一种矿热炉平炉盖专利（颗粒炉专利图纸）

炼钢过程中需要哪些主料哪些辅料?

一、金属料（主料）

铁水、废钢、铁合金。

二、非金属料（辅料）

1、造渣剂：石灰、萤石、铁矿石；

2、冷却剂：废钢、铁矿石、氧化铁、烧结矿、球团矿；

3、增碳剂和燃料：焦炭、石磨、煤块、重油；

4、氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮。

炼钢的过程

炼钢主要以下五个过程：

1、融化过程。铁水及废钢中含有C、Mn、Si、P、S等杂质，在低温融化过程中，C、Si、P、S被氧化，即使单质态的杂质变为化合态的杂质，以利于后期进一步去除杂质。

2、氧化过程。高温下进行脱炭、去磷、去气、去杂质反应。

3、脱氧、脱硫与出钢。氧化末期，钢中含有大量过剩的氧，通过向钢液中加入块状或粉状铁合金或多元素合金来去除钢液中过剩的氧，产生的有害气体CO随炉气排出，产生的炉渣可进一步脱硫，即在最后的出钢过程中，渣、钢强烈混合冲洗，增加脱硫反应。

4、炉外精炼。从炼钢炉中冶炼出来的钢水含有少量的气体及杂质，一般是将钢水注入精炼包中，进行吹氩、脱气、钢包精炼等工序，得到较纯净的钢质。

5、浇铸。从炼钢炉或精炼炉中出来的纯净的钢水，当其温度合适、化学成分调整合适以后，即可出钢。钢水经过钢水包脱入钢锭模或连续铸钢机内，即得到钢锭或连铸坯。

加热炉构造及各部分的作用

目前，耐火材料被广泛的应用于锅炉制造的原材料中。

由

耐火材料

制造的加热炉的炉顶有两种，一种是由耐火砖砌筑的拱顶；另一种是普通的大型炉子使用的平炉顶。

耐火材料浇注料炉顶结构有两种，一种是整体浇注结构，而另一种则是预制块结构。

蓄热式加热炉是近几年来发展的一种新式加热炉，由于其高效节能的特点，受到了冶金行业的极大重视。耐火材料作为其制造的原材料，既保证了低水泥、超低水泥和无水泥浇注料的优良使用性能，还可以快速施工，特别是可以快速烘烤，使整体浇注料的炉体在3～5天以内完成烘烤，而快干抗渣浇注料除了上述特点外，还具有优良的抗氧化铁皮侵蚀特性。

贝塞麦与西门子和马丁各自创建转炉和平炉？

现代炼钢法出现

化学家早已分析确定了生铁、熟铁和钢的主要区分在含碳量不同。含碳量在1.7%以上的铁是生铁或铸铁；含碳量少于0.2%的铁为熟铁或煅铁；含碳量介于1.7%~0.2%之间的铁称为钢。生铁虽然坚硬，但性脆，钢具有弹性，熟铁容易接受机械加工，但比钢柔软。从生铁炼钢就是减少生铁内的碳量以及除去硅、硫和磷等杂质。

在欧洲一直到19世纪中期，炼钢还是采用一种搅拌法，把生铁加热到熔化或半熔化状态后，在熔池中搅拌，这是借助搅拌时空气中的氧气将生铁中的碳氧化。这正是1600多年前我国汉朝时代出现的炒钢法。图24-1是我国明朝崇祯10年（1637年）宋应星（1587—？）编著的初版的《天工开物》一书中关于炒钢的插图。书中讲到：“凡铁分生、熟，出炉未炒则生。既炒则熟，生熟相和，炼成则钢。”

在英国，1860年大约有3400多座搅拌炼钢炉，每12小时一班搅炼6~7炉，每炉250千克，日产1.6吨。这约占全世界可煅金属产量的一半。

在搅拌炉中的炼钢很难控制残留在钢中碳的含量，而且要耗费很大的人力。

1856年，英国人贝塞麦（Henry Bessemer，1813-1898）创造了一种转炉炼钢法。贝塞麦是一位法国资产阶级大革命期间（1789-1794）逃亡英国的机械工程师的儿子，在离开乡村学校后当上铅字浇铸工人，17岁开始经营生产金属合金和青铜粉，在参加英、法与俄罗斯对抗的克里米亚（Cremean）战争（1853-1856）中，亲眼目睹到用生铁或熟铁制造的炮身经受不住火药的爆炸力，往往发生爆裂，促使他寻找一种方便的生产钢的 *** 。他几经试验，终于在1856在伦敦的圣潘克拉斯（St．Pancras）建立了一座炼钢炉。

这是一座固定式的容器（图24-2），可盛放350千克铸铁，气流压力为70~100千帕。据《世界冶金发展史》（华觉明等编译，科学技术文献出版社，1985）一书记述，炉中反应强烈，使贝塞麦大为吃惊，因为他没有估计到氧气和金属中的碳以及其他杂质的反应放热如此猛烈。幸好10分钟后，当所有杂质已损耗完毕，火焰平息，可以走近容器，切断气流。金属注入锭模中，经测定为低碳的可煅铁。他相信自己已经发现了一种制造纯净熟铁的 *** 。

很快，他就制成一种可转动的可倾倒式转炉（图24-3），每炉可容5吨生铁，熔炼时间为1小时，包括补炉和铸锭时间在内，大大缩短了搅拌炼钢的时间，更减少了搅拌熔炼操作所费的人力。这一发明是具有革命性的，国内外的制铁工人和炼钢工人们纷纷要求获得此法的许可证。

1856年8月11日贝塞麦在切尔特南（Cheltenham）英国协会的会议上发表了他的发明。同时，1852年美国肯塔基州（Kentucky）的一位铁匠凯利（William Kelly）在1852年宣布也发明了同样的 *** ，是将空气吹入熔融的铸铁中以降低碳含量的 *** ，贝塞麦买下了他的专利。

贝塞麦在宣布他的发明后初期受到热情的欢迎和接待，数周内得到2700英镑的收入。但是人们很快发觉到，用他发明的 *** 炼出的钢锭由于氧化过度而生成氧化铁，生铁中的磷也未能除去，炼出的钢质量很差，不是疏松，就是硬脆，在煅打时发生断裂。贝塞麦遭受到批评和嘲讽。他于1859年在谢菲尔德（Sheffield）建立的自己的炼钢厂也只能用进口的不含磷的铁矿石。

关于钢中存在过量氧化铁的问题，由英国一位富有炼钢实践经验的马希特（Robert F．Mushet）解决了，是在熔化了的金属中添加称为镜铁的铁锰合金，其中的锰可将氧化铁还原。

除去铁矿石中磷的问题是炼钢中长期未解决的问题。贝塞麦和其他所有炼钢炉的建造者一样，是用硅质材料作为炉衬的，这种炉衬不会与磷氧化生成的氧化物结合，也不能把这种稳定的氧化物从钢中除去。这一事实使贝塞麦只能用无磷铁矿石，即含磷量低于0.05%的铁矿石炼成铁后再炼钢。

去磷的问题由英国一位法庭的书记员托马斯（Sydney Gilchrist Thomas，1850-1885）经过试验解决了，于1878年获得成功。托马斯虽然是一位法庭书记员，却热爱化学，他利用业余时间进入伦敦大学伯克培克（Birkbeck）学院进修化学课程，并通过英国皇家矿业学院冶金学和化学的考试。他在得知贝塞麦法炼钢中需要除去磷的问题后，用各种物质，包括氧化镁和石灰等进行试验，并在他的表弟吉尔克里斯特（Percy Carlyle Gilchrist）协助下在布莱纳峰（Blaenavon）的炼钢厂用一个转炉进行了试验，他的表弟正是这个炼钢厂的化学师。他们两人在1877-1878年间进行了9个月的试验，证明用焙烧过的白云石以石灰粘结作为炉衬里能满意地除去磷，而且还生产出宝贵的含磷的肥料，称为托马斯磷肥。1883年托马斯获得贝塞麦奖章，并成为一个富有的人，可惜因肺结核病在35岁即逝世。贝塞麦在1873年退休时也成为富翁，并受封为爵士，称为Sir Henry Bessemer。

随着工业发展，在生产建设和日常生活中出现了大量废钢、废铁，这些废料在转炉中不能使用，于是在出现转炉炼钢的同时，出现了平炉炼钢。

在转炉炼钢中，金属保持液态所需的热量是由化学反应所产生的热提供的。但在平炉炼钢中，化学反应所产生的热量不足以使金属保持熔融状态，所以必须由外部热源供应热量。

1856年德国工程师西门子（Charles William Siemens，1823-1883）创建一种交流换热炉。这是在燃烧炉两侧各建一蓄热格子砖室，从燃烧炉中出来的炽热的燃烧废气通过一个格子砖室，将热量传给格子砖。热的废气流定时地导入第二个蓄热格子砖室，随即供给的空气通过被加热的砖室，带着热量进入燃烧室燃烧，提高了炉温。每隔一定时间，交换空气和废气的流动方向，使两个蓄热室交替地从废气吸收热量。这种炉子最初用来烧制玻璃，后来用来炼钢，就是平炉。

威廉?西门子是一位工程师，在德国接受正规的技术教育后到英国；弗雷德里克?西门子（Frederick Siemens）在德国经营电气公司，后来也来到英国。他们兄弟二人认为英国鼓励工程技术人员和发明创造者，在英国申请专利比较方便，于1866年在英国伯明翰（Birmingham）共同建立了西门子厂，用他们创造的平炉炼钢。

差不多同一个时期，法国冶金学家?马丁（Pierre Emile Martin，1824-1915）同样利用蓄热原理，建立了平炉，在法国锡雷尔（Sireui）建厂，利用铸铁和废铁为原料炼钢。1867年产品在巴黎博览会展出，获金质奖章。马丁在1915年获英国钢铁学会授予的贝塞麦金质奖章。

西门子?马丁平炉（图24-4）包括四个热交换室，室内装满排成格子的耐火砖。空气经过管道A与B进入室Ⅳ，燃烧气体经过管道D和E进入室Ⅲ。燃烧气体是发生炉煤气、炼焦煤气和高炉煤气的混合物。两种气体在Ⅴ处混合燃烧，所生成的气体穿过Ⅰ和Ⅱ室就使两室的格子砖预热，冷却的气体经过C进入烟囱。旋转活塞F和G使空气与燃烧气体进入室Ⅰ和室Ⅱ，于Ⅵ处混合后燃烧，并预热Ⅲ和Ⅳ室。Ⅶ是热交换炉，温度可达1800℃。适当比例的生铁废钢和铁矿混合在一起，置于Ⅶ处熔化，铁中部分杂质被空气氧化，另一部分杂质则被氧化铁氧化。整个过程约需几小时。

平炉炼钢的历史

open hearth steelmaking

用平炉以煤气或重油为燃料，在燃烧火焰直接加热的状态下，将生铁和废钢等原料熔化并精炼成钢液的炼钢 *** 。1856年德国人西门子 (K.W.Siemens）使用了蓄热室为平炉的构造奠定了基础。1864年法国人马丁（P.┵.Martin）利用有蓄热室的火焰炉，用废钢、生铁成功地炼出了钢液，从此发展了平炉炼钢法。在欧洲一些国家称为西门子－马丁炉或马丁炉。此法同当时的转炉炼钢法比较有下述特点：①可大量使用废钢，而且生铁和废钢配比灵活；②对铁水成分的要求不像转炉那样严格，可使用转炉不能用的普通生铁；③能炼的钢种比转炉多，质量较好。因此，碱性平炉炼钢法问世后就为各国广泛采用，成为世界上主要的炼钢 *** 。在1930～1960年的30年间，世界每年钢的总产量近80%是平炉钢。50年代初期氧气顶吹转炉投入生产，从60年代起平炉逐渐失去其主力地位。许多国家原有的炼钢主力──平炉已经或正在陆续被氧气转炉和电炉所代替。

1890年，“江南机器制造总局”(在上海）建立3吨和15吨酸性平炉各一座，是中国最早的炼钢平炉。到1949年除鞍山有一些较大的平炉外，有为数不多的小型平炉。中华人民共和国建立后，修复、改造原有的平炉，并建设了新的大中型平炉。进入70年代后未新建平炉。

特征可归纳如下三点：

从外部供给热量 因平炉炉体庞大，冶炼时间长，炉墙散热损失和高温废气带走的热量大，除钢铁原料中各元素氧化产生热量外，必须从外部供给燃料和使用预热空气燃烧燃料，方能保持炼钢时需要的热量。不吹氧的平炉每炼1吨钢大约消耗 100万千卡的热量，相当于140公斤标准煤。

氧化性气氛 平炉熔炼室内燃烧气体（炉气）中含有O2、CO2、H2O等，在高温下，强氧化性气体向熔池供氧量每小时可达金属重量的0.2～0.4%，对熔池起氧化作用，使炉渣始终有较高的氧化性。单靠炉气供氧，速度慢，加铁矿石或吹氧可加速反应过程。

炉渣的作用 炉渣的比重只有钢液的1/2左右，浮在熔池面上，介于炉气和钢液之间，是炉气向熔池传热和传氧的媒介。此外，炉渣还有去除硫、磷等杂质，保护钢液不致过氧化和防止钢液吸收气体（H、N）等重要作用。因此平炉炼钢要求造好具有一定碱度和流动性良好的渣，炉内需维持适当的渣量和渣层厚度，为造好渣，炉料熔化后，熔池中的铁水要保持适量的含碳量。在精炼时，依靠炉渣的传热和传氧，以及追加铁矿石或吹氧促进脱碳反应激烈进行，造成熔池的激烈沸腾，增大渣、钢的接触面积和加强传热、传质作用，以完成精炼任务。

总之，具有良好的热工条件以保持高温，造好流动性、碱度和数量适宜的炉渣，精炼时保持较高的脱碳速度，使熔池沸腾活跃，对平炉炼钢是极为重要的。