鋼鐵冶金學(煉鋼部分)

1、鋼鐵冶金學（煉鋼部分）第一部分 煉鋼的基本任務1、鋼和生鐵的區(qū)別？答：C < 2.11%的Fe-C合金為鋼；C > 1.2%的鋼很少實用；還含Si、Mn等合金元素及雜質(zhì)。生鐵硬而脆，冷熱加工性能差，必須經(jīng)再次冶煉才能得到良好的金屬特性；鋼的韌性、塑性均優(yōu)于生鐵，硬度小于生鐵。2、煉鋼的基本任務？答：鋼鐵冶金的任務是由生產(chǎn)過程碳、氧位變化決定的。煉鋼的基本任務分為脫碳，脫磷，脫硫，脫氧，脫氮、氫等，去除非金屬夾雜物，合金化，升溫（1200°C1700°C），凝固成型，廢鋼、爐渣返回利用，回收煤氣、蒸汽等。3、鋼中合金元素的作用？答：C：控制鋼材強度、硬度的重要元素

2、，每1C可增加抗拉強度約980MPa；Si：增大強度、硬度的元素，每1Si可增加抗拉強度約98MPa；Mn：增加淬透性，提高韌性，降低S的危害等；Al：細化鋼材組織，控制冷軋鋼板退火織構(gòu)；Nb：細化鋼材組織，增加強度、韌性等；V：細化鋼材組織，增加強度、韌性等；Cr：增加強度、硬度、耐腐蝕性能。4、鋼中非金屬夾雜物來源？答：5、主要煉鋼工藝流程？答：炒鋼坩堝熔煉等平爐煉鋼電弧爐煉鋼氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼氧氣底吹轉(zhuǎn)爐和頂?shù)讖痛禑掍摗Ｖ饕a(chǎn)工藝為轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝和電爐煉鋼工藝。與電爐相比，氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)率高，對鐵水成分適應性強，廢鋼使用量高，可生產(chǎn)低S、低P、低N的雜質(zhì)鋼，可生產(chǎn)幾乎所有主要鋼品種。

3、頂?shù)讖痛倒に囘^氧化程度低，熔池攪拌好，金屬-渣反應快，控制靈活，成渣快。 現(xiàn)代煉鋼流程：煉鐵，煉鋼（鐵水預處理、煉鋼、爐外精煉），連鑄，軋鋼，主要產(chǎn)品。第二部分 煉鋼的基本反應1、鐵的氧化和熔池的基本傳氧方式？答：火點區(qū)：氧流穿入熔池某一深度并構(gòu)成火焰狀作用區(qū)(火點區(qū))。吹氧煉鋼的特點：熔池在氧流作用下形成的強烈運動和高度彌散的氣體熔渣金屬乳化相，是吹氧煉鋼的特點。乳化可以極大地增加渣鐵間接觸面積，因而可以加快渣鐵間反應。乳化：在氧流強沖擊和熔池沸騰作用下，部分金屬微小液滴彌散在熔渣中；乳化的程度和熔渣粘度、表面張力等性質(zhì)有關(guān)。乳化可極大增加渣鐵接觸面積，因而可加快渣鐵間反應。雜質(zhì)的氧化方式：

4、分為直接氧化和間接氧化。直接氧化：氣體氧直接同鐵液中的雜質(zhì)進行反應。間接氧化：氣體氧優(yōu)先同鐵發(fā)生反應，待生成FexO以后再同其他雜質(zhì)進行反應。 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼以間接氧化為主：氧流是集中于作用區(qū)附近而不是高度分散在熔池中；氧流直接作用區(qū)附近溫度高，Si和Mn對氧的親和力減弱；從反應動力學角度來看，C向氧氣泡表面?zhèn)髻|(zhì)的速度比反應速度慢，在氧氣同熔池接觸的表面上大量存在的是鐵原子，所以首先應當同F(xiàn)e結(jié)合成FeO。2、脫碳反應？答：脫碳的重要性：反應熱升溫鋼水；影響生產(chǎn)率；影響爐渣氧化性；影響鋼O含量。脫碳產(chǎn)物CO的作用：從熔池排出CO氣體產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，使熔池受到激烈地攪動，起到均勻熔池成分和溫度的作用

5、；大量的CO氣體通過渣層是產(chǎn)生泡沫渣和氣一渣一金屬三相乳化的重要原因；上浮的CO氣體有利于清除鋼中氣體和夾雜物；在氧氣轉(zhuǎn)爐中，排出CO氣體的不均勻性和由它造成的熔池上漲往往是產(chǎn)生噴濺的主要原因?！癈-O”關(guān)系：熱力學條件：增大fC有利于脫碳；增加O有利于脫碳；降低氣相PCO有利于脫碳；提高溫度有利于脫碳。3、脫碳反應動力學？答：限制性環(huán)節(jié)：C高O低時，O的擴散為限制性環(huán)節(jié)；C低O高時，C的擴散為限制性環(huán)節(jié)。 脫碳過程：1.吹煉初期以硅的氧化為主，脫碳速度較??；2.吹煉中期，脫碳速度幾乎為定值；3.吹煉后期，隨金屬中含碳量的減少，脫碳速度降低。4、硅的氧化反應？答：脫硅的作用：硅高，增加渣量，需

6、多加石灰提高爐渣堿度，影響前期脫磷，影響爐齡，增加氧氣消耗，降低金屬收得率；硅低，渣量少，石灰用量少，氧氣消耗低，金屬收得率提高。有利于Si氧化反應因素：Si的氧化反應對煉鋼過程的影響：熱效應；影響脫碳、脫磷反應；影響渣量。5、錳的氧化與還原？答：有利于Mn氧化反應因素： 溫度對脫錳反應的影響：初期溫度低，渣中MnO活度低，大量Mn氧化；中后期溫度升高、渣中FeO含量降低，堿度提高，爐渣中部分MnO被還原；末期爐渣FeO含量增高，Mn重新被氧化。6、脫磷反應？答：有利于脫磷的工藝條件：降低溫度；提高爐渣堿度；增加爐渣氧化鐵活度；增加渣量；增加P活度系數(shù)。爐渣的重要性：通過造堿性爐渣能夠降低P2

7、O5的活度系數(shù)，同時，堿度CaO/SiO2越高，磷分配比越大，有利于脫磷；渣量增大有利于脫磷?；亓椎脑颍捍禑捴衅跔t渣“反干”，爐渣FexO含量減少（煉鋼過程）；出鋼帶渣量多，爐渣堿度降低，O含氧量降低（脫氧過程）?；亓椎慕鉀Q措施：高磷鐵水吹煉過程中采用“倒包”方法。吹煉高磷鐵水技術(shù)：利用“后吹”脫磷；“雙渣”工藝。超低磷冶煉工藝技術(shù)：采用鐵水“三脫”預處理；采用氧氣轉(zhuǎn)爐進行脫磷預處理；轉(zhuǎn)爐鐵水脫磷工藝。7、脫硫反應？答：脫硫的方法及工藝：方法：KR（機械攪拌）脫硫；噴粉脫硫。工藝：LF爐精煉脫硫渣系；真空噴粉鋼水脫硫（鐵水預處理BOFLFRHCC工藝；鐵水預處理BOF真空噴粉精煉CC工藝）；

8、V-KIP工藝；RH噴粉脫硫；RH-PB工藝；RH頂噴粉脫硫；IR-UT工藝。有利于脫硫的因素： 硫容量：爐渣的作用：FexO過高不利于脫硫，堿性還原渣有利于脫硫，增大渣量有利于脫硫。金屬脫硫及氣相脫硫： 回硫的原因及控制：回硫主要來自廢鋼和鐵水脫硫渣；石灰?guī)氲牧蛄亢苌?。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝抑制回硫。衡量脫硫渣能力的方法：爐渣堿度、還原性、O活度、S活度、（O2-）活度、（S2-）活度的高低。第三部分 脫氧反應與鋼中非金屬夾雜物1、脫氧方式？答：脫氧的重要性：氧氣煉鋼冶煉臨近結(jié)束時，鋼液實際上處于“過度氧化”狀態(tài)。鋼中原溶解的絕大部分氧以鐵氧化物、氧硫化物等微細夾雜物形式在奧氏體或鐵素體晶界處富集存

9、在;在鋼的加工和使用過程容易成為晶界開裂的起點，導致鋼材發(fā)生脆性破壞;鋼中氧含量增加降低鋼材的延性、沖擊韌性和抗疲勞破壞性能，提高鋼材的韌脆轉(zhuǎn)換溫度，降低鋼材的耐腐蝕性能等?？傃酰喊ㄗ杂裳酰╝0）以及固定氧（夾雜物所含的氧）?？傃鮐O表示鋼的潔凈度，值越低表示鋼越“干凈”。終點氧：煉鋼終點時鋼液中總的溶解氧量。擋渣技術(shù)：轉(zhuǎn)爐煉鋼終點爐渣FeO通常在1525%。如出鋼帶入鋼包內(nèi)的爐渣過多，由于鋼包內(nèi)鋼水的對流作用，造成Al2O3夾雜物量的增多。必須高度重視出鋼的防下渣操作，主要的擋渣方法有擋渣球、機械擋渣塞、氣動擋渣。為轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)特殊鋼的關(guān)鍵技術(shù)。主要包括轉(zhuǎn)爐下渣檢測系統(tǒng)、滑動水口控制系統(tǒng)、

10、轉(zhuǎn)爐留鋼留渣操作工藝、無渣出鋼轉(zhuǎn)爐自動開澆技術(shù)、無渣出鋼轉(zhuǎn)爐濺渣護爐技術(shù)、無渣出鋼轉(zhuǎn)爐冶煉低磷鋼系統(tǒng)技術(shù)等。脫氧方式：沉淀脫氧、擴散脫氧、真空脫氧法。沉淀脫氧：是用與氧親和力較鐵與氧親和力強的元素作脫氧劑，脫氧劑與鋼液中的氧直接作用，發(fā)生脫氧反應，反應產(chǎn)物由鋼液上浮排除，從而達到脫氧目的。脫氧時將各種脫氧劑以鐵合金形式直接加入到鋼液中；某些比重較輕或較易氣化的脫氧劑則多采用向鋼液喂絲或喂包芯線方法加入至鋼液中。沉淀脫氧反應速度快，操作簡便，成本較低。部分脫氧產(chǎn)物會滯留在鋼中，從而程度不同地造成鋼水污染，降低鋼的純凈度。擴散脫氧：擴散脫氧是向爐渣中加入碳粉、硅鐵粉、鋁粉等脫氧劑，降低爐渣的FeO

11、含量；當渣中FeO含量不斷降低時，鋼中的氧即會向爐渣中擴散，以維持氧在渣鋼間的分配平衡，從而達到鋼液脫氧的目的；擴散脫氧方法目前主要應用于鋼水爐外精煉；擴散脫氧的優(yōu)點是脫氧產(chǎn)物不玷污鋼液，缺點是脫氧速度較慢。真空脫氧：真空脫氧是指將鋼液置于真空條件下，通過降低CO氣體分壓，促使鋼液內(nèi)CO反應繼續(xù)進行，利用CO反應達到脫氧的目的；真空脫氧方法的最大特點是脫氧產(chǎn)物CO幾乎全部可由鋼液排除，不玷污鋼液；鋼液溫度降低較大，且投資和生產(chǎn)成本較高。2、元素的脫氧能力？答：Ca>Ba>Zr>Al>Ti>B>Ta>Si>C>V>Nb>Cr>

12、;Mn。3、脫氧的產(chǎn)物？答：復合脫氧：用含有兩種或兩種以上脫氧元素的鐵合金對鋼液進行的脫氧稱為復合脫氧；復合脫氧的實質(zhì)是用兩種或兩種以上的脫氧元素同時同鋼液中溶解的氧發(fā)生反應，并使它們的脫氧產(chǎn)物彼此結(jié)合成互溶體或化合物以降低脫氧產(chǎn)物的活度；由于脫氧產(chǎn)物活度降低，使鋼液O含量降低； 與單獨元素脫氧相比，多數(shù)情況下，復合脫氧能夠提高脫氧元素的脫氧能力。 常用脫氧劑：硅-錳復合脫氧劑；鈣-硅復合脫氧劑。脫氧動力學：包括以下幾個環(huán)節(jié)，即脫氧元素的溶解和均勻化；脫氧化學反應；脫氧產(chǎn)物的形核；脫氧產(chǎn)物的長大；脫氧產(chǎn)物的去除。脫氧產(chǎn)物長大的方式：擴散長大；不同尺寸脫氧產(chǎn)物間的擴散長大；由于上浮速度差而碰撞凝

13、集長大；由于鋼液運動而碰撞凝集長大。影響脫氧顆粒長大的因素：Stokes公式：4、非金屬夾雜物？答：非金屬夾雜物的分類：氧化物、硫化物、氮化物夾雜。非金屬夾雜物的危害和所造成的缺陷：鑄坯缺陷：表面夾渣；裂紋(表面縱裂紋、表面橫裂紋、內(nèi)部裂紋)。v 鋼材缺陷：熱軋鋼板(夾渣、翹皮、分層、超聲波檢查不合等）；冷軋鋼板(裂紋、灰白線帶、起皮、鼓包等）。鋼材性能：加工性能(沖壓、拉絲、各向異性等）；機械性能(延性、韌性、抗疲勞破壞性能等）；耐腐蝕性能、焊接性能、抗HIC性能等。 內(nèi)生類非金屬夾雜物：脫氧產(chǎn)物；鋼-渣反應、鈣處理等化學反應生成的夾雜物；二次氧化產(chǎn)物；鋼液冷卻和凝固過程生成的夾雜物。外來類

14、非金屬夾雜物：爐渣卷入形成的夾雜物；耐火材料浸蝕形成的夾雜物。非金屬夾雜物的控制：煉鋼出鋼擋渣；低碳、超低碳鋼RH精煉效率；超低氧鋼水的LF精煉技術(shù)；增強攪拌，夾雜物上浮。第四部分 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝1、發(fā)展？答：發(fā)展歷程：酸性底吹空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法；堿性底吹空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法；頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐；堿性頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐；頂?shù)讖秃洗禑掁D(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)發(fā)展可劃分為三個時代，即轉(zhuǎn)爐大型化時代，轉(zhuǎn)爐復合吹煉時代，潔凈鋼冶煉時代。 分類：氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，氧氣底吹轉(zhuǎn)爐（或氧氣側(cè)吹轉(zhuǎn)爐 ），氧氣頂?shù)讖秃限D(zhuǎn)爐。工藝特點：完全依靠鐵水氧化帶來的化學熱及物理熱；生產(chǎn)率高（冶煉時間在20分鐘以內(nèi)）；質(zhì)量好（CO的反應攪拌，將N、 H除去，

15、氣體含量少），可以生產(chǎn)超純凈鋼，有害成份（S、P、N、H、O）80ppm；冶煉成本低，耐火材料用量比平爐及電爐用量低；原材料適應性強，高P、低P都可以。2、轉(zhuǎn)爐設備？答：轉(zhuǎn)爐本體系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)爐爐體及其支撐系統(tǒng)托圈、耳軸、耳軸軸承和支撐座，以及傾動裝置；氧槍及其升降、換槍裝置；副槍裝置；散狀料系統(tǒng)；煙氣凈化系統(tǒng)。3、爐型設計？ 轉(zhuǎn)爐爐容比：是指轉(zhuǎn)爐腔內(nèi)的自由空間的容積V(單位m3)與金屬裝入量(鐵水+廢鋼+生鐵塊，單位t)之比。 裝入量過大，則爐容比相對就小，在吹煉過程中可能導致噴濺增加、金屬損耗增加、易燒槍粘鋼； 裝入量過小，則熔池變淺，爐底會因氧氣射流對金屬液的強烈沖擊而過早損壞，甚至造成漏鋼

16、。 轉(zhuǎn)爐高徑比：是指轉(zhuǎn)爐腔內(nèi)的自由空間的高度(單位m)與熔池直徑之比。決定轉(zhuǎn)爐氧槍的吹煉強度，冶煉時間等；同時影響濺渣的好壞；決定氧槍噴頭的設計參數(shù)。4、氧氣射流？答：概念：轉(zhuǎn)爐煉鋼通過向熔池供氧來去除金屬液中的雜質(zhì)元素，同時向熔池中吹氣以強化攪拌，實現(xiàn)快速煉鋼。供氧是通過氧槍噴頭向熔池吹入超音速氧氣射流來實現(xiàn)的，即氧氣射流。物理作用：氧流作用下熔池的循環(huán)運動，動量傳遞，氧壓或氧速越高，凹坑越深，攪拌加劇?；瘜W作用：直接氧化，-氧氣射流直接與雜質(zhì)元素產(chǎn)生氧化反應；間接氧化-氧氣射流先與Fe反應生成后FeO ，F(xiàn)eO傳氧給雜質(zhì)元素。間接氧化為主，因氧流是集中于作用區(qū)附近（4的面積），而不是高度分

17、散在熔池中。熔池沖擊深度：氧氣射流深入熔池的深度（即沖擊深度）對吹煉工藝影響很大，必須保證氧流對熔池具有合適的沖擊深度，使熔池得到均勻而強烈的攪拌，即有較大的脫碳速度，同時又具有一定的化渣能力。 當h/L(池深)<0.3時，即沖擊深度過淺，則脫碳速度和氧的利用率會大為降低，增加渣中FeO；當h/L（池深）>0.7時，即沖擊深度過深，有可能損壞爐底和金屬噴濺嚴重。 5、煉鋼中原輔材料：合金：合金加入量(kg) (鋼種規(guī)格中限終點殘余成分)/A，A=(鐵合金中合金元素含量×合金元素收得率)（每100Kg）。原輔材料：鐵水溫度要適中，鐵水溫度的高低是帶入轉(zhuǎn)爐物理熱多少的標志，這

18、部分熱量是轉(zhuǎn)爐熱量的重要來源之一，因此，鐵水溫度不能過低，否則熱量不足，影響熔池的溫升速度和元素氧化過程，還容易導致噴濺。要保證轉(zhuǎn)爐鐵水溫度大于1250；廢鋼是轉(zhuǎn)爐主要金屬料之一，是冷卻效果穩(wěn)定的冷卻劑，適當?shù)脑黾訌U鋼比，可以降低轉(zhuǎn)爐煉鋼成本、能耗、和煉鋼輔助材料消耗；生鐵是調(diào)溫及配碳；燒結(jié)礦可提高金屬收得率，造渣等；對鐵合金總的要求是合金元素的含量要高，以減少熔化時的熱量消耗，有確切而穩(wěn)定的化學成分，入爐塊度應適當，以便控制鋼的成分和合金的收得率，含非金屬夾雜和有害雜質(zhì)硫、磷及氣體要少。石灰的渣化速度是轉(zhuǎn)爐煉鋼成渣速度的關(guān)鍵，因此煉鋼用石灰除了有效CaO含量要高，SiO2和S含量低，適當?shù)膲K

19、度要求之外，對其活性度也要提出要求；煉鋼用螢石的wCaF2應大于85%,wSiO25.0，wS0.10，塊度在5-40mn，并要干燥清潔。6、轉(zhuǎn)爐耐火材料及護爐技術(shù)： 耐材：耐火度、荷重軟化溫度、耐壓強度、抗熱震性、熱膨脹性、導熱性、抗渣性、氣孔率等。濺渣護爐技術(shù)：是利用高速氮氣把成分調(diào)整后的剩余爐渣（或改質(zhì)爐渣）噴濺在爐襯表面形成濺渣層。濺渣層固化了鎂碳磚表層的脫碳層，抑制了爐襯表層的氧化，并減輕了高溫爐渣對磚表面的沖刷侵蝕。7、轉(zhuǎn)爐煉鋼的操作制度？答：轉(zhuǎn)爐冶煉五大制度，即裝料制度，供氧制度，造渣制度，溫度制度，重點控制及合金化制度。裝料制度：合理的裝入量，需考慮爐容比和爐池深度兩個參數(shù)。定

20、量裝入、定深裝入；分階段定量裝入。供氧制度：軟吹，低壓、高槍位，吹入的氧在渣層中，渣中FeO升高、有利于脫磷；硬吹，高壓低槍位(與軟吹相反)，脫P不好，但脫C好，穿透能力強，脫C反應激烈。 造渣制度：煉鋼就是煉渣。通過造渣，脫P、減少噴濺、保護爐襯（目的）。確定合適的造渣方式、渣料的加入數(shù)量和時間、成渣速度（造渣制度）。要求一定堿度、良好的流動性、合適的FeO及MgO、正常泡沫化的熔渣（特點）。渣料（石灰）加入量的計算：造渣與脫磷的關(guān)系：通過造堿性爐渣能夠降低P2O5的活度系數(shù)，同時，堿度CaO/SiO2越高，磷分配比越大，有利于脫磷；渣量增大有利于脫磷。溫度及成分終點控制方法：一次拉碳法、增

21、碳法、高拉補吹法。溫度的確定：所煉鋼種熔點T1538T×j，T為鋼中某元素含量增加1時使鐵的熔點降低值，j為鋼中某元素含量?？紤]到鋼包運行、鎮(zhèn)靜吹氬、連鑄等要求。拉碳及增碳法：拉碳：就是在吹煉時判定已達終點而停止吹氧。由于在中、高碳鋼種的含碳范圍內(nèi),脫碳速度較快,一次判別終點不太容易,所以采用高拉補吹的辦法。一次拉碳法：按出鋼要求的終點碳和溫度進行吹煉，當達到要求時提槍。操作要求較高。優(yōu)點：終點渣FeO低，鋼中有害氣體少，不加增碳劑，鋼水潔凈。氧耗較小，節(jié)約增碳劑。增碳法：所有鋼種均將碳吹到0.05%左右，按鋼種加增碳劑。增碳法就是終點按低碳鋼控制（在為數(shù)不少的廠家和場合，甚至采取“

22、一吹到底”的操作方法），然后在出鋼過程中增碳，使鋼水中的含碳量達到所煉鋼種的要求范圍之間。在增碳法中，要求所用增碳劑純度高，硫含量低，以免對鋼水造成污染。優(yōu)點：操作簡單，生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動控制，廢鋼比高。高拉補吹法：當冶煉中，高碳鋼種時，終點按鋼種規(guī)格略高一些進行拉碳，待測溫、取樣后按分析結(jié)果與規(guī)格的差值決定補吹時間。負能煉鋼：當爐氣回收的總熱量>轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)消耗的能量時，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐工序“負能煉鋼”。8、復合吹煉？答：復吹特點：保持頂吹轉(zhuǎn)爐成渣速度快和底吹轉(zhuǎn)爐吹煉平穩(wěn)的雙重優(yōu)點；反應速度快，熱效率高，可實現(xiàn)爐內(nèi)二次燃燒；吹煉后期強化熔池攪拌，使鋼渣反應接近平衡；進一步提高了熔池脫磷脫硫的冶

23、金效果；冶煉低碳鋼（C=0.010.02%），避免了鋼渣過氧化。攪拌功概念：由頂吹及底吹帶入轉(zhuǎn)爐內(nèi)鋼液的攪拌能的供給速率（也稱比攪拌功率）（W/t）。9、除塵、余熱回收及環(huán)境保護。答：除塵方式：煙氣凈化系統(tǒng)主要有三種：采用未燃法回收煤氣的文氏管濕法凈化系統(tǒng)（濕式）；采用燃燒法的文氏管濕法凈化系統(tǒng)；采用靜電除塵的干式凈化系統(tǒng)（干式）。其中，采用未燃法回收煤氣的文氏管濕法凈化系統(tǒng)的方法，既可以回收煤氣又可以回收余熱。除塵指標：煤氣回收量通常為60110m3/t鋼。熱值為14001800×4.18KJ/m3。CO含量為6090%左右。余熱回收方法：未燃法回收煤氣的文氏管濕法凈化系統(tǒng)。煙塵及

24、渣的利用：煙塵利用：轉(zhuǎn)爐煤氣可以做燃料或化工原料。轉(zhuǎn)爐煤氣的含氫量少，燃燒時不產(chǎn)生水汽，而且煤氣中不含硫，可用于混鐵爐加熱、鋼包及鐵合金的烘烤、均熱爐的燃料等，同時也可送入廠區(qū)煤氣管網(wǎng)，作為生活煤氣使用。轉(zhuǎn)爐煤氣中可以合成化工原料。制甲酸鈉，甲酸鈉是染料工業(yè)中生產(chǎn)保險粉的一種重要原料，代替了鋅粉，節(jié)約了金屬。制合成氨。是我國農(nóng)業(yè)普遍需要的化學肥料。轉(zhuǎn)爐煤氣中CO含量較高，所含P、S等雜質(zhì)少，利于生產(chǎn)合成氨。爐渣利用：用于燒結(jié)；作熔劑用；提取稀有元素；用于水泥生產(chǎn)。第五部分 電爐煉鋼工藝1、發(fā)展？答：1905年第一臺5噸工業(yè)煉鋼電爐建成；1936年制造了可爐蓋旋轉(zhuǎn)的煉鋼電爐；1936年建成了當時

25、最大的100噸煉鋼電爐；1964年提出電爐超高功率概念，電爐工業(yè)開始走向輝煌，開始與轉(zhuǎn)爐競爭；1990年后，電爐煉鋼技術(shù)取得了重大進展。煉鋼技術(shù)的進步主要進步集中在電爐煉鋼領(lǐng)域。 優(yōu)勢：礦石經(jīng)高爐/轉(zhuǎn)爐流程而成粗鋼的單位能耗高于700kgce/t，雖氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼能耗僅為“零”，但高爐和煉焦工序能耗高。同時也是污染環(huán)境的大戶；廢鋼經(jīng)電爐熔煉所生產(chǎn)的粗鋼噸鋼能耗僅為270kgce/t，而污染的產(chǎn)生及其治理更遠優(yōu)于高爐/轉(zhuǎn)爐流程；采用廢鋼作原料的電爐煉鋼，流程短，生產(chǎn)率高，全員勞動生產(chǎn)率高達4000 t /（人·a），幾乎是高爐/轉(zhuǎn)爐流程的3-4倍；社會大量廢鋼的積累，廢品的再循環(huán)利用。2

26、、 能量來源及熱平衡？答：電能；化學熱（包括元素氧化及爐氣燃燒帶來的化學熱、輸入燃料帶來的外來化學熱）；物理熱（鐵水或預熱廢鋼帶入的）。3、原料及耐材？答：原料：傳統(tǒng)的電弧爐煉鋼是全廢鋼工藝以冷廢鋼為主，配加1030左右的生鐵塊；現(xiàn)代電弧爐煉鋼使用的其它原料還有除冷生鐵外的直接還原鐵（DRI，HBI）、熱鐵水、碳化鐵等。輔料白云石、石灰、碳粉等。對爐料的要求及加入原則：對廢鋼的要求：不允許有有色金屬；不允許有封閉器皿、易爆炸物；入爐的鋼鐵料塊度要合適，不能太大。加入原則：重型廢鋼，爐渣，爐渣處理廢鋼要裝在料籃底部及渣門口；助熔劑類的配加物要加在料籃底部；篷輕及螺旋狀料要求加在料籃偏下部位，短小

27、及平直料用以填充空隙（車削料）；粉碎料用以填充空隙。原料可導致的問題：成分，不導電，罐體的爆炸，水分，垃圾，放射性原料，體積過大。 對耐材的要求：高耐火度、高荷重軟化溫度、良好的熱穩(wěn)定性、抗渣性、高耐壓強度、低導熱性等。配碳方法：配碳有利于廢鋼鐵氧化、氧化期去氣(N、H)、去夾雜。配C量%=0.50%(熔化期損失)+0.2-0.3%(氧化需要)+氧化終了碳含量。原則為大、中、小料配合；重料在下、輕料在上；大塊在中、輕料在邊。熔化期特點：熔化期是電爐工藝中能源消耗的7080，冶煉時間的50-80%電爐的節(jié)能降耗主要在熔化期。廢鋼熔化過程為從中心向四周、從熱區(qū)向冷區(qū)、從下向上。氧化期特點：熔化廢鋼

28、與氧化期脫碳結(jié)合，提前造渣脫磷。脫磷方法：強化吹氧提高初渣氧化性；提前造高堿度渣；流渣造新渣；噴粉技術(shù)的應用。氧化期造渣特點：氧化期的造渣要根據(jù)脫磷及脫碳的要求、具有合適的爐渣成分及流動性。渣中FeO含量一般控制在1020，堿度控制在2.5-3.0，總渣量在38。無渣出鋼技術(shù)：偏心爐底出鋼。（P253）4、 電爐冶煉工藝？答：傳統(tǒng)冶煉工藝（熔化期，氧化期，還原期）；現(xiàn)代冶煉工藝（熔化期，氧化期，爐外精煉）。操作步驟：補爐、裝料（配料）、熔化期、氧化期、精煉(或還原期)、出鋼。補爐的重點是：渣線(渣的浸蝕)；距電極近的地方（最容易跑鋼的地方），電弧的輻射；爐門兩側(cè)。配碳的重要性：廢鋼鐵氧化、氧化

29、期去氣(N、H)、去夾雜。 最低配C計算：配C量%=0.50%(熔化期損失)+0.2-0.3%(氧化需要)+氧化終了碳含量。 裝料原則：大、中、小料配合；重料在下、輕料在上；大塊在中、輕料在邊。 廢鋼熔化過程：從中心向四周、從熱區(qū)向冷區(qū)、從下向上。 熔化期操作原則：合理供電、合適吹氧、提前造渣。 吹氧方式：自耗式（可切割、可吹渣鋼界面）；水冷式（只能吹渣鋼界面）。 氧化期的任務：繼續(xù)脫P、脫C；去氣(N、H)、去夾雜；鋼液升溫。熔化廢鋼與氧化期脫碳結(jié)合，提前造渣脫磷。 溫度控制： 氧化終點特別情況處理： 5、泡沫渣的作用？答：泡沫渣是指在不增大渣量的情況下，使爐渣呈很厚的泡沫狀。采用長弧泡沫渣

30、操作可以增加電爐輸入功率，提高功率因數(shù)及熱效率；降低電爐冶煉電耗，縮短了冶煉時間；減少了電弧熱輻射對爐壁及爐蓋的熱損失；泡沫渣有利于爐內(nèi)化學反應，特別有利于脫P、C及去氣（N、H）。影響泡沫渣的因素：吹氧量；熔池含碳量；爐渣的物理性能(粘度、表面張力)；爐渣的化學性能(FeO、堿度)；熔池溫度；渣量。6、 還原期的主要任務？答：去除鋼液中的氧；去除鋼液中的硫；調(diào)整鋼液的溫度、成份到規(guī)定成分；合金化。 殘余氧化渣的危害：降低脫硫脫氧能力；降低合金收得率；降低鋼包攪拌強度；降低包襯壽命。 7、電爐預熱技術(shù)？答：豎爐技術(shù)：豎爐電弧爐有一個廢鋼預熱系統(tǒng)，豎爐電弧爐可以是單豎爐或雙豎爐，也可以是直流的或

31、交流的。它用廢氣（1000以上）的潛熱和化學熱，加上在豎爐底部的氧燃燒嘴預熱裝在水冷豎爐內(nèi)的廢鋼料柱。與普通的爐子比較，其氧燃燒嘴的熱效更高。豎爐里至少可裝全爐廢鋼的40%，剩下的廢鋼在開始熔化前直接加入爐內(nèi)。雙爐殼技術(shù)：雙殼爐內(nèi)有兩個爐殼，共用一套電源。雙殼爐的技術(shù)特點是將廢鋼預熱和節(jié)省非通電時間相結(jié)合，當一個爐殼內(nèi)在熔化爐料時，另一爐殼就加入第一籃爐料。當?shù)谝粋€爐殼要出鋼時電極就轉(zhuǎn)向另一個爐殼，開始送電。這樣停電時間可縮短610分鐘，生產(chǎn)率大大提高。預熱爐料的優(yōu)點是縮短給電時間和節(jié)電。Consteel電爐技術(shù)：廢鋼原料預熱和加料過程的連續(xù)化，對電弧爐煉鋼過程非常有利。電弧非常平穩(wěn)，閃爍、諧

32、波和噪音很低；過程連續(xù)進行，非通電操作時間減至最少；不必周期性加料，熱損失和排放大大減少；便于穩(wěn)定控制生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量。第六部分 爐外精煉工藝1、爐外精煉的內(nèi)容及功能？答：包括煉鋼之前的鐵水預處理和煉鋼之后的鋼的二次精煉（鋼的二次精煉是指二次還原精煉，也稱為二次冶金）。內(nèi)容：脫氧、脫硫；去氣、去除夾雜；調(diào)整鋼液成分及溫度。功能（手段）：渣洗，最簡單的精煉手段；真空，目前應用的高質(zhì)量鋼的精煉手段；攪拌，最基本的精煉手段；噴吹，將反應劑直接加入熔體的手段；調(diào)溫，加熱是調(diào)節(jié)溫度的一項常用手段。脫氣的主要方法：提高真空度可將鋼中C、H、O降低。 升溫的方法：LF加熱；CAS化學加熱。主要的精煉工藝：

33、LF、AOD、VOD、RH、CAS-OB、喂線、鋼包吹氬攪拌、噴粉。2、LF、AOD、VOD、RH、CAS-OB工藝特點、功能及冶金效果？答：LF爐：最常用的精煉方法；取代電爐還原期；解決了轉(zhuǎn)爐冶煉優(yōu)鋼問題；具有加熱及攪拌功能；能夠進行精煉軸承鋼、脫氧、脫硫、合金化。工藝特點：（1）還原氣氛。LF爐本身不具備真空系統(tǒng)，但由于鋼包與爐蓋密封，隔離空氣，加熱時石墨電極與渣中FeO、MnO、Cr2O3等反應生成CO氣體，使LF爐內(nèi)氣氛中氧含量減少。 精煉過程通過擴散脫氧和沉淀脫氧造成鋼液的還原條件,可以進一步脫氧、脫硫及去除非金屬夾雜。（2）氬氣攪拌。氬氣攪拌加速鋼渣之間物質(zhì)傳遞，有利于鋼液脫氧、脫

34、硫反應。 吹氬可以加速Al2O3夾雜物上浮速度，在密封的LF爐，吹氬15min后，可使鋼中大于20m的Al2O3夾雜基本清除。（3）埋弧加熱。LF爐三根電極插入渣層中進行埋弧加熱，這種方法輻射熱小，對爐襯有保護作用，熱效率高，浸入渣中石墨與渣中氧化物反應為： C+FeO=Fe+CO， C+MnO=Mn+CO，2C+WO2=W+2CO，5C+V2O5=2V+5CO。上述反應不僅提高了渣的還原性，而且還提高合金回收率，生成CO使LF爐內(nèi)氣氛更具還原性。（4）白渣精煉。LF爐操作中通過對爐渣強化脫氧形成白渣，由于渣對鋼液中氧化物的吸附和溶解，達到鋼液脫氧效果。(無污染脫氧方法) LF爐由于有溫度補償

35、，吹氬強烈攪拌，隨渣中堿度提高，硫的分配比增大，可煉出低硫鋼或超低硫鋼。 目前國內(nèi)外冶煉低硫鋼和超低硫鋼時渣中（FeO+MnO）的理想控制范圍是小于0.5%。泡沫渣的作用：提高功率因素，降低噸鋼電耗；減少熱損失，提高熱效率（從30%提高到60%）；減少電弧對爐襯的侵蝕，提高爐襯使用壽命；泡沫渣操作能改善冶煉條件，提高鋼液潔凈度。 影響LF爐埋弧渣操作的因素：電弧長度；爐渣氣泡性能；氣源。爐渣脫硫：通過爐外精煉的有關(guān)操作已可將鋼中的硫降到2ppm的水平。 脫硫應保證爐渣的高堿度、強還原性即渣中自由CaO含量要高；渣中（FeO+MnO）%要充分低，一般小于0.5%是十分必要的。 從熱力學的角度講，

36、溫度高有利于脫硫反應的。而且較高的溫度可以造成更好的動力學條件而加快脫硫反應。要使鋼水脫硫，首先必須使鋼水充分脫氧。 此時鋼中的鋁含量應當高于0.02%。這時可以保證溶解氧不高于2-4ppm。 經(jīng)常使用的脫硫合成渣是45-50% CaO，10-20% CaF2，5-15% Al2O3，0-5% SiO2。 過多的SiO2會降低爐渣的脫硫能力，但是它卻可以降低爐渣的熔點，使爐渣盡快參加反應，起到對脫硫有利的作用。只要不超過5%就不會對脫硫造成不利影響。 冶煉超低硫鋼的工藝條件：（1）控制爐渣成分，提高爐渣堿度；（2）強化對爐渣和鋼水的脫氧；（3）較高的精煉溫度和良好的底吹氬攪拌工藝也是重要脫硫工

37、藝條件；（4）對爐渣和鋼水的原始硫含量進行限制，同時也保證相應的渣量，必要時可進行換渣操作。 高效精煉：（1）初煉爐適當提高出鋼溫度、加強鋼包烘烤、周轉(zhuǎn)和保溫； （2）出鋼時加爐渣改質(zhì)劑、預熔渣和底吹使精煉過程前移； （3）優(yōu)化供電、造好埋弧渣，提高升溫速度； （4）提高自動化水平，縮短取樣分析時間，提高成分與溫度的控制命中率； （5）1座初煉爐配2座LF；或2座初煉爐配3座LF。 LF爐快速成渣和高效精煉：LF爐存在的主要缺點是精煉時間長，特別在BOF-LF-CC流程中，LF 爐已成為實現(xiàn)多爐連澆的瓶頸。 原因：LF爐存在的主要缺點是精煉時間長，特別在BOF-LF-CC流程中，LF 爐已成為

38、實現(xiàn)多爐連澆的瓶頸。措施：出鋼時爐渣改質(zhì)或同時隨鋼流加入精煉渣，實現(xiàn)LF爐造渣和脫氧前移；采用低熔點的預熔渣實現(xiàn)快速造渣；高的鋼包溫度、良好的保溫和大功率供電。 白渣：是用C粉和Si粉還原的爐渣，冷卻后呈白色，過一會兒會粉化。 電石渣：過量的C粉（或加CaC2），在渣中有大量存在，冷卻后呈灰色。 白渣與電石渣的比較：電石渣的脫氧、脫S能力強（在S、O高時，采用）電石渣增C。增Si 電石渣和鋼液性濕潤性較好，鋼水，中易產(chǎn)生夾雜，所以，不能電石渣出鋼。 如何破電石渣：加渣料爐蓋留一條線。AOD爐：主要是冶煉高質(zhì)量的不銹鋼(C<20ppm,S,P<50ppm)；使用更廉價的原料(采用高碳

39、鉻代低碳鉻)。 工藝特點：AOD可與電弧爐雙聯(lián)，也可與轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)，也可與感應爐雙聯(lián)。其中以與電弧爐雙聯(lián)為主；電弧爐熔化-熔清碳范圍較寬，為1.0-3.0%C，可使用廉價的高碳鉻鐵；出鋼溫度 1550。VD/VOD爐：VD的功能僅是真空加攪拌；VD主要應用于軸承鋼脫氧；VOD主要用于不銹鋼冶煉。VD工藝特點：UHPLF+VD（或RH）+CC。LF出鋼后，扒渣（倒渣）2/3，渣層厚度應保持4070mm，扒渣時間<3min。扒渣完畢LF鋼包入VD處理工位，接通氬氣，調(diào)節(jié)流量5080NL/min，同時測溫、取樣，加入硅石2 kg/mm，調(diào)整爐渣堿度R=1 .21 .5。測溫、取樣后VD加蓋密封，抽

40、真空。真空泵啟動期間，調(diào)整氬氣流量保持30 40NL/min。真空啟動后，工作壓力達到67 Pa時，保持時間15min（真空保持時間）。真空保持期間調(diào)整氬氣流量 70NL/min左右，并通過觀察孔觀察鋼水沸騰情況，及時調(diào)整，保持均勻沸騰。終脫氧后解除真空、開蓋、測溫，軟吹1525min，氬氣流量 70-100NL/min左右，控制渣面微動為宜。軟吹結(jié)束后，測溫、取樣，加保溫劑出鋼，出鋼溫度15301540。（軸承鋼）VOD工藝特點：VOD可與電弧爐雙聯(lián)，也可與轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)；為了更多地使用廉價的高碳鉻鐵，配碳可提高至1.5%C，熔清后吹氧脫碳至0.3-0.4% C，然后在電弧爐內(nèi)加含Si合金預還原；

41、VOD是將鋼包放入真空罐內(nèi)從頂部的氧槍向鋼包內(nèi)吹氧脫碳，同時從鋼包底部向上吹氬攪拌（真空以降低C-O反應產(chǎn)物CO的濃度和分壓，促使反應繼續(xù)進行。因此，真空度越高，反應越深度，碳含量可降得越低。）。 初煉爐將碳控制在0.20.5，P<0.03%以下；鋼液溫度為1630；初煉爐除渣后，將VOD鋼包吊入真空室，接底吹氬，開始抽真空，此時溫度1550-1580;當真空度達到1320kpa時，開始吹氧脫碳；碳含量降低的同時，提高真空度，保鉻不氧化；當碳合格時，停止吹氧，加大真空到100Pa以下，并加大攪拌，進一步脫碳，鋼液溫度達到16701750；加合金、微調(diào)成分、加鋁吹氬攪拌幾分鐘后，破真空澆鑄

42、。（超低碳不銹鋼）RH工藝特點：反應速度快，表觀脫碳速度常數(shù)kC可達到3.5min-1。處理周期短，生產(chǎn)效率高，常與轉(zhuǎn)爐配套使用；反應效率高，鋼水直接在真空室內(nèi)進行反應，可生產(chǎn)H0.5×10-6，N25×10-6，C10×10-6的超純凈鋼；可進行吹氧脫碳和二次燃燒進行熱補償，減少處理溫降；可進行噴粉脫硫，生產(chǎn)S5×10-6的超低硫鋼。CAS工藝特點：鋼液升溫和精確控制鋼水溫度；促進夾雜物上浮，提高鋼水純凈度，可控制酸溶鋁£0.005%,鋼水TO降低20-40；精確控制鋼液成分，實現(xiàn)窄成分控制，可提高合金收得率20-50；均勻鋼水成分和溫度；與

43、喂線配合，可進行夾雜物的變性處理；冶煉節(jié)奏快，適合轉(zhuǎn)爐的冶煉節(jié)奏。CAS-OB工藝特點：CASOB在原CAS站增設吹氬提穩(wěn)功能，增設的氧槍安裝在隔離罩的中心，采用頂吹自消耗型氧槍，鋁及其它合金由加料口直接投到鋼水面；放熱劑主要是鋁，提溫時采用連續(xù)供鋁方式；升溫速度快，熱效率高；6-12/min，升幅可達100，終點溫度波動±5；設備投資少，操作成本低和控制過程簡便、快速、準確；OB后續(xù)的CAS處理，保證了吹氧后大量細小Al2O3夾雜的上浮和快速去除，保證了鋼水質(zhì)量不受吹氬的影響；當溫度較高時可不作OB處理。CAS-OB冶煉效果：加熱，升溫速度56/min；鋼液成分，吹氧前后變化不大；

44、鋼水潔凈度，O基本不變，可降低N含量。3、喂線、吹氬、噴粉工藝的特點、功能及冶金效果？答：喂線：進行夾雜物變性處理。 吹氬：攪拌效果。噴粉：效果最好、投資及使用成本最低，也是最不好掌握的技術(shù)。可脫硫、脫磷、合金化、進行夾雜物變性。4、不銹鋼、軸承鋼、IF鋼、管線鋼、電工鋼？答：不銹鋼：不銹鋼是一系列在空氣、水、鹽的水溶液、酸以及其他腐蝕介質(zhì)中具有高度化學穩(wěn)定性的鋼種。它是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。不銹鋼系指耐大氣、蒸汽和水等弱介質(zhì)腐蝕的鋼；耐酸鋼則指耐酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼。不銹鋼不一定耐酸，而耐酸鋼一般均具有不銹性。軸承鋼：評價軸承鋼質(zhì)量好壞的指標有兩個，一是夾雜物，二是碳化物。一般

45、來說，作內(nèi)軸承材料使用時，要求鋼的質(zhì)量比較高，特別是對非金屬夾雜物和碳化物的均勻性要求高。電爐冶煉軸承鋼，一是控制鋼水原始氧含量；二是建立合理的脫氧制度；三是選擇合適的精煉渣系；四是控制適當?shù)臍堜X含量。加強脫氧和去除夾雜的措施：降低渣中（FeO+MnO）含量；采用降低脫氧產(chǎn)物活度的造渣制度；加入更強的脫氧劑；采用復合脫氧法；增大比攪拌功率或延長精煉時間；使用比較穩(wěn)定的鋼包襯材料。 IF鋼：要求鋼中C+N<50×10-6，進而C+N<20×10-6；為了保證良好的表面質(zhì)量，要求鋼中T.O含量<30×10-6；為了提高深沖性能，要求嚴格控制鋼中微合金

46、化元素Ti、Nb、B 的含量。采用強脫碳技術(shù)，以提高RH的脫碳速度和降低處理終點碳含量；進一步降低含碳量可在RH吹氧脫碳期吹入H2，增加鋼液中的氫含量；為提高IF鋼的表面質(zhì)量，要求在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中對爐渣進行改質(zhì)處理，降低爐渣的氧化性。管線鋼：采用轉(zhuǎn)爐鐵水“三脫”預處理工藝；采用少渣吹煉技術(shù)；采用多功能RH精煉技術(shù)。新流程在保證同樣鋼水潔凈度的條件下，精煉周期縮短50%，生產(chǎn)能力大幅度提高，生產(chǎn)成本降低60%。電工鋼：在RH操作后期采用噴粉工藝可實現(xiàn)同時脫硫、脫氮。5、鐵水預處理？答：內(nèi)容：分為普通鐵水預處理和特殊鐵水預處理兩大類。普通鐵水預處理包括鐵水脫硫、鐵水脫硅和鐵水脫P。特殊鐵水預處理一

47、般是針對鐵水中含有的特殊元素進行提純精煉或資源綜合利用，如鐵水提釩、提鈮、脫鉻等預處理工藝。意義：創(chuàng)造最佳的冶金反應環(huán)境；優(yōu)化鋼鐵冶金工藝。優(yōu)越性：滿足用戶對超低硫、磷鋼的需求，發(fā)展高附加值鋼種；減輕高爐脫硫負擔，放寬對硫的限制，提高產(chǎn)量，降低焦比；煉鋼采用低硫鐵水冶煉，可獲得巨大的經(jīng)濟效益。 脫硫工藝：混鐵車噴吹法；鐵水罐法；鐵水包法。發(fā)展趨勢為采用鐵水包作為鐵水脫硫預處理的容器。脫硫方法：投擲法，將脫硫劑投入鐵水中脫硫；噴吹法，將脫硫劑噴入鐵水中脫硫；攪拌法（KR法），通過中空機械攪拌器向鐵水內(nèi)加入脫硫劑，攪拌脫硫。 四大系列以及復合脫硫劑：蘇打系、電石系、石灰系、Mg系。 元素的脫硫能力，由高到低依次為： CaC2、NaO2、Mg、BaO、CaO、MnO、MgO 工業(yè)中常用的脫硫劑有： CaO系、CaO+CaC2系、CaC2、CaO+Mg系、Mg等。 鐵水脫Si的重要意義：是鐵水脫磷的必要條件；利于減少石灰加入量和渣量；可在低堿度下實現(xiàn)脫Si，成本低。鐵水預處理脫磷：噴吹法。在噴槍附近，氧位較高(Po2=10-1210-11kPa)，進行著氧化脫磷反應；在鐵水罐壁和頂渣與鐵水界面處，氧位較低(Po2£10-13kPa)，進行著還原脫硫反應。因此，噴吹預處理工藝是在實行了熔池的氧位再分布后，