平炉炼钢

[拼音]：pinglu liangang

[外文]：open hearth steelmaking

用平炉以煤气或重油为燃料，在燃烧火焰直接加热的状态下，将生铁和废钢等原料熔化并精炼成钢液的炼钢方法。1856年英国人西门子 (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（P.┵.Martin）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。目前中国平炉钢的产量约占钢产量三分之一左右。

平炉炼钢特征

可归纳如下三点：

从外部供给热量

因平炉炉体庞大，冶炼时间长，炉墙散热损失和高温废气带走的热量大，除钢铁原料中各元素氧化产生热量外，必须从外部供给燃料和使用预热空气燃烧燃料，方能保持炼钢时需要的热量。不吹氧的平炉每炼1吨钢大约消耗 100万千卡的热量，相当于140公斤标准煤。

氧化性气氛

平炉熔炼室内燃烧气体（炉气）中含有O2、CO2、H2O等，在高温下，强氧化性气体向熔池供氧量每小时可达金属重量的0.2～0.4％，对熔池起氧化作用，使炉渣始终有较高的氧化性。单靠炉气供氧，速度慢，加铁矿石或吹氧可加速反应过程。

炉渣的作用

炉渣的比重只有钢液的1/2左右，浮在熔池面上，介于炉气和钢液之间，是炉气向熔池传热和传氧的媒介。此外，炉渣还有去除硫、磷等杂质，保护钢液不致过氧化和防止钢液吸收气体（H、N）等重要作用。因此平炉炼钢要求造好具有一定碱度和流动性良好的渣，炉内需维持适当的渣量和渣层厚度，为造好渣，炉料熔化后，熔池中的铁水要保持适量的含碳量。在精炼时，依靠炉渣的传热和传氧，以及追加铁矿石或吹氧促进脱碳反应激烈进行，造成熔池的激烈沸腾，增大渣、钢的接触面积和加强传热、传质作用，以完成精炼任务。

总之，具有良好的热工条件以保持高温，造好流动性、碱度和数量适宜的炉渣，精炼时保持较高的脱碳速度，使熔池沸腾活跃，对平炉炼钢是极为重要的。

平炉操作工艺

平炉炼钢用的原材料为：

（1）钢铁料如生铁或铁水、废钢；

（2）氧化剂如铁矿石、工业纯氧、人造富矿；

（3）造渣剂如石灰（或石灰石）、萤石、铁矾土等；

（4）脱氧剂和合金添加剂。

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。

平炉炼钢的过程通常分为补炉、装料（铁矿石、石灰和废钢）、加热、兑铁水、熔化、精炼、脱氧和出钢等几个步骤：

以采用废钢矿石法操作的 300吨不吹氧的和吹氧的重油平炉为例，炼一炉钢各期操作时间如表。

装料和熔化时间约占全炉2/3左右，它与平炉的加热状态有密切关联，所以称它为热工期。

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。

平炉用氧

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20～40标米3。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30～50标米3，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。采用吹氧强化冶炼前后一些生产指标变化情况见表2。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。（见彩图）