平炉炼钢（1864年出现的炼钢方法）-趣爱秀

简史

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方法。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。

工艺特点

平炉炼钢的主要优点是：（1）可用任何比例的生铁和废钢为炉料，即可使用大量价廉的废钢为炉料；（2）可冶炼成分较宽的铁水（包括高磷铁水）；（3）冶炼过程易于操作和控制；（4）能生产各种优质的钢种。但平炉炼钢的缺点同样很突出：（1）必须向炉膛内供给外来热源，通常是燃烧煤气或重油；（2）反应速度慢，冶炼时间长，故能耗较高，平炉生产每吨钢大约消耗100万kcal热量。尽管到后期平炉炼钢也采用了扩大炉容量（大至900t）和用氧气强化冶炼等新工艺，但仍未能克服其固有的缺点而终被淘汰。

平炉操作工艺

平炉炼钢根据钢铁料中生铁（或铁水）和废钢的配比，采用下列不同的操作方法：①矿石法。钢铁料绝大部分是铁水，为氧化铁水中的杂质，在装料时加入大量铁矿石；②废钢矿石法。钢铁料中生铁占50%以上，废钢占50%以下，并配加适量的铁矿石；③废钢法。钢铁料中废钢占的比例大，为补充含碳量，适当配加生铁（30～40%），装料时可不加铁矿石；④增碳法。钢铁料中绝大部分是废钢，装料时加无烟煤或石油焦等增碳。从技术经济效果考虑，有高炉供应铁水的地方一般用废钢矿石法，废钢便宜的地方常用废钢法。

平炉炼钢的主要过程为：（1）补炉。碱性平炉用镁砂修补渣线或炉底受到侵蚀而损失的部分。（2）装料。平炉所用的主要原料是废钢和铁水，另外还需加入辅助材料，有造渣用的石灰、萤石、氧化剂（铁矿）和脱氧用的铁合金。（3）熔化从装入冷料到兑入钢水全部熔清叫熔化期。这一过程要注意调整炉渣成分，使钢水中的硅、硫、磷进入炉渣。（4）精炼。这是发生一系列氧化反应的过程，需不断进行分析，根据钢液成分和炉渣情况加入计量的铁矿石、锰铁、萤石等材料，使钢达到要求的成分。（5）脱氧出钢。根据不同钢种的要求，把脱氧用的铁合金放入炉中，或盛钢桶中进行脱氧; 脱氧后出钢。

工艺参数

平炉炼钢

平炉热工制度有几个主要参数：①热负荷。在平炉冶炼过程中每小时供给平炉的热量（千卡/小时），称为平炉热负荷。在炼一炉钢的过程中，从装料、加热，直到熔化和各期中，炉料的物理状态在不断变化，并伴有不同的化学反应，熔池内部的传热条件和对热量的需要不同，所以在冶炼一炉钢的各期中应给予不同的热负荷。一般在装料期热负荷最大，熔化和精炼期较小，②空气过剩系数。实际供给平炉内的空气量与燃料完全燃烧所需理论空气量之比，一般为1.1～1.5。③炉膛压力。炉顶中心处的炉内外压力差，一般为2～5毫米水柱。④炉顶温度。炉顶的内表面温度，一般为1450～1700℃。⑤换向间隔时间。一次换向周期经过的时间，一般为8～15分钟。⑥蓄热室温度。蓄热室上层格子砖的温度，一般为1100～1200℃。此外，对燃烧重油的平炉还规定雾化剂的压力和流量，以及从重油烧嘴供给的一次空气量和从蓄热室进入的二次空气量；对用氧强化燃烧的平炉还规定氧压、氧量等项目。炼钢过程的热平衡示于表1。

从表1可见：①普通平炉热收入项主要是燃料燃烧热和热空气的物理热，约占60～70%左右；②热支出项中废气带走的热量将近一半；③吹氧时提高了有效热利用率，降低了燃料消耗。

平炉炼钢分类

类别

特征

按耐火材料

碱性平炉

　　酸性平炉

炉底、堤坡由碱性耐火材料砌筑，造碱性渣，熔炼过程能去除硫和磷

　　炉底、堤坡由酸性耐火材料砌筑，造酸性渣，熔炼过程不能去除硫和磷

按炉体构造

倾动式平炉

　　固定式平炉

熔炼室可前后倾动，造渣操作方便，适用于硫和磷高的原料；设备复杂，热效率低

　　最常用的平炉；整座炉子固定，结构较倾动式平炉简单

按操作工艺

废钢矿石法

　　矿石法

　　废钢法

　　增碳法

金属料中铁水占55%～85%，其余为废钢，装料时装入一部分铁矿石；是最常用的工艺方法

　　金属料全部用生铁，装料时需装入大量铁矿石；生产率低，成本高

　　金属料中大部是废钢，其余30%～40%生铁作增碳用；装料时不装入铁矿石

　　金属料全部为废钢，炉料中必须加入焦炭、烟煤等作增碳剂

按使用燃料

气体燃料

　　液体燃料

使用低发热值煤气时，需预热煤气，炉子构造复杂；天然气发热值高，不需预热不预热燃料，炉

　　子结构大为简化

平炉用氧

平炉用氧强化冶炼的方法应用广泛，1981年中国近80%的平炉钢是用氧冶炼的。供氧的方法有以下几种：

炉头富氧

平炉最早用氧的方法是把空气的氧含量增加到25%左右，以加快燃烧，提高火焰温度和刚性，增加平炉氧化能力，从而提高平炉生产率和降低燃料消耗。此法因耗氧量较多，效果不如直接向熔池吹氧，未能推广。

炉门吹氧

从炉门用渗铝钢管或包有耐火泥的钢管向熔池吹氧，一般用氧量为每吨钢5～20米3。此法操作比较麻烦，影响炉体寿命，耗用钢管亦较多，用氧量和效果都受到限制。

枪吹：在平炉后墙钢液面下，埋入两根或数根双层或三层套管，氧气通过内管（称氧枪）吹入炉内。外层套管吹入柴油或天然气、液化石油气等冷却介质，依靠冷却介质的裂解吸热保护氧枪，一般每吨钢用氧20～40m³。此法需耗用冷却介质，同时枪体寿命和其周围耐火材料寿命以及钢液成分控制等都还存在一些问题。

多孔喷枪顶吹：从平炉炉顶用水冷多孔喷枪向熔池直接吹氧，吹氧量一般为每吨钢30～50m³，经济效益显著，采用最广。氧气平炉的操作工艺与前面介绍的不同，不需要加热时间，也没有熔化和精炼的区分。在兑入铁水后（一般兑入2/3铁水）即开始下枪吹氧。在吹氧的同时，相应地采取关闭炉头氧气燃油烧嘴、减少从炉头供给空气量的热工制度和增加后期炉渣碱度、渣层厚度的造渣制度，以及在不吹氧期（补炉、装料和兑铁水）在炉头用氧气燃油烧嘴加强供热等措施。吹氧平炉炉气带有烟尘的问题很大，容易造成堵塞和恶化环境，加除尘器又不方便而且投资很大。

双床吹氧平炉

把一座平炉分为左右两个炉床，都采用炉顶吹氧。左床吹氧进行熔化和精炼时，利用它的废气加热右床，进行补炉、装料、加热和兑铁水等操作。左床出钢后，右床进行熔化和精炼，并以它的废气加热左床，冶、熔交替进行。此法在提高产量和降低燃料消耗方面效果显著，但对生产管理要求极为严格，劳动强度大，仅在苏联等几个国家使用。