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1、炼钢用原材料(原料篇),2 炼钢原材料,感应炉炼钢的主要原材料是：钢铁料（废钢、生铁、工业纯铁）、合金材料和脱氧剂、造渣材料等。2.1 钢铁料2.1.1 废钢A 废钢的来源与分类 废钢是电炉炼钢的主要金属料。废钢的来源，可分作两个方面：一是厂内的返回废钢（包括碳钢、合金返回钢），一般都能直接装入炉内冶炼；二是外来废钢，也称购入废钢，其来源很广，一般质量较差，需要专门加工处理，用来冶炼碳素钢。,A 废钢的来源与分类,碳钢。碳钢是普碳钢和碳素工具钢加工时的切头切尾和废品，炼钢厂的包底、注余、汤道和短尺锭坯等。碳钢用于冶炼不同含碳量的合金钢。合金返回钢。合金返回钢是合金钢钢锭加工时的切头、切尾和废品
2、，炼钢厂的包底、注余、汤道和短尺锭坯等。用返回钢可以大量地回收合金元素，减少贵重铁合金的消耗。废钢按其用途分为熔炼用废钢和非熔炼用废钢。熔炼用废钢按其外形尺寸和单件重量分为5个型号，如表2-1规定；按其化学成分分为非合金废钢、低合金废钢和合金废钢。,表2-1 熔炼用废钢分类(GB4223-2004),（1）对废钢的一般要求 1）废钢表面清洁少锈（Fe2O32H2O）、无油污（碳氢化合物）。2）废钢中不得混有铜、铅、锌、锡、锑、砷等金属。3）废钢中不得混有爆炸物、易燃物、密封容器和毒品。4）废钢要有明确的化学成分。5）废钢要有合适的块度和外形尺寸。,B 废钢的要求与管理,（2）废钢的管理 1）废
3、钢进厂后，必须按来源、化学成分、大小分类堆放。合金返回钢应放在有料棚的料槽中，不要露天存放。2）废钢中的密封容器、爆炸物、有毒物、有色金属和泥砂应予以清除和处理。3）渣钢中应尽量去除一些残渣，各种汤道也应尽量去除粘附的耐火砖。4）为使废钢能便于运送、装料和熔化，需将它加工成具有一定的尺寸和密度。,B 废钢的要求与管理,应将五害元素（Pb、As、Sb、Bi、Sn）控制在一个较低的水平。对优质合金结构钢，五害元素含量应分别控制在不大于0.02。为此，可采用以下措施：（1）在入炉原料中配入一部分直接还原铁和生铁（或热装铁水）起稀释作用。（2）用机械方法或化学处理工艺去除循环旧废钢中的有害杂质元素，但
4、会增加成本。,C 废钢的合理使用,废钢代用品：美国最先提出的，原文Steel Scrap Substitude，简称3S。目前用于生产中的废钢代用品有：生铁与铁水，直接还原铁等。它们具有共同的优点：杂质元素含量极低，其中微量元素Cu、Zn、Sn、Pb、Ni、Mo等均为痕量，可以对废钢中的残余元素进行稀释；去氮效果好，因其碳含量高，熔化过程产生大量的CO，去气效果好。废钢代用品的使用，不仅可以弥补废钢的不足，而且能够提高钢水的清洁度，生产高质量的钢材。,废钢代用品,生铁主要用于冶炼高碳钢时的配料和熔清后钢液的增碳，感应炉用的生铁质量要求较高，尤其是增碳用的生铁要求更严格，硅、锰、硫、磷含量应低，
5、其中最重要的是硫和磷含量要低。生铁在电炉炼钢中使用，其主要目的在于提高炉料或钢中的碳含量，并解决废钢来源不足的困难。炉料中生铁块配比通常为1025，最高不超过30。一般要求S、P含量要低，Mn不能高于2.5，Si不能高于1.2。生铁中金属残余元素很低，因而含S、P较低的生铁也是一种冶炼优质钢的金属炉料。,2.1.2 生铁,表2-2 国家标准规定的炼钢用生铁化学成分,2.1.3 工业纯铁,工业纯铁是转炉或电炉生产的，其主要的有害杂质是氧和氮。感应炉冶炼精密合金、高温合金、低碳和超低碳高合金钢时需要用工业纯铁。表2-3 工业纯铁的成分,合金材料主要用于调整钢液成分和脱除钢中杂质，主要作炼钢的脱氧剂
6、和合金元素添加剂。合金的种类可分为铁基合金、纯金属合金、复合合金、稀土合金、氧化物合金。对合金材料总的要求是：合金元素的含量要高，以减少熔化时的热量消耗；有确切而稳定的化学成分，入炉块度应适当，以便控制钢的成分和合金的收得率；合金中含非金属夹杂和有害杂质硫、磷及气体要少。,2.2 合金材料,2.2.1 铁合金种类及要求,（1）硅铁：既可用于合金化也可用于脱氧剂，硅可以显著提高钢的强度、硬度和弹性。电弧炉常用的含硅量为45%（中硅）和75%（高硅）两种，硅铁含氢量高，所以必须烘烤以后才能使用。中硅的熔点在1290，高硅熔点在13001330。（2）锰铁：既可用于合金化也可用于脱氧剂，锰可以改善钢
7、的机械性能，增加钢的强度、硬度和延展性和耐磨性。电炉用锰铁根据碳含量分为低碳、中碳、高碳锰铁3种，含碳量均在5080%之间。高碳锰铁（76%Mn）熔点在12501300；中碳锰铁（81%Mn）熔点1310。（3）铬铁：根据碳含量分为碳素铬铁、中碳铬铁、低碳铬铁、微碳铬铁。它可以改善钢的机械性能，提高钢的淬透性广泛用于冶炼结构钢、耐腐蚀钢、耐热钢、工具钢。一般铬含量在 50%65%之间。高碳铬铁（6570%Cr）熔点在15201550，中碳铬铁熔点在16001640。,2.2.1 铁合金种类及要求,（4）钼铁：钼可以提高钢的淬透性、热强度、和耐磨性，广泛应用于结构钢、弹簧钢、工具钢、不锈钢、耐酸
8、钢。钼铁含钼量一般波动在55%60%之间，钼铁的熔点高，使用块度不宜过大。且表面容易生锈，最好在烘烤以后使用。含量在60%的钼铁熔点在1750；含量在36%的钼铁熔点在1440。（5）钒铁：钒的含量在40%左右，磷含量较高，当钒加入量比较大时，要注意钢水的增磷，钒铁在加入之前须经过烘烤。钒含量在50%熔点在1540，含量在40%熔点在1480，含量在80%时熔点在1080。（6）铝：既属于合金化材料又是强脱氧剂，一般用作钢水的终脱氧。铝熔点约660。,为了使所炼钢液或合金达到规格的化学成分，必须加入所需合金成分的合金材料，经常使用的有硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钨铁、钒铁、钛铁、硼铁、铌铁、铝、镍
9、等，冶炼某些合金时需用金属钨、金属钼、金属铬、金属锰等。为了对钢液进行脱氧需要加入脱氧剂，常用的脱氧剂有锰铁、硅铁(粉)、铝(粉)、硅锰合金、硅钙(粉)、稀土合金等。有些合金，如Fe-Mn、Fe-Si、Al等，可作脱氧剂，也可作合金剂。这主要取决于加入炉内的时间，其原则是：作为脱氧剂的合金要先加，作为合金剂调整成分要在钢液脱氧良好的情况下加入，以提高合金的收得率。,A 常用的铁合金,B 常用铁合金技术条件,各类合金的化学成分要求应符合国标，行标及厂内控标准。块度要求：硅铁、锰铁、锰硅、硅钙等为1050mm（武钢2080mm）。铬铁、钥铁、钛铁、钒铁炉内加人为4080mm,炉外加人为2040mm
10、。其它合金按有关钢种工艺操作规程供给。铝块：化学成分A198%；块度12kg/块。铝线：A199.8；尺寸121mm；冷拔铝线抗拉强度1.0MPa；要求无接头、无局部扭曲、表面光洁、干净无油污；用l.1标准卷芯绕盘，每盘600700kg。铁合金使用前要烘烤，以减少带入钢中的气体。对熔点较低和易氧化的合金，如钒铁、钛铁、硼铁和稀土金属等可在低温（473K）下烘烤。熔点高和不易氧化的合金，如硅铁、铬铁、锰铁等应在高温（1073K）下烘烤。各种铁合金使用前烘烤不小于1h。,C 各种常用铁合金的识别,锰铁。密度较大，为7.0g/cm3。表面为黑裼色。并呈现出犹如水面油花样的彩虹色。断面呈灰白色，并有缺
11、口。碰撞时有火花。硅铁。以前称矽铁，密度为3.5g/cm3。表面为表灰色，易破碎，其断面较疏松且有闪亮光泽。铝铁。密度较轻，为4.9g/cm3。外观表面灰白色。铝。手感最轻，密度仅为2.8g/cm3。是一种银白色的轻金属，有较好的延展性，一般以条形或环形状态供应。硅钙合金。表面颜色与硅铁很接近，为青灰色，手感比硅铁与铝更轻，密度仅为2.55 g/cm3，其断面无气孔，有闪亮点。硅锰合金。手感较重，密度为6.3 g/cm3，质地较硬，断面棱角较圆滑，相互碰撞后无火花产生。表面颜色在锰铁与硅铁之间（偏深色），使用块度一般在1050mm。铝锰铁。块状，形如条形年糕，貌如小型铸件，表面较光滑，色近于褐
12、色与锰铁相似。块度不大，一般不会碎裂，如破碎其断面呈颗粒状，且略有光泽。,常用铁合金的牌号及成分,D 感应炉冶炼时合金的选用,锰铁有高中低碳三个类别，高碳锰铁含碳量不大于7.5，中碳锰铁不大于2.0，低碳锰铁不大于0.7。冶炼高中碳钢时用高碳锰铁，冶炼低碳钢用中低碳锰铁，冶炼高锰钢时用中碳或低碳锰铁。铬铁有高中低微碳四个类别。高碳铬铁含碳量不大于10.0，中碳铬铁不大于4.0，低碳铬铁不大于0.50，微碳铬铁不大于0.15。冶炼高中碳铬钢时用高碳铬铁，冶炼低碳铬钢时用中低碳铬铁，冶炼低碳和超低碳不锈钢时用低碳或微碳铬铁。高碳铁合金比低碳铁合金便宜得多，因此原则上能用高碳铁合金时尽量用高碳铁合金
13、，而不要用低碳铁合金。,D 感应炉冶炼时合金的选用,金属元素比铁合金贵得多。冶炼合金钢和合金时大多都用铁合金进行合金化。当冶炼镍基高温合金，精密合金，电阻合金以及含铁量受到限制的其他合金时用金属元素进行合金化，如利用金属铬、金属锰、金属钼等进行合金化。,D 感应炉冶炼时合金的选用,冶炼含钼、钒和钨的钢时一般用钼铁、钒铁和钨铁进行合金化。也可以用氧化钼块、钒渣和钨精矿进行合金化。氧化钼块是含Mo48的氧化物块，其中钼以MoO3形式存在。将钼精矿压制成块，经氧化焙烧制成氧化钼块。氧化钼块可用于含钼钢的合金化。钒渣是转炉冶炼含钒生铁时所得的炉渣，钒渣中含V2O5820，可用于含钒钢的合金化。用钒钢合
14、金化时要注意钒渣中的含磷量。在V2O5还原时，磷也被还原进入钢液中。钨精矿含wO365，钨精矿经压块或焙烧成块后可用于含钨钢的合金化。用氧化钼块、钒渣和钨精矿进行含钼、钒和钨钢的合金化，可简化钼铁、钒铁和钨铁生产过程，提高钼、钒和钨的回收率。,（1）铁合金应根据质量保证书，核对其种类和化学成分，分类标牌存放，颜色断面相似的合金不宜邻近堆放，以免混淆。（2）铁合金不允许置于露天下，以防生锈和带入非金属夹杂物，堆放场地必须干燥清洁。（3）合金块度应符合使用要求，块度大小根据合金种类、熔点、密度、加入方法、用量和电炉容积而定。常用铁合金的熔点、密度及块度要求可参考表2-4。,2.2.2 铁合金的管理
15、,表2-4 铁合金的密度、熔点和块度要求,（4）合金在还原期入炉前必须进行烘烤。1）高温退火：适用于含氢量高的电解锰、电解镍等。2）高温烘烤：适用于硅铁、锰铁、硅锰合金、铬铁、钨铁、钼铁等熔点较高又不易氧化的合金。3）低温干燥：适用于稀土合金、硼铁、铝铁、钒铁、钛铁等熔点较低或易氧化的合金。铁合金入炉前要烘烤的目的有：去除水分以便减少钢中的气体，保证钢的质量。使铁合金易于熔化，减少吸收的热量，从而加速熔化，缩短冶炼时间。防止冷的铁合金加入钢液中产生喷溅。铁合金的烘烤温度和时间根据各种铁合金的特点而有所不同。,2.2.2 铁合金的管理,2.3 造渣材料,2.3.1 石灰A 石灰标准和质量石灰是碱
16、性渣的主要造渣材料。对石灰的要求如下：(1)石灰中CaO含量越高质量越好，一般要求CaO90。(2)石灰中硫和杂质含量要低。(3)生烧率要小。生烧率大说明石灰中还有相当大量的 CaCO3未变成CaO，CaCO3分解需要吸热并延缓成渣时间。(4)使用新烧的石灰，石灰应在密闭容器中储存，以免吸收水分。使用前要进行烘烤。(5)应使用块状石灰，不能用粉末状石灰。(6)石灰应有较高的反应能力，石灰的反应能力是指石灰熔于炉渣的能力。,B 石灰性质及反应能力要获得优质石灰，必须选择合适的煅烧温度和缩短高温煅烧期的停留时间。石灰的煅烧温度应控制在10501150的范围内为宜。图2-1为石灰的比表面积、粒度、气
17、孔率、体积密度与煅烧温度的关系。,石灰性质包括物理和化学性质，主要有：（1）煅烧度。根据生产中石灰煅烧程度可分为软烧、中烧和硬烧石灰，其物理性质差别见表2-5。表2-5 不同煅烧度石灰的物理性质,B 石灰性质及反应能力,（2）体积密度。石灰的体识密度随煅烧度的增加而提高，如果石灰石分解时未出现收缩或膨胀，那么软烧石灰的体积密度应为1570kg/m3，气孔率为52.5；中烧石灰为18002200kg/m3，硬烧石灰为22002600kg/m3。（3）气孔率和比表面积。气孔率分为总气孔率和开口气孔率。（4）烧减。指石灰在1000左右所失去的重量。（5）水活性。指CaO在消化时与水或水蒸气的反应性能
18、。,B 石灰性质及反应能力,萤石的主要成分是CaF2，熔点1200左右，密度约3.03.25g/cm3。萤石是碱性渣的稀释剂。它能显著降低CaO、2CaOSiO2的熔点和炉渣粘度，加速石灰溶解，改善碱性渣的流动性。但过多的加入萤石会产生严重的泡沫渣，导致喷溅，同时加剧炉衬的损坏，且污染环境。因此目前许多工厂尽量不加或少加萤石。萤石含CaF2要高，含SiO2、S等杂质要低。其成分范围：w(CaF2)90、w(SiO2)5、w(CaO)3、w(S)0.10，w(P)0.06。萤石的块度，转炉为550mm，电炉为1080mm。使用前应在100200的低温下干燥4h以上。萤石须保持清洁干燥，不得混有泥
19、砂等杂物。各种颜色的莹石中，翠绿透明的莹石质量最好，白色次之，带褐色条纹或黑斑的莹石含有硫化物杂质，质量差。,2.3.2 萤石,2.3.3 石英砂,石英砂的主要成分是SiO2，用来降低渣的碱度和熔点，改善渣的流动性。SiO2含量不小于90的石英砂就可以作为造渣材料用，普通白玻璃碎片是使用酸性坩埚熔炼时的造渣材料。有色玻璃不能用做酸性渣的造渣材料。因为有色玻璃中含有不同的金属氧化物。例如，蓝色玻璃中含有Co2O3，绿色玻璃中含有Cu2O，红色玻璃中含有AuCl3，这些金属被还原进入钢液中，造成废品，故不能应用有色玻璃造酸性渣。此外含铅的玻璃也不适于做酸性造渣材料。,2.4 氧化剂、脱氧剂、增碳剂
20、和精炼剂,2.4.1 氧化剂（1）氧气。氧气是电炉炼钢最主要的氧化剂。要求氧气纯度高，含氧量不低于98；水分少，水分不高于3g/m3；有一定的氧气压力，一般熔化期吹氧助熔时0.50.9MPa，氧化期吹氧脱碳时0.81.2MPa。（2）铁矿石。电炉用铁矿石的含铁量要高，矿石中有害元素磷、硫、铜和杂质含量要低。入库前用水冲洗表面杂物，使用前须在500以上高温烘烤2h以上。（3）氧化铁皮（脱磷效果好）。氧化铁皮的铁含量高，杂质少，但粘附的油污和水分较多，因此使用前须在500以上的高温下烘烤4h以上。,2.4.2 脱氧剂,炼钢常用的脱氧剂大致可分为两类：一类是块状脱氧剂（锰铁、硅铁、铝锭、硅锰合金、硅
21、锰铝合金、硅钙合金等），一般用于沉淀脱氧；一类是粉状脱氧剂（碳粉、硅铁粉、铝粉、硅钙粉、电石等），一般用于扩散脱氧。块状脱氧剂 硅锰合金作为一种复合脱氧剂，一般认为MnSi=46时脱氧效果较好。脱氧产物颗粒大，熔点低，易于上浮，钢的质量较好，有时还用来调整锰的成份。硅锰铝合金成份一般为Si：510%、Mn：2040%、Al：510%.硅钙合金强烈脱氧剂，还可脱硫，在潮湿空气中易吸水粉化。,2.4.2 脱氧剂,粉状脱氧剂 碳粉（主要扩散脱氧剂）脱氧时，产物CO气体不会沾污钢液，有焦碳粉、电极粉、木炭粉等几种，炭粉粒度为0.51mm，须干燥。但必须注意还原增碳量。硅铁粉（Si75）粒度1mm，使用
22、前应在100200温度下干燥40小时以上。铝粉。主要用于冶炼低碳不锈钢和某些合金结构钢，以提高合金元素的收得率和缩短冶炼还原时间。硅钙粉。硅钙粉和硅铁粉难以分辨，使用和保管时要防止混乱。电石。主要成份是CaC2(碳化钙)，主要用作强脱氧剂兼有脱硫作用，可以缩短还原时间。电石是暗灰色不规则的块状固体，极易受潮粉化。因此电石块必须放在密封的容器内保存，使用过程中应注意防潮。,2.4.2 脱氧剂,复合型碳化硅 复合型SiC是一种新型强脱氧剂，性能稳定，具有脱氧速度快，能力强又能代替增碳剂增碳，代替硅铁增硅，并要提高其它合金收得率。,2.4.2 脱氧剂,感应炉冶炼根据所冶炼的钢种和合金的不同而采用不同
23、的脱氧方法：(1)冶炼碳素钢时一般用沉淀脱氧法脱氧，脱氧剂用锰铁、硅铁和铝。(2)冶炼高合金钢和合金时用综合脱氧法，以扩散脱氧为主结合沉淀脱氧。沉淀脱氧用锰铁、硅铁、硅钙、铝等做脱氧剂。扩散脱氧时中高碳钢用炭粉、硅铁粉做脱氧剂，高碳钢也可用电石做脱氧剂。低碳钢用硅铁粉、硅钙粉做脱氧剂。低碳(0.05)、低硅钢(Si0.20)用铝石灰、铝粉做脱氧剂。冶炼高温合金、精密合金等合金时用铝石灰，铝粉做脱氧剂。(3)冶炼低合金钢时可用沉淀脱氧法，也可用综合脱氧法进行脱氧。,常用的增碳剂有：电极粉、石油焦粉、焦炭粉、木炭粉和生铁。焦炭粉 是主要的、也是最普通的增碳剂；要求干净无杂质，粒度小于10和大于50
24、mm之和不超过总量的10。理化指标：,2.4.3 增碳剂,2.4.3 增碳剂,沥青焦 要求干净无杂质、干燥，用纺织袋包装，每大袋20kg，内用塑料装每小袋4kg。粒度小于4和大于10mm之和不超过总量的10。包装成每袋20kg。理化指标：,2.4.3 增碳剂,石墨电极块 增碳效果最好，但价格贵；生铁 配料时常用来配碳，精炼期增碳要求用优质生铁。加入时应注意：（1）增碳剂要纯。增碳剂一般是在出钢前或出钢过程中投入钢包，如果增碳剂中杂质含量多或潮湿，将沾污钢水，增加钢水中气体含量。（2）加入方法要正确。增碳剂加入炉内时切忌加在炉渣上，应推开炉渣，将增碳剂直接加到钢水中，在出钢过程中加增碳剂应随钢流加入，可以稳定和提高回收率。,2.4.4 精炼剂,精炼剂分两种：脱氧型精炼剂、造渣型精炼剂。脱氧型精炼剂成份：电石、高碳系列、稀土、钝化镁粉、硅铁合金。Si 164%，Ca 324%，C7%，Al7%，Mg 24%，H2O0.5%，粒度不大于5mm。造渣型精炼剂（预熔渣）成份：三元渣系预熔渣。Al2O3 2045%，CaO 2550%，SiO212%，MgO8%，C5%，H2O1%，粒度：1030mm。,
