冶金工程概论小论文（材料）_冶金工程概论论文
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我知道的炼钢
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1.钢
1.1什么是钢
在了解炼钢之前，我们有必要了解下什么是钢，什么样的钢才算得上是好钢。通过查阅得知：钢是碳、硅、锰及其他元素在铁中的固熔体。钢中存在的元素可大致分为两大类：碳、硅、锰等是用以改善钢的性能，以满足工程材料要求的有益元素；另一类如磷、硫、氧、氢及氮等，是从炉料或大气中进入钢中的，它们的存在会使大部分钢的性能变坏。炼钢的任务在于通过化学反应，除去主原料（铁水和废钢等）中的杂质，并调整钢水成分和温度，达到规定要求。最后铸成合格的铸坯或钢锭。钢材中含有一定比例的碳，碳含量一般小于2.11%。标准钢好钢是要看材料用途，才能判断质量好、差。
1.2钢与生铁的区别
首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于2.11%称之钢，它的熔点在1450-1500℃，而生铁的熔点在1100-1200℃。在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加而塑性和冲击韧性降低。
1.3钢的应用前景
钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛。用途不同对钢的性能要求也不同，从而对钢的生产也提出了不同的要求。石油、化工、航天航空、交通运输、农业、国防等许多重要的领域均需要各种类型的大量钢材，我们的日常生活更离不开钢。总之，钢材仍将是21世纪用途最广的结构材料和最主要功能材料。
2.炼钢的发展历史
人类最初使用的是陨铁，如埃及金字塔中发现的铁和我国出土的商代铜钺铁刃都是陨铁，它们已在公元前1400~1500年被人们所利用。春秋末（公元前400~500年），人们用木炭在约1000℃的温度下还原铁矿石，得到几乎不含碳、硅、锰、硫、磷等元素，结构疏松，其中夹有渣和矿石的熟铁，此铁块比较柔软可锻。1740年，出现了一种可以熔炼液体钢的方法—坩埚法，它是将生铁和废钢装入石墨和粘土制成的坩埚内用火焰加热溶化炉料，之后将溶化的炉料铸成钢锭，但这种方法不能去除钢中的有害杂质。目前，现代大规模生产的炼钢方法按热能来源不同，可分为转炉炼钢和电炉炼钢。
2.1转炉炼钢法
转炉炼钢是把氧气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量（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。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。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。归纳为：“四脱”（脱碳、氧、磷和硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和温度）。采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。
转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，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，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。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稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。当磷与硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果氧气是从炉底吹入，那就是底吹转炉；氧气从顶部吹入，就是顶吹转炉
2.2电炉炼钢法
电炉炼钢主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达4000℃。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。
此类炼钢炉即电炉种类有电弧炉、感应电炉、电渣炉、电子束炉、自耗电弧炉等。通常说的电炉钢是用碱性电弧炉生产的钢。
电炉钢多用来生产优质碳素结构钢、工具钢和合金钢。这类钢质量优良、性能均匀。在相同含碳量时，电炉钢的强度和塑性优于平炉钢。电炉钢用相近钢种废钢为主要原料，也有用海绵铁代替部分废钢。通过加入铁合金来调整化学成分、合金元素含量。
以废钢为原料的电炉炼钢，比之高炉转炉法基建投资少，同时由于直接还原的发展，为电炉提供金属化球团代替大部分废钢，因此就大大地推动了电炉炼钢。世界上现有较大型的电炉约1400座，电炉正在向大型、超高功率以及电子计算机自动控制等方面发展，最大电炉容量为400吨。
电弧炉炼钢从整体可分为原材料的收集、冶炼前的准备工作、熔化期、氧化期和还原期五大阶段。
2.2.1原材料的收集
废钢是电弧炉炼钢的主要材料，废钢质量的好坏直接影响钢的质量、成本和电炉生产率
2.2.2冶炼前的准备工作
配料是电炉炼钢工艺中不可缺少的组成部分，配料是否合理关系到炼钢工能否按照工艺要求正常地进行冶炼操作。合理的配料能缩短冶炼时间。配料时应注意：一是必须正确地进行配料计算和准确地称量炉料装入量。二是炉料的大小要按比例搭配，以达到好装、快化的目的。三是各类炉料应根据钢的质量要求和冶炼方法搭配使用。四是配料成分必须符合工艺要求。
2.2.3熔化期
在电弧炉炼钢工艺中，从通电开始到炉料全部熔清为止称为熔化期。熔化期约占整个冶炼时间的一半左右，耗电量占电耗总数的2/3左右。
熔化期的任务是在保证炉体寿命的前提下，用最少的电耗快速地将炉料熔化升温，并造好烧化期的炉渣，以便稳定电弧，防止吸气和提前去磷。
熔化期的主要任务是熔化炉料，但是在熔化期既是造好炉渣，也是熔化期的重要操作内容，如果仅为满足覆盖钢液及稳定电弧的要求，只需1%～1.5%的渣量就已足够了，但从脱磷的要求考虑，熔化渣必须具有一定的氧化性、碱度和渣量。
2.2.4氧化期
氧化期的主要任务如下：
(1)继续氧化钢液中的磷。一般钢种要求氧化期结束时钢中磷含量不高于0.015%～0.010%，炼高锰钢时由于锰铁中磷含量较高，应控制得更低些。
(2)去除气体及夹杂物。氧化期结束时，钢中氮气量降低到0.004%～0.01%，钢中氢含量降到0.00035%左右，夹杂总量不高于0.001%。
(3)使钢液均匀加热升温，氧化末期达到高于出钢温度10℃～20℃。2.2.5还原期
氧化期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。主要任务是脱氧、脱硫、控制化学成分、调整温度。
3.炼钢工艺的发展历程
最早出现的炼钢方法是1740年出现的坩埚法，它是将生铁和废铁装入由石墨和粘土制成的坩埚内，用火焰加热熔化炉料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。此法几乎无杂质元素的氧化反应。
1856年英国人亨利•贝塞麦发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，也称为贝塞麦法，第一次解决了用铁水直接冶炼钢水的难题，从而使炼钢的质量得到提高，但此法要求铁水的硅含量大于0.8%，而且不能脱硫。目前已淘汰。
1865年德国人马丁利用蓄热室原理发明了以铁水、废钢为原料的酸性平炉炼钢法，即马丁炉法。1880年出现了第一座碱性平炉。由于其成本低、炉容大，钢水质量优于转炉，同时原料的适应性强，平炉炼钢法一时成为主要的炼钢法。1878年英国人托马斯发明了碱性炉衬的底吹转炉炼钢法，即托马斯法。他是在吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而解决了高磷铁水的脱磷问题。当时，对西欧的一些国家特别适用，因为西欧的矿石普遍磷含量高。但托马斯法的缺点是炉子寿命底，钢水中氮的含量高。
1899年出现了完全依靠废钢为原料的电弧炉炼钢法(EAF)，解决了充分利用废钢炼钢的问题，此炼钢法自问世以来，一直在不断发展，是当前主要的炼钢法之一，由电炉冶炼的钢目前占世界总的钢的产量的30-40%。
瑞典人罗伯特•杜勒首先进行了氧气顶吹转炉炼钢的试验，并获得了成功。1952年奥地利的林茨城和多纳维兹城先后建成了30吨的氧气顶吹转炉车间并投入生产，所以此法也称为LD法。美国称为BOF法或BOP法。
1965年加拿大液化气公司研制成双层管氧气喷嘴，1967年西德马克西米利安钢铁公司引进此技术并成功开发了底吹氧转炉炼钢法，即OBM法。1971年美国钢铁公司引进OBM法，1972年建设了3座200吨底吹转炉，命名为Q-BOP。
在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，1978-1979年成功开发了转炉顶底复合吹炼工艺，即从转炉上方供给氧气（顶吹氧），从转炉底部供给惰性气体或氧气，它不仅提高钢的质量，而且降低了炼钢消耗和吨钢成本，更适合供给连铸优质钢水，如图3所示。我国首先在1972-1973年在沈阳第一炼钢厂成功开发了全氧侧吹转炉炼钢工艺。并在唐钢等企业推广应用，总之，炼钢技术经过200多年的发展，技术水平、自动化程度得到了很大的提高，21世纪炼钢技术会面临更大的挑战，相信会有不断的新技术涌现。
4.结语
通过了本学期的学习，我对炼钢有了初步的了解，使自己开拓了见识，也明白不能只把知识的学习的局限于自己的专业上。也通过老师的讲解和介绍了解我国炼钢的现状，还在课堂上见识到了宝钢等大型企业是如何进行炼钢，对我有着不小的启发性作用。因此我深刻的认识到钢铁对于现代国家的重要性，我也会将利用课余时光进一步的了解有关方面的知识。
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