合金材料及熔炼：第四章 铸造合金的熔炼

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1、1第四章 铸造合金的熔炼 2优质铸件获得的基本条件 合格成分 高质量的铸型 优质的合金液 严格的检验3铸造合金的冶炼方法选择依据：质量,效率,成本金属名称熔炼方式及设备铸铁冲天炉、电炉(工频,中频,电弧炉)铸钢电弧炉、中频电炉铝合金电炉(工频,中频,电阻炉)、油炉、焦炭炉铜合金电炉(工频,中频,电阻炉)、油炉、焦炭炉4优点:成本低(为电炉1/3),效率高(最大100t/h)缺点:温度及成分不可调,增硫夹杂物增多用于铸铁(灰铁、球铁、蠕铁等)4.1 冲天炉熔炼5冲天炉熔炼炉料燃料焦炭铁料生铁、回炉料、废钢、硅铁、锰铁辅料石灰石6冲天炉熔炼过程主要包括燃烧过程、热交换过程和冶金反应过程 74.1.

2、1 冲天炉的燃烧过程(1) 焦炭的燃烧反应 焦炭由两部分组成：底焦炉底以上(12)m厚的焦炭层，层焦它与金属炉料及熔剂分批分层加入炉内。 开始送风后，空气经风口进入炉内只与底焦层中的焦炭发生燃烧反应，而层焦只处于预热、干燥及挥发物排出过程，而未发生燃烧反应。层焦与底焦层接触后，一方面补充底焦，另一方面也开始发生燃烧反应。 8氧化带的燃烧反应 氧气较少：不完全燃烧产物与O2反应：9还原带的燃烧反应：10(2) 焦炭燃烧特点及其影响因素铸造焦：一般铸造焦的固定碳含量80%，灰分7%14%，硫分0.8%，挥发分2%，以及水分。冶金焦高炉炼铁焦炭配制的煤、隔绝空气，1300、20h炼制。11 影响冲天

3、炉内焦炭燃烧过程的因素，主要是送入炉内空气的数量和质量(即温度，含氧量等)，焦炭的质量(即灰分、块度等) 焦炭质量的影响 焦炭灰分含量、灰分组成(固定碳及发热量、燃烧速度，最高温度和温度、气体的分布曲线，炉渣、焦耗)焦炭的块度 (反应面积，反应区间大小、燃烧温度，块度增加、氧化带扩大、燃烧温度增高)焦炭的强度 (破碎、影响块度)反应能力 (焦炭与CO2进行还原反应能力的高低)气孔率及气孔形态特征 12 空气对燃烧过程的影响 送风强度(送风量大小，m3/m2min )空气温度 空气中的含氧量 空气湿度(最佳湿度5-7g/m3) 衡量冲天炉熔炼效果的主要技术指标是铁水温度和小时熔化率调节：焦炭消耗

4、量和送风强度13(3) 炉气燃烧比 燃烧比越小，燃料的利用率越低，化学热损失占全部发热量的份额也就越大。冲天炉的燃烧比一般在v=40%-80%。可根据燃烧比计算冲天炉的空气需求量，选配风机。14(4) 冲天炉的底焦高度变化规律 在冲天炉正常稳定熔炼时，每熔化一批金属炉料底焦高度因燃烧而降低(h)，当这批料熔化完毕时，批料上的层焦则补充到底焦顶面。若层焦的厚度正好为(h)时，底焦顶面又回复到原来的高度，这样不断的反复保持了冲天炉稳定正常的连续熔炼。因此，正常熔炼的底焦高度始终在层焦厚度(h)范围内波动，其平均底焦高度稳定不变。 当冲天炉送风量或焦耗变化时，则底焦高度必然变化，进而使熔炼过程相应变

5、化。15 若风量不变、层焦用量增加时(即焦耗增大)，原来熔化一批金属炉料消耗的底焦少于补充的层焦，使底焦高度上升，但这样并不会造成底焦高度无限升高，经过35批料后，底焦高度会在一个新的高度上稳定下来。 当层焦量减少时，底焦高度会逐渐下降，经过35批料后，底焦高度也会在某个较低的高度上稳定下来。所以通过改变层焦加入量可以调整底焦高度，并控制和调整熔炼过程。16冲天炉焦耗不变时，当送风量增加时，燃烧速度加快，熔化一批料所消耗的底焦量增多，若层焦量不变时，必然造成底焦高度会逐渐下降，通过35批料的过渡以后，增加送风量所燃烧的焦炭量与补充的层焦量相等，底焦高度就会重新在某个较低的高度上稳定下来。 当送

6、风量减少时，由于消耗的底焦量少于层焦补充量，底焦高度就会逐渐升高，通过35批料过渡后，底焦便在某个较高的高度上稳定下来。174.1.2 冲天炉的热交换过程(1) 预热区的热交换 炉气给热以对流传热为主Q炉料吸收的热量；k对流换热系数，A料块表面积，炉料在预热带中的停留时间t气，t料分别是炉气温度和炉料温度。18(2) 熔化区的热交换 熔化区的热交换：块状固体与1300左右的炉气进行的热交换仍然是在料块表面进行，并以对流换热方式为主。其影响因素和预热区相同，只是料块温度始终保持不变，料块在熔化带停留的时间较短(612分钟)。 为了尽可能减少因炉料的熔点差异造成熔化带范围太大，造成铁水成分波动带来

7、的不利影响，在操作工艺上对不同炉料块度分别作了限制(如废钢块度比回炉料块度要小)，在加料顺序上也作了规定(如先加废钢后加回炉料)。19(3) 过热区的热交换A换热面积；换热时间，与实际底焦高度有关；t温度差，即热源(炉气或焦炭表面)与液滴之间的温度差；k1、k2、k3、k4分别为炉气对流、炉气辐射、焦炭辐射和接触换热方式的换热系数。 2021(3) 汇集区的热交换 当液滴通过过热区后，即进入炉缸区 (下排风口平面至炉底面区域)，由于该区没有燃烧反应所必须的空气和CO，因此不可能进行氧化反应和还原反应，焦炭既不放热也不吸热。但进入汇集贮存区的铁水温度将因炉壁和炉底耐火材料吸热而降低。通常铁水在炉

8、缸、过桥和前炉内降温约 (60100) ，对于贮存时间较长或小型冲天炉的降温更为严重。 22 从以上分析可知：过热区是冲天炉热交换最薄弱的环节。冲天炉的总热效率为35%左右，其中预热带热效率为50%60%，熔化带为50%左右，但过热带的热效率仅为6%8%。因此，几乎所有冲天炉的强化措施，无论是从工艺或结构还是其它方面的措施，都是围绕着提高过热区热效率进行的。虽然如此，如果预热区和熔化区的热交换过于薄弱，使块料预热不充分，熔化位置低于正常高度，导致过热高度缩短也会影响总过热效率，故对这两个区域也都应重视。 234.1.3 冲天炉的冶金反应(1) 冲天炉各个区域的冶金反应 预热区 金属炉料与炉气中

9、的CO2、CO、SO2等气体接触，在料块表面发生如下反应： 若金属炉料质量很差(如比表面积大的轻薄料、切屑等的用量大)，上述反应则不能忽视，特别是铁的氧化和增硫反应。24 熔化区 块料逐层熔化，其表面与炽热炉气接触，冶金反应强烈。 这些反应造成金属的化学成分发生变化。尤其是当底焦高度过低时，炉气中的CO2含量较高，上述反应更为剧烈，使金属严重氧化。 25 过热区在与炽热的焦炭表面接触时发生下列传质过程： 当金属液滴通过过热区时，一方面是表面积大、液滴内外扩散及对流容易进行。因而成分易于均匀；另一方面液滴不仅与炉气及炽热的焦块表面接触，而且与炉渣滴接触。因此，除与CO2发生反应外，在氧化带还发生

10、下列冶金反应：26 当液滴与沪渣滴接触时，炉渣中的FeO与液滴中的组分发生下列反应： 这两种反应对于Si、Mn而言是氧化反应而对Fe而言则是还原反应。由于Si、Mn元素含量少，对铸铁的性能影响大，价格高，故在实际生产中还是将上述反应归为氧化反应之列。 27 炉缸内 该区没有气体流动和燃烧反应，炉气中几乎没有O2和CO2，只有CO和N2存在，故液滴和铁水只与焦炭、炉渣和炉气中的CO接触。此时除焦炭、炉渣的氧化和溶解外，没有CO2，O2的氧化反应。但当温度等因素合适时可能发生下列还原反应： 冲天炉熔炼过程的主要反应是Fe、Si、Mn与CO、CO2、O2、FeO及C之间的氧化还原反应、其它反应都处于

11、次要地位。 28(2) 冲天炉熔炼过程中合金元素的变化规律 炉渣 冲天炉内炉渣来源于炉衬的侵蚀、焦炭的灰分、炉料带入的杂质、金属元素烧损所形成的氧化物以及加入炉内的熔剂(CaCO3)。石灰石(CaCO3)在高温下分解而得到石灰(CaO)，CaO和其它夹杂物反应而形成低熔点的复杂化合物，即炉渣。冲天炉内的渣量一般占金属料质量的610%。29酸性：SiO2、P2O5碱性：CaO、MgO、MnO、FeO中性：Al2O3、Fe2O330 含碳量的变化铁水的增碳铁滴和焦炭接触界面上。C + O2 CO2 +QC +CO2 2CO QFeO + C Fe + CO -Q铁水的脱碳炉气对铁水的直接脱碳和炉气

12、通过FeO对铁水的间接脱碳。31 在冲天炉熔炼过程中，由于炉料含碳量通常低于铸铁的共晶碳量，因此一般总是增碳的。 凡是有利于提高铁液温度，增加铁液与焦炭接触的时间和面积，减弱炉气氧化性的措施，都将有利于增碳。 冲天炉内铁液的增碳起因于铁液与焦炭的直接接触。 当采用煤粉化铁和天然气化铁等铁液不接触焦炭的熔炼方法时，往往非但不增碳，甚至反而会减碳。因此，采用煤粉化铁是变增碳为减碳的一条重要途径。32 含硅量和含锰量的变化 在冲天炉熔炼中，硅和锰的正常烧损认为是不可避免的。但应掌握它们的烧损规律。 在正常熔炼条件下： 酸性冲天炉硅的烧损率为1015%，锰的烧损率为1520%。 碱性冲天炉硅的烧损率为

13、2025%，锰的烧损率为1015%。33 含硫量的变化 铁液中硫的来源有两个途径，一是炉料中固有的硫，再就是铁液从焦炭中吸收的硫分。 酸性冲天炉熔炼条件下不具有脱硫的能力。 碱性冲天炉，特别是预热送风碱性冲天炉熔炼，能有效地脱硫。所以，在一般的酸性冲天炉中，铸铁经熔炼后，含硫量往往是增加的。34 含磷量的变化冲天炉熔炼中，磷的变化不大。既不渗磷，也不能去磷。 在一般酸性冲天炉内，这些元素的变化趋向是：碳、硫增加，硅、锰烧损，含磷不变。这些元素变化的大小，取决于炉料、焦炭、炉气与炉渣的状况，以及它们在具体操作条件下的相互作用。值值得得注注意意的的是是，铁液温度对铁液成分的变化具有决定性影响，高温

14、是控制碳量、减少硫量、降低烧损的基本条件。所以，从实际情况出发，正确处理降低焦耗与减少熔耗的矛盾，是完成冲天炉熔炼任务必须解决的根本问题之一。354.1.4冲天炉强化熔炼的主要措施(1) 预热送风 预热送风是强化冲天炉熔炼的有效措施之一。热风能够强化底焦燃烧，提高炉温，从而提高铁液温度。36 采用热风使炉温提高，不仅可以减少硅、锰等合金元家的氧化烧损，而且可以提高增碳率，降低增硫率，特别是高温热风时效果尤为显著，因此，采用高温热风可以增加炉料中废钢的比例，甚至可以用100%的废钢，还可以用钢铁屑等低质材料作为炉料，其配入量可达50%以上。37 预热送风系统中最基本的部分是热交换器。利用废气余热

15、的热风冲天炉的热交换器一般是装在冲灭炉内，故称为内热式。而利用废气燃烧的热风冲天炉的热交换器一般是装在冲天炉外，故称为外热式。38 富氧送风是在送风过程个加入一定比例的氧气，以提高送风中氧的浓度来强化冲炉熔炼的方法。加入质量分数3%的氧即能起到相当于400热风的作用。提高冲天炉的熔化速率，能相应降低焦铁比，适当减小送风量，从而节约燃料费用和动力费用由于提高了炉温，使得铁液中的硅、锰烧损率减小。 富氧送风除了提高铁液过热温度外，还具有下述良好作用：(2) 富氧送风39富氧送风方法有三种方式40(3) 除湿送风H2O + C CO + H2H2O H2 +1/2O2吸热反应水的危害：增加铁液的含氢

16、量，恶化铁液质量，石墨化因难41 冲天炉除湿送风方法很多，有吸附除湿、吸收除湿和冷冻除湿等方法。424.2 电弧炉熔炼4.2.1 电弧炉炼钢的特点炼钢的目的和要求包括4个方面：将炉料熔化成钢液，并提高其过热温度，保证浇注的需要。将钢液中的硅、锰和碳(冶炼合金钢时，还包括有合金元素)的含量，控制在规格范围以内。降低钢液中的有害元素磷和硫，使其含量降低到规定限度以下。清除钢液中的非金属夹杂物和气体，使钢液纯净。4344高温电弧加热，故容易控制炉气的气氛为氧化性或还原性。炉渣的温度很高、化学性质活泼，使钢渣之间的化学反应能够进行。电弧炉依照所采用的炉衬耐火材料的性质而分为碱性电弧炉和酸性电弧炉。碱性

17、电弧炉具有较高的脱磷和脱硫能力，对炉料的适应能力强。电弧炉作为炼钢设备的最大优点是热效率高，特别是在熔化炉料方面，其热效率高达75%。电弧炉炼钢的缺点是钢液容易吸收氢气。在电弧的高温作用下，空气中的水分子离解为离子氢和离子氧，在炉渣覆盖不严密的条件下，氢易侵入钢液而使钢液增氢。电弧炉炼钢的特点45 炉料熔化后要加入矿石或吹入氧气，使钢液产生剧烈的氧化沸腾，其目的是脱碳、脱磷、除气和去除非金属夹杂物。这种方法对炉料要求不十分苛刻，料源很广。氧化法适用于冶炼大多数碳素结构钢、合金结构钢和某些特殊钢种，如不锈钢。氧化法炼钢氧化法炼钢 在熔炼过程中无氧化期，不加入氧化剂，不发生剧烈沸腾，熔炼时间短。合

18、金元素烧损少。对于纯洁的炉料，或含有大量合金元素时，最好采用这种熔炼方法。不氧化法熔炼不氧化法熔炼4.2.2 碱性电弧炉炼钢46(1) 氧化法炼钢 氧化法炼钢的工艺过程包括补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期和出钢。 补炉 修补被浸蚀和被碰坏的炉底和炉壁(炉温高、操作快、补层薄) 装料 往料罐中装料时需要合理地布置炉料。装料以前先在炉底上铺一层重量约为炉料重量1%的石灰，其作用是在熔化炉料过程中造渣脱磷，并减小装料对炉底的冲击。 47 熔化期 熔化期的任务是将炉料熔化成钢液，并脱去钢中部分磷。 在通电后的高温电弧作用下，电极下面的炉料先行熔化。熔化期应采用最大的功率送电。 炉料在熔化过程中，铁、

19、硅、锰、磷等元素被炉气中的氧所氧化，生成FeO、SiO2、MnO及P2O5氧化物，这些氧化物又与石灰(主要成分为CaO)化合成炉渣，覆盖在钢液表面。 为了脱磷，在熔化末期分批加入装料量的12%小块铁矿石。炉料熔化以后，熔化期就结束。此时，应扒去富磷炉渣，然后加入石灰、萤石等造渣材料，另造新渣。 48 氧化期的任务是将钢液中的含磷量降低到规定的范围，去除钢液中的气体和非金属夹杂物，并提高钢液的温度。 氧化期 为使脱磷效果更好，在氧化期内还要加入新鲜石灰(CaO)造渣并加入萤石(CaF2)调整炉渣的粘度。2Fe2P + 5(FeO) + 4(CaO)(CaO)4P2O5 + 9Fe 脱磷的有利条件

20、是高碱度和强氧化性的、粘度小的炉渣，较大的渣量和较低温度。49矿石脱碳法 吹氧脱碳法 二者联用 在氧化期进行过程中，提高钢液温度进行氧化脱碳沸腾精炼，以去除钢液中的气体和夹杂物50 还原期 还原期的任务是脱氧、脱硫和调整钢液温度及化学成分。 白渣白渣的造渣方法如下：先加入造渣材料石灰、氟石和炭粉。 白渣的脱氧脱硫能力随时间延长而减弱，需要补充造渣材料，包括石灰和硅铁粉，硅铁粉起脱氧作用： 51 电石渣电石渣的造渣方法如下：先加入造渣材料石灰、氟石和炭粉电石渣中的碳起脱氧作用，石灰起脱硫作用，电石则既起脱氧作用，又起脱硫作用：随着还原过程的进行，炉渣逐渐失去脱氧和脱硫的能力，需要分批加入造渣材料

21、。电石渣增碳，适宜C0.35%，电石渣粘度大，出钢时不易与钢液分离，易生成夹杂物。电石渣白渣。52 出钢 钢液化学成分调整好后，即可用铝进行终脱氧。终脱氧的加铝量与钢炉和铸型状况有关，一般为钢液重的0.100.15%。用铝终脱氧的方法有两种，插铝法和冲铝法。 终脱氧后，升起电极，倾炉出钢。出钢时钢流要大，且要钢、渣齐出。这样，炉渣可起到保护作用，减小钢液的氧化、吸气和冷却。 此外，由于钢、渣同时注入包内，得到充分搅拌和接触，可起到进一步脱硫作用。对于少数含有易氧化元素的钢种，为了提高元素的收得率和稳定钢液的化学成分，则采用先出钢后出渣的出钢方法。 53(2) 不氧化法炼钢 不氧化法熔炼实质上是

22、废钢重熔，故又名返回法。它是近代熔炼合金钢、特别是高合金钢的主要方法。该法的优点是可以采用100%的废钢。 54 在熔化期，应经常向炉内加入已经烤过的石灰石或新烧的石灰，其加入量为炉料重量的24%。石灰石的使用对不氧化法冶炼特别重要，因为它能使炉渣活泼，促使炉温上升和清除钢液中的气体。在熔化期，炉料中约有30%的磷与碱性炉渣中的CaO结合。除磷所必需的FeO，一部分是炉料的氧化铁带入，另一部分是来自炉气对钢液的氧化。因为炉料的含磷量低，FeO少，所以脱磷不明显。 熔化期55 由于钢液中的FeO少，加入的铁合金不多和脱硫量也不多，所以还原期比氧化法缩短(2030)min。还原操作与氧化法相同。

23、与氧化法比较，不氧化法炼钢缩短冶炼时间1h左右，提高炉子生产率1921%，减少电能消耗1215%。 还原 56(3) 合金钢冶炼要点 合金元素的适宜加入时间。不易氧化的合金元素在氧化脱碳之前加入；容易氧化的合金元素则应在还原期加入。 合金元素的收得率。冶炼合金钢时，为了准确地控制钢的化学成分，应该掌握各种合金元素的收得率。 铁合金的处理。铁合金在使用前应破碎成适宜的块度。 加合金操作要点。在加合金操作时，应该根据合金的特点采取相应的措施。57584.2.3 酸性电弧炉炼钢(1) 酸性电弧炉炼钢的特点炉衬寿命较长。SiO2的热稳定性较MgO好。冶炼时间较短 由于酸性炼钢中不脱硫和脱磷，因而使得炼

24、钢时间比碱性电炉炼钢短。钢液中的气体相夹杂物较少。酸性炉炼钢的主要缺点是不能脱磷和脱硫，因此必须使用低磷和低硫的炉料。酸性炉可用来冶炼碳钢、低合金钢和某些高合金钢(如含硅的高合金钢、合格的高合金钢等)，但不适于冶炼高锰钢(因为MnO是碱性氧化物，会侵蚀酸性炉衬)。59(2) 酸性电弧炉氧化法炼钢的工艺要点 配配料料 由于酸性炉炼钢法不能有效地去除磷和硫，因此对炉料的含磷量相含硫量必须严加控制。生铁和回炉废铁中含磷、硫高。一般限制其使用量在10%以下。 补炉补炉 补炉材料用硅砂，用26%的水玻璃作粘结剂。 熔熔化化期期 熔化期中加入酸性造渣材料(硅砂、适量的石灰和碎烧土砖块)，加入量约占钢液质量

25、的2%。 氧氧化化期期 氧化期的任务是借助氧化脱碳所造成的钢液沸腾来清除气体和非金属夹杂物。脱碳可以采用砍氧法或矿石法。氧化期终了时，应扒除全部或大部分炉渣，另造新渣。60 还还原原期期 还原朗的任务是脱氧和调整成分。其工艺过程如下：首先造渣覆盖钢液表面。造渣材料为：硅砂/石灰3/2(质量比)，造渣材料加入量大约为钢液质量的3%。然后加入锰铁预脱氧。再加入混合脱氧材料进行还原。脱氧材料包括：炭粉、碎电极块和硅铁粉。脱氧材料应分批加入，还原的总时间大约1530min。当钢液脱氧良好，而且钢液温度达到出钢温度要求时，即可进行钢液化学成分的调整。化学成分调整好以后，用铝进行终脱氧。 出出钢钢 停电，

26、升起电极，倾炉出钢。钢液在钢液包中镇静5min以上的时间后开始浇注。614.3 感应电炉熔炼4.3.1 感应电炉的基本工作原理(1) 工作原理：电能热能 当感应圈内通过交流电时，坩埚内的金属炉料或铁水就会在交变磁场的作用下产生感应电流，因炉料本身具有电阻而发热，从而使金属熔化或过热。6263(2) 感应电炉的结构64高频感应电炉 采用的电流频率一般是200300kHz电炉容量在100kg以下，这种感应电炉一般是在实验室作科学研究用。中频感应电炉 采用的电流频率一般是频率范围1500 10000Hz。炉子容量从几公斤到几十吨。工频感应电炉是以工业频率电流(50Hz)作为电源的感应炉，和冲天炉相比

27、工频炉具有成分和温度易控制，铸铁中的气体和夹杂物含量低、不污染环境、劳动条件好等优点，已发展成熔炼各种铸铁合金的重要设备。按电源工作频率高低分类，无芯感应电炉有三种：65熔化速度快，生产效率高。中频炉的功率密度大，每吨钢液配置的功率比工频炉多2030%，故在相同条件下中频炉的熔化速度快，生产率高。使用方便灵活。中频炉可将钢水倒尽，重装新料，改变钢种。和工频炉、有芯炉每次必须留一部分钢(铁)水供下炉启动相比方便得多。和工频相比，驼峰较低，搅拌不太强烈，有利于提高炉子寿命和钢水质量。启动方便不用启熔块，对炉料尺寸无特殊要求。中频炉和其它熔炼设备比较有以下优点66 铁水化学成分变化小,可控元素CSi

28、MnPS变化率%-(510) +(510)-5不变不变 铁水温度高,可控 熔化率低(130T/h)， 成本高发展趋势冲天炉熔炼+工频炉(双联熔炼)4.3.2铸铁的感应炉熔炼酸性炉衬感应炉内元素烧损674.3.3 铸钢的感应炉熔炼 由于感应电炉炼钢中炉渣温度较低，化学反应能力较弱，故多采用不氧化法炼钢。一般情况下，待炉料全部熔化后，即行脱氧、调整化学成分和出钢。同样是由于炉渣化学反应能力较弱的原因，在炼钢过程中一般不进行脱磷和脱硫。在生产中，酸性炉衬和碱性炉衬都有采用的。68 酸性感应电炉由于不能脱磷和脱硫，因此所用的炉料必须是低磷和低硫的。 在碱性感应电炉炼钢条件下，通过造碱性炉渣，能起到一些

29、脱磷、脱硫的作用，所以对炉料的适应性较强，炉料的平均含磷量和含流量允许稍高一些。但就脱磷和脱硫能力而言，碱性感应电炉远低十碱性电弧炉。(1) 炉料69酸性造渣材料：造型用新砂65%，碎石灰15%，氟石粉20%。也可以用碎玻璃造渣。碱性造渣材料：用石灰和氟石，其质量比大约是石灰80%，氟石20%。当炉料中含磷、硫量较高时，在炉料熔清时，可扒除大部分炉渣，更换新渣。(2) 熔化70(3) 脱氧和出钢 采用不氧化法炼钢时，炉料熔清后就可以进行脱氧。一般采用将脱氧剂(锰铁、硅铁)直接加入钢液中进行脱氧(沉淀脱氧)的方法。脱氧以后，进行化学成分的调整，然后插铝进行终脱氧。终脱氧后，停电，倾炉出钢。71

30、钢、铁中都有一些不需要的合金元素及微量元素，还有夹杂物及气体，如不能清除将严重影响物理及力学性能，例如: 硫是球铁最常见的石墨球化干扰元素，又增加球化衰退。钢水中的气体（如氧，氢等）和非金属夹杂物严重影响铸钢件的质量。4.4 铸铁和铸钢溶液的炉外精练72 采用碱性炉衬冲天炉 主要用于碱性炉衬的冲天炉和水冷无炉衬的冲天炉。但碱性耐火材料(如镁砂)作炉衬寿命较短，在我国应用很少。 采用水冷无炉衬热风冲天炉，炉渣性质不受炉衬材料的限制，主要取决于熔剂用量的多少，所以很容易造高碱度渣，可取得较好的脱硫效果。4.4.1 铁液的脱硫处理 在炉内加入脱硫剂主要用于酸性冲天炉,使用的脱硫剂有石灰、电石、白云石

31、等。缺点:效果不稳定,腐蚀炉衬,因而较少应用(1) 冲天炉内脱硫73炉外脱硫剂 苏打、电石和石灰等。苏打脱硫 Na2CO3 Na2O + CO2 (Na2O) + FeS (Na2S) + (FeO) 电石脱硫 CaC2 + FeS (CaS) + Fe + 2C CaC2 + 2(CaO) + 3FeS 3(CaS) + 3Fe + 2CO 石灰脱硫 (CaO) + FeS (CaS) + (FeO) (2)炉外脱硫(在处理包中进行)74炉外脱硫方法 气动脱硫 向铁水中吹入氮气，或配合脱硫剂随氮气吹入铁水中，以提高脱硫效果。这是目前生产用得最普遍的脱硫方法。 喷射脱硫75多孔塞气动脱硫76摇

32、包脱硫回转包脱硫摇包脱硫77炼钢的主要任务：包含熔化和精练两部分 熔化炉料，将合金熔化并过热到一定温度以保证浇注需要；降低钢液中的有害元素磷和硫，使其含量不超过规定范围；清除钢液中的非金属夹杂物和气体，使钢液纯净；调整钢液的化学成分，使各元素的含量符合规格要求。 有些工作可在炉内完成，有些则在炉外进行，或炉内外同时进行，此时的炉外也可能指转到另一熔化炉进行精练。4.4.2 钢液的炉外精炼78 炉外精炼是近代炼钢技术发展的一个重要方向。炉外精炼过程是先采用电弧炉(或平炉、感应电炉等)进行钢的初炼(熔化炉料以及脱磷等)，而将其后的精炼(脱碳、脱硫、脱氧等)放在精炼设备中完成。 通过炉外精炼，可以提

33、高钢的纯净度，减少合金元素的烧损，大幅度改善钢的质量，而且能缩短炼钢时间，降低能耗。还可为冶炼超低碳钢开辟途径。 79AOD(Argon-Oxygen Decarburization) (1) 氩氧脱碳精炼法(AOD)钢液1560O2、O2+Ar、Ar脱碳，放出热量钢液温度不降低，略有上升。成分和温度达到要求出钢。80AOD法的吹炼过程从冶金反应方面可大体分为三个阶段: 吹氧阶段。吹炼初期，钢液含碳量较高，吹氧脱碳反应顺利进行。碳的氧化采取两种方式 2C + O2(气)2CO (直接氧化) 2Fe + O2(气) 2FeO (间接氧化) C + FeO Fe + CO (间接氧化) 经过一个阶

34、段的吹炼，碳的氧化反应接近平衡，并达到较低值。81 吹氩一氧混合气体阶段。由于气泡中含有氩气，降低CO的分压, 因而改变了原来的C-O平衡关系，促使脱碳反应进一步进行： C + FeO Fe + CO 其结果是使钢液含碳量进一步降低。 吹氩阶段。由于停止供氧，故钢液中的FeO量不再得到补充。更由于吹氩促进钢液中碳的进一步氧化，在吹氩阶段，钢液含碳量更进一步降低。82vAOD法最初用于冶炼超低碳钢种，由于氧氩的联合作用，使得脱碳过程进行得相当充分。在保持钢液低含氧量条件下，能容易地将钢液含碳量降低至0.03%以下。现在其应用范围扩大到其它钢种。vAOD法为生产高强度和超高强度低合金铸钢创造了条件

35、，AOD法可使钢液的含氢量和含氮量分别降至2ppm和80ppm以下。v AOD精炼法的另一重要用途是生产超低碳不锈钢。由于采用吹氩精炼，能在保持铬的氧化程度极轻微的条件下，将含碳量降至很低的水平。即能够最大限度地“脱碳保铬”。 C + FeO Fe + CO 2Cr + 3FeO (Cr2O3) + 3Fe83用电弧炉将炉料熔化成钢液，并提高至足够高的温度(t1560)。倾入底部有吹氩装置的钢包内，并将钢包装入VOD精炼装置的真空罐内，将罐盖盖好，抽吸真空。从上面进行吹氧脱碳，从底部进行吹氩搅拌。 VOD(Vacuum Oxygen-Argon Decarburization) (2) 真空氧

36、氩脱碳精炼法(VOD) 84 脱碳能力更强。随着真空度的提高，气相中CO的分压力进一步降低，使得钢液中的碳能被氧化至更低的值。用VOD法能炼出含碳量低于0.01%的钢(工业纯铁)。 去除钢液中气体的能力更强。钢中含氢量可降至1ppm以下。 节省氩气用量。为了形成同样的吹氩沸腾净化作用，在VOD法中氩气的耗量，大约只占AOD法的1/101/8。氩气的价格较贵，故节省氩气是VOD法的一大优点。 设备结构较复杂，投资较大。由于这方面原因，使得VOD法在铸钢生产方面的应用少于AOD法。85(3) 真空氧氩脱碳转炉精炼法VODC VODC(Vacuum Oxygen-Argon Decarburizat

37、ion Converter)法 。 VODC精炼方法所用的设备实际上是VOD炉与AOD炉的结合，也可说是AOD炉(或VOD炉)的变种。86VODC法的精炼过程可大体分为两个阶段：第一阶段：在不加真空条件下进行氧氩脱碳的过程，待钢液含碳量接近(稍高于)钢的规格成分要求时，将真空罩盖上。第二阶段：在真空条件下，进行吹氩精炼，进一步清除钢液中的气体和非金属夹杂物，并将超过规格的一小部分含碳量氧化掉。在添加合金进行钢的化学成分调整后，即可松开和移走真空罩，倾炉出钢。这种方法特别适用于冶炼低合金钢。87LF精炼功能：钢水升温、调温及保温功能强化脱氧、脱硫功能合金微调功能(4) LF精炼炉1971年，日本

38、特殊钢公司开发的Ladle Furnace，简称LF、LF炉、LF钢包炉、LF钢包精炼炉、 钢包炉、钢包精炼炉等。88氩气搅拌 这是LF炉最大的贡献强化精炼（还原）。 强化”加速钢-渣之间接触，有利于钢液脱氧、脱硫反应，加速夹杂物的上浮及均匀钢液成分与温度。埋弧加热 降低初炼炉出钢温度，补偿精炼过程吹氩、合金化等温度损失。 LF炉三根电极插入渣层中进行埋弧加热，这种方法辐射热小，对炉衬有保护作用，热效率高，浸入渣中石墨与渣中氧化物反应不仅提高了渣的还原性，而且还提高合金回收率，生成CO使LF炉内气氛更具还原性。89造强还原气氛 LF炉本身不具备真空系统，但由于钢包与炉盖密封隔离空气，加热时石墨

39、电极与渣中FeO、MnO、Cr2O3 等反应生成 CO气体，使 LF炉内气氛中氧含量减至 0.5%,使炉内具有强还原气氛。钢液在强还原气氛条件下可以进一步脱氧、脱硫及去除非金属夹杂。 90造高碱度白渣 LF炉白渣以CaO-CaF2为主要成分，一般渣量为钢液的37，渣对钢液中氧化物吸附和溶解，达到脱氧效果。 LF炉由于有温度补偿，吹氩强烈搅拌，随渣中碱度提高，硫的分配增大，可炼出含S仅为5ppm的低硫钢。钢液在强还原气氛、高碱性炉渣条件下可以进一步脱氧、脱硫及去除非金属夹杂。91 除超低碳、氮、硫等超纯钢外，几乎所有的钢种都可以采用LF法精炼，特别适合轴承钢、合金结构钢、工具钢及弹簧钢等的精炼。

40、 精炼后轴承钢全氧含量降至0.001%，H降至0.0003% 0.0005%，N降至0.0015%0.002%，非金属夹杂物总量在0.004%0.005%。适用的钢种92多功能LF法 指在上述LF炉功能的基础上再附加更多功能，如根据产品的钢种和质量要求，可增设真空手段，甚至装设氧枪系统、喷粉系统等，使之成为一个多功能的钢包精炼炉。 根据工艺要求它可以完成真空脱气、吹氧脱碳、吹氩搅拌、电弧加热、脱氧、脱硫、合金化等精炼任务。 将真空脱气(VD)、真空吹氧脱碳装置（VOD）及非真空的钢包炉（LF）的有机组合，即可以完成所有的精炼任务，也可以选择完成其中的几项精炼任务。这种组合成为的多功能精炼炉，它几乎可以精炼所有的钢种，它可以用高碳铬铁代替微碳铬铁炼超低碳不锈钢等超纯钢种。93谢谢各位同学!