现代冶炼技术的发展过程是怎样的？

人类进入钢的时代

——现代冶炼技术的发明与发展19世纪中叶以后，欧洲钢的生产开始了大发展，1856年是大发展的起点，这一年贝塞麦发明了转炉吹炼法，大大缩短了炼钢时间，不久西门子又发明了平炉炼法(1867年)，不仅能生产优质钢，而且可大利用大量废钢。这两种方法为现代化炼钢打下了基础，使人类进入钢的时代。

磷的问题是20多年后才由英国人托马斯解决。他从化学反应的角度来研究磷的行为，认为生铁中的磷被空气氧化后生成五氧化二磷，又被吹炼炉的硅质炉衬还原成磷，重新进入钢中，因此他认为，如果采用另一种炉，使它能够和五氧化二磷结合，就能解决这一问题。他和P·吉尔克里斯特合作，于1877年在一座小炉上进行了一系列试验，证明用碱性衬炉可以脱磷，以后又在1.5吨的炉子里进行扩大试验，采用白云石作为炉衬，并以焦油作粘结剂，于1879年获得成功，创造丁碱性转炉炼钢法，又称贝塞麦—托马斯法，从此该法在欧洲推广应用，取得显著成效。

平炉炼钢的发明者是德国人西门子，他和其弟一起研究蓄热式热交换器以及用煤气作燃料，成功地用于玻璃熔化炉，可节省燃料50％，以后应用于熔化坩埚钢，接着研究成功了用生铁和铁矿石一起炼钢的方法，即平炉炼钢法，于1867年取得专利。平炉炼钢的冶炼系在中间的反射炉内进行，炉子的下面有两个蓄热式热交换器，分列左右，轮换使用，用以预热空气。这种炉子的特点是热效率较高，并可达到很高的炉温。同一时候，法国马丁取得西门子关于蓄热室炉子的专利后，试验成功了用生铁和熟铁一起熔炼成钢的方法，接着又用废钢代替熟铁和生铁一起炼钢，这就是现在通用的平炉炼钢法，又称西门子—马丁法。平炉的炉衬也有酸性和碱性两种。

平炉的冶炼时间比转炉长得多，对于100吨的炉子，原料如为生铁：废钢＝50：50，则冶炼周期约为8～12小时。

和转炉炼钢比较，平炉具有以下优点：

平炉去除钢中杂质是个缓慢过程，因此钢的成分容易控制。

可以加入任何比例的废钢(当时转炉限于5％)。

碱性平炉可以不受生铁中含磷量的限制(碱性转炉要求生铁中含有足够高的磷，一般须为1．7～2％，否则氧化发热量不够，难以维持炉温；而酸性转炉则要求生铁中含量足够低，才能保证钢的良好性能)。

钢中含氮量少(转炉系空气直接吹入熔体，钢中吸收了一部分氮，易使钢变脆)。

由于具有上述优点，因此平炉发展很快，到1894年时产量已超过了转炉，达到157．5万吨，转炉钢则为153．53万吨。

电炉炼钢系用电作为热源进行炼钢，有两种形式，一是电弧炉，一是感应炉。

电弧炉——西门子于1878年首先应用电弧炉熔化废钢，但由于当时电费太贵，且电力供应不足，限制了该法的发展。1900年法国埃洛特建立了第一座工业用的电弧炼钢炉，先将生铁在碱性转炉内吹炼，去掉硅、锰及大部分碳，然后将熔体装入碱性电弧炉内进一步除磷及碳，直到达到要求的含量，这样可使每炉钢的成分基本一样。

感应炉——意大利费兰蒂于1877年最先采用高频炉熔化金属，但工业应用则始于1899年客林在瑞典建立的炉子。英国的炼钢中心设菲尔德于1907年建立了一座实验炉，可生产2吨重的钢铸件，由于1925年发明了电动发电机组，能获得比较合适的频率(500～3000周／秒)，从而加速了感应炉的发展，使它逐渐取代了坩埚炉，用来生产高质量的工具钢。感应炉仅系熔化而不发生冶炼作用，因此可按照需要成分预先配好炉原料。感应加热时产生涡流，对熔体有搅动作用，使钢的成分均匀一致。

用电炉可以冶炼各种性能的合金钢。

合金钢的创始人当推法拉第，他为了寻找适合于电磁方面用的材料，从1819年开始曾将各种不同的元素加入铁中，包括铬。可惜他的工作没有进一步做下去，不然“合金钢时代”将会提前50年到来。

1871年英国试制了铬钢，1877年法国制成含铬生铁及铬钢，并用于工业，高炉炼铁铬合金也随即开始。

R·马希特在1871年发现锰钨钢在空气中冷却后有很大的硬度，于是用作工具钢。这一合金的出现使机械工业发生了革命，使用寿命为以前高碳钢的5—6倍，并使机床的速度提高了1倍。

接着R·哈德菲尔德在合金钢领域里又迈出了重要的一步，他于1883年发明了锰钢。以前曾有人研究过锰的作用，发现加入锰后虽然能使钢变硬，但却变脆。而R·哈德菲尔德进一步发现：如果加入大量的锰(10％或更多)，钢不仅具有足够的硬度，而且具有很好的抗拉强度和延展性。将锰钢加热至1050℃并在水中淬火，还可以提高它的韧性(而碳钢经过这样的处理却变脆)。锰钢还有另一个优良性能：当撞击时，表面层变硬而内部仍保持韧性，因此十分适用于制造铁路叉道、掘土机、挖泥船等。锰钢的发现又使机械工业增加了一种宝贵的材料。

哈德菲尔德还发明了硅钢，开始时用作工具钢，后来发现当含硅至5％时具有高导磁率、高电阻、低磁滞的特性，特别适用于制造电动机和发电机的转子、变压器芯及其它电器用具。从1907年以来硅钢已成了电力工业中不可缺少的一种基本材料。

1889年英国J·赖利发明的镍钢在工程界起了极为重要的作用。他发现当加镍至4.7％时，可使钢的强度增加2倍。这一优良性能很快确立了镍钢的地位。

本世纪初由美国F·W·泰勒和M·怀特发明了高速钢很快被欧洲所采用，典型成分是：钨18％，铬4％，钒1％，碳0.5％，有时还含钴。这种钢在高温时不软化。采用这种钢做刀具，切削速度可自高碳钢的30英尺／分提高至500英尺／分。

1913年英国H·布里尔利发明了不锈钢，成分是铬13％，碳0．3％。后来德国B·施特劳斯和E·毛雷尔加入镍进一步改善了抗腐蚀性能和机械性能，这就是今天广泛使用的含铬18％、含镍8％的18～8不锈钢。钢中加入铬不仅抗蚀，而且防止高温时氧化掉皮，因此是用于原子能工业、火箭、汽轮机等的理想材料。

自从工业革命以来，金属材料在工业化大生产中长期处于重要位置。在金属材料中，铁和钢又占居首位。19世纪中叶以前，铁是主要的金属材料，从”世纪下半叶起，钢迅速取代铁成为工业发展的重要支柱，开创了材料工业的钢铁时代。进入20世纪，由于工业、交通、建筑、军事等部门的大量需要，钢在产量、质量、品种、冶炼技术上都有新发展。

20世纪上半叶，炼铁技术虽仍以19世纪发明的高炉冶炼为主，炼钢技术也仍以19世纪发明的平炉冶炼为主，转炉炼钢和电炉炼特种钢为铺，但在炼炉技术、原料处理和轧制技术上都不断有改进。

1930年前后，冶金学家开始研究直接使用氧气的炼钢法，论证了用高浓度的氧代替空气助燃，可以提高炼钢效率。

本世纪40年代，氧气斜吹转炉炼钢法、卧式转炉双管吹氧法、纯氧顶吹转炉炼钢法等相继出现，其中以纯氧顶吹转炉炼钢法的优点最为明显，它与当时通用的平炉相比，投资减少约一半，效率提高达数倍，成本低、质量高，因而迅速得到了推广。电弧炉炼钢法和感应炉炼钢法在电力比较充足的国家，如美、意等国陆续被用于炼制特种钢的生产中。40年代出现的连续铸钢法是炼钢技术的一个重大进步，它可以省掉钢锭模和初轧机，使生产率成倍提高，投资和成本明显下降。

炼钢技术的发展还表明在各种特种钢和合金钢的不断问世上。不同的特种钢和合金钢可以适应不同的特殊需要。20世纪初发明了渗碳法，不久又发展了利用渗碳技术渗氮。20年代末至30年代又把镍、铬等加到普通的碳钢中，制成了一系列坚韧的镍钢和铬钢。一种重要的合金钢——锰钢的炼制技术也有了新的进步。1882年，英国人S·R·哈德菲尔德第一个研制出的锰钢，含锰约为12～13％。20世纪初则研制成含锰达80％的高锰钢，坚韧性极高，可用于舰艇和武器的装甲。哈德菲尔德于1900年又研制出有很高磁导率的硅钢，是制造电机电器的好材料。1912年，英国人H·布里尔利制出了含一定比例的镍、铬，有良好抗腐蚀性能的不锈钢。1912年，美国生产了含镍达71～80％的透磁钢。1923年，德国研制成功高硬度的氮化钢。第二次世界大战中，把镍铬合金经氮化处理和热处理后得到了质硬、耐磨的新合金。40年代出现了能耐800℃高温的镍铬合金。此外，加入不同比例的硅、钼、铌、铝、钛等元素，各有特种性能的多种合金钢在这一时期也相继诞生。这些合金材料的出现，促进了机器、电气、化工、交通运输、军事工业的发展。

后来出现的金属材料如钛等虽然在强度上超过了钢，但由于其数量极为有限，故还远远达不到取代钢的地位。钢以其庞大的数量，品种的繁多一直称雄金属材料世界。据专家预测，至少在今后50年内还没有任何金属材料取代其霸主地位。

从外表上,电炉炼钢是直接加废钢而不加铁水的,把废钢加完后插入电极棒供电升温把废钢熔化成钢水.

转炉炼钢是,加铁水和废钢,加完后,插入氧枪,用管道从制氧厂运氧气过来,通过氧枪到转炉里面去,氧气与铁水中的元素发生氧化反应生成大量的热来升温熔化生成钢水.

平炉炼钢是,相当一个锅,把铁水,废钢加到锅里面,然后下面烧煤来升温形成钢水(平炉已经完全被转炉带替)

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