的情况，即整个二次精炼的时间很长，以至于钢液温度下降超过限
度。因而，二次精炼的设备往往包括加热措施。这可通过电加热，如通过三个电极或通过一
种发热剂工艺，如加入铝和吹氧的方法。图4 用一个多功能精炼炉模型示意图来归纳二次精
炼的各项工艺措施。
图3
图4真空处理
在低压气氛下，对所有产生气态产物的化学反应都有促进。在一个脱气容器中，真空处
理可以和其他二次精炼工艺项目相结合，如图4 所示。除了上述的改进外，低气压可带来氢
和氮含量的大幅度下降。
降了低气压，处理容器中搅拌气体的数量也对除气过程有很大作用。图5(11)表明，经过
真空处理后氢含量可低于1ppm，而几乎与处理前的原始氢含量的高低无关。但对于脱氮则
情况不同，除了原始氮含量，对氮有高活度的元素如钛或铝对脱氮的最后效果均有影响。
图5
在大生产中，几百吨钢水的大容量转炉已是很寻常的事。对于这样的大容量，钢水一部
分接一部分地进行连续真空处理显得更为经济。在这方面用得最多的工艺之一是RH 工艺。
RH 真空炉近年来被改装成一种多种功能的装置。除了有效的降氢降氮外，RH 工艺由于其
降碳能力的提高显得越来越重要了。
超低碳钢的生产从复合吹炼氧气转炉钢开始，转炉溶炼后的一般含碳约0.03%，并含有
与之相平衡的约0.06%的氧。降低气压可以通过CO 反应得到很好脱炭效果。有报导说，如
利用真空泵的全部能力，在RH 装备中经12 分钟的处理，碳含量可降至12ppm(12)。此时相
应的氧含量为200ppm 左右，再加铝以固定之，则可保证足够低的炭含量和很高的洁净度。
为了保持这样低的碳含量，在以后的工艺过程中应防止增碳现象，如主要增碳来自连铸保护
渣，应选用合适的保护渣以杜绝增碳。上述工艺不是获得低碳含量的唯一方法。有相当多的公司采用往RH 脱气炉中吹氧的方
法来缩短脱碳时间。这样可对起始碳含量较高的钢液进行有效的处理并且减少真空处理期间
的温降(13)。
连铸
为了避免来自脱氧过程的氧化铝颗粒造成的水口堵塞现象，对于低硫钢常常进行钙处
理，从而促进CaO-Al2O3 夹杂的形成，这种夹杂在铸钢温度时仍为液态。在二次精炼后的工
艺步骤中特别注意进一步降低氧化物夹杂。因而要在往连铸机的运送过程中和连铸过程中，
不断在钢包中进行搅拌。
在连铸过程中，有几种污染钢的可能性，如钢水和耐火材料的反应或被空气中的氧所氧
化。常用的工艺措施有：在钢包和中间包以及中间包和结晶器之间采用浸入式水口；防止钢
包渣进入中间包；采用合适的保护渣和中间包予热等(14)。也有一种进一步改善中间包冶金
的趋向，其目的在进一步清除夹杂物。档墙、过滤器和多孔塞等都是有用的措施(15)。
进入结晶器的浸入式水口的设置要有利于夹杂的上浮和其后被保护渣吸收。要特别注意
在结晶器内不要由于浇铸条件不合理而导致外生夹杂污染钢水。
实际上不仅仅是钢的洁净度很重要，其他连铸条件也很重要。如振动和润滑的优化对于
铸坯表面质量是很关键的；其他参数如小的过热度，小的鼓胀和凝固最后阶段的轻压下对于
降低钢的宏观偏析都是很重要的。
结论
现代炼钢技术的特点是在不同的容器中进行一系列冶金反应，以达到每一个过程的优
化。采用这样的技术可以生产具有高性能和高均匀性的钢产品以满足最终用户的需求。采用
这些现代工艺还带来很高的最终产品的成材率，因而改善总的钢生产的经济性，已经很清楚，
现代炼钢技术是使钢继续成为最重要的金属材料的基础技术之一。
参考文献
1．H.Jacobi, Stahl und Eisen 114(1994), No 11, p. 45-56
2．K.Kawakami, Stahl und Eisen 108(1988), p.625-643
3．P.Nilles, Stahl und Eisen 113(1993), No. 12, p.95-100
4．E.Hees, Stahl und Eisen 110 (1990), No. 5, p. 75-82
5．R.Scheel et al., Stahl und Eisen 105 (1985), p. 607-615
6．M. Suitoh et al., Kawasaki Steel Techn. Rep.17, p.9-17

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