冶 金 工 程 概 论 第六章 炼钢基本原理(up)

1、 第六章 炼钢基本原理 6.16.1炼钢的基本任务炼钢的基本任务 所谓炼钢，是指通过冶炼脱除生铁中的碳及有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其他特殊性能的钢。炼钢任务可概括为“四脱、二去、二调整”主要手段：供氧、造渣、升温、脱氧和合金化。6.1.1四脱p 脱硫 硫在钢中以FeS的形式存在，FeS的熔点为1193， Fe与FeS组成的共晶体的熔点只有985。当钢中的硫含量超过0.020时，在11501200的热加工过程中，钢受压时造成开裂，即发生“热脆”现象。如果钢中的氧含最较高，则产生更低熔点的共晶化合物FeO-FeS(熔点为940)，更加剧了钢的“热

2、脆”现象的发生。 普通钢%S0.045；优质钢%S0.035；高级优质钢%S0.025 超低硫钢%S0.001，易削切钢中需加入Sp 脱磷 通常，P在钢中以Fe2P和Fe3P形式存在，常以p表示，一般P是钢中有害元素之一。磷使钢的韧性降低，可略微增加钢的强度。P的突出危害是产生“冷脆”，在低温下， %P越高，冲击性能(冲击功AK)降低就越大。 普通钢%P 0.045； 优质钢%P 0.035； 高级优质钢%P0.025； 普通低磷钢%P 0.010； 超低磷钢，%P0.005； 极低磷钢%P 0.002。 但有些钢种如炮弹钢、耐腐蚀钢等，则需要加入磷元素。p 脱氧 来源：炼钢是氧化还原过程。在

3、吹炼过程中，向熔池吹入了大量的氧气，到吹炼终点，钢水中含有过量的氧。 危害：如果不进行脱氧，将影响其后的浇注操作。而且在钢的凝固过程中，氧以氧化物的形式大量析出，钢中也将产生氧化物非金属夹杂，降低钢的塑性和冲击韧性，使钢变脆。为此，要将钢水按不同钢种要求脱氧。p 脱CC是钢中重要的合金元素，C含量的增加可以提高钢的强度和硬度，但会降低钢的塑性及韧性。钢中的C决定了冶炼、轧制及热处理的温度制度。能够显著改变钢的液态和凝固性质。铁水中的C一般呈饱和状态，大约在3-4%，钢的含碳量在2.11%以下，因此炼钢的重要任务之一就是将熔池中的C脱除至，达到所炼钢种的要求。 6.1.2去气(氮、氮) 钢中氢

4、来源：炼钢炉料带有水分或由于空气潮湿，都会使钢中的含氢量增加。 危害：在钢的热加工过程中，钢中含有氢气的气孔会沿着加工方向被拉长而形成发裂，从而引起钢材的强度、塑性以及冲击韧性降低。这种现象称为氢脆。在钢的各类标准中，对氢一般不作数量上规定，但氢会使钢产生白点(发裂)、疏松和气泡缺陷。 钢中氮 来源：氮由炉气进入钢中。当钢材由高温较快冷却时，将会发生氮化物的析出，使钢的强度、硬度上升，塑性大大降低。这种现象称之为蓝脆。钢中的氮以氮化物的形式存在，氮化物的析出速度很慢，逐渐改变着钢的性能。氮含量高的钢种，若长时间放置，将会变脆。这一现象称为“老化”或“时效”。 6.1.3 去夹杂 1）夹杂物来源

5、 脱氧脱硫等反应产物、炉渣及耐火材料、杂质元素析出非金属夹杂物等。 2）夹杂物分类（根据化学成分分类） (1)氧化物夹杂 简单氧化物：FeO、MnO、SiO2、A12O3、Cr2O3等。 复杂氧化物：FeO-Fe2O3、FeO-A12O3、MgO-A12O3、2FeO-SiO2、2MnO-SiO2、3MnO-A12O3-2SiO2等。 (2)硫化物夹杂： 如FeS、MnS、CaS等。 (3)氮化物夹杂：如AlN、TiN、ZrN、VN、BN等。3）夹杂物的危害： 钢中夹杂物能破坏钢的连续性、降低钢的塑性，韧性和疲劳寿命，使钢的加工性能变坏，对钢材表面光洁度和焊接性能有直接影响。因此在炼钢、精炼及

6、连铸过程中应最大限度地降低钢液中夹杂物的含量、控制其形状及尺寸。 6.1.4调整成分 为保证钢的各种物理、化学性能，应将钢的成分调整到规定的范围之内。 碳 炼钢过程中要氧化脱除多余的碳，达到规定的要求。 锰 锰的冶金作用主要是消除MnS的热脆倾向，改变硫化物的形态和分布以提高钢质。 硅 硅是钢中最基本的脱氧元素。普通钢中含硅0.17%0.37%，是冶炼镇静钢的合适成分。 铝 炼钢生产中，铝是强脱氧元素，大部分钢均采用铝或含铝的复合脱氧剂脱氧。 合金元素：冶炼合金钢时还需加入相应的合金元素。 6.1.5调整钢液温度 铁水温度，一般只有1300左右，而钢水温度，必须高于1500，才不至于凝固。钢水

7、脱碳、脱磷、脱硫、脱氧、去气、去非金属夹杂等过程，都需在液态条件下进行。此外，为了将钢水浇注为铸坯(或钢锭)，也要求出钢温度在1600以上，才能顺利进行。为此，在炼钢过程中，需对金属料和其他原料加热升温，使钢液温度达到出钢要求。12fTTTT出钢温度：Tf：钢水凝固点。T1：出钢、精炼、输运过程温降。T2：钢水过热度。6.1.6 控制残余有害元素 Cu、Sn、As、Sb等残余有害元素对钢的质量和性能所造成的危害主要有：恶化钢坯及钢材的表面质量，增加热脆倾向；使低合金钢发生回火脆性；降低连铸坯的热塑性，在含氢气氛中引起应力腐蚀；严重降低耐热钢持久寿命及引起热应力腐蚀；严重恶化IF钢深冲性能等。

8、6.2 炼钢炉渣 炼钢炉渣的来源：废钢带入的泥沙和铁锈等；氧化物或冷却剂（矿石、烧结矿等）带入的脉石。加入的各种造渣材料（石灰、萤石、粘土砖等）以及被侵蚀的炉衬耐火材料。炼钢过程中化学反应的产物，即金属炉料、脱氧剂及合金中的各元素被氧化后所生成的氧化物；还有少量硫化物。 炼钢炉渣的组成：以各种金属氧化物为主，并含有少量硫化物和氟化物。炼钢渣最常见的成分：CaO、SiO2、FeO、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaF2，其中对炉渣物化性质有决定性影响的是：CaO、SiO2、FeO为炼钢渣的基本体系。 炼钢炉渣的作用：1）通过调整炉渣成分及性质等控制钢液中元素的氧化和还原过程。2）向钢中传递氧以

9、氧化各种杂质元素。3）覆盖在钢液表明、防止钢液过度氧化、吸收有害气体、减少有益元素的烧损。4）防止热量散失、保证钢的冶炼温度。5）吸收钢液中上浮的夹杂物及反应产物l 炼钢炉渣的主要性质 炉渣的碱度：熔渣中碱性氧化物浓度总和与酸性氧化物浓度总和之比，常以R表示。1）当%P0.3时2）当0.3%P1500，以3CaOP2O5存在。 在冶炼或出钢过程中，如果炉温过高，碱度、(FeO)过低，往往会使已脱除到渣中的磷又返回到钢液中去，这个现象就叫做“回磷”。有利于脱磷反应的热力学条件是： 较高的炉渣碱度(34)； 氧化铁较高(1520%)； 较低的熔池温度； 渣量要大，可利用多次放渣和造新渣来去磷。 需要指出：脱P反应是强放热反应，在铁水中P含量较高时，P也可以成为炼钢中的主要放热元素之一。u脱硫反应 硫在液态铁中以元素存在，有的认为以FeS形式存在。 转炉脱硫：氧化渣脱硫占总脱硫量的90气化脱硫占10左右。熔渣脱硫反应方程式： 有利于脱硫的条件: (1) 炉渣碱度适当高(R=3.03.5最好)；