华北理工大学炼钢学复习重点王春苗.ppt

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1、华北理工大学炼钢学复习重点炼钢的任务炼钢的任务脱碳：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”：脱C、脱S、脱P、脱氧“二去”：去气、去夹杂“二调整”：调整成分、调整温度五钢中的夹杂五钢中的夹杂 钢钢中中非非金金属属夹夹杂杂按按来来源源分分可可以以分分成成外外来来夹夹杂和内生夹杂杂和内生夹杂。外外来来夹夹杂杂是是指指冶冶炼炼和和浇浇铸铸过过程程中中，带带入入钢钢液液中中的的炉炉渣渣和和耐耐火火材材料料以

2、以及及钢钢液液被被大大气气氧氧化所形成的氧化物。化所形成的氧化物。内生夹杂内生夹杂包括：包括：脱氧时的脱氧时的脱氧产物脱氧产物；钢液温度下降钢液温度下降时，硫、氧、氮等杂质元素溶解时，硫、氧、氮等杂质元素溶解度下降而以非金属夹杂形式出现的度下降而以非金属夹杂形式出现的生成物生成物；凝固过程凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；产物；固态钢相变固态钢相变溶解度变化生成的产物。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。按按加加工工性性能能，夹夹杂杂物物可可分分为为：塑塑性性夹夹杂杂，它它

3、是是在在热热加加工工时时，沿沿加加工工方方向向延延伸伸成成条条带带状状；脆脆性性夹夹杂杂，它它是是完完全全不不具具有有塑塑性性的的夹夹杂杂物物，如如尖尖晶晶石石类类型型夹夹杂杂物物，熔熔点点高高的的氮氮化化物物；点点状状不不变变性性夹夹杂杂，如如SiOSiO2 2超超过过70%70%的硅酸盐，的硅酸盐，CaSCaS、钙的铝硅酸盐等。、钙的铝硅酸盐等。由由于于非非金金属属夹夹杂杂对对钢钢的的性性能能产产生生严严重重的的影影响响，因因此此在在炼炼钢钢、精精炼炼和和连连铸铸过过程程应应最最大大限限度度地地降降低低钢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

4、论碳氧积碳氧积 K=PCO/(acao)=PCO/(%C%O)fC、fO1 PCO1 atm，K 随温度变化小 碳氧积碳氧积：m%C%O 1/K 常数碳氧积应用碳氧积应用 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。脱磷热力学条件脱磷热力学条件 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

5、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综合考虑：在：在R=2.54.0时，时，FeO 1520%磷分配系数Lp的试验测定值脱磷热力学条件脱磷热力学条件 渣量：大渣量有利于脱磷在不降低CaO和FeO的前提下，降低了4CaOP2O5浓度增加渣量措施：提高铁水提高铁水Si含量含量强化脱磷措施：多次造渣多次造渣三高一低三高一低：高碱度（2.54）高氧化铁（1520%）大渣量 低熔池温度磷分配系数Lp的试验测定值冶炼低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

6、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 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。二炉渣脱硫二炉渣脱硫 炉渣脱硫：冶炼和精炼工序的主要手段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-LS=0.51.5 最早：目前：(FeO)与O达到平衡

7、时，两式意义相同实际生产中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）离子理论脱硫理论脱硫理论分子理论脱硫热力学条件脱硫热力学条件 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钢水脱氧是脱硫的前提条件从总体来看，高（%FeO）不利于脱硫 FeO对脱硫的影响取决于其含量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%F

8、eO对脱硫具有双重作用：FeO即能提供O，也能提供O2-FeO含量低：CaO提供O2-，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：转炉：氧化渣，LS=310，最高脱硫率40%转炉脱硫能力很差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

9、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

10、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1ppmN还不行，经计算，N由60ppm降到10ppm需Ar13m3,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 金属料金属料：铁水、废钢、合金钢：铁水、废钢、合金钢 非金属料非金属料：造渣剂造渣剂（石灰、萤石、白云石）、（石灰、萤石、白云石）、冷却剂冷却剂（废钢、铁矿石、氧化铁、烧结矿、球（废钢、铁矿石、氧化铁、烧结矿、球团矿）、团矿）、增碳剂和燃料增碳剂和燃料（焦炭、石墨籽、

11、煤块、（焦炭、石墨籽、煤块、重油）重油）氧化剂氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮：氧气、铁矿石、氧化铁皮锻烧情况锻烧情况 对石灰质量影响较大（P27图）CaCO3 CaO+CO2生烧石灰意义：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“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 萤石的主要成分是萤石的主要成分是 CaFCaF2 2，焙烧约，焙烧约930930。萤石能使萤石能使CaOCaO和阻碍石

12、灰溶解的和阻碍石灰溶解的2CaO.SiO2CaO.SiO2 2外外壳的熔点显著降低壳的熔点显著降低，生成低熔点生成低熔点3CaO3CaOCaFCaF2 22SiO2SiO2 2（熔点（熔点13621362），），加速石灰溶加速石灰溶解，迅速改善炉渣动性。解，迅速改善炉渣动性。萤萤石石助助熔熔的的特特点点是是作作用用快快，时时间间短短。但但大大量量使用萤石会增加使用萤石会增加喷溅喷溅，加剧，加剧炉衬侵蚀炉衬侵蚀，污染环境污染环境。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数。第二节 冶炼工艺过程冶炼准备

13、冶炼准备溅渣护炉 意义：意义：出钢后出钢后，在炉内剩余炉渣中加入调渣剂调整粘度和氧化性，利用氧枪吹入氧枪吹入N2，使炉渣溅到炉衬上保护整个炉衬整个炉衬1 1、装料制度、装料制度 （1 1）装料次序）装料次序 对使用废钢的转炉，一般对使用废钢的转炉，一般先装废钢后装铁水先装废钢后装铁水。先加洁先加洁净的轻废钢净的轻废钢，再加入中型和重型废钢再加入中型和重型废钢，以保护炉衬不，以保护炉衬不被大块废钢撞伤，而且被大块废钢撞伤，而且过重的废钢最好在兑铁水后装过重的废钢最好在兑铁水后装入入。为了防止炉衬过分急冷，为了防止炉衬过分急冷，装完废钢后，应立即兑入铁装完废钢后，应立即兑入铁水水。炉役末期。炉役末

14、期,以及废钢装入量比较多的转炉也可以先以及废钢装入量比较多的转炉也可以先兑铁水兑铁水,后加废钢。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量、定深装入量和分阶段定量装入法定量装入法。定量装入量定量装入量指整个炉役期间，保证金属料装入量不变；指整个炉役期间，保证金属料装入量不变；定深装入量定深装入量指整个炉役期间，随着炉子容积的增大依次指整个炉役期间，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；逐渐增大装入量，保证每炉的金属熔池深度不变；分阶段定量装入法分阶段定量装入法指将整个炉按炉膛的扩大程度划分

15、为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。法兼有两者的优点，是生产中最常见的装入制度。枪位：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氧枪不能插入钢液吹炼模式吹炼模式硬吹：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图图4-12C

16、射流下面中心区，液体迅速向下流动 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 P148图图4-12B 液面比较平静 熔池底部几乎没有运动枪位对冶炼的影响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，提枪化渣炼钢成

17、语：降枪提温，提枪化渣氧枪操作方式氧枪操作方式恒枪变压变枪变压恒压变枪五五.熔池乳化熔池乳化乳化现象乳化现象乳化：把一种液体置于另一种与其互不相溶互不相溶的液体中，在外力作用外力作用下将此液体呈微粒分散的过程三相乳化液三相乳化液：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五五.造渣方法造渣方法单渣法单渣法 P168意义：在整个吹炼过程中不倒渣，出钢后再倒完全部全部炉渣双渣法双渣法 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 六六.喷溅喷溅形式形式 P168兑铁喷溅：在兑铁过程中

18、产生喷溅溢渣：由于熔池上涨而使炉渣从炉口流出流出的现象 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喷出炉口 第六节 温度制度三三.冷却剂冷却剂 P30 及 P172 废钢废钢 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废钢是冷却效果最好的冷却剂 第七节 终点控制二二.终点碳含量终点碳含量控制方法控制方法拉碳法 增碳法 高拉补吹高拉补吹 第八节 出钢三三.挡渣操作挡渣操作下渣：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

19、少，钢流卷渣 下渣危害下渣危害钢水回磷 增加合金消耗 影响脱氧效果稳定 造成钢水成分波动精炼中钢水回硅 增加夹杂物降低出钢口寿命 增加包衬侵蚀为什么要挡渣出钢？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 复吹转炉二二.复吹优点复吹优点 与与LDLD相比相比吹炼平稳，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

20、（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 三三.复吹缺点复吹缺点 与与LDLD相比相比工艺复杂：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

21、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 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NAr：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

22、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控制原则：在满足浇注工艺要求的前提前提下，下，尽量尽量降低浇注温度降低浇注温度