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1、32,2 炼钢的任务、原材料和耐火材料,2.1 炼钢的任务 2.1.1 去除杂质 2.1.2 调整钢的成分 2.1.3 浇注成内外部质量好的铸坯2.2 炼钢用原材料 2.2.1 金属料 2.2.2 造渣材料 2.2.3 氧化剂 2.2.4 冷却剂2.3 炼钢用耐火材料 2.3.1 耐火材料的种类和性质 2.3.2 硅酸铝系耐火材料 2.3.3 碱性耐火材料 2.3.4 耐材损毁原因及防止措施,33,2.1 炼钢的任务,2.1.1 去除杂质,去除杂质：去除钢中S、P、O、N、H和夹杂物。,钢中S,热脆 S高Mn低钢种凝固时，在晶界产生低熔点的FeO-FeS共晶化合物(熔点940)，其熔点远低于轧
2、制温度（1150），热加工时在铸坯液体处开裂，称为热脆。钢中加Mn后，Mn在钢凝固的范围内生成MnS（熔点1610）和少量FeS，FeS-MnS共晶（FeS占93.5%）化合物(熔点1164)，可有效防止钢在轧制时开裂。,MnS塑性夹杂物，在轧制过程中被拉长成条带状。S降低钢的强度，降低钢的横向机械性能，降低钢的深冲压性能。,34,断面收缩率：试样在拉断后，其断裂处横截面积的缩减量与原横截面积的比值称为断面收缩率。,试样的原横截面积,试样拉断后断裂处横截面积,伸长率（延伸率）：试样在拉断后，其标距部分内所增加的长度与原标距长度的比值。,金属的断面收缩率和伸长率越大，则塑性越好。,提高Mn/S比
3、可提高钢的热延展性。,35,钢中元素和S化合成硫化物的能力依下列次序减弱：Ce-La-Ca-Zr-Ti-Mn-Nb-V-Cr-Mo-W 钢中元素的脱硫能力一般不如脱氧能力强，它化合成硫化物的温度比生成氧化物的温度低，钢液在凝固偏析过程中硫化物易寄生在现成的相界面上。钢中的Ti、Ca、Ce和硫的结合能力很强，能在较高的温度形成硫化物。,钢中P（1）磷的突出危害是产生冷脆；（2）使韧性降低：P越高，冲击性能降低就越大。（3）略微增加钢的强度；（4）P是降低钢液表面张力的元素，易析集在结晶边界处，随着其含量的增加表面张力值降低很多，从而降低了钢的抗热裂纹性能。,36,冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用
4、下，抵抗破坏的能力。,冲击功，焦尔(J),冲击值,冲击功或冲击值越大，表示材料抗冲击载荷的能力越强，即韧性越好。,元素的脱磷能力不强，很难在冶炼温度下产生磷化物，在一般钢中P0.04%时很难在钢中形成磷化物。,37,钢中O 一般测定的钢中氧含量是TO，包括溶解氧和氧化物中的氧。在用浓差法定氧时才测定钢液中溶解的氧（氧的活度）。低温下，钢中的氧基本上和元素反应全部生成夹杂物。钢中非金属夹杂物来源：(1)脱氧脱硫产物，特别是一些颗粒小、或密度大的夹杂物没有及时排除。(2)随着温度降低，硫、氧、氮等杂质元素的溶解度相应下降，以非金属夹杂物形式在钢中沉淀。(3)带入钢液中的炉渣和耐火材料。(4)钢液被
5、大气氧化所形成的氧化物。前两类夹杂称为内生夹杂，后两类夹杂称为外来夹杂。内生夹杂物类型和组成取决于冶炼和脱氧方法；外来夹杂物系偶然产生，通常颗粒大，呈多角形。成分复杂，分布无规律。,38,钢中N（1）在低碳钢中增大N含量会降低冲击值，产生老化现象。碳越低影响的值就越大。（2）N是表面活性物质，因此降低了钢液的表面张力，使N容易析集在晶界，降低了钢的抗热裂纹的性能。（3）N能使强度略为增加，可用N代替Ni生产耐热钢。脱氮方法：（1）转炉和电弧炉炼钢脱碳沸腾；（2）RH/VD真空下去除。N的原子半径比较大，在铁液中扩散比较慢，不如H的去除效果好。,39,钢中H危害：白点（发裂）、疏松和气泡，使钢变
6、脆。白点：铸坯取样打断口样，在纵断口上呈白色的亮点，实为交错的细小裂纹。钢中H在小孔隙中析出的压力和钢相变时产生的组织应力的综合力超过了钢的强度，则会产生白点。氢的控制：（1）原材料（尤其是石灰）干燥清洁；（2）转炉和电弧炉炼钢脱碳沸腾去氢；（3）RH/VD真空下去除。,40,2.1 炼钢的任务,2.1.2 调整钢的成分,1 钢中碳 C是重要的合金元素之一，增加钢的强度和硬度。略微降低韧性指标。C决定了冶炼、轧制和热处理的温度制度。C熔点,41,2.1 炼钢的任务,2.1.2 调整钢的成分,2 钢中锰Mn弱脱氧剂，协助Si、Al脱氧Mn消除S的热脆倾向，FeSMnSMn略微提高钢的强度，提高钢
7、的淬透性能Mn稳定并扩大奥氏体区,42,2.1 炼钢的任务,2.1.2 调整钢的成分,3 钢中硅 Si是钢中最基本的脱氧剂。Si提高钢的强度。Si增加电阻和导磁性，硅钢作电机和变压器的铁芯。,43,2.1 炼钢的任务,2.1.2 调整钢的成分,4 钢中铝 铝镇静钢Als 0.02 0.06%，Al在钢包中加入，称为终脱氧剂Al脱氧产物Al2O3夹杂大部分能上浮去除，冷凝过程中生成的大量细小分散的夹杂Al2O3 促进形成细晶粒钢。Al是调整钢的晶粒度的有效元素之一，它能使钢的晶粒开始长大时保持到较高的温度。做好保护浇注工作，防止二次氧化。,44,2.1 炼钢的任务,2.1.3 浇注成内外部质量好
8、的铸坯,连铸坯表面缺陷各种类型的表面裂纹深振痕表面针孔（以及皮下气泡）表面宏观夹杂（以及皮下夹杂物）。,铸坯内部缺陷：内部裂纹（中间裂纹、中心线裂纹、对角线裂纹（角部裂纹）中心偏析中心疏松V型点状偏析,45,2.2 炼钢用原材料,2.2.1 金属料,金属料是炼钢的基本原料。（1）铁水Si是发热元素，每氧化掉1%的Si发热量为278106J/t（66430kcal/t）。铁水Si含量一般为0.40.6%：过高，Si氧化产生大量（SiO2），增加石灰消耗；过低，渣量小，石灰溶解慢，脱P脱S能力低。Mn促进成渣，减少萤石用量，利于脱P脱S。P 在高炉中不能去除，转炉脱磷率90%。S 转炉脱S率204
9、0%。成分要求：Si0.40.6%，Mn0.3%，P0.15%，S0.03%，Cu0.15%。高炉出铁温度14501500，脱硫前温度1350。,46,2.2 炼钢用原材料,2.2.1 金属料,金属料是炼钢的基本原料。（2）废钢 转炉、电炉都使用废钢。顶底复吹转炉，废钢比13%左右。（3）铁合金 调整钢液成分和脱除钢中杂质（O、S、N）(1)FeMn、FeSi、FeCr、FeV、FeTi、FeMo、FeW、FeP、FeS(2)复合脱氧剂：CaSi、FeMnSiAl、FeMnSi、FeCaBaSiAl(3)纯金属：金属锰、金属钛、镍、铝,47,2.2 炼钢用原材料,2.2.2 造渣材料,（1）石
10、灰 转炉、电炉炼钢的主要造渣材料，主要成分是CaO。是脱磷脱硫、提高钢液纯净度和减少热损失不可缺少的材料。石灰由石灰石在9001200下焙烧而成。目前一般用活性石灰，要求CaO90%，SiO22.5%，S0.025%，P0.02%，活性度350ml。活性石灰要求新鲜、干净、干燥、水分1%。粒度要求：550mm,小于5mm者不得超过5%，不允许有大于50mm者。石灰在水中的溶解能力可表示石灰在渣中的溶解速度。,48,2.2 炼钢用原材料,2.2.2 造渣材料,（2）萤石 萤石的主要成份是CaF2，其他还含有少量的SiO2、Al203、Fe2O3等化合物，萤石的熔点较低(930左右)。加入炉内后，
11、在高温下即爆裂成碎块并迅速熔化。能与CaO形成熔点为1362的共晶体，直接促进石灰的熔化。也可以与MgO生成低熔点化合物(1350)，从而使石灰迅速熔解，改善碱性炉渣的流动性，适应于转炉炼钢快成渣的要求。能显著降低2CaOSiO2的熔点，生成低熔点化合物3CaOCaF22SiO2，使炉渣在高碱度下有较低的熔化温度。可以降低炉渣粘度。从炉渣离子理论的观点，认为是由于F离子切断了硅酸盐的链状结构的缘故。所以它可以迅速化渣，并且不降低炉渣的碱度。萤石化渣作用虽快，但持续时间较短，大量使用萤石会增加喷溅；加速炉衬侵蚀，其中的F会造成环境污染，应控制使用。对萤石的要求：CaF285%。SiO214.3%
12、，S0.15%，P0.06%。粒度要求：1030mm。,49,（2）生白云石和轻烧白云石 用白云石造渣的目的是使炉渣保持一定的MgO含量，以减少炉渣对炉衬的侵蚀，利于提高转炉的炉衬寿命。,粒度要求：550mm，小于5mm者不得超过5%，不允许有大于50mm者。还要求干净、干燥，杂质含量小于5%。,轻烧白云石,生白云石主要成分是MgCO3，CaCO3，要求MgO19%、SiO23.5%。粒度要求：530mm,小于5mm者不得超过10%，不允许有大于50mm者。还要求干净、干燥，不得混有泥土、杂石等杂质。,50,2.2 炼钢用原材料,2.2.3 氧化剂,（1）氧气 炼钢最主要的氧化剂（2）铁矿石和
13、氧化铁皮（3）其他氧化剂,2.2.4 冷却剂,转炉用球团矿TFe60%，SiO24%，S0.045%，H2O2%，抗压强度1470N/个，粒度要求：1050mm占95%以上,小于10mm者不得超过5%，不允许有大于50mm者。转炉用烧结矿TFe55%，SiO26%，S0.035%，H2O1%，抗压强度1470N/个，粒度要求：550mm。还要求干净、干燥，不得混有泥土等杂质。,51,2.3 炼钢用耐火材料,2.3.1 耐火材料的种类和性质,耐火材料：一般是指耐火度在1580以上的材料。耐火材料必须是高熔点物质。对耐材的要求：耐火温度高、高温下机械性能好、能经受熔渣和金属液的侵蚀和急剧的温度波动
14、，对于RH用耐材还要求在高真空高温下不挥发或不发生分解。稳定的化学成分，而且要密度高。气孔率低，抗炉渣侵蚀与钢液的冲刷能力强，基本上没有残余收缩，在高温下有适度的膨胀，不污染钢液，砖的外形尺寸要精确。,按化学性质：碱性：MgO、CaO；酸性：SiO2；中性：Al2O3、C、SiC,按材料：氧化物系耐火材料；非氧化物系耐火材料；氧化物和非氧化物系复合耐材。,52,2.3 炼钢用耐火材料,2.3.1 耐火材料的种类和性质,按加工方式和外观烧成砖不烧成砖电熔砖不定形耐火材料绝热材料耐火材料耐火纤维高温陶瓷材料等。,按使用温度：普通耐火制品（1580-1770）高级耐火制品（1770-2000）特级耐
15、火制品（2000）,53,2.3 炼钢用耐火材料,2.3.1 耐火材料的种类和性质,耐火材料的重要性质：（1）耐火度和荷重软化点 耐火度：高温下材料抵抗熔化的性能 荷重软化点：材料在载负下在高温下抵抗变形的能力。（2）高温抗折强度：取代荷重软化点（3）热震稳定性：耐材抵抗急剧温度变化的能力。（4）气孔率和密度：耐火制品致密程度的指标。（5）抗渣性：耐材抗渣侵蚀性能。,54,2.3 炼钢用耐火材料,2.3.2 硅酸铝系耐火材料,（1）粘土砖（2）高铝砖,2.3.3 碱性耐火材料,（1）镁砂及白云石砂的烧结（2）镁砖、镁铬砖、镁铝砖（3）白云石砖、镁白云石砖（4）镁碳砖,55,2.3 炼钢用耐火材料,2.3.4 耐材损毁原因及防止措施,（1）溶渣的浸蚀（2）耐火材料在高温高真空下的损毁（3）耐火材料的剥落,
