鹼性轉爐鍊鋼法

轉爐鍊鋼是一種不需外加熱源，主要以液態生鐵為原料的鍊鋼方法。轉爐鍊鋼法的主要特點是：靠轉爐內液態生鐵的物理熱和生鐵內各組分（如碳、錳、硅、磷等）與送入爐內的氧進行化學反應所產生的熱量，使金屬達到出鋼要求的成分和温度。爐料主要為鐵水和造渣料（如石灰、石英、螢石等），為調整温度，可加入廢鋼以及少量的冷生鐵塊和礦石等。轉爐按爐襯的耐火材料性質分為鹼性（用鎂砂或白雲石為內襯）和酸性（用硅質材料為內襯）;按氣體吹入爐內的部位分為底吹、頂吹和側吹;按吹煉採用的氣體，分為空氣轉爐和氧氣轉爐。酸性轉爐不能去除生鐵中的硫和磷，須用優質生鐵，因而應用範圍受到限制。鹼性轉爐適於用高磷生鐵鍊鋼，曾在西歐得到較大發展。空氣吹煉的轉爐鋼，因含氮量高，質量不如平爐鋼，且原料有侷限性，又不能多配廢鋼，未能像平爐那樣在世界範圍內廣泛採用。1952年氧氣頂吹轉爐問世，逐漸取代空氣吹煉的轉爐和平爐，現在已經成為世界上主要鍊鋼方法。

轉爐鍊鋼法同其他鍊鋼法主要區別在於他不借助外加能源，僅靠吹入熔池的空氣或氧氣與生鐵水中各種元素的放熱氧化反應完成脱碳和脱除雜質的任務，並將鋼液加熱到出鋼（1600℃或更高）温度 ^[1]  。

當空氣或氧氣吹入鐵水時，生鐵中易氧化元素就開始氧化,產生的氧化物和加入的石灰形成爐渣。各項元素按其與氧結合能力的順序依次氧化。首先氧化的是硅、錳和少量的鐵。開始時因温度低(1200～1300℃)，而且石灰溶解很慢，組成低氧化鈣的鐵-錳-硅酸渣。隨着温度升高，碳開始激烈地進行氧化。隨石灰逐漸溶解，爐渣轉變為硅酸鈣渣或磷酸鈣渣,磷和硫亦被脱除,熔池鐵液中各種元素氧化的先後順序為硅、釩、錳、鉻。碳隨着温度的提高而分別先於有關元素氧化（見自由焓）。

轉爐吹煉終了時，鋼液中存在着少量過剩的溶解氧，一般為0.01～0.08%。其含量主要取決於終點鋼水的碳。但在固體鋼中氧的溶解度很低, 僅為0.002～0.003%,因此在澆鑄後的鋼水凝固過程中，氧便以FeO形式析出,影響鋼的質量。所以,要煉成合格的鋼,就必須脱氧。脱氧是將與氧親和力較大的元素及其合金作為脱氧劑加入鋼液中，利用脱氧產物不溶於鋼液而析出上浮脱離鋼液的原理,使鋼中的含氧量降到規定限度之下(見鋼的脱氧反應)。在生產中常用的脱氧元素錳、硅、鋁,它們的脱氧能力依次遞增。為提高脱氧效率,使脱氧產物易於形成大顆粒排出，脱氧劑的加入一般應採用由弱到強的順序，即先加錳鐵，再加硅鐵，最後加鋁（或鋁鐵）。

英國軍事工程師貝塞麥於1856年在英國科學協會發表演講，題目是《不使用燃料、只吹入空氣就可以變鐵水為鋼》。他提出將熔化的生鐵放入轉爐內，吹進高壓空氣，使生鐵中所含的硅、錳、碳、磷燃燒掉，從而煉出鋼來。貝塞麥發明了梨形可動式轉爐，只花10分鐘就可把10噸～15噸鐵水煉成鋼。若是用攪拌法需幾天時間才能完成。所以，這是一種生產率高、成本低的鍊鋼方法，成為冶金史上的一大創舉。但是，貝塞麥發明的轉爐是酸性轉爐，在酸性轉爐環境中，磷很難被氧化除掉。所以，貝塞麥轉爐在歐洲只適用於擁有大量低磷低硫鐵礦石的瑞典和奧地利等國。

用氧氣代替空氣的優越性早被認識，但因未能獲得大量廉價的工業純氧，長期未能實現。到20世紀40年代，空氣分離製氧以工業規模進行生產之後，鍊鋼大量用氧有了可能。但是,舊有轉爐改用氧氣吹煉,爐底風眼燒損很快，甚至使吹煉無法進行。1948年杜雷爾(R.Durrer)在瑞士採用水冷氧槍垂直插入爐內吹煉鐵水獲得成功，1952年奧地利林茨(Linz)和多納維茨 (Donawiz)鋼廠建立30噸氧氣頂吹轉爐車間。後來就按這兩個地名的第一個字母稱氧氣頂吹轉爐鍊鋼法為LD鍊鋼法。50年代，LD鍊鋼法傳播到世界各國，逐步取代平爐鍊鋼法。隨着頂吹氧轉爐的問世，也出現了其他類型吹氧鍊鋼方法，如卡爾多轉爐(Kaldo)鍊鋼法,羅託轉爐(Rotor)鍊鋼法,但都未能推廣。噴石灰粉的氧氣頂吹轉爐鍊鋼法,稱LD-AC法，可以吹煉含磷高的生鐵，在氧氣底吹轉爐問世前曾應用於高磷生鐵鍊鋼生產。

1879年，英國冶金學家托馬斯提出了鹼性轉爐鍊鋼法，即採用白雲石高温燒成的熟料，混合焦油做成鹼性的耐火磚爐襯，冶煉過程中吹入空氣並加入生石灰。這樣便使整個反應在鹼性高温條件下進行，被氧化的磷與石灰結合起來，殘留於渣內而不返回鋼內，脱磷問題因此得以解決。托馬斯的這一方法，很快被盛產含磷鐵礦石的德國、法國廣泛應用，從而進一步促進了鍊鋼的發展。

第二次世界大戰後，不少國家開始實驗用純氧代替空氣鍊鋼。1948年奧地利首先取得了技術突破。此法是把生鐵水與廢鋼混合，倒入轉爐中，然後吹氧，將碳與雜質迅速燒掉。用這種方法煉出的鋼，質量可與平爐煉出的鋼相媲美，所需時間卻只有平爐的十分之一。

中國於30～40年代曾在各地用側吹酸性轉爐鍊鋼，總生產能力約10萬噸/年。50年代，唐山鋼廠試用鹼性爐襯吹煉成功，並推廣到全國各地。50～60 年代側吹轉爐鋼產量曾達中國鋼總產量的20%以上。50年代末，首先在北京建成30噸氧氣頂吹轉爐車間開始生產。以後在各地相繼建成投產。1980年氧氣轉爐鋼的產量佔全國鋼的總產量40.64%。