《钢铁生产概论-炼钢部分)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢铁生产概论-炼钢部分)（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、炼钢生产概论第一讲 概述铁与钢性能的比较铁与钢的定义转炉炼钢法的发展经过课程介绍：通过本课程培训使学员系统了解和掌握炼钢的基本任务,炼钢的基本原理,转炉炼钢、炉外精炼及铸锭等。整个课程分为五讲。第一讲 概述铁与钢性能的比较生铁硬而脆，耐磨性好，熔点低利于铸造，但强度低，一般不能进行压力加工，焊接性能差;钢的性能优于生铁，强度高，塑性、韧性和焊接性能好，可轧制、锻造等各种机械加工；若加入不同的合金元素，可以得到各种特殊性能；此外用热处理方法改变同一成分钢的性能。铁与钢的定义所谓生铁是指含碳量在2.116.69之间，并含有一定量的Si、Mn、S、P等元素组成的铁碳合金；钢是指含碳量在0.022.1
2、1之间，并含有一定量的Si、Mn和少量的S、P等元素组成的铁碳合金。因此生铁与钢的性能不同的根本原因是它们的成分不同，其中特别是碳元素的含量不同。炼钢就是创造一定的有利条件，利用氧化剂如氧气等与铁水中的碳、硅、锰、磷、硫等元素进行直接或间接的氧化以及造渣反应而使其转化为炉渣被除去。因此从化学角度看，炼钢主要是氧化过程。炼钢的基本任务炼钢的基本任务是：脱碳、脱氧、去硫、去磷、去气、去除非金属夹杂物、升温与合金化。现代炼钢方法1)、转炉炼钢法（1856年英国人贝塞麦发明）2)、平炉炼钢法（1864年法国马丁父子发明）3)、电炉炼钢法（二十世纪初出现）转炉炼钢法的发展经过1）、底吹空气酸性转炉炼钢1
3、856年英国人贝塞麦发明；要求铁水有较高的含硅量和较低的P、S等;2）、底吹空气碱性转炉炼钢1878年托马斯在贝塞麦炼钢法基础上创建的，对铁水的P、S等要求不高;3）、氧气顶吹碱性转炉炼钢随着制氧技术的发展，在1952年出现氧气顶吹碱性转炉炼钢，克服了转炉钢质量差，原料限制严的两大缺点。目前世界上除氧气顶吹碱性转炉炼钢外，又发展了底吹氧气转炉炼钢和复合吹炼转炉炼钢法。平炉炼钢法的缺点1）平炉要用燃料;2）炉体庞大;3）设备复杂;4）基建投资大;5）炉子热效率低;6）熔炼时间长;7）劳动生产率不高等。本讲小结：1、钢与生铁的区别；2、钢与铁的定义；3、炼钢的定义及其基本任务；4、现代炼钢方法；5
4、、平炉炼钢的缺点。第二讲 炼刚的基本原理炼钢炉渣的主要作用炉渣粘度的定义及影响因素硅元素的氧化方式及特点沉淀脱氧定义及特点实际生产中减少钢中气体的方法第二讲 炼刚的基本原理炼钢炉渣的主要作用1)通过调整炉渣成分、性能及数量，控制金属液中各元素的氧化和还原过程，脱除金属液中的硫、磷、氧的等有害元素;2)吸收从金属液中上浮的各种反应产物和非金属夹杂物;3)覆盖金属熔池，减少散热和防止从炉气中吸收氢、氮等有害气体;4)使铁和合金元素的烧损尽可能地减少;5)其它作用，如浇铸过程中使用的保护渣，防止钢液二次氧化，改善铸坯或钢锭的质量。炼钢炉渣的来源1)金属料中元素的氧化反应物和硫化物；2)为了使炉渣具有
5、所需要的性质，向炉内加入的各种造渣材料，造渣材料是炉渣的主要来源；3)被侵蚀、剥落下来的炉衬材料；4)废钢和冷却剂带入的泥沙、脉石和铁锈等。炼钢炉渣的主要性质1)炉渣碱度2)炉渣的氧化能力3)炉渣的粘度炉渣粘度的定义及影响因素炉渣的粘度代表熔渣内部相对运动时各层之间的内摩擦力。粘度与流动性成反比关系。影响因素：炉渣的粘度主要受温度及其成分和均匀性影响。通常提高温度可以降低炉渣的粘度改善其流动性，但随着温度的升高，碱度渣的粘度降低比酸性渣的大；在同一温度下，酸性渣的粘度比碱性渣的高，在碱性渣中，CaO含量超过一定值后，随着CaO含量的增加，炉渣粘度增加；此外多相不均匀性熔渣的粘度将远高于组成相同
6、的均匀单相的熔渣的粘度。炉渣的氧化能力定义、影响因素及表示方法炉渣的氧化能力是指它与之接触的金属液中传递氧的能力。炉渣的氧化能力取决于其组成和温度。生产中常用渣中的氧化铁的含量来表示氧化能力的强弱。元素的氧化顺序衡量依据元素氧化顺序一般用该元素氧化物的分解压的高低来衡量。若该元素的分解压低，则表明该氧化物稳定，对应元素易被氧化；反之亦然。铁元素的氧化方式及作用1、直接氧化2、间接氧化O+Fe=(FeO)作用：炼钢过程中杂质元素的氧化一般通过(FeO)进行的间接氧化反应来实现。硅元素的氧化方式及特点特点：在碱性渣中，冶炼初期硅几乎全部被氧化，而不会再被还原。锰元素的氧化方式及特点锰的氧化反应有三
7、种方式：特点：1）在冶炼初期锰和硅一样被迅速大量氧化，但锰的氧化程度要低些;2）由于锰的氧化反应是放热反应，而且生产的MnO为弱碱性氧化物，在碱性渣中呈自由状态存在，在冶炼后期熔池温度升高部分被还原会出现回锰现象。炼钢过程碳元素的氧化方式和作用氧化方式：1）使钢水的含碳量降到所炼钢种规格范围内；2）脱碳反应产物-CO从熔池中排出，使熔池受到搅动，加快熔池内的反应，同时均匀钢水的成分和温度；3）CO气体从熔池中排出有利于钢水中的气体和夹杂物的排除，提高了钢的质量。炼钢过程炉内总脱磷反应方程式及反应的基本条件脱磷的反应方程式：基本条件是：1）提高炉渣碱度，即提高(CaO)的含量;2）提高炉渣氧化性
8、，即提高(FeO)的含量;3）脱磷反应是放热反应，所以较低的温度有利于脱磷;4）加大渣量，即降低(P2O5)含量，也有利于脱磷。炼钢脱硫的总反应方程式及基本条件脱硫的总反应方程式：(FeS)+(CaO)=(CaS)+(FeO)-Q基本条件：1）高碱度；2）高温度；3）低(FeO)；4）大渣量。氧的危害1)破坏钢锭的合理结构;2)降低钢的机械性能;3)加剧钢的热脆倾向。脱氧方法1)沉淀脱氧（又叫直接脱氧）；2)扩散脱氧（又叫间接脱氧）；3)真空脱氧。沉淀脱氧定义及特点沉淀脱氧就是直接向钢液加入与氧亲和力比铁与氧亲和力大的元素（脱氧剂），使它夺取溶解与钢中的氧，生成不溶于钢液的氧化物，上浮进入炉渣
9、，从而降低钢中的氧含量。特点：操作简便，脱氧速度快，时间短，但由于脱氧反应在钢液内部进行，钢中会含有脱氧产物，而形成非金属夹杂物，影响钢的质量。扩散脱氧定义及特点扩散脱氧是以氧在金属液与炉渣间的分配定律作为基础的。即当温度一定时，氧在金属液和炉渣的分配比为一常数，因此人为降低渣中的(FeO)的含量，必将引起氧自金属液向炉渣的扩散转移，从而降低金属液中的氧含量。此法一般应用于电炉炼钢中脱氧。特点：由于脱氧反应在炉渣中进行，脱氧产物不进入钢液，故钢液较纯净，但操作较复杂，脱氧速度慢，时间长。真空脱氧定义及特点真空脱氧是将已炼成的钢液，置于真空条件下，利用钢液中的碳作为脱氧剂进行脱氧。特点：由于脱氧
10、反应产物CO不沾污钢液，而且CO上浮过程中，还会把钢中气体和非金属夹杂物带走。钢的合金化及合金元素的加入方法钢的合金化是指加入某一种或几种合金元素，使其在钢中的含量达到成品钢规格的操作过程。合金元素的加入方法主要取决于它们的被氧化程度，以及合金元素的熔点，比重和加入量的多少。1）对于不氧化的元素如镍、钼等，可在装料时加入；2）对于弱氧化元素如钨、铬等，一般以铁合金形式加入炉内或盛钢桶内；3）对于易氧化的元素如铝、钛等，应在脱氧良好的情况下加入。钢中气体的危害1)氮的危害增加钢的时效硬化和导致蓝脆。2)氢的危害导致氢脆和产生白点、发裂的根本原因。实际生产中减少钢中气体的方法1）使用干燥、清洁的炉
11、料；2）控制钢水的温度不要过高，并保持炉内良好的沸腾；3）尽可能减少钢水与炉气接触的时间和烘烤出钢槽、盛钢桶等；4）采用富氧或纯氧炼钢、真空熔炼、真空脱气以及真空浇铸等新技术，可以保证钢中气体含量降到最低限度。钢中非金属夹杂物定义、来源及危害钢中非金属夹杂物是指钢中一些金属元素及Si与非金属元素结合而成的非金属化合物。通常主要是硫化物和氧化物。钢中的非金属夹杂物，主要来源于钢在熔炼、凝固和脱氧过程中化学反应产物，其次来源于耐火材料和炉渣的微粒以及原材料中带入。钢中非金属夹杂物的存在，破坏了金属基体的连续性，每一点非金属夹杂物都是金属基体的薄弱点，它与裂缝相似。实际生产中减少钢中非金属夹杂物的方
12、法1）改善耐火材料的质量；2）尽可能使加入的炉料和浇注设备洁净；3）炼钢在高温下使熔池有足够的沸腾时间，利用CO气泡在上浮过程中吸附夹杂，增加夹杂相互碰撞、长大、浮入渣中；4）采用正确脱氧制度和出钢后在盛钢桶中进行镇静，使夹杂物上浮到渣中而被除去；5）采用保护浇注、真空浇注等，以减小或杜绝空气对钢液的二次氧化。本讲小结：1、炼钢炉渣的作用与来源;2、炉渣碱度、氧化能力及粘度的定义；3、元素的氧化顺序判断的依据；4、碳元素氧化的方式及对炼钢的作用；5、磷的危害及有利脱磷的反应条件；6、硫的危害及有利脱硫的反应条件；7、脱氧的目的及方法；8、钢中气体的危害及炼钢过程中去气的方法；9、钢中非金属夹杂
13、物的危害及炼钢过程中去除非金属夹杂物的措施。第三讲 转炉炼钢法转炉炼钢用原材料氧气顶吹转炉炼钢的优点转炉主体设备的组成氧气底吹转炉炼钢的特点第三讲 转炉炼钢法转炉炼钢用原材料1)金属料：铁水、废钢和铁合金2)非金属料：造渣材料、氧化剂、冷却剂和增碳剂转炉炼钢对铁水的要求1)硅、锰适合如果铁水中的硅量过高，则导致石灰消耗量增多，从而使渣量过大，容易产生喷溅，使金属的收得率下降，同时加剧对炉衬的侵蚀，使炉龄下降；反之铁水中的硅含量低时，致使热量不足，石灰溶解缓慢，不易成渣，渣量过少，对脱硫、磷不利。锰能加速石灰的熔化，促进化渣，提高炉衬寿命，并有利于去硫。2)硫、磷低3)成分稳定4)温度高转炉炼钢
14、对废钢的要求1)仔细检查严防混入封闭容器、爆炸物和毒品，注意防止混入铅、锌、铜等有色金属，此外，应尽量减小废钢带入的泥沙、耐火材料等。2)合金废钢应按其所含合金元素的不同分类存放3)对外形尺寸和单重过大的废钢，应预先进行解体和切割，对轻薄料应打包或压块等处理。转炉炼钢对铁合金的要求1)铁合金必须加工成一定块度使用，使钢的成分均匀和减少烧损；2)使用前还应烘烤，以减少带入钢中的气体；3)要纯净，不得混有其它夹杂物。转炉炼钢造渣材料种类及其要求转炉炼钢造渣材料主要是石灰、萤石和白云石。转炉炼钢对石灰的要求：1、石灰中CaO含量高而和硫等杂质的含量尽可能低2、要求石灰应烧透（轻烧）而不能过烧3、石灰
15、的块度一般在540mm之间萤石的主要成分是，加入炉内能帮助化渣，是造渣的助熔剂。要求是含含量高、含量低。白云石的主要成分是。用白云石代替石灰造渣，使渣中含有一定的氧化镁，可以减少炉衬中的MgO向渣中转移，减轻炉渣对炉衬的侵蚀；而且还能促进前期化渣。转炉炼钢氧化剂种类及其要求转炉炼钢氧化剂主要有氧气、铁矿石和氧化铁皮。转炉炼钢对氧气的要求1）、氧气的纯度99.5（宝钢要求99.6%）2）、氧气应脱除水分，还要求氧压稳定，安全可靠。对炼钢用的铁矿石要求是含铁高，和水分少。对氧化铁皮，则要求杂质含量少，不得含油污和水分，使用前必须烘烤。氧气顶吹转炉炼钢的优点1）生产率高；2）原料适应性好；3）冶炼的钢的质量好、品种多；4）基建投资少、建设速度快；5）原料消耗少，热效率高、成本
