0 绪论

钢铁材料是人类所使用的最主要的结构材料和最主要的功能材料，尤其是钢，更是被广泛应用于石油、化工、航天航空、交通运输、农业、国防等许多重要领域，人们的日常生活也离不开钢。

钢是碳、硅、锰及其他元素在铁中的固溶体。钢与生铁的区别首先是在碳的含量中得到体现，理论上把碳含量小于2.11%的铁碳合金称之为钢，它的熔点为1450~1500℃；碳含量大于2.11%的铁碳合金称之为生铁，它的熔点为1100~1200℃。在钢中，碳元素和铁元素形成Fe₃C固溶体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。由于钢具有很好的物理化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，所以用途十分广泛，而且用途不同对钢的性能要求也不同，从而对钢的品种也提出了不同的要求。

钢中存在的非铁元素可大致分为两大类：碳、硅、锰等是用以改善钢的性能，以满足工程材料要求的有益元素；另一类如磷、硫、氧、氢、氮等，是从炉料或大气中进入钢中的，它们的存在会使大部分钢的性能变坏。炼钢的工艺过程就是将铁水（或生铁）、废钢铁、直接还原铁经加热、熔化，通过化学反应去除金属液中的有害杂质元素，配加合金调整化学成分达到规定要求，最后浇铸成半成品—铸坯（锭）的过程。

钢的生产历史，也是近代工业的发展历史。从1740年英国人亨茨曼（B.Huntsman）发明了坩埚炼钢法，到1856年英国人亨利•贝塞麦（H.Bessemer）发明的空气酸性底吹转炉炼钢法—贝塞麦法，再到1865年德国人马丁（Mar Tin）发明的酸性平炉炼钢法—马丁炉法，直到1899年法国人埃鲁（P.L.T.Héroult）发明的三相电极电弧炉炼钢法。各种炼钢法相继的出现，带动了整个工业技术的发展，而相关产业的发展又更加促进了炼钢技术的进步。应运而生的氧气转炉炼钢技术、连续铸钢技术、超高功率电弧炉炼钢技术、炉外精炼技术等，推动了炼钢工业业在产品、工艺、设备上的更新换代，使得炼钢技术在二战结束后得到了前所未有的高速发展。进入21世纪的炼钢工艺和设备日趋完善，钢的产量大幅度提高，钢的质量不断改善，现代炼钢工业正朝着高效、低耗、清洁、优质的方向健康发展。

近代炼钢工艺主要有转炉炼钢工艺、平炉炼钢工艺和电炉炼钢工艺。到上个世纪末，平炉炼钢工艺已基本被淘汰，则现代炼钢工艺主要有转炉炼钢工艺和电炉炼钢工艺。

转炉炼钢工艺和电炉炼钢工艺通常被分别描述为“从矿石到钢”的长流程工艺和“从废钢到钢”的短流程工艺，典型的长流程和短流程炼钢工艺见图0.1。

长流程：

铁矿石（烧结矿和球团矿）→高炉→铁水预处理→氧气转炉→炉外精练→连铸机（模铸）→铸坯（锭）

短流程：

废钢铁、生铁或铁水以及直接还原铁→电弧炉→炉外精练→连铸机（模铸）→铸坯（锭）

图0.1 典型的长流程和短流程炼钢工艺

上述两大炼钢流程的特点比较见表0.1。

从上表比较可以看出：短流程炼钢工艺在投资、效率、环保以及工艺灵活性等方面具有明显的优势，而在钢的纯净度控制方面略逊于长流程工艺。

表0.1 长流程和短流程炼钢工艺的特点比较