冶金工程概論第六章煉鋼基本原理(up)

1、 第六章 煉鋼基本原理 6.16.1煉鋼的基本任務煉鋼的基本任務 所謂煉鋼，是指通過冶煉脫除生鐵中的碳及有害雜質，再根據(jù)對鋼性能的要求加入適量的合金元素，使其成為具有高的強度、韌性或其他特殊性能的鋼。煉鋼任務可概括為“四脫、二去、二調整”主要手段：供氧、造渣、升溫、脫氧和合金化。6.1.1四脫p 脫硫 硫在鋼中以FeS的形式存在，F(xiàn)eS的熔點為1193， Fe與FeS組成的共晶體的熔點只有985。當鋼中的硫含量超過0.020時，在11501200的熱加工過程中，鋼受壓時造成開裂，即發(fā)生“熱脆”現(xiàn)象。如果鋼中的氧含最較高，則產生更低熔點的共晶化合物FeO-FeS(熔點為940)，更加劇了鋼的“熱

2、脆”現(xiàn)象的發(fā)生。 普通鋼%S0.045；優(yōu)質鋼%S0.035；高級優(yōu)質鋼%S0.025 超低硫鋼%S0.001，易削切鋼中需加入Sp 脫磷 通常，P在鋼中以Fe2P和Fe3P形式存在，常以p表示，一般P是鋼中有害元素之一。磷使鋼的韌性降低，可略微增加鋼的強度。P的突出危害是產生“冷脆”，在低溫下， %P越高，沖擊性能(沖擊功AK)降低就越大。 普通鋼%P 0.045； 優(yōu)質鋼%P 0.035； 高級優(yōu)質鋼%P0.025； 普通低磷鋼%P 0.010； 超低磷鋼，%P0.005； 極低磷鋼%P 0.002。 但有些鋼種如炮彈鋼、耐腐蝕鋼等，則需要加入磷元素。p 脫氧 來源：煉鋼是氧化還原過程。在

3、吹煉過程中，向熔池吹入了大量的氧氣，到吹煉終點，鋼水中含有過量的氧。 危害：如果不進行脫氧，將影響其后的澆注操作。而且在鋼的凝固過程中，氧以氧化物的形式大量析出，鋼中也將產生氧化物非金屬夾雜，降低鋼的塑性和沖擊韌性，使鋼變脆。為此，要將鋼水按不同鋼種要求脫氧。p 脫CC是鋼中重要的合金元素，C含量的增加可以提高鋼的強度和硬度，但會降低鋼的塑性及韌性。鋼中的C決定了冶煉、軋制及熱處理的溫度制度。能夠顯著改變鋼的液態(tài)和凝固性質。鐵水中的C一般呈飽和狀態(tài)，大約在3-4%，鋼的含碳量在2.11%以下，因此煉鋼的重要任務之一就是將熔池中的C脫除至，達到所煉鋼種的要求。 6.1.2去氣(氮、氮) 鋼中氫

4、來源：煉鋼爐料帶有水分或由于空氣潮濕，都會使鋼中的含氫量增加。 危害：在鋼的熱加工過程中，鋼中含有氫氣的氣孔會沿著加工方向被拉長而形成發(fā)裂，從而引起鋼材的強度、塑性以及沖擊韌性降低。這種現(xiàn)象稱為氫脆。在鋼的各類標準中，對氫一般不作數(shù)量上規(guī)定，但氫會使鋼產生白點(發(fā)裂)、疏松和氣泡缺陷。 鋼中氮 來源：氮由爐氣進入鋼中。當鋼材由高溫較快冷卻時，將會發(fā)生氮化物的析出，使鋼的強度、硬度上升，塑性大大降低。這種現(xiàn)象稱之為藍脆。鋼中的氮以氮化物的形式存在，氮化物的析出速度很慢，逐漸改變著鋼的性能。氮含量高的鋼種，若長時間放置，將會變脆。這一現(xiàn)象稱為“老化”或“時效”。 6.1.3 去夾雜 1）夾雜物來源

5、 脫氧脫硫等反應產物、爐渣及耐火材料、雜質元素析出非金屬夾雜物等。 2）夾雜物分類（根據(jù)化學成分分類） (1)氧化物夾雜 簡單氧化物：FeO、MnO、SiO2、A12O3、Cr2O3等。 復雜氧化物：FeO-Fe2O3、FeO-A12O3、MgO-A12O3、2FeO-SiO2、2MnO-SiO2、3MnO-A12O3-2SiO2等。 (2)硫化物夾雜： 如FeS、MnS、CaS等。 (3)氮化物夾雜：如AlN、TiN、ZrN、VN、BN等。3）夾雜物的危害： 鋼中夾雜物能破壞鋼的連續(xù)性、降低鋼的塑性，韌性和疲勞壽命，使鋼的加工性能變壞，對鋼材表面光潔度和焊接性能有直接影響。因此在煉鋼、精煉及

6、連鑄過程中應最大限度地降低鋼液中夾雜物的含量、控制其形狀及尺寸。 6.1.4調整成分 為保證鋼的各種物理、化學性能，應將鋼的成分調整到規(guī)定的范圍之內。 碳 煉鋼過程中要氧化脫除多余的碳，達到規(guī)定的要求。 錳 錳的冶金作用主要是消除MnS的熱脆傾向，改變硫化物的形態(tài)和分布以提高鋼質。 硅 硅是鋼中最基本的脫氧元素。普通鋼中含硅0.17%0.37%，是冶煉鎮(zhèn)靜鋼的合適成分。 鋁 煉鋼生產中，鋁是強脫氧元素，大部分鋼均采用鋁或含鋁的復合脫氧劑脫氧。 合金元素：冶煉合金鋼時還需加入相應的合金元素。 6.1.5調整鋼液溫度 鐵水溫度，一般只有1300左右，而鋼水溫度，必須高于1500，才不至于凝固。鋼水

7、脫碳、脫磷、脫硫、脫氧、去氣、去非金屬夾雜等過程，都需在液態(tài)條件下進行。此外，為了將鋼水澆注為鑄坯(或鋼錠)，也要求出鋼溫度在1600以上，才能順利進行。為此，在煉鋼過程中，需對金屬料和其他原料加熱升溫，使鋼液溫度達到出鋼要求。12fTTTT出鋼溫度：Tf：鋼水凝固點。T1：出鋼、精煉、輸運過程溫降。T2：鋼水過熱度。6.1.6 控制殘余有害元素 Cu、Sn、As、Sb等殘余有害元素對鋼的質量和性能所造成的危害主要有：惡化鋼坯及鋼材的表面質量，增加熱脆傾向；使低合金鋼發(fā)生回火脆性；降低連鑄坯的熱塑性，在含氫氣氛中引起應力腐蝕；嚴重降低耐熱鋼持久壽命及引起熱應力腐蝕；嚴重惡化IF鋼深沖性能等。

8、6.2 煉鋼爐渣 煉鋼爐渣的來源：廢鋼帶入的泥沙和鐵銹等；氧化物或冷卻劑（礦石、燒結礦等）帶入的脈石。加入的各種造渣材料（石灰、螢石、粘土磚等）以及被侵蝕的爐襯耐火材料。煉鋼過程中化學反應的產物，即金屬爐料、脫氧劑及合金中的各元素被氧化后所生成的氧化物；還有少量硫化物。 煉鋼爐渣的組成：以各種金屬氧化物為主，并含有少量硫化物和氟化物。煉鋼渣最常見的成分：CaO、SiO2、FeO、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaF2，其中對爐渣物化性質有決定性影響的是：CaO、SiO2、FeO為煉鋼渣的基本體系。 煉鋼爐渣的作用：1）通過調整爐渣成分及性質等控制鋼液中元素的氧化和還原過程。2）向鋼中傳遞氧以

9、氧化各種雜質元素。3）覆蓋在鋼液表明、防止鋼液過度氧化、吸收有害氣體、減少有益元素的燒損。4）防止熱量散失、保證鋼的冶煉溫度。5）吸收鋼液中上浮的夾雜物及反應產物l 煉鋼爐渣的主要性質 爐渣的堿度：熔渣中堿性氧化物濃度總和與酸性氧化物濃度總和之比，常以R表示。1）當%P0.3時2）當0.3%P1500，以3CaOP2O5存在。 在冶煉或出鋼過程中，如果爐溫過高，堿度、(FeO)過低，往往會使已脫除到渣中的磷又返回到鋼液中去，這個現(xiàn)象就叫做“回磷”。有利于脫磷反應的熱力學條件是： 較高的爐渣堿度(34)； 氧化鐵較高(1520%)； 較低的熔池溫度； 渣量要大，可利用多次放渣和造新渣來去磷。 需要指出：脫P反應是強放熱反應，在鐵水中P含量較高時，P也可以成為煉鋼中的主要放熱元素之一。u脫硫反應 硫在液態(tài)鐵中以元素存在，有的認為以FeS形式存在。 轉爐脫硫：氧化渣脫硫占總脫硫量的90氣化脫硫占10左右。熔渣脫硫反應方程式： 有利于脫硫的條件: (1) 爐渣堿度適當高(R=3.03.5最好)；