現(xiàn)代不銹鋼冶煉方法很多。由于氧化雜質(zhì)所用的氧的來(lái)源和原料的不同,以及熔化原料用的熱源不同,決定了冶煉爐的不同結(jié)構(gòu)。但使用最多的不銹鋼冶煉爐,主要有平爐、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐和電爐三種。
平爐的外形好像一座平頂?shù)姆孔樱凇胺孔印眰?cè)墻有一排長(zhǎng)方形“窗戶”,這是加料門;平爐的爐底,好像房子里面的地板,爐底面積大小,是計(jì)算生產(chǎn)水平的標(biāo)準(zhǔn)。平爐也有利用系數(shù),每平方公尺爐底面積每天產(chǎn)不銹鋼數(shù)噸,就是平爐的利用系數(shù)。如一座平爐日產(chǎn)不銹鋼為1000噸,它的爐底面積是60平方米,則這座平爐的利用系數(shù)就等于1000/60=16.7.
平爐的操作比較復(fù)雜,大致可分四個(gè)階段:
1. 將廢不銹鋼、鐵礦石和造渣用的石灰石,通過(guò)加料門加到爐子里,然后通入煤氣加熱,待這些冷料加熱到鐵水溶化的溫度以上,再將鐵水兌到平爐里。這個(gè)階段叫做加料期。
2. 當(dāng)鐵水兌完后,繼續(xù)加熱,使?fàn)t內(nèi)的爐料全部溶化成液體,這叫爐化期。在這一階段,有部分碳、錳、硅被氧化。
3. 爐料全部溶化后,由于碳、硫、磷、硅、錳等元素不斷和氧結(jié)合,變成不銹鋼渣,因此鐵水中雜質(zhì)不斷下降。這段時(shí)間叫做精煉期。
4. 當(dāng)鐵水中的雜質(zhì)大部分去掉達(dá)到不銹鋼的要求時(shí),可用少量的脫氧劑把不銹鋼水中多余的氧脫掉。這是最后一個(gè)階段,叫做脫氧出鋼期。
上述這種分期不是絕對(duì)的,實(shí)際上不銹鋼冶煉過(guò)程是連續(xù)的,各期有交錯(cuò)、有重疊。從加料開(kāi)始,爐料就已經(jīng)開(kāi)始加熱,熔化期氧化雜質(zhì)的反應(yīng)也在進(jìn)行。但在每一個(gè)階段,重點(diǎn)不同,如熔化期重點(diǎn)是爐料,精煉期重點(diǎn)是氧化雜質(zhì),所以把練不銹鋼分為四個(gè)期還是合理的。
平爐能煉各種優(yōu)質(zhì)不銹鋼,一段時(shí)期內(nèi),它在各種不銹鋼冶煉方法中占有很重要的地位。上世紀(jì)50年代,平爐煉不銹鋼約占全部不銹鋼產(chǎn)量的85%。自從轉(zhuǎn)爐頂吹氧氣冶煉不銹鋼出現(xiàn)后,發(fā)展異常迅速,1960年氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼方法生產(chǎn)的不銹鋼只占世界不銹鋼產(chǎn)量的4%,到1969年已上升到37%,大有取代平爐之勢(shì)。
為什么它發(fā)展這樣快呢?讓我們先熟悉一下它的生產(chǎn)過(guò)程吧。轉(zhuǎn)爐外形像一個(gè)大鋼桶,里面砌很厚的耐火磚。爐子裝在支架上,爐體可以向前轉(zhuǎn)動(dòng),所以叫轉(zhuǎn)爐。裝料使,爐體前傾,按照配料要求,首先將廢不銹鋼和少量鐵礦石裝入,然后再倒入鐵水,這就是加料操作。當(dāng)料加完后,轉(zhuǎn)爐直立,把氧氣管從上面插到爐內(nèi),開(kāi)始吹氧。剎時(shí)間,只見(jiàn)黃煙滾滾,鐵水翻騰,鐵水中的碳、錳、硅等雜質(zhì),迅速和吹進(jìn)不銹鋼水的氧結(jié)合,生成氧化物,漂在上面;同時(shí)放出大量熱,將不銹鋼水加熱,碳、錳、硅等雜質(zhì)就成為轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼的燃料。噴出的黃煙,主要是由于鐵水中的鐵部分被氧化,成為鐵的氧化物。這種冶煉不銹鋼方法,只要幾十分鐘就將雜質(zhì)除掉,可以迅速脫氧出不銹鋼,所以生產(chǎn)率很高。
我們?cè)俳榻B一種煉不銹鋼方法,這就是電爐煉鋼,電爐很像一個(gè)大茶壺,在壺嘴的一個(gè)面有一個(gè)槽,叫出鋼槽,在壺把的一面有一個(gè)加料口,叫爐門;在壺蓋的方向有三根粗大的石墨電極。電爐煉鋼時(shí),不用鐵水,用廢不銹鋼做原料。把大塊廢不銹鋼裝到電極附近,然后通過(guò)電極加電,三個(gè)電極之間就會(huì)有電弧出現(xiàn),很快使廢不銹鋼熔化,為了加速熔煉,也可以向爐內(nèi)吹氧。電爐氧化雜質(zhì)的氧主要來(lái)源于礦石,在熔化過(guò)程中,需要加入一定數(shù)量的石灰石和礦石;在氧化期不斷加入石灰石和礦石,會(huì)形成一層氧化渣,浮在不銹鋼水上面,能夠促進(jìn)雜質(zhì)的氧化。
電爐的特點(diǎn)是:第一,用電加熱,不像平爐那樣,有煤氣和不銹鋼水接觸,減少不銹鋼中的雜質(zhì)。第二,電爐出不銹鋼前將氧化渣扒出去,形成含氧化鐵很低的爐渣,這種渣有利于清楚不銹鋼液中的殘余氧,為貴重合金,如鎳、鉻、鎢、鉬、鈦等的加入創(chuàng)造了有利條件。所以電爐最適宜煉不銹鋼。
以上三種不銹鋼冶煉方法,各有各的特點(diǎn)。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉不銹鋼速度快,一座300噸的轉(zhuǎn)爐,煉一爐不銹鋼的全部時(shí)間不過(guò)一個(gè)來(lái)小時(shí),而同樣大小的一座平爐,要用七到八小時(shí);另外轉(zhuǎn)爐設(shè)備簡(jiǎn)單,建設(shè)速度快,產(chǎn)量高,花費(fèi)的人力少,電爐耗電很多,需要大量的電器設(shè)備,所以發(fā)展電爐冶煉不銹鋼,首先得發(fā)展電力工業(yè)。