炉外精炼页学习教案.pptx

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1、1 主要功能是：.在常压或真空条件下进一步脱氧及去除氧化夹杂(jiz)；.进一步脱硫、脱气、深度脱碳；.合金化及成分微调； .加强搅拌;.夹杂(jiz)物形态控制；.加热钢液。第1页/共42页第一页，共42页。2第2页/共42页第二页，共42页。3二. 炉外精炼出现的原因及意义：原因：1.市场对钢材品种、质量及性能的严格要求.纯净度的要求如:汽车用深冲钢板(gngbn)，要求钢中(C+O+S+P+N+H)0.01%.传统炼钢炉内的一次精炼的产品杂质含量高出此值几倍，甚至是几十倍，无法实现用户的要求。第3页/共42页第三页，共42页。4概论(giln)宝钢铁水预处理后：S 0.002%，P 0.

2、015%目前大生产过程(guchng)中经炉外精炼后可使钢水成分达到：C 0.001% ，H 0.0001%， O 0.0005%， S 0.0003%， P 0.0025%；21世纪大生产过程(guchng)中经炉外精炼后可使钢水成分可达到： C 0 . 0 0 0 4 % ， H 0 . 0 0 0 0 5 % ， O 0.0002%， S 0.00006%， P 70%) 的硅酸盐、钙的铝酸盐以及高熔点的硫的硅酸盐、钙的铝酸盐以及高熔点的硫化物化物 RE2S3 、 CaS 等等 , 属于这一类。属于这一类。如：在轧制温度下如前所述如：在轧制温度下如前所述钢中钢中(MnS ）三类）三类(s

3、n li)硫化硫化 物的物的变形能力也各不相同变形能力也各不相同 , 变形变形能力增加的顺序依次为：能力增加的顺序依次为：类类 类类 类类 , 即即 类类 硫化物最易变形。硫化物最易变形。 第18页/共42页第十八页，共42页。19当 =0 时，表示夹杂物不变形，只有基体金属(jnsh)变形；当 =1 时，表示非金属(jnsh)夹杂和基体金属(jnsh)以相同的程度变形。第19页/共42页第十九页，共42页。20(1)Fe0 、 MnO 及（ Fe 、 Mn) 。在室温下能和金属一起变形 , 随温度升高逐渐(zhjin)丧失了变形能力。（2） Al203 和钙的铝酸盐在钢的热加工的整个温度范围

4、内以及在室温下都无塑性 ,不变形。(3) 尖晶石类夹杂物在通常钢的热变形温度范围内不变形，当钢被加热到更高温度(1280）时能稍微变形。第20页/共42页第二十页，共42页。21(4) (4) 硅酸盐在室温下不能变形。但是(dnsh)(dnsh)在 8001300 8001300 的温度范围内，依其组成的不同，塑性变化很快。钢的热加工温度正处在上述温度范围内，可见对于钢材性能来说 , , 硅酸盐的组成很重要。(5) (5) 在 1000 1000 以下，MnS MnS 具有较高的塑性；超过 1000 1000 时随着温度的升高塑性逐渐减小。但仍具有较强的形变能力，由于一般工业用钢中硫化物夹杂占

5、有重要的地位，所以它对钢材性能的影响尤为重要。第21页/共42页第二十一页，共42页。22第22页/共42页第二十二页，共42页。233 3、按夹杂物的来源分类1 1）、外来夹杂物这类夹杂物是由于耐火材料、熔渣等在冶炼、出钢、浇铸过程中进入钢中并滞留在钢中造成的。一般外来夹杂物具有的特征是：外形不规则；尺寸比较大；偶然地在这里(zhl)(zhl)或在那里出现。2 2）、内生夹杂物这类夹杂物是在液体或固体钢内，由于脱氧和凝固时进行的各种物理化学反应而形成的。主要是和钢中氧、硫、氮的反应产物。第23页/共42页第二十三页，共42页。24内生夹杂物形成的时间有以下四个阶段 : : 钢液脱氧反应时生成

6、的并停留在钢液，称为原生 ( ( 或一次 ) )夹杂；在出钢和浇铸过程中温度下降平衡(pnghng)(pnghng)移动时生成的称为二次夹杂；凝固过程中生成的称为再生 ( ( 或三次 ) ) 夹杂；固态相变时因溶解度变化生成的称为四次夹杂。钢中大部分夹杂物是在脱氧和凝固时生成的，即主要是一次和三次夹杂物。第24页/共42页第二十四页，共42页。25内生夹杂物在钢中的分布是比较均匀的，且颗粒比较细小。如果夹杂物形成的时间较早，而且以固态夹杂的形式(xngsh)(xngsh)出现在钢液中，则这样的夹杂物在固态钢中多具有一定的几何外形。当夹杂物以液态的第二相形式(xngsh)(xngsh)存在于钢液

7、中时，则夹杂物呈圆形。较晚形成的夹杂物多沿初生晶粒的晶界分布，按夹杂物与晶界润湿情况的不同，夹杂物或呈颗粒状如 Fe0, Fe0, 或呈薄膜状如 FeS FeS 。从组成来看，内生夹杂物可能是简单组成 , , 也可以是复杂组成；可以是单相的，也可以是多相的。 第25页/共42页第二十五页，共42页。26夹杂物的变化：在钢锭凝固以及随后的冷却过程中，夹杂物不仅(bjn)(bjn)力求与周围的钢液或固溶体保持平衡，而且夹杂物本身也不断发生转变。例如析出新的化合物以趋于稳定状态。如果冷却比较快 , , 夹杂物也可能以过冷液体 ( ( 玻璃态 ) ) 或过饱和固溶体的形式保留下来。在轧 制、锻造或热处

8、理时，每次加热都为夹杂物和钢基体之间趋向平衡提供了条件。所以，在室温下于钢材中所观察到的夹杂物，实际上是经过了一系列复杂变化的结果。第26页/共42页第二十六页，共42页。274、接照夹杂物的尺寸大小分类这种分类方法又称金相分类法 , 研究夹杂物对钢性能(xngnng)的影响时常用。 钢中的非金属夹杂物 , 按其尺寸大小不同可分为宏观夹杂、显微夹杂和超显微夹杂三类。 A、 宏观夹杂凡尺寸大于 100 m 的夹杂物叫宏观夹杂 , 又称大型夹杂物。 这一类夹杂物用肉眼或放大镜即可观察到 , 主要是混入钢中的外来夹杂物；其次，钢液的二次氧化也是大型夹杂物的主要来源 。因为研究发现在大气中浇注的钢中大

9、型夹杂物的数量明显多于氧气保护下浇注的钢 。第27页/共42页第二十七页，共42页。28一般情况下 , , 钢中的大型夹杂物的数量不多 , , 但对钢的质量影响却很大。B B 显微夹杂凡尺寸在 1100 m 1100 m 之间的夹杂物叫显微夹杂 , , 因为要用显微镜才能观察到 , , 故称显微夹杂。研究发现 , , 钢中显微夹杂物的数量与脱氧后钢中溶解氧的含量之间存在很好的对应关系(gun (gun x) , x) , 因此一般认为显微夹杂主要是二次夹杂和三次夹杂 。第28页/共42页第二十八页，共42页。29C 超显微夹杂凡尺寸小于 1 m 的夹杂物叫作超显微夹杂。 钢中的超显微夹杂主要是

10、三次夹杂和四次夹杂 , 一般认为钢中的该类夹杂数量很多，但对钢性能的危害不大。二、夹杂物对钢的性能的影响非金属夹杂物对钢性能的影响 , 主要表现在它们对钢的力学性能和工艺性能两方面的影响。 钢中夹杂物对钢性能的影响, 与夹杂物的数量、颗粒大小、形态和分布、夹杂物与钢的基体联结能力的大小、夹杂物的塑性和弹性系数的大小以及(yj)热膨胀系数、硬度、熔点等多方面的因素有关。第29页/共42页第二十九页，共42页。301、夹杂物对钢力学性能的影晌钢中有非金属夹杂物存在时，由于它们与金属基体的结合力较弱，加之有的夹杂物本身性脆，会不同程度地降低钢的强度、塑性、冲击韧性、抗疲劳性等力学性能。A 夹杂物对钢

11、强度的影响通常认为，非金属夹杂物对金属材料的强度指标 ( 如抗拉强度(kn l qin d)、屈服强度 ) 影响不大。 对比实验发现 , 非金属夹杂物对钢强度的影响与其颗粒大小密切相关 。当夹杂物颗粒较大时 ( 如氧化铝颗粒超过 1 m 时 ), 会使钢的强度略有降低。当夹杂物颗粒较小时 ( 如氧化铝颗粒小于 0.3 m 时 ), 弥散强化的作用会使钢的强度有所提高。第30页/共42页第三十页，共42页。31B 夹杂物对钢塑性的影响由于热加工时钢中的夹杂物 , 尤其是塑性夹杂物随钢基体沿纵向变形成条带状 , 其横向变形的能力很差 , 所以会使钢材的塑性尤其是横向塑性下降。对 Cr-Ni-Mo

12、钢的研究表明 , 当一个视场内夹杂物的平均(pngjn)数目增加时 , 钢材的横向断面收缩 率明显下降 , 如图1 所示。当仅考虑钢中的条带状硫化物夹杂的数目时 , 钢材的横向断面收 缩率下降得更加严重 , 如图2所示。第31页/共42页第三十一页，共42页。32图1图2第32页/共42页第三十二页，共42页。33C 夹杂物对钢材冲击韧性的影响 冲击韧性：代表钢材抵抗横向冲击破坏的能力 。钢中有非金属夹杂物存在时 , 由于钢与夹杂物的变形量不同 , 导致钢在受到冲击时 , 应力分 布不均匀 , 即在夹杂物与钢的联结处出现应力集中。当该处的应力超过其强度极限或塑性允许 值时 , 会使钢与夹杂物的

13、界面处的联结断裂或使夹杂本身破碎而产生裂纹 , 裂纹的进一步扩大将 导致钢材断裂。由于在热加工过程中沿轧制方向延伸成条带状的 MnS 夹杂 , 使钢材的横向变形能力下降 , 因此(ync)该类夹杂物会降低钢材的冲击韧性值。第33页/共42页第三十三页，共42页。34对钢材进行扩散退火 , 能使长条状的夹杂物碎断和 球化 , 可减轻其对冲击韧性的影响。另外 , 冶炼时向钢中加入适量的钛、锆、钙及稀土元素铈、镧等可使硫化物球化而提高钢的冲击韧性值。D 夹杂物对钢疲劳性能的影响金属材料在一定(ydng)的重复或交变应力作用下 , 经多次循环后发生破坏的现象称为疲劳。研究发现 , 材料因疲劳而破坏的过

14、程是疲劳裂纹发生和扩大的过程 , 而疲劳裂纹的发生和发展起因于 材料的局部应力集中。第34页/共42页第三十四页，共42页。35凡是引起局部应力集中的因素如夹杂物、微裂纹等，都将影响材料的疲劳寿命。不同类型夹杂物，对钢疲劳寿命有不同程度的影响。按降低寿命的程度从大到小排队，依次是： 刚玉 ( ( 即 Al203) Al203) 、尖晶石、钙的铝酸盐、半塑性硅酸盐、塑性硅酸盐、硫化物。原因：各种夹杂物的线膨胀系数(png zhng xsh)(png zhng xsh)和变形能力不同 。当钢由高温冷却时，线膨胀系数(png zhng xsh)(png zhng xsh)与金属基体相差较多的夹杂物如

15、刚玉等，由于其在冷却过程中收缩程度较小而使周围的基体上产生了附加应力，这一现象将促进疲劳裂纹的产生和发展。 硫化物等的线膨胀系数(png zhng xsh)(png zhng xsh)略大于金属基体，冷却时不会产生附加应力，因而对钢的疲劳寿命影响较小 。第35页/共42页第三十五页，共42页。362 2、夹杂物对钢工艺性能的影晌夹杂物的含量较高时，会对钢的铸造性能、热加工性能和切削性能等工艺性能产生一定的影响。A A 夹杂物对钢铸造性能的影响随着钢中非金属夹杂物的增多，钢液的流动性下降 , , 这将会影响铸件的表面质量，主要表现是粘砂严重；同时(tngsh)(tngsh)，钢中存在大量的非金属

16、夹杂物时极易引起偏析，使铸件产生热裂而报废。第36页/共42页第三十六页，共42页。37B 夹杂物对加工性能的影响FeS 夹杂会使钢的热加工性能变坏 , 用 MnS 替代 FeS 可使钢的热加工性能得到显著的改善。但随着 MnS 数量的增加 , 钢的热加工性能也会下降(xijing)。在钢脱氧时 , 加铝的同时加钛 , 可以改变硫化物的形态 , 使热加工性能有所改善。C 夹杂物对钢切削性能的影响研究非金属夹杂物对钢切削性能的影响 , 主要从刀具的使用寿命、切屑的形态、机床的切削速度等方面进行考察。第37页/共42页第三十七页，共42页。38钢中的氧化物和硅酸盐夹杂(jiz)(jiz)的硬度较高

17、，会使刀具过早地磨损或损坏，导致钢的切削性能下降。试验证明，切削性能随脱氧元素的不同而有差别 , , 按照锰、铬、硅、锆、钛、铝的顺序下降。这也说明，提高夹杂(jiz)(jiz)物的硬度对切削性能是不利的。硫化物能增加钢的脆性，切屑容易断裂 , , 使切屑和刀具的接触面积减小，因而使摩擦阻力和切削阻力变小，可提高机床效率和刀具寿命。含钙的氧化物夹杂(jiz)(jiz)对切削性能有良好的影响 , , 因此近年来钙系易切削钢发展很快。第38页/共42页第三十八页，共42页。39原因：钙系脱氧钢中的 2CaOSi02 等夹杂中熔有 3CaO2Si02 或 Al203, 能在刀具表面熔着堆积并 将刀具

18、表面包覆起来，可防止切削工件直接擦过刀具的前倾面和退出面而使刀具的寿命提高。 切削时间愈长，钙系脱氧钢的优点愈明显。综上所述，不能绝对(judu)地认为钢中的夹杂物有害无益 , 应根据钢种的使用条件和具体夹杂物的特性进行评价。但通常是钢中夹杂物的数量越多、颗粒越大、分布越不均匀，危害性越大。因此，应该力求减少钢中的夹杂物尤其是大颗粒的外来夹杂物，有少量残留也应该是均匀分布、形态适宜。第39页/共42页第三十九页，共42页。40第40页/共42页第四十页，共42页。41思考题1.什么叫炉外精炼?其出现的必然性和意义是什么?2.夹杂(jiz)物的四大分类？第41页/共42页第四十一页，共42页。42感谢您的观看(gunkn)！第42页/共42页第四十二页，共42页。