炼钢学复习重点精编版课件.ppt

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火材料以及钢液被大气氧化所形成的氧化物。内生夹杂内生夹杂包括：包括：?脱氧时的脱氧产物；?钢液温度下降时，硫、氧、

2、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钢中大部分内生夹杂是在脱氧和凝固过程中产生的。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SiO2超过70%的硅酸盐，CaS、钙的铝硅酸盐等。由于非金属夹杂对钢的性能产生严重的影响，由于非金属夹杂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因此在炼钢、精炼和连铸过

3、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=PCO/(acao)=PCO/(%C%O)fC、fO1 PCO1 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Lp的试验测定值%P?

4、22350?lg LP?lg?24.0?7lg?%CaO?2.5lg?%?FeO?T?%P?2?P?5?FeO?4?CaO?4CaO?PO25?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Lp的试验测定值%P?22350?lg LP?lg?24.0?7lg?%CaO?2.5lg?%?FeO?T?%P?2?P?5?FeO?4?CaO?4CaO?PO25?5?Fe?渣量：大渣量有利于脱磷

5、?在不降低CaO和FeO的前提下，降低了4CaOP2O5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（1520%）?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，滑板有一定使用寿命，多5、6次，少2、3次。?（3）减少

6、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直接参与脱硫反应（与离子理论一致）?G0?98474?22.82T 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O2-L

7、S=0.51.5?脱硫热力学条件?S?O?S?O?2?2?6500lg K?2.625T?温度：实际生产中高温有利于脱硫?脱硫反应是弱吸热反应：108.2128.0 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O2-?Ca2+降低了S2-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 10%FeO对脱硫具有双重作用：FeO即能提供O，也能提供O2-2?2?S?O?S?O?FeO含量低：CaO提供O2-

8、，FeO提供O FeO不利于脱硫?FeO含量高：FeO同时提供O2-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S2-的活度?合金成分：影响S的活度系数 C、Si提供fs，Mn降低fs?铁水：C、Si含量高，fs5，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，fs1，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：氧化渣，LS=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

9、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60

10、ppm降到10ppm3,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）真空下脱氧（4）扩散脱氧第四章转炉炼钢炼钢原料炼钢原料金属料：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）CaCO3 CaO+CO2?意义：煅烧温度过低（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?轻烧石灰 又称“

11、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 2）萤石）萤石萤石的主要成分是 CaF2，焙烧约，焙烧约930。萤石能使CaO和阻碍石灰溶解的2CaO.SiO2外壳的熔点显著降低，生成低熔点3CaOCaF22SiO2（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

12、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N2，使炉渣溅到炉衬上保护整个炉衬1 1、装料制度、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。控制装入量的方法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

13、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?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

14、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

15、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

16、CO反应集中生成CO气体和泡沫渣严重，炉渣夹带金属液随炉气喷出炉口第六节 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

17、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?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

18、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：46Nm3/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O2时，冷却剂将使钢中H升高?CH化合物为冷却剂?底吹N2将使钢中的氮升高?需要N2/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、N2、CO2、O2和空气?O2：国内应用较少?优点：强化冶炼 搅拌能力大(C+O22CO)?缺点：结构复杂 炉底寿命低 冷却剂增H

19、?CO2：鞍钢用CO2代替Ar?优点:搅拌能力大(C+CO22CO)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CO2（不易生产）?N2：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：T0=TL+T式中，TL 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