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炼钢学炼钢学第一章第一章炼钢学概述炼钢学概述第一节第一节概述概述第二节第二节炼钢的任务及钢的分类炼钢的任务及钢的分类第一节第一节概述概述钢与生铁钢与生铁的区别的区别：

首先是首先是碳的含量碳的含量，理论上一般把碳含量小于，理论上一般把碳含量小于2.11%称之称之钢钢，它的熔点在，它的熔点在1450-1500，而，而生铁生铁的熔点在的熔点在1100-1200。

在钢中碳元素和铁元素形成在钢中碳元素和铁元素形成FeFe33CC固熔体固熔体，随，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低冲击韧性降低。

钢的应用前景钢的应用前景钢具有很好的物理化学性能与力学性能，可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，其用途十分进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛；广泛；用途不同对钢的性能要求也不同，从而对钢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。

的生产也提出了不同的要求。

石油、化工、航天航空、交通运输、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，我们的日常生活更种类型的大量钢材，我们的日常生活更离不开钢。

离不开钢。

总之，钢材仍将是总之，钢材仍将是2121世纪用途最世纪用途最广的结构材料和最主要功能材料。

广的结构材料和最主要功能材料。

炼炼钢钢方方法（法

（1）最早出现的炼钢方法是最早出现的炼钢方法是17401740年年出现的出现的坩埚法坩埚法，它是将生铁和废铁装入由石墨，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。

炉料，之后将熔化的炉料浇成钢锭。

此此法几乎无杂质元素的氧化反应法几乎无杂质元素的氧化反应。

炼炼钢钢方方法（法

（2）18561856年年英国人英国人亨利亨利贝塞麦贝塞麦发明了酸发明了酸性空气底吹转炉炼钢法，也称为性空气底吹转炉炼钢法，也称为贝塞麦贝塞麦法法，第一次解决了用铁水直接冶炼钢水，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，的难题，从而使炼钢的质量得到提高，但此法但此法要求铁水的硅含量大于要求铁水的硅含量大于0.8%0.8%，而而且不能脱硫且不能脱硫。

目前已淘汰。

目前已淘汰。

炼炼钢钢方方法（法（3）18651865年年德国人马丁利用蓄热室原理发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明了以铁水、废钢为原料的酸性平炉炼钢法，即钢法，即马丁炉法马丁炉法。

18801880年年出现了第一出现了第一座座碱性平炉碱性平炉。

由于其成本低、炉容大，。

由于其成本低、炉容大，钢水质量优于转炉，同时原料的适应性钢水质量优于转炉，同时原料的适应性强，平炉炼钢法仍一时成为的主要的炼强，平炉炼钢法仍一时成为的主要的炼钢法。

钢法。

炼炼钢钢方方法（法（4）18781878年年英国人英国人托马斯托马斯发明了碱性炉衬发明了碱性炉衬的底吹转炉炼钢法，即的底吹转炉炼钢法，即托马斯法托马斯法。

他是。

他是在吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而在吹炼过程中加石灰造碱性渣，从而解解决了高磷铁水的脱磷问题决了高磷铁水的脱磷问题。

当时，对西。

当时，对西欧的一些国家特别适用，因为西欧的矿欧的一些国家特别适用，因为西欧的矿石普遍磷含量高。

但石普遍磷含量高。

但托马斯法的缺点是托马斯法的缺点是炉子寿命底，钢水中氮的含量高炉子寿命底，钢水中氮的含量高。

炼炼钢钢方方法（法（5）18991899年年出出现现了了完完全全依依靠靠废废钢钢为为原原料料的的电电弧弧炉炉炼炼钢钢法法（EAF）（EAF），解解决决了了充充分分利利用用废废钢钢炼炼钢钢的的问问题题，此此炼炼钢钢法法自自问问世世以以来来，一一直直在在不不断断发发展展，是是当当前前主主要要的的炼炼钢钢法法之之一一，由由电电炉炉冶冶炼炼的的钢钢目目前前占占世世界界总总的的钢的产量的钢的产量的30-40%30-40%。

炼炼钢钢方方法（法（6）瑞典人罗伯特瑞典人罗伯特杜勒首先进行了氧气杜勒首先进行了氧气顶吹转炉炼钢的试验，并获得了成功。

顶吹转炉炼钢的试验，并获得了成功。

19521952年年奥地利的林茨城奥地利的林茨城（Linz）（Linz）和多纳维和多纳维兹城兹城（Donawitz）（Donawitz）先后建成了先后建成了3030吨的氧气吨的氧气顶吹转炉车间并投入生产，所以此法也顶吹转炉车间并投入生产，所以此法也称为称为LDLD法法。

美国称为。

美国称为BOFBOF法法（BasicBasicOxygenFurnaceOxygenFurnace）或）或BOPBOP法法。

LD/BOF/BOP炼炼钢钢方方法（法（7）19651965年加拿大液化气公司研制成年加拿大液化气公司研制成双层管双层管氧气喷嘴氧气喷嘴，19671967年西德马克西米利安钢铁公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司引进此技术并成功开发了底吹氧转炉炼钢法，即法，即OBMOBM法法（OxygenBottomMaxhuetteOxygenBottomMaxhuette）。

19711971年美国钢铁公司引进年美国钢铁公司引进OBMOBM法，法，19721972年建年建设了设了33座座200200吨底吹转炉，命名为吨底吹转炉，命名为Q-BOPQ-BOP（QuietBOP）（QuietBOP）。

OBM/Q-BOP炼炼钢钢方方法（法（8）在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，在顶吹氧气转炉炼钢发展的同时，1978-19791978-1979年年成功开发了成功开发了转炉顶底复合吹转炉顶底复合吹炼工艺炼工艺，即从转炉上方供给氧气（顶吹氧），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，从转炉底部供给惰性气体或氧气，它不仅提高钢的质量，降低了消耗和吨钢成本，仅提高钢的质量，降低了消耗和吨钢成本，更适合供给连铸优质钢水。

更适合供给连铸优质钢水。

LD-Q-BOP炼炼钢钢方方法（法（9）我我国国首首先先在在1972-19731972-1973年年在在沈沈阳阳第第一一炼炼钢钢厂厂成成功功开开发发了了全全氧氧侧侧吹吹转转炉炉炼炼钢钢工工艺艺。

并并在在唐唐钢钢等等企业推广应用。

企业推广应用。

总之，炼钢技术经过总之，炼钢技术经过200200多年的发多年的发展，技术水平、自动化程度得到了展，技术水平、自动化程度得到了很大的提高，很大的提高，2121世纪炼钢技术会面世纪炼钢技术会面临更大的挑战，相信会有不断的新临更大的挑战，相信会有不断的新技术涌现。

技术涌现。

我国很早就掌握了炼铁的冶炼技术，我国很早就掌握了炼铁的冶炼技术，东汉东汉时就出现了冶炼和锻造技术，时就出现了冶炼和锻造技术，南北朝南北朝时期就掌握了灌钢法，曾在世界范围内处时期就掌握了灌钢法，曾在世界范围内处于领先地位。

于领先地位。

但旧中国钢铁工业非常落后，产量很但旧中国钢铁工业非常落后，产量很低，从低，从18901890年建设的汉阳钢铁厂至年建设的汉阳钢铁厂至19481948年年的的半个世纪中，钢产量累计到半个世纪中，钢产量累计到200200万吨万吨，19491949年只有年只有15.815.8万吨万吨。

新中国成立后，特别是改革开放以来，我国的新中国成立后，特别是改革开放以来，我国的钢铁事业得到迅速发展，钢铁事业得到迅速发展，19801980年钢产量达到年钢产量达到37123712万万吨，吨，19901990年达到年达到65006500万吨，万吨，19961996年首次突破年首次突破11亿吨大亿吨大关，成为世界第一产钢大国，关，成为世界第一产钢大国，20052005年产量达到年产量达到3.43.4亿亿吨，占世界产量的吨，占世界产量的1/31/3。

可以这样讲，我国的钢铁工业对世界产生可以这样讲，我国的钢铁工业对世界产生了重要影响，我国不仅是产钢大国，而且已了重要影响，我国不仅是产钢大国，而且已经开始迈入钢铁强国的行列。

经开始迈入钢铁强国的行列。

第二节第二节炼钢的任务及钢的分类炼钢的任务及钢的分类炼炼钢钢的的基基本本任任务务是是脱脱碳碳、脱脱磷磷、脱脱硫硫、脱脱氧氧，去去除除有有害害气气体体和和非非金金属属夹夹杂杂物物，提提高高温温度度和和调调整整成成分。

分。

归归纳纳为为：

“四四脱脱”（碳碳、氧氧、磷磷和和硫硫），“二二去去”（去去气气和和去去夹夹杂杂），“二二调调整整”（成成分分和和温温度度）。

采采用用的的主主要要技技术术手手段段为为：

供供氧氧，造造渣渣，升升温温，加脱氧剂加脱氧剂和和合金化操作合金化操作。

一、一、钢中的磷钢中的磷对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。

钢中磷的对于绝大多数钢种来说磷是有害元素。

钢中磷的含量高会引起钢的含量高会引起钢的“冷脆冷脆”，即从高温降到，即从高温降到00以下，以下，钢的塑性和冲击韧性降低钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。

性能与冷弯性能变差。

磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷是降低钢的表面张力的元素，随着磷含量的增磷含量的增加，钢液的表面张力降低显著加，钢液的表面张力降低显著，从而，从而降低了钢的降低了钢的抗裂性能抗裂性能。

磷磷是是仅仅次次于于硫硫在在钢钢的的连连铸铸坯坯中中偏偏析析度度高高的的元元素素，而而且且在在铁铁固固熔熔体体中中扩扩散散速速率率很很小小，因因而而磷磷的的偏偏析析很很难难消消除除，从从而而严严重重影影响响钢钢的的性性能能，所所以以脱脱磷磷是是炼炼钢钢过过程程的的重重要要任任务务之之一一。

磷磷在在钢钢中中是是以以FeFe33PP或或FeFe22PP形形式式存存在在，但但通通常常是是以以PP来来表表达达。

炼炼钢钢过过程程的的脱脱磷磷反反应应是是在在金金属属液液与与熔熔渣渣界界面进行的。

面进行的。

不同用途的钢对磷的含量有严格要求：

不同用途的钢对磷的含量有严格要求：

非合金钢中普通质量级钢非合金钢中普通质量级钢P0.045%P0.045%；优质级钢优质级钢P0.035%P0.035%；特殊质量级钢特殊质量级钢P0.025%P0.025%；有的甚至要求有的甚至要求P0.010%P0.010%。

有些钢种有些钢种:

炮弹钢，耐腐蚀钢需加炮弹钢，耐腐蚀钢需加PP元素。

元素。

二、二、钢中的硫钢中的硫硫硫对对钢钢的的性性能能会会造造成成不不良良影影响响，钢钢中中硫硫含含量量高高，会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的会使钢的热加工性能变坏，即造成钢的“热脆热脆”性性。

硫硫在在钢钢中中以以FeSFeS的的形形式式存存在在，FeSFeS的的熔熔点点为为11931193，FeFe与与FeSFeS组组成成的的共共晶晶体体的的熔熔点点只只有有985985。

液液态态FeFe与与FeSFeS虽虽可可以以无无限限互互溶溶，但但在在固固熔熔体体中中的的溶溶解解度度很很小小，仅为仅为0.015%-0.020%0.015%-0.020%。

当当钢钢中中的的SS0.020%0.020%时时，由由于于凝凝固固偏偏析析，Fe-FeSFe-FeS共共晶晶体体分分布布于于晶晶界界处处，在在1150-12001150-1200的的热热加加工工过过程程中中，晶晶界界处处的的共共晶晶体体熔熔化化，钢钢受受压压时时造造成成晶晶界界破裂，即破裂，即发生发生“热脆热脆”现象现象。

如如果果钢钢中中的的氧氧含含量量较较高高，FeSFeS与与FeOFeO形形成成的的共共晶晶体体熔熔点点更更低低（940940），更更加加剧剧了了钢钢的的“热热脆脆”现现象象的发生。

的发生。

锰锰可可在在钢钢凝凝固固范范围围内内生生成成MnSMnS和和少少量量的的FeSFeS，纯纯MnSMnS的的熔熔点点为为16101610，共共晶晶体体FeS-FeS-MnSMnS（占占93.5%93.5%）的的熔熔点点为为11641164，它它们们能能有效的防止钢热加工过程的有效的防止钢热加工过程的“热脆热脆”。

冶冶炼