123976035畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）煉鋼工藝流程研究

1、昆明冶金高等?？茖W(xué)校畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)煉鋼工藝流程研究學(xué) 院： 電氣學(xué)院 專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化技術(shù) 班 級： 電氣0844 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 日 期： 2010.12.01 至 2011.01.02 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝流程介紹【導(dǎo)讀】：轉(zhuǎn)爐煉鋼是把氧氣鼓入熔融的生鐵里，使雜質(zhì)硅、錳等氧化。在氧化的過程中放出大量的熱量 （含1%的硅可使生鐵的溫度升高200攝氏度），可使?fàn)t內(nèi)達(dá)到足夠高的溫度。因此轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要另外使用燃料。煉鋼的基本任務(wù)是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜物，提高溫度和調(diào)整成分。歸納為：“四脫”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去氣和去夾雜），“二調(diào)整”（成分和溫度

2、）。采用的主要技術(shù)手段為：供氧，造渣，升溫，加脫氧劑和合金化操作。本專題將詳細(xì)介紹轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的工藝流程，主要工藝設(shè)備的工作原理以及控制要求等信息。由于時(shí)間的倉促和編輯水平有限，專題中難免出現(xiàn)遺漏或錯(cuò)誤的地方，歡迎大家補(bǔ)充指正。轉(zhuǎn)爐冶煉目的： 將生鐵里的碳及其它雜質(zhì)（如：硅、錳）等氧化，產(chǎn)出比鐵的物理、化學(xué)性能與力學(xué)性能更好的鋼?！鞠嚓P(guān)信息】鋼與生鐵的區(qū)別：首先是碳的含量，理論上一般把碳含量小于2.11%稱之鋼，它的熔點(diǎn)在1450-1500，而生鐵的熔點(diǎn)在1100-1200。在鋼中碳元素和鐵元素形成fe3c固熔體，隨著碳含量的增加，其強(qiáng)度、硬度增加，而塑性和沖擊韌性降低。鋼具有很好的物理、化學(xué)

3、性能與力學(xué)性能，可進(jìn)行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，其用途十分廣泛。 轉(zhuǎn)爐冶煉原理簡介：轉(zhuǎn)爐煉鋼是在轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行。轉(zhuǎn)爐的外形就像個(gè)梨，內(nèi)壁有耐火磚，爐側(cè)有許多小孔（風(fēng)口），壓縮空氣從這些小孔里吹爐內(nèi)，又叫做側(cè)吹轉(zhuǎn)爐。開始時(shí)，轉(zhuǎn)爐處于水平，向內(nèi)注入1300攝氏度的液態(tài)生鐵，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空氣并轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)爐使它直立起來。這時(shí)液態(tài)生鐵表面劇烈的反應(yīng)，使鐵、硅、錳氧化 (feo,sio2 , mno,) 生成爐渣，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對流作用，使反應(yīng)遍及整個(gè)爐內(nèi)。幾分鐘后，當(dāng)鋼液中只剩下少量的硅與錳時(shí)，碳開始氧化，生成一氧化碳（放熱）使鋼液劇烈沸騰。爐口由于溢出的一氧化炭的燃燒而出現(xiàn)巨大的火

4、焰。最后，磷也發(fā)生氧化并進(jìn)一步生成磷酸亞鐵。磷酸亞鐵再跟生石灰反應(yīng)生成穩(wěn)定的磷酸鈣和硫化鈣，一起成為爐渣。當(dāng)磷與硫逐漸減少，火焰退落，爐口出現(xiàn)四氧化三鐵的褐色蒸汽時(shí)，表明鋼已煉成。這時(shí)應(yīng)立即停止鼓風(fēng)，并把轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)到水平位置，把鋼水傾至鋼水包里，再加脫氧劑進(jìn)行脫氧。整個(gè)過程只需15分鐘左右。如果氧氣是從爐底吹入，那就是底吹轉(zhuǎn)爐；氧氣從頂部吹入，就是頂吹轉(zhuǎn)爐。 轉(zhuǎn)爐冶煉工藝流程簡介：轉(zhuǎn)爐一爐鋼的基本冶煉過程。頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉一爐鋼的操作過程主要由以下六步組成：（1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動(dòng)設(shè)備等并進(jìn)行必要的修補(bǔ)和修理；（2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐體（至垂直位置）；（3）降槍開吹，同時(shí)加入第一

5、批渣料（起初爐內(nèi)噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨后噴出暗紅的火焰；35min后硅錳氧接近結(jié)束，碳氧反應(yīng)逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度隨之提高；同時(shí)渣料熔化，噪聲減弱）；（4）35min后加入第二批渣料繼續(xù)吹煉（隨吹煉進(jìn)行鋼中碳逐漸降低，約12min后火焰微弱，停吹）；（5）倒?fàn)t，測溫、取樣，并確定補(bǔ)吹時(shí)間或出鋼；（6）出鋼，同時(shí)（將計(jì)算好的合金加入鋼包中）進(jìn)行脫氧合金化。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要工藝設(shè)備簡介：轉(zhuǎn)爐（converter）爐體可轉(zhuǎn)動(dòng)，用于吹煉鋼或吹煉锍的冶金爐。轉(zhuǎn)爐爐體用鋼板制成，呈圓筒形，內(nèi)襯耐火材料，吹煉時(shí)靠化學(xué)反應(yīng)熱加熱，不需外加熱源，是最重要的煉鋼設(shè)備，也可用于銅、鎳冶煉。 aod精煉

6、爐aod即氬氧脫碳精煉爐，是一項(xiàng)用于不銹鋼冶煉的專有工藝。aod爐型根據(jù)容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。裝備水平也由半自動(dòng)控制發(fā)展到智能計(jì)算機(jī)控制來冶煉不銹鋼。vod精煉爐vod精煉爐（vacuumoxygen decarburization),是在真空狀態(tài)下進(jìn)行吹氧脫碳的爐外精煉爐，它以精煉鉻鎳不銹鋼、超低碳鋼、超純鐵素體不銹鋼及純鐵為主。將初煉鋼液裝入精煉包中放入密封的真空罐中進(jìn)行吹氧脫碳、脫硫、脫氣、溫度調(diào)整、化學(xué)元素調(diào)整。lf精煉爐lf（ladle furnace) 爐是具有加熱和攪拌功能的鋼包精煉爐。加熱一般通過電極加熱，攪拌是通過底部透氣磚進(jìn)行的。氧槍 氧

7、槍是轉(zhuǎn)爐供氧的主要設(shè)備，它是由噴頭、槍身和尾部結(jié)構(gòu)組成。噴頭是用導(dǎo)熱性良好的紫銅經(jīng)鍛造和切割加工而成，也有用壓力澆鑄而成的。噴頭的形狀有拉瓦爾型、直筒型和螺旋型等。目前應(yīng)用最多的是多孔的拉瓦爾型噴頭。拉瓦爾型噴頭是收縮擴(kuò)張收縮型噴孔，當(dāng)出口氧壓與進(jìn)口氧壓之比p出/p0<0.528時(shí)形成超音速射流。轉(zhuǎn)爐傾爐系統(tǒng)傾爐系統(tǒng):變頻調(diào)速(變頻器+電機(jī)+減速機(jī)+大齒輪) 傾爐機(jī)構(gòu)：傾爐機(jī)構(gòu)由軌道、傾爐油缸、搖架平臺、水平支撐機(jī)構(gòu)和支座等組成。煉鋼工藝流程造渣：調(diào)整鋼、鐵生產(chǎn)中熔渣成分、堿度和粘度及其反應(yīng)能力的操作。目的是通過渣金屬反應(yīng)煉出具有所要求成分和溫度的金屬。例如氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐造渣和吹氧操作是為

8、了生成有足夠流動(dòng)性和堿度的熔渣，以便把硫、磷降到計(jì)劃鋼種的上限以下，并使吹氧時(shí)噴濺和溢渣的量減至最小。 出渣：電弧爐煉鋼時(shí)根據(jù)不同冶煉條件和目的在冶煉過程中所采取的放渣或扒渣操作。如用單渣法冶煉時(shí)，氧化末期須扒氧化渣；用雙渣法造還原渣時(shí)，原來的氧化渣必須徹底放出，以防回磷等。 熔池?cái)嚢瑁合蚪饘偃鄢毓?yīng)能量，使金屬液和熔渣產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，以改善冶金反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。熔池?cái)嚢杩山逯跉怏w、機(jī)械、電磁感應(yīng)等方法來實(shí)現(xiàn)。 電爐底吹：通過置于爐底的噴嘴將n2、ar、co2、co、ch4、o2等氣體根據(jù)工藝要求吹入爐內(nèi)熔池以達(dá)到加速熔化，促進(jìn)冶金反應(yīng)過程的目的。采用底吹工藝可縮短冶煉時(shí)間，降低電耗，改善脫磷、脫

9、硫操作，提高鋼中殘錳量，提高金屬和合金收得率。并能使鋼水成分、溫度更均勻，從而改善鋼質(zhì)量，降低成本，提高生產(chǎn)率。 熔化期：煉鋼的熔化期主要是對平爐和電爐煉鋼而言。電弧爐煉鋼從通電開始到爐料全部熔清為止、平爐煉鋼從兌完鐵水到爐料全部化完為止都稱熔化期。熔化期的任務(wù)是盡快將爐料熔化及升溫，并造好熔化期的爐渣。 氧化期和脫炭期：普通功率電弧爐煉鋼的氧化期，通常指爐料溶清、取樣分析到扒完氧化渣這一工藝階段。也有認(rèn)為是從吹氧或加礦脫碳開始的。氧化期的主要任務(wù)是氧化鋼液中的碳、磷；去除氣體及夾雜物；使鋼液均勻加熱升溫。脫碳是氧化期的一項(xiàng)重要操作工藝。為了保證鋼的純凈度，要求脫碳量大于0.2左右。隨著爐外精

10、煉技術(shù)的發(fā)展，電弧爐的氧化精煉大多移到鋼包或精煉爐中進(jìn)行。 精煉期：煉鋼過程通過造渣和其他方法把對鋼的質(zhì)量有害的一些元素和化合物，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)選入氣相或排、浮入渣中，使之從鋼液中排除的工藝操作期。 還原期：普通功率電弧爐煉鋼操作中，通常把氧化末期扒渣完畢到出鋼這段時(shí)間稱為還原期。其主要任務(wù)是造還原渣進(jìn)行擴(kuò)散、脫氧、脫硫、控制化學(xué)成分和調(diào)整溫度。目前高功率和超功率電弧爐煉鋼操作已取消還原期。 爐外精煉：將煉鋼爐（轉(zhuǎn)爐、電爐等）中初煉過的鋼液移到另一個(gè)容器中進(jìn)行精煉的煉鋼過程，也叫二次冶金。煉鋼過程因此分為初煉和精煉兩步進(jìn)行。初煉：爐料在氧化性氣氛的爐內(nèi)進(jìn)行熔化、脫磷、脫碳和主合金化。精煉：將初煉的

11、鋼液在真空、惰性氣體或還原性氣氛的容器中進(jìn)行脫氣、脫氧、脫硫，去除夾雜物和進(jìn)行成分微調(diào)等。將煉鋼分兩步進(jìn)行的好處是：可提高鋼的質(zhì)量，縮短冶煉時(shí)間，簡化工藝過程并降低生產(chǎn)成本。爐外精煉的種類很多，大致可分為常壓下爐外精煉和真空下爐外精煉兩類。按處理方式的不同，又可分為鋼包處理型爐外精煉及鋼包精煉型爐外精煉等。 鋼液攪拌：爐外精煉過程中對鋼液進(jìn)行的攪拌。它使鋼液成分和溫度均勻化，并能促進(jìn)冶金反應(yīng)。多數(shù)冶金反應(yīng)過程是相界面反應(yīng)，反應(yīng)物和生成物的擴(kuò)散速度是這些反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。鋼液在靜止?fàn)顟B(tài)下，其冶金反應(yīng)速度很慢，如電爐中靜止的鋼液脫硫需3060分鐘；而在爐精煉中采取攪拌鋼液的辦法脫硫只需35分鐘。鋼

12、液在靜止?fàn)顟B(tài)下，夾雜物*上浮除去，排除速度較慢；攪拌鋼液時(shí)，夾雜物的除去速度按指數(shù)規(guī)律遞增，并與攪拌強(qiáng)度、類型和夾雜物的特性、濃度有關(guān)。 鋼包喂絲：通過喂絲機(jī)向鋼包內(nèi)喂入用鐵皮包裹的脫氧、脫硫及微調(diào)成分的粉劑，如ca-si粉、或直接喂入鋁線、碳線等對鋼水進(jìn)行深脫硫、鈣處理以及微調(diào)鋼中碳和鋁等成分的方法。它還具有清潔鋼水、改善非金屬夾雜物形態(tài)的功能。 鋼包處理：鋼包處理型爐外精煉的簡稱。其特點(diǎn)是精煉時(shí)間短（約1030分鐘），精煉任務(wù)單一，沒有補(bǔ)償鋼水溫度降低的加熱裝置，工藝操作簡單，設(shè)備投資少。它有鋼水脫氣、脫硫、成分控制和改變夾雜物形態(tài)等裝置。如真空循環(huán)脫氣法（rh、dh），鋼包真空吹氬法（g

13、azid），鋼包噴粉處理法（ij、tn、sl）等均屬此類。 鋼包精煉：鋼包精煉型爐外精煉的簡稱。其特點(diǎn)是比鋼包處理的精煉時(shí)間長（約60180分鐘），具有多種精煉功能，有補(bǔ)償鋼水溫度降低的加熱裝置，適于各類高合金鋼和特殊性能鋼種（如超純鋼種）的精煉。真空吹氧脫碳法（vod）、真空電弧加熱脫氣法（vad）、鋼包精煉法（asea-skf）、封閉式吹氬成分微調(diào)法（cas）等，均屬此類；與此類似的還有氬氧脫碳法（aod）。 惰性氣體處理：向鋼液中吹入惰性氣體，這種氣體本身不參與冶金反應(yīng)，但從鋼水中上升的每個(gè)小氣泡都相當(dāng)于一個(gè)“小真空室”（氣泡中h2、n2、co的分壓接近于零），具有“氣洗”作用。爐外精煉

14、法生產(chǎn)不銹鋼的原理，就是應(yīng)用不同的co分壓下碳鉻和溫度之間的平衡關(guān)系。用惰性氣體加氧進(jìn)行精煉脫碳，可以降低碳氧反應(yīng)中co分壓，在較低溫度的條件下，碳含量降低而鉻不被氧化。 預(yù)合金化：向鋼液加入一種或幾種合金元素，使其達(dá)到成品鋼成分規(guī)格要求的操作過程稱為合金化。多數(shù)情況下脫氧和合金化是同時(shí)進(jìn)行的，加入鋼中的脫氧劑一部分消耗于鋼的脫氧，轉(zhuǎn)化為脫氧產(chǎn)物排出；另一部則為鋼水所吸收，起合金化作用。在脫氧操作未全部完成前，與脫氧劑同時(shí)加入的合金被鋼水吸收所起到的合金化作用稱為預(yù)合金化。 成分控制：保證成品鋼成分全部符合標(biāo)準(zhǔn)要求的操作。成分控制貫穿于從配料到出鋼的各個(gè)環(huán)節(jié)，但重點(diǎn)是合金化時(shí)對合金元素成分的控

15、制。對優(yōu)質(zhì)鋼往往要求把成分精確地控制在一個(gè)狹窄的范圍內(nèi)；一般在不影響鋼性能的前提下，按中、下限控制。 增硅：吹煉終點(diǎn)時(shí)，鋼液中含硅量極低。為達(dá)到各鋼號對硅含量的要求，必須以合金料形式加入一定量的硅。它除了用作脫氧劑消耗部分外，還使鋼液中的硅增加。增硅量要經(jīng)過準(zhǔn)確計(jì)算，不可超過吹煉鋼種所允許的范圍。 終點(diǎn)控制：氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉終點(diǎn)（吹氧結(jié)束）時(shí)使金屬的化學(xué)成分和溫度同時(shí)達(dá)到計(jì)劃鋼種出鋼要求而進(jìn)行的控制。終點(diǎn)控制有增碳法和拉碳法兩種方法。 出鋼：鋼液的溫度和成分達(dá)到所煉鋼種的規(guī)定要求時(shí)將鋼水放出的操作。出鋼時(shí)要注意防止熔渣流入鋼包。用于調(diào)整鋼水溫度、成分和脫氧用的添加劑在出鋼過程中加入鋼包或出鋼流

16、中。堿性電弧爐氧化法煉鋼工藝過程主要包括原材料準(zhǔn)備、補(bǔ)爐、配料及裝料、熔化期、氧化期、還原期及出鋼等7個(gè)階段。一、原材料準(zhǔn)備廢鋼是電弧爐煉鋼的主要材料，廢鋼質(zhì)量的好壞直接影響鋼冶的質(zhì)量、成本和生產(chǎn)率，因此，對廢鋼質(zhì)量有如下幾點(diǎn)要求。1）廢鋼表面應(yīng)清潔少銹，因廢鋼中沾有的泥沙等雜物會(huì)降低爐料的導(dǎo)電性能，延長熔化時(shí)間，還會(huì)影響氧化期去鱗效果及侵蝕爐襯。廢鋼銹蝕嚴(yán)重或沾有油污時(shí)還會(huì)降低鋼和合金元素的收得率，并增加鋼中的含氫量。2)廢鋼中不得混有鉛、錫、砷、鋅和銅等有色金屬。鉛的密度大，熔點(diǎn)低，不溶于鋼液，易沉積在爐底縫隙中造成漏鋼事故；錫、砷和銅易引起鋼的熱脆。3）廢鋼中不得混有密封容器，以及易燃、

17、易爆物和有毒物，以保證安全生產(chǎn)。4)廢鋼化學(xué)成分應(yīng)明確，且需按成分分類存放，硫、磷含量不宜過高。5)廢鋼外形尺寸不能過大(截面積不宜超過300mm×300mm，最大長度不宜超過350mm)。二、補(bǔ)爐一般情況下，每煉完一爐鋼后，在裝料前要進(jìn)行補(bǔ)爐，其目的是修補(bǔ)爐底和被侵蝕的渣線及被破壞的部位，以維持正常的爐體形狀，從而保證冶煉的正常進(jìn)行和安全生產(chǎn)，補(bǔ)爐的要點(diǎn)如下：1)出鋼后立即檢查爐襯，需填補(bǔ)爐底時(shí)，應(yīng)先將爐底殘?jiān)堪浅觯缓筮M(jìn)行填補(bǔ)。補(bǔ)爐的原則是高溫、快補(bǔ)、薄補(bǔ)，維護(hù)爐膛原狀。2)補(bǔ)爐料要提前半個(gè)小時(shí)混合均勻，補(bǔ)爐后放下電極烘烤30min，若補(bǔ)鎂砂量較大，應(yīng)酌情延長烘烤時(shí)間。三、配

18、料及裝料配料是電爐煉鋼工藝中不可缺少的組成部分，配料是否合理關(guān)系到煉鋼工能否按照工藝要求正常地進(jìn)行冶煉操作。合理的配料能縮短冶煉時(shí)間。配料時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是必須正確地進(jìn)行配料計(jì)算和準(zhǔn)確地稱量爐料裝入量；二是爐料的大小要按比例搭配，以達(dá)到好裝、快速熔化的目的；三是各類爐料應(yīng)根據(jù)鋼液的質(zhì)量要求和冶煉方法搭配使用；四是配料成分必須符合工藝要求。裝料前應(yīng)先在爐底鋪上一層石灰，其重量約為爐料重量的2，以便提前造好熔化渣，有利于早期去磷，減少鋼液吸氣和加速升溫。裝料時(shí)應(yīng)將小料的一半放入底部，小料的上部、爐子中心區(qū)放入全部大料、低碳廢鋼和難熔爐料，大料之間放入小料，中型料裝在大料的上面及四周，大料的最上

19、面放入小料。凡在配料中使用的電極塊應(yīng)砸成50loomm，裝在爐料下層，且要緊實(shí)，裝好的爐料為半球形，二次加料不使用大塊料及濕料。四、熔化期在電弧爐煉鋼工藝中，從通電開始到爐料全部熔清為止稱為熔化期。熔化期的任務(wù)是將固體爐料迅速熔化成鋼液，并進(jìn)行脫磷，減少鋼液吸收氣體和金屬的揮發(fā)。熔化期的操作工藝如下：1)啟弧階段。通電啟弧時(shí)爐膛內(nèi)充滿爐料，電弧與爐頂距離很近，如果輸入功率過大、電壓過高，爐頂容易被燒壞，因此一般選用中級電壓和輸入變壓器額定功率的23左右。2)穿井階段。這個(gè)階段電弧完全被爐料包圍，熱量幾乎全部被爐料吸收，不會(huì)燒壞爐襯，因此使用最大功率，一般穿井時(shí)間為20min左右，約占總?cè)刍瘯r(shí)間

20、的14。3)電極上升階段。電極“穿井”到底后，爐底已形成熔池，爐底石灰及部分元素氧化，使得在鋼液面上形成一層熔渣，四周的爐料繼續(xù)受輻射熱而熔化，鋼液增加使液面升高，電極逐漸上升。這階段仍采用最大功率輸送電能，所占時(shí)間為總?cè)刍瘯r(shí)間的12左右。4)爐料熔化過程中，應(yīng)根據(jù)爐料中含p量的高低，可分批加入適量的石灰及礦石造渣，以利于脫p，加入的石灰量約為爐料重量的12，為了調(diào)整爐渣的流動(dòng)性，可加入適量的氟石。5)在熔化過程中應(yīng)不斷“推料助熔”，當(dāng)大部分爐料開始熔化時(shí)可采取吹氧助熔，加速爐料熔化，吹氧時(shí)采用淺吹提溫，插入鋼液深度<，氧氣壓力為0.40.5mpa。°45°loomm

21、，角度為306)熔化末期采用較低電壓供電，爐料全熔后，充分?jǐn)嚢桎撘?，取樣?yīng)在熔池中心處取鋼液分析c、p、s，掌握元素含量，作為后階段進(jìn)行氧化、還原反應(yīng)和控制元素含量的依據(jù)，如鋼液含碳量不足時(shí)，在開始氧化前必須進(jìn)行增碳。五、氧化期加入氧化劑，使鋼液中的碳氧化而熔池產(chǎn)生沸騰的階段叫氧化期。氧化期的主要任務(wù)是脫碳、脫磷，以及去除氣體和夾雜物，并提高鋼液溫度。氧化期的操作工藝如下：1)氧化期前一階段，鋼液溫度較低，主要是造渣脫磷，爐內(nèi)的脫磷反應(yīng)為：5feo+2fe3p=p205+11fe+qp205+cao=caop205+q由以上反應(yīng)可看出，要提高脫磷效果，必須造成強(qiáng)氧化性(wfeo為1220)、強(qiáng)

22、堿性(cao濃度要高，r=23)的爐渣，爐渣流動(dòng)性要好。適當(dāng)偏低的溫度，加強(qiáng)鋼渣的攪拌，以利于脫磷反應(yīng)的進(jìn)行。2)當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1550后，氧化期進(jìn)入第二階段。氧化第二階段主要是進(jìn)行氧化脫碳沸騰精煉，以去除鋼液中的氣體和夾雜物。我公司在實(shí)際生產(chǎn)中氧化脫碳采用礦石+氧氣結(jié)合脫碳法，煉鋼過程中碳的氧化反應(yīng)是一個(gè)非常重要的反應(yīng)，其有利于整個(gè)熔池的迅速加熱，也有利于鋼液成分的均勻化。具體化學(xué)反應(yīng)如下：0+c=co，feo+c=fe+co。在氧化的第二段段，礦石加入應(yīng)多批、小量、勤攪拌，使熔池沸騰活躍并使?fàn)t渣保持良好的流動(dòng)性，做到爐渣自動(dòng)流出。3)氧化期操作要點(diǎn)：氧化、測溫符合要求，渣況良好方可分批加礦

23、石，每批加礦石量不得超過料重的12，每批間隔時(shí)間需>5min。為確保熔池沸騰良好，應(yīng)將氧化脫碳速率控制在每分鐘0.o10.03。調(diào)整渣況。當(dāng)氧化沸騰開始，采用流渣，要求爐渣r=23，爐內(nèi)渣量控制在34。氧化期后階段，應(yīng)使?fàn)t渣流動(dòng)性好，渣層要薄，渣量控制在23。溫度控制。氧化期總的來講是一個(gè)升溫階段，升溫速度的快慢根據(jù)鋼液中磷的情況而定。氧化末期必須使鋼液溫度升高到大于該鋼種出鋼溫度的102o。凈沸騰。當(dāng)溫度、化學(xué)成分合適，就停止加礦石，調(diào)整好爐渣，讓熔池進(jìn)入自然沸騰(510min)，使鋼液中的殘余含氧量降低，并使氣體及夾雜物充分上浮，以利于還原期的順利進(jìn)行。扒渣。氧化期爐渣中feo含量很

24、高，又含有p205，為了還原期脫氧及防止回磷必須扒渣，扒渣的條件是扒渣溫度高于出鋼溫度102o；扒渣前碳、磷及其他限制性成分應(yīng)符合要求。增碳。如果氧化末期碳含量過低需增碳，可在扒渣后裸露的鋼液面上撒加純凈、干燥的碳粉，進(jìn)行增碳。六、還原期氧化期扒渣完畢到出鋼這段時(shí)間稱為還原期。主要任務(wù)是造好還原渣，鋼液進(jìn)行脫氧、脫硫，調(diào)整化學(xué)成分，控制好出鋼溫度。還原期的操作工藝如下：1)停電扒氧化渣后，首先加入錳鐵進(jìn)行“預(yù)脫氧”。錳鐵加入后，應(yīng)立即加入石灰、氟石和碎硅磚造稀薄渣覆蓋鋼液，以減少鋼液吸氣和降溫。石灰、氟石、碎硅磚塊的加入比例為4：1：1，其總加入量約為鋼液重量的23，稀薄渣形成后造還原渣進(jìn)行還

25、原。2)稀薄渣造好后，立即取樣分析c、mn、si、s、p等元素含量，并加還原碳粉。還原碳粉加入后立即關(guān)閉爐門，盡量保證爐膛有較好的密封性，以保持白渣快速形成。3)隨著還原過程的進(jìn)行，爐渣逐漸失去脫氧、脫硫能力，因而需要分批補(bǔ)充造渣材料，調(diào)整爐渣的流動(dòng)性，大約每隔68min加入一批造渣材料，確保反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，還原末期加入硅鐵和鉻鐵，做好出鋼準(zhǔn)備。4)為了充分地進(jìn)行脫氧和脫硫，鋼液在良好的白渣下還原時(shí)間一般應(yīng)15min，且有良好的流動(dòng)性。還原期總渣量為爐料的23，其配比為：石灰：氟石：碳粉=4：15：1。5)當(dāng)含氧量和含硫量都已降到合格的程度，這時(shí)可以測量鋼液溫度，當(dāng)鋼液溫度達(dá)到出鋼溫度要求時(shí)，調(diào)

26、整鋼液的化學(xué)成分。6)化學(xué)成分和鋼液溫度均調(diào)整好后，即可插鋁進(jìn)行終脫氧。最終脫氧的加鋁量是鋼液重量的0.10.15。七、出鋼出鋼必須做到以下幾點(diǎn)：1)成分合格，各主要元素達(dá)到內(nèi)控規(guī)范要求。2)脫氧良好，加硅鐵前必須是白渣，加入后在10min內(nèi)出鋼。3)出鋼槽必須清潔、干燥、平整，并與出鋼口保持平直，以利于出鋼暢通，做到鋼液與爐渣混出。4)出鋼時(shí)，盛鋼桶必須烘烤成暗紅色，出鋼前15min加2.0kg硅鋁鋇終脫氧剎，以及每噸鋼液加入1kg的稀土硅鐵，并在包內(nèi)烤紅。5)出鋼后在盛鋼桶內(nèi)取成品樣，檢查溫度及脫氧情況是否良好，根據(jù)包內(nèi)鋼液溫度并結(jié)合烤包、爐渣量等實(shí)際情況決定鎮(zhèn)靜時(shí)間，以達(dá)到鑄鋼件始澆溫度

27、不高于該鋼種澆注溫度，出鋼后應(yīng)保證鎮(zhèn)靜時(shí)間5min。對普通電弧爐在熔化期采取熔氧結(jié)合技術(shù)，可降低鋼液含氣量和含磷量。在還原期采取還原精練技術(shù)則有利于鋼液的去氣、去雜質(zhì)。采用該冶煉工藝提高了鋼液質(zhì)量，改善鑄鋼件組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，同時(shí)也改善了鑄件表面質(zhì)量，并能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。（榕霖）轉(zhuǎn)爐煉鋼是把氧氣鼓入熔融的生鐵里，使雜質(zhì)硅、錳等氧化。在氧化的過程中放出大量的熱量 （含1%的硅可使生鐵的溫度升高200攝氏度），可使?fàn)t內(nèi)達(dá)到足夠高的溫度。因此轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要另外使用燃料。煉鋼的基本任務(wù)是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜物，提高溫度和調(diào)整成分。歸納為：“四脫”（碳、氧、磷和硫），“

28、二去”（去氣和去夾雜），“二調(diào)整”（成分和溫度）。采用的主要技術(shù)手段為：供氧，造渣，升溫，加脫氧劑和合金化操作。本專題將詳細(xì)介紹轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的工藝流程，主要工藝設(shè)備的工作原理以及控制要求等信息。由于時(shí)間的倉促和編輯水平有限，專題中難免出現(xiàn)遺漏或錯(cuò)誤的地方，歡迎大家補(bǔ)充指正。轉(zhuǎn)爐冶煉目的： 將生鐵里的碳及其它雜質(zhì)（如：硅、錳）等氧化，產(chǎn)出比鐵的物理、化學(xué)性能與力學(xué)性能更好的鋼?！鞠嚓P(guān)信息】鋼與生鐵的區(qū)別：首先是碳的含量，理論上一般把碳含量小于2.11%稱之鋼，它的熔點(diǎn)在1450-1500，而生鐵的熔點(diǎn)在1100-1200。在鋼中碳元素和鐵元素形成fe3c固熔體，隨著碳含量的增加，其強(qiáng)度、硬度增加

29、，而塑性和沖擊韌性降低。鋼具有很好的物理、化學(xué)性能與力學(xué)性能，可進(jìn)行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，其用途十分廣泛。 轉(zhuǎn)爐冶煉原理簡介：轉(zhuǎn)爐煉鋼是在轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行。轉(zhuǎn)爐的外形就像個(gè)梨，內(nèi)壁有耐火磚，爐側(cè)有許多小孔（風(fēng)口），壓縮空氣從這些小孔里吹爐內(nèi)，又叫做側(cè)吹轉(zhuǎn)爐。開始時(shí)，轉(zhuǎn)爐處于水平，向內(nèi)注入1300攝氏度的液態(tài)生鐵，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空氣并轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)爐使它直立起來。這時(shí)液態(tài)生鐵表面劇烈的反應(yīng)，使鐵、硅、錳氧化 (feo,sio2 , mno,) 生成爐渣，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對流作用，使反應(yīng)遍及整個(gè)爐內(nèi)。幾分鐘后，當(dāng)鋼液中只剩下少量的硅與錳時(shí)，碳開始氧化，生成一氧化碳（放熱）使鋼液劇烈沸

30、騰。爐口由于溢出的一氧化炭的燃燒而出現(xiàn)巨大的火焰。最后，磷也發(fā)生氧化并進(jìn)一步生成磷酸亞鐵。磷酸亞鐵再跟生石灰反應(yīng)生成穩(wěn)定的磷酸鈣和硫化鈣，一起成為爐渣。當(dāng)磷與硫逐漸減少，火焰退落，爐口出現(xiàn)四氧化三鐵的褐色蒸汽時(shí)，表明鋼已煉成。這時(shí)應(yīng)立即停止鼓風(fēng)，并把轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)到水平位置，把鋼水傾至鋼水包里，再加脫氧劑進(jìn)行脫氧。整個(gè)過程只需15分鐘左右。如果氧氣是從爐底吹入，那就是底吹轉(zhuǎn)爐；氧氣從頂部吹入，就是頂吹轉(zhuǎn)爐。 轉(zhuǎn)爐冶煉工藝流程簡介：轉(zhuǎn)爐一爐鋼的基本冶煉過程。頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉一爐鋼的操作過程主要由以下六步組成：（1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動(dòng)設(shè)備等并進(jìn)行必要的修補(bǔ)和修理；（2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐

31、體（至垂直位置）；（3）降槍開吹，同時(shí)加入第一批渣料（起初爐內(nèi)噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨后噴出暗紅的火焰；35min后硅錳氧接近結(jié)束，碳氧反應(yīng)逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度隨之提高；同時(shí)渣料熔化，噪聲減弱）；（4）35min后加入第二批渣料繼續(xù)吹煉（隨吹煉進(jìn)行鋼中碳逐漸降低，約12min后火焰微弱，停吹）；（5）倒?fàn)t，測溫、取樣，并確定補(bǔ)吹時(shí)間或出鋼；（6）出鋼，同時(shí)（將計(jì)算好的合金加入鋼包中）進(jìn)行脫氧合金化。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要工藝設(shè)備簡介：轉(zhuǎn)爐（converter）爐體可轉(zhuǎn)動(dòng)，用于吹煉鋼或吹煉锍的冶金爐。轉(zhuǎn)爐爐體用鋼板制成，呈圓筒形，內(nèi)襯耐火材料，吹煉時(shí)靠化學(xué)反應(yīng)熱加熱，不需外加熱源，是最重

32、要的煉鋼設(shè)備，也可用于銅、鎳冶煉。 aod精煉爐aod即氬氧脫碳精煉爐，是一項(xiàng)用于不銹鋼冶煉的專有工藝。aod爐型根據(jù)容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。裝備水平也由半自動(dòng)控制發(fā)展到智能計(jì)算機(jī)控制來冶煉不銹鋼。vod精煉爐vod精煉爐（vacuumoxygen decarburization),是在真空狀態(tài)下進(jìn)行吹氧脫碳的爐外精煉爐，它以精煉鉻鎳不銹鋼、超低碳鋼、超純鐵素體不銹鋼及純鐵為主。將初煉鋼液裝入精煉包中放入密封的真空罐中進(jìn)行吹氧脫碳、脫硫、脫氣、溫度調(diào)整、化學(xué)元素調(diào)整。lf精煉爐lf（ladle furnace) 爐是具有加熱和攪拌功能的鋼包精煉爐。加熱一般通過

33、電極加熱，攪拌是通過底部透氣磚進(jìn)行的。氧槍 氧槍是轉(zhuǎn)爐供氧的主要設(shè)備，它是由噴頭、槍身和尾部結(jié)構(gòu)組成。噴頭是用導(dǎo)熱性良好的紫銅經(jīng)鍛造和切割加工而成，也有用壓力澆鑄而成的。噴頭的形狀有拉瓦爾型、直筒型和螺旋型等。目前應(yīng)用最多的是多孔的拉瓦爾型噴頭。拉瓦爾型噴頭是收縮擴(kuò)張收縮型噴孔，當(dāng)出口氧壓與進(jìn)口氧壓之比p出/p0<0.528時(shí)形成超音速射流。轉(zhuǎn)爐傾爐系統(tǒng)傾爐系統(tǒng):變頻調(diào)速(變頻器+電機(jī)+減速機(jī)+大齒輪) 傾爐機(jī)構(gòu)：傾爐機(jī)構(gòu)由軌道、傾爐油缸、搖架平臺、水平支撐機(jī)構(gòu)和支座等組成。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝流程這種煉鋼法使用的氧化劑是氧氣。把空氣鼓入熔融的生鐵里，使雜質(zhì)硅、錳等氧化。在氧化的過程中放出大量的

34、熱量 （含1%的硅可使生鐵的溫度升高200攝氏度），可使?fàn)t內(nèi)達(dá)到足夠高的溫度。因此轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要另外使用燃料。 轉(zhuǎn)爐煉鋼是在轉(zhuǎn)爐里進(jìn)行。轉(zhuǎn)爐的外形就像個(gè)梨，內(nèi)壁有耐火磚，爐側(cè)有許多小孔（風(fēng)口），壓縮空氣從這些小孔里吹爐內(nèi)，又叫做側(cè)吹轉(zhuǎn)爐。開始時(shí)，轉(zhuǎn)爐處于水平，向內(nèi)注入1300攝氏度的液態(tài)生鐵，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空氣并轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)爐使它直立起來。這時(shí)液態(tài)生鐵表面劇烈的反應(yīng)，使鐵、硅、錳氧化 (feo,sio2 , mno,) 生成爐渣，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對流作用，使反應(yīng)遍及整個(gè)爐內(nèi)。幾分鐘后，當(dāng)鋼液中只剩下少量的硅與錳時(shí)，碳開始氧化，生成一氧化碳（放熱）使鋼液劇烈沸騰。爐口由于溢出的一

35、氧化炭的燃燒而出現(xiàn)巨大的火焰。最后，磷也發(fā)生氧化并進(jìn)一步生成磷酸亞鐵。磷酸亞鐵再跟生石灰反應(yīng)生成穩(wěn)定的磷酸鈣和硫化鈣，一起成為爐渣。當(dāng)磷與硫逐漸減少，火焰退落，爐口出現(xiàn)四氧化三鐵的褐色蒸汽時(shí)，表明鋼已煉成。這時(shí)應(yīng)立即停止鼓風(fēng)，并把轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)到水平位置，把鋼水傾至鋼水包里，再加脫氧劑進(jìn)行脫氧。整個(gè)過程只需15分鐘左右。如果空氣是從爐低吹入，那就是低吹轉(zhuǎn)爐。 隨著制氧技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已普遍使用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐 （也有側(cè)吹轉(zhuǎn)爐）。這種轉(zhuǎn)爐吹如的是高壓工業(yè)純氧，反應(yīng)更為劇烈，能進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和鋼的質(zhì)量。轉(zhuǎn)爐一爐鋼的基本冶煉過程。頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉一爐鋼的操作過程主要由以下六步組成：（1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯

36、和傾動(dòng)設(shè)備等并進(jìn)行必要的修補(bǔ)和修理；（2）傾爐，加廢鋼、兌鐵水，搖正爐體（至垂直位置）；（3）降槍開吹，同時(shí)加入第一批渣料（起初爐內(nèi)噪聲較大，從爐口冒出赤色煙霧，隨后噴出暗紅的火焰；35min后硅錳氧接近結(jié)束，碳氧反應(yīng)逐漸激烈，爐口的火焰變大，亮度隨之提高；同時(shí)渣料熔化，噪聲減弱）；（4）35min后加入第二批渣料繼續(xù)吹煉（隨吹煉進(jìn)行鋼中碳逐漸降低，約12min后火焰微弱，停吹）；（5）倒?fàn)t，測溫、取樣，并確定補(bǔ)吹時(shí)間或出鋼；（6）出鋼，同時(shí)（將計(jì)算好的合金加入鋼包中）進(jìn)行脫氧合金化。上爐鋼出完鋼后，倒凈爐渣，堵出鋼口，兌鐵水和加廢鋼，降槍供氧，開始吹煉。在送氧開吹的同時(shí)，加入第一批渣料，加入

37、量相當(dāng)于全爐總渣量的三分之二，開吹3-5分鐘后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。如果爐內(nèi)化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。 吹煉過程中的供氧強(qiáng)度：小型轉(zhuǎn)爐為2.5-4.5m3/(t·min)；120t以上的轉(zhuǎn)爐一般為2.8-3.6m3/(t·min)。開吹時(shí)氧槍槍位采用高槍位，目前是為了早化渣，多去磷，保護(hù)爐襯；在吹煉過程中適當(dāng)降低槍位的保證爐渣不“返干”，不噴濺，快速脫碳與脫硫，熔池均勻升溫為原則；在吹煉末期要降槍，主要目的是熔池鋼水成分和溫度均勻，加強(qiáng)熔池?cái)嚢瑁€(wěn)定火焰，便于判斷終點(diǎn)，同時(shí)使降低渣中fe含量，減少鐵損，達(dá)到濺渣的要求。當(dāng)吹煉到所煉鋼種要求的終點(diǎn)碳范圍時(shí)

38、，即停吹，倒?fàn)t取樣，測定鋼水溫度，取樣快速分析c、s、p的含量，當(dāng)溫度和成分符合要求時(shí)，就出鋼。當(dāng)鋼水流出總量的四分之一時(shí)，向鋼包中的脫氧合金化劑，進(jìn)行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。     煉鋼學(xué)概述基本要求：理解煉鋼的任務(wù)；了解對原材料的要求；了解耐火材料的分類和各自用途。重點(diǎn)與難點(diǎn)：煉鋼的任務(wù)；原材料主要質(zhì)量指標(biāo)；煉鋼用耐火材料。第一節(jié)          概 述一、鋼與生鐵的區(qū)別及發(fā)展歷程：首先是碳的含量，理論上一般把碳含量小于2.11%稱之鋼，它的熔點(diǎn)在1450-1500，而生鐵的熔點(diǎn)在110

39、0-1200。在鋼中碳元素和鐵元素形成fe3c固熔體，隨著碳含量的增加，其強(qiáng)度、硬度增加，而塑性和沖擊韌性降低。 鋼的應(yīng)用前景：鋼具有很好的物理、化學(xué)性能與力學(xué)性能，可進(jìn)行拉、壓、軋、沖、拔等深加工，其用途十分廣泛。用途不同對鋼的性能要求也不同，從而對鋼的生產(chǎn)也提出了不同的要求。石油、化工、航天航空、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)、國防等許多重要的領(lǐng)域均需要各種類型的大量鋼材，我們的日常生活更離不開鋼。總之，鋼材仍將是21世紀(jì)用途最廣的結(jié)構(gòu)材料和最主要功能材料。煉鋼方法（1）最早出現(xiàn)的煉鋼方法是1740年出現(xiàn)的坩堝法，它是將生鐵和廢鐵裝入由石墨和粘土制成的坩堝內(nèi)，用火焰加熱熔化爐料，之后將熔化的爐料澆成鋼錠。

40、此法幾乎無雜質(zhì)元素的氧化反應(yīng)。 煉鋼方法（2）1856年英國人亨利·貝塞麥發(fā)明了酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，也稱為貝塞麥法，第一次解決了用鐵水直接冶煉鋼水的難題，從而使煉鋼的質(zhì)量得到提高，但此法要求鐵水的硅含量大于0.8%，而且不能脫硫。目前已淘汰。 煉鋼方法（3）1865年德國人馬丁利用蓄熱室原理發(fā)明了以鐵水、廢鋼為原料的酸性平爐煉鋼法，即馬丁爐法。1880年出現(xiàn)了第一座堿性平爐。由于其成本低、爐容大，鋼水質(zhì)量優(yōu)于轉(zhuǎn)爐，同時(shí)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，平爐煉鋼法一時(shí)成為主要的煉鋼法。 煉鋼方法（4）1878年英國人托馬斯發(fā)明了堿性爐襯的底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即托馬斯法。他是在吹煉過程中加石灰造堿性渣，從

41、而解決了高磷鐵水的脫磷問題。當(dāng)時(shí)，對西歐的一些國家特別適用，因?yàn)槲鳉W的礦石普遍磷含量高。但托馬斯法的缺點(diǎn)是爐子壽命底，鋼水中氮的含量高。煉鋼方法（5）1899年出現(xiàn)了完全依靠廢鋼為原料的電弧爐煉鋼法(eaf)，解決了充分利用廢鋼煉鋼的問題，此煉鋼法自問世以來，一直在不斷發(fā)展，是當(dāng)前主要的煉鋼法之一，由電爐冶煉的鋼目前占世界總的鋼的產(chǎn)量的30-40%。煉鋼方法（6）瑞典人羅伯特·杜勒首先進(jìn)行了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的試驗(yàn)，并獲得了成功。1952年奧地利的林茨城(linz)和多納維茲城(donawitz)先后建成了30噸的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐車間并投入生產(chǎn)，所以此法也稱為ld法。美國稱為bof法（ba

42、sic oxygen furnace）或bop法，如圖1所示。 圖1  bof法煉鋼方法（7）1965年加拿大液化氣公司研制成雙層管氧氣噴嘴，1967年西德馬克西米利安鋼鐵公司引進(jìn)此技術(shù)并成功開發(fā)了底吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼法，即obm法(oxygen bottom maxhuette) 。1971年美國鋼鐵公司引進(jìn)obm法，1972年建設(shè)了3座200噸底吹轉(zhuǎn)爐，命名為q-bop (quiet bop) ，如圖2所示。圖2  q-bop法煉鋼方法（8）在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼發(fā)展的同時(shí)，1978-1979年成功開發(fā)了轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉工藝，即從轉(zhuǎn)爐上方供給氧氣（頂吹氧），從轉(zhuǎn)爐底部供給惰性氣體

43、或氧氣，它不僅提高鋼的質(zhì)量，而且降低了煉鋼消耗和噸鋼成本，更適合供給連鑄優(yōu)質(zhì)鋼水，如圖3所示。 圖3  轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉法煉鋼方法（9）我國首先在1972-1973年在沈陽第一煉鋼廠成功開發(fā)了全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。并在唐鋼等企業(yè)推廣應(yīng)用，如圖4所示。圖4  全氧側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法總之，煉鋼技術(shù)經(jīng)過200多年的發(fā)展，技術(shù)水平、自動(dòng)化程度得到了很大的提高，21世紀(jì)煉鋼技術(shù)會(huì)面臨更大的挑戰(zhàn)，相信會(huì)有不斷的新技術(shù)涌現(xiàn)。二、我國鋼鐵工業(yè)的狀況我國很早就掌握了煉鐵的冶煉技術(shù)，東漢時(shí)就出現(xiàn)了冶煉和鍛造技術(shù)，南北朝時(shí)期就掌握了灌鋼法，曾在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。但舊中國鋼鐵工業(yè)非常落后，產(chǎn)量很

44、低，從1890年建設(shè)的漢陽鋼鐵廠至1948年的半個(gè)世紀(jì)中，鋼產(chǎn)量累計(jì)到200萬噸，1949年只有15.8萬噸。 新中國成立后，特別是改革開放以來，我國的鋼鐵事業(yè)得到迅速發(fā)展，1980年鋼產(chǎn)量達(dá)到3712萬噸，1990年達(dá)到6500萬噸，1996年首次突破1億噸大關(guān)，成為世界第一產(chǎn)鋼大國，2005年產(chǎn)量達(dá)到3.4億噸，占世界產(chǎn)量的1/3?？梢赃@樣講，我國的鋼鐵工業(yè)對世界產(chǎn)生了重要影響，我國不僅是產(chǎn)鋼大國，而且已經(jīng)開始邁入鋼鐵強(qiáng)國的行列，如圖5所示。 圖5  我國粗鋼產(chǎn)量的變化情況第二節(jié) 煉鋼的任務(wù)及鋼的分類一、煉鋼的任務(wù)煉鋼的基本任務(wù)是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜物

45、，提高溫度和調(diào)整成分。歸納為：“四脫”（碳、氧、磷和硫），“二去”（去氣和去夾雜），“二調(diào)整”（成分和溫度）。采用的主要技術(shù)手段為：供氧，造渣，升溫，加脫氧劑和合金化操作。（一）鋼中的磷 對于絕大多數(shù)鋼種來說磷是有害元素。鋼中磷的含量高會(huì)引起鋼的 “冷脆”，即從高溫降到0以下，鋼的塑性和沖擊韌性降低，并使鋼的焊接性能與冷彎性能變差。磷是降低鋼的表面張力的元素，隨著磷含量的增加，鋼液的表面張力降低顯著，從而降低了鋼的抗裂性能。磷是僅次于硫在鋼的連鑄坯中偏析度高的元素，而且在鐵固熔體中擴(kuò)散速率很小，因而磷的偏析很難消除，從而嚴(yán)重影響鋼的性能，所以脫磷是煉鋼過程的重要任務(wù)之一。磷在鋼中是以fe3p或

46、fe2p形式存在，但通常是以p來表達(dá)。煉鋼過程的脫磷反應(yīng)是在金屬液與熔渣界面進(jìn)行的。不同用途的鋼對磷的含量有嚴(yán)格要求：非合金鋼中普通質(zhì)量級鋼 p0.045%；  優(yōu)質(zhì)級鋼                                p0.035%；特殊質(zhì)量級鋼                       

47、p0.025%；有的甚至要求                        p0.010%。但對于某些鋼種，如炮彈鋼，耐腐蝕鋼則需添加一定的p元素。（二）鋼中的硫硫?qū)︿摰男阅軙?huì)造成不良影響，鋼中硫含量高，會(huì)使鋼的熱加工性能變壞，即造成鋼的“熱脆”性。            硫在鋼中以fes的形式存在，fes的熔點(diǎn)為1193，fe與fes組成的共晶體的熔點(diǎn)只有985。液態(tài)fe與fes雖可以無限互溶，但在固熔體中的溶解度

48、很小，僅為0.015%-0.020%。當(dāng)鋼中的s0.020%時(shí)，由于凝固偏析，fe-fes共晶體分布于晶界處，在1150-1200的熱加工過程中，晶界處的共晶體熔化，鋼受壓時(shí)造成晶界破裂，即發(fā)生“熱脆”現(xiàn)象。如果鋼中的氧含量較高，fes與feo形成的共晶體熔點(diǎn)更低（940），更加劇了鋼的“熱脆”現(xiàn)象的發(fā)生。錳可在鋼凝固范圍內(nèi)生成mns和少量的fes，純mns的熔點(diǎn)為1610，共晶體fes-mns（占93.5%）的熔點(diǎn)為1164，它們能有效地防止鋼熱加工過程的“熱脆”。 冶煉一般鋼種時(shí)要求將mn控制在0.4%-0.8%。在實(shí)際生產(chǎn)中還將mn/s比作為一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行控制，mn/s對鋼的熱塑性影響很大

49、。從低碳鋼高溫下的拉伸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)提高mn/s比可以提高鋼的熱延展性。一般mn/s7時(shí)不產(chǎn)生熱脆，如圖6所示。圖6  mn/s比對低碳鋼熱延展性的影響硫還會(huì)明顯降低鋼的焊接性能，引起高溫龜裂，并在焊縫中產(chǎn)生氣孔和疏松，從而降低焊縫的強(qiáng)度。硫含量超過0.06%時(shí)，會(huì)顯著惡化鋼的耐蝕性。硫還是連鑄坯中偏析最為嚴(yán)重的元素。不同鋼種對硫含量有嚴(yán)格的規(guī)定：非合金鋼中普通質(zhì)量級鋼  s0.045%優(yōu)質(zhì)級鋼                         

50、60;     s0.035%，特殊質(zhì)量級鋼                      s0.025%有的鋼種要求如管線鋼      s0.005%，甚至更低。對于某些鋼種，如易切削鋼，硫則作為合金元素加入，要求s=0.08%-0.20%。（三）鋼中的氧在吹煉過程中，向熔池供入了大量的氧氣，到吹煉終點(diǎn)時(shí)，鋼水中含有過量的氧，即鋼中實(shí)際氧含量高于平均值。若不脫氧，在出鋼、澆鑄中，溫度降低，氧溶解度降低，促使碳氧反應(yīng)，鋼液劇烈沸騰，使?jié)茶T困

51、難，得不到正確凝固組織結(jié)構(gòu)的連鑄坯。 鋼中氧含量高，還會(huì)產(chǎn)生皮下氣泡，疏松等缺陷，并加劇硫的熱脆作用。在鋼的凝固過程中，氧將會(huì)以氧化物的形式大量析出，會(huì)降低鋼的塑性，沖擊韌性等加工性能。一般測定的是鋼中的全氧，即氧化物中的氧和溶解的氧之和，在使用濃差法定氧時(shí)才是測定鋼液中溶解的氧，在鑄坯或鋼材中取樣時(shí)是全氧樣。 脫氧的任務(wù)：根據(jù)具體的鋼種，將鋼中的氧含量降低到所需的水平，以保證鋼水在凝固時(shí)得到合理的凝固組織結(jié)構(gòu)；使成品鋼中非金屬夾雜物含量最少，分布合適，形態(tài)適宜，以保證鋼的各項(xiàng)性能指標(biāo)，得到細(xì)晶結(jié)構(gòu)組織。常用的脫氧劑有fe-mn，fe-si，mn-si，ca-si等合金。 （四）鋼中的氣體 鋼

52、液中的氣體會(huì)顯著降低鋼的性能，而且容易造成鋼的許多缺陷。鋼中氣體主要是指氫與氮，它們可以溶解于液態(tài)和固態(tài)純鐵和鋼中。氫在固態(tài)鋼中溶解度很小，在鋼水凝固和冷卻過程中，氫會(huì)和co、n2等氣體一起析出，形成皮下氣泡中心縮孔、疏松、造成白點(diǎn)和發(fā)紋。 鋼熱加工過程中，鋼中含有氫氣的氣孔會(huì)沿加工方向被拉長形成微裂紋，進(jìn)而引起鋼材的強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性的降低，即發(fā)生“氫脆”現(xiàn)象。在鋼材的縱向斷面上，呈現(xiàn)出圓形或橢圓形的銀白色斑點(diǎn)稱之為“白點(diǎn)”，實(shí)為交錯(cuò)的細(xì)小裂紋。主要原因是鋼中的氫在小孔隙中析出的壓力和鋼相變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力的綜合力超過了鋼的強(qiáng)度，產(chǎn)生了“白點(diǎn)”。一般白點(diǎn)產(chǎn)生的溫度低于2000。 鋼中的氮是

53、以氮化物的形式存在，它對鋼質(zhì)量的影響體現(xiàn)出雙重性。氮含量高的鋼種長時(shí)間放置，將會(huì)變脆，這一現(xiàn)象稱為“老化”或“時(shí)效”。原因是鋼中氮化物的析出速度很慢，逐漸改變著鋼的性能。低碳鋼產(chǎn)生的脆性比磷還嚴(yán)重。鋼中氮含量高時(shí)，在250-4500溫度范圍，其表面發(fā)藍(lán)，鋼的強(qiáng)度升高，沖擊韌性降低，稱之為“藍(lán)脆”。氮含量增加，鋼的焊接性能變壞。鋼中加入適量的鋁，可生成穩(wěn)定的aln，能夠壓抑fe4n生成和析出，不僅改善鋼的時(shí)效性，還可以阻止奧氏體晶粒的長大。氮可以作為合金元素起到細(xì)化晶粒的作用。在冶煉鉻鋼，鎳鉻系鋼或鉻錳系等高合金鋼時(shí)，加入適量的氮，能夠改善塑性和高溫加工性能。（五）鋼中的夾雜 鋼中非金屬夾雜按來

54、源分可以分成外來夾雜和內(nèi)生夾雜。外來夾雜是指冶煉和澆鑄過程中，帶入鋼液中的爐渣和耐火材料以及鋼液被大氣氧化所形成的氧化物。內(nèi)生夾雜包括：脫氧時(shí)的脫氧產(chǎn)物；鋼液溫度下降時(shí)，硫、氧、氮等雜質(zhì)元素溶解度下降而以非金屬夾雜形式出現(xiàn)的生成物；凝固過程中因溶解度降低、偏析而發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物；固態(tài)鋼相變?nèi)芙舛茸兓傻漠a(chǎn)物。鋼中大部分內(nèi)生夾雜是在脫氧和凝固過程中產(chǎn)生的。根據(jù)成分不同，夾雜物可分為：氧化物夾雜，即 feo、mno、sio2、al2o3、cr2o3等簡單的氧化物；feo-fe2o3、feo-al2o3、mgo-al2o3等尖晶石類和各種鈣鋁的復(fù)雜氧化物；2feo-sio2、2mno-sio2、3m

55、no-al2o3-2sio2等硅酸鹽；硫化物夾雜，如fes、mns、cas等；氮化物夾雜，如aln、tin、zrn、vn、bn等。 按加工性能，夾雜物可分為：塑性夾雜，它是在熱加工時(shí)，沿加工方向延伸成條帶狀；脆性夾雜，它是完全不具有塑性的夾雜物，如尖晶石類型夾雜物，熔點(diǎn)高的氮化物；點(diǎn)狀不變性夾雜，如sio2超過70%的硅酸鹽，cas、鈣的鋁硅酸鹽等。由于非金屬夾雜對鋼的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此在煉鋼、精煉和連鑄過程應(yīng)最大限度地降低鋼液中夾雜物的含量，控制其形狀、尺寸。 （六）鋼中的合金成分碳（c）煉鋼的重要任務(wù)之一就是要把熔池中的碳氧化脫除至所煉鋼鐘的要求。從鋼的性質(zhì)可看出碳也是重要的合金元素

56、，它可以增加鋼的強(qiáng)度和硬度，但對韌性產(chǎn)生不利影響。鋼中的碳決定了冶煉、軋制和熱處理的溫度制度。碳能顯著改變鋼的液態(tài)和凝固性質(zhì)，在1600，c0.8%時(shí)，每增0.1%的碳    鋼的熔點(diǎn)降低6.50    密度減少4kg/m3    黏度降低0.7%    n的溶解度降低0.001%    h的溶解度降低0.4 cm3/100g    增大凝固區(qū)間17.79 。錳(mn)錳的作用是消除鋼中硫的熱脆傾向，改變硫化物的形態(tài)和分布以提高鋼質(zhì)；錳是一種非常弱的脫氧劑，在碳含量非常低、氧

57、含量很高時(shí)，可以顯示出脫氧作用，協(xié)助脫氧，提高他們的脫氧能力；錳還可以略微提高鋼的強(qiáng)度，并可提高鋼的淬透性能，穩(wěn)定并擴(kuò)大奧氏體區(qū)，常作為合金元素生成奧氏體不銹鋼、耐熱鋼等。硅 (si)硅是鋼中最基本的脫氧劑。普通鋼中含硅在0.17%-0.37%，1450鋼凝固時(shí)，能保證鋼中與其平衡的氧小于與碳平衡的量，抑制凝固過程中co氣泡的產(chǎn)生。生產(chǎn)沸騰鋼時(shí)，si為0.03%-0.07%，mn為0.25%-0.70%，它只能微弱控制c-o反應(yīng)。 硅能提高鋼的機(jī)械性能，增加了鋼的電阻和導(dǎo)磁性。硅對鋼液的性質(zhì)影響較大，1600純鐵中每增加1%的硅：    碳的飽和溶解度降低0.294%    鐵的熔點(diǎn)降低8    密度降低