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炼钢基础知识讲述,主讲人：王军2015.06.29,目录,钢与生铁的区别炼钢的基本任务钢铁企业工艺流程炼钢工艺流程铁水预处理顶底复吹转炉冶炼炉外精炼连铸燃料动力夹杂物钢材的牌号,1钢与生铁的区别,C1.2%的钢很少实用；还含Si、Mn等合金元素及杂质。,1钢与生铁的区别,2炼钢的基本任务,1、脱碳；2、脱磷；3、脱硫；4、脱氧；5、脱氮、氢等；6、去除非金属夹杂物；7、合金化；8、升温；9、凝固成型。,3钢铁企业工艺流程,4炼钢工艺工艺流程,5铁水预处理,铁水预处理是指铁水进入转炉之前预先去除某些杂质的预备处理过程，包括预脱硫、预脱磷，预脱硅，简称“三脱”。铁水预处理对于提高钢材质量，冶炼品种钢，提高产品竞争力和附加值具有非常重要的意义。铁水预脱硫方法主要有机械搅拌法（如KR法）和喷粉法（如单颗粒镁法，复合喷吹法）铁水预脱硫反应：（CaO）+S=(CaS)+OMg+S=（MgS）（CaO）+S+Mg=(CaS)+(MgO),图1KR搅拌法示意图,5铁水预处理,5铁水预处理,铁水脱硫主要物料及用途,6顶底复吹转炉冶炼,6顶底复吹转炉冶炼,转炉炼钢的主要任务：(1)脱C、S、P;(2)去除有害气体和夹杂；(3)合金化及合适的温度；转炉炼钢主要反应：脱碳反应：C+O=COC+2O=CO2脱磷反应：2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO.P2O5)+5Fe脱硫反应：S+O=SO2(汽化脱硫）FeS+(CaO)=(FeO)+(CaS)(炉渣脱硫)脱硅反应：Si+2O=(SiO2)脱锰反应：Mn+O=(MnO)铁水氧化：Fe+O=(FeO),6顶底复吹转炉冶炼,脱碳过程为三个阶段1)吹炼初期以硅的氧化为主，脱碳速度较小；2)吹炼中期，脱碳速度几乎为定值；3)吹炼后期，随金属中含碳量的减少，脱碳速度降低。,6顶底复吹转炉冶炼,Si的氧化反应对炼钢过程的影响热效应；影响脱碳、脱磷反应；影响渣量。,6顶底复吹转炉冶炼,炼钢过程Mn的氧化与还原初期温度低，渣中MnO活度低，大量Mn氧化；中后期温度升高、渣中FeO含量降低，碱度提高，炉渣中部分MnO被还原；末期炉渣FeO含量增高，Mn重新被氧化。,6顶底复吹转炉冶炼,对绝大多数钢种，磷是有害的杂质。冷脆；调质钢的回火脆性；热加工性；焊接性能等。某些钢种，例如高Ni合金钢、低温液态气体储罐、奥氏体不锈钢等，要求尽量降低P含量。,6顶底复吹转炉冶炼,回磷：炼钢过程回磷；脱氧过程回磷。炼钢过程回磷原因：吹炼中期炉渣返干，FetO含量减少；温度偏高。,6顶底复吹转炉冶炼,硫对钢材性能的影响：热加工性(红脆);降低低温韧性；焊接性能；抗氢致裂纹性能；各向异性,6顶底复吹转炉冶炼,经脱硫处理过的铁水(S90ppm)在氧气转炉炼钢过程基本不能够脱硫，由于废钢、残渣、耐火材料等带入硫，炼钢过程回硫可达1030ppm。仅具有铁水脱硫预处理很难经济地生产超低硫钢，炼钢后的二次精炼脱硫对于生产超低硫钢是不可缺少的工序。,6顶底复吹转炉冶炼,1)回硫主要发生在吹炼的前半期；2)吹炼前半期炉渣碱度低是促使回硫的重要原因，如能在吹炼前期快速将碱度提高到2.3以上，将能够减轻回硫；3)炉料中的硫主要来自废钢和脱硫渣，减少带渣对抑制回硫十分重要。4)冶炼超低硫钢时应采用减少废钢用量或使用低硫优质废钢、尽可能减少铁水带渣方法。,6顶底复吹转炉冶炼,装入制度是铁水和废钢的装入量和搭配。装入制度需从如下几个方面确定：(1)炉型；(2)铁水成分和温度；(3)废钢资源和结构；好的装入制度，有利于保持操作稳定，确保热平衡，优化钢铁料结构，降低成本。,造渣制度包括以下内容:1.炉渣碱度和石灰加入量碱度R=CaO/SiO22:炉渣氧化性(%FeO)3.渣中(MgO)4.造渣方法:单渣法、双渣法、留渣法.,供氧制度包括以下内容:1、氧气流量单位时间向熔池吹入氧气体积;2、供氧强度单位时间向熔池吨钢提供氧气的体积;3、氧气工作压力设定压力测定点的氧气压力(0.81.2MPa);4、枪位喷头至静止金属熔池液面的距离操作方法：恒枪恒压，恒枪变压，变枪变压,温度制度包括以下内容:1、过程温度控制升温迅速、平稳2、终点温度控制出钢温度T的确定:T=浇注钢种液相线温度+浇注过热度+钢水镇静及炉外精炼温度降+出钢温降,1、终点是指钢液的温度和成分达到所炼钢种的要求。2、脱氧合金化：脱氧：加入脱氧元素去除钢液中多余的氧。如硅铝铁、硅铝钙等等合金化：加入合金元素使钢液成分达到钢种规格要求。如锰硅合金、硅铁、钒铁、碳化硅，碳粉,6顶底复吹转炉冶炼,实际能否达到预期的消耗和成本，除了良好的钢铁料结构结构，还要看过程控制和终点控制，过程化渣良好，无喷溅，终点好，则消耗好，反之消耗就差,6顶底复吹转炉冶炼,造渣和护炉材料成本测算,造渣主要材料，用于去除硫磷和稳定渣中氧化物。石灰质量、入炉钢铁料中Si、P和S决定了石灰的用量。有效CaO、活性度决定了石灰质量,溅渣护炉的主要材料,造渣辅助材料，主要成分为MgO,轻烧中含有一定CaO,所以具有一定的石灰功能。加入量多少主要有炉况和渣中MgO决定。一般渣中MgO为6%12%,溅渣护炉的辅助材料,主要成分为CaO、C和MgO,用于调整渣系,化渣材料，促进化渣。主要成分氧化铁皮，氧化锰等,6顶底复吹转炉冶炼,供氧制度,前期渣早化，中期渣不返干，后期渣化透,6顶底复吹转炉冶炼,温度制度,TL=1537-88%C+8%Si+5%Mn+30%P+25%S+5%Cu+4%Ni+2%Mo+2%V+1.5%Cr,终点要求温度由钢种和工序温降决定。终点实际温度则由热平衡、过程控制和终点控制决定,6顶底复吹转炉冶炼,终点控制和脱氧合金化制度,脱氧反应：加入碳粉、锰硅合金（Mn-Si）、碳化硅（SiC）、硅铁、硅铝铁、铝粒等合金后会发生如下反应：Si+2O=(SiO2)Mn+O=(MnO)C+O=CO2Al+3O=(Al2O3),加入锰硅合金、硅铁合金的计算，以Q345B为例，终点残锰为0.08%，成品锰为1.20%，硅为0.32%，锰硅合金含锰65%，收得率90%，含硅15%，收得率80%，硅铁含硅78%，收得率80%，则锰硅合金加入量为：（1.20%-0.08%）/90%/65%*1000=19.15kg/t加入锰硅合金后增硅为：19.15/1000*15%*80%=0.23%。则加入硅铁为：（0.32%-0.23%）/80%/78%*1000=1.44kg/t,6顶底复吹转炉冶炼,脱氧方式,沉淀脱氧，又叫直接脱氧。把块状脱氧剂加入到钢液中，脱氧元素在钢液内部与钢中氧直接反应，生成的脱氧产物上浮进入渣中的脱氧方法。,扩散脱氧，又叫间接脱氧。它是将粉状的脱氧剂如C粉Fe-Si粉CaSi粉Al粉加到炉渣中，降低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩散，从而达到降低钢液中氧含量的一种脱氧方法。如LF精炼脱氧。,真空脱氧，又叫间接脱氧。利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。它只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如C-O反应。如VD，RH，VOD炉外精炼脱氧,6顶底复吹转炉冶炼,锰的脱氧脱氧能力很低；局部锰含量高，可局部脱氧；随温度降低，锰脱氧能力增强；与硅、铝同时使用，增强硅、锰的脱氧能力。,6顶底复吹转炉冶炼,硅的脱氧具有较强的脱氧能力；随温度降低，脱氧能力增强；为绝大多数钢种采用。,6顶底复吹转炉冶炼,铝的脱氧非常非常强的脱氧能力；随温度降低，脱氧能力增强；为大多数钢种采用。,6顶底复吹转炉冶炼,复合脱氧剂的脱氧1、硅锰复合脱氧硅比锰的脱氧能力强，但是用硅锰同时脱氧，可以降低SiO2的活度，得到更低的残余氧含量。2、钙硅复合脱氧非常强的脱氧能力；炼钢温度下Ca的蒸汽压很高(1.63.7大气压);Ca在钢液中溶解度很低(0.150.16%)；仅用Ca脱氧损耗很大。,7炉外精炼,7炉外精炼（LF炉）,作用：1）脱氧脱硫升温。2）调整、均匀钢水成份和温度3）去除夹杂，提高钢水纯净度，还可对成份进行微调。,7炉外精炼（LF炉）,脱硫反应FeS+(CaO)=(FeO)+(CaS)(FeS)+（MnO)=(FeO)+(MnS)脱氧反应C+(FeO)=CO+FeC+(MnO)=CO+MnSiC+3(FeO)=(SiO2)+3Fe+COCaC2+3(FeO)=(CaO)+3Fe+2CO2Al+3(FeO)=Al2O3+3Fe,工作中的石墨电极,常温下石墨电极,7炉外精炼（LF炉）,8连铸,二流连铸,连铸：使钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料（连铸坯）的铸造工艺。,8连铸,连铸机型a立式；b立弯式；c直结晶器弧形；d弧形；e椭圆形；f水平式,按连铸机外形结构可分为：立式连铸机；弧形连铸机；立弯式连铸机；水平式连铸机；椭圆形连铸机按连铸坯断面可分为：板坯连铸机；方坯连铸机；圆坯连铸机；异形坯连铸机,8连铸,台数。凡共用一个钢包（盛钢桶）或同时浇注几根铸坯的连铸装置，称为一台连铸机。机数。凡是具有独立的传动和工作系统，可独立进行正常工作的连铸系统，称为一个机组（一机）。流数。凡是不经切割而连续浇注一根长的铸坯，称为一流。每台连铸机所能同时浇注的铸坯总根数，称为连铸机的流数。,钢包,中间包,大包长水口,浸入式水口,结晶器,8连铸,连铸生产流程,8连铸,钢包,8连铸,钢包流场,8连铸,钢包成本测算,8连铸,中间包,8连铸,无墙和坝,墙和坝,导流板,贮存和分流钢水防止钢水二次氧化和吸气改善钢水流动状态，防止卷渣，促进钢水的夹杂物上浮,8连铸,保护浇注成本测算,8连铸,结晶器作用：结晶器是连铸机的心脏，其作用是使钢水在结晶器内形成所需的断面形状，并凝固成一定厚度和强度的均匀坯壳，以保证出结晶器后的铸坯不变形，不被拉裂。二冷段作用：喷水迅速冷却铸坯，并支持和导向铸坯，使其能顺利出坯。冷却方式为喷水冷却和气水喷雾冷却两种,9燃料动力,燃料动力成本,9燃料动力,10夹杂物,钢中非金属夹杂物的种类及其形态一、按化学成分分类简单氧化物FeO、MnO、SiO2、Al2O3、Cr2O3、TiO2等。2)复杂氧化物尖晶石类夹杂物和各种硅酸盐、铝酸盐类夹杂物。,10夹杂物,尖晶石类夹杂物FeOFe2O3、FeOAl2O3、MnOAl2O3、FeOCr2O3、MgOAl2O3等。硅酸盐类夹杂物xFeOyMnOzSiO2铝酸盐类夹杂物xFeOyMnOzAl2O3,10夹杂物,脱氧生成的夹杂物多为Al2O3、SiO2、Mn-Al硅酸盐、Mn-Si铝酸盐等。,簇群状Al2O3夹杂物,10夹杂物,10夹杂物,块状Al2O3非金属夹杂物,10夹杂物,10夹杂物,FeO-MnO-Al2O3系夹杂物,10夹杂物,FeO-MnO-SiO2-Al2O3系夹杂物,10夹杂物,FeO-CaO-Al2O3-SiO2系夹杂物,10夹杂物,FeO-CaO-Al2O3-SiO2系夹杂物,10夹杂物,1、硫化物系夹杂物,MnS,钙处理钢中复杂硫化物,硫化物按照形态通常分为三类,第I类硫化物：,形状为球形，尺寸可在相当大的范围内变动，可以是单纯的硫化物，也可以是硫化物(MnS)与氧化物(FeO、MnO等)结合形成的硫氧化物,10夹杂物,第II类硫化物：,晶界处存在的排成链状的球状夹杂或者是在晶界形成的共晶式的薄膜。,第III类硫化物：,此类夹杂物呈块状、外形不规则，多少呈任意状态分布。,10夹杂物,二、按夹杂物形态分类,1、塑性夹杂物,FeO、MnO、(Fe、Mn)O、部分Fe-Mn硅酸盐、MnS等。,10夹杂物,2、脆性夹杂物,在热加工时不变形，但沿加工方向破裂成串状(Al2O3、尖晶石类夹杂物)。,3、不变形夹杂