金属材料的制备

第一节冶金工艺第二节钢铁冶炼第三节有色金属冶炼第一章金属材料的制备－冶金

因此,要获得各种金属及其合金材料．必须首先通过各种方法将金属元素从矿物中提取出来,接着对粗炼金属产品进行精练提纯和合金化处理,然后浇注成锭,加工成形,才能得到所需成分、组织和规格的金属材料。

第一节冶金工艺

绝大多数金属元素除Au、Ag、Pt外都以氧化物、碳化物等化合物的形式存在地壳之中。

金属的冶金工艺可以分为火法冶金、湿法冶金、电冶金等。

冶金是基于矿产资源的开发利用和金属材料生产加工过程的工程技术。一、火法冶金

定义：火法冶金是指利用高温从矿石中提取金属或其化合物的方法。干法冶金

工艺过程：矿石准备冶炼精炼选矿、干燥、焙烧、球化或烧结氧化还原提取金属除去杂质提纯金属第一节冶金工艺概述

火法冶金矿石准备：选矿：去除矿石中大量无用的脉石或有害矿物,以获得含有较多金属元素的精矿。枯燥：去除矿石中的水分,枯燥温度一般在400～600℃。焙烧：在一定的气氛下,将矿石加热到一定温度低于熔点,使之发生物理化学变化以适应下一步冶金过程的要求。烧结和球团：选矿得到的细精矿不宜直接使用,需先参加溶剂再高温烧结成块,或添加粘结剂压制成型或滚成小球再烧结成球团。第一节冶金工艺概述

火法冶金冶炼：将处理好的矿石,在高温下通过氧化复原生成粗金属和炉渣的过程。复原冶炼：使金属氧化物在高温熔炼炉复原性气氛下被复原成熔体金属的冶炼方法。参加的炉料：富矿、烧结矿、球团矿；造渣用的石灰石、石英石的溶剂；还参加焦炭、煤,既作为发热剂,产生高温,也作复原剂,使金属化复原。第一节冶金工艺概述

火法冶金造锍冶炼：属氧化冶炼。主要用于处理硫化铜矿或硫化镍矿。生产上利用铜、镍、钴对硫的亲和力大于铁,而对氧的亲和力远小于铁的性质在熔炼过程中,使铁的硫化物不断氧化成氧化物随后与脉石造渣而除去。氧化吹炼：在氧化性气氛下进行冶炼,吹入氧气使生铁液中的硅、锰、碳、磷、硫等杂质被氧化炼成合格的钢水。第一节冶金工艺概述

火法冶金精炼：对冶炼的金属进行去除杂质提高纯度的过程。物理精炼法熔析精炼：利用某些杂质金属或其化合物在主金属中的溶解度随温度的降低而显著减少的性质,改变温度,使原来成分均匀的粗金属分相,形成多相体系,而将杂质别离到一种固体或液体中,与主金属分开,到达提纯金属的目的。多用于提纯熔点较低的金属Sn、Pb、Zn、Sb等,以去除熔点较高并与主金属形成二元共晶的杂质。第一节冶金工艺概述

火法冶金物理精炼法精馏精炼：利用物质沸点不同,交替进行屡次蒸发和冷凝去除杂质。适用于相互溶解或局部溶解的金属熔体。区域精炼：又称为区域熔炼或区域提纯,指根据金属液体混合物在冷凝结晶过程中偏析即杂质在固液相中分配比例不同,将杂质富集到液相或固相中从而与主金属别离的原理,通过屡次熔融和凝固,到达精炼的目的。第一节冶金工艺概述

火法冶金化学精炼法氧化精炼：利用氧化剂将粗金属中的杂质氧化造渣或氧化挥发除去的精炼方法。硫化精炼：用参加硫或硫化物的方法,除去粗金属中杂质的精炼方法。氯化精炼：通入氯气或氯化物使杂质形成氯化物而与主金属和别离的精炼方法。碱法精炼：向粗金属参加碱,使杂质氧化并与碱结合成渣而被除去的精炼方法。第一节冶金工艺概述二、湿法冶金定义：湿法冶金是在常温或低于100℃以下,用溶剂处理矿石或精矿,使所要提取的金属溶解于溶液中,而其他杂质不溶解,然后再从溶液中将金属别离和提取出来的过程。大局部溶剂为水溶液,也称为水法冶金。

工艺过程：浸出（固液）分离（金属或化合物）提取（溶液净化）富集第一节冶金工艺概述

湿法冶金浸出：也称为浸取,是对矿石进行选择性溶解的过程。即借助于浸出剂从矿石、精矿等固体物料中提取所需金属可溶性成分,从而与其他不溶物质别离的过程。浸取剂不同：酸浸出、碱浸出、盐浸出化学过程不同：氧化浸出、复原浸出。浸出过程压力的不同：常压浸出、加压浸出。浸出方式：就地浸出、渗滤浸出、搅拌浸出、热球磨浸出、流态化浸出第一节冶金工艺概述

湿法冶金固-液别离：是将浸出液与残渣别离成液相和固相,同时将夹带于残渣中的冶金溶剂和金属离子洗涤回收的过程。沉降别离法：借助于重力的作用使固相沉积将液相与固相别离的方法过滤别离法：在压力的作用下,利用多孔介质拦截浸出液相中的固体离子,使液相与固相别离的方法。第一节冶金工艺概述

湿法冶金第一节冶金工艺概述富集：对别离的溶液进行净化。一般浸出溶液中除欲提取的金属外,还有其他金属和非金属杂质,必须将他们别离出来才能最终提取所需的金属。方法：结晶、蒸馏、沉淀置换、溶液萃取、离子交换、膜别离等提取：通过电解、化学、置换、复原等方法从净化的溶液中获得金属或化合物方法三、电冶金

定义：利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精炼金属的冶金过程。

工艺分类：

电热冶金：直接用电加热生产金属的一种冶金方法。包括电弧熔炼、电阻熔炼、等离子熔炼、感应熔炼、电子束熔炼等。第一节冶金工艺概述电化学冶金：利用电化学反响,使金属从含金属盐类的水溶液或熔体中析出的冶炼方法。包括溶液电解和熔盐电解熔盐电解：直接利用高导电率、低熔点的熔盐作为电解质在熔池中进行电解。适用于电极电位较负的金属,如Al、Mg、Ti、Be、Li、Ta、Nb等溶液电解：以金属浸出液作为电解液进行电解复原,使溶液中的金属离子复原为金属析出电解提取、不溶阳极电解,使粗金属阳极经由溶液精炼沉积于阴极电解精炼、可溶阳极电解的冶金过程。适用于电极电位较正的金属,如Cu、Ni、Co,Au、Ag等Fe在地壳中的含量为5％左右,在金属中仅次于铝,除陨石外,纯铁在地壳中还未见到,铁容易与其它元素化合,特别是与氧化合,因此铁矿石多以氧化物形式存在。铁矿石中除铁的氧化物外,还有其它元素的氧化物SiO2、Al2O3、MnO2等,这些统称为脉石。炼铁的目的就是使铁从铁的氧化物中复原,并使复原出的铁与脉石别离。

第二节钢铁冶炼生产根本过程：高炉的复原过程氧化过程铁矿石→炼铁→炼钢→铸锭连铸→轧制→钢材

铸造生铁铸造第二节钢铁冶炼1、炼铁的原料：铁矿石、熔剂和及燃料。一、生铁冶炼

1铁矿石含铁矿物和脉石组成。赤铁矿Fe2O3

：70%Fe红色磁铁矿Fe3O4

：72.4%Fe黑色褐铁矿2Fe2O3·3H2O：59.8%Fe黄褐色菱铁矿FeCO3：42.8%Fe淡黄色脉石：SiO2、Al2O3、CaO、MgO等第二节钢铁冶炼一、生铁冶炼褐铁矿菱铁矿赤铁矿磁铁矿对铁矿石的要求：含铁量愈高愈好；30~70%,贫矿：Fe%＜45%富矿：Fe%＞45%复原性好；粒度适中；通常为10~25mm脉石成分中碱性氧化物含量高；杂质含量少；S%＜0.15%,P%＜0.4%,As%＜0.1%有一定强度冶炼前铁矿石的处理：主要通过选矿来提高矿石的品位:A:贫铁矿→破碎→筛分→细磨→选矿→精矿粉→混匀→烧结、造块烧结矿或球团矿→筛分→储藏→过筛→称量→入炉。B:天然富矿→破碎→筛分→混匀→储藏→过筛→称量→入炉一、生铁冶炼1、炼铁的原料

2熔剂作用：降低脉石熔点,生成熔渣；去硫种类：

通常用碱性熔剂石灰石要求：碱性氧化物高CaO+MgO

＞50%,酸性氧化物低SiO2+Al2O3

≤3.5%P、S低,强度高,粒度均匀,粒度最好与矿石粒度一致一、生铁冶炼1、炼铁的原料3燃料作用：发热剂,提供热量；复原剂；料柱骨架；渗碳剂要求：含碳量高；有害杂质硫、磷及水分、灰分、挥发分的含量低；在常温及高温下要有足够的机械强度；气孔率要大,粒度要均匀常用的燃料：焦炭喷吹用燃料：10~30%,有的达40~50%,包括气体燃料天然气、焦炉煤气等、液体燃料重油、柴油、焦油、固体燃料无烟煤粉一、生铁冶炼1、炼铁的原料2、高炉设备及工艺过程一、生铁冶炼一、生铁冶炼2、高炉设备及工艺过程炼铁高炉的结构

炼铁工业设备图炼铁工业设备图一、生铁冶炼2、高炉设备及工艺过程

1燃料的燃烧

C+O2

CO2

CO2+C

2CO

3、炼铁的物理化学过程2炉料的蒸发、挥发、及分解①水分的蒸发和结晶水的分解105℃以上,吸附水游离水可蒸发,对高炉无害。200℃开始,褐铁矿2Fe2O3.3H2O分解,400～500℃分解速度最大。约400℃高岭土Al2O3.2SiO2.2H2O开始分解,在500～600℃才迅速进行。②燃料挥发分的挥发焦碳中含挥发分0.7～1.3%,在风口被加热到1400～1600℃,这些挥发分进入煤气。由于量少,对煤气成分和冶炼过程影响很小。③碳酸盐的分解主要指CaCO3、MgCO3、FeCO3、MnCO3的分解反响,前两者为主,其反响式为：CaCO3=CaO+CO2-42520KcalMgCO3=MgO+CO2-26470Kcal一、生铁冶炼3、炼铁的物理化学过程①CO作复原剂间接复原T＞570℃：3Fe2O3＋CO2Fe3O4＋CO22Fe3O4＋2CO6FeO＋2CO26FeO＋6CO6Fe＋6CO2T＜570℃：3Fe2O3＋CO2Fe3O4＋CO22Fe3O4＋2CO3Fe＋4CO2根本为放热反响,主要在高炉上部800℃以下的低温区进行。3铁的复原当T＜570℃时：Fe2O3

Fe3O4

Fe

当T＞570℃时：Fe2O3

Fe3O4

FeO

Fe

一、生铁冶炼3、炼铁的物理化学过程②固体碳作复原剂直接复原高炉内固体碳的复原作用化学反响：FeO+CO=Fe+CO2+3250KJCO2+C=2CO—39600KJ综合以上反响结果相当于碳对氧化物的直接复原：FeO+C=Fe+CO—36350KJ吸热反响,反响主要在高炉下部1000℃以上进行一、生铁冶炼3、炼铁的物理化学过程③氢作为复原剂间接复原当T>570℃：3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2OFe3O4+H2=3FeO+H2OFeO+H2=Fe+H2O当T<570℃：3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O3Fe3O4+4H2=3Fe+4H2O一、生铁冶炼3、炼铁的物理化学过程铁矿石中锰以MnO2,Mn2O3和Mn3O4的形式存在,复原过程为：MnO2→Mn2O3→Mn3O4→MnO→Mn。MnO在复原前与SiO2结合生成硅酸盐,大量进入炉渣中,所以,生铁中的锰最终从炉缸内炉渣复原出来,MnO反响式为：MnSiO3+C=Mn+SiO2+CO-Q高温和提高炉渣碱度有利于锰的复原,约有1/3的MnO能被复原,被复原的锰大约有40%~60%进入生铁。4锰的复原一、生铁冶炼3、炼铁的物理化学过程炉渣碱度：渣中碱性氧化物与酸性氧化物浓度之比。常用CaO和SiO2

摩尔分数之比表示。铁矿石中硅的氧化物以SiO2的形式存在,二氧化硅复原过程是以固体碳为复原剂进行的直接复原。反响式为： SiO2+2C=Si+2CO-Q该反响为吸热反响,炉温愈高,硅被复原的数量愈多。5硅的复原一、生铁冶炼3、炼铁的物理化学过程矿石中的磷主要以CaO3P2O5Ca3PO42的形式存在,磷酸钙在1200~1500℃与固体碳为复原剂发生直接复原反响,反响为：CaO3P2O5+5C=3CaO+2P+5CO而SiO2存在,又能与磷酸钙中的CaO相结合,使P2O5游离出来,从而加速磷酸钙的复原,反响为：23CaO·P2O5+3SiO2=32CaO·SiO2+2P2O52P2O5+10C=4P+10CO被复原出来的磷除小局部挥发外都溶入铁中,复原出来的磷与铁结合生成Fe2P或Fe3P并溶于生铁中,因此控制生铁含磷量的唯一方法是控制炉料的含磷量。6磷的复原一、生铁冶炼3、炼铁的物理化学过程

造渣是矿石中废料,燃料中灰分与熔剂熔合的过程。炉渣与熔融金属液不互熔,又比其轻,能浮在熔体外表,便于排出。mSiO2+pAl2O3+nCaO=nCaO·pAl2O3·mSiO2

主要成分；SiO2、Al2O3、CaO,及少量MnO、FeO、CaS等。炉渣具有重要作用：

1熔化各种氧化物,控制生铁合格成分。

2浮在铁液外表,能保护金属,防止其过分氧化、热量散失或不致过热。

7造渣一、生铁冶炼3、炼铁的物理化学过程

矿石和焦碳等燃料中的硫主要以硫化亚铁的形式存在,与石灰石中的CaOMgO以及固体碳作用,发生的炉渣脱硫主要是在铁水滴入炉缸穿过渣层时进行的,反响为：FeS+CaO+C=Fe+CaS+CO-Q炉料带入的硫有三个去处,即分别进入生铁、炉渣和随煤气逸出高炉。即：S铁=S料-S渣-S煤气降低硫在生铁中含硫量,有以下途径：A、加强原料的准备处理,降低原料带入的硫量；B、增强硫的挥发量使更多的硫进入煤气,而随煤气逸出；C、提高硫的分配系数LS=S/S,提高炉渣脱硫能力。提高脱硫能力的方法：A.提高渣的碱度B.提高炉缸温度

8脱硫一、生铁冶炼

8铁的增碳炉料在高炉中下降的过程中,当进入1000~1100℃时,从矿石中复原出的铁与一氧化碳、焦炭相互作用,会溶入大量的碳,使铁的熔点降低,铁在炉身下部和炉腹处开始熔化,熔滴顺焦炭块流向炉缸,在此过程中,碳还会大量进入铁的熔滴,并到达饱和程度,其含碳量可达4%或更高。一、生铁冶炼3、炼铁的物理化学过程4、炼铁的主要产品⑴生铁生铁是高炉冶炼的主要产品,一般生铁中WFe为94%左右,WC为4%左右,其于Si、Mn、P、S等少量元素。生铁和钢在成分上的差异如下表；成分：CSiMnPS生铁>2.11>0.50.5~2.0<0.1~0.4<0.07钢<2.11<0.40.3~0.8<0.05<0.05生铁按用途分为三种：①炼钢生铁：占生铁总量的80%~90%,wsi=0.6%~1.6%,ws<0.07%。②铸造生铁,又称翻砂生铁,用于铸造生产。主要特点是含si较高,wsi=2.75~3.25%,占产量的10%~20%。③特殊生铁：如铬铁、硅铁、锰铁wMn=10~25%等,为高炉冶炼的铁合金。用于炼钢的脱氧剂和合金元素的添加剂。一、生铁冶炼4、炼铁的主要产品

2炉渣

按冶炼矿石的品位不同,冶炼1t生铁产生渣量0.3~0.6t之间。可用来制造水泥、造砖、矿渣棉等。

3高炉煤气

冶炼1t生铁可产生2000～3000m3的高炉煤气,其中含有质量分数约25%的CO,1%～4%的H2,少量甲烷等可燃烧气体,其发热值为3000～4000KJ/m3。一座日产2000t生铁的高炉,每日产生的高炉煤气相当于500t标准煤或相当于500t原煤,可作为工业上的燃料。使用前应除尘。一般高炉煤气总量的1/3左右用于自身热风炉的加热,其余可供动力、炼焦、炼钢、烧结、轧钢等部门使用。

4炉尘

炉气上升时从炉内带出的细颗粒固体炉料。冶炼1t生铁产生炉尘50~100Kg。可做烧结配料。5、高炉技术经济指标1有效容积利用系数

高炉利用系数

n

n=P/VuP—生铁日产量t/d

Vu—高炉有效容积m3

每立方米高炉有效容积一昼夜d生产生铁的质量t

单位为：t/m3·dn越大,生铁产量越高,高炉生产率也越高。目前世界主要产铁国年平均高炉有效利用系数在2.0～2.5t/m3

·d之间,先进的达2.8～3.2t/m3

·d。

一、生铁冶炼2铁焦比K

K=Q/PQ—每日消耗焦炭量t/d

铁焦比就是生产1t生铁所消耗的焦炭重量

Kg。在工厂习惯常用kg/t表示,显然铁焦比越低越好。在喷吹燃料条件下,不能只用铁焦比来表达,须用燃料比

K燃,即每吨生铁耗用各种入炉燃料之总和。K燃=焦炭+煤粉+重油+……

kg/t。国外铁焦比日本最低,近年一般在400kg/t左右,燃料比一般在450kg/t左右。我国重型企业年平均铁焦比为500kg/t,居世界中等水平。

一、生铁冶炼4、高炉技术经济指标3冶炼强度I

I=Q/Vu1立方米高炉有效容积每天消耗焦炭的重量

t。目前国内外一般约为1.0t/m3·d左右。利用系数、铁焦比和冶炼强度三者之间的关系：

n=I/K

可见,利用系数n与冶炼强度成正比,与铁焦比成反比,要提高n

,强化高炉生产,应从降低K和升高I两方面考虑,在目前能源紧缺的情况下,首先应考虑降低K。

4生铁合格率根据国家标准,在一定期间日、月、旬等内,合格生铁占生铁总产量的百分数为生铁合格率。

优质率,即优质生铁占生铁总产量的百分数。对生铁质量的考查主要看其化学成分如S和Si是否符合国家标准,一般合格率应在99%以上。一、生铁冶炼5、高炉技术经济指标5生铁本钱生产1t生铁所需的费用,它是衡量高炉生产经济效益的重要指标,本钱越低,经济效益越高,说明高炉的生产效果越好。6高炉一代寿命炉龄从高炉点火到停火大修之间的时间,或高炉相邻两次大修之间的冶炼时间叫做高炉一代寿命,寿命越长,那么一代炉龄产量越高,各项消耗相对减少,经济效益越好。一般大高炉一代寿命10年左右,有的到达18年。

一、生铁冶炼5、高炉技术经济指标6、非高炉炼铁法高炉炼铁的缺点：投资大、流程长,能耗高,污染大。改进：不用焦碳,不用高炉,用烟煤或天然气作复原剂,采用直接复原或熔融复原生产铁,以供电炉炼钢,经二次精炼,连铸连轧,形成最正确短流程。

直接复原：用煤或天然气等复原剂直接将固态铁矿石还原成固态海绵铁。可用煤基回转窑、气基竖炉等设备直接复原。

煤基回转窑中：Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2

气基竖炉中：CH4+H2O→CO+3H2天然气裂化反响

Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O

Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2

一、生铁冶炼6、非高炉炼铁法一、生铁冶炼6、非高炉炼铁法一、生铁冶炼6、非高炉炼铁法2熔融复原：用铁矿石和普通烟煤作原料,在汽化炉的流化床中,将直接复原得到的海绵铁进一步加热熔化,在熔融汽化炉的炉底形成铁水与炉渣的熔池。一、生铁冶炼二、钢的冶炼

炼钢的目的：除去生铁中多余的碳和大量杂质元素，使其化学成分达到钢的要求。存在两种不同的钢铁生产工艺流程：①矿石→生铁→钢,即以高炉→转炉为主的流程；②矿石→海绵铁→钢,即以直接复原为主的流程。传统的第一种,工艺成熟,可大规模生产,是现代钢铁生产的主要形式。直接复原流程,规模小,目前,正在开展,是钢铁生产的重要补充。第二节钢铁冶炼二、钢的冶炼1、炼钢用原料两类：金属料和非金属料。金属料主要指铁液生铁、废钢和铁合金；非金属料主要指造渣材料、氧化剂、冷却剂、复原剂和增碳剂等。1铁液转炉炼钢的根本原料占转炉金属装入量的70～100%。对铁水总的技术要求:“硅、锰适宜,磷、硫低,成分稳定,温度高”。Si：0.5～0.8%为宜。易与氧结合,生成SiO2,同时放出大量的热,容易成渣。铁水含Si量高,那么转炉可多加废钢,多加矿石,提高钢水收得率。但铁水含Si量过高,会导致石灰耗量增大而增大渣量,易产生喷溅,而且对炉衬寿命不利。Mn：0.2～0.4%为宜。对化渣、脱S以及提高炉龄有益。为节约锰资源,现生产上对Mn不作特殊要求,只希望铁水含Mn量相对稳定,以便吹炼终点的含Mn量相对稳定,便于合金化。P：炼铁过程中矿石中P局部复原入生铁,其含量无法控制只能通过配料调节,炼钢希望含P量低些。S：有害杂质。通常要求铁水含S量≤0.07%以减轻炼钢脱S的负担。T：希望尽可能减少波动,防止过低,一般要求1200~1300℃第二节钢铁冶炼1、炼钢用原料2废钢电炉炼钢的根本原料。废钢用量约占钢铁料质量的70%~90%,氧气转炉用铁水炼钢时,由于热量富裕,可多参加多达30%的废钢作为调整吹炼温度的冷却剂,采用废钢冷却可减低钢铁料、造渣材料和氧气的消耗,而且比用铁矿石冷却效果好喷溅少。废钢来源复杂,因此废钢的管理和加工非常重要。废钢入炉前应仔细检查,严禁混入封门器皿,爆炸物和有害物质,注意防止混入铅,锌,锡,铜等有色金属,此外,应尽量减少带入的泥沙,耐火材料和炉渣等3铁合金炼钢生产中广泛使用的铁合金和脱氧剂有：锰铁、硅铁、铝铁。其他脱氧剂有：硅钙合金,硅锰铝合金,以及铝、锰、镍、钴等金属。第二节钢铁冶炼1、炼钢用原料4造渣材料石灰：碱性炼钢方法根本的造渣材料,由石灰石煅烧而成,来源广泛,价廉,有相当的脱硫,脱磷能力,不危害炉衬,对石灰要求：CaO含量高,SiO和S的含量尽量低。石灰容易受潮粉化,变为硝石灰CaOH2,应尽量用新烧的石灰,采用密封的容器储藏和运输,块度要求在5~40mm范围,块度太大熔化困难,块度太小那么容易从空气中吸收水分,带入炉内,使钢被其中的氢腐蚀,所以,应保持石灰枯燥、新鲜,在料仓储存时间不得超过3天。氟石萤石：普通应用的熔剂,主要的成分是CaF2,熔点低,约930℃,还能使CaO和阻碍石灰溶解的硅酸钙熔点降低,而且作用迅速,因而能加速石灰的溶解,迅速改善炉渣的流动性。成分要求：CaF2≥85%,SiO2≤5%,S≤0.2%,块度5~40mm,且枯燥,洁净。萤石的优点是作用快,不降低炉渣碱度,但用量过多会引起喷溅,并减低炉衬寿命,通常为石灰石用量的0~15%。白云石：碳酸盐矿物,属镁质造渣剂的一种,CaMgCO32。理论成分:CaO30.4%、MgO21.9%、CO247.7%。常含有硅、铝、铁、钛等杂质。熔点比石灰低,参加白云石代替局部石灰,增加渣中MgO含量,降少炉衬中MgO向炉渣中转移,减轻炉渣对炉衬侵蚀,延长炉衬寿命,而且还能促进前期造渣。第二节钢铁冶炼1、炼钢用原料5氧化剂氧气：一般要求氧气的纯度≥98%,冶炼含氮低的钢种时,氧气的纯度≥99.5%。炼钢用的氧气一般由厂内的制氧车间供给,用管道输送。铁矿石、氧化铁皮：为改善脱磷条件,还需使用一定量的铁矿石,作为氧化剂使用的铁矿石,要求铁含量高,SiO2、P和水分尽量少,使用前应加热。有时也利用轧钢和锻造车间的氧化铁皮代替局部铁矿石,但氧化皮潮湿,油污较多,使用前应烘烤。6冷却剂除废钢外,转炉炼钢常用的冷却剂有：富铁矿、球团矿、烧结矿、氧化铁皮、石灰石等。用富铁矿等炼铁原料或氧化铁皮作为冷却剂,主要利用它们氧化金属中的杂质时要吸收大量的热。7增碳剂电弧炉炼钢使用的增碳剂有石墨、碳粉等。它们粒度应小于0.5mm,使用前应烘烤。第二节钢铁冶炼2、炼钢的根本过程：1元素的氧化顺序冶金复原原理氧化顺序与各元素与氧的亲合力有关,与氧亲和力强的元素可以夺得更多得氧,首先大量氧化；反之,被氧化得慢。元素与氧亲和力得强弱,常用该元素的氧化物分解压力表示Po2,Po2越低,说明氧化物越稳定,即生成该氧化物的元素越容易氧化。A、T<1400℃元素的氧化顺序：Si、Mn、C、P、FeB、1400℃<T<1530℃元素的氧化顺序：Si、C、Mn、P、FeＣ、T>1530℃氧化顺序：C、Si、Mn、P、Fe氧化的顺序还受元素在钢液中浓度的影响；当供氧量缺乏时,它们被氧化的可能性与氧亲和力的影响很大；如果供氧很足,与氧化剂接触的元素都有时机被氧化,因此,那种元素含量多,那么被氧化的时机就多。在氧气顶吹转炉炼钢中,供氧很充分,所以元素含量对元素氧化顺序的影响就十清楚显。因此,从吹炼过程中的金属成分可知,吹炼一开始Fe,Si,Mn即大量氧化,而碳的氧化少量发生,碳的大量氧化是在Si,Mn根本氧化完了,熔池的温度上升之后。另外,从分解压力来看,P、C不能同时氧化,但在氧气顶吹转炉操作中P往往与C同时氧化,并且,吹炼前期P就被大量氧化去除。这是因为前期温度不太高,碳的氧化受到抑制,这时,渣中FeO高,并有一定的碱度,且炉渣的流动性好,这有利于P的去除。第二节钢铁冶炼2、炼钢的根本过程：2脱碳反响贯穿于炼钢全过程中的一个重要反响。作用：降低碳含量,使之符合钢的成分要求；生成的CO气体排出时能够搅动熔池,促进化渣和传热,均匀温度和成分；加速金属和炉渣之间的物化反响,并能带走钢中的有害气体和非金属夹杂物,如氮、氢。C+O=CO↑+Q12C+O2=2CO↑+Q2C+FeO=Fe+CO↑-Q3条件：提高温度。能促进碳与FeO的反响,主要发生在熔炼的中期,此时,熔池温度显著升高；参加大量的铁矿石、含氧化铁较多的氧化铁皮或吹入氧气等；改善炉渣的流动性。第二节钢铁冶炼2、炼钢的根本过程：3硅的氧化和复原在炼钢过程中,初期原料中的硅将迅速氧化,放出大量的热,其反响为：Si+2O=SiO2Si+O２气＝SiO2Si+2FeO=SiO2+2Fe碱性炼钢法,参加石灰造渣,其反响为：2CaO+SiO2=Ca2SiO4此时,随渣CaO和FeO含量的增加,硅被迅速氧化至微量。酸性炼钢法及高温条件下,硅可从炉渣或炉衬中被复原而进入金属液体中。酸性炼钢的炉渣主要是FeO―MnO―SiO2,如果提供的氧化剂不充分,那么FeO的含量低,其中ＳiＯ2的含量约为50%,处于饱和程度。那么发生硅的复原反响：SiO2+2C=Si+2CO气SiO2+2Mn=Si+2MnO降低炉渣的流动性,减少炉渣中的氧化铁的含量,提高熔池的温度,对硅的复原有利。钢液中的含硅量；取决于两个相反过程的速度差：①金属液中硅被氧化速度；②硅从炉渣或炉衬被复原进入金属液体中速度。第二节钢铁冶炼2、炼钢的根本过程：4锰的氧化和复原和硅一样,与氧有强的亲和力,很易被氧化。Mn＋O=MnO+QMn+1/2Ｏ2气＝MnO+QMn+FeO=MnO+Fe+Q在酸性渣炼钢时,金属液的氧化较为完全,不会被复原,这是因为MnO属于碱性氧化物,大局部MnO将与渣中的酸性氧化物SiO2反响生成硅酸盐2MnSiO3,使MnO的活度降低,在碱性炉渣中大局部MnO大都的自然状态存在,所以,锰易被复原。温度愈高,锰复原愈明显,炼钢末期钢液中的残锰较高,所以,炼钢末期,往往用锰的复原情况来判断熔池的温度上下。第二节钢铁冶炼2、炼钢的根本过程：5脱磷反响磷是有害元素,普通钢<0.045%,优质钢<0.040%,高级优质钢<0.035%,反响：2P+5FeO=P2O5+5Fe+QP2O5+4CaO=4CaO·P2O5或P2O5+3CaO=3CaO·P2O5总式：2P+5FeO+4CaO=4CaO·P2O5+5Fe或2P+5FeO+3CaO=3CaO·P2O5+5Fe实际上炼钢工艺中,影响这些热力学条件的有关工艺如下：第二节钢铁冶炼a温度：由此反响为放热反响,减低反响温度将使Kp增大,所以较低的温度有利于脱硫反响的进行,但过低的反响温度,如温度低于1400℃,那么使石灰不易融化,碱性渣不易形成,反而对脱硫不利。b炉渣碱度：因CaO是使P2O5的活度降低的主要因素,增加渣中CaO或石灰用量,会使钢中P降低,但过高的CaO将使炉渣变粘,反而不利于脱磷。2、炼钢的根本过程：

cFeO的影响：在一定的限度内,FeO含量的增加会使P减少。其次,FeO可直接与P2O5结合,生成化合物FeO·P2O5：3FeO+P2O5=3FeO·P2O5但假设FeO太高,将使CaO浓度降低而影响脱磷效果,因而FeO与炉渣碱度对脱磷的综合影响是：在R＜2.5时增强R对脱磷的影响最大；R在2.5~4之间时,增加FeO对脱磷有利。d金属成分的影响：含碳、硅、锰量较高时,脱磷过程将受到抑制,原因是它们与氧化铁作用,消耗渣中的氧,另外,含硅量高,其产物二氧化硅将影响炉渣碱度而不利于脱磷。e渣量：增加渣量即稀释了渣中的P2O5,而4CaO·P2O5量也相应的降低了,所以增加渣量可降低P。从热力学观点上,使脱磷反响顺利所采用的工艺方法是：较低的炉温；较高的炉渣碱度3~4；形成较高氧化铁浓度15%~30%的氧化性炉渣和造成氧化性炉内气氛,增大渣量或屡次换渣操作。第二节钢铁冶炼2、炼钢的根本过程：回磷现象炼钢过程中某一时期特列是炉内预脱氧到出钢期间,甚至在盛钢桶中,当脱磷的根本条件得不到满足时,被脱除的磷重新返回到钢液中的现象。其原因是：a在炼钢后期,当金属液温度太高时,参加硅铁、锰铁进行脱氧时,炉渣中FeO与脱氧剂作用,不仅降低了炉渣的氧化铁的活度,而且炉渣中的SiO2增加,炉渣碱度降低,为回磷提供了有利条件。b炉渣中3CaO·P2O5和P2O5与脱氧剂Mn、Si、Al作用,使磷复原,返回钢液。c炉渣中3CaO·P2O5与含有SiO2的酸性炉衬作用,使渣中的游离P2O5量增加,产生回磷。23CaO·P2O5+3SiO2=32CaO·SiO2+2P2O5防止回磷的方法：在炼钢后期控制钢液温度不过高；减少钢液在钢包中的停留时间；提高钢包中的渣层碱度；用碱性炉衬钢包。第二节钢铁冶炼2、炼钢的根本过程：6脱硫反响一般钢：S≯0.04%,优质钢：S＜0.03%,高级优质钢：S＜0.02%,某些特殊的钢要求的低硫钢含硫量在0.015%以下。①炉渣脱硫利用渣中足够的CaO,把钢液中FeS去除。

FeS+CaO→FeO+CaS-Q

生成的CaS渣不熔于钢液,且比其轻,溶于炉渣中。

FeS+CaO→FeO+CaS-Q

脱硫的条件:高的炉温；高的炉渣碱度;复原渣生产中：可通过加石灰或石灰石；扒掉含硫高的初期渣,造无硫的新渣；参加CaF、MnO等降低炉渣粘度的造渣材料,以提高炉渣的流动性；搅拌钢液,以增大钢液与炉渣的接触面积。②气化脱硫S+2O→SO2气S+O2→SO2气S+2FeO→SO2气+2Fe一般,气化脱硫效果低于炉渣脱硫,但转炉炼钢中,气化脱硫高于炉渣脱硫第二节钢铁冶炼2、炼钢的根本过程：7脱氧反响利用脱氧剂除去钢液中残留的氧化亚铁中氧,并复原出铁来。生成物可聚集上浮到钢液外表,常用的脱氧剂有锰铁、硅铁、铝等：

Me+FeO→MeO+Fe

具体方法有两种：

①沉淀脱氧：脱氧剂直接参加钢液中,并与FeO反响脱氧。速度快,效率高；但脱氧产物MnO、SiO2、Al2O3可留在钢液中。

②扩散脱氧：利用加在炉渣中的脱氧剂与FeO反响,减少渣中FeO含量,破坏了FeO在炉渣及钢液中的浓度平衡,使钢中FeO向渣中扩散,间接脱氧,该法速度慢,时间长,设备生产率低；但脱氧产物在熔渣中,不会污染钢液,钢液较为纯洁。最正确方法是：两者结合,用锰铁沉淀脱氧,再用碳粉和硅铁扩散脱氧,最后用铝沉淀脱氧。第二节钢铁冶炼

按脱氧程度,钢分为：镇静钢脱氧充分,沸腾钢脱氧程度低,半镇静钢介于两者之间根本反响a

碳脱氧：FeO+C→Fe+CO

主要在渣中进行,不产生非金属氧化物,利于优质钢产生,缺点是：1600℃时与0.3％c相平衡的氧含量0.007％,在钢锭冷却过程,可再次发生碳氧反响。产生钢锭中气孔、疏松等缺陷。在碳脱氧的缓慢过程中,容易引起增碳,对于碳规定范围很窄或含碳量很低的钢种就有困难。b锰脱氧：弱脱氧剂：

Mn+2FeO→MnO+Fe

生成物MnO不溶于钢液,还与SiO2、Al2O3结合生成低熔点液态炉渣,有利于上浮去除。Mn还能降低钢中S的有害作用。c硅脱氧：强脱氧剂,产物为SiO2,并放热,低温利于脱氧。

Si+FeO=SiO2+2Fe

碱性法中硅的脱氧能力高于酸性法,脱氧产物SiO2可与碱性氧化物化合,生成复合氧化物,减少自由SiO2含量。假设先用锰进行预脱氧,生成的MnO2也能与SiO2结合,减少自由SiO2含量,使反响不断进行,增强了Si的脱氧能力。d铝脱氧：强氧化剂。2Al+FeO→Al2O3+3Fe

生成的Al2O3熔点高、颗粒细,弥散在钢液难以上浮去除。故用此法前需充分脱氧,在很低的含氧量中选用此法。第二节钢铁冶炼3、炼钢的常见工艺：1.转炉炼钢法LD法1设备和冶炼工艺氧气吹炼转炉由炉体及倾动设备,吹氧设备,废气处理设备及供料设备四局部组成。炉体以其中心成为对称梨型,外壳为钢板焊接而成,内衬由镁砖,焦油白云石砖或焦油镁砖砌成,目前国内广泛使用的5-10t容量的中小型炉,最大的容量为300t.

第二节钢铁冶炼3、炼钢的常见工艺：1.转炉炼钢法LD法1设备和冶炼工艺喷枪：氧气顶吹转炉炼钢是靠插入炉内的喷枪向熔池喷吹高纯度的高压氧气进行的。氧气通常由制氧站专用的管道直接供给。混铁炉或混铁车：由于与转炉配合生产的高炉间断出铁水,且铁水温度与成分均不同,为了贮存、保温和混匀铁水。除尘设备：氧气顶吹转炉吹炼时将排除大量高温且携带了大量褐色尘埃的废气,直接排放那么将造成环境污染,目前转炉炼钢厂均应配置,包括文氏洗涤器、湿式电除尘设备、干式电除尘设备及袋式过滤器等。氧气顶吹转炉炼钢原料：铁水、废钢、铁合金及造渣材料等；第二节钢铁冶炼3、炼钢的常见工艺：第二节钢铁冶炼2顶吹氧气转炉炼钢的根本过程①装料：在去除完上炉的炉渣后,按炉料配比从倾斜炉口先参加废钢不大于30%,再倒入1250-1400℃的液体生铁,然后将炉体转到垂直位置,从顶部插入喷枪,用它来吹入压力为的氧气。在开始吹氧时,需向炉内参加石灰、铁矿石等造渣剂。②吹炼：初期：Si、Mn迅速氧化,同时能脱除较大比例的磷和少量的硫,大量的铁和局部的碳被氧化,氧化杂质能放出大量的热,加热熔池。中期：进行碳的氧化,在脱碳的同时,能脱出局部磷和硫。后期：脱碳速度减慢,喷溅减小,进一步调整好炉渣的氧化性和粘度,脱磷和硫,准备控制终点温度。③造渣：在吹氧过程中要不断追加石灰等造渣材料,以便为脱硫、脱磷创造条件,当吹炼磷含量高达0.3%的生铁石,脱除磷,必须采用双渣法,即放渣和重新造渣。④脱氧和出钢：主要采用沉淀脱氧,对某些钢还可配合盛钢桶的扩散脱氧或真空脱氧。出钢温度为1460-1560℃,出钢温度过低会造成固炉、盛钢桶底部凝钢及钢锭各种缺陷,过高那么会造成跑钢,漏钢,粘膜及钢锭的各种高温缺陷,并影响炉体和氧枪寿命。第二节钢铁冶炼3顶吹氧气转炉炼钢的质量钢的质量主要取决于钢中有害杂质、气体和非金属夹杂物的含量,生产实践说明顶吹氧气转炉钢具有很高的质量,这是因为：①钢中气体含量少②有害杂质元素磷、硫的含量较低；脱磷率为90~95%,脱硫率70~80%。③剩余元素和非金属夹杂物含量低④机械性能好：冷加工性、抗时效性、锻造和焊接性能都较好特别适宜于吹炼低碳和超低碳钢种冶炼钢种范围可从极低碳钢到高碳钢,直至合金钢；最适合生产冷加工性能和抗时效性能是关键问题的薄板钢种,以及对锻造和焊接性能有较高要求的焊接钢管和无缝钢管的钢种。第二节钢铁冶炼2、电弧炉炼钢法⑴概述以三相交流电为电源,利用电极与炉料间产生高温电弧使电能转变为热能来熔炼钢的一种方法。主要特点：a炉温和热效率高b炉内既可造成氧化性气氛,又可造成复原性气氛C设备简单,占地少,投资省,建厂快,污染易控制缺乏之处：电能消耗大,生产本钱高；氢和氮的含量较高。高合金工具钢、不锈钢、耐热钢等大多数优质钢在电弧炉内熔炼。第二节钢铁冶炼主要设备：a炉用变压器：工业网中高电压小电流→低电压大电流,能换挡b电弧炉炉体：炉壳包括圆桶形炉身、炉底和上部加固局部,通常采用12-30mm厚普通钢板焊成,易变形局部,用槽钢加固,大型炉体用水强制冷却,外表温度不大于100℃、主要设备：石墨电极炉门：炉门是为了补炉、炼钢过程中加料、扒渣、吹氧操作和观察熔池情况等所设,这对减少炼钢熔池热损失,减少冷湿空气进入炉内,以及复原期保持良好的复原气氛又重要意义：倾动机构：出钢时向出钢槽一侧倾倒40-45°,扒渣时向炉门一侧倾倒10-15°采用液压机构c电极升降机构：由电极夹持器、横臂、主柱组成⑵、碱性电弧炉氧化法熔炼工艺过程

①补炉期：高温、快速、薄补,镁砂烧结温度达1600℃,白云石为1540℃,要求：补炉后炉膛温度不低于1200℃,不能太厚,一般10-25mm,保证补炉料依靠炉内的余热进行良好的烧结。

②装料期：要求：快速,密实地装料,合理布料,尽可能一次装完。石灰为减少炉料对炉底冲击和促进造渣→1/2小块料→大块料及其他难熔料布置在高温电极区→中块料布置在大块料四周或上面,以填充大块料的空隙→剩余的小块料一般：质量<10Kg的炉料称为小块料,10-25Kg为中块料,>25Kg为大块料,使用时搭配比例如下：电炉容量/t大块料中块料小块料

<=1035%-45%40%-45%15%-25%>10～40%～45%～15%③熔化期任务：首先保证炉料快速熔化,其次是尽快造好熔化渣,以除去钢液中约为30%～40%的磷,减轻氧化期的任务。熔化期时间约占总熔炼时间的50%,电耗约占总耗量的60%～70%,因此,为了缩短熔化时间、提高产量、降低电耗和本钱,必须采取适当措施,加速炉料熔化,其主要措施有提高变压器的输入功率、吹氧助熔和炉外预热废钢等。④氧化期任务：氧化钢液中的碳,使其含量降低；继续氧化钢液中的磷,使其低于成品规格；去除钢液中的气体和夹杂；提高钢液温度。在氧化期碳的氧化是实现精练的重要手段,其氧化方法有矿石氧化、吹氧氧化和矿氧综合氧化。为了脱磷,氧化期必须造高氧化、高碱度和良好流动性的熔渣,为此必须向熔池中加铁矿石和石灰,以保证炉渣中有高的氧化铁和氧化钙的含量。由于脱磷反响是放热反响,故低温有利于脱磷。氧化期温度的控制应兼顾脱磷和脱碳的需要,并保证优先脱磷。因此,氧化前期应适当控制升温速度,待脱磷到达要求后再放手升温。在氧化末期要把钢液温度升高到高于出钢温度10-20℃,以便为复原期创造条件。第二节钢铁冶炼⑤复原期任务：脱氧；脱硫；根据钢种要求调整钢液成分和进行合金化；调整钢液温度。a脱氧是复原期的首要任务,电弧炉炼钢采用了沉淀脱氧、扩散脱氧和综合脱氧方法,一般使用较多是综合脱氧法。初期：沉淀脱氧预脱氧硅铁、硅锰铝、硅钙和铝中期：扩散脱氧碳粉、硅铁粉、铝粉、硅钙粉和电石块造复原渣O%＜1%末期：沉淀脱氧Al

O%＜0.006%

b脱硫：在电弧炉炼钢过程中的复原期进行,这时已具备充分的脱硫条件,即高熔渣碱度3.5左右,低的FeO含量小于1%和高的炉内温度,而且渣量大、流动性好,因此渣钢之间硫的分配系数可达30-50。适当增大渣量对脱硫有明显的效果,但渣量不宜过大,否那么会延长复原时间,增大电耗。一般钢种硫可降到0.045%以下,优质钢可降至0.02%-0.03%.c调整钢液成分和进行合金化：为了提高元素的收得率和稳定钢液成分,在参加铁合金的时间、方法和次序应根据铁合金的物化性质来确定。不易氧化的元素铜、镍、钴、钼和钨等可在氧化期或复原期参加；较易氧化的元素锰一般在复原初期参加；极易氧化的元素铝、钛、硼和稀土等一般在复原末期参加。对密度大、熔点高的铁合金参加时应加强搅拌,块度应小些。易氧化元素参加大量时要先烘烤加热,以便迅速熔化。d调整钢液温度：通常出钢温度应比钢的熔点高70~120℃⑥出钢当钢液成分和温度合格,并用铝进行最终脱氧后即可出钢电弧炉有两种出钢方法：a先出钢后出渣。不会出现夹渣现象,但钢液降温大、二次氧化严重。b钢渣混出。先决条件是熔渣流动性好、碱度高和氧化铁低,故钢渣混出不仅使钢液二次氧化较少,而且大大增加了钢与渣的接触面积,可强化脱氧和脱硫反响,从而缩短炉内复原时间。因此,钢渣混出是较为广泛采用的一种出钢方法。第二节钢铁冶炼3、电弧炉钢的质量电弧炉炼钢与转炉和平炉钢相比,其质量总体均优于后两种,主要表现在：

a电弧炉钢能最大限度地去除磷和硫

b电弧炉炼钢夹杂物很少

c电弧炉冶炼成分易控制第二节钢铁冶炼4、钢锭的浇铸和钢锭1浇注法钢锭浇铸分为：钢锭模铸锭法模铸法和连续铸钢法连铸法。模铸法又分为：上注法和下注法上注法：①优点：耐火材料的消耗和钢液损失少,且钢液不会被耐火材料所污染,因而带入钢中夹杂物含量少；浇注准备工作简单。②缺点：在浇注时由于钢流冲击引起钢水的飞溅在锭模的外表,并受到强烈的氧化,从而易导致钢锭外表产生结疤等缺陷。上注法适宜生产大钢锭,且对钢锭内部质量要求较严格的场合,如轴承钢和炮钢等。

第二节钢铁冶炼下注法：①优点：可同时浇注多根钢锭,浇注时间短,故生产率高；而且由于钢液自下而上平稳的上升,因此钢锭外表的质量较好。②缺点：钢液易被中注管和汤道中的耐火材料所污染,并吸收气体,这样不仅会增加钢中的夹杂和气体的含量,从而影响钢的质量；而且还会使耐火材料的消耗和钢液的损失增多,本钱高；易形成翻皮等缺陷。适宜应用在生产钢锭小、每炉浇注钢锭多、对外表质量要求较严格的场合,如不锈钢、硅钢、薄板钢。沸腾钢一般采用下铸法。第二节钢铁冶炼4、钢锭的浇铸2浇注工艺①浇注温度适宜的浇注温度是指钢液温度必须高于液相线一定值,即必须有一定的过热度,应根据钢种、锭型和浇注方法来确定。原那么：浇注裂纹倾向大、钢水粘性大、流动性差的钢种,钢水过热度应高些；大钢锭比小钢锭过热度可低些；下注比上注时过热度要高些。②浇注速度与浇注温度、浇注方法和钢种有关。原那么：高温慢注,低温快注,以调整钢液带入的热量,保证钢锭外表质量。此外,上注比下注的浇注速度要快。裂纹倾向大的钢种慢注,流动性差和易氧化元素含量的高的钢种宜快注。第二节钢铁冶炼4、钢锭的浇铸3钢锭的结构①镇静钢钢锭钢液在浇注前经过充分脱氧的钢,钢的含氧量一般在0.002%-0.003%。当钢液注入锭模后不发生碳氧反响和析出一氧化碳气体,钢液可较平静地凝固成锭,故称为镇静钢。镇静钢特点：成分比较均匀,组织比较致密,具有较高的力学性能；但镇静钢锭的成材率低,本钱较高。a.钢锭的结构组成表层细小等轴晶带中间柱状晶带中心粗大等轴晶带钢锭的头部有缩孔和缩松下部有沉积锥形带第二节钢铁冶炼4、钢锭的浇铸b.钢锭的缺陷内部缺陷：偏析、缩孔、疏松、夹杂和裂纹等；外表缺陷：裂纹、结疤、翻皮和气孔等。偏析钢锭内部出现化学成分的不均匀性称为偏析。第二节钢铁冶炼缩孔和疏松缩孔和疏松分别是由于钢锭凝固时因集中的和分散的体积收缩得不到钢液补充而形成的空腔和小空隙。缩孔位于钢锭头部,纵面呈漏斗状,疏松往往在其下部沿钢锭纵向中心线分布。缩孔中聚集着较多的偏析元素和非金属夹杂,且其外表氧化严重,故在锻轧过程中不能焊合,加工时必须完全切除,否那么在热加工时会引起严重的内部破裂。

1—V型正偏析2—∧型正偏析3—负偏析4、钢锭的浇铸疏松的形成原因：钢液中的晶核在以树枝状方式长大的过程中,由于结晶后期树枝晶相遇,使钢液通向树枝间的通道受阻,导致树枝间富集杂质的低熔点钢液在最后凝固过程中得不到补充,因收缩而形成许多细小得孔隙。第二节钢铁冶炼缩孔和疏松

4、钢锭的浇铸非金属夹杂物非金属夹杂物主要来源于浇注过程中因浸蚀和冲刷而带入钢中的耐火材料、再生夹杂以及未被排除的脱氧产物。

第二节钢铁冶炼裂纹裂纹分为内裂纹和外裂纹。内裂纹：在钢锭内部的裂纹。内裂纹的原因主要是钢的纯洁度、强度和塑性较低有关。此外,还与钢所受的各种应力有关。外裂纹：在钢锭外表的裂纹。纵裂纹：纵裂纹主要产生在钢液凝固壳薄、强度低、塑性较差而承受不住钢水静压力的部位。横裂纹：横裂纹大多由于凝固壳产生局部悬挂,限制钢锭的正常收缩,当凝固层局部存在质量缺陷或外力超过凝固强度时,外表层拉裂而形成。

4、钢锭的浇铸结疤,翻皮和皮下气泡结疤是钢锭外表的一种金属壳皮,大多出现在钢锭下部,易在上注开浇或注流不正时产生。当钢液飞溅在模壁上即被氧化,冷却后不能再与钢液融合,而嵌在钢锭外表成为结疤。翻皮是钢锭模内钢液外表上氧化膜卷入钢锭内而造成的大块疤皮。皮下气泡是存在于钢锭皮下的气泡,分布在钢锭外表以下10~15mm内,当钢锭加热表层氧化脱落时,皮下气泡即暴露并被氧化,锻轧时不能焊合,便在钢材外表形成发纹或裂纹。

第二节钢铁冶炼4、钢锭的浇铸②沸腾钢钢锭沸腾钢是脱氧不完全的钢,一般只用弱的脱氧剂锰铁脱氧。由于脱氧后钢液中仍保存一定含量的氧,故在结晶过程中继续发生碳氧反响,有大量CO气体逸出,引起锭模内钢水沸腾,故称为沸腾钢。主要用于生产含碳量在0.06%~0.27%的低碳钢,并轧制成板、管和线材,用于工程构件和冲压件。优点：钢锭头部无集中缩孔,切头率低,成材率比镇静钢高；脱模,整模简单,本钱低；钢中碳、硅含量低,故其延展性、焊接性能和冷冲压性能较好。缺点：钢锭组织不致密,成分偏析较大,钢材性能不够均匀。第二节钢铁冶炼②沸腾钢钢锭

由表及里依次由外表坚壳带、蜂窝气泡带、中间巩固带、二次气泡带和锭心带组成。外表坚壳带：由任意取向的细小等轴晶粒所组成蜂窝气泡带：柱状晶内,蜂窝状的长气泡。中间巩固带：没有气泡的、由柱状晶组成。二次气泡带：在柱状晶之间形成的小空隙。锭心带：由粗大等轴晶组成。第二节钢铁冶炼4、钢锭的浇注③半镇静钢钢锭半镇静钢是脱氧程度介于镇静钢和沸腾钢之间的钢,半镇静钢钢锭的结构介于镇静钢与沸腾钢之间,按脱氧程度分为偏镇静型、中间型和偏沸腾型三种。优点：偏析程度比沸腾钢轻,接近镇静钢,故钢锭各局部性能较沸腾钢均匀,从而可减少轧制废品,提高成材率；力学性能优于沸腾钢而接近镇静钢,可代替局部镇静钢,简化了生产工艺,降低了本钱；缺点：夹杂物含量高于镇静钢,氧、氮含量较高。不宜作重要用途的钢种,多用于生产普通碳素钢和普通低合金钢。第二节钢铁冶炼4连续铸钢连续铸钢是通过连铸机直接把钢液凝固成钢坯,从而可以逐步代替传统的锭模浇注和钢锭开坯工序,为开展钢铁生产的连续化和自动化创造有利的条件。①连铸设备及工艺连铸机的类型有立式、立弯式、弧型、椭圆型和水平式等多种。1—立式连铸机；2—立弯式连铸机；3—直结晶器多点弯曲连铸机

4—直结晶器弧形连铸机；5—弧形连铸机；

6—多半径弧形椭圆形连铸机；7—水平式连铸机第二节钢铁冶炼4连续铸钢控制连铸工艺的主要参数是注温、注速和冷却强度。注温：通常指中间罐内钢液的温度,其确定原那么与模铸相同,但连铸要求较严,且钢包内钢液温度要求比模铸高20～50℃。注速：即拉坯速度,拉坯速度主要由铸坯断面形状、尺寸、钢种和设备状态等因素确定。拉坯计算公式如下：V=KL/A式中V—拉坯速度m/minL—铸坯横断面周长mmA—铸坯横断面面积mm2K—系数m·mm/minK由钢种、结晶器长度与结构、冷却制度等决定,方坯：45～75,矩形坯：45～60,圆形坯：35～45。一般小断面铸坯取K值上限,大断面铸坯取下限。冷却强度：主要决定于结晶器和二次冷却装置的用水量。为了保证铸坯冷却均匀,防止产生裂纹,水的分配原那么上应上多下少,外弧多于内弧。第二节钢铁冶炼②铸坯的结构和质量连铸与模铸相比,其钢坯凝固的特点：a冷却强度大,钢坯凝固速度快,结构致密；b沿连续铸机任一位置钢液的凝固条件都不随时间变化,故铸坯长度方向上结构比较均匀。c铸坯中未凝固钢液强制循环区小,自然对流差,加之凝固速度快,故铸坯成分均匀,偏析小,夹杂物排除差。

第二节钢铁冶炼②铸坯的结构和质量

连续铸钢内在质量比模铸钢锭好。主要表现为：

a钢水被耐火材料污染少,故钢坯中硅酸盐夹杂低,其夹杂物总量明显减少；

b

铸坯内部的偏析倾向小。与传统模铸相比连铸还具有以下优点：

a不需要整模、脱模设备,省去了初轧工序,使工艺流程大大缩短,节省了投资,提高了生产率。

b钢坯切头率低,使成材率大幅度提高；

c降低了浇注系统原材料及能耗。

d节省人力,减轻劳动强度,有利于钢铁生产的连续化和自动化。

第二节钢铁冶炼连续铸钢能浇注从碳素钢、合金钢到特殊钢的几乎所有钢种。4、钢的冶金质量及控制钢材的生产要经过冶炼、浇注和锻轧等工艺过程,这些工艺过程所控制的质量一般称为冶金质量。钢的冶金质量的好坏,不仅影响机件在加工过程中工艺性能的优劣,而且对机件的使用性能和服役寿命寿命的上下有着很大的影响。第二节钢铁冶炼1钢的化学成分的影响及其控制钢中的元素分为常存元素、残存元素和合金元素,为保证钢材的质量,在各种标准标准中对钢的化学成分都有一定的规格限制,且成分的波动范围应尽量小,确保少量或微量合金元素有效地参加,只有钢的成分得到了保证,才能保证其有稳定的性能。①硅和锰a脱氧作用。硅和锰是炼钢过程中随脱氧剂进入钢中的。b锰能减轻硫的有害作用。锰能与钢液中的硫优先形成硫化锰。c产生强化作用。硅和锰可固溶于奥氏体和铁素体中,产生固熔强化,但硅在强化的同时降低钢的塑韧性,因此一般把硅量限制在保证脱氧的水平；锰与硅有所不同,它还细化铁素体晶粒,增加珠光体相对含量和弥散度,因此不仅可进一步提高钢的强度,而且还可改善钢的塑性和韧性。硅和锰是有益的元素。第二节钢铁冶炼②硫硫主要由炼钢原料、燃料中带入钢中,它是在冶炼时不能除尽的有害杂质,其影响主要有：a恶化钢的热加工性能——热脆为防止S的危害,Mn/S：3~8b使钢的铸造性能和焊接性能变坏c降低钢的使用性能但能改善钢的切削加工性能；在硅钢中,利用硫化锰夹杂,获得良好电磁性能取向的硅钢片。③磷磷也是钢过程中不能除尽的元素,它在大多数钢中是有害的,主要表现在：a磷使钢的偏析严重b磷含量高时钢会发生冷脆c磷促进钢的回火脆性,还使钢的焊接性能变坏磷的有害作用在一定的条件下也可以加以利用：炮弹钢参加较多的磷,可使钢的脆性增大,炮弹爆炸时碎片增多,从而提高其杀伤力；在易切削钢中,磷使铁素体适当脆化,可改善低碳钢的切削性能；磷可提高钢的强度,提高钢在空气中的抗蚀性,特别是钢中含铜时,它的作用更为明显。第二节钢铁冶炼

2钢中气体的影响及其控制钢中的气体主要是溶解在钢中的氢和氮,来源于炼钢原材料、空气等。表2-2不同炼钢方法钢中气体大致含量炼钢方法钢种H,ml/100gN,%碱性平炉碳素镇静钢5～70.004～0.006碱性电弧炉低合金结构钢4～70.007～0.014碱性顶吹氧气转炉低碳镇静钢3～50.002～0.004碱性低吹氧气转炉低碳镇静钢5～120.002～0.005碱性侧吹氧气转炉低碳镇静钢5～70.002～0.004由表可见：碱性顶吹氧气转炉钢的含气量最少。第二节钢铁冶炼2钢中气体的影响及其控制①氢氢在钢中根本上是有害无益,且随钢的强度的提高,危害性增大,主要是引起氢脆和产生白点。a氢脆钢中只要含有0.5ml/100g的氢就可引起氢脆,使钢的塑性特别是断面收缩率明显降低,而对其他力学性能影响不大。在室温附近最敏感,温度过高或过低,氢脆均不明显。b白点发纹当钢中含氢量高达了3ml/100g左右时,经锻轧后在钢材内部会产生白点。在经侵蚀后的横向低倍断口上可见到发丝状的裂纹,在纵向断口上呈现圆形或椭圆形的银白色斑点。白点通常出现在珠光体钢、马氏体钢和贝氏体钢的轧材或锻坯中,尤其在镍铬钢中最敏感,且尺寸越大越容易出现白点。钢中产生白点的原因一般认为是氢和应力联合作用的结果,白点是一种不允许出现的存在的缺陷。第二节钢铁冶炼2钢中气体的影响及其控制②氮有害作用：a引起钢淬火时效和应变时效脆性,从而是钢的强度、硬度升高、塑性、韧性降低,冷脆转变温度升高,使钢变脆；b钢中含氮量高时还易形成气泡和疏松,皮下气泡在轧制时易产生裂纹。有益作用：它与铝、钒等所形成的氮化物可细化钢的晶粒,强化铁素体基体,从而提上下合金高强度钢的强韧性。在奥氏体不锈钢和耐热钢中,可代替局部Ni,促进奥氏体的形成。降低钢中气体的主要途径：a严格控制原料质量和氧气的纯度,并对原材料和冶炼浇注设备进行枯燥和烘烤b完善冶炼操作,强化排气,保持熔池活泼沸腾c采用钢液炉外脱气处理和采取保护浇注措施第二节钢铁冶炼3钢中非金属夹杂物的影响及其控制