第七章 炼钢的任务原材料和耐火材料课件

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1、32,7. 概论 7.1 炼钢的发展 7.2 炼钢的任务 7.3 钢的性能 7.4 炼钢用原材料,33,7.1炼钢的发展,高炉 炼铁,转炉炼钢,连铸,氩站,LF,AOD,方坯,RH,板坯,铁水预处理,炉外精炼,连轧,电炉炼钢,连铸,炉外精炼,连轧,热轧,冷轧,轧板,大型,硅钢,脱硫,三脱,7.1.1 钢铁制造流程,长流程,短流程,VOD,VD,薄板坯,圆坯,34,1855-酸性底吹空气转炉-H.Bessemer,1878-碱性底吹空气转炉-S.G.Thomas,1952-碱性顶吹氧气转炉-LD,1968-碱性底吹氧气转炉OBM-德,1974-碱性顶底复吹氧气转炉-英1.25t,1975-碱性顶

2、底复吹氧气转炉-法和卢65t,1977-碱性顶氧底惰性转炉-德和卢LBE,1999-SRP-和歌山-新建,1987-SRP-住友,1989-LD-ORP-新日铁,1995-NRP-NKK改造,1983-H炉-神户,转炉炼钢技术发展图解,35,36,7.1.2 转炉炼钢技术的发展,1855年，英国亨利.贝塞麦(Bessemer)发明酸性空气底吹转炉 1878年，英国人S.G.Thomas发明碱性空气底吹转炉 1952年，奥地利林茨（Linz）投产30t碱性氧气顶吹转炉。 1953年，多那维茨（Donawitz）投产30t碱性氧气顶吹转炉。 命名为LD氧气顶吹转炉炼钢法。 1967年，原联邦德国和

3、法国建成氧气底吹转炉（OBM）。 1974年，英国首先在1.25t顶底复合吹炼转炉炼钢 。 1975年，法国和卢森堡合作在65t顶底复合吹炼转炉炼钢 。 1977年，卢森堡阿尔卑德公司和德国钢铁研究院共同开发出顶吹氧、底吹惰性气体的复合吹炼技术，即LD-LBE技术,37,1800年英格兰Humphrey Davy发现碳电极 1849年法国Deperz研究用电极来熔化金属 1866年德国Werner von Siemens 发明电能发生器 1879年德国C. Williams Siemens获得电弧炉专利 1885年瑞典ASEA公司设计了第一台直流电弧炉 1900年法国(P.L.T.Heroul

4、t)设计第1台炼钢电弧炉投入生产 1964年美国Schwabe等首次提出超高功率电炉UHP概念 1973年ABEA (现ABB公司)第1次开发出直流电弧炉DC 1980年日本50t电炉采用料罐预热法 1992年日本NKK开发直流双壳电炉 1992年德国Fuchs公司双壳炉体竖式电炉,7.1.3电弧炉炼钢技术发展,38,39,超高功率化(UHP) 供电直流化(DC) 废钢预热 料罐预热法 双壳电炉 连续电弧炉 竖式电炉 强化用氧技术 氧燃烧嘴 二次燃烧技术 智能化控制 预报 识别 优化功能,40,(1)超高功率直流电弧炉具有电极消耗低、节电且对渣线耐火材料侵蚀小等特点，是世界范围内电炉发展的总趋

5、势。达到电炉转炉化的水平。 (2) 利用电炉冶炼废热和化学能，发展废钢预热及烟气二次燃烧技术。竖式电炉不仅在生产率、能量利用、环境适用性及炉料灵活性等方面占有优势，而且实现了电炉炼钢的连续化，是目前最有发展前途的电炉。 (3)用初级能源代电，降低电耗、降低生产成本、缩短冶炼时间，尤其是煤-氧助熔技术更有发展前途。 (4)扩大铁源应用范围，除废钢外广泛应用DRI、HBI、碳化铁、高炉铁水、熔融还原铁、生铁块。 (5)电炉炼钢应逐步趋向连续化操作，改善劳动条件，提高设备的利用率。 (6)环保问题是全世界永恒的话题，应注意环境保护和废气物的回收利用。,电炉炼钢技术发展趋势,41,1933年法国开发合

6、成渣洗法（Perrin） 1952年西德和前苏联开发VD 1959年西德Ruhrstahl和Heraeus公司共同开发真空循环脱气法（RH） 1965年联邦德国开发真空吹氧脱碳法（VOD） 1968年美国开发氩氧脱碳法（AOD） 1971年日本开发钢包加热炉（LF）。 1972年新日铁室兰厂开发RH-OB真空吹氧技术。 1986年，日本川崎钢铁公司开发了顶吹氧的KTB技术。 1987年新日铁名古屋厂开发成功的RH-PB法， 日本住友金属工业公司和歌山厂采用顶枪喷粉，即RH-PTB法。,7.1.4 炉外精炼技术的发展,42,连铸技术的发展大致可分为四个阶段: 第一阶段(18401930年)为连续

7、浇铸金属液思想的启蒙阶段。最早(1887年)提出与现代连铸机相似的连铸设备建议的是德国人R.M.Daelen。 第二阶段(19401949年)是连续铸钢特征技术的开发阶段。其代表人物是现代连铸之父德国人S.Junghans，1943年在德国建成了第一台试验连铸机，奠定了现代连铸机结构的基础。 第三阶段(19501976年)为传统连铸技术的成熟阶段代表性的技术有钢包回转台、浸入式水口浇注、中包塞棒控制、电磁搅拌、结晶器在线无级调宽、渐进弯曲矫直技术等 第四阶段(20世纪8090年代)高效、近终形连铸发展阶段,7.1.5 连铸技术发展,43,图 专利原理 1-中间包；2保护剂加入装置；3进水口；4

8、结晶器；5铸坯； 6拉辊；7出水口；8压缩机；9钢包；10振动机构,前沿技术研究: 液芯压下技术 液压非正弦振动 电磁连铸,连续铸钢技术展望 传统连铸机的超高效率和高品质化 近终形电磁连铸机的开发,44,连铸经济技术指标,45,7.1.6 耐火材料技术发展,耐火材料的发展 一极是不定形化，另一极是定形耐火材料的高纯化、精密化、致密化和大型化,耐火材料的“三高”工艺： 高纯原料 高压成型 高温烧成,不定形耐火材料的最近动向低水泥和无水泥浇注料的开发和使用研究 喷补修补法的改进研究 施工法的机械化和自动化,46,参考书 1. 曲英主编，炼钢学原理，冶金工业出版社。 2. 徐文派主编，转炉炼钢学，冶

9、金工业出版社。 3. 章天华等编，炼铁，冶金工业出版社。 4. 成兰伯. 高炉炼铁工艺及计算，冶金工业出版社，1991 5. 陈新民主编，火法冶金过程物理化学冶金工业出版社。 6.陈家祥，钢铁冶金学（炼钢部分），冶金工业出版社，2004 7炼钢工艺学高泽平冶金工业出版社2006 8.电弧炉炼钢工艺与设备沈才芳冶金工业出版社2002 9. 炼钢学、炼铁学 北京科技大学,47,参考网站 武汉科技大学钢铁冶金学课件 辽宁科技大学钢铁冶金学课件 冶金技术网， 中国钢铁新闻网， 中国钢铁工业协会网， 钢铁大学(利物浦大学主办) http:/www.steeluniversity.org/,48,7.2

10、炼钢的任务 7.2.1 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。 提高Mn/S比可提高钢的热延展性。 钢中元素与S结合的能力依下列次序减弱：

11、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，它形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。,50,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，易偏析在晶界，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。,51,钢中O 一般测定的钢中氧含量是TO，包括溶解 氧和氧化物中氧。在用浓差法定氧时才测定钢 液中溶解的氧

12、（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。,53,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

13、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。,(4) N能使钢产生蓝脆。 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。,55,钢中H 危害：白点（发裂）、疏松和气泡，使钢变脆。 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

14、去氢； （3）RH/VD真空下去除。,56,7.2.2 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。,(2) 钢中锰 Mn弱脱氧剂，协助Si、Al脱氧 Mn消除S的热脆倾向，FeSMnS Mn略微提高钢的强度，提高钢的淬透性能 Mn稳定并扩大奥氏体区,57,（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。,（4） 钢中铝 铝镇静钢Als 0.020.06%，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

15、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间保持到较高的温度。 做好保护浇注工作，防止二次氧化。,58,7.2.3 浇注成内外部质量好的铸坯,连铸坯表面缺 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）,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,铸坯内部缺陷,合适的浇注温度,59,7.3 .1 Fe-Fe3C相图 （1） 铁碳合金组元性质 （2） Fe-Fe3C相图分析 （3）铁碳合金平衡结晶过程 （4） Fe-Fe3C相图的应

16、用 （5 ） 碳钢,7.3 钢的性能,60,Fe-Fe3C相图,61,渗碳体是个亚稳定的相，石墨才是稳定的相。但石墨的表面能很大，只有在极缓慢冷却或加入某些合金元素使石墨的表面能降低，碳才能以石墨的形式存在。 因此，铁碳相图有两类： 液体、固溶体和渗碳体之间亚稳平衡，是紧靠铁端部分，其中C含量的范围是06.69 液体、固溶体和石墨之间的稳定平衡，其中C含量的范围是0100。,62,63,（1） 铁碳合金中的组元及相 纯铁（iron）,1394,1538,912, - Fe, - Fe, - Fe,64,力学性能：b176274MPa 0.298166MPa 3050，7080 HB5080 aK1.52MNm/m2 应 用：主要应用于电子材料，作为铁芯。,65,铁素体（Ferrite）,碳在-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，简称为铁素