《炼钢学复习重点精编版课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《炼钢学复习重点精编版课件.ppt（64页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、华北理工大学炼钢学复习重点,?,炼钢的任务,?,脱碳：,铁中碳含量高于钢的要求,?,脱硫及脱磷：,S,、,P,为有害元素,?,脱氧：,脱碳导致钢中氧含量升高，危害钢质量,?,去除气体和夹杂物：,H,、,N,、氧化物、硫化物,?,钢水升温：,保持钢处于液体,铁碳相图,?,合金化：,钢性能主要决定于其合金含量,?,浇注成铸坯：,为轧制提供合格铸坯,“,四脱,”：,“,二去,”：,脱,C,、脱,S,、脱,P,、脱氧,去气、去夹杂,“,二调整,”：,调整成分、调整温度,五钢中的夹杂,?,钢中非金属夹杂按来源分可以分成,外来夹,杂和内生夹杂,。,?,外来夹杂,是指冶炼和浇铸过程中，带入钢,液中的炉渣和耐
2、火材料以及钢液被大气氧,化所形成的氧化物。,内生夹杂,包括：,?,脱氧时的,脱氧产物,；,?,钢液温度下降,时，硫、氧、氮等杂质元素溶解,度下降而以非金属夹杂形式出现的,生成物,；,?,凝固过程,中因溶解度降低、偏析而发生反应的,产物；,?,固态钢相变,溶解度变化生成的产物。,钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产,生的。,?,按加工性能，夹杂物可分为：,塑性夹杂,，它是在热,加工时，沿加工方向延伸成条带状；,脆性夹杂,，它,是完全不具有塑性的夹杂物，如尖晶石类型夹杂物，,熔点高的氮化物；,点状不变性夹杂,，如,SiO,2,超过,70%,的硅酸盐，,CaS,、钙的铝硅酸盐等。,由于非金属夹杂
3、对钢的性能产生严重的影响，,因此在炼钢、精炼和连铸过程应最大限度地降低钢,液中夹杂物的含量，控制其形状、尺寸,。,第三章,基本理论,?,碳氧积,K,=,P,CO,/(,a,c,a,o,)=,P,CO,/(,%C,%O,),f,C,、,f,O,1,P,CO,1 atm,，,K,随温度变化小,碳氧积,：,m,%C,%O,1/,K,常数,?,碳氧积应用,?,C,与,O,含量的关系：,实际生产中基本规律保持不变,C,低,O,高,C,高,O,低,?,脱碳结果：钢水中,O,含量上升,?,兑铁,喷溅：,C+O=CO,铁水中,C,含量高,?,开始,C,大于,O,含量时，氧的传质是限制性,环节，当,C,小于,O
4、,时，碳的传质是限制性,环节，由于此时的碳含量是,C-O,反应中控制,反应速度的限制性环节的转折值，我们称,之为临界碳含量。,?,脱磷热力学条件,磷分配系数,L,p,的试验测定值,%,P,?,22350,?,lg,L,P,?,lg,?,?,24.0,?,7lg,?,%,CaO,?,?,2.5lg,?,%,?,FeO,?,T,?,%,P,?,2,?,P,?,?,5,?,FeO,?,?,4,?,CaO,?,?,?,4,CaO,?,PO,2,5,?,?,5,?,Fe,?,?,FeO,：,存在最佳值,FeO,对脱磷影响比较复杂,?,FeO,是脱磷的必要条件：,P,必须氧化脱除,?,FeO,有利于石灰熔
5、化：,促进碱度提高,?,FeO,稀释,CaO,浓度：,FeO,和,CaO,都是渣中组成部分,综合考虑：在,R=2.54.0,时，,FeO 1520%,?,脱磷热力学条件,磷分配系数,L,p,的试验测定值,%,P,?,22350,?,lg,L,P,?,lg,?,?,24.0,?,7lg,?,%,CaO,?,?,2.5lg,?,%,?,FeO,?,T,?,%,P,?,2,?,P,?,?,5,?,FeO,?,?,4,?,CaO,?,?,?,4,CaO,?,PO,2,5,?,?,5,?,Fe,?,?,渣量：,大渣量有利于脱磷,?,在不降低,CaO,和,FeO,的前提下，降低了,4CaO,P,2,O,5
6、,浓度,?,增加渣量措施：,提高铁水,Si,含量,?,强化脱磷措施：,多次造渣,?,三高一低,：,?,高碱度（,2.54,）,?,高氧化铁（,15,20%,）,?,大渣量,?,低熔池温度,冶炼低,P,钢注意的问题,?,（,1,）尽量少下渣：冶炼时,P,脱到渣中，钢,包内加脱氧剂，钢包渣中酸性氧化物增多,碱度变了；渣中的氧也必须脱除。,?,挡渣操作,1t,钢,3,公斤渣,?,（,2,）尽量清理上一炉的钢包,?,钢包自开,-,钢包内倒入引流砂，在钢包水,口呈二层结构，靠近钢水为烧结层，下层,原始层。,?,钢包下有滑动水口（通过上下两个滑板，,带动流钢口的开闭调节钢水流量），侧面,有一个液压线，滑板
7、有一定使用寿命，多,5,、,6,次，少,2,、,3,次。,?,（,3,）减少,回,P,?,引起回,P,的原因有熔渣碱度或氧化铁含量降,低；石灰化渣不好；温度过高都会引起回,P,。,?,出钢过程中由于脱氧合金加入不当，或,出,钢下渣,，或合金中,P,含量较高也会导致成品,钢,P,含量高。,二炉渣脱硫,炉渣脱硫：冶炼和精炼工序的主要手段,?,脱硫理论,?,分子理论,最早：,?,FeS,?,?,?,CaO,?,?,?,CaS,?,?,?,FeO,?,目前：,?,S,?,?,?,CaO,?,?,?,CaS,?,?,?,O,?,?,实际生产中,FeO,与,O,并未达到平衡,?,一般认为，,O,直接参与脱
8、硫反应,（,与离子理论一致,）,?,G,0,?,98474,?,22.82,T,J,mol,?,(FeO),与,O,达到平衡时，两式意义相同,?,离子理论,?,S,?,?,?,O,?,?,?,S,?,?,?,O,?,2,?,2,?,?,能够反映出脱硫本质：脱硫反应是电极反应,?,能够解释纯,FeO,能脱硫的现象：,FeO,能够提供,O,2-,L,S,=0.5,1.5,?,脱硫热力学条件,?,S,?,?,?,O,?,?,?,S,?,?,?,O,?,2,?,2,?,6500,lg,K,?,?,?,2.625,T,?,温度：,实际生产中高温有利于脱硫,?,脱硫反应是弱吸热反应：,108.2,128.
9、0 KJ/mol,?,高温改善了,S,的传质：即动力学作用更显著,?,碱度：,提高炉渣碱度有利于脱硫,?,高碱度提高了,O,2-,?,Ca,2+,降低了,S,2-,的活度,?,O,与,(FeO),?,脱硫必须先脱氧：,?,钢水脱氧是脱硫的前提条件,?,从总体来看，,高（,tO,）不利于脱硫,FeO,对脱硫的影响取决于其含量,?,FeO,含量低：,对脱硫影响显著,高炉、,LF,及电炉还原期：,FeO 1%,?,FeO,含量高：,对脱硫几乎没有影响,转炉、平炉、电炉氧化期：,FeO 10%,FeO,对脱硫具有双重作用：,FeO,即能提供,O,，也能提供,O,2-,2,?,2,?,S,?,O,?,S
10、,?,?,?,?,?,?,?,?,O,?,?,FeO,含量低：,CaO,提供,O,2-,，,FeO,提供,O,FeO,不利于脱硫,?,FeO,含量高：,FeO,同时提供,O,2-,和,O,FeO,影响相互抵消,?,渣量：,增加渣量有利于脱硫,?,增加渣量，降低,S,2-,的活度,?,合金成分：,影响,S,的活度系数,C,、,Si,提供,f,s,，,Mn,降低,f,s,?,铁水：,C,、,Si,含量高，,f,s,5,，铁水脱硫比钢水脱硫容易,铁水预脱硫具有较强的优势,?,转炉终点：,C,及,Si,含量低，,f,s,1,，脱硫困难,?,LF,处理：,高碳钢容易脱硫,低碳低硅钢脱硫困难,?,转炉：,
11、氧化渣，,L,S,=310,，最高脱硫率,40%,?,转炉脱硫能力很差,?,白渣操作：以碳粉、硅铁粉作为还原剂，,还原的炉渣冷却后呈白色，所以叫白渣操,作。,减少钢中气体的措施,西华特定律指出减少气体的方向：降低分压,?,真空可降低压强、吹,Ar,稀释气体,a,，原料要干燥、无油污。（石灰、废钢干燥，这点,特别重要）,b,，耐火材料要干燥（浇注时，钢包、中间包一低昂,要干燥）,c,，减少容易吸气的合金。（,Ti,、,Ni,、,Nb,、,V,等）,注意：炼某些特殊钢，恰恰可以利用合金元素吸,气的特点。,d,，尽量降低出钢温度。,e,，保护浇注（出钢后尽量做到钢液不与空气,接触）,?,转炉钢终点不
12、用检测气体含量,:CO,气泡是一,个很好降低分压的条件,?,要检测的是电炉钢，因电炉的脱,C,量少,?,出钢时钢液的吸气量能满足钢种要求,?,f,，强化脱气：常压下单纯吹氩达不到要求，,有效地脱气装置一定是真空,+,吹氩,?,转炉吹惰性气体主要是均匀成分、均匀温,度,?,H,、,O,能有效控制在需要范围,可降到,1ppm,?,N,还不行，经计算，,N,由,60ppm,降到,10ppm,3,需,Ar13m,最好技术在日本，,N,控制在,10-,20ppm,，我国,25-30ppm,。,?,解决,N,是一个前沿问题,钢液的脱氧方法,?,?,?,?,（,1,）沉淀脱氧,（,2,）钢渣界面脱氧,（,3
13、,）真空下脱氧,（,4,）扩散脱氧,第四章,转炉炼钢,炼钢原料,金属料,：铁水、废钢、合金钢,非金属料,：,造渣剂,（石灰、萤石、白云石）、,冷却剂,（废钢、铁矿石、氧化铁、烧结矿、球,团矿）、,增碳剂和燃料,（焦炭、石墨籽、煤块、,重油）,氧化剂,：氧气、铁矿石、氧化铁皮,?,锻烧情况,?,生烧石灰,对石灰质量影响较大,（,P27,图,）,CaCO,3,CaO+CO,2,?,意义：,煅烧温度,过低（,920,）或,煅烧时间,过短，石灰内部,仍含有较多未分解的,CaCO,3,?,过烧石灰,?,意义：煅烧温度过高（,1200,）或煅烧时间过长，晶粒粗大，,气孔率低，体积密度大，反应能力差,?,轻
14、烧石灰,又称“,活性石灰,”,?,意义：煅烧温度,10501150,，晶粒细小、气孔率高，体积密,度小，,晶格缺陷多，表面能高，反应能力强，有利于快速成渣,?,应用：,生产中必须采用活性石灰,（,2,）萤石,萤石的主要成分是,CaF,2,，焙烧约930。,萤石能使,CaO,和阻碍石灰溶解的,2CaO.SiO,2,外,壳的熔点显著降低,，,生成低熔点,3CaO,CaF,2,2SiO,2,（熔点,1362,），,加速石灰,溶解，迅速改善炉渣动性。,萤石助熔的特点是作用快，时间短。但大量使,用萤石会增加,喷溅,，加剧,炉衬侵蚀,，,污染环境,。,?,造渣后影响炉渣粘度的主要因素有炉渣成,份、炉渣温度
15、和炉渣中未熔质点的数量及,块度。,?,炉龄一般指工业用炉的炉衬从开始使用到,损坏这段时间内熔炼的炉数。,第二节,冶炼工艺过程,?,冶炼准备,?,溅渣护炉,意义：,出钢后,，在炉内剩余炉渣中加入调渣剂调整粘度和氧化,性，利用,氧枪吹入,N,2,，使炉渣溅到炉衬上保护,整个炉衬,1,、装料制度,（,1,）装料次序,对使用废钢的转炉，一般,先装废钢后装铁水,。,先加洁,净的轻废钢,，,再加入中型和重型废钢,，以保护炉衬不,被大块废钢撞伤，而且,过重的废钢最好在兑铁水后装,入,。,为了防止炉衬过分急冷，,装完废钢后，应立即兑入铁,水,。炉役末期,以及废钢装入量比较多的转炉也可以先,兑铁水,后加废钢。,
16、控制装入量的方法,目前国内采用三种即,定量装入量、定深装入量和分阶段,定量装入法,。,定量装入量,指整个炉役期间，保证金属料装入量不变；,定深装入量,指整个炉役期间，随着炉子容积的增大依次,逐渐增大装入量，保证每炉的金属熔池深度不变；,分阶段定量装入法,指将整个炉按炉膛的扩大程度划分为,若干阶段，每个阶段实行定量装入法。分阶段定量装入,法兼有两者的优点，是生产中最常见的装入制度。,?,枪位：,又称“,氧枪高度,”,?,意义：,氧枪喷头出口端距,静止金属,液面的高度，,m,?,应用：,0.8 3.0 m,?,注意：,?,静止液面：,吹炼过程不存在静止液面,?,喷头断面：,氧枪高度并非氧枪的总长度
17、,?,金属液面：,而非炉渣液面,?,氧枪不能插入钢液,?,吹炼模式,?,硬吹：,低枪位,或,高氧压,的吹炼模式,?,特点：,到达熔池表面射流,动能高,冲击力大，搅拌强,冲击深度大、冲击面积小,?,熔池流动特征,P148,图,4-12C,射流下面中心区，液体迅速向下流动,射流四周中间区，氧气泡和,CO,气泡上浮引起液体向上流动,熔池表面，液体沿径向向外流动，再沿炉壁向下流向炉底,?,软吹：,高枪位,或,低氧压,的吹炼模式,?,特点：,到达熔池表面射流,动能低,冲击力小，搅拌弱,冲击深度小、冲击面积大,?,熔池流动特征,液面比较平静,P148,图,4-12B,熔池底部几乎没有运动,?,枪位对冶炼的
18、影响,?,反应速度,?,低枪位：,形成“硬吹”，反应速度高,?,高枪位：,形成“软吹”，反应速度低,?,渣中,FeO,消耗与生成的综合结果,?,低枪位：,（,FeO,）降低,?,高枪位：,（,FeO,）升高,?,熔池温度,反应速度及冲击深度的影响,?,低枪位：,温度上升加快,?,高枪位：,温度上升缓慢,?,炼钢成语：降枪提温，提枪化渣,?,氧枪操作方式,?,恒枪变压,?,变枪变压,?,恒压变枪,五,.,熔池乳化,?,乳化现象,?,乳化：,把一种液体置于另一种与其,互不相溶,的液体中，,在,外力作用,下将此液体呈微粒分散的过程,三相乳化液,：,在,LD,熔池内形成了,钢水,、,炉渣,和,气体,的
19、三相乳化液,?,三相乳化液是,LD,冶炼速度快的主要原因,五,.,造渣方法,?,单渣法,P168,?,意义：在整个吹炼过程中不倒渣，出钢后再倒完,全部,炉渣,?,双渣法,?,意义：在冶炼前期结束后倒出部分炉渣，然后再加料造渣,?,留渣法,?,意义：出钢后将部分或全部终渣留在炉内，作为下一炉的,渣料,六,.,喷溅,?,形式,P168,?,兑铁喷溅：,在兑铁过程中产生喷溅,?,溢渣：,由于熔池上涨而使炉渣从炉口,流出,的现象,?,金属喷溅：,熔池内泡沫渣少，金属失去熔渣保护而形成飞溅,又称为“,返干喷溅,”,?,爆发式喷溅：,炉内,C,O,反应集中生成,CO,气体和泡沫渣严重，,炉渣夹带金属液随炉
20、气,喷出,炉口,第六节,温度制度,三,.,冷却剂,P30,及,P172,?,废钢,金属料,冷却剂,?,冷却原理：,升温及熔化吸热,?,废钢是冷却效果最好的冷却剂,第七节,终点控制,?,二,.,终点碳含量,?,控制方法,?,拉碳法,?,增碳法,?,高拉补吹,第八节,出钢,?,三,.,挡渣操作,?,下渣：,出钢时有两次下渣过程,?,一次下渣：,倒炉出钢时，炉渣首先经过出钢口,?,二次下渣：,出钢后期钢水减少，钢流卷渣,?,下渣危害,?,钢水回磷,?,增加合金消耗,?,增加夹杂物,?,增加包衬侵蚀,?,影响脱氧效果稳定,?,造成钢水成分波动,?,精炼中钢水回硅,?,降低出钢口寿命,?,为什么要挡渣出
21、钢？,?,少渣或挡渣出钢是生产纯净钢的必要手段,之一。其目的是有利于准确控制钢水成分，,有效地减少钢水回磷，提高合金元素吸收,率，减少合金消耗。有利于降低钢中夹杂,物含量，提高钢包精练效果。还有利于降,低对钢包耐火材料蚀损。同时，也提高了,转炉出钢口的寿命。,第五章,复吹转炉,二,.,复吹优点,与,LD,相比,?,吹炼平稳，喷溅减少，金属收得率提高约,1%,?,渣中,FeO,降低,渣中含铁减少,2.55.0%,?,降低夹杂提高质量、延长炉龄,?,熔池均匀,?,终点氧化性降低,?,合金收得率高,?,（,FeO,）和,O,减少,?,余,Mn,提高,0.020.06%,?,脱磷能力强,，石灰消耗降低
22、,?,钢渣反应条件改善，脱磷接近于平衡,降低终点,0.002%P,；石灰消耗降低,310Kg/t,?,极限终点碳降低，有利于冶炼超低,C,钢,?,CO,分压低,?,后期搅拌高,?,提高生产率,?,喷溅少，供氧强度高,?,可以适当超装,?,降低成本,?,生产率高,?,金属收得率高：喷溅少、,FeO,低,?,合金收得率高：,O,低、余锰高,?,石灰消耗低,?,炉衬寿命高,?,氧气消耗低,：,46Nm,3,/t,三,.,复吹缺点,与,LD,相比,?,工艺复杂：,尤其是底部吹氧,?,底部喷嘴系统,?,底吹,O,2,时，冷却剂将使钢中,H,升高,?,CH,化合物为冷却剂,?,底吹,N,2,将使钢中的氮升
23、高,?,需要,N,2,/Ar,?,废钢比有所降低,?,气体吸热,Fe,氧化减少,CH,冷却剂吸热,?,底吹喷嘴寿命低，炉龄降低,目前基本解决,：,溅渣护炉和喷嘴元件改善,?,底部供气种类,常用气体：,Ar,、,N,2,、,CO,2,、,O,2,和空气,?,O,2,：,国内应用较少,?,优点：,强化冶炼,搅拌能力大,(C+O,2,2CO),?,缺点：,结构复杂,炉底寿命低,冷却剂增,H,?,CO,2,：,鞍钢用,CO,2,代替,Ar,?,优点,:,搅拌能力大,(C+CO,2,2CO),不污染钢水,炉底冷却,?,缺点,:,氧化性影响炉底,不利于超低碳冶炼（,CO,分压不变）,成本较高,CO,2,（
24、不易生产）,?,N,2,：,国内应用广泛,?,优点：,来源广成本低,使用安全,对炉底侵蚀小,供气元件简,单,?,缺点：,后期增,N,?,Ar,：,国内普遍采用,?,优点：,不污染钢水,使用安全,底部炉衬寿命长,供气元件简单,?,缺点：,成本高,第六章,电炉炼钢,第七章,连铸工艺,?,浇注过程容易吸收气体（氧气、氮气）,?,钢包开浇,?,钢包转至浇钢位置：,钢包回转台,?,中间包运行到浇注位置：中间包车,?,启动,滑动水口,，钢水经钢包水口流入中间包,?,为了提高连续浇注钢坯的质量，强化保护,浇注工艺，使用一种固态粉渣覆盖在结晶,器钢液面上形成一层保护渣。,?,作用：,?,覆盖钢水绝热保温；隔绝空气，防止钢水,二次氧化；吸收上浮到钢渣界面上的非金,属夹杂物；降低拉坯阻力，润滑铸坯和结,晶器作用；流入坯壳和结晶器间隙内的液,态渣形成渣膜，以,控制铸坯向结晶器传热,速度，保持坯壳均匀生长。,?,浇注温度,?,定义：,中间包内的钢水温度,?,组成：,T,0,=,T,L,+,T,式中，,T,L,钢种液相线温度,T,过热度,：,钢水温度高于液相线温度的值,过热度更能反映钢水温度的合理性,?,取值,控制原则：在满足浇注工艺要求的,前提,下，,尽量,降低浇注温度,
