钢铁生产概论-炼钢-2012

第二篇炼钢生产第八章炼钢概述第一节炼钢基本任务一、钢和生铁的主要区别钢和生铁都是铁基合金，都含有碳、硅、锰、硫、磷最根本的区别是含碳量不同，生铁中w(C)>2%，钢中w（C)<2%二、炼钢的基本任务所谓炼钢，就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使之具有性能优良的钢。1）脱碳2）去磷和去硫3）去气和去非金属夹杂物4）脱氧与合金化5）调温6）浇注三、现代炼钢方法及其发展趋势氧气转炉炼钢法（大力发展）、电炉炼钢法（稳步发展）、平炉炼钢法（趋于淘汰）氧气转炉炼钢法所炼钢约占70％，以氧气顶吹转炉炼钢法为主。第二节炼钢生产主要技术经济指标第九章炼钢的基本原理第一节炼钢熔渣一、熔渣的来源、组成和作用熔渣的来源（炉渣）1）为了完成炼钢任务，有意向炉内加入造渣材料，如石灰、萤石、白云石、氧化铁皮、矿石等，这是炉渣的主要来源。2）含铁原料中的部分元素如Si、Mn、P、Fe等氧化后生成的氧化物，如SiO2、MnO、FeO、P2O5等。3）被侵蚀的炉衬以及各种原料带入的泥沙杂质等，如CaO、MgO、SiO2等。2.炉渣的组成：

CaO、SiO2、Fe2O3、FeO、

MgO、P2O5、

MnO、CaS等；2FeO•SiO2、2CaO•SiO2、4CaO•P2O5等。3.熔渣的作用1）通过调整炉渣的成分、性质和数量，来控制钢液中各元素的氧化还原反应过程；2）吸收金属液中的非金属夹杂物；3）覆盖在钢液上面，可减少热损失，防止钢液吸收气体；4）能吸收铁的蒸发物，能吸收转炉氧流下的反射铁粒，可稳定电弧炉的电弧；5）冲刷和侵蚀炉衬，好的炉渣能减轻这种不良影响，延长炉衬寿命。造好渣是实现炼钢生产优质、高产、低消耗的重要保证。因此实际生产中常讲：炼钢就是炼渣。二、熔渣的化学性质和物理性质熔渣的化学性质主要是指熔渣的碱度(B)、氧化性和还原性。熔渣的物理性质主要是指熔渣的熔点和黏度。第二节铁、硅、锰的氧化一、铁的氧化直接氧化是指钢液中的元素直接和氧分子进行接触，而被氧化的反应，如：间接氧化是指金属液中的元素直接和氧原子或FeO接触而被氧化的反应，如：铁被氧化后，其反应产物一部分进入炉渣，一部分继续存留在金属液中，并在金属液－炉渣之间建立动态平衡，它应服从分配定律，即二、硅的氧化三、锰的氧化第三节碳的氧化一、碳的氧化反应1.氧气流股与金属液间的C-O反应2.金属熔池内部的C-O反应3.金属液与渣液界面的C-O反应二、碳氧反应在炼钢过程中的作用把钢液中的碳含量氧化降低到所炼钢号的规格内。这是炼钢的任务之一。产生大量CO气泡，对熔池有强烈的搅拌作用，均匀钢液的成分和温度，改善各种化学反应的动力学条件，有利于炼钢中各种化学反应的进行。去除钢中气体。去除钢中夹杂物。放出大量的热，是炼钢的重要热源。第四节去磷一、磷对钢性能的影响以磷化铁的形式存在1）能恶化钢的焊接性能；2）降低钢的塑性和韧性，使钢产生冷脆性；3）能提高易切削钢的切削性能；4）能改善钢液的流动性，提高钢液的铸造性能；5）能提高合金钢耐大气和海水的腐蚀能力；6）能提高电工用硅钢的导磁率对绝大多数钢种而言，[P]是一种有害元素。二、脱磷反应第五节去硫一、硫对钢性能的影响以硫化物形式存在，如FeS、MnS等。1）使钢产生热脆现象。所谓热脆现象是指钢锭或钢坯在高温条件下（如1100ºC）进行轧制时，会产生断裂的现象。2）对钢的力学性能产生不利影响。3）使钢的焊接性能降低。4）能改善易切削钢的切削性能。二、炉渣去硫三、气化去硫第六节脱氧一、脱氧的目的和任务氧的危害1）严重降低钢的力学性能，尤其是塑性和韧性2）大量气泡的产生将破坏锭坯的合理结构，严重影响钢锭质量，甚至造成废品。3）钢中的氧能加剧硫的热脆危害2.脱氧的目的和任务脱氧的目的在于降低钢中的含氧量，脱氧的任务是：1）降低钢液中溶解的氧，把氧转变成难溶于钢液的氧化物如：MnO、SiO2等。2）将脱氧产物排出钢液之外。3）脱氧时还要完成调整钢液成分和合金化的任务。二、常用的脱氧剂Mn、Si、Al三、脱氧方法1.沉淀脱氧法2.炉渣脱氧法3.真空脱氧法第七节钢中的气体氢和氮第八节钢中的非金属夹杂物第十章炼钢原料第一节金属料一、铁水

转炉炼钢最主要的金属料，一般占转炉金属料70％以上。一般要求入炉铁水温度不低于1250ºC，而且要稳定。含硅质量分数在0.2～0.6%。锰质量分数为0.2～0.4%。二、废钢电弧炉炼钢最主要的金属料，其用量约占金属料的70～90％。三、生铁通常配入量为10～30％。四、铁合金脱氧和合金化材料第二节非金属料一、造渣材料石灰【CaCO3】、萤石【CaF2】和白云石【CaCO3•MgCO3】二、氧化剂氧气、铁矿石、氧化铁皮第十一章氧气顶吹转炉炼钢工艺1952年和1953年在奥地利的林茨（Linz)和多纳维茨（Donawitz）城先后建成并投入生产，故又称为LD（BOF）法。原料适应性强、生产率高、成本低、可炼钢种多、钢质量好、投资省、建设速度快现代主要炼钢方法之一。冶炼一炉钢的吹炼时间一般为15～20分钟。总冶炼时间（从出钢到下一次出钢的时间）一般为30～45分钟）第十二章碱性电弧炉炼钢法第十三章其他电冶金法第十四章炉外精炼真空除气脱氧法循环真空脱气法第十五章钢锭模铸锭（模铸）钢的浇注，就是把在炼钢炉中熔炼和炉外精炼所得到的合格钢水，经过钢包（又称盛钢桶）及中间钢包等浇注设备，注入一定形状和尺寸的钢锭模或结晶器中，使之成钢锭或钢坯。钢的浇注是衔接炼钢和轧钢之间的一项特殊作业，是炼钢生产过程中的重要环节目前采用的浇注方法，有钢锭模铸锭法（模铸法）和连续铸钢法（连铸法）两种。第一节几种模铸法及特点简介模铸法是将盛钢桶内的钢水注入到具有一定形状和尺寸的钢锭模中，从而铸成钢锭的方法。钢锭经过初轧开坯轧制成钢坯，然后再进一步轧制成各种钢材。一、坑铸法根据浇注系统的摆放位置不同，可将模铸法分为坑铸法和车铸法。坑铸法坑铸法是将钢锭模摆放在铸坑内的底板上进行浇注，浇注作业全在铸锭内进行。生产效率低，劳动条件差，钢锭质量难以保证。仅在一些小的、老式炼钢车间采用。2.车铸法车铸法是将钢锭模摆放在铸车的底板上进行浇注的。脱模、整模等均在另外的厂房内进行。占地面积大，基建投资多。多在大型、新建的车间采用。二、上注法和下注法根据钢液由钢包注入钢锭模的方式不同，又将模铸法分为上注法和下注法两种。1.上注法钢液由钢锭模上口直接注入模内的浇注方法。上注法每次只能铸一支（或2～4支）钢锭，必需的设备是钢包、钢锭模、保温帽、中注管和底板。1）优点铸锭准备工作简单，耐火材料消耗少，钢水收得率高，钢锭成本低；由于耐火材料侵蚀产生的夹杂物少；浇注速度比下注法快，铸温可比下注低。由于模内高温钢液始终位于钢锭模上部，并可反复进行添注，因此，有利于减少翻皮、缩孔和疏松等缺陷，钢锭内部质量好。2）缺点一次只能浇注一支（或2～4支）钢锭；开浇时易引起飞溅，造成结疤、皮下气泡等缺陷；由于钢水对模底的冲刷，容易烧坏钢锭模和底板，钢锭模消耗较高；由于时间的限制，只适宜大钢锭的浇注。2.下注法钢液经中注管、汤道从模底进入模内的浇注方法，称为下注法。下注法一次能够铸成数根至数十根钢锭，必需的设备是钢包、钢锭模、保温帽、中注管和砌有分流砖和流钢砖的底板1）优点能同时浇注若干支钢锭，生产率高；钢液在模内上升平稳，钢锭表面质量好；有利于钢中气体及夹杂物上浮排出。2）缺点铸锭准备工作复杂；耐火材料消耗高，钢液损失多；钢中夹杂物多；钢液内部质量不如上注。第二节模铸法的主要设备一、钢包盛钢水以进行浇注的主要设备钢包的使用寿命一般为35次。普遍采用滑动水口二、钢锭模浇注时承受钢液的模子，是使钢液凝固成钢锭的模型。铸铁铸造而成，使用寿命一般在60～80次。有上大下小型和上小下大型两种。常用方形和扁形断面的钢锭模。三、保温帽使钢锭头部长时间处于液态，以便充填钢锭本身因凝固收缩而产生的缩孔，从而得到致密的钢锭。安装在上大下小的钢锭模的上部。一般占钢锭重量的8～12％。四、中注管采用下注法时，将从钢包水口流下的钢液引入分流砖、流钢砖而流入各个钢锭模内。五、底板底盘或锭盘，承托钢锭模。第三节模铸法浇注工艺一、浇注准备二、钢液浇注三、钢锭的冷却和退火第四节钢锭的种类第五节钢锭常见缺陷一、镇静钢钢锭常见缺陷二、沸腾钢钢锭主要缺陷三、半镇静钢钢锭主要缺陷1）缩孔2）偏析3）轧后流渣第十六章连续铸钢钢液经过连续铸钢机（简称连铸机）直接生产钢坯的方法叫连续铸钢。它生产出来的钢坯叫连铸坯。从20世纪50年代开始发展，60年代得到推广应用，70年代后期，设备和工艺的发展日臻完善。世界主要产钢国家的连铸比都超过了90％。我国于1960年首先试验成功弧形连铸机。1998年连铸比达67％。第一节连铸法的优点从根本上改变了间接浇注钢锭的模铸传统工艺，大大简化了由钢液得到钢材的生产流程。1）铸坯的切头率比铸锭大为减少，金属收得率提高10～20％，钢的成材率提高8～14％，耐火材料消耗节省15％，钢的生产成本降低15～20％2）连铸和轧钢配合生产，可以节省70～80％的热能消耗，减少初轧设备，车间占地面积减少30％左右，节约基建费用40％左右。3）便于实现机械化、自动化生产，改善劳动条件，提高劳动生产率30％4）连铸坯组织致密，夹杂少，质量好。第二节连铸机的类型第三节弧形连铸机的结构和工艺控制第四节连铸钢坯的结构与缺陷一、连铸钢坯的凝固特征1）冷却强度大，铸坯凝固速度快，凝固系数比模铸约大17％。2）铸坯凝固时液相深度大。3）铸坯长度方向的结构较均匀。二、连铸钢坯的结构特点（1）激冷层（2）柱状晶带（3）锭心带三、连铸钢坯的缺陷第五节连铸技术的发展趋势一、努力提高连铸机的生产率1.提高铸机作业率2.提高拉速二、提高铸坯质量1.采用炉外精炼技术处理钢水2.保护浇注3.发展中间罐冶金技术4.电磁搅拌5.二冷区采用气水雾化冷却三、扩大品种四、连铸生产的自动控制五、铸坯热送和连铸连轧第十七章炼钢主要新工艺新技术第一节炼钢工艺方面新工艺新技术一、炼钢工艺方面1.铁水预处理2.转炉零能（或负能）炼钢3.多段炼钢少渣吹炼4.转炉溅渣护炉技术5.直接炼钢6.连续炼钢二、电炉炼钢方面1.短流程工艺2.电炉容量大型化3.超高功率电弧炉4.电弧炉偏心炉底出钢5.直流电弧炉第二节浇注工艺方面新工艺新技术一、高效连铸二、近终形连铸连铸坯的断面尺寸接近于用其轧制出产品断面形状的连铸技术。三、薄板坯连铸连轧钢液经连续地铸成板坯后，为了充分利用铸坯余热，而将钢坯及时送入轧机轧制成（板）材的新工艺。20世纪80年代末、90年代初开发的一项重大高薪技术。1.连铸－离线热装轧制2.连铸－直接轧制3.连铸－在线同步轧制技术自1989年6月ＣＳＰ薄板坯连铸生产线在美国纽柯公司问世以来，该项工艺技术发展迅猛。珠钢所建的ＣＳＰ生产线是我国首条薄板坯连铸连轧生产线。设计年生产能力为80万t。铸坯尺寸为50×900～1350mm。1999年8月试生产，12月达月产25000t热轧卷。每日8～12炉，约1500t左右。设计最薄规格为1.00mm，日前已轧出1.05mm。已能稳定生产厚度1.2mm～1.5mm板卷。邯钢的ＣＳＰ生产线于2000年初投产。铸坯尺寸：700×900～1680mm。由3座100t氧气转炉供应钢水、第一期设计年生产能力为123万t；第二期为240万t。自1999年12月10日轧出第一卷后，经1个半月冷负荷试车，数次热负荷试车后，于3月上旬已实现8炉连铸连轧，并创一日3个浇次24炉，日产2400t热轧卷的好成绩。3月份月产量超4万ｔ，预计4月份月产量可达5.5万ｔ，其达产单流产量将达到130～140万t/a，这也将是世界水平的纪录。自1989年6月ＣＳＰ薄板坯连铸生产线在美国纽柯公司问世以来，该项工艺技术发展迅猛。珠钢所建的ＣＳＰ生产线是我国首条薄板坯连铸连轧生产线。设计年生产能力为80万t。