华北理工大学炼钢学复习重点王春苗PPT课件

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 钢中非金属夹杂按来源分可以分成钢中非金属夹杂按来源分可以分成外来夹外来夹杂和内生夹杂杂和内生夹杂。 外来夹杂外来夹杂是指冶炼和浇铸过程中，带入钢是指冶炼和浇铸过程中，带入钢液中的炉渣和耐火材

2、料以及钢液被大气氧液中的炉渣和耐火材料以及钢液被大气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。 按加工性能，夹杂物可分为：按加工性

3、能，夹杂物可分为：塑性夹杂塑性夹杂，它是在，它是在热加工时，沿加工方向延伸成条带状；热加工时，沿加工方向延伸成条带状；脆性夹杂脆性夹杂，它是完全不具有塑性的夹杂物，如尖晶石类型夹它是完全不具有塑性的夹杂物，如尖晶石类型夹杂物，熔点高的氮化物；杂物，熔点高的氮化物；点状不变性夹杂点状不变性夹杂，如，如SiOSiO2 2超过超过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。 由于非金属夹杂对钢的性能产生严重的影响，由于非金属夹杂对钢的性能产生严重的影响，因此在炼钢、精炼和连铸过程应最大限度地降低钢因此在炼钢、精炼和连铸过程应最大限度地降低钢液中夹杂物的含量，控制其

4、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 Fe

5、O：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%22350lglg24.07lg %2.5lg %PPLCaOFeOPT磷分配系数Lp的试验测定值 2525445PFeOCaOCaO POFe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M三高一低三高一低： 高碱度（2.54） 高

6、氧化铁（1520%） 大渣量 低熔池温度%22350lglg24.07lg %2.5lg %PPLCaOFeOPT磷分配系数Lp的试验测定值 2525445PFeOCaOCaO POFe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

7、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 FeSCaOCaSFeO SCaOCaSO09847422.82 GTJ mol最早：目前：(FeO)与O达到平衡时，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 22SOSO脱硫理论脱硫理论分子理论脱硫热力学条件脱

8、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： MM 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 22SOSO6500lg2.625KT 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% FeO对脱硫具有双重作用：FeO即能提供O，也能提供O2- 22SOSO FeO含量低：Ca

9、O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% MM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

10、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

11、要范围 可降到1ppm N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、煤块、（焦炭、石墨籽、煤块、重油）重油）

12、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和阻碍石灰溶解的和阻碍石灰溶

13、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），），加速石灰溶解，迅速改善炉渣加速石灰溶解，迅速改善炉渣动性。动性。 萤石助熔的特点是作用快，时间短。但大量萤石助熔的特点是作用快，时间短。但大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冶炼准备溅

14、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。炉役末期,

15、,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、定深装入量和分阶定量装入量、定深装入量和分阶段定量装入法段定量装入法。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

16、分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M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4-1

17、2C 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MM炼钢成语：降枪提温，提枪

18、化渣炼钢成语：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MM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

19、 P168兑铁喷溅：在兑铁过程中产生喷溅溢渣：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

20、炉出钢时，炉渣首先经过出钢口 二次下渣：出钢后期钢水减少，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

21、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（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