冶金質(zhì)量分析第一章 常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制課件

第一章常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制

眾所周知，煉鋼的目的是獲得一定成分和一定結(jié)晶組織的鋼錠材料。利用常規(guī)的煉鋼設(shè)備，經(jīng)過相應(yīng)的工藝操作把生鐵等原料冶煉成各種牌號的鋼有其共同之處，這就是先要在煉鋼爐內(nèi)把生鐵、廢鋼等爐料熔化成液體，接著加入氧化劑，并造好爐渣，把高溫鐵水中多余的碳元素氧化掉，達(dá)到規(guī)定范圍。還要除掉硅錳硫磷等，使它們也達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)然，為了獲得性能優(yōu)良的合金鋼，冶煉后期還要進(jìn)行合金化操作。煉鋼是復(fù)雜的高溫物理化學(xué)反應(yīng)過程，受很多的因素影響和制約，同時，它們也直接影響鋼材的質(zhì)量。對提高鋼材的性能是極為重要的。本章介紹常用煉鋼設(shè)備及相應(yīng)的工藝過程，比較、分析常規(guī)煉鋼法的特點(diǎn)及冶煉過程中質(zhì)量控制要點(diǎn)和煉鋼方法的選用原則。第一章常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制眾所周知，煉鋼的1第一節(jié)煉鋼的基本任務(wù)及原料

煉鋼，就是利用不同來源的氧（如空氣、氧氣）來氧化爐料（一般主要是生鐵）所含的碳硅錳磷硫等。目前從鐵礦石到煉出鋼是分為兩步進(jìn)行的。即先在高爐中將鐵礦石煉成生鐵，然后在煉鋼爐內(nèi)將生鐵冶煉成鋼。前者是還原反應(yīng)過程，后者主要是氧化反應(yīng)過程。所以煉鋼過程的基本任務(wù)就是把生鐵中的碳氧化到規(guī)定的范圍內(nèi)，當(dāng)然脫碳并非是氧化反應(yīng)唯一的任務(wù)。不僅如此，煉鋼過程中還要加入一些合金元素，以提高鋼的物理和力學(xué)性能，這就是冶煉合金鋼的目的。所以冶煉的鋼越純凈，化學(xué)成分越均勻，質(zhì)量就越好。

第一節(jié)煉鋼的基本任務(wù)及原料2一、煉鋼的基本任務(wù)

工業(yè)用鋼鐵所含的合金元素，有金屬與非金屬的，并區(qū)分為普通元素與合金元素。普通元素指C、Si、Mn、S、P，它們在最常用的鋼鐵中的通常質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：

元素CSiMnPS生鐵（%）3.0～4.50.2～2.00.2～2.50.02～0.50.01～0.5普鋼（%）0.08～1.20.01～0.30.3～0.80.01～0.050.01～0.05一、煉鋼的基本任務(wù)

工業(yè)用鋼鐵所含的合3

由此看出，從生鐵到鋼，要降低各種含量。簡單的說，煉鋼的基本任務(wù)有三條：

（1）降低C到規(guī)定范圍。

（2）除去雜質(zhì)Si、Mn、S、P。

（3）添加合金元素進(jìn)行合金化。

綜合前面章節(jié)內(nèi)容可知：鋼鐵冶煉過程是將含鐵原料經(jīng)過物理化學(xué)的冶金操作和復(fù)雜的反應(yīng)變化，煉制成用于各種形態(tài)鋼制品的原材料——粗鋼坯的工藝過程。可見，煉鋼的基本原理就是復(fù)雜的氧化過程。概括的講，它包含C、Si、Mn等雜質(zhì)的氧化；造渣去S、P；脫氧和合金化以及出鋼，澆鑄四個基本環(huán)節(jié)。其中關(guān)鍵是除掉鋼液中的雜質(zhì)和氣體，這樣，達(dá)到一定成分、溫度的鋼水用鋼錠模鑄成鋼錠或用連鑄機(jī)鑄成鋼坯。一般所說的鋼產(chǎn)量就是指合格的鋼錠及連鑄坯的產(chǎn)量。

二、煉鋼原料及質(zhì)量要求

煉鋼原料有金屬原料和非金屬原料兩大類。金屬原料包括生鐵、廢鋼、合金材料;非金屬原料包括氧化劑和造渣材料等。

由此看出，從生鐵到鋼，要降低各種含量。簡單的說，煉鋼4(一)金屬原料及質(zhì)量要求

1．生鐵

生鐵是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.6%的鐵碳合金，此外還含有少量的Si,Mn,P,S等元素。生鐵是用還原的方法從鐵礦石中制取得來的，礦石的還原過程就是使氧化鐵從高價變?yōu)榈蛢r，最后成為金屬鐵的過程，其順序是Fe2O3—Fe3O4—FeO--Fe?？梢?，煉鐵的基本任務(wù)就是采用鐵礦石、焦碳、石灰石及大量的熱空氣，在高爐內(nèi)從氧化鐵中把鐵還原出來。其原理過程可簡單地寫成歸納式為:氧化鐵+碳---鐵+二氧化碳。具體講就是把固體原料按一定比例組成一批一批的爐料〔批料)，經(jīng)上料和裝料系統(tǒng)將批料送入高爐。爐料在高爐內(nèi)構(gòu)成料柱，料柱下部的焦炭被高爐下部鼓進(jìn)的熱風(fēng)燃燒生成煤氣(CO)。上升的煤氣把熱量傳遞給爐料，使礦石和熔劑不斷熔化而下降。隨溫度的上升，先后進(jìn)行還原作用、造渣作用和滲碳作用;經(jīng)滲碳并溶解少量的在高爐下部還原出來的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)后形成生鐵。(一)金屬原料及質(zhì)量要求

1．生鐵

生鐵是碳5

煉鋼生鐵的化學(xué)成分是否穩(wěn)定，對于煉鋼操作和產(chǎn)品質(zhì)量有較大影響。一般除要求煉鋼生鐵中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4.0%左右，對于生鐵中其他元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也作了規(guī)定，不同煉鋼法亦有不同的要求。如平爐對Mn不作規(guī)定，但要求Si≤0.85%,S≤0.03%,P≤0.15%;而氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐法要求Mn≤0.6%，Si≤0.8%，其S,P與平爐法相同。

2.廢鋼

廢鋼是電弧爐煉鋼的主要原料，平爐也可以全部使用廢鋼，轉(zhuǎn)爐使用的金屬原料中廢鋼比例一般小于30%。

廢鋼的物理狀態(tài)和化學(xué)成分是很復(fù)雜的，為了保證煉鋼的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和鋼的質(zhì)量，對煉鋼所用的廢鋼必須嚴(yán)格分類和合理使用。

煉鋼生鐵的化學(xué)成分是否穩(wěn)定，對于煉鋼操作和產(chǎn)品質(zhì)量有6廢鋼的來源有兩個方面，一種是煉鋼廠本廠的廢鋼，其中包括煉鋼車間的廢鋼錠、澆道、中注管、注余和包底等以及軋鋼車間的廢品、切頭、切尾、切邊等。這類廢鋼易于分類，質(zhì)量好，成分清楚。另一種是外來廢鋼，包括金屬加工的切屑、邊角余斜、殘次品及使用后報廢的鋼鐵制品等，這類廢鋼來源廣泛，成分復(fù)雜，質(zhì)量不易掌握。

廢鋼按其形狀分為輕廢鋼和重廢鋼。輕廢鋼應(yīng)當(dāng)預(yù)先打包或壓成塊狀，重廢鋼應(yīng)設(shè)法破碎，配料時輕重廢鋼應(yīng)合理搭配使用。

廢鋼應(yīng)當(dāng)是少銹或無銹，其中不應(yīng)混入錫、鉛、鋅、銻、銅等有色金屬，并不應(yīng)粘附有泥沙和油類，防止易爆品混入。

按照化學(xué)成分，廢鋼可分碳素廢鋼和合金廢鋼。各類廢鋼應(yīng)進(jìn)行化學(xué)成分的檢驗(yàn)，作為分類管理的依據(jù)。特別是合金廢鋼，分類愈細(xì)愈好，最好按鋼種或鋼類分別管理。廢鋼的來源有兩個方面，一種是煉鋼廠本廠的廢鋼，其中包括煉鋼車7

3.合金材料

煉鋼過程中，為了使鋼液脫氧、脫硫和合金化，需要向熔池中或鋼包中加入合金材料，合金材料有單一金屬、鐵合金或復(fù)合合金等形式。經(jīng)常使用的有金屬鉻、金屬鋁、電解鎳、火法鎳和各種不同碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的錳鐵、鉻鐵、硅鐵、鈦鐵、鎢鐵、鋁鐵、硼鐵、鈮鐵、鋯鐵、硅錳合金、鈣硅合金、硅錳鋁合金、稀土合金等。

目前世界上對上述合金材料尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但對煉鋼所使用的合金材料的基本要求是一致的，即要求合金材料含量高，熔煉低碳鋼時希望碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低；含有害雜質(zhì)少，不應(yīng)有夾渣和其他非金屬夾雜物；具有一定塊度。

使用合金材料時要仔細(xì)計算用量和準(zhǔn)確稱量，并且在烘烤后使用。

3.合金材料

煉鋼過程中，為了使鋼液脫氧、8（二）非金屬原料及質(zhì)量要求

為了造渣，煉鋼過程中使用非金屬原料，并根據(jù)爐內(nèi)熔池中的情況隨時調(diào)整爐渣成分，以便有效地去除金屬原料中的雜質(zhì)元素。煉鋼常用的非金屬原料主要有以下幾種。

1.石灰

石灰是由石灰石經(jīng)800-1000℃焙煉而成，它是堿性煉鋼爐渣中CaO的主要來源。一般要求石灰石有如下成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：CaO＞80-85%，SiO2＜4.5%，MgO＜4.5%，S＜0.2%，其中未燒透的石灰石數(shù)量應(yīng)小于10%。

石灰的缺點(diǎn)是易于潮解成粉末狀，加在熔池后對渣況及爐襯壽命有不利影響，并使鋼液中含氫量增加。因此，煉鋼中一般都使用新燒石灰，此外，電弧爐煉鋼使用的石灰在入爐前還要烘烤，石灰的使用塊度一般以20-80mm為宜。

2.螢石

螢石的主要成分是CaF2，熔點(diǎn)為935℃。在堿性渣中加入螢石可改善渣的流動性，但并不影響其堿度，螢石稀渣的作用在于降低了爐渣的熔點(diǎn)。但用量不能過多，尤其是電爐煉鋼時爐渣太稀將會降低爐子壽命。螢石使用前要烘烤，其塊度一般為15-60mm。

（二）非金屬原料及質(zhì)量要求

為了造渣，煉鋼過程中使9

3.鐵礬土

鐵礬土的化學(xué)成分大致為：Al2O3為40-57%，SiO2為10-17%，F(xiàn)e2O3為12-26%，H2O、CaO和MgO少量。

煉鋼過程中加入鐵礬土可調(diào)節(jié)堿性渣中的Al2O3濃度以及降低石灰熔點(diǎn)，促使盡快形成高堿度爐渣。鐵礬土的稀渣作用不如螢石，且用量過多時會降低爐渣堿度，所以它的加入量一般不超過金屬爐料質(zhì)量的0.5%。鐵礬土中水分含量較高，使用前應(yīng)烘烤去水。

4.粘土塊

粘土塊是鋼錠澆注系統(tǒng)中使用過的各種流鋼磚，所以也稱為火磚塊。粘土塊的化學(xué)成分大致是：SiO2為58-72%，Al2O3為27-35%，F(xiàn)e2O3為1.2-2.2%。

粘土塊的作用也是稀渣，尤其對含MgO較多的爐渣其稀釋作用較螢石強(qiáng)，另外利用部分粘土塊代替螢石也較經(jīng)濟(jì)。

粘土塊在使用前應(yīng)破碎并清除其他物質(zhì)和氧化鐵，入爐前還應(yīng)干燥。粘土塊使用過多會降低爐渣堿度，影響去磷和去硫效果，故要合理使用。

3.鐵礬土

鐵礬土的化學(xué)成分大致為：Al2105.氧化劑

煉鋼主要表現(xiàn)為氧化過程。為了完成并加速煉鋼過程中的氧化精煉任務(wù)，煉鋼操作中必須使用各種氧化劑，經(jīng)常使用的氧化劑主要有以下幾種。

1)鐵礦石作為氧化劑來使用的鐵礦石是選用鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的富礦，其中有害雜質(zhì)磷硫含量和水分越少越好，所含脈石SiO2也應(yīng)盡量的少。

一般在平爐和轉(zhuǎn)爐中使用的鐵礦石所含水分要求不大于4%，在電弧爐中使用的鐵礦石則要求水分小于0.5%，故鐵礦石在入爐前應(yīng)烘烤去水。鐵礦石中鐵含量越高，其密度越大。一般要求其使用塊度為50-200mm，這樣在鐵礦石加入煉鋼熔池后，能較快形成爐渣，并與金屬液發(fā)生反應(yīng)，氧化效果好，而鐵礦石中的鐵也能大部分被還原進(jìn)入金屬液體。5.氧化劑

煉鋼主要表現(xiàn)為氧化過程。為了完成并加速煉11

2）氧化鐵皮氧化鐵皮是鋼錠和鋼坯在加熱以及鍛、軋過程中，由于表面被氧化而形成的氧化物脫落后的產(chǎn)物。主要成分是Fe2O3，其Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70-75%，用于稀釋爐渣，改善爐渣流動性，還可加速石灰溶解等。由于氧化鐵皮常常含有水分和油漬，所以入爐前應(yīng)烘烤干燥。

3）錳礦其Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于35-45%，SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于12%，是弱氧化劑，平爐主要是用來增加Mn含量。

4）氧氣現(xiàn)代煉鋼法已全部或部分使用工業(yè)純氧作為氧化劑，以加速氧化精煉過程。為了保證煉鋼質(zhì)量，煉鋼用的工業(yè)純氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求大于99%，水分含量應(yīng)小于0.07g/m3，經(jīng)常使用的工作壓力為304-1216KPa。

2）氧化鐵皮氧化鐵皮是鋼錠和鋼坯在加熱以及鍛12總之煉鋼的主要原料是鐵水（生鐵）與廢鋼等。但不同煉鋼法采用的原料不盡相同，選擇適量的原料配比對充分發(fā)揮不同煉鋼法的冶煉特點(diǎn)是很重要的。如LD轉(zhuǎn)爐正常操作時廢鋼比以0-30%為宜，希望鐵水中的Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)，這是冶煉順利進(jìn)行的保證。平爐的主要原料與轉(zhuǎn)爐本質(zhì)上是相同的，其廢鋼比40%左右最合適，因?yàn)樗萌剂现泻琒，則必須控制原料中S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。而電路由于去除S、P容易，所以對原料，特別是廢鋼不必過分挑剔，但嚴(yán)防Pb、Sn等有害元素混入?？傊疅掍摰闹饕鲜氰F水（生鐵）與廢鋼等。但不同煉鋼法采用的13第二節(jié)常規(guī)煉鋼法的分類

一、煉鋼法的分類1.煉鋼方法分為直接煉鋼法和間接煉鋼法兩種（1）間接煉鋼法：鐵礦中還原出生鐵，再將某些元素氧化掉，最后冶煉成鋼鐵（2）直接煉鋼法：從鐵礦中一步冶煉成鋼鐵，但目前尚處于起步階段第二節(jié)常規(guī)煉鋼法的分類一、煉鋼法的分類142.間接煉鋼法的分類

（1）按操作溫度可分為：a.固態(tài)精煉法：1250℃

b.半熔融精煉法：1250℃～1450℃

c.熔融精煉法：1550℃（主要使用的方法）

（2）按爐渣可分為：

a.酸性煉鋼法：石英砂

b.堿性煉鋼法：鎂砂，白云石

2.間接煉鋼法的分類

（1）按操作溫度可分為：15二、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法的特點(diǎn)

氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法，現(xiàn)在主要是指氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法（LD法)，它是1952年由奧地的林茨(Linz)和多納維茨(Donariz)兩鋼廠首先采用而得名。60年代起LD煉鋼法已在全世界迅速發(fā)展，一躍而成為近代主要煉鋼方法之一，已有取代平爐煉鋼之勢，最近新的氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法也已投入使用。還有采用側(cè)吹氧氣或復(fù)合吹氧氣、氬氣等操作方式的冶煉設(shè)備。其主要特點(diǎn)如下：

（1）氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要外加熱源和燃料根據(jù)物料的熱平衡計算，以鐵水的物理熱和吹煉過程中熔池的化學(xué)反應(yīng)熱為氧氣轉(zhuǎn)爐的主要熱收入，除用于熔化爐渣和提高金屬液體溫度及各項(xiàng)熱損失外，還有剩余熱量，常用加入一定量廢鋼和鐵礦石冷料來一起熔煉。二、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法的特點(diǎn)

氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法，現(xiàn)在主要16（2）精煉時間短在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，以超音速吹入熔池的高壓氧氣流與鐵水界面處發(fā)生氧氣—金屬反應(yīng)，而爐渣與鐵水界面處發(fā)生渣一金屬反應(yīng)。由于氣流沖擊和脫碳反應(yīng)加快.熔化攪動劇烈.反應(yīng)面積增大。使得各種冶金反應(yīng)迅速進(jìn)行，因此精煉時間短。

(3)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法最大優(yōu)點(diǎn)之一是生產(chǎn)效率高按相同容量比較，不用氧氣的平爐生產(chǎn)率只是轉(zhuǎn)爐的1/10.

(4)吹煉時煙塵大由于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉時供氧量大.壓力高，熔池反應(yīng)激烈，使大量含有鐵塵埃的煙氣生成。據(jù)計算，煙塵量約為裝爐原料質(zhì)量的0.8-1.3%。例如爐容量150t的轉(zhuǎn)爐，平均每大產(chǎn)生33-52t煙塵。因此消煙除塵對氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼是十分重要的。（2）精煉時間短在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，以超音速吹17當(dāng)前在我國使用的轉(zhuǎn)爐容量多是30—100t的小中型爐體。世界上氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼使用最多、鋼產(chǎn)量最大的是日本。其最大容量已超過400t，而且煉鋼技術(shù)也達(dá)到世界最高水平。

三、平爐煉鋼法的特點(diǎn)

平爐煉鋼法從1864年誕生后，在近100年的時間里，一直是世界上的主要煉鋼方法。在1955年前，平爐鋼產(chǎn)量約占世界粗鋼年產(chǎn)量的85%，但在本世紀(jì)50年代出現(xiàn)了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法之后，使平爐煉鋼在生產(chǎn)率、成本、基建投資以及自動控制水平等方面均無法與其抗衡。因此，有些國家(如日本)已全部淘汰了平爐。但在我國平爐鋼產(chǎn)量仍占一定比例。特別是通過挖潛改造，采用堿性爐頂，汽化冷卻，廣泛使用氧氣來強(qiáng)化冶煉，大量應(yīng)用天然氣煉鋼，擴(kuò)大爐子容積等。采用這些重要的措施改造了熔煉和澆注工藝，使平爐生產(chǎn)率大為提高，并改善了鋼的質(zhì)量。現(xiàn)將平爐煉鋼法的特點(diǎn)列舉如下。當(dāng)前在我國使用的轉(zhuǎn)爐容量多是30—100t的小中型爐18(1)對金屬原料的配比無限制也就是說平爐煉鋼爐料可采用任何配比的廢鋼、鐵水或生鐵來冶煉?？梢姡綘t裝料適用性強(qiáng)，具有能適應(yīng)獲得原料難易和價格高低的靈活性。

(2)冶煉過程中爐氣始終具有氧化特性為了使燃料在熔池上面完全燃燒，必須同時供給超過理論計算所需的空氣量，所以爐氣中含有過剩的氧。另外廢氣中的CO2和H2O也是強(qiáng)氧化性氣體。因此平爐爐膛始終保持氧化性爐氣。熔煉過程中不斷從氧化性氣氛中傳遞氧到鋼水中去，并且在爐渣的共同作用下除去鋼水中的雜質(zhì)元素比較容易。(1)對金屬原料的配比無限制也就是說平爐煉鋼爐料可采19(3)熱效率低平爐因爐體龐大，散熱面積大，熱效率低。還由于平爐煉鋼時傳熱和傳氧是通過爐渣完成的，為了擴(kuò)大爐氣—爐渣—金屬液體之間的接觸面積而采用淺碟性熔池。平爐冶煉時間長，生產(chǎn)效率不高。

(4)爐膛容量大，一次可產(chǎn)鋼數(shù)百t，例如前蘇聯(lián)建有900t容量的平爐。由于工藝成熟，冶煉速度慢，溫度和成分易干調(diào)節(jié)，所以質(zhì)量較穩(wěn)定，可以熔煉的鋼種范圍亦較寬。(3)熱效率低平爐因爐體龐大，散熱面積大，熱效率低20四、電爐煉鋼法的特點(diǎn)電爐煉鋼法是利用電能冶煉的方法，它出現(xiàn)于19世紀(jì)末期。電爐煉鋼主要包括電弧爐和感應(yīng)爐兩種方法，但通常習(xí)慣把電弧爐法簡稱為電爐法。電弧爐又有交流、直流之分，交流電弧爐是用三相交流電源的電極，與金屬爐料間產(chǎn)生高溫電弧，熔化爐料和造渣等來煉鋼的?，F(xiàn)推廣使用的直流電弧爐是用一個高壓電極與金屬爐料起弧，發(fā)熱熔化爐料煉鋼。感應(yīng)電爐則是在爐料內(nèi)通過感生電流發(fā)熱熔煉爐料，它又分高頻、中頻和工頻感應(yīng)爐，在規(guī)模生產(chǎn)中主要采用常壓感應(yīng)爐煉鋼法。下面就電弧爐和常壓感應(yīng)爐煉鋼法的特點(diǎn)分別作以下介紹。四、電爐煉鋼法的特點(diǎn)21(一)電弧爐煉鋼法的特點(diǎn)1)利用電能為熱源，其本身清潔，無污染，而且能量易干調(diào)節(jié)，便干控制熔池溫度。2)同平爐、氧氣轉(zhuǎn)爐相比，電爐爐體密封性好，所以熱效率高，約為65%以上。而且電弧區(qū)溫度大于3000℃，能熔化高熔點(diǎn)合金元素，可冶煉各種特殊用途的鋼種。3)電弧爐冶煉的獨(dú)特之處是有還原期，其爐內(nèi)氣氛可以根據(jù)冶煉需要來控制，不僅能形成氧化性氣氛，也能形成還原性氣氛，這是平爐和氧氣轉(zhuǎn)爐不能比擬的。因此，電爐具有去除磷、硫等雜質(zhì)的有利條件。在冶煉合金鋼時，其成分較易控制，合金元素?zé)龘p少，脫氧完全，純凈度高。(一)電弧爐煉鋼法的特點(diǎn)224)電爐可以采用合金廢鋼返回冶煉，這對節(jié)約貴重元素，提高經(jīng)濟(jì)效益十分有利。5)與平爐比較，電爐設(shè)備簡單，基建費(fèi)用低，投產(chǎn)快，生產(chǎn)率高。還可以間歇生產(chǎn)。按照傳統(tǒng)的觀念，轉(zhuǎn)爐和平爐主要用來大量生產(chǎn)普碳鋼，如果配上爐外精煉，它們也可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)合金鋼。而電弧爐是用來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼和特殊鋼的，但近年來由于爐子容量增大，生產(chǎn)效率提高，在生產(chǎn)普碳鋼方面也受到注視。但是，目前生產(chǎn)中還存在一些問題，主要是生產(chǎn)成本較高，即電能、電極等消耗大和生產(chǎn)率比轉(zhuǎn)爐低。此外，由于電弧使空氣和水蒸氣離解出大量的氫和氮，使鋼中氣體含量常比轉(zhuǎn)爐鋼和平爐鋼為高。4)電爐可以采用合金廢鋼返回冶煉，這對節(jié)約貴重元素，提高經(jīng)23(二)感應(yīng)爐煉鋼法的特點(diǎn)1)由于電磁攪拌鋼液，改善了反應(yīng)的動力學(xué)條件，促使鋼液化學(xué)成分和溫度均勻化。2)感應(yīng)爐冶煉沒有其他設(shè)備中所存在的污染源，可獲得較純凈的鋼及合金。3)冶煉過程中對功率和溫度的調(diào)節(jié)簡單方便，即可快速升溫，又能準(zhǔn)確控溫。(二)感應(yīng)爐煉鋼法的特點(diǎn)244)冶煉過程鋼液增碳少，合金化過程易于控制，使合金元素回收率高且穩(wěn)定。5)感應(yīng)爐電、熱效率和生產(chǎn)率較高，設(shè)備占地面積小，勞動條件較好等。上述特點(diǎn)是在電弧爐熔煉的基礎(chǔ)上歸納出來的，但感應(yīng)爐煉鋼也存在一些問題。首先是爐襯較薄，使用壽命不長;其次是由于爐渣導(dǎo)電性不良，致使反應(yīng)能力也較低。它主要用于生產(chǎn)特殊用途的合金鋼及合金。4)冶煉過程鋼液增碳少，合金化過程易于控制，使合金元素回收率25第三節(jié)常規(guī)煉鋼法的設(shè)備、工藝過程及質(zhì)量控制一、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法根據(jù)吹氧方式的不同，轉(zhuǎn)爐可分頂吹、底吹、側(cè)吹及復(fù)吹等幾種類型。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（LD轉(zhuǎn)爐）煉鋼法是常見的，故以此為代表敘述轉(zhuǎn)爐煉鋼主要設(shè)備、操作工藝過程和質(zhì)量控制。第三節(jié)常規(guī)煉鋼法的設(shè)備、工藝過程及質(zhì)量控制26(一)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法的主要設(shè)備1.爐體和傾動設(shè)備大多數(shù)轉(zhuǎn)爐的爐體以其中心線為對稱形狀，從縱剖面看爐體成梨形。爐體外殼用鋼板焊接而成。爐體內(nèi)襯耐火材料分為酸性和堿性兩大類。酸性爐襯材料主要含SiO2;而堿性爐襯材料用的是鎂砂和白云石。要求爐襯耐火材料要能承受高溫金屬液體和爐渣的浸蝕及裝料時塊狀物的碰撞。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的吹氧口設(shè)于爐體頂部，在爐體帽口部位設(shè)有出鋼、出渣口，見圖3-2所示。(一)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法的主要設(shè)備27冶金質(zhì)量分析第一章常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制課件28轉(zhuǎn)爐爐體的傾動由電動機(jī)驅(qū)動。電動機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)可方便地將爐體向正、反兩個方向傾斜，爐體傾斜時可流出鋼水，又可使?fàn)t體完成傾斜出渣、裝料等功能。轉(zhuǎn)爐一般以二吹一，即一座吹煉煉，另一座維修?；蛉刀淖鳂I(yè)方式來有效地利用各種設(shè)備。轉(zhuǎn)爐爐體的傾動由電動機(jī)驅(qū)動。電動機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)可方便地292.吹氧設(shè)備置于爐體上部的氧氣槍向爐內(nèi)噴射氧氣，氧槍的位置由升降機(jī)控制。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼就是靠噴槍向熔池吹噴高純度高壓氧氣進(jìn)行的。氧槍的主體結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。氧槍下端在吹煉時被急劇加熱，因此把氧槍制成水冷結(jié)構(gòu)保護(hù)，所以氧槍是具有三層套管的結(jié)構(gòu)。從中心管起依次是供氧、進(jìn)水和出水通道。氧槍的端部有一個用銅制成的三孔噴頭，它能把高壓氧氣的壓力有效地轉(zhuǎn)成動能，噴出的氧氣流達(dá)到超音速，而使熔池內(nèi)鋼液攪動均勻，反應(yīng)順利。除三孔噴頭外，也有采用四孔、五孔等多孔噴頭的情況。2.吹氧設(shè)備303.供料設(shè)備氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐車間設(shè)有包括鐵水、廢鋼、鐵合金及造渣材料等供料設(shè)備。轉(zhuǎn)爐的主要原料供應(yīng)是高溫鐵水。來自高爐的鐵水成分和溫度都不同，而且轉(zhuǎn)爐每天可以吹煉幾十爐次。為了貯存、保溫和混勻高爐鐵水，在轉(zhuǎn)爐車間都安裝有混鐵爐或混鐵車。也可使用鐵水包短時間貯存鐵水。3.供料設(shè)備31冶金質(zhì)量分析第一章常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制課件32廢鋼通常用電磁吊車先裝入料槽中，然后，采用吊車吊起料槽從爐前裝入轉(zhuǎn)爐內(nèi)。添加造渣及鐵合金材料的設(shè)備是散料供應(yīng)設(shè)備。因轉(zhuǎn)爐使用的這些散料品種多，加入時間和數(shù)量要求精確，所以在轉(zhuǎn)爐上部設(shè)各有標(biāo)明散料名稱的料倉，需要加入時，在爐前操作盤上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使散料從料倉出來經(jīng)稱量后，經(jīng)水冷溜槽進(jìn)入爐內(nèi)。廢鋼通常用電磁吊車先裝入料槽中，然后，采用吊車吊起料334.廢氣處理設(shè)備氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中排出大量的高溫廢氣，廢氣中CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占90%。CO與空氣接觸后生成CO2，這種反應(yīng)是發(fā)熱量很高的放熱反應(yīng)。另外轉(zhuǎn)爐內(nèi)生成大量極細(xì)微的鐵粉混夾于廢氣中，所以必須進(jìn)行除塵處理，以防止對環(huán)境的嚴(yán)重污染。4.廢氣處理設(shè)備34目前的除塵裝置要求廢氣溫度在300℃以下。因此廢氣處理設(shè)備包括冷卻和除塵。冷卻設(shè)備常用空氣冷卻法、水冷法、汽化冷卻法和不燃燒法等。除塵設(shè)備包括文氏管洗滌器，濕式電除塵設(shè)備、干式電除塵設(shè)備及袋式過濾器等。依實(shí)際情況來選用。由于轉(zhuǎn)爐煙塵中含鐵量高達(dá)60%以上，所以除塵得到的塵?？梢宰鳛楦哞F精礦粉來煉鐵或作為造渣劑。目前的除塵裝置要求廢氣溫度在300℃以下。因此廢氣處35(二)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的工藝過程氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼是向爐膛內(nèi)的鐵水（不低于1200℃)和適量廢鋼噴射氧氣，由大量的氧氣和爐料中的C、Si、Mn、P等發(fā)生氧化反應(yīng)，生產(chǎn)的化學(xué)熱進(jìn)一步熔煉鋼水，同時熔化散料成渣。操作過程主要有升溫、降碳、去雜質(zhì)、脫氧和合金化等高溫物化反應(yīng)過程。操作重點(diǎn)是控制供氧量、造渣、溫度、成分，脫氧程度和合金材料的加入等。(二)氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的工藝過程361.裝料操作前一爐出鋼倒渣后，迅速檢查并修補(bǔ)好爐體，堵住出鋼口，就可裝料。其順序一般為先裝少量廢鋼和礦石，其量小于總裝料量的30%。后兌入稱量好的有一定溫度的鐵水.作為煉鋼反應(yīng)不可缺少的熱源。1.裝料操作372，吹煉

當(dāng)金屬原料裝入爐內(nèi)后，把爐體搖直，下降氧氣噴槍，并加入第一批造渣材料。當(dāng)噴槍下降到開氧點(diǎn)時，供氧閥門自動打開，吹氧開始。噴槍下降到一定高度時，停止下降，吹煉繼續(xù)進(jìn)行，吹煉過程大致可分為三期。

吹煉初期為硅、錳氧化期。高速氧氣流沖擊熔池表面，并強(qiáng)烈攪拌熔池。如圖3-5所示。氧氣流與熔池面接觸時，首先發(fā)生鐵、硅、錳的氧化反應(yīng)，原料中的Si、Mn含量即可到鋼水規(guī)定的極限值。而且被氧化的Fe成為FeO等形成爐渣浮于鐵水面上，鐵水溫度升高，在此階段從爐口噴出亮度較暗較短的黑色火焰。

2，吹煉38冶金質(zhì)量分析第一章常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制課件39

吹煉中期為碳的激烈氧化期。鐵水溫度升高后，即開始發(fā)生劇烈的去碳氧化反應(yīng)。去碳反應(yīng)劇烈時，因產(chǎn)生放熱反應(yīng)生成CO，熔池溫度又上升，使廢鋼完全熔化。在此階段從爐口噴出的火焰加大、加長、加亮。二次渣料的加入使渣中FeO比例降低。吹煉中期應(yīng)注意控制噴氧量及噴槍高度，避免過激反應(yīng)發(fā)生的噴濺。脫碳反應(yīng)基本結(jié)束時，吹煉過程已進(jìn)入后期—精煉期。隨CO生成量的減少，爐口出煙量逐漸減弱，火焰變短、變暗，因煙氣中夾帶Fe2O3顆粒而呈褐色。當(dāng)分析驗(yàn)證鋼液含量和溫度是規(guī)定值時，應(yīng)立即提槍停止吹氧。吹煉后期主要是冶煉成合格的鋼水。吹煉中期為碳的激烈氧化期。鐵水溫度升高后，即開始發(fā)生403.測溫、取樣當(dāng)氧槍完全提起后。向裝料側(cè)倒?fàn)t至接近水平為止，從爐口用插人式熱電偶測溫并用樣勺取樣。對有副槍的轉(zhuǎn)爐，可自動進(jìn)行測溫和取樣操作，當(dāng)確認(rèn)終點(diǎn)碳含量(一般在規(guī)格值的下限)和溫度(一般為1580~1650℃)符合要求時，立即出鋼。3.測溫、取樣414.出鋼、放渣在鋼液溫度和成分都符合要求后，將爐體搖向出鋼側(cè)，鋼液由出鋼口流入盛鋼桶內(nèi)。必須盡量不使?fàn)t渣流入盛鋼桶內(nèi)，以防回磷發(fā)生。出鋼后，再次將爐體搖向裝料側(cè)，從爐口向渣罐放渣。4.出鋼、放渣42（三）氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法的質(zhì)量控制1.裝入量的控制頂吹轉(zhuǎn)爐的裝入量是指每爐裝入鐵水和廢鋼的數(shù)量。由于吹煉過程中爐襯被侵蝕，轉(zhuǎn)爐容積隨著爐齡的增長逐漸擴(kuò)大，所以裝入量也要相應(yīng)地增加，以保證合理的爐容比(即轉(zhuǎn)爐內(nèi)型空間容積與裝入量的比值)。這種裝入制度有利于穩(wěn)定操作和保護(hù)爐底，同時可充分發(fā)揮設(shè)備潛力以提高產(chǎn)量。（三）氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法的質(zhì)量控制43當(dāng)裝入一定量的廢鋼時，對于控制冶煉時的爐溫有著非常重要的作用，但不同密度的廢鋼對造渣、去雜質(zhì)元素和鋼材成分有直接影響。例如不同密度的廢鋼對熔化溫度影響差異很大。輕質(zhì)廢鋼熔化迅速，使?fàn)t溫快速升高，而且輕質(zhì)廢鋼非金屬夾雜物含量較高，可導(dǎo)致渣系過氧化。廢鋼密度的不同，還影響雜質(zhì)元素去除。廢鋼使用時要注意合理配比。一般先加入輕質(zhì)廢鋼形成高溫脫硫，而后由于重質(zhì)廢鋼的熔解降低溫度，增加爐渣堿度，而進(jìn)行脫磷操作。當(dāng)裝入一定量的廢鋼時，對于控制冶煉時的爐溫有著非常442吹氧過程的控制氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，爐內(nèi)壓力高，熔池中大量CO氣泡逸出時，帶走鋼液中的許多氧和氮，使轉(zhuǎn)爐鋼的脆性傾向低于其他煉鋼法的產(chǎn)品，故可煉出含氧量很低(平均0.0037%)的鋼。高壓氧氣流以一定速度沖擊熔池面，使熔池產(chǎn)生攪拌，攪拌程度與供氧壓力和氧槍高度有關(guān)。氧壓和槍位對流股沖擊壓力的影響如圖3-15所示。由于流股的沖擊壓力直接影響爐內(nèi)的攪拌條件和氧流與熔池接觸的狀態(tài)，所以可通過調(diào)節(jié)氧壓和槍位來控制爐內(nèi)反應(yīng)。2吹氧過程的控制45冶金質(zhì)量分析第一章常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制課件46

總的看來，增加氧壓或降低氧槍高度，熔池產(chǎn)生劇烈的循環(huán)和攪拌，從而加速鋼液熔池的氧化，提高脫碳速度，但此時渣中氧化鐵含量低，對化渣不利。因此高壓低位吹氧只適用于冶煉初期。反之，降低氧壓或高位吹氧，熔池循環(huán)攪拌作用降低，從而鋼液的氧化減慢，脫碳速度降低，但在這神情況下，爐渣氧化鐵含量提高，有利于化渣?？偟目磥?，增加氧壓或降低氧槍高度，熔池產(chǎn)生劇烈的循環(huán)473.爐渣控制頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程控制爐渣的內(nèi)容包括:成渣速度、爐渣堿度、爐渣氧化性和渣量等。通常，點(diǎn)火后的4~6min爐渣已經(jīng)形成，渣中CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)25%~30%。在一般情況下，頂吹轉(zhuǎn)爐爐渣堿度可控制在3.0~4.5的范圍內(nèi)，如鐵水含硫或磷較高時，堿度可控制在4.5以上。通常，吹煉低碳鋼時終渣氧化性(∑FeO)控制在12%~15%;而吹煉中碳鋼則控制在8%~12%。正常情況下，頂吹轉(zhuǎn)爐渣量以控制在金屬裝入量的10%~12%為宜。3.爐渣控制484.溫度控制煉鋼過程是在高溫下進(jìn)行的，溫度對吹煉過程、爐內(nèi)反應(yīng)和鋼質(zhì)量均有直接的影響。當(dāng)吹煉溫度較低時，雖然對脫磷反應(yīng)和爐襯壽命有利，但是脫碳速度慢，石灰難以熔化，影響成渣速度和爐渣堿度的提高，對脫硫反應(yīng)等均有不利的影響。如果吹煉前期爐溫過低，有可能使?fàn)t渣和金屬中均集聚大量的氧，一旦溫度提高，會出現(xiàn)爆發(fā)性的碳氧反應(yīng)，引起爐內(nèi)大噴現(xiàn)象。相反，當(dāng)吹煉溫度過高時，爐內(nèi)脫磷困難，爐襯浸蝕嚴(yán)重，鋼中氣體和非金屬夾雜物含量將增加，從而使鋼質(zhì)量變壞。4.溫度控制495.轉(zhuǎn)爐計算機(jī)控制氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉一爐鋼的時間為30~40min，吹氧時間是非常短的，在20min以內(nèi)。所以控制吹煉使成分和溫度符合鋼種要求，就成為最重要的操作。但影響成分和溫度的因素很多而且各種因素之間又不是簡單的關(guān)系，所以在吹煉過程中作出綜合判斷是困難的。近幾年來電子計算機(jī)在轉(zhuǎn)爐煉鋼中得到很好的應(yīng)用，既能使煉鋼反應(yīng)科學(xué)地進(jìn)行，又能適應(yīng)自動化的發(fā)展。5.轉(zhuǎn)爐計算機(jī)控制50轉(zhuǎn)爐吹煉的控制方法有靜態(tài)控制和動態(tài)控制兩種。靜態(tài)控制是以物料平衡和熱平衡為基礎(chǔ)，從理論上組成數(shù)學(xué)模型，并利用上爐數(shù)據(jù)加以修正進(jìn)行控制的方法。動態(tài)控制是通過冶煉過程的廢氣分析，測定鋼水溫度和成分，進(jìn)行直接控制的方法。目前對轉(zhuǎn)爐煉鋼的計算機(jī)控制項(xiàng)目，主要是吹煉終點(diǎn)的成分和溫度及相關(guān)因素的控制，近年來開展的快速多元素分析或爐內(nèi)鋼液成分分析，對指導(dǎo)煉鋼操作，及時調(diào)整工藝，提高冶煉質(zhì)量將起重要作用。轉(zhuǎn)爐吹煉的控制方法有靜態(tài)控制和動態(tài)控制兩種。靜態(tài)控制51（四）氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉鋼的質(zhì)量特點(diǎn)1.鋼中氣體少上浮的CO氣泡帶走大量N和H2.外來元素少很少使用成分變化大的外來廢鋼3.性能好化學(xué)成分和純度所具有的特點(diǎn)，所以它的性能好（四）氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉鋼的質(zhì)量特點(diǎn)52二、平爐煉鋼法平爐（OpenHearch）煉鋼法有近130年的歷史，由于它的致命弱點(diǎn)，現(xiàn)逐漸被氧氣轉(zhuǎn)爐所取代。但近年來有些國家為了挖掘平爐潛力及發(fā)揮工藝成熟之優(yōu)點(diǎn)，對平爐設(shè)備及工藝進(jìn)行了一些改造，如增添吹氧設(shè)備及用氧強(qiáng)化冶煉等，對提高產(chǎn)量和質(zhì)量都有明顯效果。二、平爐煉鋼法53（一)平爐設(shè)備1、平爐基本設(shè)備平爐是一種有蓄熱室的反射爐，爐體主要分成功效不同的上部構(gòu)造和下部構(gòu)造。上部作為反射爐，主要構(gòu)造是爐膛，它猶如一個淺的平碟盛著金屬爐料。爐膛上部噴出的預(yù)熱燃料和空氣生成高溫火焰，熔化金屬爐料并發(fā)生冶煉反應(yīng)。在上部爐膛內(nèi)還開有出鋼口。（一)平爐設(shè)備54平爐下部是利用煙氣熱量預(yù)熱空氣和煤氣等燃料的蓄熱室。設(shè)置蓄熱室是平爐的一大特點(diǎn)。蓄熱室的形狀及格子磚的砌筑方式，對熱交換和性能影響很大。所以平爐下部結(jié)構(gòu)主要由蓄熱系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)所組成。平爐工作時，燃料和空氣的預(yù)熱過程如圖3-6所示?？梢娖綘t加熱的基本原理為蓄熱原理，就是利用高溫廢氣來預(yù)熱燃料和空氣，以致如此循環(huán)進(jìn)行來完成煉鋼過程。平爐下部是利用煙氣熱量預(yù)熱空氣和煤氣等燃料的蓄熱室。55冶金質(zhì)量分析第一章常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制課件56平爐按結(jié)構(gòu)分類，有固定式的也有少數(shù)可傾動式的。傾動式平爐容易采取換渣操作工藝，故對爐料成分適應(yīng)性強(qiáng)。且可以用兩個以上的鋼包盛接鋼液，具有能采用小型容量澆注的優(yōu)點(diǎn)。但傾動式平爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且熱效率低于固定式平爐。所以固定式平爐現(xiàn)應(yīng)用為多。平爐按結(jié)構(gòu)分類，有固定式的也有少數(shù)可傾動式的。傾57此外，平爐按爐襯可分為酸性和堿性兩大類。酸性平爐襯是以SiO2為主的石英砂作成，除S、P效果差，現(xiàn)很少使用。而目前大量使用堿性平爐，其爐襯采用鎂砂或白云石制作，使用爐料范圍寬。2.其他設(shè)備除上述設(shè)備外，還有清除煙氣中灰塵的除塵器、排出煙氣的煙道和煙囪、燃燒燃料用的燒嘴及出鋼槽?，F(xiàn)在平爐也用吹氧設(shè)備等，在此不再贅述。此外，平爐按爐襯可分為酸性和堿性兩大類。酸性平爐襯是58(二)平爐煉鋼的工藝過程堿性平爐根據(jù)原料的配比可分為:全鐵水煉鋼、鐵水一廢鋼煉鋼、全廢鋼煉鋼等工藝。目前，鐵水一廢鋼配料法使用廣泛，其煉鋼工藝操作可分為補(bǔ)爐、裝料、熔化、精煉、脫氧、合金化和出鋼。1.補(bǔ)爐為了維持正常熔池形狀，保證熔煉順利進(jìn)行，在出完鋼后通常要進(jìn)行補(bǔ)爐操作。要做到高溫、正壓、準(zhǔn)確、快速，以保證襯爐材料被良好地?zé)Y(jié)。(二)平爐煉鋼的工藝過程592.裝料裝料有金屬料(廢鋼、鐵水)和散裝料(礦石、石灰、石灰石等)，裝料前必須進(jìn)行各種原料的配比計算。爐料的裝人順序一般是先用石灰石或生石灰鋪在熔池底部，然后裝礦石。在散裝料之上先加輕廢鋼，難熔的大塊廢鋼放在高溫區(qū)。冷料裝完后，等熔化到一定程度，即在爐內(nèi)四周泛起一些初渣后，再兌入鐵水，以保證熔池沸騰活躍，并順利放出初渣，縮短熔化時間。2.裝料603.熔化從兌畢鐵水到爐料完全熔化，約占熔煉時間的30%~40%。為了縮短熔化期，可采用吹氧和壓縮空氣強(qiáng)化助熔。爐料中鐵水比高或含有較多Si,P,S時，在熔化期必須放渣。否則當(dāng)熔池內(nèi)碳氧反應(yīng)增強(qiáng)，大量CO會使?fàn)t渣泡沫性強(qiáng)，堿度低。而放出初渣，不僅使渣層減薄，改善爐氣向熔池傳熱和傳氧，減少爐襯浸蝕，而且會因FeO含量較高，溫度較低，利于脫磷反應(yīng)的進(jìn)行。3.熔化61熔化中后期熔池溫度和爐渣堿度逐漸提高。在爐料下層的石灰上浮后，應(yīng)加入助熔劑鐵礬土、螢石等促進(jìn)石灰熔化，使熔畢爐渣有良好的流動性和較高堿度，要求堿度≥1.8，為精煉階段創(chuàng)造條件。4.精煉自爐料熔畢到鋼水脫氧這段時間稱為精煉期。主要任務(wù)是去除鋼液中氣體和非金屬夾雜物。控制成分及調(diào)節(jié)溫度。通常精煉過程分為礦石沸騰和純沸騰兩個階段。熔化中后期熔池溫度和爐渣堿度逐漸提高。在爐料下層的石62精煉階段熔池內(nèi)具有合適的碳氧反應(yīng)是保證精煉質(zhì)量的重要條件，為此，向熔池內(nèi)加入鐵礦石，促進(jìn)碳氧反應(yīng)和熔池沸騰，此為礦石沸騰，這對傳熱、造渣、去除原料中磷和硫、排除氣體、均勻鋼液成分起重要作用。從最后一批鐵礦石加入到脫氧前，保持熔池均勻沸騰這段時間稱為純沸騰期。純沸騰期的主要任務(wù)是加熱熔池，使鋼液達(dá)到出鋼溫度，并通過熔池均勻沸騰，進(jìn)一步去除氣體和非金屬夾雜物。實(shí)際表明，保證一定的純沸騰時間對于提高鋼質(zhì)量是必要的。精煉階段熔池內(nèi)具有合適的碳氧反應(yīng)是保證精煉質(zhì)量的重要63由于純沸騰期較短且不再進(jìn)行造渣操作，所以為了避免由于回磷造成鋼液中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)，要求純沸騰開始時鋼液中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比規(guī)定低50%以上，硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也應(yīng)比規(guī)定低一些。5.脫氧和出鋼純沸騰期結(jié)束后，鋼液的主要成分和溫度達(dá)到要求，即可進(jìn)行爐內(nèi)沉淀脫氧。出鋼后，可進(jìn)一步通過爐外脫氧來降低鋼液中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。由于純沸騰期較短且不再進(jìn)行造渣操作，所以為了避免由于64三、電弧爐煉鋼法電弧爐(ElectricArcFunaces)煉鋼(EF)法分為酸性電弧爐煉鋼和堿性電弧爐煉鋼，由于酸性電弧爐煉鋼局限性大，使用面窄，這里只介紹堿性電弧爐煉鋼。三、電弧爐煉鋼法65(一)電弧爐煉鋼的主要設(shè)備1.電弧爐爐體電弧爐爐體簡圖如圖3-7所示，包括爐殼、爐門、爐蓋、傾動機(jī)構(gòu)和電極密封圈等。(1)爐殼爐殼包括圓桶形爐身、爐底和上部加固圈三個部分。爐殼通常用12~30mm的普通鋼板焊成，其厚度根據(jù)爐容量和爐殼直徑而定，一般選為爐殼外徑的1/200左右。(一)電弧爐煉鋼的主要設(shè)備66冶金質(zhì)量分析第一章常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制課件67(2)爐門爐門的作用是補(bǔ)爐，煉鋼過程中加料、扒渣、吹氧操作和觀察熔池情況等。對爐門的要求是其密封性好，這樣可以減少煉鋼熔池的熱損失，減少冷濕空氣進(jìn)人爐內(nèi)，對還原期保持良好的還原氣氛十分重要。(3)爐蓋爐蓋由爐圈和砌在爐蓋圈內(nèi)的耐火磚組成。爐蓋圈通常用鋼板或型鋼焊接而成。為了防止受熱變形，大多采用循環(huán)水冷。(2)爐門爐門的作用是補(bǔ)爐，煉鋼過程中加料、扒渣、吹氧68(4)傾動機(jī)構(gòu)電弧爐的傾動機(jī)構(gòu)多采用液壓傳動，即通過柱塞液壓缸推動傾爐搖架使?fàn)t體向前或向后傾動，一般向出鋼方向可傾動40°~45°，向出渣方向可傾動10°~15°(5)電極密封圈為使電極能根據(jù)需要自由升降，爐蓋上的電極孔徑一般要比電極直徑大40~50mm。為減少爐氣外流，降低熱損失，必須使用電極密封圈。(4)傾動機(jī)構(gòu)電弧爐的傾動機(jī)構(gòu)多采用液壓傳動，即通過柱692.爐用變壓器電弧爐用的變壓器輸出端要求低電壓大電流，所以變壓器的作用是把工業(yè)電網(wǎng)中的“高電壓小電流”變?yōu)椤暗碗妷捍箅娏鳌保故姌O與金屬爐料之間產(chǎn)生電弧，以提供電弧爐煉鋼所需的熱能。2.爐用變壓器703.石墨電極石墨電極是普遍使用的將變壓器輸入的電流引入熔煉室的導(dǎo)體，它的性能如何直接影響著鋼的質(zhì)量、成本和生產(chǎn)率。對石墨電極的要求是體積密度大，電阻系數(shù)小，導(dǎo)熱系數(shù)大，熱膨脹系數(shù)小，彈性模量小并有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、不易氧化等。3.石墨電極714.電極升降機(jī)構(gòu)電極升降機(jī)構(gòu)由電極夾持器、橫臂、立柱等組成。常用的有電動升降機(jī)構(gòu)和液壓傳動機(jī)構(gòu)。電極夾持器是電極升降機(jī)構(gòu)中最重要的關(guān)鍵部分，其作用一是作為電極的支架把電極夾持住;二是把電流傳導(dǎo)到電極上。電流調(diào)節(jié)裝置和電極升降機(jī)構(gòu)組合在一起，有液壓式和電動式兩種。4.電極升降機(jī)構(gòu)72(二)堿性電弧爐煉鋼的工藝過程1.補(bǔ)爐母爐出鋼后一般都要及時補(bǔ)爐。補(bǔ)爐的要求是“高溫、快補(bǔ)、薄補(bǔ)”。補(bǔ)爐材料有鎂砂和自云石，只有在高溫時才能與原有的爐襯很好地?zé)Y(jié)一在一起。因此除在補(bǔ)爐材料中，加入一定量的瀝青幫助補(bǔ)爐材料燒結(jié)外，還必須趁爐體在高溫狀態(tài)時迅速完成補(bǔ)爐澡作。一般要求補(bǔ)爐后爐膛內(nèi)溫度不低于1200℃,否則起不到補(bǔ)爐的作用，反而會影響下一爐鋼的爐渣成分。為了保證燒結(jié)良好、補(bǔ)爐材料不能一次投入太厚。一般在10~25mm為宜。(二)堿性電弧爐煉鋼的工藝過程732.裝料日前大多是采用移開爐蓋從爐頂裝料，即將全部爐料按一定次序預(yù)先裝入料籃內(nèi)，用吊車將其吊至爐體之上，下降到一定高度后打開籃底將料裝入。這樣快速裝料?？梢詼p少爐膛溫度下降。節(jié)約電能和縮短冶煉時間。裝料要求是“快裝、緊密、布料合理”。2.裝料74實(shí)際操作中，為了減輕爐料對爐底的沖擊和提前成渣，一般先在爐底鋪上一層石灰約為裝料量的1.5%~2.0%石灰之上鋪小塊金屬料。其量約為小塊料總量的1/2。小塊料之上裝大塊料和難熔料，布置在高溫電弧區(qū)，以便于熔化。中塊料一般裝在大塊料的四周或上面，以填充大塊料四周的空隙。爐料的最上面鋪上剩余的小塊料。這樣，熔化初期電弧就能很快“穿井”.減少弧光對爐蓋的熱輻射。實(shí)際操作中，為了減輕爐料對爐底的沖擊和提前成渣，一般753.熔化期在不損傷耐火材料的情況下，在能得到穩(wěn)定電弧的范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能采用高壓在短時間內(nèi)使?fàn)t料熔化。熔化期應(yīng)去除爐料帶入的磷，盡量減少和防止熔化中的金屬吸氣和元素蒸發(fā)，并將全屬加熱到開始氧化精煉所需的溫度。熔化過程如圖3-8所示。3.熔化期76冶金質(zhì)量分析第一章常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制課件77在高溫電弧的作用下，電極下面的小料先開始熔化，形成比電極直徑約大30%~40%的熔井(圖3-8a和b)隨著電極不斷下降，在爐料中形成三個液體“井”。經(jīng)15~25min后，電極達(dá)到允許的最低位置(圖3-8c)。在容量較大的爐子上.，“穿井”比較明顯。對容量小的爐子來講，“井”不太明顯，因電極間的爐料同時熔化，連成一片。形成一個較淺的熔池。熔井形成后，熔井附近的爐料也開始不斷熔化，熔池液面逐漸升高，電極也隨之開始上升，直到全部滬料熔化為止(圖3-8d)。與此同時，熔池表面上也形成了一層爐渣，它有穩(wěn)定電弧、保溫和阻止鋼液從爐氣中吸收氣體的作用。在高溫電弧的作用下，電極下面的小料先開始熔化，形成比78熔化后期，在爐門和出鋼口兩側(cè)以及靠近爐坡的爐料因溫度低熔化較慢，所以應(yīng)及時用人工將其推入熔池中以加速熔化。為了保持金屬液體和爐渣有較好的流動性，使金屬一爐渣界面的傳質(zhì)和反應(yīng)能力增強(qiáng)。促進(jìn)冶金反應(yīng)，應(yīng)根據(jù)冶煉的不同鋼種，適當(dāng)控制熔化期的熔池溫度。在生產(chǎn)中，煉低碳鋼時控制在1550℃左右，中碳鋼在1520℃左右，高碳鋼在1500℃左右。熔化后期，在爐門和出鋼口兩側(cè)以及靠近爐坡的爐料因溫度794.氧化氧化期的主要任務(wù)是進(jìn)一步脫磷、脫碳至規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，以及去除金屬液體中的氣體和非金屬夾雜物。因此，必須控制好爐渣的成分，井通過脫碳反應(yīng)促進(jìn)熔池沸騰，以增強(qiáng)熔池內(nèi)的傳質(zhì)和傳熱，完成好氧化精煉任務(wù)。4.氧化80氧化期脫碳普遍采用加入鐵礦石和吹入工業(yè)純氧相結(jié)合的方法。這是因?yàn)樵谥患予F礦石進(jìn)行脫碳時，存在著鐵礦石的熔化和(FeO〕的擴(kuò)散，所以脫碳速度較慢;而單純吹氧時，渣中(FeO)含雖低，對脫磷速度有影響。所以在氧化期開始時，必須向熔池中加入鐵礦石，以保證氧化期渣中有足夠量的(FeO).同時將工業(yè)純氧直接吹入熔池，增強(qiáng)向熔池的供氧速度，強(qiáng)化脫碳反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明，脫碳反應(yīng)是進(jìn)行氧化精煉的主要手段，一般認(rèn)為，在氧化期脫除0.3%—0.4%的碳，即可達(dá)到清潔鋼液的目的。氧化期脫碳普遍采用加入鐵礦石和吹入工業(yè)純氧相結(jié)合81脫磷對于爐渣的兩個基本要求是爐渣應(yīng)具有高的氧化性和高堿度。而且要考慮冶煉后期可能發(fā)生的回磷現(xiàn)象，所以要求氧化期必須將金屬液體中的磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)脫除至鋼種規(guī)格要求磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的一半以下。為此，氧化期開始后，在加入鐵礦石和吹入氧氣使?fàn)t渣中(FeO)含量增加的同時還應(yīng)向熔池中加入石灰，并加大渣量，以保證脫磷反應(yīng)的順利進(jìn)行。在氧化期脫碳過程中，熔池中形成的CO氣泡中氣體分壓為零，所以在CO氣泡上浮過程中，溶解在金屬液體中的氫和氮將不斷向CO氣泡中擴(kuò)散，并隨CO氣泡上浮和排除。脫碳造成的熔池沸騰愈劇烈，去氣效果愈好。同時，充分利用氧化期溶池沸騰的有利條件，還可減少鋼中夾雜物的含量。脫磷對于爐渣的兩個基本要求是爐渣應(yīng)具有高的氧化性和高825.還原還原精煉期是電弧爐煉鋼的獨(dú)特之處。在還原期通過造還原渣主要完成脫氧、脫硫及合金化操作等任務(wù)。此外，要調(diào)整好鋼液溫度，保證出鋼后的正常澆注。氧化期結(jié)束后，扒除氧化渣并立即采用沉淀脫氧的方法向爐內(nèi)加入錳鐵、錳硅鐵或鋁塊等，這樣不但能迅速降低鋼液中的氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。而且脫氧反應(yīng)產(chǎn)物在后續(xù)的還原期中有較長的時間上浮排除。同時，向爐內(nèi)加入造渣材料造還原渣，一方面進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，另一方面盡快成渣覆蓋金屬液體表面，減少其吸氣量和熱量損失。經(jīng)過一段時間擴(kuò)散脫氧后，鋼液中氧含量已降到很低的數(shù)值，擴(kuò)散脫氧效果已不顯著。此時再采用加入強(qiáng)脫氧劑鋁塊、硅鈣合金等進(jìn)行最終沉淀脫氧。采用最終脫氧后，鋼中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至。0.02%~0.003%。5.還原83

還原渣中FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%~3%以下，即生成所謂的白渣;當(dāng)多加炭粉，提高堿度時，即變成含CaC2的堿性電石渣。電石渣的特點(diǎn)是凝固后斷面早灰色，易粉化。還原渣的選用取決于冶煉的鋼種，白渣主要在冶煉中低碳鋼時使用，但出鋼時如不改成白渣，將使鋼水增碳。電弧爐還原期溫度高，渣為還原渣且堿度很高，是脫硫的最佳時期。從理論上講，增大還原期爐量，對脫硫是有利的，但渣量太大，渣層變厚.脫硫反應(yīng)不活躍，反而不利脫硫，所以一般爐容量大于5t時，控制渣量在鋼液質(zhì)量的2%~4%，小于5t時為3%~5%，若原料中硫含童很高，也常采用換渣操作，而不是單靠增加渣量。還原渣中FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%~3%以下，即生成所84冶煉合金鋼時，還原期脫氧后要進(jìn)行鋼液成分的最后調(diào)整稱為合金化操作。在實(shí)際上，根據(jù)各種合金元素的特性以及煉鋼過程需要，要求合金元素加入后能迅速熔化、均勻，收得率高。為此，合金元素加入的基本原則是:與氧親和力小于鐵的合金元素(例如鎳、鉬、銅等)在加入量大時應(yīng)隨爐料裝入，量小時可在氧化期或還原期加入;與氧親和力稍大于鐵的合金元素(例如硅、鉻、錳等)一般應(yīng)在還原期加入;易氧化的元素(例如鋁、鈦、硼、稀土等)應(yīng)在還原末期脫氧良好的清況下加入。冶煉合金鋼時，還原期脫氧后要進(jìn)行鋼液成分的最后調(diào)856.出鋼脫氧后達(dá)到預(yù)定溫度時，切斷電源，提升電極，傾爐向預(yù)先準(zhǔn)備好的盛鋼桶內(nèi)出鋼。通常熔煉和出鋼溫度應(yīng)比該鋼種熔點(diǎn)高80~150℃，對于含Al,Ti和Cr等鋼種，因粘度大，應(yīng)取上限，而低碳鋼的出鋼溫度比高碳鋼約高60~100℃。6.出鋼86第一章常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制

眾所周知，煉鋼的目的是獲得一定成分和一定結(jié)晶組織的鋼錠材料。利用常規(guī)的煉鋼設(shè)備，經(jīng)過相應(yīng)的工藝操作把生鐵等原料冶煉成各種牌號的鋼有其共同之處，這就是先要在煉鋼爐內(nèi)把生鐵、廢鋼等爐料熔化成液體，接著加入氧化劑，并造好爐渣，把高溫鐵水中多余的碳元素氧化掉，達(dá)到規(guī)定范圍。還要除掉硅錳硫磷等，使它們也達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)然，為了獲得性能優(yōu)良的合金鋼，冶煉后期還要進(jìn)行合金化操作。煉鋼是復(fù)雜的高溫物理化學(xué)反應(yīng)過程，受很多的因素影響和制約，同時，它們也直接影響鋼材的質(zhì)量。對提高鋼材的性能是極為重要的。本章介紹常用煉鋼設(shè)備及相應(yīng)的工藝過程，比較、分析常規(guī)煉鋼法的特點(diǎn)及冶煉過程中質(zhì)量控制要點(diǎn)和煉鋼方法的選用原則。第一章常規(guī)煉鋼法及質(zhì)量控制眾所周知，煉鋼的87第一節(jié)煉鋼的基本任務(wù)及原料

煉鋼，就是利用不同來源的氧（如空氣、氧氣）來氧化爐料（一般主要是生鐵）所含的碳硅錳磷硫等。目前從鐵礦石到煉出鋼是分為兩步進(jìn)行的。即先在高爐中將鐵礦石煉成生鐵，然后在煉鋼爐內(nèi)將生鐵冶煉成鋼。前者是還原反應(yīng)過程，后者主要是氧化反應(yīng)過程。所以煉鋼過程的基本任務(wù)就是把生鐵中的碳氧化到規(guī)定的范圍內(nèi)，當(dāng)然脫碳并非是氧化反應(yīng)唯一的任務(wù)。不僅如此，煉鋼過程中還要加入一些合金元素，以提高鋼的物理和力學(xué)性能，這就是冶煉合金鋼的目的。所以冶煉的鋼越純凈，化學(xué)成分越均勻，質(zhì)量就越好。

第一節(jié)煉鋼的基本任務(wù)及原料88一、煉鋼的基本任務(wù)

工業(yè)用鋼鐵所含的合金元素，有金屬與非金屬的，并區(qū)分為普通元素與合金元素。普通元素指C、Si、Mn、S、P，它們在最常用的鋼鐵中的通常質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：

元素CSiMnPS生鐵（%）3.0～4.50.2～2.00.2～2.50.02～0.50.01～0.5普鋼（%）0.08～1.20.01～0.30.3～0.80.01～0.050.01～0.05一、煉鋼的基本任務(wù)

工業(yè)用鋼鐵所含的合89

由此看出，從生鐵到鋼，要降低各種含量。簡單的說，煉鋼的基本任務(wù)有三條：

（1）降低C到規(guī)定范圍。

（2）除去雜質(zhì)Si、Mn、S、P。

（3）添加合金元素進(jìn)行合金化。

綜合前面章節(jié)內(nèi)容可知：鋼鐵冶煉過程是將含鐵原料經(jīng)過物理化學(xué)的冶金操作和復(fù)雜的反應(yīng)變化，煉制成用于各種形態(tài)鋼制品的原材料——粗鋼坯的工藝過程。可見，煉鋼的基本原理就是復(fù)雜的氧化過程。概括的講，它包含C、Si、Mn等雜質(zhì)的氧化；造渣去S、P；脫氧和合金化以及出鋼，澆鑄四個基本環(huán)節(jié)。其中關(guān)鍵是除掉鋼液中的雜質(zhì)和氣體，這樣，達(dá)到一定成分、溫度的鋼水用鋼錠模鑄成鋼錠或用連鑄機(jī)鑄成鋼坯。一般所說的鋼產(chǎn)量就是指合格的鋼錠及連鑄坯的產(chǎn)量。

二、煉鋼原料及質(zhì)量要求

煉鋼原料有金屬原料和非金屬原料兩大類。金屬原料包括生鐵、廢鋼、合金材料;非金屬原料包括氧化劑和造渣材料等。

由此看出，從生鐵到鋼，要降低各種含量。簡單的說，煉鋼90(一)金屬原料及質(zhì)量要求

1．生鐵

生鐵是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.6%的鐵碳合金，此外還含有少量的Si,Mn,P,S等元素。生鐵是用還原的方法從鐵礦石中制取得來的，礦石的還原過程就是使氧化鐵從高價變?yōu)榈蛢r，最后成為金屬鐵的過程，其順序是Fe2O3—Fe3O4—FeO--Fe?？梢?，煉鐵的基本任務(wù)就是采用鐵礦石、焦碳、石灰石及大量的熱空氣，在高爐內(nèi)從氧化鐵中把鐵還原出來。其原理過程可簡單地寫成歸納式為:氧化鐵+碳---鐵+二氧化碳。具體講就是把固體原料按一定比例組成一批一批的爐料〔批料)，經(jīng)上料和裝料系統(tǒng)將批料送入高爐。爐料在高爐內(nèi)構(gòu)成料柱，料柱下部的焦炭被高爐下部鼓進(jìn)的熱風(fēng)燃燒生成煤氣(CO)。上升的煤氣把熱量傳遞給爐料，使礦石和熔劑不斷熔化而下降。隨溫度的上升，先后進(jìn)行還原作用、造渣作用和滲碳作用;經(jīng)滲碳并溶解少量的在高爐下部還原出來的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)后形成生鐵。(一)金屬原料及質(zhì)量要求

1．生鐵

生鐵是碳91

煉鋼生鐵的化學(xué)成分是否穩(wěn)定，對于煉鋼操作和產(chǎn)品質(zhì)量有較大影響。一般除要求煉鋼生鐵中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4.0%左右，對于生鐵中其他元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也作了規(guī)定，不同煉鋼法亦有不同的要求。如平爐對Mn不作規(guī)定，但要求Si≤0.85%,S≤0.03%,P≤0.15%;而氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐法要求Mn≤0.6%，Si≤0.8%，其S,P與平爐法相同。

2.廢鋼

廢鋼是電弧爐煉鋼的主要原料，平爐也可以全部使用廢鋼，轉(zhuǎn)爐使用的金屬原料中廢鋼比例一般小于30%。

廢鋼的物理狀態(tài)和化學(xué)成分是很復(fù)雜的，為了保證煉鋼的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和鋼的質(zhì)量，對煉鋼所用的廢鋼必須嚴(yán)格分類和合理使用。

煉鋼生鐵的化學(xué)成分是否穩(wěn)定，對于煉鋼操作和產(chǎn)品質(zhì)量有92廢鋼的來源有兩個方面，一種是煉鋼廠本廠的廢鋼，其中包括煉鋼車間的廢鋼錠、澆道、中注管、注余和包底等以及軋鋼車間的廢品、切頭、切尾、切邊等。這類廢鋼易于分類，質(zhì)量好，成分清楚。另一種是外來廢鋼，包括金屬加工的切屑、邊角余斜、殘次品及使用后報廢的鋼鐵制品等，這類廢鋼來源廣泛，成分復(fù)雜，質(zhì)量不易掌握。

廢鋼按其形狀分為輕廢鋼和重廢鋼。輕廢鋼應(yīng)當(dāng)預(yù)先打包或壓成塊狀，重廢鋼應(yīng)設(shè)法破碎，配料時輕重廢鋼應(yīng)合理搭配使用。

廢鋼應(yīng)當(dāng)是少銹或無銹，其中不應(yīng)混入錫、鉛、鋅、銻、銅等有色金屬，并不應(yīng)粘附有泥沙和油類，防止易爆品混入。

按照化學(xué)成分，廢鋼可分碳素廢鋼和合金廢鋼。各類廢鋼應(yīng)進(jìn)行化學(xué)成分的檢驗(yàn)，作為分類管理的依據(jù)。特別是合金廢鋼，分類愈細(xì)愈好，最好按鋼種或鋼類分別管理。廢鋼的來源有兩個方面，一種是煉鋼廠本廠的廢鋼，其中包括煉鋼車93

3.合金材料

煉鋼過程中，為了使鋼液脫氧、脫硫和合金化，需要向熔池中或鋼包中加入合金材料，合金材料有單一金屬、鐵合金或復(fù)合合金等形式。經(jīng)常使用的有金屬鉻、金屬鋁、電解鎳、火法鎳和各種不同碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的錳鐵、鉻鐵、硅鐵、鈦鐵、鎢鐵、鋁鐵、硼鐵、鈮鐵、鋯鐵、硅錳合金、鈣硅合金、硅錳鋁合金、稀土合金等。

目前世界上對上述合金材料尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但對煉鋼所使用的合金材料的基本要求是一致的，即要求合金材料含量高，熔煉低碳鋼時希望碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低；含有害雜質(zhì)少，不應(yīng)有夾渣和其他非金屬夾雜物；具有一定塊度。

使用合金材料時要仔細(xì)計算用量和準(zhǔn)確稱量，并且在烘烤后使用。

3.合金材料

煉鋼過程中，為了使鋼液脫氧、94（二）非金屬原料及質(zhì)量要求

為了造渣，煉鋼過程中使用非金屬原料，并根據(jù)爐內(nèi)熔池中的情況隨時調(diào)整爐渣成分，以便有效地去除金屬原料中的雜質(zhì)元素。煉鋼常用的非金屬原料主要有以下幾種。

1.石灰

石灰是由石灰石經(jīng)800-1000℃焙煉而成，它是堿性煉鋼爐渣中CaO的主要來源。一般要求石灰石有如下成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：CaO＞80-85%，SiO2＜4.5%，MgO＜4.5%，S＜0.2%，其中未燒透的石灰石數(shù)量應(yīng)小于10%。

石灰的缺點(diǎn)是易于潮解成粉末狀，加在熔池后對渣況及爐襯壽命有不利影響，并使鋼液中含氫量增加。因此，煉鋼中一般都使用新燒石灰，此外，電弧爐煉鋼使用的石灰在入爐前還要烘烤，石灰的使用塊度一般以20-80mm為宜。

2.螢石

螢石的主要成分是CaF2，熔點(diǎn)為935℃。在堿性渣中加入螢石可改善渣的流動性，但并不影響其堿度，螢石稀渣的作用在于降低了爐渣的熔點(diǎn)。但用量不能過多，尤其是電爐煉鋼時爐渣太稀將會降低爐子壽命。螢石使用前要烘烤，其塊度一般為15-60mm。

（二）非金屬原料及質(zhì)量要求

為了造渣，煉鋼過程中使95

3.鐵礬土

鐵礬土的化學(xué)成分大致為：Al2O3為40-57%，SiO2為10-17%，F(xiàn)e2O3為12-26%，H2O、CaO和MgO少量。

煉鋼過程中加入鐵礬土可調(diào)節(jié)堿性渣中的Al2O3濃度以及降低石灰熔點(diǎn)，促使盡快形成高堿度爐渣。鐵礬土的稀渣作用不如螢石，且用量過多時會降低爐渣堿度，所以它的加入量一般不超過金屬爐料質(zhì)量的0.5%。鐵礬土中水分含量較高，使用前應(yīng)烘烤去水。

4.粘土塊

粘土塊是鋼錠澆注系統(tǒng)中使用過的各種流鋼磚，所以也稱為火磚塊。粘土塊的化學(xué)成分大致是：SiO2為58-72%，Al2O3為27-35%，F(xiàn)e2O3為1.2-2.2%。

粘土塊的作用也是稀渣，尤其對含MgO較多的爐渣其稀釋作用較螢石強(qiáng)，另外利用部分粘土塊代替螢石也較經(jīng)濟(jì)。

粘土塊在使用前應(yīng)破碎并清除其他物質(zhì)和氧化鐵，入爐前還應(yīng)干燥。粘土塊使用過多會降低爐渣堿度，影響去磷和去硫效果，故要合理使用。

3.鐵礬土

鐵礬土的化學(xué)成分大致為：Al2965.氧化劑

煉鋼主要表現(xiàn)為氧化過程。為了完成并加速煉鋼過程中的氧化精煉任務(wù)，煉鋼操作中必須使用各種氧化劑，經(jīng)常使用的氧化劑主要有以下幾種。

1)鐵礦石作為氧化劑來使用的鐵礦石是選用鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的富礦，其中有害雜質(zhì)磷硫含量和水分越少越好，所含脈石SiO2也應(yīng)盡量的少。

一般在平爐和轉(zhuǎn)爐中使用的鐵礦石所含水分要求不大于4%，在電弧爐中使用的鐵礦石則要求水分小于0.5%，故鐵礦石在入爐前應(yīng)烘烤去水。鐵礦石中鐵含量越高，其密度越大。一般要求其使用塊度為50-200mm，這樣在鐵礦石加入煉鋼熔池后，能較快形成爐渣，并與金屬液發(fā)生反應(yīng)，氧化效果好，而鐵礦石中的鐵也能大部分被還原進(jìn)入金屬液體。5.氧化劑

煉鋼主要表現(xiàn)為氧化過程。為了完成并加速煉97

2）氧化鐵皮氧化鐵皮是鋼錠和鋼坯在加熱以及鍛、軋過程中，由于表面被氧化而形成的氧化物脫落后的產(chǎn)物。主要成分是Fe2O3，其Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70-75%，用于稀釋爐渣，改善爐渣流動性，還可加速石灰溶解等。由于氧化鐵皮常常含有水分和油漬，所以入爐前應(yīng)烘烤干燥。

3）錳礦其Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于35-45%，SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于12%，是弱氧化劑，平爐主要是用來增加Mn含量。

4）氧氣現(xiàn)代煉鋼法已全部或部分使用工業(yè)純氧作為氧化劑，以加速氧化精煉過程。為了保證煉鋼質(zhì)量，煉鋼用的工業(yè)純氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求大于99%，水分含量應(yīng)小于0.07g/m3，經(jīng)常使用的工作壓力為304-1216KPa。

2）氧化鐵皮氧化鐵皮是鋼錠和鋼坯在加熱以及鍛98總之煉鋼的主要原料是鐵水（生鐵）與廢鋼等。但不同煉鋼法采用的原料不盡相同，選擇適量的原料配比對充分發(fā)揮不同煉鋼法的冶煉特點(diǎn)是很重要的。如LD轉(zhuǎn)爐正常操作時廢鋼比以0-30%為宜，希望鐵水中的Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)，這是冶煉順利進(jìn)行的保證。平爐的主要原料與轉(zhuǎn)爐本質(zhì)上是相同的，其廢鋼比40%左右最合適，因?yàn)樗萌剂现泻琒，則必須控制原料中S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。而電路由于去除S、P容易，所以對原料，特別是廢鋼不必過分挑剔，但嚴(yán)防Pb、Sn等有害元素混入?？傊疅掍摰闹饕鲜氰F水（生鐵）與廢鋼等。但不同煉鋼法采用的99第二節(jié)常規(guī)煉鋼法的分類

一、煉鋼法的分類1.煉鋼方法分為直接煉鋼法和間接煉鋼法兩種（1）間接煉鋼法：鐵礦中還原出生鐵，再將某些元素氧化掉，最后冶煉成鋼鐵（2）直接煉鋼法：從鐵礦中一步冶煉成鋼鐵，但目前尚處于起步階段第二節(jié)常規(guī)煉鋼法的分類一、煉鋼法的分類1002.間接煉鋼法的分類

（1）按操作溫度可分為：a.固態(tài)精煉法：1250℃

b.半熔融精煉法：1250℃～1450℃

c.熔融精煉法：1550℃（主要使用的方法）

（2）按爐渣可分為：

a.酸性煉鋼法：石英砂

b.堿性煉鋼法：鎂砂，白云石

2.間接煉鋼法的分類

（1）按操作溫度可分為：101二、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法的特點(diǎn)

氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法，現(xiàn)在主要是指氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法（LD法)，它是1952年由奧地的林茨(Linz)和多納維茨(Donariz)兩鋼廠首先采用而得名。60年代起LD煉鋼法已在全世界迅速發(fā)展，一躍而成為近代主要煉鋼方法之一，已有取代平爐煉鋼之勢，最近新的氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法也已投入使用。還有采用側(cè)吹氧氣或復(fù)合吹氧氣、氬氣等操作方式的冶煉設(shè)備。其主要特點(diǎn)如下：

（1）氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要外加熱源和燃料根據(jù)物料的熱平衡計算，以鐵水的物理熱和吹煉過程中熔池的化學(xué)反應(yīng)熱為氧氣轉(zhuǎn)爐的主要熱收入，除用于熔化爐渣和提高金屬液體溫度及各項(xiàng)熱損失外，還有剩余熱量，常用加入一定量廢鋼和鐵礦石冷料來一起熔煉。二、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法的特點(diǎn)

氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法，現(xiàn)在主要102（2）精煉時間短在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，以超音速吹入熔池的高壓氧氣流與鐵水界面處發(fā)生氧氣—金屬反應(yīng)，而爐渣與鐵水界面處發(fā)生渣一金屬反應(yīng)。由于氣流沖擊和脫碳反應(yīng)加快.熔化攪動劇烈.反應(yīng)面積增大。使得各種冶金反應(yīng)迅速進(jìn)行，因此精煉時間短。

(3)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法最大優(yōu)點(diǎn)之一是生產(chǎn)效率高按相同容量比較，不用氧氣的平爐生產(chǎn)率只是轉(zhuǎn)爐的1/10.

(4)吹煉時煙塵大由于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐吹煉時供氧量大.壓力高，熔池反應(yīng)激烈，使大量含有鐵塵埃的煙氣生成。據(jù)計算，煙塵量約為裝爐原料質(zhì)量的0.8-1.3%。例如爐容量150t的轉(zhuǎn)爐，平均每大產(chǎn)生33-52t煙塵。因此消煙除塵對氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼是十分重要的。（2）精煉時間短在氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，以超音速吹103當(dāng)前在我國使用的轉(zhuǎn)爐容量多是30—100t的小中型爐體。世界上氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼使用最多、鋼產(chǎn)量最大的是日本。其最大容量已超過400t，而且煉鋼技術(shù)也達(dá)到世界最高水平。

三、平爐煉鋼法的特點(diǎn)

平爐煉鋼法從1864年誕生后，在近100年的時間里，一直是世界上的主要煉鋼方法。在1955年前，平爐鋼產(chǎn)量約占世界粗鋼年產(chǎn)量的85%，但在本世紀(jì)50年代出現(xiàn)了氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法之后，使平爐煉鋼在生產(chǎn)率、成本、基建投資以及自動控制水平等方面均無法與其抗衡。因此，有些國家(如日本)已全部淘汰了平爐。但在我國平爐鋼產(chǎn)量仍占一定比例。特別是通過挖潛改造，采用堿性爐頂，汽化冷卻，廣泛使用氧氣來強(qiáng)化冶煉，大量應(yīng)用天然氣煉鋼，擴(kuò)大爐子容積等。采用這些重要的措施改造了熔煉和澆注工藝，使平爐生產(chǎn)率大為提高，并改善了鋼的質(zhì)量?，F(xiàn)將平爐煉鋼法的特點(diǎn)列舉如下。當(dāng)前在我國使用的轉(zhuǎn)爐容量多是30—100t的小中型爐104(1)對金屬原料的配比無限制也就是說平爐煉鋼爐料可采用任何配比的廢鋼、鐵水或生鐵來冶煉。可見，平爐裝料適用性強(qiáng)，具有能適應(yīng)獲得原料難易和價格高低的靈活性。

(2)冶煉過程中爐氣始終具有氧化特性為了使燃料在熔池上面完全燃燒，必須同時供給超過理論計算所需的空氣量，所以爐氣中含有過剩的氧。另外廢氣中的CO2和H2O也是強(qiáng)氧化性氣體。因此平爐爐膛始終保持氧化性爐氣。熔煉過程中不斷從氧化性氣氛中傳遞氧到鋼水中去，并且在爐渣的共同作用下除去鋼水中的雜質(zhì)元素比較容易。(1)對金屬原料的配比無限制也就是說平爐煉鋼爐料可采105(3)熱效率低平爐因爐體龐大，散熱面積大，熱效率低。還由于平爐煉鋼時傳熱和傳氧是通過爐渣完成的，為了擴(kuò)大爐氣—爐渣—金屬液體之間的接觸面積而采用淺碟性熔池。平爐冶煉時間長，生產(chǎn)效率不高。

(4)爐膛容量大，一次可產(chǎn)鋼數(shù)百t，例如前蘇聯(lián)建有900t容量的平爐。由于工藝成熟，冶煉速度慢，溫度和成分易干調(diào)節(jié)，所以質(zhì)量較穩(wěn)定，可以熔煉的鋼種范圍亦較寬。(3)熱效率低平爐因爐體龐大，散熱面積大，熱效率低106四、電爐煉鋼法的特點(diǎn)電爐煉鋼法是利用電能冶煉的方法，它出現(xiàn)于19世紀(jì)末期。電爐煉鋼主要包括電弧爐和感應(yīng)爐兩種方法，但通常習(xí)慣把電弧爐法簡稱為電爐法。電弧爐又有交流、直流之分，交流電弧爐是用三相交流電源的電極，與金屬爐料間產(chǎn)生高溫電弧，熔化爐料和造渣等來煉鋼的。現(xiàn)推廣使用的直流電弧爐是用一個高壓電極與金屬爐料起弧，發(fā)熱熔化爐料煉鋼。感應(yīng)電爐則是在爐料內(nèi)通過感生電流發(fā)熱熔煉爐料，它又分高頻、中頻和工頻感應(yīng)爐，在規(guī)模生產(chǎn)中主要采用常壓感應(yīng)爐煉鋼法。下面就電弧爐和常壓感應(yīng)爐煉鋼法的特點(diǎn)分別作以下介紹。四、電爐煉鋼法的特點(diǎn)107(一)電弧爐煉鋼法的特點(diǎn)1)利用電能為熱源，其本身清潔，無污染，而且能量易干調(diào)節(jié)，便干控制熔池溫度。2)同平爐、氧氣轉(zhuǎn)爐相比，電爐爐體密封性好，所以熱效率高，約為65%以上。而且電弧區(qū)溫度大于3000℃，能熔化高熔點(diǎn)合金元素，可冶煉各種特殊用途的鋼種。3)電弧爐冶煉的獨(dú)特之處是有還原期，其爐內(nèi)氣氛可以根據(jù)冶煉需要來控制，不僅能形成氧化性氣氛，也能形成還原性氣氛，這是平爐和氧氣轉(zhuǎn)爐不能比擬的。因此，電爐具有去除磷、硫等雜質(zhì)的有利條件。在冶煉合金鋼時，其成分較易控制，合金元素?zé)龘p少，脫氧完全，純凈度高。(一)電弧爐煉鋼法的特點(diǎn)1084)電爐可以采用合金廢鋼返回冶煉，這對節(jié)約貴重元素，提高經(jīng)濟(jì)效益十分有利。5)與平爐比較，電爐設(shè)備簡單，基建費(fèi)用低，投產(chǎn)快，生產(chǎn)率高。還可以間歇生產(chǎn)。按照傳統(tǒng)的觀念，轉(zhuǎn)爐和平爐主要用來大量生產(chǎn)普碳鋼，如果配上爐外精煉，它們也可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)合金鋼。而電弧爐是用來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼和特殊鋼的，但近年來由于爐子容量增大，生產(chǎn)效率提高，在生產(chǎn)普碳鋼方面也受到注視。但是，目前生產(chǎn)中還存在一些問題，主要是生產(chǎn)成本較高，即電能、電極等消耗大和生產(chǎn)率比轉(zhuǎn)爐低。此外，由于電弧使空氣和水蒸氣離解出大量的氫和氮，使鋼中氣體含量常比轉(zhuǎn)爐鋼和平爐鋼為高。4)電爐可以采用合金廢鋼返回冶煉，這對節(jié)約貴重元素，提高經(jīng)109(二)感應(yīng)爐煉鋼法的特點(diǎn)1)由于電磁攪拌鋼液，改善了反應(yīng)的動力學(xué)條件，促使鋼液化學(xué)成分和溫度均勻化。2)感應(yīng)爐冶煉沒有其他設(shè)備中所存在的污染源，可獲得較純凈的鋼及合金。3)冶煉過程中對功率和溫度的調(diào)節(jié)簡單方便，即可快速升溫，又能準(zhǔn)確控溫。(二)感應(yīng)爐煉鋼法的特點(diǎn)1104)冶煉過程鋼液增碳少，合金化過程易于控制，使合金元素回收率高且穩(wěn)定。5)感應(yīng)爐電、熱效率和生產(chǎn)率較高，設(shè)備占地面積小，勞動條件較好等。上述特點(diǎn)是在電弧爐熔煉的基礎(chǔ)上歸納出來的，但感應(yīng)爐煉鋼也存在一些問題。首先是爐襯較薄，使用壽命不長;其次是由于爐渣導(dǎo)電性不良，致使反應(yīng)能力也較低。它主要用于生產(chǎn)特殊用途的合金鋼及合金。4)冶煉過程鋼液增碳少，合金化過程易于控制，使合金元素回收率111第三節(jié)常規(guī)煉鋼法的設(shè)備、工藝過程及質(zhì)量控制一、氧