鋼鐵生產(chǎn)概論-煉鋼-2012

第二篇煉鋼生產(chǎn)第八章煉鋼概述第一節(jié)煉鋼基本任務(wù)一、鋼和生鐵的主要區(qū)別鋼和生鐵都是鐵基合金，都含有碳、硅、錳、硫、磷最根本的區(qū)別是含碳量不同，生鐵中w(C)>2%，鋼中w（C)<2%二、煉鋼的基本任務(wù)所謂煉鋼，就是通過(guò)冶煉降低生鐵中的碳和去除有害雜質(zhì)，再根據(jù)對(duì)鋼性能的要求加入適量的合金元素，使之具有性能優(yōu)良的鋼。1）脫碳2）去磷和去硫3）去氣和去非金屬夾雜物4）脫氧與合金化5）調(diào)溫6）澆注三、現(xiàn)代煉鋼方法及其發(fā)展趨勢(shì)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法（大力發(fā)展）、電爐煉鋼法（穩(wěn)步發(fā)展）、平爐煉鋼法（趨于淘汰）氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法所煉鋼約占70％，以氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法為主。第二節(jié)煉鋼生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)第九章煉鋼的基本原理第一節(jié)煉鋼熔渣一、熔渣的來(lái)源、組成和作用熔渣的來(lái)源（爐渣）1）為了完成煉鋼任務(wù)，有意向爐內(nèi)加入造渣材料，如石灰、螢石、白云石、氧化鐵皮、礦石等，這是爐渣的主要來(lái)源。2）含鐵原料中的部分元素如Si、Mn、P、Fe等氧化后生成的氧化物，如SiO2、MnO、FeO、P2O5等。3）被侵蝕的爐襯以及各種原料帶入的泥沙雜質(zhì)等，如CaO、MgO、SiO2等。2.爐渣的組成：

CaO、SiO2、Fe2O3、FeO、

MgO、P2O5、

MnO、CaS等；2FeO?SiO2、2CaO?SiO2、4CaO?P2O5等。3.熔渣的作用1）通過(guò)調(diào)整爐渣的成分、性質(zhì)和數(shù)量，來(lái)控制鋼液中各元素的氧化還原反應(yīng)過(guò)程；2）吸收金屬液中的非金屬夾雜物；3）覆蓋在鋼液上面，可減少熱損失，防止鋼液吸收氣體；4）能吸收鐵的蒸發(fā)物，能吸收轉(zhuǎn)爐氧流下的反射鐵粒，可穩(wěn)定電弧爐的電?。?）沖刷和侵蝕爐襯，好的爐渣能減輕這種不良影響，延長(zhǎng)爐襯壽命。造好渣是實(shí)現(xiàn)煉鋼生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的重要保證。因此實(shí)際生產(chǎn)中常講：煉鋼就是煉渣。二、熔渣的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)熔渣的化學(xué)性質(zhì)主要是指熔渣的堿度(B)、氧化性和還原性。熔渣的物理性質(zhì)主要是指熔渣的熔點(diǎn)和黏度。第二節(jié)鐵、硅、錳的氧化一、鐵的氧化直接氧化是指鋼液中的元素直接和氧分子進(jìn)行接觸，而被氧化的反應(yīng)，如：間接氧化是指金屬液中的元素直接和氧原子或FeO接觸而被氧化的反應(yīng)，如：鐵被氧化后，其反應(yīng)產(chǎn)物一部分進(jìn)入爐渣，一部分繼續(xù)存留在金屬液中，并在金屬液－爐渣之間建立動(dòng)態(tài)平衡，它應(yīng)服從分配定律，即二、硅的氧化三、錳的氧化第三節(jié)碳的氧化一、碳的氧化反應(yīng)1.氧氣流股與金屬液間的C-O反應(yīng)2.金屬熔池內(nèi)部的C-O反應(yīng)3.金屬液與渣液界面的C-O反應(yīng)二、碳氧反應(yīng)在煉鋼過(guò)程中的作用把鋼液中的碳含量氧化降低到所煉鋼號(hào)的規(guī)格內(nèi)。這是煉鋼的任務(wù)之一。產(chǎn)生大量CO氣泡，對(duì)熔池有強(qiáng)烈的攪拌作用，均勻鋼液的成分和溫度，改善各種化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件，有利于煉鋼中各種化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。去除鋼中氣體。去除鋼中夾雜物。放出大量的熱，是煉鋼的重要熱源。第四節(jié)去磷一、磷對(duì)鋼性能的影響以磷化鐵的形式存在1）能惡化鋼的焊接性能；2）降低鋼的塑性和韌性，使鋼產(chǎn)生冷脆性；3）能提高易切削鋼的切削性能；4）能改善鋼液的流動(dòng)性，提高鋼液的鑄造性能；5）能提高合金鋼耐大氣和海水的腐蝕能力；6）能提高電工用硅鋼的導(dǎo)磁率對(duì)絕大多數(shù)鋼種而言，[P]是一種有害元素。二、脫磷反應(yīng)第五節(jié)去硫一、硫?qū)︿撔阅艿挠绊懸粤蚧镄问酱嬖?，如FeS、MnS等。1）使鋼產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。所謂熱脆現(xiàn)象是指鋼錠或鋼坯在高溫條件下（如1100oC）進(jìn)行軋制時(shí)，會(huì)產(chǎn)生斷裂的現(xiàn)象。2）對(duì)鋼的力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。3）使鋼的焊接性能降低。4）能改善易切削鋼的切削性能。二、爐渣去硫三、氣化去硫第六節(jié)脫氧一、脫氧的目的和任務(wù)氧的危害1）嚴(yán)重降低鋼的力學(xué)性能，尤其是塑性和韌性2）大量氣泡的產(chǎn)生將破壞錠坯的合理結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響鋼錠質(zhì)量，甚至造成廢品。3）鋼中的氧能加劇硫的熱脆危害2.脫氧的目的和任務(wù)脫氧的目的在于降低鋼中的含氧量，脫氧的任務(wù)是：1）降低鋼液中溶解的氧，把氧轉(zhuǎn)變成難溶于鋼液的氧化物如：MnO、SiO2等。2）將脫氧產(chǎn)物排出鋼液之外。3）脫氧時(shí)還要完成調(diào)整鋼液成分和合金化的任務(wù)。二、常用的脫氧劑Mn、Si、Al三、脫氧方法1.沉淀脫氧法2.爐渣脫氧法3.真空脫氧法第七節(jié)鋼中的氣體氫和氮第八節(jié)鋼中的非金屬夾雜物第十章煉鋼原料第一節(jié)金屬料一、鐵水

轉(zhuǎn)爐煉鋼最主要的金屬料，一般占轉(zhuǎn)爐金屬料70％以上。一般要求入爐鐵水溫度不低于1250oC，而且要穩(wěn)定。含硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.2～0.6%。錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2～0.4%。二、廢鋼電弧爐煉鋼最主要的金屬料，其用量約占金屬料的70～90％。三、生鐵通常配入量為10～30％。四、鐵合金脫氧和合金化材料第二節(jié)非金屬料一、造渣材料石灰【CaCO3】、螢石【CaF2】和白云石【CaCO3?MgCO3】二、氧化劑氧氣、鐵礦石、氧化鐵皮第十一章氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝1952年和1953年在奧地利的林茨（Linz)和多納維茨（Donawitz）城先后建成并投入生產(chǎn)，故又稱為L(zhǎng)D（BOF）法。原料適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)率高、成本低、可煉鋼種多、鋼質(zhì)量好、投資省、建設(shè)速度快現(xiàn)代主要煉鋼方法之一。冶煉一爐鋼的吹煉時(shí)間一般為15～20分鐘?？傄睙挄r(shí)間（從出鋼到下一次出鋼的時(shí)間）一般為30～45分鐘）第十二章堿性電弧爐煉鋼法第十三章其他電冶金法第十四章?tīng)t外精煉真空除氣脫氧法循環(huán)真空脫氣法第十五章鋼錠模鑄錠（模鑄）鋼的澆注，就是把在煉鋼爐中熔煉和爐外精煉所得到的合格鋼水，經(jīng)過(guò)鋼包（又稱盛鋼桶）及中間鋼包等澆注設(shè)備，注入一定形狀和尺寸的鋼錠?；蚪Y(jié)晶器中，使之成鋼錠或鋼坯。鋼的澆注是銜接煉鋼和軋鋼之間的一項(xiàng)特殊作業(yè)，是煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)目前采用的澆注方法，有鋼錠模鑄錠法（模鑄法）和連續(xù)鑄鋼法（連鑄法）兩種。第一節(jié)幾種模鑄法及特點(diǎn)簡(jiǎn)介模鑄法是將盛鋼桶內(nèi)的鋼水注入到具有一定形狀和尺寸的鋼錠模中，從而鑄成鋼錠的方法。鋼錠經(jīng)過(guò)初軋開(kāi)坯軋制成鋼坯，然后再進(jìn)一步軋制成各種鋼材。一、坑鑄法根據(jù)澆注系統(tǒng)的擺放位置不同，可將模鑄法分為坑鑄法和車鑄法?？予T法坑鑄法是將鋼錠模擺放在鑄坑內(nèi)的底板上進(jìn)行澆注，澆注作業(yè)全在鑄錠內(nèi)進(jìn)行。生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)條件差，鋼錠質(zhì)量難以保證。僅在一些小的、老式煉鋼車間采用。2.車鑄法車鑄法是將鋼錠模擺放在鑄車的底板上進(jìn)行澆注的。脫模、整模等均在另外的廠房?jī)?nèi)進(jìn)行。占地面積大，基建投資多。多在大型、新建的車間采用。二、上注法和下注法根據(jù)鋼液由鋼包注入鋼錠模的方式不同，又將模鑄法分為上注法和下注法兩種。1.上注法鋼液由鋼錠模上口直接注入模內(nèi)的澆注方法。上注法每次只能鑄一支（或2～4支）鋼錠，必需的設(shè)備是鋼包、鋼錠模、保溫帽、中注管和底板。1）優(yōu)點(diǎn)鑄錠準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單，耐火材料消耗少，鋼水收得率高，鋼錠成本低；由于耐火材料侵蝕產(chǎn)生的夾雜物少；澆注速度比下注法快，鑄溫可比下注低。由于模內(nèi)高溫鋼液始終位于鋼錠模上部，并可反復(fù)進(jìn)行添注，因此，有利于減少翻皮、縮孔和疏松等缺陷，鋼錠內(nèi)部質(zhì)量好。2）缺點(diǎn)一次只能澆注一支（或2～4支）鋼錠；開(kāi)澆時(shí)易引起飛濺，造成結(jié)疤、皮下氣泡等缺陷；由于鋼水對(duì)模底的沖刷，容易燒壞鋼錠模和底板，鋼錠模消耗較高；由于時(shí)間的限制，只適宜大鋼錠的澆注。2.下注法鋼液經(jīng)中注管、湯道從模底進(jìn)入模內(nèi)的澆注方法，稱為下注法。下注法一次能夠鑄成數(shù)根至數(shù)十根鋼錠，必需的設(shè)備是鋼包、鋼錠模、保溫帽、中注管和砌有分流磚和流鋼磚的底板1）優(yōu)點(diǎn)能同時(shí)澆注若干支鋼錠，生產(chǎn)率高；鋼液在模內(nèi)上升平穩(wěn)，鋼錠表面質(zhì)量好；有利于鋼中氣體及夾雜物上浮排出。2）缺點(diǎn)鑄錠準(zhǔn)備工作復(fù)雜；耐火材料消耗高，鋼液損失多；鋼中夾雜物多；鋼液內(nèi)部質(zhì)量不如上注。第二節(jié)模鑄法的主要設(shè)備一、鋼包盛鋼水以進(jìn)行澆注的主要設(shè)備鋼包的使用壽命一般為35次。普遍采用滑動(dòng)水口二、鋼錠模澆注時(shí)承受鋼液的模子，是使鋼液凝固成鋼錠的模型。鑄鐵鑄造而成，使用壽命一般在60～80次。有上大下小型和上小下大型兩種。常用方形和扁形斷面的鋼錠模。三、保溫帽使鋼錠頭部長(zhǎng)時(shí)間處于液態(tài)，以便充填鋼錠本身因凝固收縮而產(chǎn)生的縮孔，從而得到致密的鋼錠。安裝在上大下小的鋼錠模的上部。一般占鋼錠重量的8～12％。四、中注管采用下注法時(shí)，將從鋼包水口流下的鋼液引入分流磚、流鋼磚而流入各個(gè)鋼錠模內(nèi)。五、底板底盤(pán)或錠盤(pán)，承托鋼錠模。第三節(jié)模鑄法澆注工藝一、澆注準(zhǔn)備二、鋼液澆注三、鋼錠的冷卻和退火第四節(jié)鋼錠的種類第五節(jié)鋼錠常見(jiàn)缺陷一、鎮(zhèn)靜鋼鋼錠常見(jiàn)缺陷二、沸騰鋼鋼錠主要缺陷三、半鎮(zhèn)靜鋼鋼錠主要缺陷1）縮孔2）偏析3）軋后流渣第十六章連續(xù)鑄鋼鋼液經(jīng)過(guò)連續(xù)鑄鋼機(jī)（簡(jiǎn)稱連鑄機(jī)）直接生產(chǎn)鋼坯的方法叫連續(xù)鑄鋼。它生產(chǎn)出來(lái)的鋼坯叫連鑄坯。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始發(fā)展，60年代得到推廣應(yīng)用，70年代后期，設(shè)備和工藝的發(fā)展日臻完善。世界主要產(chǎn)鋼國(guó)家的連鑄比都超過(guò)了90％。我國(guó)于1960年首先試驗(yàn)成功弧形連鑄機(jī)。1998年連鑄比達(dá)67％。第一節(jié)連鑄法的優(yōu)點(diǎn)從根本上改變了間接澆注鋼錠的模鑄傳統(tǒng)工藝，大大簡(jiǎn)化了由鋼液得到鋼材的生產(chǎn)流程。1）鑄坯的切頭率比鑄錠大為減少，金屬收得率提高10～20％，鋼的成材率提高8～14％，耐火材料消耗節(jié)省15％，鋼的生產(chǎn)成本降低15～20％2）連鑄和軋鋼配合生產(chǎn)，可以節(jié)省70～80％的熱能消耗，減少初軋?jiān)O(shè)備，車間占地面積減少30％左右，節(jié)約基建費(fèi)用40％左右。3）便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率30％4）連鑄坯組織致密，夾雜少，質(zhì)量好。第二節(jié)連鑄機(jī)的類型第三節(jié)弧形連鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)和工藝控制第四節(jié)連鑄鋼坯的結(jié)構(gòu)與缺陷一、連鑄鋼坯的凝固特征1）冷卻強(qiáng)度大，鑄坯凝固速度快，凝固系數(shù)比模鑄約大17％。2）鑄坯凝固時(shí)液相深度大。3）鑄坯長(zhǎng)度方向的結(jié)構(gòu)較均勻。二、連鑄鋼坯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）激冷層（2）柱狀晶帶（3）錠心帶三、連鑄鋼坯的缺陷第五節(jié)連鑄技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)一、努力提高連鑄機(jī)的生產(chǎn)率1.提高鑄機(jī)作業(yè)率2.提高拉速二、提高鑄坯質(zhì)量1.采用爐外精煉技術(shù)處理鋼水2.保護(hù)澆注3.發(fā)展中間罐冶金技術(shù)4.電磁攪拌5.二冷區(qū)采用氣水霧化冷卻三、擴(kuò)大品種四、連鑄生產(chǎn)的自動(dòng)控制五、鑄坯熱送和連鑄連軋第十七章煉鋼主要新工藝新技術(shù)第一節(jié)煉鋼工藝方面新工藝新技術(shù)一、煉鋼工藝方面1.鐵水預(yù)處理2.轉(zhuǎn)爐零能（或負(fù)能）煉鋼3.多段煉鋼少渣吹煉4.轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)5.直接煉鋼6.連續(xù)煉鋼二、電爐煉鋼方面1.短流程工藝2.電爐容量大型化3.超高功率電弧爐4.電弧爐偏心爐底出鋼5.直流電弧爐第二節(jié)澆注工藝方面新工藝新技術(shù)一、高效連鑄二、近終形連鑄連鑄坯的斷面尺寸接近于用其軋制出產(chǎn)品斷面形狀的連鑄技術(shù)。三、薄板坯連鑄連軋鋼液經(jīng)連續(xù)地鑄成板坯后，為了充分利用鑄坯余熱，而將鋼坯及時(shí)送入軋機(jī)軋制成（板）材的新工藝。20世紀(jì)80年代末、90年代初開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)重大高薪技術(shù)。1.連鑄－離線熱裝軋制2.連鑄－直接軋制3.連鑄－在線同步軋制技術(shù)自1989年6月ＣＳＰ薄板坯連鑄生產(chǎn)線在美國(guó)紐柯公司問(wèn)世以來(lái)，該項(xiàng)工藝技術(shù)發(fā)展迅猛。珠鋼所建的ＣＳＰ生產(chǎn)線是我國(guó)首條薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線。設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為80萬(wàn)t。鑄坯尺寸為50×900～1350mm。1999年8月試生產(chǎn)，12月達(dá)月產(chǎn)25000t熱軋卷。每日8～12爐，約1500t左右。設(shè)計(jì)最薄規(guī)格為1.00mm，日前已軋出1.05mm。已能穩(wěn)定生產(chǎn)厚度1.2mm～1.5mm板卷。邯鋼的ＣＳＰ生產(chǎn)線于2000年初投產(chǎn)。鑄坯尺寸：700×900～1680mm。由3座100t氧氣轉(zhuǎn)爐供應(yīng)鋼水、第一期設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為123萬(wàn)t；第二期為240萬(wàn)t。自1999年12月10日軋出第一卷后，經(jīng)1個(gè)半月冷負(fù)荷試車，數(shù)次熱負(fù)荷試車后，于3月上旬已實(shí)現(xiàn)8爐連鑄連軋，并創(chuàng)一日3個(gè)澆次24爐，日產(chǎn)2400t熱軋卷的好成績(jī)。3月份月產(chǎn)量超4萬(wàn)ｔ，預(yù)計(jì)4月份月產(chǎn)量可達(dá)5.5萬(wàn)ｔ，其達(dá)產(chǎn)單流產(chǎn)量將達(dá)到130～140萬(wàn)t/a，這也將是世界水平的紀(jì)錄。自1989年6月ＣＳＰ薄板坯連鑄生產(chǎn)線在美國(guó)紐柯公司問(wèn)世以來(lái)，該項(xiàng)工藝技術(shù)發(fā)展迅猛。珠鋼所建的ＣＳＰ生產(chǎn)線是我國(guó)首條薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線。設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為80萬(wàn)t。