炼钢方法

炼钢方法是从生铁或直接从矿石熔炼成钢水的冶炼方法。1856年以后出现的大规模炼钢方法主要分三大类：①转炉炼钢法，又分1)空气转炉炼钢法，即用酸性空气底吹转炉炼钢，又称贝塞麦(Bessemer)转炉炼钢法。此法是利用来自原料铁水物理热及所含硅、碳及其他元素氧化反应所发的热进行冶炼，并使钢水达到浇铸所要求的高温。2)氧气转炉炼钢法，即用碱性氧气顶吹转炉炼钢，它的热平衡条件更好，原料中可以加入较多废钢，炼出的钢含氮量低、质量好，且不多耗燃料。近代出现的氧气底吹转炉炼钢法和复合吹炼转炉炼钢法，已在许多国家应用。②平炉炼钢法，又称西门子-马丁(Siemens-Martin)炉法。此法用外来燃料加热，靠蓄热室把炉温提高到可以熔化钢的温度。最初的平炉是用酸性材料作炉衬，因此不能熔炼含磷高的生铁。酸性平炉不久就被用碱性材料作炉衬的碱性平炉所替代。③电弧炉炼钢法，是以电为热源，能迅速熔化废钢和合金，且能基本密闭以排除大气中有害物质渗入。但电弧炉容量小、成本高，主要用来生产质量高的特殊钢或合金钢。近年来，在工业发达的国家中出现了专门炼普通钢的电弧炉钢厂。

为得到质量更高、品种更多的高级钢，二次世界大战以来，出现了许多钢水炉外处理方法：吹氩处理、真空脱气、炉外脱硫等。要求再高的要用电渣重熔法和各种真空冶金法等特殊炼钢法炼制。冶炼某些特殊合金钢时，由于各元素的比重相差悬殊，很难得到成分均匀的产品，已开始试验在人造卫星上炼钢，利用失重状态，可获得理想的显微结构均匀的钢材。 2100433B

方解石转炉炼钢方法专利目的

《方解石转炉炼钢方法》的目的是通过方解石的使用以解决2012年10月之前的转炉炼钢中存在的缺点的方解石转炉炼钢方法。

方解石转炉炼钢方法技术方案

《方解石转炉炼钢方法》首先制定方解石的粒度、成分，然后送至高位料仓，根据铁水成分、温度、重量计算废钢比和方解石的加入量，其中方解石的加入量需按下列公式进行计算：

该发明采用方解石炼钢则省去一道工艺工序，降低人工、能源及设备、安装成本，采用石灰炼钢，一般吨钢消耗50公斤石灰，每公斤石灰约合0.3元，吨钢费用为15元，采用方解石炼钢吨钢消耗约为70公斤，每公斤方解石约合0.06元，吨钢费用为4.2元，这样每吨钢成本会下降10.8元。

图1是《方解石转炉炼钢方法》操作流程图。

从学科的角度来看，炼钢过程物理化学包括3部分：炼钢过程热力学;炼钢过程动力学;炼钢熔体的性质和结构。

炼钢过程物理化学炼钢过程热力学

研究炼钢反应的两方面问题：(1)反应能否进行，也即反应的可能性和方向性;(2)反应达到平衡的条件及该条件下能得到的反应产物最大产出率。

炼钢过程包括错综复杂的多相、多元素的不同反应。通过热力学计算，可以研究促进或抑制反应、改变反应方向，或使不能进行的反应变为能够进行的热力学条件。化学反应的吉布斯能变量△G，是判断反应在等温等压条件下能否发生的依据。根据吉布斯能变量最小原理，改变温度、活度、压力及添加剂等条件，可以改变反应的△G，从而使反应按希望的方向进行。通过反应的标准吉布斯能△G°可以计算反应的平衡常数，即反应的限度。因而在给定某些反应物质的组成时，可以计算指定产物的最大产出率。参加反应的物质存在于钢液、熔渣之内，进行热力学分析及计算时，熔体中物质的浓度必须换成“有效浓度”即活度。几十年来已积累了很多高温熔体的热力学数据，如焓△H、熵△S、吉布斯能△G及活度系数等，可以基本上满足炼钢工作者进行热力学分析及计算的需要。

炼钢过程物理化学炼钢过程动力学

研究炼钢反应的速率及机理，找出提高或控制反应速率的途径。从分子观点出发，研究冶金反应的速率、反应级数及活化能称为微观动力学。但炼钢过程中的气—液、气—固或气—液—固反应经常都在流动状态下发生，并伴有传质及传热现象。近20年来，传递现象理论被引用于研究炼钢过程。研究存在传质、传热和动量传递现象时的炼钢过程的速率及机理称为宏观动力学、在这里，“速率”指整个多步骤多相过程的综合速率以及确定速率随环境的变化;而机理则用以解释构成整个反应的所有各步骤，并指明控制过程速率的限制性环节。如果在冶金炉或钢包内研究炼钢过程的宏观动力学，则应研究物料在容器内的混合及停留时间等，因而涉及到冶金容器的形状和操作的最优化问题。这样炼钢过程动力学即过渡到冶金反应工程学的范畴。

炼钢过程物理化学炼钢熔体

包括铁液及熔渣。研究炼钢过程必须对它们的各种性质加以测定或计算。属于热力学性质的有熔体物质的热容、焓、熵生成吉布斯能及活度(包括铁液中各元素的活度相互作用系数)等;属于动力学及传递性质的有扩散系数、黏度、传质系数及传热系数等;属于电化学性质的有电导率、迁移数及分解电动势等;属于物理性质的有密度、热导率、表面(界面)张力、磁导率、蒸气压及杂质或气体在熔体中的溶解度等。熔体性质与物质结构有关。建立熔体的结构模型，从而计算其组分的活度是一个重要研究课题，但迄今仍未得到一个能普遍适用于任何组成的熔体(熔渣及含不同元素的铁液)的结构模型。熔体物理性质数据基本上还是依靠测定。