1.炼钢过程概述
高炉生产的生铁里含有4.0%以上的碳，同时含有相当多的硅、锰、磷、硫等元素，因此，它的性质硬而且脆，不能轧制或锻造。要将生铁变成富有韧性而能加工的钢，必须去掉生铁中的碳及其他不纯的元素。含碳量越低，钢质越柔软。所以依据钢的含碳的高低，将钢分为：高碳钢、中碳钢、低碳钢。另外，为某种目的而添加某种特殊元素所制成的钢被称为合金钢。
2.炼钢的阶段
无论是采用哪种炼钢法，大致来说，炼钢的操作顺序由下列四个阶段组成：
①原料准备：如果炼钢的原料是采用高炉生产的熔铁，贮存于混铁炉，让熔铁的成分及温度均匀，要在送进炼钢炉前先经过脱硫处理。如果采用废钢作为炼钢的原料，也必须先经过筛选过程，这样才能确保炼钢炉操作过程的顺利和稳定。
②熔化及精炼：将预处理过后的炼钢原料，加入炼钢炉内熔化后，在高温状态下，除去碳、硅、锰、磷、硫等元素，使这些元素先行氧化成氧化物；再加助熔剂使其与固体的氧化物结合成炉渣，而碳以氧化成一氧化碳或二氧化碳气体的方式排出。
③脱氧与添加合金元素：因为经炼钢炉氧化精炼后产出的钢液，其中含有过量的氧。所以在熔融状态时必须先行脱氧，采用的脱氧剂一般为硅铁、锰铁或铝等。这时要想使钢具有特殊性质，就添加合金元素使其形成合金钢。
④铸造：将经由精炼及脱氧后的钢液浇铸成适当形状和大小的钢锭，或在连续铸钢机中浇铸成钢坯，这样就可以进行轧钢作业产出产品了。
3.钢的铸造
钢具有延展性，更具有可塑性，因此钢铁的利用首先从钢的铸造开始的。
（1）钢锭的浇铸
熔炼完成的钢液，倒入盛钢桶内，就是出钢。添加铁合金，调节钢液的成分。加脱氧剂脱氧精炼完成的钢液，可以直接铸造成铸钢品，或浇入钢锭模，使的凝固成钢锭，或浇入连续铸钢机，被浇铸成钢坯。
钢锭浇铸作业，铸成的钢锭，模铸法由于生产率低，损耗大、品质受影响，已被连续铸钢取代。
（2）模铸法
①模铸法
模铸法是将钢液直接浇铸于钢锭模内，凝固后成各种形状的钢锭。
模铸法生产出来的钢锭，形状有正方形、矩形及扁平形等；也有六角形、八角形、圆形的形状的。一般小钢锭可直接轧制成钢材；大钢锭，则需经开坯处理，变成成小钢坯、大钢坯或扁钢坯，再制成钢材成品。
钢锭的浇铸作业是炼钢精炼作业和轧钢锻造作业的中间环节。铸锭作业的好坏，关系到产品品质的优劣。
②铸造设备
铸造尽管没有炼钢过程复杂，但同样需要精确完善的设备。
铸锭浇铸工场包括浇铸场、拔模场、钢锭模修护场、钢锭模冷却场、盛钢桶修护场、盛钢桶塞杆和烘干炉等设备环境。
浇铸场：浇铸场内进行浇铸作业；而浇注方式可分为铸坑浇铸与台车浇注。
台车浇铸方法：吊运盛钢桶的盛桶车，耐热防尘耐重；如果用浇铸台车，那么台车也须耐高温，还要承受钢锭拔模时掉落的冲击。
盛桶吊车：吊运盛钢桶的盛桶天车，耐热防尘耐重；如果用浇铸台车，那么台车也须耐高温，还要承受钢锭拔模时掉落的冲击。
盛钢桶：盛钢桶的横截面是圆形或椭圆形，外壳为的钢板，内侧为永久砖与作业砖所组成的耐火砖，下部的壁砖较上方厚，底部为焊接结构或铸钢组成；通常一个盛钢桶设有一个流钢嘴，如果要和两个钢液分配器同时进行连续浇铸，则会设两个流钢嘴。
盛钢桶塞杆：盛钢桶塞杆是在流钢嘴上方，是用来控制钢液流出与否的开关，有耐火塞棒、耐火套筒和耐火塞头三个零件组成。
钢锭模：这个场所是进行钢锭模的冷却、存放、扫除、准备、排模、拔模和钢锭堆置等作业。钢锭模耐高温，钢锭模内表面要光滑，才能不与铸入的熔钢黏着，它通常由普通铸铁及可锻铸铁制成。浇铸钢锭模时须控制适当温度，控制含磷及硫量，控制含碳及硅量。模子需要设计拔模角度，钢锭模的纵截面形状梯形形状；上宽下窄的是上大下小形，从上方取出钢锭；上窄下宽的是上小下大形，由上方拔除模子；一般上小下大形钢锭模，较易拔模；上大下小形钢锭模易于除去内部气体，钢锭内部缺陷少，可以产出品质好的高级镇静钢。上大下小形模有底、无底、通气塞底等三种型式；上小下大形模有无盖形、瓶口形、有冒口形等三种型式。而模内壁的形状有平边形、中凸形、皱边形、凹槽形等四种类型。钢锭模的处理设备有天车、挟运用的钢锭、移动式的钢锭模扫除设备、冒口套桶安装设备、钢锭台车与定盘的清扫设备等。
③钢锭作业
把钢液浇入钢锭模的方式有顶铸法与底铸法两种。
下铸法：将钢液浇入中注管，流入一支或多支钢锭模底部的孔洞，再进入模内；速度比顶铸法慢且稳定，钢锭表面较平滑，成沸腾钢。其缺点是流道内耐火材料的颗粒时常混入，造成钢锭含有杂质。
顶铸法：直接将钢液从模上方铸入模内，速度较快，容易发生钢液飞溅现象，钢锭表面品质就差。如果在模内加入铝当脱氧剂，则可以调节钢锭的含氧程度。顶铸法适合于半沸腾钢的浇铸。
④拔模作业
钢锭凝固后就可进行拔模，将钢锭与模分离，接着将钢锭进行轧延或锻造。
（2）钢锭种类
由于炼钢过程中须鼓入大量的氧气作助燃剂，导致炼钢炉内的熔钢的含氧量往往过多，因此出钢时要除掉过多的氧的含量。按照不同的脱氧程度，可以把钢锭分成镇静钢钢锭、半镇静钢钢锭及沸腾钢钢锭。
镇静钢：将钢完全脱除氧，使得钢锭内部不会产生气孔。只是在最后凝固的地方会有大收缩孔，必须切除收缩部分，因而造成损失。镇静钢的钢质成分均匀，无气孔产生。特殊钢、机械结构用钢、工具钢、焊接性高强度钢、硬钢线材以及含碳量0.3%以上的碳素钢等都采用镇静钢。镇静钢钢锭可采用上大下小形或上小下大形的钢锭模，并搭配保温冒口。
半镇静钢：如果说镇静钢钢锭的脱氧程度最高，沸腾钢钢锭的脱氧程度最低，那么半镇静钢钢锭脱氧程度就算中等。半镇静钢钢锭正如它的脱氧程度一样，品质是普通的中等的，它的功用也是普通的，用来制作普通结构用钢、焊接结构用钢以及普通线材。半镇静钢钢锭的制作要求不会像镇静钢那样高，都采用上大下小形的钢锭模。
沸腾钢：沸腾钢钢锭，它的钢液基本上不用脱氧，直接浇铸就成。之所以不去氧，是特意让钢液于模内凝固时，产生出很多一氧化碳气体，并从顶部逸放。此时钢液内会像汽水一样。涌出好多气体出来，产生沸腾搅拌作用，这样气体能冲洗掉模壁上已凝固层的杂质，这样钢锭表面外壳就显得很纯净了，这就是净面层，这钢也称做沸腾钢。沸腾钢比较柔软，加工起来很容易，所以适合使用于薄钢板、磨光棒以及软钢线材。沸腾钢钢锭的制作模都采用上小下大形的钢锭模。
（3）连续铸钢法
①连续铸钢法概述
模注法是先把钢液先浇铸成钢锭后，再加热轧制成钢坯最后轧成钢产品；而连续铸钢法直接将钢液连续铸造成钢坯，加热，再轧制成产品。因此，连续铸钢法效率高、损耗低、品质好，但设备费用高。
②连续铸钢设备
立式连续铸钢机：引导滚筒裙垂直于地面，从上下到地面前，已经切割好了，再由接收装置接收及转向到水平床。立式连铸机，从中间包到切割装置等主要设备均不知在垂直中线上，是整个机身矗立在车间地平面以上。
立弯式连续铸钢机：立弯式连续铸钢机上部与立式连续铸钢机完全相同，不同的是待铸坯全部凝固后，用顶弯装置将铸坯顶弯90°，在水平方向切割出坯，它主要适用于小断面铸坯的浇铸。先由引导滚筒裙垂直放下，再经弯曲装置转成水平方向，再切割成铸坯，水平输送。其中有铸坯完全凝固后才弯曲和铸坯未完全凝固就弯曲两种型式；前者要被吊得很高；后者不需那么高，可减少钢液受到的静压力，但它要经过两处弯曲，铸坯内部容易产生内裂，当它完成第二次弯曲时铸坯已完全凝固了。
弧形连续铸钢机：弧形连续铸钢机是世界各国应用最多的一种机器。弧形连续铸机的结晶器、二次冷却段夹辊、拉坯矫直机等设备均布置在同一半径的1/4圆周弧上；铸坯在1/4圆周弧内完全凝固，经水平切线处被一点矫直，而后切成定尺，从水平方向出坯。钢液注入后就直接被带到引导滚筒裙前面，引导滚筒裙是由一个或多个圆弧的矫直弯曲型所构成，从抽引滚筒转变为引导滚筒裙时就从垂直方向变为水平方向了，接着对铸坯进行水平切断输出。
水平连续铸钢机：水平连续铸钢机的结晶体、二次冷却机、拉坯矫直机、切割装置等设备安装在水平位置上，由于生产不够稳定，只适合小批量生产特殊钢、高合金钢。它在二十世纪80年代出现，但还没有被广泛应用。
盛钢桶支撑设备：盛钢桶的支撑设备，支撑盛钢桶进行浇铸作业。其中回转台的支撑再搭配上升降装置，它的作业流程就更流畅了。
中间包：中间包是在钢包与结晶器过程之间的容器，虽然构造简单，但它的功能却很关键，它是用来可调节结晶器内钢液量、分配各流道的钢液、是钢液的缓冲容器、促进钢液内夹杂物的上浮等。
结晶器和结晶器振动设备：结晶器使用的材质都是有良好的热传导率、热应力变形小的铜合金，它能降低结晶器表面磨损。由于钢液温度极高，所以将高压冷却水流经结晶器的外壳，以便能迅速吸收钢液外围的热量，让它外壳凝固。结晶器常被设计成管状、及组合结晶器等，内形有矩形、正方形和异形等。振动设备就是减缓结晶器和铸坯之间的摩擦力，不让铸坯黏在结晶器上。
二次冷却区：结晶器下面的那个地方叫二次冷却区，用冷水直接喷在铸坯表面，还有用圆柱形夹辊来控制铸坯外形。刚从结晶器出来的钢坯，外部是10～30毫米的凝固表壳，内部还是高温的钢液，如果表面破了，内部钢液的就会喷射出来而发生漏钢事故，轻者也会形成表面的疤痕。因此铸坯刚离开结晶器时就必须喷水冷却，以增加它的外壳厚度。
拉坯矫直机：顾名思义，它具有拉坯和矫直铸坯的作用。
切割机和铸坯运输设备：切割机有火焰和液压剪两种型式。火焰切割机是利用高温火焰进行切割，速度较慢，但可切割大尺寸的铸坯；液压剪速度较快，但只能切割小尺寸的铸坯。切好的铸坯送到后部工序处理。
引锭杆：它的作用是在浇铸前伸入结晶器底，引导铸坯头的动作，使铸坯往外移，便于连续铸造。引锭杆前端要放进模内，要想办法让铸模内的钢液瞬间凝固，和引锭杆头部能马上咬合，再由引锭杆慢慢带出连铸机。
铸坯处理设备：铸坯处理有铸坯冷却、切割、清理等步骤。连铸机浇铸出的铸坯，趁它还没冷却就送往加热炉加热，这样就能减少降温再加热的能源消耗。
以上便是连续铸钢所有设备的介绍，是相当复杂的工序和流程。
5.钢材的轧制
（1）钢材轧制概述
根据钢的延展性，钢在常温下受力时可伸长成丝也可以延展成薄片，那么当钢在加热和高温状态下更容易加工成所需的形状。
在众多钢的塑性成形法中，主要的方法有五种分别是轧制、锻造、挤压、拉伸和冲压。
当钢坯通过两个转动轧辊，受连续挤压而压伸为长形，其产品叫做轧制钢材。
用锻锤或锻轧机等加工成形的产品，叫做锻钢品。
当成品形状复杂的产品，不能用轧制和锻造法成形，必须用铸造法重新生成的产品叫做铸钢品。
由于轧制法产量高，加工容易，平均成本低，因此轧制钢材占全部钢成品的95%以上。
（2）钢坯的选用与加热
①关于钢坯的介绍
按照用途分可以分大方坯、小方坯、板坯三类。横截面多为正方形或几近正方形的长方形横截面的边长在150毫米以上者，称为大方坯。横截面为正方形和长形者，边长在150毫米以下者为小方坯。当厚度在100厘米以上，且宽度为厚度三倍以上者为板坯。
用于生产型钢的原料是大方坯。用于生产线材和小型钢的原料为小方坯，圆形的钢可以用来生产钢管。用于生产钢板的为板坯。
②钢坯的加热
在钢铁厂，传统工艺是用模铸法将钢液浇注在钢锭模内铸成钢锭。由于钢锭重量重，横截面面积大，在钢厂脱模工序之后，在高温约800℃左右送进加热炉，当温度达到轧制温度后，用开坯机轧制成各种不同尺寸的钢坯。钢板厂或钢管厂将这些送来的钢坯轧制为成品。
钢的轧制方法可以分成热轧和冷轧。热轧就是指将钢坯送进轧钢机轧制前将其加热至高温；冷轧是指将被轧延的材料不预先加热而在常温下或加热到一定温度下送进轧机轧制。由于钢料在加热到800℃以上时，钢料的塑性大，对变形的抵抗小，加工容易，所以将钢坯加热到一定温度以上。热轧的成品是冷轧的原料；而在冷轧时，并非将钢坯在常温下直接送进轧机轧制，而是将钢坯先经热轧至一定尺寸后再经冷轧。冷轧的优点是成品表面优良，尺寸精确和较大硬度。
（3）轧制钢材的分类
轧制钢材的类别：
分类分类
钢线材、棒钢、型钢、轻型钢、其他——钢轨。
厚板（板厚大于6毫米）。
中板（板厚介于3至6毫米）。
钢管薄板（板厚小于3毫米）。可区分为热轧薄板、冷轧薄板。
焊接钢管、无缝钢管、锻接钢管。
其他车轮、凸缘、滚子。
（4）线材的轧制
线材，相当于制面机制出来的面条。线材的横截面像面条，多为圆形。面条般的线材，直径5毫米到12.7毫米。生产出来的面条式的线材都卷成一捆一捆的。把这样一卷线材卖给二次加工厂，制成铁钉、铁线、铁丝网、琴线、PC钢线、焊条线及通信用钢线等。
轧制线材用的轧机，被加热的钢坯先经粗轧轧制，再经中轧，而后精轧逐步轧制。钢坯在粗轧轧制时，被压缩的程度最大，中轧次之，精轧最小。
线材的品种有：冷轧用碳钢线材、软钢线材、硬钢线材、钢琴线线材等。主要用途有：冷锻零件、铁丝、铁钉、铁丝网、钢缆线、轮圈钢丝、缝纫机用针……
（5）棒材与型材的轧制
棒材的横截面有圆形、半圆形、正方形、扁状、六角形、八角形和建筑用钢筋。棒材表面为平面状，但建筑用钢筋则表面有突起的筋和节。棒材常用于机械构造和线材，钢筋用于建筑。型钢有等边角钢、不等边角钢、不等边不等厚角钢、工字钢、U型钢、T型钢和H型钢，多为土木、建筑用，也供船体构造用。
钢种有：一般构造用轧延钢材、钢筋混凝土用的棒材、研磨棒用钢、机械构造用碳钢、机械构造用合金钢、弹簧钢、易切削钢、工具钢、轴承钢、不锈钢。主要用途有：一般机械零件、螺栓、钢筋、一般建筑加工零件用、切削零件、轴、汽车零件、机械零件、汽车、船舶、建筑机械零件、车辆、机械用弹簧、钢丝绒、加工工具、切削工具、模具、轴承、螺丝、螺帽、轴。
型钢有很多品种，像不同品种的面条一样，有的很粗（如大型条钢）有的很细（如小型条钢）。
型钢的主要规格有：H型钢、钢板、钢轨、槽型钢、角钢、不等边角钢、不等厚角钢、工字钢、U型钢、T型钢、平型钢。主要用途有：基础桩、建筑、桥梁、造船、机械零件、码头、护岸、铁路、电梯、天车、机械、车辆、铁塔、隧道等。
（6）钢轨的轧制
在商店里，冰激凌一个要多少钱来表示价格。钢轨用一米长有多少千克来表示规格，24千克以下者为轻型钢轨，24千克以上为重形钢轨。
（7）轻型钢与钢板椿的轧制
轻型钢常用于建筑，厚度在1.6毫米至6.0毫米间。
钢板桩常用于土木建筑基础工事，属大型钢材。钢板桩的板厚在10毫米至20毫米不等。
（8）厚钢板的轧制
①什么是厚钢板
什么是厚钢板？习惯上将厚度大于6毫米的钢板是厚钢板，厚度在3毫米至6毫米之间的是中厚钢板，厚度在3毫米以下的是薄板。
②轧制的设备
轧制厚钢板的设备，按成品的不同形态，大致可以分为下列两种：
第一种叫做热钢带轧机，它能把钢板像压面机压面一样，压成一整条带状，然后卷成一卷拿去卖。这种钢板的厚度都小于13毫米，宽度较窄，最宽也才2米左右。
第二种叫做钢板机，厚钢板被轧成片状，成品厚度在厚至200毫米，甚至更厚。宽度都在3～4米之间，最宽的有5.2米。
③厚钢板的制造过程
钢板的制造过程分两步，第一步是生产钢坯，第二步是生产成品钢板。钢坯的生产方法不同，钢板的制造方法也不同。钢板的制造方法有：传统模铸钢锭法和连续铸钢法。
厚钢板的轧制：先将钢液浇铸成钢锭，等它凝固后移入均热炉，使钢锭内外温度趋于一致，然后将钢锭轧成钢坯。第二步先将钢锭或钢坯送入加热炉加热至1200℃～1250℃。钢坯离开加热炉后，即被置于滚子运送台上，经过高压喷水冲去氧化皮随即进入轧机，往复轧制。轧延完成后的钢板往往会因轧制时各种因素的影响，而发生起伏波浪，因此须将钢板通过一热平整机，消除波浪，然后送至冷床。冷床的作用在使钢板冷却均匀，以免因温度不均而变形。钢板离开冷床后，经端剪机切去最前面参差不齐的一段，再经边剪机切至所须的宽度及切除毛边，然后再经分剪机切成所需的长度，此时可对钢板表面作一仔细检查，如有必要，可作适度的修整。最后再经过一冷平整机，以消除前述剪切作业时可能引起的任何微小变形。到此，钢板算是制造完成，就可以移送至成品仓库了。
连续铸钢法生产的钢坯，经均热处理、及钢坯轧延等过程，以后由钢坯轧制钢板的过程与传统方法完全一样。其优点在于简化流程，减少损耗、降低生产成本。
（9）薄钢板的轧制
①什么是薄钢板
近年来世界各国的工业日新月异、突飞猛进，对薄板的需求也是与日俱增，对品质的要求也越来越高，所以各国的大型钢铁制造厂纷纷采用宽带轧机。
②薄钢板的类别及用途
热轧钢板：厚度在1.0～16.0毫米之间。主要用途有：车辆、容器、电气用品、土木建筑、机械结构、造船、家具。
冷轧钢板：厚度在0.1～3.2毫米之间。主要用途有：车辆、容器、电气用品、家具。
镀锌钢板：俗称白铁皮，抗蚀性良好，厚度在0.4～4.5毫米间。主要用途有：用于车辆、容器、建筑、电气用品、家具。
镀锡钢板：俗称马口铁皮，厚度在0.1～0.6毫米间。主要用于食品罐头容器。
其他表面处理钢板有镀铝、镀铬、镀锡铅、磷酸盐被覆及其他有机物质被覆等。各依其特殊的性质而使用在不同的场合。
③薄钢板的轧制方法
热轧钢板的轧制：钢坯放入加热炉加热至1250℃后，用粗轧机轧压后，钢坯厚度由100至300毫米减缩到25～30毫米，随即送入精轧机，将钢坯厚度减到所需要的尺寸。钢料通过精轧机后，在滚子运送台上接受喷水，以降低温度，然后送往盘卷机卷成一卷一卷的，最后由输送带送往堆集场。由堆集场，一部分成卷钢板送进分条机，切成适当的宽度，经过检查与整平后，再卷成卷，即成热轧带钢，可供二次加工厂进一步加工之用；另一部分成卷钢板，就送入剪断机切成适当的尺寸，即成为通常所谓的热轧钢板。
冷轧钢板的轧制：成卷热轧钢板从堆集场送往冷轧钢板厂之前，首先要进行连续酸洗处理，洗去钢板表面的锈皮。经过酸洗后的成卷钢板，用冷轧机轧到所需的厚度。冷轧后的成卷钢皮经过电解清洁装置，除去钢板沾上的油脂，然后送入箱形退火炉或连续退火装置，在650℃～700℃的温度下，消除掉钢板变硬的现象，使钢板恢复原来柔软和延性。然后经过调质轧机，消除掉钢板在退火后的变形，使其表面更为平滑而美观。最后经剪断机裁成适当的尺寸后，即成冷轧钢板。
带钢轧钢机：通常成卷热轧钢板或带钢，它们的宽度都很宽，它们都是由一种带钢轧钢机所制造，这种带钢一般用于制造有缝钢管或其他长度很长，宽度窄且薄的物品，它的制造程序和宽带热轧机差不多。
④薄钢板的表面加工
将某些金属或涂料被覆在钢板上，不但能保护钢板不受腐蚀生锈，还能使钢板表面平滑美观，而且有适合多种用途。这类钢板可分为以下几类：
镀锡铁板：就是俗称的马口铁板。将成卷冷轧钢板通过电解槽，将锡镀在钢板表面，剪裁成适当的尺寸，就成了电镀马口铁板。如果将剪裁好的冷轧钢板浸入熔化成液体的锡中，就成了热浸马口铁板。
镀锌铁板：俗称白铁皮。将成卷的热轧或冷轧钢板，通过熔融的锌液槽，使锌附着在钢板表面，就成了镀锌铁板。
镀铬铁板：将铬电镀在冷轧钢板上。
镀铝铁板、镀锡铅铁板：将成卷冷轧或热轧钢板，浸在熔融状态的铝槽或锡铅槽而成。
其他有机涂料：金属盐类被覆钢板，是利用PVC塑胶、多元脂或磷酸盐等涂在钢板表面，以防止生锈或化学药品的侵蚀，这种制造方法与电镀热浸相同。
（10）钢管的轧制
①钢管的用途
钢管的用途很多，在工业、土木建筑、交通工具、家具，以及各种电器，处处都能看到它的踪迹，它的尺寸也相差也很大，直径从1/8英寸到96英寸不等。
②钢管的制造方法及过程
对焊法：将适当宽度的带钢，加热到1370℃，经过成形轮形成管状，再经过焊接轮，带钢两缘受压力而结合，再经过拉伸缩管机，缩小直径和管壁厚度，并压成正圆形，即成钢管。
电阻焊法：此法是利用电阻的发热，在钢带的两缘集中加热焊接，以此法制造的钢管又叫做电缝钢管。
有些钢管，及尺寸精确度及物理性质要求较高，表面的处理要好，管壁要薄，或管径要很小。这样，热轧无法达到这些要求，因此唯有利用冷拉法。将热轧管的一头，利用打头机打细后，通过缩管眼模，再把打小的头切掉，即成为尺寸极为精确的成品。
