平炉炼钢法

德裔英国发明家西门子和法国炼钢专家马丁所发明的炼钢法

德裔英国发明家西门子(Charles Wilhelm Sie-mens， 1823—1883)和法国炼钢专家马丁 (Pierre Emile Martin，1824—1915)所发明的炼钢法，为重要的炼钢方法之一。发展于19世纪50年代，仍采用，虽然*电弧炉(electric-arc furnaces)日益被采用，特别是用于生产高等级钢。平炉炼钢法使用气态燃料，它通过平炉中的排气来预热。熔融的金属处于平炉底部或炉床的浅槽中。

介绍

1861年，西门子发明煤气发生炉，用煤气代替焦炭作燃料。1864年，在西门子指导下，马丁改造了炉体，用废气预热的蓄热炉将空气和燃料进行预热以提高炉温，将生铁和废钢炼成了优质钢。1868年，西门子进一步用此法将生铁和铁矿石炼成了钢。此外，若在用此法冶炼的同时加入少量碱性物质，还可解决脱磷问题，适合在欧洲推广。由于其炉体形状低平，又有一个比较平展的熔池，故常被称为“平炉”，亦称“西门子—马丁炉”或“马丁炉”。此法冶炼时间较长，每炉约需24小时，但因熔池大，每炉可产上百吨钢水，故产量高。此外，它所用原料既可用生铁、铁水，也可用废钢、铁屑、熟铁和矿石，便于废钢铁的回收，加之炼出的钢均匀，质量稳定，可生产优质钢，所以，以平炉为主，转炉为辅的炼钢体系在世界各地迅速得到发展，并且沿用

炼钢工艺

平炉炼钢法熔炼过程分为：补炉、装料(包括加热和兑铁水)、熔化、精炼、脱氧和出钢。在实际操作中，各期往往交错进行，不能截然分开。

1、补炉期

通常从上炉出完钢至下炉加入第一槽料的一段时间，称为补炉期。补炉期主要对渣线以下、出钢口、炉坡等处进行修补。补炉操作必须做到高温、正压、快速、准确，以保证炉料烧结好。炉子的其它部分穿插在熔化末期和精炼、出钢过程中修补。常用的补炉料有镁砂、镁砂粉、熟白云石、氧化铁皮等。

2、装料期

从装入冷料到兑完铁水，这段时间称为装料期。装料之前必须进行配料计算，确定矿石和石灰加入量，以保证得到合适的熔毕碳和熔毕炉渣碱度。熔毕碳是指炉料完全熔化后金属的含碳量。它通常应比所炼钢种平均含碳量高出0.25～0.80%，以保证精炼期能顺利进行各项操作。平炉装料期约占总熔炼时间的20～30%。

炉料包括散状料(矿石、石灰到、石灰石等)和金属料(轻、重废钢及铁水或生铁块等)。炉料应按一定次序依次从几个炉门装入炉内，非金属。料导热性差，必须高温快装，铺平散开，分层烧透；金属料导热性好，要高温快装不必分层加热；若冷装生铁块则加在最上层；若热装铁水，则需待冷料装完并加热到表面开始熔化时，再将铁水兑入。

3、熔化期

从兑完铁水到炉料全部熔化完毕，这段时间称为熔化期，约占总熔炼时间的30～50%。为缩短熔化期，应向平炉供给最大热量，并采用吹氧强化措施。

熔化期的重要操作是及时放出初期渣和提前造渣，以达到去除磷、硫并获得合适熔毕碳的目的，同时为精炼操作创造良好条件。当炉料全部熔清后，取样分析C、P、S等含量，以确定精炼期操作。当温度和炉渣均达到规定要求时，熔化期结束进入精炼期。

4、精炼期

自熔毕到脱氧(炉内脱氧)或出钢(炉外脱氧)，这段时间称为精炼期。精炼期主要任务是：调整钢液成分，使C、P、S含量达到脱氧前要求；充分去除钢中气体和非金属夹杂物；将钢液加热到出钢要求的温度。精炼期是炼好一炉钢的关键阶段，通常又将其分为矿石沸腾期和纯沸腾期。

炉料熔毕后，当熔池加热至规定温度即可加矿进行精炼，同时提高炉渣碱度。利用碳-氧反应产生的沸腾作用，促进P、S的去除，排除钢中气体并均匀钢液温度和成分。这阶段称为矿石沸腾。

最后一批矿石或渣料加完至脱氧前，保持熔池均匀沸腾一段时间，以进一步去除气体和非金属夹杂物，并加热熔池使其达到规定的出钢温度。这阶段称为纯沸腾。

5、脱氧和出钢

纯沸腾结束，钢水温度和成分符合钢种规格要求时，即可进行脱氧和出钢。脱氧可在炉内或钢包内进行。

平炉构造

1、熔池

熔池由炉门坎水平面以下的炉坡和炉底所组成，为浅碟形。熔池底部中央至后墙设有出钢口，与后墙外的出钢槽相连。

2、炉头及上升道

平炉熔炼室两端各连有一个炉头。炉头与熔炼室以火焰喷出口为界，并包括一部分上升道，是平炉构造中最重要的一部分。

3、沉渣室

沉渣室在上升道下面与蓄热室相连。其作用是排气时沉积废气中的渣尘，以免堵塞格子砖，影响热交换。废气自上升道进入沉渣室时，由于气流方向改变，体积扩大，使流速下降，因而使其夹带的大部分粗粒渣尘沉积下来。

4、蓄热室

高温废气通过蓄热室时，将其大部分热量传给格子砖，使其加热；换向后，格子砖又将热量传给通入的冷空气或煤气，使其升温。这样不断循环地工作。

5、换向装置

平炉是利用蓄热原理进行工作的，必须定时更换火焰方向，故需有换向设备。

6、烟道

煤气、空气分别引入各自的蓄热室，并将废气送入总烟道，再由烟囱排空。烟囱靠自然抽力排烟，故平炉烟囱较高。

平炉构造如下图1所示：

平炉的改造

平炉用氧强化

(1)用氧强化燃料燃烧。如火焰富氧，使用炉顶氧-燃喷枪等。此类方法提高了火焰温度，强化了炉内热交换，但冶炼过程并没有发生实质性变化。

(2)直接向熔池吹氧。一般有三种方法：炉门吹氧(从炉门插入吹氧管)、顶吹氧和埋入式深吹氧(氧枪埋入熔池下的后墙面)，最常用的是顶吹氧法。向熔池直接吹氧后，氧气代替了大量矿石，使碳-氧反应的热效应从原来的吸热变为放热反应：

加冷时： △H=+4.4×105KJ

吹氧脱碳：O2十2C=2CO △H =－2.2×107kJ

因此，吹氧后加速了炉料的熔化和杂质的氧化；脱碳速度成倍增加；熔池升温迅速，升温速度可达2-2.5℃/min；同时，显著地改善了熔池反应的动力学条件，利于磷、硫的去除，缩短了冶炼时间。特别是顶吹氧法，采用水冷喷枪，提供了大幅度提高供氧强度的可能性，已成为平炉用氧强化的主要方法。我国从1979年全面推广平炉顶吹氧工艺，取得了增产节能的明显效果。

双床平炉

双床平炉于1964年起先后在加拿大、原捷克斯洛伐克、南非、原苏联、波兰等园投入生产。我国鞍钢也曾于1966年将一座平炉改建为双床平炉，熔炼时间平均为2时26分，小时产钢量超过100吨。

双床平炉有两个炉床，两床之间在熔池上部有通道连接，气流可经通道流通，每床各有一出钢口，可从炉前放渣。两个炉床的炉顶各设氧枪、氧-燃喷枪、喷吹固体微粒的喷枪。当A炉床吹氧精炼时，B床则利用精炼床排出的高温废气进行装料和加热，并可用氧-燃喷枪补充供给燃料。A床出钢补炉时，B床兑铁水，然后废气改由B床流向A床，加热A床炉料，如此交替进行。

双床平炉与一般平炉相比，生产率高；省去了蓄热室，并将沉渣室改为活动渣车，使平炉结构大大简化；炉龄长，耐火材料消耗低；燃料消耗低、热效率高；基建费用低。但生产组织复杂，氧耗大，铁损高，开、堵出钢口频繁。

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