煉鋼的方法,壹般可分為轉爐煉鋼、平爐煉鋼和電爐煉鋼三種方法。現分別介紹如下:
1. 轉爐煉鋼法:這種煉鋼法使用的氧化劑是氧氣。把空氣鼓入熔融的生鐵裏,使雜質矽、錳等氧化。在氧化的過程中放出大量的熱量(含1%的矽可使生鐵的溫度升高200攝氏度),可使爐內達到足夠高的溫度。因此轉爐煉鋼不需要另外使用燃料。
轉爐煉鋼是在轉爐裏進行。轉爐的外形就像個梨,內壁有耐火磚,爐側有許多小孔(風口),壓縮空氣從這些小孔裏吹爐內,又叫做側吹轉爐。開始時,轉爐處於水平,向內註入1300攝氏度的液態生鐵,並加入壹定量的生石灰,然後鼓入空氣並轉動轉爐使它直立起來。這時液態生鐵表面劇烈的反應,使鐵、矽、錳氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成爐渣,利用熔化的鋼鐵和爐渣的對流作用,使反應遍及整個爐內。幾分鐘後,當鋼液中只剩下少量的矽與錳時,碳開始氧化,生成壹氧化碳(放熱)使鋼液劇烈沸騰。爐口由於溢出的壹氧化炭的燃燒而出現巨大的火焰。最後,磷也發生氧化並進壹步生成磷酸亞鐵。磷酸亞鐵再跟生石灰反應生成穩定的磷酸鈣和硫化鈣,壹起成為爐渣。
當磷於硫逐漸減少,火焰退落,爐口出現四氧化三鐵的褐色蒸汽時,表明鋼已煉成。這時應立即停止鼓風,並把轉爐轉到水平位置,把鋼水傾至鋼水包裏,再加脫氧劑進行脫氧。整個過程只需15分鐘左右。如果空氣是從爐低吹入,那就是低吹轉爐。
隨著制氧技術的發展,現在已普遍使用氧氣頂吹轉爐 (也有側吹轉爐)。這種轉爐吹如的是高壓工業純氧,反應更為劇烈,能進壹步提高生產效率和鋼的質量。
2. 平爐煉鋼法 (平爐煉鋼法也叫馬丁法,現在已經淘汰了):平爐煉鋼使用的氧化劑通入的空氣和爐料裏的氧化物,(廢鐵,廢鋼,鐵礦石)。反應所需的熱量是由燃燒氣體燃料(高爐煤氣,發生爐煤氣)或液體燃料(重油)所提供。
平爐的爐膛是壹個耐火磚砌成的槽,上面有耐火磚制成的爐頂蓋住。平爐的前墻上有裝料口,裝料機就從這裏把爐料裝進去。熔煉時關上耐火磚造成的門。爐膛的兩端都築有爐頭,爐頭各有兩個孔道,供導入燃料與熱空氣,或從爐裏導爐氣之用。
平爐煉鋼所用的原料有廢鋼、廢鐵、鐵礦石和溶劑 (石灰石和生石灰)。開始冶煉時,燃料遇到導入的熱空氣就在燃料面上燃燒,溫度高達1800攝氏度。熱量直接由火焰傳給爐料,使爐料迅速熔化 (鐵的熔點是1535攝氏度,鋼略低)。同時有壹部分熔化的生鐵生成氧化亞鐵,生鐵裏的雜質矽、錳被氧化亞鐵氧化,聲成爐渣。由於爐裏放有過量的石灰石,磷與硫等雜質就生成磷酸鈣和硫化鈣成為爐渣。其次碳也進行氧化,生成壹氧化碳從熔化的金屬裏冒出,好象金屬在沸騰壹樣。
反應快要進行完畢的時候,加入脫氧劑並定時把爐渣扒出。在冶煉將完成時要根據爐前分析(用快速分析法,幾分鐘可完成)來檢驗鋼的成分是否合乎要求。煉鍀的鋼從出鋼口流入鋼水包裏,再從鋼水包註入模子裏鑄成制品或鋼錠。
為了提高爐溫,氣體燃料要在蓄熱室裏進行預熱。
在平爐裏不但可加入液態生鐵,而且可以加入固態的生鐵以及夾攻以後的廢鐵和鐵礦石等。另外,在平爐裏如果用30%的富氧空氣鼓風,同時在熔化的金屬裏吹入氧氣,可使生產率提高80%,冶煉的時間縮短2~4小時,並可節約燃料,富氧空氣也不需要預熱。
3. 電爐煉鋼法:鋼還可以在以電能為熱源的電爐裏冶煉。使用電爐煉鋼可以煉出優質的合金鋼。電爐的種類很多,應用最廣泛的是電弧爐。
目前平爐煉鋼在我國已基本淘汰,2006年我國轉爐煉鋼產量所占比重為85%,電爐煉鋼所占比重為15%。
從鋼鐵冶煉工藝中可以盾出,電爐煉鋼主要以廢鋼為原料,對生鐵的消耗較少,因此,也就不再需要大量的焦炭,但在我國目前仍以轉爐煉鋼為主的情況下,由於需要大量的生鐵,因此所耗煤炭量還是較大。
(東北亞煤炭交易中心)