《炼钢基础理论》课件-.ppt
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1、炼钢基础理论PPT课件-(2)2022-12-11东北大学/阎立懿2主主 要要 内内 容容第一章第一章 炼钢概述炼钢概述第二章第二章 炼钢基础理论炼钢基础理论第三章第三章 炼钢用原材料炼钢用原材料第四章第四章 转炉炼钢法转炉炼钢法第五章第五章 电炉炼钢法电炉炼钢法2022-12-11东北大学/阎立懿3 第一章炼钢概述第一章炼钢概述回顾世界炼钢法的历史,介绍中国钢铁工业发展及基回顾世界炼钢法的历史,介绍中国钢铁工业发展及基本现状。本现状。给出当今所采用的炼钢生产流程。给出当今所采用的炼钢生产流程。介绍钢与铁及区别,炼钢的基本任务及其手段,钢的介绍钢与铁及区别,炼钢的基本任务及其手段,钢的分类,汇
2、总下表:分类,汇总下表:2022-12-11东北大学/阎立懿4钢及其炼钢基本任务钢及其炼钢基本任务项目项目内容内容钢与铁钢与铁的区别的区别工业纯铁工业纯铁 C0.04钢钢 C 0.042.0生铁生铁 C2.0C在在1.22.5的钢铁实用价值很少的钢铁实用价值很少钢的分类钢的分类按化学成分:按化学成分:中碳钢中碳钢 C 0.250.6中合金钢中合金钢 i=3.510按质量、按脱氧程度、按冶炼方法按质量、按脱氧程度、按冶炼方法按用途:结构钢、工具钢、按用途:结构钢、工具钢、特殊性能钢(轴承、不锈、弹簧)特殊性能钢(轴承、不锈、弹簧)炼钢基本炼钢基本任务任务“四脱四脱”(碳、磷、氧和硫)(碳、磷、氧
3、和硫)“二去二去”(去气和去夹杂)(去气和去夹杂)“二调整二调整”(成分和温度)(成分和温度)采用的主要技术手段为:采用的主要技术手段为:供氧,造渣,加热,加脱氧剂供氧,造渣,加热,加脱氧剂和合金化操作和合金化操作2022-12-11东北大学/阎立懿5第二章第二章 炼钢基础理论炼钢基础理论熔渣物理化学性质熔渣物理化学性质钢液物理性质钢液物理性质钢液化学反应钢液化学反应2022-12-11东北大学/阎立懿62.1 2.1 熔渣物理化学性质熔渣物理化学性质 炼钢就是炼渣炼钢就是炼渣炼好钢首先要炼好渣(这炼好钢首先要炼好渣(这是炼钢界的谚语),所有炼钢任务的完成几乎都与熔渣是炼钢界的谚语),所有炼钢
4、任务的完成几乎都与熔渣有关。熔渣的结构决定着熔渣的物理化学性质,而熔渣有关。熔渣的结构决定着熔渣的物理化学性质,而熔渣的物理化学性质又影响着炼钢的化学反应平衡及反应速的物理化学性质又影响着炼钢的化学反应平衡及反应速率。率。因此,在炼钢过程中必须控制和调整好炉内因此,在炼钢过程中必须控制和调整好炉内熔渣的物理化学性质。熔渣的物理化学性质。2022-12-11东北大学/阎立懿7 2.1.1 2.1.1 熔渣的作用、来源、组成与分类熔渣的作用、来源、组成与分类 1 1)熔渣的主要作用)熔渣的主要作用 熔渣(或称炉渣)在冶炼过程中起分离杂质,熔渣(或称炉渣)在冶炼过程中起分离杂质,完成氧化、还原精炼的
5、作用,具体如下:完成氧化、还原精炼的作用,具体如下:去除铁水和钢水中的磷、硫等有害元素;去除铁水和钢水中的磷、硫等有害元素;参与熔池传氧,靠氧化渣供氧、还原渣除氧;参与熔池传氧,靠氧化渣供氧、还原渣除氧;保温,防止钢液吸气(保温,防止钢液吸气(H H、N N),防止钢液过度氧化,以),防止钢液过度氧化,以及减少有益元素烧损;及减少有益元素烧损;防护防护 吸收钢液中上浮非金属夹杂物及反应产物;吸收钢液中上浮非金属夹杂物及反应产物;电炉炼钢过程,熔渣可以稳定电弧燃烧,提高炉子热效电炉炼钢过程,熔渣可以稳定电弧燃烧,提高炉子热效率、保护炉衬;电渣炉过程,熔渣作为发热体为冶炼提率、保护炉衬;电渣炉过程
6、,熔渣作为发热体为冶炼提供所需热源。供所需热源。2022-12-11东北大学/阎立懿8熔渣的不利作用熔渣的不利作用:熔渣侵蚀和冲刷炉衬,尤其是低碱度熔渣,降低炉衬熔渣侵蚀和冲刷炉衬,尤其是低碱度熔渣,降低炉衬使用寿命。使用寿命。熔渣带走大量的热,增加能量消耗。熔渣带走大量的热,增加能量消耗。熔渣中夹裹小颗粒金属及未被还原的金属氧化物,降熔渣中夹裹小颗粒金属及未被还原的金属氧化物,降低金属的回收率。低金属的回收率。因此,造好渣是炼钢的必要条件!因此,造好渣是炼钢的必要条件!2022-12-11东北大学/阎立懿92 2)熔渣的来源)熔渣的来源 人为加入的造渣材料,如石灰、白云石、萤石及火砖人为加入
7、的造渣材料,如石灰、白云石、萤石及火砖块。块。炉料(钢铁料)中带入的泥土砂石,如炉料(钢铁料)中带入的泥土砂石,如SiOSiO2 2炉料(钢铁料)中炉料(钢铁料)中SiSi、MnMn、P P、S S、FeFe等元素的氧化产等元素的氧化产物。物。冶炼过程被侵蚀的炉衬耐火材料,如冶炼过程被侵蚀的炉衬耐火材料,如MgO MgO 2022-12-11东北大学/阎立懿10 3 3)熔渣的组成)熔渣的组成 以氧化物为主有:以氧化物为主有:CaO MnO FeO MgO CaO MnO FeO MgO FeFe2 2O O3 3 Al Al2 2O O3 3 SiO SiO2 2 P P2 2O O5 5
8、碱性碱性中中性性酸性酸性 这些自由氧化物本身熔点都很高,如这些自由氧化物本身熔点都很高,如CaO 2570 CaO 2570 ,SiOSiO2 2 17101710,在炼钢温度(,在炼钢温度(1600 1600 )难以熔化,)难以熔化,但它们之间能相互化合,生成低熔点复杂化合物,如:但它们之间能相互化合,生成低熔点复杂化合物,如:CaOCaOSiOSiO2 2CaOSiOCaOSiO2 2 ,T Tp p1540 1540(液态)(液态)还有其他化合物:还有其他化合物:CaSCaS、CaFCaF2 2 、CaCCaC2 2 等。等。2022-12-11东北大学/阎立懿114 4)熔渣的分类)熔
9、渣的分类 不同的炼钢方法、不同的钢种、不同的冶炼工艺,要不同的炼钢方法、不同的钢种、不同的冶炼工艺,要采用不同性质、造不同成分的熔渣进行冶炼。采用不同性质、造不同成分的熔渣进行冶炼。根据熔渣的组成及性质不同,可将它们分为:根据熔渣的组成及性质不同,可将它们分为:碱性渣与酸性渣,氧化渣与还原渣。碱性渣与酸性渣,氧化渣与还原渣。碱性渣与酸性渣碱性渣与酸性渣 碱性渣碱性渣 以碱性氧化物以碱性氧化物CaO CaO 为主,它可以去除为主,它可以去除磷、硫有害元素,绝大多数炼钢法可以造碱性渣(一般磷、硫有害元素,绝大多数炼钢法可以造碱性渣(一般R R1.51.5)酸性渣酸性渣 以酸性氧化物以酸性氧化物Si
10、OSiO2 2 为主,它不能去除为主,它不能去除磷、硫有害元素,极少数炼钢法造酸性渣磷、硫有害元素,极少数炼钢法造酸性渣 (一般(一般R1.0R1.0)2022-12-11东北大学/阎立懿12氧化渣与还原渣氧化渣与还原渣 氧化渣氧化渣 炉渣具有氧化能力,炉渣具有氧化能力,FeOFeO含量高(含量高(15152525),能向钢液中供氧,大多数炼钢法可以造氧化),能向钢液中供氧,大多数炼钢法可以造氧化渣。渣。还原渣还原渣 炉渣具有还原能力,炉渣具有还原能力,FeOFeO含量低(含量低(0.50.51.01.0),能吸收钢液中氧),能吸收钢液中氧脱氧,传统电炉炼钢脱氧,传统电炉炼钢及钢包精炼炉能造还
11、原渣。及钢包精炼炉能造还原渣。碱性氧化渣因碱性氧化渣因CaOCaO、FeOFeO含量高,脱磷能力很含量高,脱磷能力很强;强;碱性还原渣因碱性还原渣因CaOCaO含量高、含量高、FeOFeO含量极低,还含量极低,还有有CaCCaC2 2,脱氧、脱硫能力很强。,脱氧、脱硫能力很强。转炉及电炉炼钢法均可以造碱性氧化渣,传统电炉转炉及电炉炼钢法均可以造碱性氧化渣,传统电炉炼钢还可以造碱性还原渣。炼钢还可以造碱性还原渣。2022-12-11东北大学/阎立懿13转炉、电炉炉渣组成及特点转炉、电炉炉渣组成及特点类别类别化学成分化学成分转炉转炉/%/%电炉电炉/%/%冶金反应特点冶金反应特点碱性碱性氧化渣氧化
12、渣CaO/SiO2CaOFeOMnOMgO3.04.035551530282122.03.040501525510510C,Si,Mn迅速氧化;迅速氧化;脱脱P能力强;能力强;能脱去部分能脱去部分S;钢水中钢水中O较高。较高。碱性碱性还原渣还原渣(白渣白渣)CaO/SiO2CaOCaF2Al2O3FeOMgOCaC22.53.5505558230.510接近接近 1脱脱S能力强;能力强;脱脱O能力强;能力强;钢水易增碳钢水易增碳钢水易回磷钢水易回磷钢水中钢水中H增加增加钢水中钢水中N增加增加2022-12-11东北大学/阎立懿142.1.2 2.1.2 熔渣物理性质熔渣物理性质 主要有熔点、黏
13、度、密度及表面张力等。主要有熔点、黏度、密度及表面张力等。1 1)熔渣的熔点)熔渣的熔点 炼钢熔渣是由多种化合物构成的体系,熔渣熔炼钢熔渣是由多种化合物构成的体系,熔渣熔点低、过热度高、流动性好,有利于冶炼过程的顺行。所点低、过热度高、流动性好,有利于冶炼过程的顺行。所以说,熔点是熔渣一个重要的物理性质。以说,熔点是熔渣一个重要的物理性质。熔渣的熔点熔渣的熔点 是指固态渣完全转变为均一液体是指固态渣完全转变为均一液体状态时的温度或液态渣冷却时开始析出固体时的温度。它状态时的温度或液态渣冷却时开始析出固体时的温度。它的熔化过程是在一个温度区间进行的熔化过程是在一个温度区间进行即熔化温度,俗称即熔
14、化温度,俗称熔点。熔点。2022-12-11东北大学/阎立懿15 炼钢过程要求熔渣熔点要低于所炼钢种的熔炼钢过程要求熔渣熔点要低于所炼钢种的熔点点5050200200,即,即130013001400 1400 。除。除FeOFeO、CaFCaF2 2外,其外,其他简单氧化物的熔点都很高,它们在炼钢温度下难以单他简单氧化物的熔点都很高,它们在炼钢温度下难以单独形成熔渣,但它们可以形成多种低熔点的复杂化合物,独形成熔渣,但它们可以形成多种低熔点的复杂化合物,见下表:见下表:2022-12-11东北大学/阎立懿16熔渣中常见氧化物的熔点熔渣中常见氧化物的熔点化合物化合物熔点熔点/化合物化合物熔点熔点
15、/CaO2600MgO.SiO21557MgO2800CaO.MgO.SiO21390SiO217133CaO.MgO.2SiO21550MnO17832CaO.MgO.2SiO21450Fe2O314572FeO.SiO21205FeO1370MnO.SiO21285CaF214182MnO.SiO21345CaO.SiO21550CaO.Fe 2O312202CaO.SiO221302CaO.Fe 2O314203CaO.2SiO21485CaO.2Fe 2O31240CaO.FeO.SiO21205CaO.2FeO.SiO21205Fe2O3.SiO21217CaO.CaF2140020
16、22-12-11东北大学/阎立懿17 熔渣熔渣熔点与组分及其含熔点与组分及其含量有关,一般说来,量有关,一般说来,杂质降低纯物质熔杂质降低纯物质熔点,但当熔渣中高点,但当熔渣中高熔点组元增加时,熔点组元增加时,熔点提高。熔点提高。熔渣熔熔渣熔点点/熔速可以用测试熔速可以用测试仪测出。仪测出。2022-12-11东北大学/阎立懿182 2)熔渣的黏度)熔渣的黏度 式中式中 比例系数,即内摩擦系数或黏度系数,与材比例系数,即内摩擦系数或黏度系数,与材料的性质有关,简称为黏度,也叫动力黏度,单位为料的性质有关,简称为黏度,也叫动力黏度,单位为PasPas(帕斯卡(帕斯卡 秒)。秒)。熔渣黏度是非常重
17、要的物理性质,它直接关系到熔渣的流动熔渣黏度是非常重要的物理性质,它直接关系到熔渣的流动性,它对元素的扩散、渣性,它对元素的扩散、渣-钢间反应、气体逸出、热量传递,铁损及炉衬寿钢间反应、气体逸出、热量传递,铁损及炉衬寿命等均有很大的影响。命等均有很大的影响。液体的黏度是指液体流动时,流层内摩擦力的大小。按牛顿黏液体的黏度是指液体流动时,流层内摩擦力的大小。按牛顿黏度经典公式,内摩擦力用下式表示:度经典公式,内摩擦力用下式表示:dxdvAf2022-12-11东北大学/阎立懿19 当研究的对象密度相差较大时,采用运动黏当研究的对象密度相差较大时,采用运动黏度以消除因密度差异而产生的影响。动力黏度
18、除以液体度以消除因密度差异而产生的影响。动力黏度除以液体的密度,称之为运动黏度,常用符号的密度,称之为运动黏度,常用符号表示,即:表示,即:/,m m2 2/s /s 在生产中常用流动性这一概念来表示熔渣黏在生产中常用流动性这一概念来表示熔渣黏度的大小,流动性是动力黏度的倒数,用符号度的大小,流动性是动力黏度的倒数,用符号表示,表示,即:即:1/1/,(,(PasPas)-1-1 在炼钢温度在炼钢温度1600 1600 下,流动性良好的熔渣下,流动性良好的熔渣黏度为黏度为0.020.020.04 Pas 0.04 Pas,熔渣等液体的黏度见下表:熔渣等液体的黏度见下表:2022-12-11东北
19、大学/阎立懿20熔渣与几种液体的黏度熔渣与几种液体的黏度 液体名称液体名称温度温度/黏度黏度/Pas稀熔渣稀熔渣16000.002碱性正常渣碱性正常渣16000.020.040.10稠熔渣稠熔渣16000.2纯铁液纯铁液16000.0005钢液钢液16000.0020.003松节油松节油250.0025轻机油轻机油250.020.10水水150.0012022-12-11东北大学/阎立懿21 一般说来,黏度大、流动性就不好,其传氧、一般说来,黏度大、流动性就不好,其传氧、传热能力低,不利于脱碳、脱磷、脱氧、脱硫;熔渣太传热能力低,不利于脱碳、脱磷、脱氧、脱硫;熔渣太稀、弧光反射,热损失大、炉衬
20、寿命低。稀、弧光反射,热损失大、炉衬寿命低。影响熔渣黏度的因素主要有:熔渣的组分、影响熔渣黏度的因素主要有:熔渣的组分、温度、未熔质点的数量及块度。凡是加入能降低熔渣熔温度、未熔质点的数量及块度。凡是加入能降低熔渣熔点的成分(如点的成分(如CaFCaF2 2)、提高熔池温度、减少未熔质点数)、提高熔池温度、减少未熔质点数量及块度,均能改善熔渣的流动性。量及块度,均能改善熔渣的流动性。熔渣黏度与碱度、温度的关系如下。熔渣黏度与碱度、温度的关系如下。2022-12-11东北大学/阎立懿22氧化渣黏度与碱度、温度的关系氧化渣黏度与碱度、温度的关系 碱度碱度0.90.9至至3.23.2,温度在,温度在
21、155015501 6 0 0 1 6 0 0 时,熔 渣 黏 度 都 小 于时,熔 渣 黏 度 都 小 于0.075Pas0.075Pas。酸性渣温度降低时黏度。酸性渣温度降低时黏度平稳地增大平稳地增大(图中碱度图中碱度0.90.9的曲线的曲线),此种类型的熔渣称为长渣;碱性渣温此种类型的熔渣称为长渣;碱性渣温度降低到某一值时黏度会突然急剧地度降低到某一值时黏度会突然急剧地增加,这种类型的熔渣称为短渣。增加,这种类型的熔渣称为短渣。黏度测定仪见下图:黏度测定仪见下图:2022-12-11东北大学/阎立懿23熔渣黏度熔渣黏度/表面张力测试仪表面张力测试仪2022-12-11东北大学/阎立懿24
22、3 3)熔渣的密度)熔渣的密度 熔渣的密度决定熔渣所占的体积,也影响钢液熔渣的密度决定熔渣所占的体积,也影响钢液液滴在渣中的沉降速度,它也是重要的物理性质。液滴在渣中的沉降速度,它也是重要的物理性质。单位体积熔渣(或液渣)所具有的质量称为单位体积熔渣(或液渣)所具有的质量称为密度:密度:m/V ,g/cmm/V ,g/cm3 3 或或 t/mt/m3 3 固体熔渣的密度可近似用单独化合物的密度固体熔渣的密度可近似用单独化合物的密度和组分进行计算:和组分进行计算:渣渣 i i J Ji i ,g/cmg/cm3 3 或或 t/mt/m3 3式中式中 i i某化合物的密度;某化合物的密度;J Ji
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