酸性平炉炼钢查看源代码讨论查看历史
酸性平炉炼钢(acid open hearth furnace steel making)
在由酸性耐火材料砌筑的平炉内采用酸性炉渣进行炼钢的工艺。1864年法国工程师马丁(P．E．Martin)建造的第一座平炉就是酸性的。酸性平炉的冶炼过程不能去除金属液中的硫、磷有害杂质，故要求使用含硫、磷低的优质炉料，加之这种炉子的生产效率很低，所以这种炼钢方法没有得到推广，但是炉底中SiO2在炼钢时可被还原，使钢水自动脱氧，且夹杂物成球形。生产军工钢、电机转子钢等钢种时可用此法。中国在19世纪末在汉阳、上海等地建成的早期平炉均为酸性平炉，50年代在齐齐哈尔钢厂和第一重型机械厂也建有酸性平炉。[1]
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原材料和燃料酸性平炉炼钢对原料和燃料中的硫、磷含量均有严格的要求，对微量有害元素的含量也有严格限制。金属炉料中硫、磷含量通常不得高于0.025%，燃料煤气含硫量不大于1.5%，重油含硫量不大于0.5%。
酸性炉渣炉渣的主要来源是对酸性炉底材料的侵蚀和炉料氧化产物，主要组成是SiO2、FeO、MnO和CaO。当炉渣中SiO2含量超过60%时呈黏稠状，随着CaO、MnO、Al2O3含量增加炉渣将会变稀；当SiO2、Cr2O3含量增加炉渣则发稠。酸性炉渣的透气性很差，能阻止炉气中的气体(N2、H2等)进入钢液中，故所炼得的酸性钢中的有害气体含量极低。
操作工艺按入炉钢铁料的状态可分冷装法和双联热装法(即以碱性炉冶炼的液体半成品作炉料进行冶炼)两种；按钢中硅含量控制工艺可分为限制硅还原法(主动法)和硅还原法(被动法)两种。在硅还原法的基础上又派生出硅锰还原法、硅锰钒还原法、“停火吹氧”法等。常用的操作法为冷装限制硅还原法、双联限制硅还原法和双联硅还原法。
冷装限制硅还原法操作期有补炉、装料、熔化、矿石沸腾、纯沸腾、脱氧合金化和出钢。双联限制硅还原法操作期有热兑半成品和死静期(无装料和熔化期)等。限制硅还原法操作后期(脱氧前)钢中含硅量不超过0.12%或0.17%，需加硅、铝等强脱氧剂进行终脱氧，冶炼时间较短。
双联硅还原法操作期有：
(1)补炉；
(2)热兑液体半成品，在兑入前40～90min先加入酸性返回渣(占金属炉料重的3%左右)，液体半成品温度一般在1600℃以上，含碳量比所炼钢种规格高0.5%～0．9%，硫、磷含量低于0.015%，不用铝脱氧；
(3)死静期(一般不超过30min)，这时炉温偏低，反应微弱，熔池平静；
(4)矿石沸腾；
(5)上涨期；钢中硅达到0.12%左右时，钢样在冷凝时表面会鼓胀，进入上涨期后，钢水硅还原现象明显，钢水也逐渐呈半脱氧状态；
(6)平静期；当钢水含硅量还原到0.20%以上时，钢样表面逐渐呈凹形，钢水达到自动脱氧状态，这时熔池沸腾微弱甚至完全停止，硅含量一般达到0.24%～0.36%，平静期才算终止。用硅还原法冶炼的钢，一般不用铝终脱氧；最后是合金化和出钢。
熔池反应酸性平炉炼钢过程中，除炉气、炉渣、钢水间相互作用外，炉床也积极参与熔池反应，钢水中硅的主要来源是炉床。由于酸性炉渣中缺乏自由CaO，不会发生去除钢中硫、磷的反应。酸性平炉熔池反应主要有碳的氧化反应，铁、硅、锰、铬等元素的氧化和还原反应。其中硅的氧化与还原反应具有典型的意义，反应可用下式表达：
[Si]+2(FeO)=2[Fe]+(SiO2)(1)
(SiO2)+2[C]→[Si]+CO↑(2)
式(1)是可逆反应，向右进行时为放热反应；式(2)为吸热反应。单从热力学观点考虑，熔池温度低，渣中SiO2含量低和渣中FeO含量高有利于发生硅的氧化。限制硅还原法的操作前期熔池温度较低，炉渣较稀，又因加入大量铁矿石，故有利于硅的氧化，一般硅含量低于0.1%。到熔炼后期，钢水温度升高到1630℃左右，渣中SiO2也增加到55%以上，丽渣中FeO含量相应降低，则有利于发生硅的还原反应。为了抑制硅的还原需往渣中加入CaO等碱性物质，以降低渣中SiO2的活度。硅还原法操作后期，热力学条件有利于式(1)的反应向左进行和式(2)的反应向右进行。酸性熔池中硅的氧化和还原可能是同时发生的，若硅还原的速度大于硅氧化的速度，则钢水中硅含量会自动升高。冶炼高碳钢(如冷轧辊钢、滚珠轴承钢等)时，容易发生硅的还原现象。当采用硅锰还原法操作时，由于钢水中锰含量较高，有利于反应(SiO2)+2[Mn]=[Si]+2(MnO)向右进行。硅的还原剂是碳、铁、锰等。
酸性平炉钢质量及其应用酸性平炉钢与碱性钢相比，钢中氧化物夹杂和气体含量(氢气一般为2～4cm3/100g)较低，钢较纯洁和不易产生白点。用硅还原法熔炼的钢中，容易形成球状硅酸盐夹杂物。球状夹杂物在轧制或锻造过程中不易变形，因而酸性钢的纵向与横向性能差异很小。20世纪50年代以前，酸性平炉钢用来制造曲轴、汽轮机主轴、发电机转子、大炮身管、滚珠轴承、冷轧辊、压力容器等高质量产品。50年代以后，电渣重熔、精炼炉熔炼(见VOD法、LF钢包炉等)、喷射冶金、钢液真空脱气等现代炉外精炼技术得到广泛应用，提高质量钢的各种手段日臻完备，大大提高了碱性炉钢的质量。酸性平炉炼钢也随之失去了存在的意义。
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。