大连钢厂是当时东北地区生产特种钢的主要钢厂之一,担负许多重要钢铁产品的生产任务。为了满足全国各条战线对特种钢的需要,迅速提高特钢的产量是当时国家最急迫的需求之一。

金属研究所驻大连钢厂工作组的有方柄、邢中枢、刘成器等,方柄为第一任组长。

与鞍钢的平炉冶炼不同,大连钢厂特钢冶炼主要用电炉。电炉冶炼时,通过电加热将炼钢原料(生铁、废钢等)熔化后,钢水中多余的碳主要用铁矿石(氧化铁)来脱除,即所谓矿石法脱碳。由于铁矿石自身溶解于钢水时要吸收钢水中大量的热量,并且氧化铁与钢水中溶解的碳反应(碳/氧反应)要通过扩散传输,因此反应相对较慢,钢水沸腾强度很低,将钢水中的碳降低到规定的含量需很长的时间。正是这一冶金原理上的原因,严重阻碍了电炉日产量的提高。

为了提高电炉冶炼效率,最有效的方法就是改变这种脱碳方式,不用氧化铁,而改用纯氧直接吹炼,通过氧气与钢水中溶解的碳反应进行钢水脱碳,由于气泡的上浮与搅拌效应,这种气/液反应速率很快,可大大提高电炉冶炼强度。不过当时这是一项全新的炼钢技术,国际上尚无经验可循,国内炼钢界更是一片空白。

为了提高电炉冶炼强度,提高电炉钢的单炉日产量,金属研究所炼钢小分队首先在大连钢厂进行了氧气炼钢试验。在钢厂通力支持下,研究人员进行了大量的氧气炼钢现场试验。在试验过程中遇到的一个技术关键是:吹氧强化冶炼后,钢水温度迅速上升,这对钢水脱磷十分不利(冶金热力学原理上脱磷应在较低温度下进行,而高温会产生所谓的回脱磷现象),因此氧气吹炼的电炉钢磷含量降不下来,这对优质合金钢的冶金质量影响很大。这一问题严重阻碍了氧气吹炼技术的应用。针对这一难题,研究小组采用在钢水熔化期先进行预脱磷(扒渣)操作,降低钢水中的磷含量后,再进行吹氧冶炼。这一方法有效地克服了电炉钢的磷含量上升的问题,使炼钢氧化期末钢水中磷含量小于0.015%,满足了优质合金钢的技术标准。

在解决了许多技术问题后,电炉氧气炼钢技术终于在国内首获成功。根据当时的报道,氧气吹炼电炉炼钢脱碳速度可以达到0.015~0.020%碳/分(一般生铁含碳4%左右,如果有50%废钢,钢水含碳2%左右,根据这一估计,冶炼每炉钢需100分钟左右),比原来矿石法脱碳工艺提高速度3~4倍,通过缩短冶炼时间,大大提高了电炉钢的单炉日产量。这一新工艺在大连钢厂被采用后,电炉生产率提高了30%,并节省电力消耗27%。随后这一经验向全国推广,迅速提高了中国优质特种合金钢的产量和质量。1956年7月17日《人民日报》头版头条报道了中国电炉氧气炼钢技术已获成功的消息。

在后来的技术竞争中,电炉炼钢过程中老式的矿石法脱碳逐渐被淘汰,电炉吹氧炼钢这一新技术获得了全胜,今天已经成为特钢冶炼的一项常规技术。而氧气炼钢作为一项在国内开创先河的工作,已被记录在中国科学院金属研究所的历史档案之中(方柄、王景唐、胡壮麒、邢中枢、刘成器等,《中国科学院金属研究所所志》第一卷,第218页)。