工业最初的炼钢炉怎么来的

‘壹’ 转炉炼钢的发展历程

早在1856年英国人贝斯麦就发明了底吹酸性转炉炼钢法，这种方法是近代炼钢法的开端，它为人类生产了大量廉价钢，促进了欧洲的工业革命。但由于此法不能去除硫和磷，因而其发展受到了限制。1879 年出现 了托马斯底吹碱性转炉炼钢法，它使用带有碱性炉衬的转炉来处理高磷生铁。虽然转炉法可 以大量生产钢，但它对生铁成分有着较严格的要求，而且一般不能多用废钢 。随着工业 的进一步发展，废钢越来越多。
在酸性转炉炼钢法发明不到十年，法国人马丁利用蓄热原理，在1864年创立了平炉炼钢法，1888年出现了碱性平炉。
平炉炼钢法对原料的要求不那么严格，容量大，生产的品种多，所以不到20年它就成为世界上主要的炼钢方法。
20世纪50年代，在世界钢产量中，约85%是平炉炼出来的。1952年在奥地利 出现纯氧顶吹转炉，它解决了钢中氮和其他有害杂质的含量问题，使质量接近平炉钢，同时减少了随废气（当用普通空气吹炼时，空气含79 %无用的氮）损失的热量，可以吹炼温度较低的平炉生铁，因而节省了高炉的焦炭耗量，且能使用更多的废钢 。由于转炉炼钢速度快（炼一炉钢约10min，而平炉则需7h），负能炼钢，节约能源，故转炉炼钢成为当代炼钢的主流。
其实130年以前贝斯麦发明底吹空气炼钢法时，就提出了用氧气炼钢的设想，但受当时条件的限制没能实现。直到20世纪50年代初奥地利的Voest Alpine公司才将氧气炼钢用于工业生产，从而诞生了氧气顶吹转炉，亦称LD转炉。顶吹转炉问世后，其发展速度非常快，到1968年出现氧气底吹法时，全世界顶吹法产钢能力已达2.6亿吨，占绝对垄断地位。1970年后，由于发明了用碳氢化合物保护的双层套管式底吹氧枪而出现了底吹法，各种类型的底吹法转炉（如OBM，Q-BOP，LSW等）在实际生产中显示出许多优于顶吹转炉之处，使一直居于首位的顶吹法受到挑战和冲击。
顶吹法的特点决定了它具有渣中含铁高，钢水含氧高，废气铁尘损失大和冶炼超低碳钢 困难等缺点，而底吹法则在很大程度上能克服这些缺点。但由于底吹法用碳氢化合物冷却喷嘴，钢水含氢量偏高，需在停吹后喷吹惰性气体进行清洗。基于以上两种方法在冶金学上显现出的明显差别，故在20世纪70年代以后，国外许多国家着手研究结合两种方法优点的顶底复吹冶炼法。继奥地利人Dr.Eard等于1973年研究转炉顶底复吹炼钢之后，世界各国普遍开展了转炉复吹的研究工作，出现了各种类型的复吹转炉，到20世纪80年代初开始正式用于生产。由于它 比顶吹和底吹法都更优越，加上转炉复吹现场改造 比较容易，使之几年时间就在全世界范围得到普遍应用，有的国家（如日本）已基本上淘汰了单纯的顶吹转炉。
传统的转炉炼钢过程是将高炉来的铁水经混铁炉混匀后兑入转炉，并按一定 比例装入废钢，然后降下水冷氧枪以一定的供氧、枪位和造渣制度吹氧冶炼。当达到吹炼终点时，提枪倒炉，测温和取样化验成分，如钢水温度和成分达到 目标值范围就 出钢。否则，降下氧枪进行再吹。在出钢过程中，向钢包中加入脱氧剂和铁合金进行脱氧、合金化。然后，钢水送模铸场或连铸车间铸锭。
随着用户对钢材性能和质量的要求越来越高，钢材的应用范围越来越广，同时钢铁生产企业也对提高产品产量和质量，扩大品种，节约能源和降低成本越来越重视。在这种情况下，转炉生产工艺流程发生了很大变化。铁水预处理、复吹转炉、炉外精炼、连铸技术的发展，打破了传统的转炉炼钢模式。已由单纯用转炉冶炼发展为铁水预处理——复吹转炉吹炼——炉外精炼——连铸这一新的工艺流程。这一流程以设备大型化、现代化和连续化为特点。氧气转炉已由原来的主导地位变为新流程的一个环节，主要承担钢水脱碳和升温的任务了。

‘贰’ 现代炼钢技术如何发明的

直到19世纪中期，欧洲炼钢仍然采用搅拌法，即是把生铁加热到熔化或半熔后，放进熔池中进行搅拌。它借助搅拌时空气中的氧气将生铁中的碳氧化掉，这正是1 600多年前我国汉朝时代出现的炒钢法。1860年在英国大约有3 400多座搅拌炼钢池，每12小时一般搅炼一池，每池250千克。

在搅拌池中炼钢很难控制钢中碳的含量，而且要耗费很大的人力。到1856年，英国人贝塞麦（H.Bessemer，1813～1898）创造了一种转炉炼钢法，解决了这个难题。

贝塞麦是一位法国大革命时逃亡到英国的机械工程师的儿子，少年在离开乡村学校后当上铅字浇铸工，17岁开始经营生产金属合金和青铜粉，在参加英、法与俄罗斯对抗的克里米亚（Crimea）战争（1853～1856）中，亲眼目睹用生铁或熟铁制造的炮身经受不住火药的爆炸力，常常产生爆裂，遂促使他寻找一种生产钢的方便方法。

贝塞麦曾经注意到一些固态的铸铁块在熔化前由于暴露在空气中而脱碳了，当然这种氧化作用就是搅拌法炼钢的原理，他没有学过化学，不了解这个原理，但却使他考虑到把空气鼓入铁水中炼钢。于是在1856年的一天，他在伦敦圣潘克拉斯（St.Pancras）建成一座炼钢炉。

这是一座固定式容器。可盛放350千克铸铁，把空气加压鼓入容器中后，反应的猛烈程度使贝塞麦大吃一惊，因为他没有估计到铸铁中碳与空气中氧气的反应以及其他杂质与氧气的反应会放热。幸好，10分钟后，当杂质已除去后，火焰平息了，可以走近容器，切断加压的空气流。金属被注入锭模中，经测定是低碳钢。1856年8月11日，贝塞麦在切尔特南（Cheltenham）不列颠协会的会议上公布了这一创造发明。很快，贝塞麦制成一种可转动的可倾倒式转炉，每炉可容纳5吨生铁，熔炼时间为1小时，包括补炉和铸锭的时间在内，大大缩短了搅拌炼钢的时间，更减少了搅拌熔炼操作所费的力气。于是，国内外炼钢厂纷纷购买此法的生产许可证。

贝塞麦在宣布他的创造发明后受到各界人士的热情赞扬，但是很快就遭受到批评和嘲讽，原因是用他创造的转炉炼出的钢锭由于氧化过度，生成的氧化铁存在钢中，同时生铁中的磷未能除去，使钢的质量很差，不是疏松，就是硬脆，在锻打时发生断裂。

关于钢中存在过量氧化铁的问题，后来由英国一位富有炼钢实践经验的马希特（R.F.Mushet）解决了，他在熔化了的金属中添加称为镜铁的铁、锰和碳的合金，因为锰能将生成的氧化铁还原。

除去铁矿石中的磷是炼钢中长期未解决的问题。贝塞麦和其他所有炼钢炉的建造者一样，用含硅的材料作为炉的衬里。这种炉衬不会和磷被氧化生成的氧化物结合，不能把这种稳定的化合物从钢中除去。贝塞麦只能选用含磷低于0.05%（质量分数）的矿石炼成铁后再炼钢。

除磷的问题后来却由英国一位法院的书记员托马斯（S.G.Thomas，1850~1885）经试验后解决了，在1878年获得成功。

托马斯虽然是一位法庭书记员，却热爱化学。他利用业余时间进伦敦大学伯克培克（Birkbeck）学院进修化学课程，并通过英国皇家矿业学院冶金学和化学的考试。他在得知贝塞麦炼钢中需要解决除磷的问题后，用各种化学物质，包括氧化镁和石灰等进行试验，在他的表弟吉尔克里斯特（P.C.Gilchrist）协助下，在布莱纳封（Blaenavon）的炼钢厂用一个转炉进行试验，他的表弟正是这个炼钢厂的化学师。他们两人在1877～1878年进行了9个月的试验，证明经焙烧过的白云石用石灰黏结作为转炉衬里能满意地除去磷，而且还同时生产出宝贵的磷肥，后人为纪念他，至今把这种磷肥称为托马斯磷肥。

白云石是含有碳酸镁、碳酸钙的岩石，焙烧后生成氧化镁、氧化钙等，能与磷的氧化物化合生成镁和钙的磷酸盐，是很好的磷肥。

1883年托马斯获得贝塞麦奖章，可惜因患肺结核病，35岁即逝世。贝塞麦发明创造的转炉炼钢法在得到托马斯等人的改进后一直沿用至今。现今使用的转炉可以绕水平轴旋转，便于加料和卸料。炉底有气孔，从气孔鼓入空气。用它炼一炉钢约需十几分钟，容量从一吨到数十吨不等。

随着工业的发展，在生产建设和日常生活中出现了大量的废钢、废铁。这些废料在转炉中不能利用，于是在出现转炉炼钢的同时，出现了平炉炼钢。

在转炉炼钢中，使金属保持液态所需的热量是由化学反应所产生的热提供的，但在平炉炼钢中，化学反应产生的热量不足以使金属保持熔融状态，所以必须由外部热源供应热量。

1856年，德国人西门子·弗雷德里克（Frederick Siemens）利用热再生原理创建一种交流换热炉。这是在燃烧炉两侧各建一蓄热格子砖室，从燃烧炉中出来的炽热的燃烧废气通过一边的格子砖室，将热量传给格子砖，随后将燃烧用的空气通过被加热的砖室，提高温度后进入燃烧室燃烧，从而提高了炉温。每隔一定时间，交换空气和废气的流动方向，使两边的蓄热室交替使用。这种炉子最初被用来烧制玻璃，后来被用来炼钢，这就是平炉。

最初，在平炉中燃烧固体燃料。1861年西门子·弗雷德里克的兄弟西门子·威廉（William Siemens，1823～1883）创造一种煤气发生炉，生产发生炉煤气。这是将定量的空气和少量水蒸气通过燃烧的煤或赤热的焦炭，使之生成的二氧化碳尽可能转变成可燃的一氧化碳。水蒸气与碳反应后生成可燃的一氧化碳和氢气。

西门子·威廉是一位工程师，在德国接受正规的技术教育后来到英国；西门子·弗雷德里克在德国得累斯顿（Dresden）经营电气公司，也曾到英国。他们兄弟二人认为英国鼓励工程技术人员和发明创造者，在英国申请专利比较方便。他们于1866年在英国伯明翰（Birmingham）共同建立西门子钢厂，利用平炉进行炼钢。

西门子兄弟共四人，都是出色的发明家。威廉是老二，弗雷德里克是老三。老大西门子·维勒（Werner Siemens，1816～1892）是一位电化学家，发明发电机原理，创建德国西门子公司。最小的弟弟西门子·卡尔（Carl Siemens）在俄罗斯创办企业。这样，维勒被称为“柏林的西门子”；威廉被称为“伦敦的西门子”；弗里德里克被称为“德累斯顿的西门子”；卡尔被称为“俄罗斯的西门子”。

差不多在同一个时期，法国冶金学家马丁（P.Martin，1824～1915）和他的兄弟（B.Martin）同样利用热再生原理，建立平炉，在法国锡雷（Sireuil）建厂生产。他们生产的钢在1867年巴黎博览会上展出获金质奖章。马丁在1915年获英国钢铁学会授予的贝塞麦奖章。

‘叁’ 电炉炼钢

电炉炼钢
电炉炼钢是用电作为热源进行钢铁冶炼为方法，它有两种形式：一是电弧炉，一是感应炉。
早在1878年，德国的西门子就已经使用电弧炉熔化废钢。但当时电费昂贵 ，且供应不足，该法未能发展起来。
1898年，意大利人斯托水涨船高诺取得了在电弧炉内直接用铁矿石炼钢的专利。1900年法国冶金学家赫鲁特对斯托沙诺的发明进行了改进，建立了第一座工业用电弧炼钢炉。在炉顶的巨大碳质电极和投入炉中成分已知的废钢之间，产生电弧，由此发出的高温使废钢熔化。用这种方法炼出的钢比较纯净。根据需要，还可以加入其它配料，以改变钢的成分；也可以加入石灰石或莹石，以吸收杂质。
此后，在德国等一些国家采用了电炉和转炉联用的方法炼钢。先将生铁在碱性转炉内吹炼，去掉硅、锰及大部分碳，然后转入碱性电弧炉内进一步除去磷及碳，直至达到要求的.含量，这样可使每炉钢的成分基本一致。
意大利人费兰蒂于1887年取得了感应炉的专利，他最先采用高频感应炉熔化金属。应用高频交流电，借助涡流的作用，可使线圈范围内的料感应而产生热，以至熔化。瑞典人克林在1899年建立了世界上第一座用于工业化生产的感应炉。1907年，英国谢菲尔德郡建立了可生产2吨钢铸件的实验感应炉。1925年发明的电动发电机组，能获得比较合适的电流频率（500－3000周/秒），从而加速了感应炉的发展，使它逐渐取代了苷埚炉用于生产高质量的工具钢。感应只发生熔化而不发生冶炼作用，使钢的成分均匀一致。
电炉可以冶炼各种性能的合金钢。

‘肆’ 炼钢炉是什么造的

炼钢炉是个统称，一般炼钢厂用转炉和电炉两种；炼钢炉分工作层、绝热层、填充层和钢板组成。工作层、绝热层都是用耐火砖砌的。特别工作层的耐火材料材质要求比较高，外层钢板一般为耐热钢板且有一定的厚度！

‘伍’ 工业里最初的炼钢炉怎么来的

转炉是一个金属外壳，一般是钢的，里面一般有3层或者4层内衬。有永久层，绝热层（有的转炉有，有的转炉没有），填充层，工作层，这几层。

‘陆’ 工业炉的发展历程

工业炉的创造和发展对人类进步起着十分重要的作用。中国在商代出现了较为完善的炼铜炉，炉温达到1200℃，炉子内径达0.8米。在春秋战国时期，人们在熔铜炉的基础上进一步掌握了提高炉温的技术，从而生产出了铸铁
1794年，世界上出现了熔炼铸铁的直筒形冲天炉。后到1864年，法国人马丁运用英国人西门子的蓄热式炉原理，建造了用气体燃料加热的第一台炼钢平炉。他利用蓄热室对空气和煤气进行高温预热，从而保证了炼钢所需的1600℃以上的温度。1900年前后，电能供应逐渐充足，开始使用各种电阻炉、电弧炉和有芯感应炉。
二十世纪50年代，无芯感应炉得到迅速发展。后来又出现了电子束炉，利用电子束来冲击固态燃料，能强化表面加热和熔化高熔点的材料。
用于锻造加热的炉子最早是手锻炉，其工作空间是一个凹形槽，槽内填入煤炭，燃烧用的空气由槽的下部供入，工件埋在煤炭里加热。这种炉子的热效率很低，加热质量也不好，而且只能加热小型工件，以后发展为用耐火砖砌成的半封闭或全封闭炉膛的室式炉，可以用煤，煤气或油作为燃料，也可用电作为热源，工件放在炉膛里加热。
为便于加热大型工件，又出现了适于加热钢锭和大钢坯的台车式炉，为了加热长形杆件还出现了井式炉。20世纪20年代后又出现了能够提高炉子生产率和改善劳动条件的各种机械化、自动化炉型。
工业炉的燃料也随着燃料资源的开发和燃料转换技术的进步，而由采用块煤、焦炭、煤粉等固体燃料逐步改用发生炉煤气、城市煤气、天然气、柴油、燃料油等气体和液体燃料，并且研制出了与所用燃料相适应的各种燃烧装置。
工业炉的结构、加热工艺、温度控制和炉内气氛等，都会直接影响加工后的产品质量。在锻造加热炉内，提高金属的加热温度，可以降低变形阻力，但温度过高会引起晶粒长大、氧化或过烧，严重影响工件质量。在热处理过程中，如果把钢加热到临界温度以上的某一点，然后突然冷却，就能提高钢的硬度和强度；如果加热到临界温度以下的某一点后缓慢冷却，则又能使钢的硬度降低而使韧性提高。
为了获得尺寸精确和表面光洁的工件，或者为了减少金属氧化以达到保护模具、减少加工余量等目的，可以采用各种少无氧化加热炉。在敞焰的少无氧化加热炉内，利用燃料的不完全燃烧产生还原性气体，在其中加热工件可使氧化烧损率降低到0.3%以下。
可控气氛炉是使用人工制备的气氛，通入炉内可进行气体渗碳、碳氮共渗、光亮淬火、正火、退火等热处理：以达到改变金相组织、提高工件机械性能的目的。在流动粒子炉中，利用燃料的燃烧气体，或外部施加的其他流化剂，强行流过炉床上的石墨粒子或其他惰性粒子层，工件埋在粒子层中能实现强化加热，也可进行渗碳、氮化等各种无氧化加热。在盐浴炉内，用熔融的盐液作为加热介质，可防止工件氧化和脱碳。
在冲天炉内熔炼铸铁，往往受到焦炭质量、送风方式、炉料情况和空气温度等条件的影响，使熔炼过程难于稳定，不易获得优质铁水。热风冲天炉能有效地提高铁水温度、减少合金烧损、降低铁水氧化率，从而能生产出高级铸铁。
随着无芯感应炉的出现，冲天炉有逐步被取代的趋势。这种感应炉的熔炼工作不受任何铸铁等级的限制，能够从熔炼一种等级的铸铁，很快转换到熔炼另一种等级的铸铁，有利于提高铁水的质量。一些特种合金钢，如超低碳不锈钢以及轧辊和汽轮机转子等用的钢，需要将平炉或一般电弧炉熔炼出的钢水，在精炼炉内通过真空除气和氩气搅动去杂，进一步精炼出高纯度、大容量的优质钢水。
火焰炉的燃料来源广，价格低，便于因地制宜采取不同的结构，有利于降低生产费用，但火焰炉难于实现精确控制，对环境污染严重，热效率较低。电炉的特点是炉温均匀和便于实现自动控制，加热质量好。按能量转换方式，电炉又可分为电阻炉、感应炉和电弧炉。以单位时间单位炉底面积计算的炉子加热能力称为炉子生产率。炉子升温速度越快、炉子装载量越大，则炉子生产率越高。在一般情况下，炉子生产率越高，则加热每千克物料的单位热量消耗也越低。因此，为了降低能源消耗，应该满负荷生产，尽量提高炉子生产率，同时对燃烧装置实行燃料与助燃空气的自动比例调节，以防止空气量过剩或不足。此外，还要减少炉墙蓄热和散热损失、水冷构件热损失、各种开口的辐射热损失、离炉烟气带走的热损失等。
金属或物料加热时吸收的热量与供入炉内的热量之比，称为炉子热效率。连续式炉比间断式炉的热效率高，因为连续式炉的生产率高，而且是不间断工作的，炉子热制度处于稳定状态，没有周期性的炉墙蓄热损失，还由于炉膛内部有一个预热炉料的区段，烟气部分余热为由于炉膛内部有一个预热炉料的区段，烟气部分余热为入炉的冷工件所吸收，降低了离炉烟气的温度。
以实现炉温、炉气氛或炉压的自动控制。
燃气为液化气，天然气，焦炉煤气，城市煤气，转炉煤气，混合煤气，发生炉煤气，高炉煤气等。