3炼钢基本原理
第三章 炼基钢本理原
主要内
3.1容炼钢 的基任本 3.务 2炼炉渣(sl钢ag ).33炼钢过程 的基原理本3.4 炼 用钢原料材ra(wmateri las)3.5 铁水 预处工艺(理othm ealt prtreaetentm prcesos)
2013
/111/1/:36:53
3
2
2
3
. 1钢炼的本基务任
四:C、S、P脱O;、 二:去体气夹杂、 ; 调整二:度、成分。 浇注温
。201311/1//1633::53
3
3
C脱
碳( C):钢中碳量含加,增服点和抗拉屈强度升高, 但性和塑击性降冲,低当碳量.03% 2超过,时钢焊的性能接坏变,因此于焊接的 低合金结用钢,含碳构量一不超过0.般2%0碳。量高 还降会低的耐大钢气腐蚀能力,露在天料 的高碳钢场易就锈;此蚀外,能碳增加的钢 冷性脆时效和敏性感
。012/113//16:14329
:
4
4
脱P 、 和SO
磷(P): 在般一况下情,磷是钢中有害元,增加素钢的冷脆, 性焊使性接能变坏降,低性塑,使冷性弯变能。坏此因通常求钢要 中含量小磷于0.054,优质钢要%更求些低 。 (硫)S硫:通在常况情下是也害元素有。钢使产 生热性脆,降低 的钢延展性韧和性在,锻造轧制时和造成纹裂硫对。接性能也焊 不利,低耐腐蚀降。所以通常要求性含硫小量0.055%,优质 于要求钢小0.04于0%。在钢中入加00.80-20%的.硫,可改以 善削切加工,性常通易称切钢削 。 氧()O钢:的中含氧量过限超后度会剧加的热钢性,并脆形成大 量氧化物杂夹对钢,的要危害通过夹杂主物的为行表现出。
来2
10/3111/16:44:/4
3
5
5
二去:去气-和NH中
H] 引起[材钢裂开现的象。
(H氢)氢对钢:主的危要害氢是裂缺致,陷钢即
[H] 使钢的机械 性下降能。 []H会 降低钢强度的 极、限断面缩收、延伸率率冲击和性韧其中,后三导 者致脆性的在钢,使材中危用极大。 害[H ] 钢使产生白点 。中含钢量高是氢产生点的白 要原主,因钢的在却过冷程中, []H 呈过饱和固溶体状 态同时它又具有相当,的扩大散力能,而氢因原逐 子聚集在渐些某位部使钢局,部压增力,产生白高。点
2103/111/17:/1045
:
6
6
二去去气:-HN
氮(N和:)
[]N钢使产生变时效应。所谓变时效应即在冷加工变钢形时由,于 氮的作,用使的强钢度、度硬提高、塑性与冲韧击性降下; [N]使产钢“时效沉淀生化硬”或时效“性”。即在一定脆条件的 ,由下于过和饱固溶中体出氮化析,物钢使的度、强硬度徒上然 升,击冲性韧急剧下,使降产钢了生时效脆.性 [ ]N钢产使“老生化”。于由温度低后降,的溶解氮度也之随降下,在 界上晶出析Fe61N2,eF4N。种这析出物很脆,钢断裂;而使 且这析种出程缓过慢,时往间很往,长因又被称作此老“化。”种 现这对象碳钢低
在低温态状用使尤中突为出。
201
/311/11/:64:365
77
二
去去夹杂:物夹
杂的来物源 其源大来致为下以方几面 : 脱氧、硫脱产物,别是一特些比大的重产物 有来没及排除。得 随着液钢度的降低温,SO、N、等质元素的杂 解溶下度,于降这是不些解溶杂质元素的就呈非金属 合化在物钢中淀沉。 带钢液入的中炉或耐火材渣。 料 钢铁被大气化所氧形的成化氧物
。21301/1//117:84:4
38
二8去去夹杂物:夹
物杂危害的:钢
非中属夹杂物金的在存通被常为是有害的认。要主 现表对钢强的度、延性韧性、、疲等劳方面的影响。所以冶 炼诸应采中取种各术技施,尽措可能降其含低,并量学地调 科节夹物杂类型、分布、的形态,等其对钢使的性能的影降响 低到最限度低 。 夹杂物别类影的响铝镇 静在钢铸连,时熔高点的Al2 O夹杂3物粘易在中包的间水口上面响影铸,浇通 过改可变氧工脱艺使液中钢态固A的2O3l杂物夹变液态 的铝为酸,钙可以避免就杂物夹水在口面上的结。
20粘3/111/1/17:353:9
9
9
去二去夹:物
杂杂物夹颗大小粒分布及的响影 大而中集的杂夹物钢对性能的很害,而有布分弥散细 和小粒颗夹的物杂,仅不其危能消害,有除还有改善钢的时性 的能用。 作 杂物形状的夹影 硫化响是锰钢常中的见杂物,在铸夹钢中形成如球状 化锰硫,则钢体在热加工过中不易变程,形且而能少减向 异性,各因对而件钢的械性能机危很害。小但如成长形条 状、链状化硫,或锰成形共晶沿晶或界分,布铁在钢热加工时将产 热生脆裂和,纹坏了破的钢体基续连性,此对因机械 能性会产生将大较的响影。
203/111//11755:3:
100
10
二调
整温:度成分和
一 )度温炼 钢程应设法提过温高达度出钢到要求,温但 不能过高度过或。低
以转炉钢为例。转炉出钢温度是影出转响炉工各项序技经术济指标 的键关环,节炉出钢温转过度高时会造成下如影响:
钢温出度高大过幅增度加中钢氧含量降低合,金得收。率着转炉随点终 温的度提高,钢的含氧量大幅会度加增带来转炉,脱氧剂的量用加增,合 金的收率得降低 。出钢度高温降了低炉转炉龄过高。钢温出会腐度溅蚀渣,从而直层接侵 转蚀炉转原,加了增转耐炉消材,降耗低转炉炉龄了。对转 炉钢品产实物质量不利,一的面增方了脱氧加产,物使水钢中夹物 增杂,加另方面,一于由耐对材侵蚀的加,剧流入会钢,形中成夹。 成杂增加本。炉平均转出温度每增钢加℃,1本上成1元升吨钢/在冶炼 过中程调需整钢的成水分,入一加种类定数和的量合金 使钢,的分成到达炼所种的规钢格
20。1/3111//171:128:
1
1
二)成
分11
3.
2炼 炉渣钢3
2..1炼 炉钢渣的作用3 .2.2炼 钢渣炉的来及源组其成 .23.3炼钢炉 的渣主性要
质20
3/111//1163::33
125
1
2
3
.21. 炼钢渣的炉作
用 作: 用通过对 炉渣成、性分能及数的调整,可量以 制控属中金元各素氧化和的还原程过 ;向 中钢送输以氧氧化各种质; 杂吸 收钢中液非的金夹属杂,物防并钢液止吸 (气、H)N。 其它用。作:稳如定电弧,保渣。护 副作用侵蚀炉:;降低衬属金收率。
得213/01/1/11633::3513
1
3
3
.22.炼 钢渣炉的源来其及成组
炼炉渣钢的来:源 加入各种的渣造料材及侵被蚀炉衬; 钢中化学炼应的反产:物化氧和硫化物物 ;钢带废入泥沙和得锈;铁化氧或冷物剂却 入的带石脉。 炉渣 的组以成各种金属氧物为化主,并含有少 硫化量物和化氟物。 炼炉渣钢的基本体是系Ca-SOOi-2FeO。
2
103/111/16/:3:35
314
1
4
3.
.23 钢炉渣的主炼性质
要碱度(basiity)c:R= .1~1.35低,度渣;碱 =1.R~8.2,0碱度渣中;R≥ .2, 5碱高度渣 ; 氧化性——炉渣向金熔池传属氧的力,能般以一渣中氧化 铁 %(∑Fe O含)量表来。 示把 FeO2折合成Fe3有O两计种方算法全氧法:和全铁 法。全法铁合较理 。 渣的氧化炉能力个综合的概是,其传念能力氧 受还炉粘渣度、熔池搅强拌、供度氧速度因素的等 影。
20响31/11/11/6:33:531
5
5
1
3. 炼3过程的基钢原本
理33.1. 钢炼熔池中的来氧及源液铁中素的氧元方式化3. .2 炼3钢熔池中素的元化氧次序 33.3.脱 反应(de碳cbonaiztioan) .334 硅的氧. 3.化.53锰 氧化的与还 3.原.6 3磷脱反应(dehposporhzationi )3..37脱 反应硫(esduphulriatzio) 3n..83钢的脱 (氧d-exoiatdino 3.).39脱气(d gaesings) 3..10 3除钢去中杂夹物201
3/1/1/161:33:3
16
5
16
.3.31 炼熔池钢氧中来源及的液铁元中的氧素化方式
氧来源的 直:接熔池中吹向入业工氧纯(98%); 向熔>池加入中富铁; 矿炉气的氧中入熔池传。
铁液元中的素化方式氧两有:直接氧种 (direc化 oxtdatiio)和间接氧n化indire(c otixatdio)。
n012/311//1163::35
31
71
7
接直氧方式化 直
氧化是指接气直氧接与液铁中元素的生产氧 反化应。 当 铁向中液入吹氧气时如果,在铁与液相气面界有被 解的溶素如元[i]S[﹑M]﹑[C]n,有大虽量的铁原 子在存但根,元据的素氧次化 [S序]i﹑[n]﹑MC]将[先于铁优而氧化。 被反应可 写:[C为]+/2{1}=OC{} [Oi]+S{2}=(OSO2) i[n]+M12/O{2=(}nOM 在)氧气转炼钢炉氧气时股冲流击液形成铁个冲 击一坑氧,与气铁直液接触,易产接生素的直元 氧化。
接0213/1/1116:/33:3518
18
间氧化接式
方吹 的入气由于氧力学动的因首
原
先与铁液的中Fe 原反子应形F成eO入炉渣进时使铁同液中解氧 [O]。溶炉渣中(FeO)的和溶解在铁液的[O] 再与中元发生素接氧间。化
其 应反:为{O}+2e=(FeFO) F(e)=OF+eO][如: 2[O]+[ iS=]S(iO)2或 2 (FO)+eS[i]2=F+(SieO2 在渣)-界金上往往面生元素的间产接化氧应。
反203/11/1116:3/353:
91
91
3.3
2 .炼钢池中元熔素的化次序氧
溶解在铁液中的元素氧的化序次可通以与 过1olOm2的化反氧应的准标吉斯布由自变化能 来断。判 在 准状态下,标应反Δ的oG负值越,多该元素被氧 化的势就趋越,大该则素元优先就被量 大化。氧 铁 中常规液元素与反应氧标的吉布准自由斯 能化变温度的与关绘制系图。成20
311//11/1:63:53320
02
. Cu﹑1N﹑Moi﹑W等素元化 氧Δ的o线G都在F氧eΔG化线之o上。 热从力学角来说度,在钢炼吹氧 程中过些元这素将到Fe的保受而护不氧 化。2 . Cr﹑nM﹑VNb﹑等素的氧 元程化随冶度温炼度而定。 . 3A﹑li﹑ST﹑iB元素氧化的等 GΔo在线图中位较于低的置位,它们最 氧化易在。实生际中产,些这 素元作强为氧剂脱用。使 注:意然虽炼钢在度温下Fe ,化的Δ氧o线高于其G它元素化的 Δ氧G线o,由但于铁中液多大数为e 原子F氧,与Fe子原触接机多,故会在实 际上F还e会是氧化。
013/12/1/161:3:53
231
1
2
33..3 碳脱反应
钢炼一个的重要任是务用氧利方法将铁化液中过多 碳去的除,称为脱碳脱碳反。应是贯于穿炼过程。冶 在高下[C]主要氧化温成C为O。 [C ]与氧反应有的: 渣在-金面上界 :[C+](FeO=)C{}O+Fe [C+[]O=]{C} O 在气-界金上面 [C:+1/2{O]}={C2}
201O3/1/1/16133:5:
32
22
2
脱碳反的应作用
脱反应碳了除调钢整液含量的碳用作, 其反外应物产CO体气的上浮除排得使碳脱 应给炼钢反带独特的来用。作
进促熔成池分温度均匀﹑; 提化学高反应速度; 低降液中钢气体含量的夹和杂物量数 :造成溅和溢喷出。
碳燃烧的钢在冶炼铁的重要性:中 )1高炼炉时铁炭焦的燃烧 2);炼钢过中碳程氧化。
20的3/111/11/6:3:533
32
23
33.. 硅4氧化的
硅直接氧的化和间氧接反化式应
气-金界面上 在[i]SO2+(=SO2i) 在-金界面上渣 S[i]2+O[=](SO2) i[Si]2+F(eO)=S(O2i)+2e
F0231/1/11/1633:5:
23
424
3.
3. 锰5氧化的与原还
液铁中锰的反,形应成在高下温稳定是的nOM。
M[n]氧化反应式为:的 气在-界金面 上Mn[+1]2O2/=(nM)O 渣-金在界面上 Mn]+[O]=([MnO )[M]+(neOF=(MnO))+e
2F03/1111//6:313:352
525
3
..3 6脱反磷
氧应脱化:磷
在钢炼温下度,气脱化磷反应是不能行进的 由。于Fe先于优P]氧[,化过通直 接氧化应反
的气化脱也磷难是进以的行 通过。入加石造碱灰性可渣以铁液中的将 磷脱出炉到中渣。是由于P这25O时酸性是氧 物,化到碱性氧化物如遇Ca能生O 稳成定的合物而进化炉渣入
。201/311/1/163:353:
2
26
6脱
反应磷式
碱性炉渣进用脱行磷的反为应:
渣在金-界
3面CaO)+(2[]+P[O5=(]C3O· PaO5)2
3Ca(O+)2P][5(FeO)+=(3aCO·P 2O)55+Fe
在渣 金-气界面
-3(aO)+2C[P]5/2+2=(OC3aO·P 25O
2)01311///11:3635:
37
227
3
3.. 7硫反脱
应反应热力学
炉渣 分理子论为认,脱硫反为:应 [S](+aO)C(=CaS+[O)]
分子理论 解释不纯Fe了O也能渣脱的现 硫象,故渣离炉子理认为,脱论硫应属于反 电学化应:反 [S](+O-2)=S(-2)+[O
2]01/13/1/11:63:33
285
8
2
炉渣脱硫原
理2
01/31/1/116:335:3
2
9
2
9
气化
硫脱
化气硫主要脱通过炉渣硫中气化的来实现,:即( S-2)3/2+O{}2=SO{2+}(2-O )写为或: 6Fe(+)3(S2+)-+(O2-)=62F(2e+)+{OS2 6(}F2e)+3/+22=6OFe(3+)+3O2-() 个两反式应明表,中渣的铁离子当气化充脱硫所 需氧的媒介。 需 明确的要是,气化硫是以炉渣脱硫为基础的, 脱首硫先金从液属脱被到炉渣中除然,后炉中渣的硫 再气化被脱进入炉气中。除在炉炼转中钢有约, 分三之一的硫是以化脱气的方式去硫除。
的203/11/11/16:33:3
350
0
33
..38钢的 氧
脱脱 氧是炼向熔池钢或钢水中加脱氧剂入脱, 元氧素氧与反应生,的脱氧产物成或进入渣中 或为成气排相。出 脱氧剂具应脱氧元有素与的氧和亲大、力脱氧产物 易排除成本、低和源来等的特广点。 根脱氧据反应生发的点地不,脱同方氧分法 沉为脱淀氧﹑散扩脱氧真和空氧。
脱钢种 [O/%]轿 车板面0 003 不.锈板钢 0.004轴承 0钢0.05 管0线钢0.0 2 0轮钢丝胎0 00.
33
1
203/11/1/11:36353
31
沉:淀氧
脱又叫 接脱氧。直把块脱状剂加氧到入钢液 ,中氧脱素元在液钢部与内钢中直接反氧 ,应成的生脱氧产上物浮入进渣的中脱氧方法 称沉为脱氧。 淀出 时钢向钢中加包入硅﹑铁锰铁铝铁﹑ 铝或块脱就氧沉淀是脱氧。
2
13011/1/16:/33:3
352
3
2
扩散脱氧
又叫间接氧。它是将脱粉的状氧剂脱如粉C﹑ e-Si粉FCa﹑iS粉A﹑l加粉到渣炉中, 降低渣中的炉氧量,含钢液使的中向氧炉渣中扩 散,从而到降低达液钢中含量氧一的脱氧种 方法。 在电 炼炉钢还的期原和外炉精炼过程向渣加 中粉入脱状剂氧行进脱氧操作是就散脱氧。扩
213/0111/1/:633:53
3
33
3真
脱空氧 是
用利低降统系压的来力降钢液低氧含中量 脱的方法。氧只适用它脱于氧物产气 体为脱的反氧如应C[][-]反O应。 这种 脱氧法常方于用炉外炼中精,如R真 空H处﹑V理A﹑DDV等炼方法精都可现 钢液实的空真氧。
脱
203/1
111/16:3/3:35
34
34
3
3.9 .脱气
中钢气体(HN、的)源:
来 金料如废钢属铁和合中含有金一的量定氢和氮的。 潮的湿造渣,加入炉剂后内解,分也使钢中气体加增。 耐火材用料粘结含剂有%~8%的9氢 。暴露在空气的钢液,会中空从气吸中收和氢。氮如果 钢炼采用氧的气纯不也,能造钢成的氮增
。 气体溶的反应为解
:½{H 2=[H] }½{ 2N}[=N
]2
031/1/11/16:3:35
335
35
降
低钢气体中的施措
高提钢原炼料材量质如使
用气体含低量的钢废铁 和合;对金含分水的材原料行烘进干烤燥,采高纯用度的氧 气。
等
尽量 降低钢温出,度小气体减钢中在溶解的。 度在冶 过程炼应充,分利脱碳用应产反的生池沸溶腾 降来低水中的钢体含量。气 用外炉精技炼术,低钢水降的气体含量中。采 如钢包用吹氩搅拌真空,炼精气脱微气,泡脱气 方法等钢对进水脱行处理。 气 采保护浇用技注,术止防水钢从大气吸收中气体。
012311/1//6:13353:
63
63
3.
.30 1除去钢夹杂物
中钢夹杂中的物源来 钢存中着在﹑硫磷氧﹑氮﹑杂质等元素,这 些元素钢与中合金元的素硅﹑锰﹑铝﹑钛如钒﹑等 成形非金属化物合如氧,化﹑硫物化物﹑ 氮化物。等钢的中些非金这化合属,物称统为 非金属杂物夹,也称内生为夹杂 。在 钢炼过中程钢,水炉渣和与衬炉接,触炉 渣衬中的炉合化被物入到卷水中,钢也会造非 成金属杂夹物,也为外来称杂。
夹213/01/111/:36:533
37
37
钢中夹杂
物分类的
按夹杂的物学成分分:氧化物化杂;夹硫物 夹化;杂化氮夹杂。 物按 加工变后形杂物夹的态形分塑性:夹杂;脆 性杂;夹塑半夹性。 按夹杂杂的来物源分:内夹生和外来夹杂。杂
0132/11/1/61:3:33
53
83
8
降低中钢杂夹的物措
施 冶炼在中取各采手段种低钢中降质元杂素 []O﹑[]﹑[SN][P]等﹑含量的,提钢的高洁度净,从 根上本减内少生杂物。 夹提高 火耐料材量质,提其高抗击冲和耐侵的蚀力,减 能外来少杂夹数物量 。采用 理合的脱氧度,使脱制产氧易物聚集上浮于从,钢液 排中除 。 用钢应冶包如金空脱真氧﹑吹rA搅﹑喷拌处理等粉中 和间包冶如金用采、坝堰导﹑流板过滤器﹑﹑湍控制器流 控等装置,去流除钢中的水夹杂物。 采 保取浇注护术,技止防水钢周从大气围环中吸收境 氧﹑﹑氢。氮20
3/11/1/116:3:335
3
93
9
3.
炼4用钢原材
料.3.4 金1料属 铁水; 废钢; 铁合; 金.34. 2助材辅 料造 渣料材 ;氧 化; 剂 冷剂却; 还剂和增碳原。剂
201
/1131/16/33:5:
403
40
3.
41..1 铁水或生铁(块
) 铁是水氧转气炉钢的基炼原本料一般,占
金属料的70~ 100%;炉只用电生块作配铁用。碳 铁水成 和铁分水温是度否适当稳定,和对简 化和定稳转操作炉并获得良好 的技术济经指标非 常要。
重
021/3111//6:13353
4:
1
4
1
铁
水成
分S i发:元素,热转炉量来热源。根据P],[Si][ 一在0.4般~0.8范围% 内 Mn:利元素有[。n]M一在0般2.0.4~% 右左 P有:害素元,强发元素热。P是高不炉去能除的元 ,故只能要求素P[稳],采定用铁水预处 理磷或相脱的炼应钢法方来去除。 :S有元害。素S][0
%
012/31/11/6:31:53
342
42
水温铁
度 水温铁应>120度~01030℃,保且稳持,定 利以炉子热于,行迅速 成。渣 有水预铁理工艺,处 水铁温度适当提高应。
203/111//16:331:3
5
3
44
3
.4.13.2 废
废钢钢是电炉炼的基钢原本,用量占料钢料的 铁7%090%~对。炉来说转既是,金料也属是 却剂冷 。合金钢 废钢按应含合所金组堆放分 。应 严防混入有害质和杂险品,危减并少带入的 沙泥、火材耐料和渣炉。 等 对外尺形寸和重过大单 的钢废,应预进先解体行 和割切对;轻料薄打包或要压 ,以块缩短料装间时。
2
10/3111//6133:53
:4
4
44
34.1..3铁 金合 炼钢
中广使泛用的种脱各氧合金化元素与和 铁合金。的如F-enMFe-、iSF、-eCr;及复 合脱以氧剂如,锰硅金、硅合钙合金、锰硅合铝 ;还有金、锰铝、等金镍。属 铁合金应 合选用以降低成理,使本用前烘烤应以减少 体带气入另外要。纯净不得,混有它其夹杂物, 块要度当适
。2
103/1/111/:63:53
354
4
5
.43.2辅助料
材石灰( CO)a碱。性炼钢方的法本造渣材基料 有强的,脱、脱硫磷能力,对衬炉危害小石灰要。 求有含Ca效O大于08~85%含S,和iOS2低, 度小块而均匀,且无粉;细烧过生烧率小要;不能潮 ,应解保干燥持新鲜。 、 萤(Ca石2)。熔点F低(141 8 ℃)能, 使CaO熔点显降著,低加速化,渣改善的渣动 性流。石要萤求:CF2a>58。% 白云石(M g)。O增渣加Mg含量中,减以 炉衬少中MO向炉渣中g移,转能促且前进期化渣。2
1301/1//16:33:51
346
3
4.2.. 造渣1料
材46
.4.32.2氧 化
氧气剂炼。中钢的氧重来要源一般要求氧气。 度纯大于98应,冶炼%氮钢低种时应,大 99.5于。%还应除水脱分。
铁石矿氧、铁化。 皮 铁石要求含铁矿,高Si2O、P水和分,少使用 要加热前 。氧化 皮铁要求质杂,不少含油和水分污使用 ,必须烘烤前
。2031/1/1/11:6335:
3
7
4
4
7
3.4.2.
3 却剂冷
钢。废却冷果稳效、定溅少,喷格低。 富铁价、团矿、烧结矿矿氧化和皮。铁利用们 所含它FxeOy化金属氧中的杂质,时需吸要大收量 的而
热起到冷的却作。 用石 灰。石缺少上冷却以时,可以使剂,用Ca OC分3时解吸收量大热。
量2
031/1/1116:33:/35
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.42..4还 剂和增原剂
电碳炉钢炼用的使原剂和增还剂碳有石电墨、 极炭木焦、、电炭、硅铁、硅钙石、等铝 。氧气转炉 冶炼中高、碳时,钢般用含一灰分很 的石少油焦作增剂。
2013碳1//11/1:363:53
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结小
重点握内容: 炼掌的基钢任本 务炉在炼渣钢中的作,其用源来主要及分成。脱碳 应的作反。 用硫、脱脱的磷反应式 脱。氧方的。法钢中气体 源及降来气低体的施。措 非属金杂物的夹源、组成来及低其措施降。 钢用原炼材料铁水:要的求;钢废、铁金合的作;造用材渣料的种 ;类
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