第五十七章钢铁是怎样炼成的
转炉炼钢法的发明
钢铁冶炼技术自古有之，但大规模高效率的炼钢生产却是近百年的事。这主要应归功于现代
炼钢科学技术的发展，特别是氧气顶吹转炉炼钢的发明与应用，堪称20世纪钢铁工业的惊人
成就。
化铁为水以“氧”克“钢”
要把液态生铁(或废钢)冶炼成钢，需要提供热量，以及用氧将铁水中的杂质氧化，再把氧化
物结合在较轻的熔渣中，并将熔渣与净化了的钢水分离而得到钢。
一个多世纪以前的1856年，英国冶金家贝塞麦发明了贝塞麦炼钢法。利用顶吹入的空气中的
氧与铁中的碳、硅、锰、硫、磷等元素发生氧化反应放出的热量，并进行脱碳和去除有害元
素而炼成钢。
随后平炉炼钢法和电炉炼钢法相继产生。平炉法是法国冶金学家马丁于1865年发明，马丁炉
(平炉)炼钢方法通过燃料燃烧产生热量(外热)，用矿石中铁氧化物作为氧化剂与铁水中的杂
质发生化学反应，使杂质得以去除。电炉法是用废钢作原料，以电力为热源，也是以矿石中
铁氧化物作氧化剂，去除钢水中的杂质。
由于贝塞麦转炉的炉衬是用酸性矽砖砌成，不能适应欧洲高磷生铁炼钢的需要，于是在1878
年英国冶金家托马斯和吉尔克莱等人，在已有的研究成果的基础上，发明了用碱性白云石砖
和捣筑炉底砌成炉衬的转炉，并采用底吹空气炼钢。
炼钢是氧化熔炼过程。空气顶吹、底吹鼓风转炉，以及后来出现的侧吹鼓风转炉，都是把空
作为氧的主要来源，大量的氮气在炉内从铁水中穿过，白白带走了大量的热量，并有部分
氮溶解在钢液中，这对很多种型号的钢是有害的，特别是造成低碳钢质量的恶化。平炉炼钢
中也
同样面临反应速率低和热量浪费的问题。因此，直接把氧气吹入熔池炼钢，成为许多冶金学
家向往的目标。但用高纯度氧气炼钢，其好处显而易见，但其费用却也惊人。
19世纪末，生产出了可供工业使用的氧气，到20世纪初，把空气液化然后通过蒸馏来分离其
成分而得到氧气的制氧工艺开发成功，第一套制氧装置于1907～1909年在美国建立，氧气炼
钢又为冶金界所瞩目。
从20世纪20～30年代，冶金工作者开始了在平炉、转炉上进行用氧炼钢的试验。但由于钢铁
厂所需的氧气要靠外运，因而价格仍很高，数量上一般不能大量供应。加上吹氧设备也不配
套，又受车间布置的限制，许多钢铁厂还只是处于小量用氧炼钢试验阶段。氧气的应用基本
上还限于氧—乙炔火焰切割和清理钢坯表面。
到20世纪40年代末和50年代初，欧洲、北美一些国家把制氧装置就近建在钢厂内，从而节省
了运氧费用，使氧气的价格大大降低，使吹氧炼钢在整个炼钢业中得以普遍采用。
平炉用氧炼钢，从40年代后期开始，将纯氧喷入炉中，加速燃烧，提高了火焰的温度，缩短
了冶炼时间。到50年代人们用氧枪从平炉炉顶向炉内喷氧。但是喷溅太厉害，损坏耐火材料
，未
能被推广使用。一直到60年代，平炉用碱性炉顶代替酸性炉顶，同时改进了装料、冶炼和精
整设备，调整车间布置和原材料运输，使之与加快了的熔炼操作相配合。炉顶吹氧平炉由此
有了较大发展，平炉容积增大，生产效率有较大提高。
氧气转炉重大创举
1948年3月，瑞士人杜勒等人在总结已有的试验研究成果的基础上，建成2.3吨左右的以焦油
白云石为炉衬的试验转炉，认识到喷嘴垂直向下喷氧，最有利于提高喷嘴和炉衬的寿命。这
次试验到1949年3月结束，第一次通过向炉内吹氧而不另外加热将生铁炼成了钢，一种新
的炼钢方法就此产生。杜勒的试验结果表明，用氧气来精炼生铁，用碱性的炉衬和造渣材
料来脱磷、硫，都是可能的，而且还可以加入相应比例的废钢。1949年12月他决定在奥地利
茨建设一个30吨转炉车间，1952年11月正式投产。1953年5月在奥地利多纳维茨也建设了30
吨转炉车间。从此，这种划时代的炼钢新方法得以迅速推广，炉子数量和炉子容量都在不断
增加，钢产量急剧上升。50年代建设的多是27～45吨转炉，没有一座80超过吨。进入60年代
，建起了200～400吨级的大转炉。
当代钢铁生产中，炼钢工艺的发展和进步最为显著。氧气转炉是一大突破性技术。
典型的氧气顶吹转炉的水冷排烟罩下面是炉身和氧枪，以及通常采用的装铁水、装废钢、出
钢和出渣等的装置。炉衬用耐火材料制作。高位料仓是用来储存、称量和添加材料、脱氧剂
及其他材料的。这一切都由操作人员在控制室的一个仪表盘上进行控制。
氧气顶吹转炉在装料和出钢的时候，炉身可以倾动，炉料通常是铁水和造渣材料，也可以加
入少量的冷生铁、富铁矿或球团矿。这种方法的特点是靠炉料各组分与氧反应来加热和达到
冶炼的目的。通过氧枪从熔池上面垂直向下吹入高压的纯氧去除铁水中的硅、锰、碳和磷
等元素，并通过造渣进行脱磷和脱硫；各元素氧化反应所产生的热量，加热了熔池中的液态
金属
(从上一次铁到钢)，使钢水中的化学成分和温度达到规定标准。冶炼一炉钢的吹炼时间一般
为15～20分
钟，总冶炼时间(从出钢到下一次出钢的时间)一般为30～45分钟。操作的一个特点是精炼中
所产生的能量对所要求达到温度可以加以预报。
氧气转炉炼钢技术的诞生适应了战后经济飞速发展的需要，在问世不到20年的时间里，迅速
取代了平炉炼钢，成为最主要的炼钢法，使世界钢的年产量由50年代约2亿吨猛增到70年代
的7亿多吨，这在技术发展史上是罕见的。尤其是日本，在扩大生产的同时，开发和革新了
许多技术并且出口到国外。
转炉炼钢独占鳌头
氧气转炉炼钢自问世以来，还针对在实践中出现的问题，不断完善和改进，在技术上也有不
少突破，并用最新科技成果加以武装。
从1975年开始，法国、卢森堡、德国、美国、日本等相继开发成功了顶底复合吹炼转炉。复
转炉是从炉顶吹氧的同时，又从转炉底通过底吹气体装置(喷嘴或透气砖)吹入适量的惰性气
体如Ar，以及CO或CO2和少量的氧气，以加强熔池的搅拌力。这既可克服氧气顶吹转炉和
氧气底吹转炉的不足，又可以兼顾这两种氧气转炉的优点，因此世界各国纷纷采用。
炼钢技术的发展走了一条否定之否定的路。纵观炼钢技术的发展过程，可以看到一个有趣的
现象：空气转炉被平炉淘汰，平炉又被氧气转炉所淘汰。据统计，1996年全世界粗钢产量74
459.9万吨，其中氧气转炉钢占60.3%，电炉钢占32.9%，平炉钢占68%，其他方法产钢占0
1%。氧气转炉钢产量所占比例遥遥领先，平炉终将会被淘汰出局。
但是氧气转炉的发展也面临新的挑战。现代的汽车、造船、高层建筑、桥梁、输油气管线、
海洋
平台、石油油井专用钢管、高速铁路、家用电器、机械制造等等，都对钢的质量、品种、规
提出极高的要求。只靠氧气转炉的熔炼很难达到高质量钢的要求，需要增加新的精炼措施。
将氧气转炉只用于熔化和初炼，再把精炼的过程移到另一容器(主要是钢包)中进行。转炉钢
形成“铁水预处理—复吹转炉—炉外精炼—连铸”的流程。现代钢铁工业正在向高技术、智
力密集、投资密集产业转化。