煉鋼先煉鐵。鋼從生鐵而來(lái)。用鐵礦石冶煉而得的生鐵，含碳量較高（＞2.08％），而且含有許多雜質(zhì)（如矽、錳、磷、硫等）。因此，生鐵缺乏塑性和韌性，力學(xué)性能差，除熔化澆鑄外，無(wú)法進(jìn)行壓力加工，因而限制了它的用途。
為了克服生鐵的這些缺點(diǎn)，使它在工業(yè)上能起到更大的作用，還必須在高溫下利用各種來(lái)源的氧，把它裡面的雜質(zhì)氧化清除到一定的程度，以得到一定成分和一定性質(zhì)的鐵碳合金——鋼。這種在高溫下氧化清除生鐵中雜質(zhì)的方法叫煉鋼。
煉鋼的基本原理
生鐵中的各種雜質(zhì)，在高溫下，在不同程度上都與氧有較大的親和力。因此可以利用氧化的方法使它們成為液體、固體或氣體氧化物，液體和固體氧化物在高溫下與爐襯和加入爐內(nèi)的熔劑起作用，結(jié)合成爐渣，並在扒渣時(shí)被排除爐外，氣體也在鋼水沸騰時(shí)被CO帶到爐外。
在煉鋼爐內(nèi)，雜質(zhì)的氧化主要是依靠FeO的存在而實(shí)現(xiàn)的。
2Fe＋O2→2FeO
01矽元素的氧化
矽與氧有較大的親和力，因此矽的氧化很迅速，它在冶煉初期就已經(jīng)完全被氧化而生成SiO2：
>>Si+2FeO→SiO2+2Fe
同時(shí)SiO2又和FeO反應(yīng)形成矽酸鹽：
>>2FeO+SiO2→2FeO·SiO2
這種鹽是爐渣中很重要的一部分，它與CaO作用生成穩(wěn)定化合物2CaO·SiO2和FeO，前者牢固存在於爐渣中，後者變成了渣中的游離成分，使渣中FeO的含量增加，對(duì)促進(jìn)雜質(zhì)的氧化是比較有利的。其反應(yīng)如下：
>>2FeO·SiO2+2CaO→2CaO·SiO2+2FeO
02錳元素的氧化
錳也是易氧化的元素，它所生成的MnO有較高的熔點(diǎn)，MnO在金屬液中並不溶解，但是它與SiO2形成化合物浮在液體金屬表面，成為爐渣的一部分。
>>Mn+FeO→MnO+Fe
>>2MnO+SiO2→2MnO·SiO2
矽、錳的氧化反應(yīng)放出大量的熱，可以使爐溫迅速提高（這一點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼特別重要），大大加速了碳的氧化過(guò)程。
03碳元素的氧化
碳的氧化需要吸收大量的熱能，所以必須在較高的溫度下才能進(jìn)行。碳的氧化又是煉鋼過(guò)程中很重要的一個(gè)反應(yīng)：
>>C+FeO→CO+Fe
由於碳氧化時(shí)生成了CO氣體，它從液體金屬中逸出時(shí)起強(qiáng)烈的攪拌作用，這種作用叫做“沸騰”。產(chǎn)生沸騰的結(jié)果，可以促使熔池成分和溫度均勻，加速金屬與爐渣界面的反應(yīng)，同時(shí)也有利於去除鋼中氣體和夾雜物。
04磷元素的氧化
磷的氧化在不太高的溫度下即可發(fā)生，去磷過(guò)程由幾個(gè)反應(yīng)組合而成，其反應(yīng)如下：
>>2P+5FeO→P2O5+5Fe
>>P2O5+3FeO→3FeO·P2O5
當(dāng)在鹼性爐渣中有足夠的CaO時(shí)會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：
>>3FeO·P2O5+4CaO→4CaO·P2O5+3FeO
所生成的4CaO·P2O5是穩(wěn)定的化合物，它牢固地保持在爐渣中，因而達(dá)到了去磷的目的。
必須注意，鋼水在脫氧過(guò)程中，要加入矽鐵、錳鐵等脫氧劑，因而常常在脫氧以後，爐渣呈現(xiàn)酸性，而使3FeO·P2O5遭到破壞，從中還原出P2O5，而P2O5是不穩(wěn)定的氧化物，它在高溫下易被碳還原，產(chǎn)生回磷現(xiàn)象。這也說(shuō)明了在酸性爐內(nèi)去磷是十分困難的。為了防止這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須適當(dāng)地增加爐渣鹼度和渣量，提高爐渣氧化性等。
05硫元素的氧化
硫是以FeS的形式存在。當(dāng)爐渣中有足夠的CaO時(shí)，同樣也能將硫去除，反應(yīng)如下：
>>FeS+CaO→CaS+FeO
生成的CaS並不溶於鋼水中，而形成了爐渣浮在鋼水表面。
上面這個(gè)反應(yīng)是可逆反應(yīng)，而且是在含有FeO的爐渣中進(jìn)行的，當(dāng)FeO與CaS發(fā)生作用時(shí)，會(huì)使硫重新回到鋼水中，所以去硫效率隨渣中FeO的含量減少而增高。而渣中含有足夠的碳時(shí)，反應(yīng)就不同了：
>>CaO+FeS+C→CaS+Fe+CO
由於碳奪去了FeO中的氧，失去了CaS與FeO作用的可能性，使反應(yīng)不能逆向進(jìn)行，這就是為什麼電爐煉鋼時(shí)去硫要比其他兩(liǎng)種方法來(lái)得完全的原因。
在去硫過(guò)程中，錳也起了促進(jìn)去硫的作用，其過(guò)程如下：
>>FeS+MnO→MnS+FeO
生成的MnS幾乎不溶於鋼水而進(jìn)入渣中。因此，去硫的作用隨錳的氧化而加大。
06 FeO的脫氧
通過(guò)上述一系列氧化反應(yīng)以後，雖然雜質(zhì)被氧化了，達(dá)到了去除的目的，但是也由於氧化的結(jié)果，使鋼水中含有較多的FeO，也就是說(shuō)鋼水中存在著大量的氧，給鋼帶來(lái)很大的危害，一方面使鋼帶有大量氣泡；另一方面也使鋼出現(xiàn)熱脆和冷脆現(xiàn)象，而且危害性隨含碳量的增加而加大。
因此，在煉鋼過(guò)程的最後，還必須設(shè)法去除鋼水中大量存在著的氧。通常採用的方法是在鋼水中加入一些脫氧劑，如錳鐵、矽鐵、鋁等，它們強(qiáng)烈地從FeO中奪取氧而達(dá)到脫氧的目的，其反應(yīng)如下：
FeO+Mn→MnO+Fe
2FeO+Si→SiO2+2Fe
3FeO+2Al→Al2O3+3Fe
07爐渣的作用
整個(gè)煉鋼過(guò)程由氧化和還原兩(liǎng)個(gè)過(guò)程組成，通常把碳、矽、錳、磷的氧化稱(chēng)為氧化期內(nèi)的反應(yīng)，把脫硫和脫氧稱(chēng)為還原期內(nèi)的反應(yīng)。從以上各項(xiàng)反應(yīng)式中可以看到，為了清除金屬中的雜質(zhì)，必須考慮多方面的因素，但是其中最主要的因素就是造渣和除渣。
爐渣在煉鋼過(guò)程中具有下列重要作用：
①爐渣應(yīng)保證煉鋼過(guò)程按一定反應(yīng)方向來(lái)進(jìn)行（氧化或還原）。
②爐渣應(yīng)保證最大限度地去除金屬中的有害雜質(zhì)（磷和硫），以及防止爐氣中的氣體（氮氣和氫氣）進(jìn)入到金屬中。
③爐渣應(yīng)保證操作過(guò)程中鐵和其他有價(jià)值的元素損失最小。
煉鋼的基本方法
①轉(zhuǎn)爐煉鋼
轉(zhuǎn)爐煉鋼法就是利用空氣或氧氣，採取底吹、側吹和頂吹的方式，使鐵水中的元素氧化到規(guī)定限度，從而得到成分合格的鋼的一種煉鋼方法。
②電爐煉鋼
電爐是利用電能轉(zhuǎn)變成熱能來(lái)煉鋼的，常用的電爐有兩(liǎng)種：電弧爐和感應(yīng)電爐。電弧爐用得最廣(guǎng)，宜於冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼；感應(yīng)電爐用於冶煉高級(jí)合金鋼和有色合金。
③平爐煉鋼
隨著工業(yè)的發(fā)展，金屬加工工業(yè)中積累了大量廢鋼。當(dāng)時(shí)無(wú)法用轉(zhuǎn)爐將它重新吹煉成鋼，因此煉鋼工作者們就尋找一種用廢鋼作原料的煉鋼方法。1864年由法國(guó)人馬丁發(fā)明了平爐煉鋼法。
氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法的迅速發(fā)展，將要取代平爐煉鋼法，我國(guó)新建的煉鋼車(chē)間大都是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐和電爐。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新的煉鋼方法不斷出現(xiàn)，比如鋼水的真空處理、電渣爐熔煉、真空感應(yīng)電爐熔煉等方法，得到了越來(lái)越多的使用。
鋼錠的澆鑄
從煉鋼爐中得到的鋼水，必須鑄成一定形狀的錠才能進(jìn)行後續(xù)的加工（軋、壓成材）。這種處在鋼水和出廠(chǎng)鋼材中間狀態(tài)的錠，稱(chēng)為鋼錠。鋼錠由鋼液（鋼水）經(jīng)盛鋼桶（也稱(chēng)鋼包）注入鑄模凝固而成。
用鑄模鑄成鋼錠的工藝過(guò)程簡(jiǎn)稱(chēng)為鑄錠或模鑄；用連續(xù)鑄鋼方法鑄成坯的工藝過(guò)程簡(jiǎn)稱(chēng)連鑄。
模鑄工藝過(guò)程
首先將煉鋼爐內(nèi)的鋼水轉(zhuǎn)入鋼包，然後將鋼包吊至鋼錠模上方，再間斷地將鋼水分別澆入單只或多隻鋼錠模中；鋼水凝固後，將鋼錠脫模，脫模後的鋼錠經(jīng)切頭去尾，送入加熱爐加熱，最後經(jīng)一道或多道初軋開(kāi)胚，得到鋼胚。
用於生產(chǎn)棒材和型材的鋼錠一般為正方斷面（稱(chēng)為方錠）；生產(chǎn)板材的鋼錠一般為長(zhǎng)方形斷面（稱(chēng)為扁錠）；生產(chǎn)鍛壓材的鋼錠有方形、圓形和多角形。
鋼錠澆鑄過(guò)程伴隨有各種物理化學(xué)現(xiàn)象：如熱的傳導(dǎo)，體積收縮,鋼液流動(dòng),碳氧反應(yīng)，成分偏析等。由此形成不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和成分分布。
在鑄錠過(guò)程中由於操作不當(dāng)或注速、鑄溫控制不當(dāng)，會(huì)使鑄成的錠有種種缺陷。常見(jiàn)的缺陷為：鋼錠表面的結(jié)疤、重皮和縱、橫裂紋，內(nèi)部的殘餘縮孔、皮下氣泡、疏鬆和偏析，混入鋼中的耐火物和爐渣、灰塵造成的夾雜等。這些缺陷能大大降低鋼錠的成坯率，甚至使整個(gè)鋼錠報(bào)廢。
來(lái)源：熱處理生態(tài)圈
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