煉鋼先煉鐵。鋼從生鐵而來。用鐵礦石冶煉而得的生鐵，含碳量較高（＞2.08％），而且含有許多雜質（如矽、錳、磷、硫等）。因此，生鐵缺乏塑性和韌性，力學性能差，除熔化澆鑄外，無法進行壓力加工，因而限制瞭它的用途。

為瞭克服生鐵的這些缺點，使它在工業上能起到更大的作用，還必須在高溫下利用各種來源的氧，把它裡面的雜質氧化清除到一定的程度，以得到一定成分和一定性質的鐵碳合金——鋼。這種在高溫下氧化清除生鐵中雜質的方法叫煉鋼。

煉鋼的基本原理

生鐵中的各種雜質，在高溫下，在不同程度上都與氧有較大的親和力。因此可以利用氧化的方法使它們成為液體、固體或氣體氧化物，液體和固體氧化物在高溫下與爐襯和加入爐內的熔劑起作用，結合成爐渣，並在扒渣時被排除爐外，氣體也在鋼水沸騰時被CO帶到爐外。

在煉鋼爐內，雜質的氧化主要是依靠FeO的存在而實現的。

2Fe＋O2→2FeO

01 矽元素的氧化

矽與氧有較大的親和力，因此矽的氧化很迅速，它在冶煉初期就已經完全被氧化而生成SiO2：

>>Si+2FeO→SiO2+2Fe

同時SiO2又和FeO反應形成矽酸鹽：

>>2FeO+SiO2→2FeO·SiO2

這種鹽是爐渣中很重要的一部分，它與CaO作用生成穩定化合物2CaO·SiO2和FeO，前者牢固存在於爐渣中，後者變成瞭渣中的遊離成分，使渣中FeO的含量增加，對促進雜質的氧化是比較有利的。其反應如下：

>>2FeO·SiO2+2CaO→2CaO·SiO2+2FeO

02 錳元素的氧化

錳也是易氧化的元素，它所生成的MnO有較高的熔點，MnO在金屬液中並不溶解，但是它與SiO2形成化合物浮在液體金屬表面，成為爐渣的一部分。

>>Mn+FeO→MnO+Fe

>>2MnO+SiO2→2MnO·SiO2

矽、錳的氧化反應放出大量的熱，可以使爐溫迅速提高（這一點對轉爐煉鋼特別重要），大大加速瞭碳的氧化過程。

03 碳元素的氧化

碳的氧化需要吸收大量的熱能，所以必須在較高的溫度下才能進行。碳的氧化又是煉鋼過程中很重要的一個反應：

>>C+FeO→CO+Fe

由於碳氧化時生成瞭CO氣體，它從液體金屬中逸出時起強烈的攪拌作用，這種作用叫做“沸騰”。產生沸騰的結果，可以促使熔池成分和溫度均勻，加速金屬與爐渣界面的反應，同時也有利於去除鋼中氣體和夾雜物。

04 磷元素的氧化

磷的氧化在不太高的溫度下即可發生，去磷過程由幾個反應組合而成，其反應如下：

>>2P+5FeO→P2O5+5Fe

>>P2O5+3FeO→3FeO·P2O5

當在堿性爐渣中有足夠的CaO時會發生如下反應：

>>3FeO·P2O5+4CaO→4CaO·P2O5+3FeO

所生成的4CaO·P2O5是穩定的化合物，它牢固地保持在爐渣中，因而達到瞭去磷的目的。

必須註意，鋼水在脫氧過程中，要加入矽鐵、錳鐵等脫氧劑，因而常常在脫氧以後，爐渣呈現酸性，而使3FeO·P2O5遭到破壞，從中還原出P2O5，而P2O5是不穩定的氧化物，它在高溫下易被碳還原，產生回磷現象。這也說明瞭在酸性爐內去磷是十分困難的。為瞭防止這種現象的產生，必須適當地增加爐渣堿度和渣量，提高爐渣氧化性等。

05 硫元素的氧化

硫是以FeS的形式存在。當爐渣中有足夠的CaO時，同樣也能將硫去除，反應如下：

>>FeS+CaO→CaS+FeO

生成的CaS並不溶於鋼水中，而形成瞭爐渣浮在鋼水表面。

上面這個反應是可逆反應，而且是在含有FeO的爐渣中進行的，當FeO與CaS發生作用時，會使硫重新回到鋼水中，所以去硫效率隨渣中FeO的含量減少而增高。而渣中含有足夠的碳時，反應就不同瞭：

>>CaO+FeS+C→CaS+Fe+CO

由於碳奪去瞭FeO中的氧，失去瞭CaS與FeO作用的可能性，使反應不能逆向進行，這就是為什麼電爐煉鋼時去硫要比其他兩種方法來得完全的原因。

在去硫過程中，錳也起瞭促進去硫的作用，其過程如下：

>>FeS+MnO→MnS+FeO

生成的MnS幾乎不溶於鋼水而進入渣中。因此，去硫的作用隨錳的氧化而加大。

06 FeO的脫氧

通過上述一系列氧化反應以後，雖然雜質被氧化瞭，達到瞭去除的目的，但是也由於氧化的結果，使鋼水中含有較多的FeO，也就是說鋼水中存在著大量的氧，給鋼帶來很大的危害，一方面使鋼帶有大量氣泡；另一方面也使鋼出現熱脆和冷脆現象，而且危害性隨含碳量的增加而加大。

因此，在煉鋼過程的最後，還必須設法去除鋼水中大量存在著的氧。通常采用的方法是在鋼水中加入一些脫氧劑，如錳鐵、矽鐵、鋁等，它們強烈地從FeO中奪取氧而達到脫氧的目的，其反應如下：

FeO+Mn→MnO+Fe

2FeO+Si→SiO2+2Fe

3FeO+2Al→Al2O3+3Fe

07 爐渣的作用

整個煉鋼過程由氧化和還原兩個過程組成，通常把碳、矽、錳、磷的氧化稱為氧化期內的反應，把脫硫和脫氧稱為還原期內的反應。從以上各項反應式中可以看到，為瞭清除金屬中的雜質，必須考慮多方面的因素，但是其中最主要的因素就是造渣和除渣。

爐渣在煉鋼過程中具有下列重要作用：

①爐渣應保證煉鋼過程按一定反應方向來進行（氧化或還原）。

②爐渣應保證最大限度地去除金屬中的有害雜質（磷和硫），以及防止爐氣中的氣體（氮氣和氫氣）進入到金屬中。

③爐渣應保證操作過程中鐵和其他有價值的元素損失最小。

煉鋼的基本方法

①轉爐煉鋼

轉爐煉鋼法就是利用空氣或氧氣，采取底吹、側吹和頂吹的方式，使鐵水中的元素氧化到規定限度，從而得到成分合格的鋼的一種煉鋼方法。

②電爐煉鋼

電爐是利用電能轉變成熱能來煉鋼的，常用的電爐有兩種：電弧爐和感應電爐。電弧爐用得最廣，宜於冶煉優質鋼和合金鋼；感應電爐用於冶煉高級合金鋼和有色合金。

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③平爐煉鋼

隨著工業的發展，金屬加工工業中積累瞭大量廢鋼。當時無法用轉爐將它重新吹煉成鋼，因此煉鋼工作者們就尋找一種用廢鋼作原料的煉鋼方法。1864年由法國人馬丁發明瞭平爐煉鋼法。

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氧氣頂吹轉爐煉鋼法的迅速發展，將要取代平爐煉鋼法，我國新建的煉鋼車間大都是氧氣頂吹轉爐和電爐。

隨著科學技術的進步，新的煉鋼方法不斷出現，比如鋼水的真空處理、電渣爐熔煉、真空感應電爐熔煉等方法，得到瞭越來越多的使用。

鋼錠的澆鑄

從煉鋼爐中得到的鋼水，必須鑄成一定形狀的錠才能進行後續的加工（軋、壓成材）。這種處在鋼水和出廠鋼材中間狀態的錠，稱為鋼錠。鋼錠由鋼液（鋼水）經盛鋼桶（也稱鋼包）註入鑄模凝固而成。

用鑄模鑄成鋼錠的工藝過程簡稱為鑄錠或模鑄；用連續鑄鋼方法鑄成坯的工藝過程簡稱連鑄。

模鑄工藝過程

首先將煉鋼爐內的鋼水轉入鋼包，然後將鋼包吊至鋼錠模上方，再間斷地將鋼水分別澆入單隻或多隻鋼錠模中；鋼水凝固後，將鋼錠脫模，脫模後的鋼錠經切頭去尾，送入加熱爐加熱，最後經一道或多道初軋開胚，得到鋼胚。

用於生產棒材和型材的鋼錠一般為正方斷面（稱為方錠）；生產板材的鋼錠一般為長方形斷面（稱為扁錠）；生產鍛壓材的鋼錠有方形、圓形和多角形。

鋼錠澆鑄過程伴隨有各種物理化學現象：如熱的傳導，體積收縮,鋼液流動,碳氧反應，成分偏析等。由此形成不同的結晶結構和成分分佈。

在鑄錠過程中由於操作不當或註速、鑄溫控制不當，會使鑄成的錠有種種缺陷。常見的缺陷為：鋼錠表面的結疤、重皮和縱、橫裂紋，內部的殘餘縮孔、皮下氣泡、疏松和偏析，混入鋼中的耐火物和爐渣、灰塵造成的夾雜等。這些缺陷能大大降低鋼錠的成坯率，甚至使整個鋼錠報廢。

來源：鋼的冶煉過程，及其 化學反應方程式