《炼钢学》考试复习参考资料

冶金工程《炼钢学》考试复习参考资料-7-第一部分：填空题耐火材料的三高工艺是：高纯度、高密度、高强度。炼钢用原材料主要包括：金属料、造渣材料、氧化剂、冷却剂等。其中金属料有铁水、废钢、铁合金；造渣材料有石灰、萤石、生白云石、合成渣料、废粘土砖；氧化剂有氧气、铁矿石和氧化铁皮。钢液的脱氧方法主要有：沉淀脱氧、钢、渣界面脱氧、真空下脱氧和扩散脱氧。钢中夹杂物按不同来源分为外来夹杂和内生夹杂。钢液中杂质的氧化方式：直接氧化和间接氧化。顶吹氧气转炉吹炼工程的操作制度：装料制度、供氧制度、造渣制度、温度制度。装料顺序一般是先加废钢，后兑铁水。目前国内外顶吹氧气转炉控制装入量的制度有定量装入、定深装入和分阶段定量装入。供氧制度中几个主要工艺参数是：氧气流量、供氧强度、氧压、喷枪高度。氧枪操作主要的三种方式是恒枪变压、变压变枪、恒压变枪。10、在造渣制度中，影响石灰溶解速度的因素有石灰本身的质量、铁水成分、炉渣成分和供氧操作。11、为保证钢水成分和减少温度损失，常采用红包出钢和挡渣出钢法，（用挡渣球和挡渣帽）并在盛钢桶内投加小粒石灰或白云石稠化炉渣，防止回磷。12、多段炼钢少渣吹炼新工艺是将炼钢过程分为三个独立的氧化阶段，分设于炼铁和连铸之间，其中，第一阶段是铁水脱硅，第二阶段是铁水脱磷（同时脱硫），第三阶段是在转炉少渣吹炼下进行脱碳和提温。13、炉外处理的基本方法分为加热、真空、搅拌、渣洗、喷吹、喂丝。14、顶底复合吹炼的三种类型为顶吹氧底吹惰性气体、顶底按比例复合吹氧、顶吹氧底吹氧并喷熔剂。15、炉渣的作用：脱除磷硫、向金属熔池传氧、减少炉衬侵蚀等。16、控制吹炼终点的方法有拉碳法和增碳法。第二部分：名词解释题1、软吹：若喷头距离液面较远，则氧流对液面的冲击力较小，氧气射流穿入熔池较浅，接触面积较大，这种情况称为“软吹”2、硬吹：当喷头距液面较近，则氧流对液面的冲击力较大，氧气射流穿入熔池较深，接触面积较小，这种情况称为“硬吹”3、冶炼周期：相邻两炉钢之间的间隔时间（即从装入钢铁料至倒渣完毕的时间）。4、双渣法：整个吹炼过程中需要倒出或扒出部分炉渣（约1/2~2/3），然后重新加加料造渣。5、单渣法：整个吹炼过程中不倒渣、不扒渣。6、双渣留渣法：将双渣法操作的高碱度、高氧化铁、高温、流动性好的终渣留一部分在炉内，然后在吹炼第一期结束是倒出，重新造渣。7、铁水预处理：铁水兑入炼钢炉之前的处理，普通铁水预处理，铁水脱硫，脱硅，脱磷。8、炉渣返干：在冶炼工程中，由于渣中富有大量CO气泡以及渣中（FeO）被金属液滴中的碳所还原，渣中的液态部分消失的现象，被称为炉渣“返干”。9、余锰：吹炼终了时，钢中的锰含量也称余锰或残锰。10、回磷：是在冶炼过程中如果炉温过高，碱度和（FeO）过低，造成成品钢中的[%P]比冶炼终了时钢水中高的现象叫“回磷”。其反应：4（CaO）+5(FeO)+2[P]=(4CaO.P2O5)+5[Fe]，出钢后钢中的回磷一般为0.01～11、炉容比：转炉腔内的自由空间的容积与金属装入量之比。12、熔渣的氧化性：指在一定温度下，单位时间内熔渣向钢液供氧的数量，也称熔渣的氧化能力，是熔渣的一个重要性质，决定了脱磷、脱碳，以及去除夹杂物等。13、转炉热效率：指加热钢水的物理热和炉渣的物理热占总热量的百分率。14、终点控制：主要指终点温度和成分的控制，终点的控制实质是脱碳和温度的控制。15、脱氧：向钢液加入某些脱氧元素，脱除其中多余氧的操作。16、合金化：加入一种或几种合金元素，使其在钢中的含量达到钢种规格要求的操作。第三部分：简答题简述转炉炼钢对铁水成分和温度的要求。答：转炉炼钢要求铁水的温度>1200～1300°C，小转炉控制的温度偏高些。对铁水中元素的要求：[Si]是发热元素，转炉用吹氧法冶炼时硅在0.5～0.8%之间为宜；[Mn]是发热元素，一般要求在0.2%左右；[P]是高炉中不能去除的元素，在转炉中要求其尽量有稳定的含[P]成分，以稳定转炉的吹炼制度；[S]在氧化渣下脱硫并不太多，且是钢中有害元素，转炉炼钢要求能将铁水中硫脱至[S]<0.02%，对大于0.02%的钢水应采用炉外脱硫操作。简述炼钢的基本任务。答：炼钢的基本任务是脱碳、脱磷、脱硫、脱氧，去除有害气体和非金属夹杂物，调整温度和成分、浇注成合格的钢锭。归纳为：“四脱”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去气和去夹杂），“二调整”（成分和温度），一浇注。采用的主要技术手段为：供氧，造渣，升温，加脱氧剂和合金化操作。浇注原则：高温慢注、低温快注。在碱性渣操作中，为什么会有“余锰”，它的存在有哪些好处？答：由于[Mn]的氧化是放热反应，故温度T低有利于[Mn]的氧化，但是在碱性操作中[Mn]与[Si]不同，由于碱性渣中大部分（MnO）呈自由状态存在，[Mn]不可能完全被氧化，因此冶炼末期会出现“余锰”。“余锰”的好处：（1）防止钢水过氧化，或避免钢水中含有过多过剩O，提高脱氧合金收得率，降低钢中氧化物夹杂；（2）可作为钢液温度高低的标志，炉温高有利于（MnO）还原；（3）能确定脱氧后钢水的含Mn达到所炼钢种规格，并节约锰铁合金的用量。简述钢种常见杂质元素对钢性能的影响。答：=1\*GB2⑴、钢中硫：S对钢的性能会造成不良影响，钢中S含量高，会使钢中的热加工性能变化，即造成“热脆”，S还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在焊缝中产生气孔和疏松，从而降低焊缝强度，S还是连铸中恶化铸坯最严重的元素。钢中[S]超过0.06%时，会显著恶化钢的耐磨耐蚀性能。=2\*GB2⑵、钢中磷：P是降低钢的表面张力的元素，随着钢中[P]含量的增加，钢液的表面张力显著降低，从而降低钢的抗裂性能。P是仅次于S在钢的连铸坯中偏析度高的元素，而且在铁固溶体中扩散速度小，偏析难以消除。=3\*GB2⑶、钢中氧：钢中[O]高，会产生皮下气泡、疏松等缺陷，并加剧S的热脆现象。在钢的凝固过程中，O将会以氧化物的形式大量析出，形成三次夹杂物，降低钢的塑性、冲击韧性等加工性能。=4\*GB2⑷、钢中氮：N是使钢产生“老化”、“实效”和“蓝脆”的元素，使钢的冲击韧性降低，焊接性能变坏。与此同时，[N]还是表面活性物质，因此降低了钢液的表面张力，使[N]容易析集在晶界，降低了钢的抗热裂纹的性能。=5\*GB2⑸、钢中氢：钢中H可使钢产生白点（发裂）、疏松和气泡，使钢变脆，即“氢脆”现象。什么叫“回磷”，为什么会产生“回磷”现象，主要影响因素有哪些，在工业上如何抑制？答：“回磷”是指在冶炼过程中如果炉温过高，碱度和∑（FeO）过低，造成成品钢中的[%P]比冶炼终了时钢水中高的现象。“回磷”产生的主要原因有：=1\*GB3①、在冶炼终了时加入脱氧剂脱氧，导致“回磷”；=2\*GB3②、脱氧剂本身会欢迎磷酸钙；=3\*GB3③、脱氧剂可能会带入部分的磷；=4\*GB3④、碱度和(FeO)降低，即渣的氧化性降低。为了抑制“回磷”，在生产中常用的方法是在出钢前向炉内加入石灰使终渣变稠，以防止出钢时下渣，或采用碱性包衬等方法。转炉炼钢吹炼过程中元素的氧化规律是什么？答：=1\*GB2⑴、硅的氧化规律：在吹炼初期，Si与O的亲和力较大，初期温度较低，在较短时间内Si基本氧化。随吹炼进行，石灰溶解，2FeO.SiO2转变为更稳定的2CaO.SiO2。=2\*GB2⑵、锰的氧化规律：锰的氧化速度没有硅快，随着反应的进行，有余锰的产生，其反应可表示为：[Mn]+[O]=(MnO)熔池内反应；[Mn]+[O2]=(MnO)氧气直接氧化反应[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]界面反应}（SiO2）+(MnO)=(MnO.SiO2)}回磷反应(MnO.SiO2)+2(CaO)=(2CaO.SiO2)+(MnO)(MnO)+[C]=[Mn]+{CO}回磷反应(MnO)+[Fe]=(FeO)+[Mn]=3\*GB2⑶、碳的氧化规律：吹炼前期，熔池温度T低于1400～1500℃，[Si]、[Mn]含量高，与[O]的亲和力均大于[C]-[O]亲和力，（FeO）较高。但化渣、脱碳消耗时，（FeO）较少，碳的氧化不剧烈；吹炼中期，T>1500℃，[Si]、[Mn]含量减少，[P]-[O]亲和力小于[C]-[O],碳氧化消耗较多的（FeO），熔渣中∑（FeO）有所下降，熔池搅拌强烈，使脱碳反应激烈进行；吹炼后期，T继续升高至超过1600℃，[C]含量随着中期脱碳反应的进行而降低，渣中（FeO）=4\*GB2⑷、磷的氧化规律：根据脱磷的有利条件—低温度、高炉渣碱度、高∑（FeO）、增加渣量，增加[P]的活度系数。反应前期，温度低，∑（FeO）升高，不利条件是R较低，中期，温度上升，∑（FeO）下降，C-O反应加剧，这两个时期有利于[P]氧化脱除。而反应后，随着温度的进一步升高，会出现“回磷”。=5\*GB2⑸、硫的氧化规律：根据脱硫的有利条件-高温度、高碱度、低∑（FeO）、增加渣量。吹炼前期，由于熔池T低，R低，∑（FeO）较高，渣的流动性较差，因此，脱硫速度很慢；吹炼中期，熔池T逐渐上升，∑（FeO）降低，R因大量石灰熔化而增加，熔池乳化效果好，是脱硫的最好时期；吹炼后期，熔池温度已升至出钢温度，∑（FeO）开始回升，R增加，熔池搅拌较中期差，因此脱硫速度稍低于中期。转炉炼钢吹炼过程中熔渣中（FeO）含量有什么变化规律，它的来源与消耗与什么因素有关？答：转炉炼钢吹炼过程中熔渣中（FeO）含量的变化规律为：吹炼前期，由于原料带入一定量的FeO，所以前期熔渣中的∑（FeO）较高，而在吹炼中期，由于脱碳、脱磷、脱硫等一系列反应的进行，引起熔渣中∑（FeO）有所降低，吹炼后期，钢中[C]含量已被脱至较低水平，而转炉的吹氧仍在继续，所以后期熔渣中∑（FeO）又有所回升。熔渣中∑（FeO）取决于来源和消耗两个方面，（FeO）的来源主要与枪位和加矿量有关，消耗主要与脱碳速度有关：枪位：枪位低时，高压氧气流冲击熔池，熔池搅拌剧烈，渣中金属液滴升高，形成渣、金属乳浊液，脱碳速度加快，消耗渣中（FeO）。加矿量：渣料中加矿石多，（FeO）含量增加。脱碳速度：ν脱碳高，（FeO）降低。枪位调节与铁水温度、成分、渣的成分、供氧压力和炉料装入量等的关系是什么？答：铁水温度：若T铁偏低，应先压枪提温，后提枪化渣，以防止渣中（FeO）集聚发生引发大量喷溅，即采用低－高－低枪位操作。铁水成分：铁水中[Si]、[P]含量高时，若采用双渣操作，可先低枪位脱硅、磷，倒掉酸性渣；若采用单渣操作，由于石灰加入量大，应较高枪位化渣，铁水中含[Mn]高时，有利于化渣，枪位可适当低些。炉内留渣：采用双渣留渣法时，由于渣中（FeO）升高，有利于石灰熔化，因此，吹炼前期枪位适当低些，以防渣中（FeO）过高而引发泡沫喷溅。供氧压力：高氧压与低枪位同时。装入量变化：炉内超装时，熔池液面高，枪位应相应提高。简要叙述造渣过程，以及各时期对造渣的要求。答：造渣过程：吹炼前期，炉渣主要来自铁水中[Si]、[Mn]、[Fe]的氧化产物，加入炉内的石灰块，由于温度降低，表面形成冷凝外壳，造成熔化滞止期。由于发生[Si]、[Mn]、[Fe]的氧化反应，炉内温度逐渐升高，促进石灰熔化，炉渣碱度逐渐上升。各时期对造渣的要求：吹炼初期，要保持炉渣有较高的氧化性，∑（FeO）稳定在25～30%，以促进石灰熔化，迅速提高碱度，尽量提高前期脱磷、硫率和避免酸性渣侵蚀炉衬。吹炼中期，炉渣的氧化性不得过低，∑（FeO）保持在10～16%，避免炉渣“返干”。吹炼后期，要保证脱磷、硫所需要的炉渣高碱度，同时控制好终渣氧化性，避免终渣氧化性过强或过弱。10、影响石灰溶解速度的因素有哪些？如何提高石灰的溶解速度？答：影响石灰溶解速度因素有石灰本身质量、铁水成分、炉渣成分和供氧操作。冶炼初期石灰表面C2S层的生成是石灰溶解缓慢的重要原因。因此，为了加速石灰溶解过程，必须设法破坏并去除C2S壳层，其方法之一是加入能够急剧降低C2S熔点的组元，如萤石、铝矾土、矿石、氧化铁皮等溶剂，使C2S的形态发生改变，形成分散的聚集体状态直至解体。除此之外，还可以采用所能允许的最小石灰块度、实行石灰预热和加入活性石灰等方法。在吹炼过程中，加入氧化铁皮、铁矿石等，对保持渣中合理的氧化铁含量，以加速石灰的溶解也有较好的效果。由于在吹炼中期，炉渣返干是石灰溶解缓慢的另一个重要原因，所以防止吹炼中期炉渣返干也可以提高石灰溶解速度。此外，提高熔池温度和加强熔池的搅拌均可加速石灰熔化的传质过程，加速渣壳和C2S的溶解，有利于石灰块的迅速熔化。11、什么叫泡沫渣，影响渣泡沫化的因素是什么，如何控制泡沫渣的产生？答：泡沫渣是指在吹炼过程中，在氧射流与熔池的相互作用下，形成了气－熔渣－金属液密切混合的三相乳化液，分散在炉渣中的小气泡的总体积往往超过炉渣本身体积的十倍之多的现象。影响渣泡沫化的因素主要有=1\*GB3①进入渣中气体的量，这是熔渣泡沫化的外部条件，单位时间内进入炉渣的气体越多，炉渣的泡沫化程度越高，例如吹炼中期脱碳速度快，产生气体量大，容易出现炉渣严重泡沫化现象。=2\*GB3②气体在渣中停留的时间，这是熔渣泡沫化的内部条件，它取决于熔渣的粘度和表面张力。炉渣的表面张力愈小，其表面积就愈易增大即小气泡愈易进入而使之发泡；增大炉渣的粘度，将增加气泡合并长大及从渣中逸出的阻力，渣中气泡的稳定性增加。泡沫渣的控制：转炉吹炼的初期和末期，因脱碳速度小而炉渣的泡末化程度较低，因而控制的重点是防止吹炼中期出现严重的泡沫化现象。通常是因枪位过高，炉内的碳氧反应被抑制，渣中聚集的(FeO)越来越多（内部条件具备），温度一旦上来便会发生激烈的碳氧反应，过量的CO气体充入炉渣（外部条件具备），使渣面上涨并从炉口溢出或喷出，形成所谓的喷溅。为此，生产中应是在满足化渣的条件下尽量低些，切忌化渣枪位过高和较高枪位下长时间化渣，以免渣中(FeO)过高。出钢前压枪降低渣中的(FeO)，破坏泡沫渣，以减少金属损失。12、常用冷却剂有哪些，什么叫冷却效应，实际生产过程如何实现温度的终点控制？答：顶吹氧气转炉炼钢通常使用的冷却剂有废钢、铁矿石、氧化铁皮。冷却剂的冷却效应是指为加热每千克冷却剂到一定的温度消耗物理热和冷却剂发生化学反应消耗的化学热之和。实际生产过程实现温度的终点控制为：接近终点（据耗氧量及吹氧时间判断）时，停吹测温，并进行相应调整：若温高，加石灰降之：温低，加Fe-Si并点吹提之。13、碳的终点控制有哪些方法，各有何特点，简要描述。答：终点碳的控制方法有两种，即拉碳法和增碳法。1）拉碳法控制方式：在实际生产中拉碳法又分为一次拉碳和高拉补吹两种控制方式。转炉吹炼中将钢液的含碳量脱至出钢要求时停止吹氧的控制方式称为一次拉碳法。冶炼中高碳钢时，将钢液的含碳量脱至高于出钢要求0.2～0.4%时停吹，取样、测温后，再按分析结果进行适当补吹的控制方式称为高拉补吹法。主要优点：（1）终渣的（∑FeO）含量较低，金属收得率高，且有利于延长炉衬寿命；（2）终点钢液的含氧低，脱氧剂用量少，而且钢中的非金属夹杂物少；（3）冶炼时间短，氧气消耗少2）增碳法吹炼平均含碳量大于0.08%的钢种时，一律将钢液的碳脱至0.05%~0.06%时停吹,出钢时包内增碳至钢种规格要求的操作方法叫做增碳法。主要优点：（1）终点容易命中，省去了拉碳法终点前倒炉取样及校正成分和温度的补吹时间，因而生产率较高；（2）终渣的（∑FeO）含量高，渣子化得好，去磷率高，而且有利于减轻喷溅和提高供氧强度；（3）热量收入多，可以增加废钢的用量。（4）操作稳定，易于实现自动控制。采用拉碳法的关键在于，吹炼过程中及时、准确地判断或测定熔池的温度和含碳量努力提高一次命中率。而采用增碳法时，则应寻求含硫低、灰分少和干燥的增碳剂。14、终点判断是什么，如何实现？答：终点判断就是在吹炼终了时，对钢水的温度和碳含量做出判断，看是否符合出钢要求。1）碳含量的判断常用的判断仪器是热电偶结晶定碳仪，其特点是简单、准确，但速度慢。有前途的是红外、光谱等快速分析仪。生产中多凭经验对钢液含碳量进行判断，常用的方法有看火花、看火焰、看供氧时间和耗氧量。（1）看火花：吹炼中会从炉口溅出金属液滴，遇空气被氧化而爆裂形成火花并分叉，火花分叉越多，金属含碳越高，当[C]小于0.1%时，爆裂的碳火花几乎不分叉，形成的是小火星。（2）看火焰：金属含碳量较高时，碳氧反应激烈，炉口的火焰白亮、有力，长且浓密；当含碳量降到0.2%左右时，炉口的火焰稀薄且收缩、发软、打晃。（3）看供氧时间和耗氧量：生产条件变化不大时，每炉钢的供氧时间和耗氧量也不会有太大的出入，因此，当吹氧时间及耗氧量与上炉接近时，本炉钢也基本到达终点。2）温度的判断目前常用插入式热电偶测定钢液的温度，生产中还可