煉鋼方法

煉鋼方法是從生鐵或直接從礦石熔煉成鋼水的冶煉方法。1856年以后出現(xiàn)的大規(guī)模煉鋼方法主要分三大類：①轉(zhuǎn)爐煉鋼法，又分1)空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即用酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，又稱貝塞麥(Bessemer)轉(zhuǎn)爐煉鋼法。此法是利用來自原料鐵水物理熱及所含硅、碳及其他元素氧化反應(yīng)所發(fā)的熱進(jìn)行冶煉，并使鋼水達(dá)到澆鑄所要求的高溫。2)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即用堿性氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，它的熱平衡條件更好，原料中可以加入較多廢鋼，煉出的鋼含氮量低、質(zhì)量好，且不多耗燃料。近代出現(xiàn)的氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法和復(fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼法，已在許多國家應(yīng)用。②平爐煉鋼法，又稱西門子-馬丁(Siemens-Martin)爐法。此法用外來燃料加熱，靠蓄熱室把爐溫提高到可以熔化鋼的溫度。最初的平爐是用酸性材料作爐襯，因此不能熔煉含磷高的生鐵。酸性平爐不久就被用堿性材料作爐襯的堿性平爐所替代。③電弧爐煉鋼法，是以電為熱源，能迅速熔化廢鋼和合金，且能基本密閉以排除大氣中有害物質(zhì)滲入。但電弧爐容量小、成本高，主要用來生產(chǎn)質(zhì)量高的特殊鋼或合金鋼。近年來，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中出現(xiàn)了專門煉普通鋼的電弧爐鋼廠。

為得到質(zhì)量更高、品種更多的高級鋼，二次世界大戰(zhàn)以來，出現(xiàn)了許多鋼水爐外處理方法：吹氬處理、真空脫氣、爐外脫硫等。要求再高的要用電渣重熔法和各種真空冶金法等特殊煉鋼法煉制。冶煉某些特殊合金鋼時(shí)，由于各元素的比重相差懸殊，很難得到成分均勻的產(chǎn)品，已開始試驗(yàn)在人造衛(wèi)星上煉鋼，利用失重狀態(tài)，可獲得理想的顯微結(jié)構(gòu)均勻的鋼材。 2100433B

方解石轉(zhuǎn)爐煉鋼方法專利目的

《方解石轉(zhuǎn)爐煉鋼方法》的目的是通過方解石的使用以解決2012年10月之前的轉(zhuǎn)爐煉鋼中存在的缺點(diǎn)的方解石轉(zhuǎn)爐煉鋼方法。

方解石轉(zhuǎn)爐煉鋼方法技術(shù)方案

《方解石轉(zhuǎn)爐煉鋼方法》首先制定方解石的粒度、成分，然后送至高位料倉，根據(jù)鐵水成分、溫度、重量計(jì)算廢鋼比和方解石的加入量，其中方解石的加入量需按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

該發(fā)明采用方解石煉鋼則省去一道工藝工序，降低人工、能源及設(shè)備、安裝成本，采用石灰煉鋼，一般噸鋼消耗50公斤石灰，每公斤石灰約合0.3元，噸鋼費(fèi)用為15元，采用方解石煉鋼噸鋼消耗約為70公斤，每公斤方解石約合0.06元，噸鋼費(fèi)用為4.2元，這樣每噸鋼成本會下降10.8元。

圖1是《方解石轉(zhuǎn)爐煉鋼方法》操作流程圖。

從學(xué)科的角度來看，煉鋼過程物理化學(xué)包括3部分：煉鋼過程熱力學(xué);煉鋼過程動力學(xué);煉鋼熔體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。

煉鋼過程物理化學(xué)煉鋼過程熱力學(xué)

研究煉鋼反應(yīng)的兩方面問題：(1)反應(yīng)能否進(jìn)行，也即反應(yīng)的可能性和方向性;(2)反應(yīng)達(dá)到平衡的條件及該條件下能得到的反應(yīng)產(chǎn)物最大產(chǎn)出率。

煉鋼過程包括錯(cuò)綜復(fù)雜的多相、多元素的不同反應(yīng)。通過熱力學(xué)計(jì)算，可以研究促進(jìn)或抑制反應(yīng)、改變反應(yīng)方向，或使不能進(jìn)行的反應(yīng)變?yōu)槟軌蜻M(jìn)行的熱力學(xué)條件?；瘜W(xué)反應(yīng)的吉布斯能變量△G，是判斷反應(yīng)在等溫等壓條件下能否發(fā)生的依據(jù)。根據(jù)吉布斯能變量最小原理，改變溫度、活度、壓力及添加劑等條件，可以改變反應(yīng)的△G，從而使反應(yīng)按希望的方向進(jìn)行。通過反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯能△G°可以計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù)，即反應(yīng)的限度。因而在給定某些反應(yīng)物質(zhì)的組成時(shí)，可以計(jì)算指定產(chǎn)物的最大產(chǎn)出率。參加反應(yīng)的物質(zhì)存在于鋼液、熔渣之內(nèi)，進(jìn)行熱力學(xué)分析及計(jì)算時(shí)，熔體中物質(zhì)的濃度必須換成“有效濃度”即活度。幾十年來已積累了很多高溫熔體的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，如焓△H、熵△S、吉布斯能△G及活度系數(shù)等，可以基本上滿足煉鋼工作者進(jìn)行熱力學(xué)分析及計(jì)算的需要。

煉鋼過程物理化學(xué)煉鋼過程動力學(xué)

研究煉鋼反應(yīng)的速率及機(jī)理，找出提高或控制反應(yīng)速率的途徑。從分子觀點(diǎn)出發(fā)，研究冶金反應(yīng)的速率、反應(yīng)級數(shù)及活化能稱為微觀動力學(xué)。但煉鋼過程中的氣—液、氣—固或氣—液—固反應(yīng)經(jīng)常都在流動狀態(tài)下發(fā)生，并伴有傳質(zhì)及傳熱現(xiàn)象。近20年來，傳遞現(xiàn)象理論被引用于研究煉鋼過程。研究存在傳質(zhì)、傳熱和動量傳遞現(xiàn)象時(shí)的煉鋼過程的速率及機(jī)理稱為宏觀動力學(xué)、在這里，“速率”指整個(gè)多步驟多相過程的綜合速率以及確定速率隨環(huán)境的變化;而機(jī)理則用以解釋構(gòu)成整個(gè)反應(yīng)的所有各步驟，并指明控制過程速率的限制性環(huán)節(jié)。如果在冶金爐或鋼包內(nèi)研究煉鋼過程的宏觀動力學(xué)，則應(yīng)研究物料在容器內(nèi)的混合及停留時(shí)間等，因而涉及到冶金容器的形狀和操作的最優(yōu)化問題。這樣煉鋼過程動力學(xué)即過渡到冶金反應(yīng)工程學(xué)的范疇。

煉鋼過程物理化學(xué)煉鋼熔體

包括鐵液及熔渣。研究煉鋼過程必須對它們的各種性質(zhì)加以測定或計(jì)算。屬于熱力學(xué)性質(zhì)的有熔體物質(zhì)的熱容、焓、熵生成吉布斯能及活度(包括鐵液中各元素的活度相互作用系數(shù))等;屬于動力學(xué)及傳遞性質(zhì)的有擴(kuò)散系數(shù)、黏度、傳質(zhì)系數(shù)及傳熱系數(shù)等;屬于電化學(xué)性質(zhì)的有電導(dǎo)率、遷移數(shù)及分解電動勢等;屬于物理性質(zhì)的有密度、熱導(dǎo)率、表面(界面)張力、磁導(dǎo)率、蒸氣壓及雜質(zhì)或氣體在熔體中的溶解度等。熔體性質(zhì)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。建立熔體的結(jié)構(gòu)模型，從而計(jì)算其組分的活度是一個(gè)重要研究課題，但迄今仍未得到一個(gè)能普遍適用于任何組成的熔體(熔渣及含不同元素的鐵液)的結(jié)構(gòu)模型。熔體物理性質(zhì)數(shù)據(jù)基本上還是依靠測定。