钢铁冶炼核心技术：37种钢铁冶炼工艺概述

钢铁冶炼核心技术：37种钢铁冶炼工艺概述

1、转炉炼钢法：

转炉炼钢是一种高效且无需外加热源的炼钢工艺，它主要利用液态生铁作为原料。在这一过程中，生铁中的碳、锰、硅、磷等元素与送入炉内的氧气发生化学反应，释放出大量热量，从而为炼钢提供所需的热源。除了铁水，转炉炼钢还会加入造渣料（如石灰、石英和萤石等），以及废钢和少量的冷生铁和矿石等，以调整和优化冶炼过程。

转炉炼钢的分类：

转炉按其内衬的耐火材料不同，可分为碱性转炉（以镁砂或白云石为内衬）和酸性转炉（以硅质材料为内衬）。根据气体吹入炉内的位置，转炉又可分为底吹、顶吹和侧吹三种类型。此外，转炉还可按照所采用的气体来区分，如空气转炉和氧气转炉。值得注意的是，酸性转炉在去除生铁中的硫和磷方面存在困难，因此通常需要使用优质生铁，从而限制了其应用范围。相比之下，碱性转炉则更适用于处理高磷生铁，曾在西欧地区得到广泛应用。然而，空气吹炼的转炉钢由于含氮量较高、原料来源有限且废钢配比受限，因此并未在全球范围内得到广泛推广。

2、氧气顶吹转炉炼钢：

氧气顶吹转炉炼钢，简称LD法，是美国所称的BOF法或BOP法，是现代炼钢的核心技术。该过程涉及一个直立的坩埚状炉子，其中直立的水冷氧枪从顶部插入，为炉内提供纯氧进行吹炼。炉身设计为可倾动，以适应不同的炼钢需求。

炉料主要包括铁水、废钢以及造渣材料，同时，也可以适量加入冷生铁和铁矿石。在炼钢过程中，高压纯氧（O2浓度达到99.5％以上）通过氧枪从熔池上方吹入，实现硅、锰、碳和磷等元素的氧化去除。同时，通过造渣技术进一步脱磷和脱硫。这样，各种元素氧化时释放的热量会加热熔池中的液态金属，从而得到符合预定化学成分和温度要求的钢水。该方法主要适用于非合金钢和低合金钢的冶炼，但经过精炼处理后，也能用于冶炼不锈钢等合金钢。

3、氧气底吹转炉炼钢：

这是一种通过转炉底部的氧气喷嘴将氧气吹入炉内熔池，从而将铁水冶炼成钢的炼钢方法。其独特之处在于炉子设计得相对矮胖，炉底平坦且易于拆卸和更换。它摒弃了氧气顶吹转炉的氧枪系统，取而代之的是风嘴、分配器系统和炉身上的供氧系统。这种炼钢方式的吹炼过程更为平稳，减少了喷溅和烟尘，同时渣中氧化铁的含量也较低。因此，氧气底吹转炉的金属收得率相比氧气顶吹转炉提高了1％至2％。此外，采用粉状造渣料，其颗粒细小、比表面大，从而增大了反应界面，使得成渣速度更快，非常有利于脱硫和脱磷。这种方法特别适用于吹炼中磷生铁，因此在西欧地区得到了广泛的应用。

4、连续炼钢：

连续炼钢是一种炼钢方法，其特点在于原料（如铁水、废钢）被连续不断地从炉子的一端加入，而成品（如钢水）则从炉子的另一端持续流出。这种工艺在19世纪就已有人提出设想，尽管其具有设备紧凑、工艺流程简洁且稳定等潜在优势，但长期以来，各国都尝试了多种不同的方法进行试验，包括槽式法、喷雾法以及泡沫法等，然而这些方法至今尚未实现工业化生产。

5、混合炼钢：

混合炼钢是一种炼钢工艺，其中，钢水在一个炉子中炼成，而还原渣或还原渣与合金则在另一个电炉中炼制。随后，在特定高度下进行冲混操作，将这两种产物混合。这种工艺可用于处理平炉、转炉以及电炉所炼制的钢水，能有效提升钢的质量。冲混过程中，渣、钢间的接触面积得以增加，进而加速了化学反应，同时还有助于脱氧、脱硫，以及吸附和聚合气体及夹杂物，最终达到提高钢的纯洁度和质量的目的。

6、复合吹炼转炉炼钢：

复合吹炼转炉炼钢是在顶吹和底吹氧气转炉炼钢法的基础上，融合了两者的优势并克服了各自的不足，形成的一种新炼钢技术。其核心是在原有顶吹转炉的基础上，从底部引入不同的气体，从而优化了熔池的搅拌效果。

目前，全球多数国家都采用这种复合吹炼技术，并已衍生出多种类型的复吹转炉炼钢工艺。例如，英国钢公司开发了一种以空气、N2或Ar2为底吹气体，同时用N2进行冷却的熔池搅拌复吹转炉炼钢法——BSC——BAP法。德国克勒克纳——马克斯冶金厂则采用了一种独特的KMS法，通过天然保护底枪从底部向熔池喷入煤和氧。日本川崎钢铁公司则将占总氧量30%的氧气与石灰粉混合，一同从炉底吹入熔池，形成了K——BOP法。此外，新日本钢铁公司还开发了一种LD——OB法，通过从底部吹入占总氧量10%——20%的氧气，并用丙烷或天然气冷却炉底喷嘴。这些不同工艺都旨在提升炼钢效率和质量。

7、顶吹氧气平炉炼钢：

自20世纪50年代中期起，平炉炼钢工艺迎来了革新。通过在熔炼室顶部设置1至5支水冷氧枪，直接向熔池吹入氧气，这一方法显著改善了熔池反应的动力学条件。由此，碳氧反应的热效应发生了转变，从原先的吸热变为放热，同时优化了热工状况。这一创新使得生产率得到了大幅度的提升。

8、电弧炉炼钢：

电弧炉炼钢是一种利用电弧热效应来熔炼金属及其他物料的工艺。在炼钢过程中，三相交流电弧炉作为最常见的直接加热电弧炉，其炉内无燃气，可以根据工艺需求营造氧化或还原气氛，因此非常适合冶炼高质量的非合金钢和合金钢。

根据电炉每吨炉容量的不同，电弧炉可分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉以及超高功率电弧炉。随着电弧炉炼钢向高功率和超高功率的转型，冶炼时间得以缩短，电耗降低，生产率提升，整体成本也相应下降。这一变革使得电弧炉不仅作为熔化器使用，更将所有精炼工艺都集中在了精炼装置内。近年来，直流电弧炉凭借其低电极消耗、稳定的电压以及低噪音等特点，得到了迅速的发展，特别适用于冶炼优质钢和铁合金。

9、STB法：

STB法，即Sumitomo Top and Bottom blowing process，是由日本住友金属公司独创的一种炼钢技术。它巧妙地融合了氧气顶吹转炉炼钢与氧气底吹转炉炼钢的双重优势。这一方法特别适用于低碳钢的吹炼，不仅显著提升了脱磷效率，还大幅降低了生产成本。在炼钢过程中，底吹气体主要采用O2、CO2、N2等。此外，住友金属公司在STB法的基础上，进一步创新了STB-P法，通过从顶部喷吹粉末的方式，有效优化了高碳钢的脱磷条件，并成功应用于不锈钢的精炼环节。

10、RH法：

RH法，全称循环法真空处理，是由德国Ruhrstahl和Heraeus两家公司联合研发的炼钢技术。该技术巧妙地利用了真空室和导管，将钢水抽出并升至一定高度，通过吹入惰性气体Ar，带动钢液进入真空室接受精细处理。处理后的钢液再经另一导管流回钢包，实现循环利用。此外，真空室上方还配备了加料系统，用于加入合金元素。此法已成为大容量钢包（超过80t）钢水处理的主要手段。

11、RH—OB：

RH吹氧法，即在RH真空循环脱气技术的基础上，引入吹氧操作，旨在升温。这种技术特别适用于不锈钢的精炼，因为在减压环境下，脱碳反应会优先进行。对于普通钢的精炼，它同样有效，能够减轻转炉的负担。此外，通过加入铝元素也可以实现升温的效果。

12、OBM—S法：

OBM—S法，全称为Oxygen Bottom Maxhutte—Scarp，是一种由德国Maxhutte-Klockner厂发明的炼钢技术。它采用天然气或丙烷作为底吹氧枪的冷却介质，结合氧气底吹转炉炼钢法，形成了独特的技术特点。在OBM—S法中，通过在OBM氧气底吹转炉的炉帽上安装侧吹氧枪，并利用底部氧枪吹入的煤气或天然气对废钢进行预热，从而实现了增加废钢比、优化炼钢过程的目的。

13、NK—CB法：

NK—CB法，全称为NKK Combined Blowing System，是由日本钢管公司在1973年创立的一种炼钢技术。它巧妙地结合了顶吹与底吹两种方式，即在顶吹的同时，通过炉底吹入少量的气体，如Ar、CO2或N2，从而强化了钢渣的搅拌并有效控制了钢水中的CO分压。

该法运用多孔砖喷嘴，不仅在炼制低碳钢时能降低成本，而且在生产高碳钢时也有助于脱磷。此外，NK—CB法与铁水预处理工艺的相结合，更是进一步提升了其炼钢效率与质量。

14、MVOD法：

MVOD法是在VAD法的基础上进行改进，通过增设水冷氧枪，使其在真空环境下具备吹氧脱碳的功能。由于真空脱碳属于放热反应，因此无需额外施加VAD法的真空加热措施。其操作流程与VOD法保持一致。

15、LF法：

LF法，全称Ladle Furnace，是1971年由日本特殊钢公司（大同钢特殊钢公司）所创的钢包炉精炼技术。其精炼工艺融合了氩气搅拌、埋弧加热以及合金加料系统，为炼钢流程中的关键环节。此法不仅可精准把控钢水成分与温度，还能有效降低夹杂物含量，提高合金元素利用率。因此，LF炉已成为炼钢过程中不可或缺的炉外精炼设备。

16、LD炼钢法：

LD炼钢法，全称氧气顶吹转炉炼钢法，是1952年由奥钢联林茨厂与奥地利阿尔卑斯矿冶公司多纳维茨厂共同在工业领域率先推出的创新技术。此法以两厂的名称首字母命名，并迅速在全球范围内得到广泛应用。在美国，这种炼钢法被称为BOF或BOP法，即Basic Oxygen Furnace或Process的简称。氧气顶吹转炉炼钢法的诞生，为钢铁产业带来了革命性的变革。

17、LD—OTB法：

LD—OTB法，全称LD—Oxgyen Top an Bottom Process，是由日本神户制钢公司加古川厂独立研发的一种顶底复合吹炼转炉炼钢工艺。该工艺的核心在于其独特的底吹设计，采用了专为单环缝形喷嘴（SA喷嘴）所研发的技术，使得底吹气体的控制范围极为广泛。在炼钢过程中，底部会吹入惰性气体，以实现对炉内环境的精准调控。

18、LD—HC法：

LD—Hainaut Saubre CRM，这是比利时开发的一种适用于吹炼高磷铁水的顶底复合吹炼转炉炼钢工艺。该工艺融合了LD与底吹氧技术，并采用碳氢化合物保护喷嘴，为高磷铁水的炼钢提供了新的解决方案。

19、LD-AC法：

LD-Arbed-Centre National，这是法国钢铁研究所创立的一种炼钢工艺。它采用顶吹氧气喷石灰粉的方式，专门为吹炼高磷铁水而设计，为钢铁生产带来了新的可能。

20、KS法：

Klockner Steelmaking工艺，是一种采用100%固体料操作的底部喷煤粉氧气转炉炼钢方法。在该工艺中，底吹氧的比率控制在60%至100%的范围内。

21、K—ES法：

这是一种结合了底吹气体技术、二次燃烧技术以及喷煤粉技术的电弧炉炼钢方法。该技术由日本东京炼钢公司与德国Kiokner公司共同研发，其独特之处在于能够以煤替代电力，实现能源的高效利用。

22、FINKL—VAD法：

电弧加热钢包脱气法，亦被称为真空电弧脱气法。其核心在于真空室上方的电弧加热装置，通过在真空环境中运用氩气搅拌，实现稳定的脱气效果。此外，该方法还能有效脱除硫、碳元素，并允许大量合金的加入。其设备构成主要包括真空室、电弧加热系统、合金加料装置、抽真空系统以及液压系统。

23、DH法：

这是由德国Dortmund Horder联合冶金公司所开发的一种真空处理装置。其核心部件包括一个内衬耐火材料的真空室，以及一个装有耐火衬的导管，该导管可插入钢包中。通过周期性地放下与提升真空室或钢包，可以实现对钢水的有效处理。该装置的上部还配备了加合金料装置和真空加热保温装置，以确保处理过程的稳定性和效率。然而，目前这种设备已经不再新建，取而代之的是更先进的脱气技术。

24、CLU法：

这是专门针对不锈钢精炼的一种方法，其原理与AOD法颇为相似。该方法的独特之处在于，它采用水蒸气来替代氩气进行精炼。这一创新技术由法国Creusot-Loire公司与瑞典Uddeholm公司联合研发，自1973年投入生产以来，便以其高效稳定的性能而备受赞誉。

在水蒸气与钢液接触的过程中，它会发生分解反应，生成H2和O2。其中，H2的作用是降低CO的分压，从而有助于精炼过程。同时，由于这个分解反应是一个吸热过程，因此它能够有效抑制钢液温度的上升。然而，需要注意的是，使用CLU法时铬的氧化烧损程度会比AOD法更为严重，这一点在实际操作中需要特别关注。

25、CAS法：

CAS法，全称Composition adjustment by sealed argonbubbling，是一种在氩气密封环境下进行的炉外精炼技术，旨在微调合金成分。该方法通过钢包底部的吹氩操作，将渣层推开，随后降低浸渍罩并继续吹氩，最后加入合金以微调成分。CAS法的优势在于其能够实现对合金成分的精确控制，同时提高合金的收得率。

26、CAS—OB法：

CAS—OB法，全称Composition adjustment by sealed argon bubbling with oxygen blowing，是在CAS设备基础上进一步增设吹氧枪的炉外精炼技术。该方法不仅可用于微调合金成分，还具备加铝并吹氧升温的功能，升温速度控制在5～13℃/分。这一技术使得钢水温度能够精准地维持在±3℃的范围内，为连铸生产提供了有力支持。

27、ASEA-SKF法：

ASEA-SKF法，源自瑞典的钢包精炼技术，融合了低频电磁搅拌与常压电弧加热。该技术在钢包内进行造渣精炼，随后在另一工位进行真空除气，并配备氧枪，支持减压下吹氧脱碳操作。此外，通过钢包底部的多孔砖吹氩搅拌，可进一步强化精炼效果，同时加入合金以精细调整钢液成分。

28、AOD法：

AOD法，全称氩氧脱碳法（Argon-Oxygen Decarburisation），是冶炼低碳不锈钢的关键精炼技术。该方法自1964年由美国碳化物公司成功研发，至1968年已投入实际生产应用。其核心冶金原理在于利用氩气（Ar）稀释一氧化碳（CO），降低其分压，从而模拟出真空状态，助力碳元素降至极低水平。AOD炉体设计与转炉相似，风眼设置在炉底侧壁附近，向炉内吹入的是氩气与氧气的混合气体，原料则为初炼炉产出的钢水。整个吹炼流程分为氧化、还原和精炼三个阶段，现已成为不锈钢生产的关键工艺。

29、特殊冶金法

涵盖电渣重熔、真空冶金、等离子冶金、电子束熔炼以及区域熔炼等多项炼钢技术。当普通炼钢工艺结合炉外精炼无法满足某些高新技术或特殊用途对极高纯度钢的需求时，这些特殊冶金方法便应运而生。

1、电渣重熔：该工艺通过熔渣电阻热对已冶炼好的钢进行二次重熔精炼，亦称ESR。在此过程中，自耗电极浸入熔渣，电流通过电离后的熔渣产生高温，使自耗电极熔化并形成熔滴。这些熔滴靠自重穿越渣池，经过渣洗精炼后进入金属熔池，同时减少空气污染。此技术不仅改善了钢锭的表面质量，还通过结晶器底部的水冷作用，凝固出轴向结晶倾向和偏析少的重熔钢锭，从而提升了热加工塑性。

2、等离子冶金：此工艺以等离子流为热源，利用等离子枪将电能转化为定向等离子射流中的热能。等离子射流具有电弧稳定、热量集中、可达到极高温度等特点，工作温度甚至可达5000～20000℃。此外，等离子枪还可使用惰性气体或还原性气体作为介质，以满足不同的冶金需求。等离子炉适用于熔炼高熔点金属、活泼金属以及金属或合金的提纯，同时，等离子体技术也广泛应用于钢铁厂废尘处理和铁合金生产工艺中。

3、喷射冶金：该工艺通过气体喷射将粉末物料送入液体金属中，以加速物理化学反应的完成，亦称喷粉冶金。此技术常用于铁水预处理和钢包精炼，旨在实现脱硫、脱氧、成分微调以及夹杂物变性等目的。其反应速度快，物料利用率高。

4、区域熔炼：这是一种利用液固相中杂质元素溶解度差异来提炼金属的工艺。通过缓慢移动液态区域，杂质会重新分布并被驱赶到右端，经过多次重复后，左端金属可达到高纯度。

5、真空冶金：在低于0.1MPa至超高真空条件下进行的冶金过程称为真空冶金。它包括金属及合金的提炼、冶炼、重熔、精炼、成形和热处理等多个环节。此技术的目的在于减少金属受气相污染、降低溶解于金属中的气体或易挥发杂质含量、促进有气态产物的化学反应以及避免耐火材料容器带来的污染等。它适应了高性能金属材料及新型金属材料的生产需求。随着电热材料、电工合金、软磁合金以及高温镍基合金等高性能和新型金属材料的生产需求增长，各种真空熔炼方法如真空电阻熔炼、真空感应熔炼等得到了发展。

6、真空电弧熔炼：在真空环境下，通过电弧供热来重熔金属和合金的工艺，简称VAR法。该过程涉及水冷铜坩埚作为正极，自耗电极接在假电极上作为负极，并引入低压直流电流以引发电极与坩埚底之间的电弧。借助电弧的热量，金属和合金得以重熔。通过控制电极下降速度，可以获得成分均匀、组织致密、纯净度高且偏析少的重熔钢锭。此技术特别适用于重熔活性金属、耐热难熔金属，以及高温合金和特殊钢等要求严格的使用场合。

7、真空电子束熔炼：在较高真空度下，利用电子枪发射的电子束轰击被熔炼物料，使其熔化后滴入水冷铜结晶器中凝固成锭的方法。此法可调节能量分布并控制熔化速度，确保材料的高纯净度，特别适用于熔炼钨、钼等金属及其合金、高级合金钢、高温合金和超纯金属。

8、真空电阻熔炼：在真空环境中，通过电流在导体中产生的热量来熔炼金属和合金。此方法通常采用间接加热方式，由电热体将热量传递给炉内物料。炉内气氛可根据需求选择为惰性或保护性。真空电阻炉既可设计为熔炼炉，也可作为热处理炉使用。

9、真空感应熔炼：在真空条件下，利用感应电热效应来熔炼金属和合金。电源频率根据炉料和容量进行选择，包括高频、中频和工频三类。感应炉分为有芯和无芯两种类型，前者电热效率高但适用于单一品种的连续熔炼，后者熔炼温度高但适用于特殊钢和镍基合金等的熔炼。此技术在高温合金、高强度钢和超高强度钢的生产中得到了广泛应用。