钢铁到底是怎样炼成的

　　简单一点说就是把铁的纯度炼到98%<好像，初中化学内容，忘了。>要炼成这样，必须不断地敲打，淬火，让杂质C于氧气充分接触，生成CO2，所以古代炼钢铁，就是不断敲打，不断烧烤，不断放水里淬火。

　　现代炼钢步骤如下

　　造渣

　　造渣：调整钢、铁生产中熔渣成分、碱度和粘度及其反应能力的操作。目的是通过 钢铁高炉

　　渣——金属反应炼出具有所要求成分和温度的金属。例如氧气顶吹转炉造渣和吹氧操作是为了生成有足够流动性和碱度的熔渣，能够向金属液面中传递足够的氧，以便把硫、磷降到计划钢种的上限以下，并使吹氧时喷溅和溢渣的量减至最小。

　　出渣

　　出渣：电弧炉炼钢时根据不同冶炼条件和目的在冶炼过程中所采取的放渣或扒渣操作。如用单渣法冶炼时，氧化末期须扒氧化渣；用双渣法造还原渣时，原来的氧化渣必须彻底放出，以防回磷等。

　　熔池搅拌

　　熔池搅拌：向金属熔池供应能量，使金属液和熔渣产生运动，以改善冶金反应的动力学条件。熔池搅拌可藉助于气体、机械、电磁感应等方法来实现。

　　电炉底吹

　　电炉底吹：通过置于炉底的喷嘴将N2、Ar、CO2、CO、CH4、O2等气体根据工艺要求吹入炉内熔池以达到加速熔化，促进冶金反应过程的目的。采用底吹工艺可缩短冶炼时间，降低电耗，改善脱磷、脱硫操作，提高钢中残锰量，提高金属和合金收得率。并能使钢水成分、温度更均匀，从而改善钢质量，降低成本，提高生产率。

　　熔化期

　　熔化期：炼钢的熔化期主要是对平炉和电炉炼钢而言。电弧炉炼钢从通电开始到炉 钢花伴我炼钢忙

　　料全部熔清为止、平炉炼钢从兑完铁水到炉料全部化完为止都称熔化期。熔化期的任务是尽快将炉料熔化及升温，并造好熔化期的炉渣。

　　氧化期和脱炭期

　　氧化期和脱炭期：普通功率电弧炉炼钢的氧化期，通常指炉料溶清、取样分析到扒完氧化渣这一工艺阶段。也有认为是从吹氧或加矿脱碳开始的。氧化期的主要任务是氧化钢液中的碳、磷；去除气体及夹杂物；使钢液均匀加热升温。脱碳是氧化期的一项重要操作工艺。为了保证钢的纯净度，要求脱碳量大于02％左右。随着炉外精炼技术的发展，电弧炉的氧化精炼大多移到钢包或精炼炉中进行。

　　精炼期

　　精炼期：炼钢过程通过造渣和其他方法把对钢的质量有害的一些元素和化合物，经化学反应选入气相或排、浮入渣中，使之从钢液中排除的工艺操作期。 连铸机出坯

　　还原期

　　还原期：普通功率电弧炉炼钢操作中，通常把氧化末期扒渣完毕到出钢这段时间称为还原期。其主要任务是造还原渣进行扩散、脱氧、脱硫、控制化学成分和调整温度。目前高功率和超功率电弧炉炼钢操作已取消还原期。

　　炉外精炼

　　炉外精炼：将炼钢炉（转炉、电炉等）中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程，也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。初炼：炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。将炼钢分两步进行的好处是：可提高钢的质量， 炼钢车间

　　缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本。炉外精炼的种类很多，大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同，又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等。

　　钢液搅拌

　　钢液搅拌：炉外精炼过程中对钢液进行的搅拌。它使钢液成分和温度均匀化，并能促进冶金反应。多数冶金反应过程是相界面反应，反应物和生成物的扩散速度是这些反应的限制性环节。钢液在静止状态下，其冶金反应速度很慢，如电炉中静止的钢液脱硫需30～60分钟；而在炉精炼中采取搅拌钢液的办法脱硫只需3～5分钟。钢液在静止状态下，夹杂物上浮除去，排除速度较慢；搅拌钢液时，夹杂物的除去速度按指数规律递增，并与搅拌强度、类型和夹杂物的特性、浓度有关。

　　钢包喂丝

　　钢包喂丝：通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫及微调成分的粉剂，如Ca-Si粉、或直接喂入铝线、碳线等对钢水进行深脱硫、钙处理以及微调钢中碳和铝等成分的方法。它还具有清洁钢水、改善非金属夹杂物形态的功能。

　　钢包处理

　　钢包处理：钢包处理型炉外精炼的简称。其特点是精炼时间短（约10～30分钟）， 转炉炼钢

　　精炼任务单一，没有补偿钢水温度降低的加热装置，工艺操作简单，设备投资少。它有钢水脱气、脱硫、成分控制和改变夹杂物形态等装置。如真空循环脱气法（RH、DH），钢包真空吹氩法（Gazid），钢包喷粉处理法（IJ、TN、SL）等均属此类。

　　钢包精炼

　　钢包精炼：钢包精炼型炉外精炼的简称。其特点是比钢包处理的精炼时间长（约60～180分钟），具有多种精炼功能，有补偿钢水温度降低的加热装置，适于各类高合金钢和特殊性能钢种（如超纯钢种）的精炼。真空吹氧脱碳法（VOD）、真空电弧加热脱气法（VAD）、钢包精炼法（ASEA-SKF）、封闭式吹氩成分微调法（CAS）等，均属此类；与此类似的还有氩氧脱碳法（AOD）。

　　惰性气体处理

　　惰性气体处理：向钢液中吹入惰性气体Ar，这种气体本身不参与冶金反应，但从钢水中上升的每个小气泡都相当于一个“小真空室”（气泡中H2、N2、CO的分压接近于零），具有“气洗”作用。炉外精炼法生产不锈钢的原理，就是应用不同的CO分压下碳铬和温度之间的平衡关系。用惰性气体加氧进行精炼脱碳，可以降低碳氧反应中CO分压，在较低温度的条件下，碳含量降低而铬不被氧化。

　　预合金化

　　预合金化：向钢液加入一种或几种合金元素，使其达到成品钢成分规格要求的操作过程称为合金化。多数情况下脱氧和合金化是同时进行的，加入钢中的脱氧剂一部分消耗于钢的脱氧，转化为脱氧产物排出；另一部则为钢水所吸收，起合金化作用。在脱氧操作未全部完成前，与脱氧剂同时加入的合金被钢水吸收所起到的合金化作用称为预合金化。

　　成分控制

　　成分控制：保证成品钢成分全部符合标准要求的操作。成分控制贯穿于从配料到出钢的各个环节，但重点是合金化时对合金元素成分的控制。对优质钢往往要求把成分精确地控制在一个狭窄的范围内；一般在不影响钢性能的前提下，按中、下限控制。

　　增硅

　　增硅：吹炼终点时，钢液中含硅量极低。为达到各钢号对硅含量的要求，必须以合金料形式加入一定量的硅。它除了用作脱氧剂消耗部分外，还使钢液中的硅增加。增硅量要经过准确计算，不可超过吹炼钢种所允许的范围。

　　终点控制

　　终点控制：氧气转炉炼钢吹炼终点（吹氧结束）时使金属的化学成分和温度同时达到计划钢种出钢要求而进行的控制。终点控制有增碳法和拉碳法两种方法。

　　出钢

　　出钢：钢液的温度和成分达到所炼钢种的规定要求时将钢水放出的操作。出钢时要注意防止熔渣流入钢包。用于调整钢水温度、成分和脱氧用的添加剂在出钢过程中加入钢包或出钢流中也叫脱氧合金化。

　　戴 栋

　　摘 要 分析了唐钢电炉钢中硫成分偏高的原因及其对冶炼指标的影响，并提出控制硫进入熔池的措施和还原精炼硫的操作方法，经实践证明，取得了较好的效果。

　　关键词 钢水中硫 来源 控制 效果

　　Analysis And Control on Source of Sulphur into EAF Bath

　　in Tangshan Iorn & Steel CoLtd

　　Dai Dong

　　(Tangshan Iron & Steel CoLtd)

　　Abstract This paper gives analysis on the cause of higher content of suphur in molten steel in EFA of Tangshan Iron & Steel CoLtd and its effect on smelting indexesIt also puts forward some measur-ments to control sulphur into bath and desulphurization methods in reducing and refining process,which is prooved to gain good effects from practice

　　Keywords sulphur in molten steel suorce control effect

　　1 前 言

　　近两年来，由于废钢铁质量下降和工艺条件变化，唐钢5t电炉冶炼时，熔清后硫成分过高的炉次明显增多，给冶炼操作特别是优质钢生产带来很大困难。为此，对熔池硫高的原因进行了较细致的跟踪分析，找出主要入炉材料对钢水中硫的影响。经过控制原料质量和改进精炼工艺操作，解决了钢水中硫的控制和脱除的难题。

　　2 熔池中硫的来源及影响

　　21 电炉冶炼条件及工艺操作

　　唐钢电炉以废钢铁为主要原料炼钢，用生铁配碳。熔化期采用煤氧喷吹助熔工艺，浇余炉渣钢水回炉。造渣材料主要是活性石灰、萤石、矿石等；炉衬工作层为焦油镁砖，冶金镁砂补炉。冶炼基本工艺为“熔氧合一”和“快白渣”还原、渣洗混冲出钢。熔清硫成分多在013％～018％，平均约为014％，最高在020％左右。

　　22 入炉原料的硫含量及增硫量

　　221 钢铁料

　　冶炼碳工钢(T12～T13A)所配废钢铁比例如表1所示，其中废钢主要是社会废钢，杂质多，且混有30％左右的废生铁制品。切头主要是公司内部轧钢普碳、低合金钢坯头。自产废铁主要是废灰铁、钢锭模。配碳生铁为炼钢铁皮。

　　表1 废钢铁原料及其主要成分/%

　　种类 加入比例 硫含量 碳含量 磷含量

　　社会

　　废钢

　　内部

　　切头

　　自产

　　模铁

　　配碳

　　生铁

　　注：分母为取值范围，分子为平均值。

　　跟踪观察表1所列配料方法13炉，熔清硫含量平均为0116%，废钢中杂质还可增硫。

　　222 浇余钢渣

　　唐钢5t电炉出钢量为172t，回炉浇余钢水约300kg/炉，炉渣520kg/炉，其主要炉渣成分见表2。根据炉渣分析结果，093%的硫增入钢水使硫升高约0024%。

　　表2 回炉渣成分/%

　　CaO SiO2 Al2O3 MgO ∑FeO MnO P2O5 (S) 增碳量

　　4587 2147 679 1841 114 046 011 093 0024

　　注：包内渣样，n=5

　　根据资料介绍，还原渣的硫含量一般在030%左右，而跟踪的数据远高于这一数值。计算表明，这种炉渣相当于含(CaS)11%～27%,回炉后与(FeO)迅速反应进入钢中，使硫在渣 、钢中的分配比〈1。

　　223 煤粉

　　唐钢自1995年开始推广煤粉—氧气强化喷吹助熔工艺，取得了节电增产的良好效果。但由于煤氧比控制偏高，使喷后煤粉燃烧不尽，出现了增硫现象。煤粉成分见表3 。原煤粉喷吹量29kg/t钢左右，煤氧比72kg/m3，且有时喷吹过早，煤粉未能点燃，约25%的未燃煤粉进入熔池，增硫00074%。

　　表3 粉煤的化学成分/%

　　固定碳 挥发分 灰分 水分 硫 增硫量

　　7732 816 1316 136 104 00074

　　224 其它入炉材料

　　熔化期加入熔池的其它材料是造氧化渣的石灰、萤石、矿石。在熔清前，由于加入量较少，对溶清成分无明显影响。

　　此外，电炉炉衬材料焦油镁砖和补炉镁砂也因炉衬侵蚀一部分进入炉渣中，但根据分析，其对硫含量的增减没有直接造成影响，此处未做具体考虑。

　　23 熔池硫高对冶炼指标的影响

　　由于熔清硫高，还原期需要多次扒换新渣脱硫处理才能达到钢种成分要求。导致冶炼时间延长，电耗、渣 料消耗明显升高，炉料侵蚀加剧，严重影响炉龄；同时，还因终点硫含量高，造成废品增多以及不利于钢种的开发。所有这些使钢的成本升高，产量降低。

　　3 熔池中硫变化过程的分析

　　炉内中熔氧期 硫的氧化去除量仅在10%左右。通过渣样与钢样同时分析，硫在熔池中的变化过程见表4。

　　表4 渣中硫与钢水中硫的变化过程

　　冶炼区间 炉渣成分/% 〔S〕/% LS

　　CaO SiO2 ∑FeO MgO Al2O3 (S)7

　　熔化期 4563 1652 1527 1090 350 0090 276 0105 086

　　氧化期 4043 1682 1628 1523 488 0070 240 0098 071

　　还原期 4573 2513 180 1787 589 085 082 0055 336

　　出钢前 4596 2401 049 1936 556 0235 191 0045 522

　　包 内 4339 2439 126 2069 562 0490 178 0018 2722

　　根据表4炉渣成分的变化情况，提高硫的分配比的首要影响因素就是∑(FeO)。亦即唯有降低(FeO)才能形成还原渣。用(CaO)与(FeO)的反应，取代(CaS)与(FeO)的反应，这是影响还原期整个脱硫进程的；除了钢液硫含量的高低，还有渣系的综合脱硫能力，这是比较复杂的，需要进行详细分析。

　　4 熔池中硫的控制途径

　　41 控制原材料带入的硫

　　411 改进配料工艺，控制钢铁料含硫量

　　在现有钢铁料条件下，尽可能进行废钢分类，按钢种确定装配料工艺。如对于硫含量要求较严的碳工钢，选用相对较低含S量的料。如优质炼钢生铁、无杂铁废钢、优质坯头等等。这样，熔清后碳、磷、硫不仅合适而且稳定，硫含量平均可下降17%，为后期操作创造了良好条件。在总体炼钢成本不升高的条件下，尽量减轻脱硫过程，同样可保证钢种成分。

　　412 减少高硫渣回炉

　　浇余渣钢回炉目的在于利用余热节省电能，加快冶炼速度。并有助于提前喷粉强化冶炼。对于熔清硫大于013%的炉次，高硫炉渣不宜回炉，避免熔清硫高造渣困难。这样可降低002%左右的硫含量增加。

　　413 调整喷粉参数，控制煤粉增硫

　　根据煤氧喷吹煤粉的燃烧速度和条件，对原工艺进行了改进。将开始喷粉时间推迟到送电熔化20min后，对无浇余回炉渣的钢更晚一些，并动态控制喷吹煤粉量。在电极穿井后开始回升时，煤氧比控制在26kg/m3，随着废钢加热变红，逐渐提高煤氧比达到35～45kg/m3，全炉喷煤量在250kg以内。这样，可保证煤粉完全均匀燃烧，防止钢液增硫。同时也不会因氧过剩而造成电极氧 化加快。该操作控硫量可达0006%左右。

　　通过上述几项措施收到明显降硫效果。改进前随机取样61炉，熔清硫平均为0136%，最高0185%，硫高于013%的占66%，改进后随机取样50 炉，熔 清平均硫含量下降为0113%，最高0145%，熔清硫在013%以上的占14%。平均熔清下降了169%。

　　42 精炼脱硫的工艺措施

　　众所周知，熔池脱硫的基本条件是“三高一低”，即较高的渣碱度、较大的渣量、适当高的钢水温度和低的(FeO)含量。作为唐钢电炉，炉渣成分和冶炼工艺有其自身特点。所以，提高脱硫率要因地制宜，有的放矢地采取措施。

　　421 选取合理的渣系及造渣工艺

　　在改进工艺前，其还原渣成分由表4可见。主要弊端有：

　　(1)碱度较低。在造渣时采用了大量含SiO2较高的碎粘土砖调渣。影响CaO的脱硫反应。

　　(2))(MgO)含量高。渣中(MgO)高达18%左右，虽提高了碱度，但极大地恶化了渣的流动性，提高了渣的熔点，使渣变稠。影响渣钢混冲脱硫效果。(MgO)主要来源于炉役后期较大量的补炉镁砂。

　　(3)(Al2O3)偏低。(Al2O3)对渣的流动性会增加，对碱度影响比(SiO2)小得多，但原渣系含(Al2O3)量却仅有5%左右。

　　(4)CaF2加入过早。8%左右的CaF2可有效地稀释炉渣，但前期大量加入，对炉衬侵蚀加剧，从而使(MgO)进入渣中较多，难以保持渣的流动性。

　　原渣系在原始硫较低时虽能完成部分脱硫任务，但对进一步提高硫的分配比Ls的可能性已很小，不适于高硫钢水脱硫。为此，必须改进渣系和造渣工艺。

　　(1)为进一步提高脱硫反应能力，要提高渣中CaO的活度，即增加渣碱度至25以上。这样，(CaO)应在50%左右，(SiO2)在20%以下。渣碱度与Ls的关系见图1〔1〕。

　　图1 熔渣的碱度与Ls的关系

　　(2)适当调整碳工钢的冶炼炉况，减少(MgO)炉役后期进入渣中，将(MgO)含量控制在15%以下，并减少钢中Ca-Mg夹杂物。

　　(3)提高(Al2O3)含量到10%左右，以替代部分(SiO2)。

　　(4)为了减少CaF2对炉衬的侵蚀，又满足高硫钢水对炉渣流动性的特殊要求，还原前期尽量少加CaF2，而多加火砖碴。出钢前多加萤石，以便有效地提高Ls。石灰与萤石的总加入比例10∶15～2。这一措施对控制(MgO)含量，保证渣的流动性，实现渣钢混冲脱硫具有最佳效果，作用明显。

　　(5)碳工钢因碳含量高，冶炼温度相对较低，这不利于造渣脱硫。因此，高硫钢水应取温度范围上限。渣量过大会影响其流动性，且不利于扩散脱氧剂对钢水的深脱氧。因此，在满足渣量脱硫要求的情况下，即使高硫钢水，渣量也应尽量控制在3%以下。

　　表5是按调整渣系和造渣工艺后的试验结果，包内的Ls已达48。高硫钢水工艺改进前后的脱硫过程，脱硫速度和程度的明显变化均集中在还原开始和出钢时的两个重要的动力学过程〔2〕。

　　表5 改变造渣工艺后的渣成分和硫的变化

　　冶炼区间 炉渣成分/% 〔S〕/% LS

　　CaO SiO2 ∑FeO MgO Al2O3 CS7

　　熔氧期 3941 1626 2840 882 689 0115 243 0190 061

　　还原前期 5384 1911 101 1003 1029 060 281 0085 705

　　还原后期 5014 1952 090 1500 963 080 257 0066 1212

　　包 内 4794 1976 079 1511 1155 120 243 0025 480

　　422 强化钢水脱氧，促进脱硫

　　低合金钢和合金钢由于加入合金材料合金化和沉淀脱氧，∑(FeO)较容易降低，不会造成脱硫困难。但碳素钢特别是碳工钢，不用合金化，其扩散脱氧复杂。我厂采用了增加SiC用量及按02%配硅、增加终脱氧硅铝铁用量等措施，以保证钢水脱氧深度。同时严格控制渣料配比，促进形成其流动性良好的强白渣 ，满足了脱硫要求，渣中∑FeO 降到了08%以下。

　　423 满足脱硫的动力学条件

　　碳工钢因缺乏沉淀脱氧手段，脱氧程度在熔池上下容易出现较大差异。即使以强白渣出钢，也会在钢包内发生渣碱度变弱，从而影响渣洗脱硫效果。为此，必须加强熔池搅拌工艺，为保证搅拌效果，人工搅拌时间竞延长了一倍。此外，还试验了炉内吹氩搅拌和包内吹氩搅拌，以及改浅熔池深度等措施，这些对均匀钢水温度，保证脱氧效果，增加渣钢接触面积，对进一步脱硫都起到了重要作用。

　　5 效果分析

　　在加强采用了控制脱硫管理和提高工艺技术操作措施后，进入熔池硫的总量使熔清硫高炉次下降78%。即使遇到了熔池硫高的炉次，通过严格工艺操作，创造脱硫条件，也可较好的完成脱硫任务，而且基本上不会延长冶炼时间，还不用扒渣工艺。实际脱硫效果及冶炼总体指标情况列于表6。若与过去脱硫方法相比，吨钢综合成本可降低26元左右，产量可增加约11%左右。

　　表6 采用控硫措施后的冶炼指标

　　类别 炉

　　数 熔清

　　S/% 出钢前

　　S/% 终点

　　S/% 还原时间

　　min 还原电耗

　　kWht-1 出钢

　　ηs

　　综合情况 50 0113 0045 0015 28 127 66

　　个别硫高 7 0139 0051 0021 36 143 62

　　6 结 论

　　(1)为了保证不同钢种的质量和冶炼指标，根据钢种要求和现有条件，进行配料改进工艺，是创造良好冶炼条件的前提。

　　(2)改进 原有渣系和造渣工艺对完成还原精炼期脱硫，提高脱硫效率至关重要，钢水精炼过程的综合脱硫率可达85%以上。

　　(3)鉴于电炉炉内脱氧脱硫工艺的局限性，采用炉外精炼是进一步提高质量、增加品种、提高生产率的根本途径。

　　联系人：戴 栋，工程师，唐山市(063016)唐山钢铁股份公司电炉炼钢厂

　　作者单位：唐山钢铁股份有限公司

　　参考文献

　　1 乐可襄等CaO-SiO2-MgO-Al2O3精炼渣的脱硫性能特殊钢，1998(3)：16

　　2 戴栋电弧炉炉内脱氧工艺的选择与优化炼钢，1994(3)