07《金屬熔煉原理與工藝》總復(fù)習(xí)題

第第#頁共16頁加入一定量孕育劑。20、球化處理及方法球化處理方法主要指球化劑的加入方法。球化處理方法不同，球化劑被鐵液吸收率不同，球化效果就大不一樣。目前常用的球化處理方法主要有沖入法、自建壓力加鎂法、轉(zhuǎn)包法、蓋包法、型內(nèi)法、鐘罩法、密封流動法以及型內(nèi)法等。24、電弧爐煉鋼特點電弧爐主要是利用電極與爐料間放電產(chǎn)生電弧發(fā)出的熱量來煉鋼。其優(yōu)點為：熱效率比較高，廢氣帶走的熱量相對較少，其熱效率可達65%以上；溫度高，電弧區(qū)溫度高達3000°C以上，可快速熔化各種爐料，并使鋼水加熱到大于1600°C；同時溫度容易調(diào)整和控制，可滿足冶煉不同鋼種的要求；爐內(nèi)氣氛可以控制，既可造成氧化性氣氛，又可造成還原性氣氛，因此，具有很強的去除鋼中有害雜質(zhì)磷、硫的能力，同時還有很強的脫氧能力，故鋼中非金屬夾雜物含量相對較低，合金元素收得率也相對較高，鋼的成分容易控制，適于冶煉各種合金鋼及優(yōu)質(zhì)鋼；可用100%的廢鋼進行熔煉，而且與其它煉鋼法相比設(shè)備較簡單，占地少，投資省，建廠快；容易控制污染。電弧爐不足之處，如由于電弧的離解作用，使空氣和水蒸氣離解出大量氫和氮，在還原期易被鋼水吸收，因此，電爐鋼若不經(jīng)特殊處理，其氫、氮含量一般比轉(zhuǎn)爐鋼高；由于電弧是點熱源，爐內(nèi)溫度分布不均勻，熔池平靜時，各部位的鋼水溫度相差較大，尤其大爐子更為突出。25、感應(yīng)電爐熔煉的特點沒有碳質(zhì)電極，冶煉過程中不會增碳，可以熔煉含碳很低的鋼或合金。沒有電弧及電弧下的高溫區(qū)且自身有攪拌作用，易使溫度均勻，熔化快且可獲得含氣體較低的鋼。坩堝內(nèi)的金屬受電磁攪拌的作用，使各種反應(yīng)加快，鋼的成分更加均勻化。調(diào)節(jié)功率比較方便簡單，能準(zhǔn)確地控制熔池所需的溫度。爐子尺寸較小，占地面積少，容易裝置在真空下或惰性氣氛中進行熔煉或澆注。合金的燒損少，合金元素收得率很高。29、電弧爐脫C氧化方法吹氧脫C：速度速度快，升溫快，溫度高，冶煉時間短，脫P效果差，強烈沸騰，對精煉鋼效果好。礦石脫C：操作方便，冶煉溫度低，時間長，脫C、脫P容易配合；去P效果好。鋼液和爐渣含量：吹氧法熱力學(xué)、動力學(xué)條件更好。綜合法：先加礦后吹氧，即在加礦石脫P,達到進入還原期要求時，進行吹氧操作，快速脫C,去P不重可在氧化閃期就礦氧并用。31、根據(jù)沖天爐內(nèi)焦炭存在的狀態(tài)不同如何分區(qū)？熱交換各有何特點？根據(jù)沖天爐內(nèi)焦炭存在的狀態(tài)不同，沖天爐內(nèi)可劃分為預(yù)熱區(qū)、燃燒區(qū)(氧化帶和還原帶)和爐缸區(qū)。預(yù)熱區(qū)；從加料口的下緣至底焦的頂面之間稱為預(yù)熱區(qū)。從金屬爐料開始熔化至熔化完畢這一段稱為熔化區(qū)。通常將鐵料熔化完畢至第一排風(fēng)口平面之間這一段爐身高度稱為過熱區(qū)。爐缸區(qū)；由最下排風(fēng)口中心線至爐底之間所包括的區(qū)域。1、預(yù)熱區(qū)內(nèi)的熱交換自沖天爐加料口下緣附近的爐料面開始，至金屬料開始熔化的位置，這一段稱為沖天爐的預(yù)熱區(qū)。該區(qū)前熱交換有以下特點：爐氣與金屬爐料之間的熱交換以對流傳熱為主在正常情況下，預(yù)熱區(qū)下緣爐氣的最高溫度約1200C左右，而爐氣至預(yù)熱區(qū)上沿的溫度僅200?600C。由于這一區(qū)域平均溫度不高；爐氣在料層內(nèi)的實際流速較大，因爐氣與爐料表面之間的傳熱方式主要是對流傳熱。傳遞熱量大鑄鐵在熔化溫度以下的平均質(zhì)量熱容約為670J/(kg?°C),熔化溫度約為1200C。設(shè)爐料的初始溫度為20C，則頂熱區(qū)所傳遞的熱量為；(1200-20)°CX0.67J/(kg?°C)~791kJ/kg。此時，由預(yù)熱區(qū)傳遞的熱量約占總熱量的65%左右，可見預(yù)熱區(qū)內(nèi)傳遞熱量之大。預(yù)熱區(qū)高度變化大預(yù)熱區(qū)在爐內(nèi)的延伸高度受到爐子有效高度、底焦高度、爐內(nèi)料面的實際位置、爐料塊度、爐內(nèi)料層的下移速度、爐氣分布、鐵焦比等許多因素的影響。因此，即使結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同的爐子，由于澡作條件的變動，同樣可以導(dǎo)致預(yù)熱區(qū)高度的大幅度波動，從而造成熔化效果的差異。1、熔化區(qū)內(nèi)的熱交換1）傳熱以對流傳熱為主熔化區(qū)內(nèi)爐氣與爐料之間的熱交換與預(yù)熱區(qū)相仿，仍以對流傳熱為主。在熔化區(qū)內(nèi)，爐料不僅吸收209?251kJ/kg的熔化潛熱，而且還吸收使鐵料過熱所必需的熱量。（2）區(qū)域呈凹形分布沖天爐內(nèi)的熔化區(qū)，由于爐氣與溫度分布的不均勻性，在爐內(nèi)呈凹形分布。圖1-9a表示因爐氣沿爐膛截面分布不均勻造成熔化區(qū)呈凹形分布。圖中b（豎線區(qū)）比a（橫線區(qū)）下凹嚴(yán)重，因此熔化區(qū)的平均高度Hb比Ha低。（3）區(qū)域高度波動大過熱區(qū)內(nèi)的熱交換（1）鐵液的受熱是以鐵液與焦炭表面相接觸的熱傳導(dǎo)為主。在過熱區(qū)中焦炭對鐵液的傳導(dǎo)傳熱約占75%，焦炭對鐵液的輻射傳熱約占18%，而爐氣對鐵液的對流和輻射傳熱約占7%。（2）傳熱強度大鐵液在過熱區(qū)內(nèi)，以小鐵滴或小流股穿入熾熱的底焦層，停留時間一般在10?30s,而溫度升高則達250?350°C以上，每千克鐵液接受熱量達230~322kJ以上，鐵料在熔化區(qū)停留時間約5?7min，傳熱量約為230kJ/kg；在預(yù)熱區(qū)停留時間約30min左右，傳遞熱量約791kJ/kg。正由于普通沖天爐過熱區(qū)內(nèi)傳熱的這一特點，所以提高鐵液溫度比較困難。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)沖大爐總的熱效率為30%?50%時，預(yù)熱區(qū)的熱效率在20%以上，熔化區(qū)熱效率為60%左右，而過熱區(qū)則僅7%左右。因此，人們對沖大爐熔煉總的評價是：熔化便宜過熱貴。這是發(fā)展沖天爐與電爐雙聯(lián)的原因之一，也是沖天爐工作的一個重要特點。（3）爐氣最高溫度與區(qū)域高度起決定性作用鐵液在過熱區(qū)的受熱強度隨爐氣最高溫度的提高而增大，且取決于過熱區(qū)域的高度和鐵液滴的下落速度。在一般操作條件下，鐵液滴的大小和下落速度的變動幅度不大。32、配料注意事項1）必須正確地進行配料計算和準(zhǔn)確地稱量爐料裝入量；2）爐料的大小要按比例搭配，以達到好裝、快化的目的；3）各類爐料應(yīng)根據(jù)鋼的質(zhì)量要求和冶煉方法搭配使用；4）配料成分必須符合工藝要求；5）爐料裝入量必須保證鋼錠能注滿，每爐鋼要有規(guī)定的注余鋼水，防止短錠或余鋼過多。33、影響沖天爐熔煉鐵水溫度的主要因素有哪些？（1）焦炭的影響（焦炭的固定碳、焦炭塊度、焦炭的反應(yīng)性、底焦高度、焦耗量）（2）送風(fēng)的影響（送風(fēng)量、送風(fēng)速度、風(fēng)溫、送風(fēng)中氧濃度、各排風(fēng)口風(fēng)量分配與排距）；（3）爐料的影響（爐料塊度、批料量、爐料潔凈度）；（4）熔煉操作參數(shù)的影響（底焦高度、焦碳消耗量、批料量）；（5）沖天爐結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響（爐型、風(fēng)口布置）。33、煉鋼的目的和要求（1）熔化爐料，過熱，保證澆溫；（2）調(diào)整鋼液成分（C、Si、Mn等）含量控制在范圍之內(nèi)；（3）降低鋼液中有害元素S、P在規(guī)定限度以下。（4）降低鋼液中非金屬夾雜物和氣體，使鋼液純凈。37、分析熔煉中脫硫反應(yīng)的基本條件。脫硫基本反應(yīng)為：（CaO）+[FeS]=（CaS）+（FeO）（吸熱）從反應(yīng)式中可以看出，脫硫的基本條件是：咼堿度、咼溫、低氧化性。（1）爐渣堿度研究結(jié)果表明：爐渣堿度在3.0?3.5之間最好，過高會使黏度增加，不利硫在鋼一渣之間的擴散，過低則不符合脫硫要求。（2）氧化性爐渣氧化性對脫硫的影響較為復(fù)雜，從脫硫反應(yīng)式中可以看出，渣中的還原性越強，即工（FeO）越低越有利于脫硫反應(yīng)。但實際生產(chǎn)中氧氣轉(zhuǎn)爐的氧化渣中也能去除一部分硫，其主要原因是：E（FeO）的存在改善了渣的流動性，能促進石灰的熔化，有利于高堿度渣的形成，從而部分改善了脫硫條件。盡管氧化渣中也能脫硫,但在其他條件如攪拌、溫度、堿度等完全相同的條件下，氧化渣的去硫效果還是遠遠低于還原渣的。溫度高溫有利于吸熱反應(yīng)的進行，即有利于去硫反應(yīng)的順利進行。鋼一渣攪拌情況去硫是鋼一渣界面反應(yīng)，加強鋼一渣攪拌擴大反應(yīng)界面積有利于去硫。例如電爐(還原期)出鋼時，采用鋼一渣混出的方法，使鋼液和爐渣強烈混合，鋼一渣界面大大增加，充分發(fā)揮了電爐還原渣的脫硫能力，使脫硫反應(yīng)能夠迅速進行。渣量增加渣量可以減少(CaS)的相對濃度，可促進去硫反應(yīng)。38、分析熔煉中脫磷反應(yīng)的基本條件。脫磷的基本反應(yīng)2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO?P0)+5[Fe]放熱25從反應(yīng)式中可以看出：較低的溫度、高(FeO)、高(CaO)有利于脫磷反應(yīng)的進行。脫磷的基本條件爐渣的堿度要適當(dāng)高，流動性要好。研究結(jié)果認(rèn)為，脫磷時的爐渣堿度控制在2?5?3最好。適當(dāng)提高爐渣的氧化性，即渣中的氧化鐵要高。適當(dāng)?shù)臏囟取１M管低溫有利于放熱反應(yīng)的進行，但低溫不利于石灰的熔化，不利于擴散反應(yīng)的進行，從而最終還將影響到脫磷反應(yīng)速度。所以，為了獲得最佳的脫磷效果，熔池應(yīng)有適當(dāng)?shù)臏囟?，不能太高也不能太低。大渣量是提高脫磷效果的有效方法之一。對于電爐來說，采用自動流渣的方法，放舊渣、造新渣就是大渣量的另一種操作形式。沖天爐、感應(yīng)爐、電弧爐基本結(jié)構(gòu)六、計算題1、冶煉40Cr鋼液3t，還原期限成分[C]=0.3%,[Cr]=0.65%,成品中限[C]=0.39%,[Cr]=0.95%,試問使用含[C]=9.0%、[Cr]=60%的鉻鐵，還需加入多少生鐵。生鐵中[C]=4.0%,鉻的收得率為95%。解：需加入高碳鉻鐵T=3000X(0.95%-0.65%)/[(60%-0.95%)X95%]=16kg鉻鐵增碳量=16X(9%-0.39%)/3000=0.046%需加入生鐵量=3000X(0.39%-0.30%-0.046%)/(4.0%-0.39)=36.5kg2、沖天爐熔煉HT200鐵鐵。已知HT200的牌號及金屬爐料的化學(xué)成分見表(％)。進行配料計算。表各種爐料成分CSiMnPSHT200成分范圍3.3~3.51.5?2.00.5?0.8<0.25<0.12爐料Z15生鐵4.191.560.760.040.036回爐料3.281.880.660.070.098廢鋼0.150.350.500.050.05錳鐵60硅鐵75元素增減率+5-15-200+50解：(1)根據(jù)C、S增加和Si、Mn減少，根據(jù)牌號成分范圍，取合金液成分為C3.40%,Sil.75%,Mn0.65%，計算所需配制料平均化學(xué)成分。C=C/(1+n)=3.40%/(1+5%)=3.24%爐料鐵液Si=Si/(1+n)=1.75%/(1-15%)=2.06%爐料鐵液Mn=Mn/(1+n)=0.65%/(1-20%)=0.81%爐料鐵液S<S/(1+n)=0.12%/(1+50%)=0.08%爐料鐵液P<0.25%確定爐料比例。確定回爐料比例為20%(可對回爐料、生鐵、廢鋼三種爐料事先確定一比例值)，假設(shè)Z15生鐵加入比例為X，則廢鋼加入比例為(1-X-20%)，則：4.19%x+0.15%X(1-x-20%)+3.28%X20%=3.24%X100%

由此求得x=20%。因此鐵料配比為：Z15生鐵60%，廢鋼20%，回爐料20%。確定鐵合金加入比例。錳鐵配比=[0.81%-(60%X0.76%+20%X0.50%+20%X0.66%)]/60%=0.20%硅鐵配比=[2.06%-(60%X1.56%+20%X0.35%+20%X1.88)]/75%=0.90%(3)確定配料成分單。見下表。表1HT200配料單(％)爐料名稱配比CSiMnPS成分?jǐn)?shù)量成分?jǐn)?shù)量成分?jǐn)?shù)量成分?jǐn)?shù)量成分?jǐn)?shù)量Z15生鐵604.192.511.560.940.760.460.040.0240.0360.022回爐料203.280.661.880.380.660.130.070.0140.0980.020廢鋼200.150.030.350.070.500.100.050.0100.050.010錳鐵0.20600.12硅鐵0.90750.68合計3.202.070.810.0480.052要求成分3.242.060.81<0.25<0.08由上表可知，P、S均在規(guī)格范圍內(nèi)，上述配料可行。3、電弧爐氧化冶煉20CrMnTi鋼，爐料裝入量為18.8t，爐料綜合收得率為97%，有關(guān)數(shù)據(jù)如下，計算錳鐵、鉻鐵、鈦鐵、硅鐵加入量？元素名稱MnSiCrTi控制成分％0.950.271.150.070.8~1.100.2~0.41.0~1.30.06~0.12分析成分％0.600.100.50合金成分％65756830元素收得率％95959560解：爐內(nèi)鋼水量：P=18800X97%=18236(kg)合金加入量：18236x(95%-0.60%)[G]==103(kg)M-Fe65%x95%18236x(0.27%-0.10%)[G]二'=44(kg)Si-Fe75%x95%18236x(1.15%-0.50%)[G]==183(kg)de68%x95%18236x0.07%[G]==71(kg)T-Fe30%x60%驗算:鋼水總量P=18236+103++44+183+71=18637(kg)18236x0.60%+103x65%x95%)[Mn]==0.93%1863718236x0.10%+44x75%x95%)[Si]==0.27%1863718236x0.50%+183x68%x95%)[Cr]==1.12%1863771x30%x60%)[Ti]==0.07%18637計算結(jié)果與預(yù)定的成分控制相符。4、氧化法配料計算氧化法冶煉45鋼，用下注法澆鑄2t重方錠8根，湯道及中注管重200kg，注余重150kg，爐料由50%的外來廢鋼，返回廢鋼及低磷硫生鐵組成。使用的鐵合金料為：錳鐵含錳量70%，收得率為98%，硅鐵含硅量75%，收得率90%，爐料綜合回收率95%。求配料量及爐料組成？原材料的化學(xué)成分見表，其其余已知條件為：①化清碳規(guī)格0.25%，料中配C1.05%；②還原期加硅鐵時，鋼中殘Si量為0.03%；③還原初期調(diào)整鋼Mn含量時，鋼液中殘Mn量按0.1%計算。④礦石加入量15kg/t,礦石含鐵量60%，礦石回收率80%。表1各種爐料成分元素CSiMnPS備注45鋼規(guī)格0.42?0.500.17?0.370.50~0.80<0.04<0.0445鋼返回廢鋼0.450.270.65<0.04<0.04生鐵4.000.500.50<0.04<0.07回收率100%錳鐵70回收率98%硅鐵75回收率90%5、例：冶煉Cr12鋼，鋼液重量15000kg，其他數(shù)據(jù)如下:成分％控制爐中鉻鐵軟鐵C2.152.350.0060.006Cr12.010.067Cr0000系微C鉻鐵，含C量極低，其中C回收率按100%計.鉻鐵和軟鐵含C量相同，為減少C,它們總量為G1+G2=15000X(2.15%-2.35%)/IX(00.06%-2.15%)=1435kg增加鉻鐵G1=[15000X(12%-10%)+1435X12%]/(96%X67%)=735kg軟鐵量：G2=1435-735=700kg6、采用氧化法冶煉ZG45，鑄件重290kg，澆注3盤40件，中注管標(biāo)準(zhǔn)重量50kg/支，湯道標(biāo)準(zhǔn)重量10kg/件，注余250kg。規(guī)定配料時選用本鋼種返回鋼和湯道、注余共8000kg，其余用生鐵和雜鐵料配齊。爐料綜合回收率按94%計。試求配料量，確定各種廢鋼的配比，并填寫配料單；原材料的化學(xué)成分見表，其其余已知條件為：①化清碳比規(guī)格下限（0.42%）高0.40%，料中配C1%；②造還原渣時加入硅鐵粉為3kg/t，還原期加硅鐵時，鋼中殘Si量為0.15%,;③還原初期調(diào)整鋼Mn含量時，鋼液中殘Mn量按0.1%計算。④礦石消耗量為1kg/t去除0.01%[C]/t鋼液，礦石含鐵量55%，礦石回收率80%。表1各種爐料成分元素CSiMnPS備注45鋼規(guī)格0.42~0.500.17?0.370.50~0.80<0.04<0.0445鋼返回廢鋼0.450.270.65<0.04<0.04生鐵4.000.500.50<0.04<0.07雜鐵0.251.000.50<0.05<0.05

錳鐵63回收率97%硅鐵75回收率98%硅鐵粉回收率55%解：1)求配料量：求出鋼量：出鋼量=產(chǎn)量+湯道+中注管+注余=290X40+50X3+10X40+250=12400kg求裝入量裝入量=出鋼量/綜合回收率=12400/94%=13200kg求配料量12