炼钢任务资料PPT课件

1、第二章第二章 炼钢任务炼钢任务 炼钢意义及任务 去除杂质 调整钢水成分 浇注铸坯第1页/共77页第2页/共77页第3页/共77页第4页/共77页第一节第一节 炼钢意义及任务炼钢意义及任务原料中的杂质原料中的杂质 铁水成分和钢成分差别（%）元 素CMnSPSiL08生铁4.000.300.500.0200.0300.1500.450.85SS3300.040.060.200.400.0070.0150.08铁水C含量高铁水S、P含量高铁水Mn、Si含量不合适铁水中H、N含量高第5页/共77页废钢内杂质多杂质元素含量高：Zn、Cu、Sn夹渣多：炼钢的废品成分不合格炼钢的定义炼钢的定义 用氧化方法去

2、除生铁和废钢中的杂质，加入适量的合金元素，使之成为具有高强度、高韧性或其他特殊性能的钢，这一工艺过程称为“炼钢” 第6页/共77页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、调整温度第7页/共77页第二节第二节 去除杂质去除杂质包括：S、P、H、O、N一钢中硫一钢中硫硫的来源硫的来源铁水：0.0200.050

3、% （非正常0.10%S），主要来源于焦炭铁水顶渣：出铁挡渣不利；铁水脱硫石灰：实际控制0.10% 石灰S太高时，钢水S“不降反升”合金料：合金料含硫（MnSi要求20降低S含量MnS仍是夹杂物降低S含量，效果优于提高Mn/S降低S的方法：铁水预脱硫、转炉脱硫、炉外精炼脱硫含量控制含量控制 （%） 国家标准规定钢种级别钢种普通钢优质钢高级优质钢薄板等S0.0500.0400.0300.005第10页/共77页二钢中磷二钢中磷磷的来源磷的来源铁水：河北省内为低磷铁水 0.0300.120% 铁 水 低磷铁水 中磷铁水 高磷铁水 含磷量 1.0%合金料：合金化时带入磷有些合金料含磷高：FeMn（0

4、.40%）、 MnSi（0.25%） 唐钢唐钢77B试验试验9炉废品炉废品炉渣回磷：合金化时，渣中磷被还原，P重新回到钢水 2525445PFeOCaOCaO POFe第11页/共77页磷对性能的影响磷对性能的影响产生冷脆：磷晶界析出低温冲击韧性降低：-20P对高碳钢影响更大，要求含量更低 钢种 轴承钢 77MnA Q215 碳含量 1.0% 0.77% 0.12% P含量 0.027% 0.025% 99.5%氧气中N2在高温下溶解空气：空气含氮含量78%钢水浇注与空气接触电弧加热电离空气合金料：合金料本身含氮 （VN合金）第28页/共77页氮对钢性能的影响氮对钢性能的影响低碳钢时效：长时间

5、应用或存放后韧性下降脆性增加：N在晶界析出加剧气泡和疏松：促使CO和H2析出危害比CO和H2小得多稳定区：作用效果是Ni的20倍可以代替Ni生产耐热钢和奥氏体不锈钢 细化晶粒：AlN等氮化物的析出提高强度和耐磨性：固溶强化、细晶强化、表面渗碳提高耐热性：代替Ni、Ti生产耐热钢 P17表2-9第29页/共77页氮存在形式氮存在形式N是钢中气体元素 但并非以气体存在钢液：以溶解态存在（1600，溶解度 400ppm） 固体钢：三种状态间隙原子：溶解态氮化物：AlN、TiN气体氮：气泡内、疏松或缩孔内含N2氮含量氮含量标准内有具体要求决定于钢种：表2-19普碳钢要求： 80 ppm第30页/共77

6、页控制措施控制措施减少钢水原始含氮量：终点钢水提高氧气纯度减少拉碳次数顶底复吹中及时N2 / Ar切换增加电炉氧化期的脱碳量泡沫渣埋弧（电炉、LF）避免还原期提温炉外精炼：真空脱气 脱除率20%，效果不理想保护浇注：防止吸入空气形成氮化物：消除N的危害第31页/共77页五钢中氢五钢中氢氢的来源氢的来源铁水和废钢：铁水氢含量 10 25 ppm 铁水：焦炭、鼓风废钢：油污、有机物等氧气：H2O 3 g/m3 高温：H2O H + O石灰：吸水性强 CaO + H2O Ca(OH)2必须使用新鲜石灰：要求储存 2天耐火材料：潮湿含H2O新炉及补炉：水、沥青 新炉或补炉后第一炉不能炼优质钢浇注材料潮

7、湿：要求钢包、中间包、保护渣干燥第32页/共77页氢对钢性能的影响氢对钢性能的影响形成白点和发裂：局部过饱和导致H2析出形成压力白点：裂纹在纵向断面上表现为白色小圆点发裂：裂纹在横向断面上表现为细裂纹危害：1916年，美国火车重轨断裂 1938年，英国战斗机引擎主轴断裂 1953年，美国电站转子断裂 脆性增加：结构断裂加重气泡和疏松：H2析出危害比CO更强 连铸坯头坯气泡扩大区：稳定奥氏体，增强淬透性 危害更大，不能应用第33页/共77页氢存在形式氢存在形式H是钢中气体元素 但并非以气体存在钢液：以溶解态存在 固体钢：二种状态间隙原子：溶解态气体氧：气泡内、疏松或缩孔内含H2氢含量氢含量决定冶

8、炼方法：转炉 1.53.5 ppm 电炉 47 ppm 真空 2ppm测量方法：在实验室内采用“NHO测定仪”（固体试样）第34页/共77页控制措施控制措施减少钢水原始含H量：终点钢水控制氧气含水量缩短石灰储备期烘烤石灰、造渣材料和合金料避免新炉或补炉后第一炉冶炼优质钢种炉外精炼真空脱气 脱H效果优于脱N钢包底吹氩：15min以上保持浇注材料干燥钢包及中间包烘烤；保护渣密封干燥扩散退火：高温下H扩散，从固态钢中溢出第35页/共77页六其它杂质六其它杂质来源：来源：废钢危害危害Cu造成星裂Cr使强度增加杂质累积造成废品 有些杂质无法去除有些杂质无法去除：Cu Mo Sn As Ni含量含量：国标

9、有明确规定 80钢 Cu、Cr 0.25%控制措施控制措施 主要是针对电炉炼钢主要是针对电炉炼钢 减少废钢杂质含量 降低杂质较高废钢的用量 采用替代材料 铁水 直接还原铁第36页/共77页第三节第三节 调节钢的成分调节钢的成分一钢中碳一钢中碳碳的来源碳的来源入炉原料铁水和生铁块：约4%废钢：成分复杂增碳剂：电炉提高脱碳量合金料：部分合金料含碳 （高碳MnFe 67%）增碳剂：电化焦、沥青焦、碳化硅、碳粉等第37页/共77页碳对钢性能的影响碳对钢性能的影响 C是钢的决定性元素是钢的决定性元素 钢意义：含碳量 3%矿石脱碳：普通电炉冶炼脱碳后，碳含量不一定符合要求真空脱碳：生产超低碳钢和不锈钢加增

10、碳剂：冶炼脱碳量过多时合金增碳：合金料含碳 （高碳锰铁 6 7 % C）碳含量碳含量 取决于钢种钢 种Q23508AlHRB33545钢C0.140.220.050.120.170.250.420.50第39页/共77页二钢中锰二钢中锰锰的来源锰的来源铁水：铁水中的Mn在炼钢时被部分氧化 （终点余锰） 合金料：含锰合金料 MnSi、FeMn、MnAl锰的作用锰的作用消除S的危害脱氧剂：最常用的脱氧剂合金元素：改善钢性能 提高强度 提高硬度 提高淬透性 稳定奥氏体 提高红硬性第40页/共77页调整措施调整措施提高铁水中Mn含量：成本高增加终点余锰量：生产中不易控制合金料调整：主要措施Mn含量含量

11、取决于钢种：国标规定尽量提高Mn含量：降低S的危害 钢 种Q23508AlHRB33545钢Mn0.300.650.200.501.201.600.500.80第41页/共77页三钢中三钢中SiSi的来源的来源铁水：铁水中Si在炼钢时被完全完全氧化 铁水铁水Si含量对钢水的含量对钢水的Si含量没有任何影响含量没有任何影响 合金料：含Si合金料 MnSi、FeSi炉渣回硅：精炼时SiO2被还原Si的作用的作用脱氧剂：最基本的脱氧剂合金元素：改善钢性能 提高强度 增加电阻和导磁性第42页/共77页对钢液的影响对钢液的影响降低C的溶解度：FeSi 0.07% MnSi 2.5% FeMn 7% 降低

12、钢熔点 扩大凝固区域 提高凝固收缩率降低密度 降低N、H溶解度Si含量及控制含量及控制 取决于钢种：国标规定 普碳钢： 0.170.37% 可以防止气泡形成调整：加入含Si合金 冶炼终点钢水不含Si元素 钢 种45钢08AlHRB335硅钢Si0.170.370.030.400.803.06.0第43页/共77页四钢中四钢中AlAl的来源的来源Al合金料：MnAl、FeAlSi、铝线（铝锭）其他合金：Al作为杂质存在 FeSi（2%Al）Al的作用的作用脱氧剂：最强的常用脱氧剂合金元素：Al镇静钢的合金元素 细化晶粒：AlN析出 提高强度：沉淀强化、细晶强化第44页/共77页对钢液的影响对钢液

13、的影响水口堵塞：Al + O Al2O3 (熔点2050) 影响铸坯质量： Al2O3 形成表面夹渣侵蚀耐火材料： Al + SiO2 Al2O3 +Si存在形式存在形式 钢水：溶解铝、Al2O3固态钢：溶解铝、AlN、Al2O3第45页/共77页分类分类酸溶铝：化学分析时溶解于HCl中的铝元素，用Als表示组成：以 “溶解铝 + AlN” 形式存在的Al元素不包括Al2O3中的Al Al2O3不溶解于HCl全铝：钢中所有的Al元素，用Alt表示Alt = Als + Al2O3中的AlAlt Als ：可以反映出Al2O3含量第46页/共77页含量含量硅锰镇静钢：用Mn和Si脱氧的钢 Q21

14、5、45钢、HRB335国标不要求Al含量一般控制：0.0020.006% 防止气泡和水口堵塞防止气泡和水口堵塞铝镇静钢：用Al脱氧的钢 08Al、22A、SS330钢种由国标要求一般控制：Als=0.0100.050%控制方式控制方式加含铝合金料：转炉终点及电炉氧化期的钢水不含Al加铝方式：人工投铝 人工插铝 喂丝机第47页/共77页第四节第四节 浇注铸坯浇注铸坯重要性重要性连铸对炼钢工序影响很大 90年代：以连铸为中心、炼钢为基础、设备为保证铸坯质量决定钢材质量 铸坯缺陷无法在轧钢时消除表面裂纹无法焊合：钢材裂纹夹杂物无法去除：纯净度低中心缩孔和中心偏析无法消除：中心质量差表面夹渣形成凹坑

15、：影响表面光洁度铸坯质量影响轧钢工艺弯坯：加热炉内堆钢脱方和鼓肚：影响轧机咬入铸坯第48页/共77页浇注方式浇注方式模注：基本淘汰连铸：目前主要方式 连铸比95%以上连铸坯：由连铸生产的钢坯，简称“铸坯” 钢 锭：由模注生产的钢坯浇注要求形状和尺寸：圆坯、方坯、板坯等质量：纯净度、表面质量、内部质量、外观形状生产匹配：与精炼和炼钢工艺节奏匹配第49页/共77页三、调整钢液成分 （1）碳 生铁炼钢时脱碳量大（大于3%） 电炉氧化法脱碳量小（大于0.2%） 生成物CO具有较好的脱气作用 从钢的性质看，碳也是重要的合金元素之一 在不同的热处理条件下，C改变了钢中个组织的比例，决定了冶炼、轧制和热处理

16、的温度制度。第50页/共77页第51页/共77页 碳能显著的改变钢的液态和凝固性质，因此，冶炼时要注意其影响。例如在1600，C0.8%的情况下，每增加.1%的C，使熔点降低6.5，钢液密度减少4/粘度降低0.7%。可使N的溶解度降低0.001%，H的溶解度降低0.4cm3/100g。增大凝固区17.79碳含量碳含量 取决于钢种钢 种Q23508AlHRB33545钢C0.140.220.050.120.170.250.420.50第52页/共77页二钢中锰二钢中锰锰的来源锰的来源铁水：铁水中的Mn在炼钢时被部分氧化 （终点余锰） 合金料：含锰合金料 MnSi、FeMn、MnAl锰的作用锰的作

17、用消除S的危害脱氧剂：最常用的脱氧剂合金元素：改善钢性能 提高强度 提高硬度 提高淬透性 稳定奥氏体 提高红硬性第53页/共77页调整措施调整措施提高铁水中Mn含量：成本高增加终点余锰量：生产中不易控制合金料调整：主要措施Mn含量含量取决于钢种：国标规定尽量提高Mn含量：降低S的危害 钢 种Q23508AlHRB33545钢Mn0.300.650.200.501.201.600.500.80第54页/共77页三钢中三钢中SiSi的来源的来源铁水：铁水中Si在炼钢时被完全完全氧化 铁水铁水Si含量对钢水的含量对钢水的Si含量没有任何影响含量没有任何影响 合金料：含Si合金料 MnSi、FeSi炉

18、渣回硅：精炼时SiO2被还原Si的作用的作用脱氧剂：最基本的脱氧剂合金元素：改善钢性能 提高强度 增加电阻和导磁性第55页/共77页对钢液的影响对钢液的影响Si还能较强的提高钢的机械性，每增加.1%的Si约使b提高9Mpa，硅对钢液性质的影响较大。如在1600纯净钢每增加1%的Si降低C的饱和溶解度0.294%，降低的熔点8，降低密度60/。降低H的饱和溶解1.4cm3/100g。N0.003%，增加钢的凝固区间10，提高钢液收缩率2.05%Si含量及控制含量及控制 取决于钢种：国标规定 普碳钢： 0.170.37% 可以防止气泡形成调整：加入含Si合金 冶炼终点钢水不含Si元素 钢 种45钢08AlHRB335硅钢Si0.170.370.030.400.803.06.0第56页/共77页第四节第四节 浇注铸坯浇注铸坯重要性重要性连铸对炼钢工序影响很大 90年代：以连铸为中心、炼钢为基础、设备为保证铸坯质量决定钢材质量 铸坯缺陷无法在轧钢时消除表面裂纹无法焊合：钢材裂纹夹杂物无法去除：纯净度低中心缩孔和中心偏析无法消除：中心质量差表面夹