鋼鐵冶金概論3鐵水預處理+轉爐煉鋼

第三章鐵水預處理 -轉爐煉鋼材料與冶金學院冶金工程系武漢科技大學鐵水在進入轉爐前，為除去某些有害元素的處理過程。?預脫硫：電石、石灰、金屬鎂等爐外脫硫劑簡化煉?預脫硅：鐵水溝、盛鐵水容器中噴吹氧化劑鋼過程，?預脫磷：盛鐵水容器中噴吹氧化劑提高鋼的質量鐵水預處理按需要可在鐵水溝、盛鐵水容器(鐵水包、魚雷罐)或轉爐中時行。2015/10/9/09:47:4833煉鋼3.1.1 鐵水預處理 ——預脫硫

2015/10/93.1 鐵水預處理工藝鐵水預處理是指鐵水進入煉鋼爐之前對其進行脫除雜質元素（主要為S、Si、P）或從鐵水中回收有價值元素的一種工藝。S——易引起熱脆，降低鋼的強度、橫向力學性能和深沖壓性能，鐵水脫硫條件比鋼水脫硫優(yōu)越Si——使鋼產(chǎn)生冷脆性P——減少轉爐石灰消耗量，減少渣量和鐵損鐵水預處理可分為普通鐵水預處理和特殊鐵水預處理，前者有脫硫、脫硅、脫磷或同時脫磷脫硫；后者有鐵水提釩、提鈮等。2015/10/9/09:47:48223.1.1 鐵水預處理 ——預脫硫鐵水預處理(脫硫)比鋼水脫硫的優(yōu)越性體現(xiàn)在：鐵水中[C]、[S]含量高，提高了硫的反應能力；鐵水中[O]含量低，提高了渣鐵間的硫分配比；脫硫費用高爐脫硫：鐵水預處理脫硫：轉爐：爐外精煉=2.6:1:16.9:6.1.2015/10/9/09:47:4844KR法鐵水預脫硫示意圖依據(jù)攪拌方法，目前生產(chǎn)中采用的爐外脫硫方法可分為四類：鐵流攪拌法、機械攪拌法、氣體攪拌法和插入法。用得較多的為機械攪拌法(KR法)和氣體攪拌法(頂部噴吹法)。KR法:用實心旋轉器攪拌鐵水，脫硫脫劑硫為劑為CaC2和石灰粉+Na2CO3。頂部噴吹法:以載氣（N2）將脫硫劑經(jīng)頂部噴嘴噴入魚雷型混鐵車和鐵水包的鐵水中，脫硫劑為CaC2、Na2CO3。2015/10/9/09:47:4855KR法1－脫硫劑； 2－攪拌器；－至除塵2015/10/9/09:47:48

將澆鑄耐火材料并經(jīng)過烘烤的十字形攪拌頭插入鐵水罐中旋轉，產(chǎn)生漩渦，脫硫劑由給料器加到鐵水表面，被漩渦卷到鐵水中，與鐵水中硫發(fā)生作用，達到脫硫的目的。特征：1)脫硫效率高； 2）脫硫劑耗量少；3）鐵水溫降?。?4）作業(yè)時間短；5)金屬損耗少； 6）耐火材料消耗少設備：扒渣機、攪拌器、脫硫劑輸送系統(tǒng)6 61頂部噴吹法鐵水預脫硫示意圖以惰性氣體為載體，將脫硫劑和氣體混合吹入鐵水深部，以攪動鐵水與脫硫劑充分混合的脫硫方法 。特征：脫硫速度快；效率高；操作靈活方便；處理鐵水量大，設備投資小頂部噴吹法分混合噴吹和復合噴吹1－噴槍；2－脫硫劑；3－料倉；4－稱量料法倉；5－載氣（N2）2015/10/9/09:47:48772015/10/93.1.1 鐵水預處理-預脫硫按脫硫劑種類劃分四大系列以及復合脫硫劑蘇打系：爐前鐵水溝鋪撒法，宣鋼、包鋼做過噴吹工藝實驗電石系：主要用于噴吹法，攀鋼、寶鋼、武鋼用過石灰系：噴吹法，鞍鋼、寶鋼、武鋼、酒鋼、宜鋼、重鋼、太鋼金屬鎂系復合脫硫劑： 90年代起，鞍鋼、寶鋼、本鋼。2015/10/9/09:47:4888脫硫機理石灰法（CaO）電石法（CaC2）CaO+[S]=CaS(s)+[O]CaC2(s)+[S]=CaS(s)+2[C]CaO[s]+[S]+[C]=CaS(s)+CO[g]11特點：2CaO[s]+[S]+[Si]=CaS(s)+(2CaO?SiO2)22（1）CaC2有很強的脫硫能力；特點（1）在高在碳有高定碳硅含有量的鐵一水中定硅CaOO含有較量強的鐵水中，（2）脫硫反應為放熱反應，鐵水溫降??；脫硫能力；（3）產(chǎn)物為疏松的固體渣，利于防止回硫，扒渣方便；（2）脫硫渣為固體渣，對容器內襯侵蝕小，扒渣方便，（4）渣量少；但渣量大，鐵損較大；（5）電石粉易吸潮惡化（3）石灰粉流動性差，易架橋堵料且易吸水；（6）價格昂貴，運輸、保存困難。4）最好在惰性還原性氣氛下進行；5）石灰粉價廉易得，易加工、使用安全。2015/10/9/09:47:48992015/10/9/09:47:481010鎂粉法金屬鎂沸點1110℃，鐵水預脫硫溫度1250~1450℃，金屬鎂發(fā)生汽化，脫硫反應為：Mg(g)+[S]=MgS(s)初脫硫階段特點：[Mg]+[S]=MgS(s)深脫硫階段（1）能進行深度脫硫，可將可鐵將水鐵脫水硫脫至硫至0.005%；（2）產(chǎn)物MgS穩(wěn)定，熔點2000℃，密度小，容易上浮進入渣中；3）鎂在鐵水中有一定溶解度，防止回硫，處理后鐵水運輸過程中仍起到脫硫作用；4）用量少，對鐵水成分基本無影響；5）渣量少，減少鐵損，且利于環(huán)境保護；6）易造成鐵水噴濺和鎂蒸汽在鐵水罐外燃燒或爆炸；7）鎂蒸汽壓力大，使反應區(qū)攪拌良好，動力學反應速率快。2015/10/9/09:47:481111蘇打系（Na2CO3）特點：1）價格昂貴；2）揮發(fā)損失嚴重；3）環(huán)境污染大；4）侵蝕爐襯；5）目前只做號外鐵補救脫硫只用。2015/10/9/09:47:48121223.1.1 鐵水預處理 ——預脫硅鐵水預脫硅目的1）減少轉爐煉鋼石灰消耗量，減少渣量和鐵損；2）預脫磷的需要，鐵水中Si的氧勢比P的氧勢低很多。優(yōu)先于P氧化，脫磷鐵水硅含量應小于0.15%（3）低堿度下實現(xiàn)脫硅，成本低。預脫硅方法①鐵水溝投入法：在鐵水溝擋渣器位置或鐵水流經(jīng)鐵水罐處投脫硅劑，脫硅率較低，約50%。②頂吹法：脫硅劑靠載氣（N2）從噴粉罐經(jīng)噴槍射入到鐵水中，脫硅率約70%。③鐵水罐（或魚雷罐法）脫硅：噴吹法+氧槍吹氧，脫硅率約80%。2015/10/9/09:47:481313脫硅劑是氧化劑，有氧氣、鐵礦石粉、燒結礦粉/塵、軋鋼皮等。還加少量的副劑，主要有石灰、螢石等。用于調節(jié)爐渣的堿度、改善爐渣流動性等。脫硅原理：[Si]+2(FeO)(s)=SiO+4Fe(l)33[Si]+1(FeO)(s)=SiO(s)+3Fe(l)22[Si]+1(FeO)(s)=SiO(s)+3Fe(l)22[Si]+O2(g)=SiO22015/10/9/09:47:48

2015/10/9143.1.1 鐵水預處理 ——預脫磷預脫磷目的 兩類脫磷劑1）生產(chǎn)低磷鋼和超低磷鋼的需要。2）優(yōu)化工藝，實現(xiàn)少渣煉鋼。預脫磷原理P2O5不穩(wěn)定，易氧化劑2[P]+5(FeO)(s)=P2O5(s)+5Fe(l)回磷，Ca、脫5Na元素起到固定磷造渣劑2[P]+O2(g)=P2O5(s)劑的作用劑2助熔劑P2O（）（）5+3CaOs=3CaO?P2O52015/10/9/09:47:4815152015/10/9/09:47:4816163.1.1 鐵水預處理 ——預脫磷脫磷條件（1）降低反應溫度，T<1300℃利于脫磷反應進行；（2）提高鋼水、爐渣的氧化性利于脫磷；（3）提高鋼中P的活度和增加渣量，利于脫磷；（4）適當堿度；（5）對熔池進行強力攪拌。脫磷方法機械攪拌鐵水罐中加脫磷劑，機械攪拌使鐵水攪拌均勻，也可同時吹入氧氣噴吹法用載氣將脫磷劑經(jīng)噴槍吹入鐵水深部，蘇打灰+燒結礦脫磷。鐵水罐噴除法和魚雷罐噴吹法。SRP：一臺轉爐脫磷，一臺脫碳，脫碳渣用于脫磷劑轉爐雙聯(lián)法ORP：鐵水包脫磷，轉爐脫磷，排渣后脫碳NRP：脫硅后鐵水送入轉爐型脫磷爐，加塊狀渣料，復吹脫磷。2015/10/9/09:47:481717轉爐煉鋼（Convertersteelmaking ）武漢科技大學32015/10/9主要內容3.1煉鋼基本任務3.1 煉鋼的基本任務3.2 煉鋼爐渣(slag)3.3 煉鋼過程的基本原理3.4 煉鋼用原材料(rawmaterials)3.5 轉爐煉鋼

鋼具有良好的物理化學性能和力學性能，比鐵用途廣泛，90% 的生鐵要冶煉成鋼。煉鋼流程9長流程：氧氣轉爐煉鋼為中心的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)流程；短流程：以電爐煉鋼為中心的小鋼廠生產(chǎn)流程。煉鋼任務9 四脫：C、S、P、O；9 二去：氣體、夾雜；9 二調整：溫度、成分。2015/10/9/09:47:4819192015/10/9/09:47:4820203.2 煉鋼爐渣 3.2.1 煉鋼爐渣的作用3.2.1煉鋼爐渣的作用3.2.2煉鋼爐渣的來源及其組成3.2.3煉鋼爐渣的主要性質

“煉好鋼”首先要“煉好渣”，熔渣的物理化學性質影響煉鋼的化學反應平衡及反應速率。作用：通過對爐渣成分、性能及數(shù)量的調整，可以控制金屬中各元素的氧化和還原過程；向鋼中輸送氧以氧化各種雜質；吸收鋼液中的非金屬夾雜物，并防止鋼液吸氣（H、N）。副作用：侵蝕爐襯；降低金屬收得率。2015/10/9/09:47:4821212015/10/9/09:47:4822223.2.2 煉鋼爐渣的來源及其組成煉鋼爐渣的來源：加入的各種造渣材料；被侵蝕爐襯；煉鋼中化學反應的產(chǎn)物：氧化物和硫化物；廢鋼帶入的泥沙和鐵銹，氧化物或冷卻劑帶入的脈石。爐渣的組成煉鋼爐渣的基本體系是CaO-SiO2-FeO。9不同煉鋼方法造不同成分的渣，轉爐煉鋼為堿性氧化渣（CaO和FeO高，具有脫硫、脫磷作用）；電爐煉鋼造堿性還原渣（含有CaC2，具有脫硫、脫氧能力）。2015/10/9/09:47:4823233.2.3 熔渣的化學性質堿度R(basicity)：當爐料中[P]<0.30%時；R=w(CaO)R<1.0，酸性渣，長渣；w(SiO2)R>1.0，堿性渣，短渣當爐料中0.30%≦[P]<0.60%時煉鋼熔渣，R≧3.0；R=w(CaO)w(SiO2)+w(P2O5)氧化性——爐渣向金屬熔池傳氧的能力，一般以渣中氧化鐵（％∑FeO）含量（包括FeO和Fe2O3折合成的FeO）來表示。爐渣的氧化能力是個綜合的概念，其傳氧能力還受爐渣粘度、熔池攪拌強度、供氧速度等因素的影響。2015/10/9/09:47:48242443.3煉鋼過程的基本原理3.3.1煉鋼熔池中氧的來源及鐵液中元素的氧化方式3.3.2煉鋼熔池中元素的氧化次序3.3.3硅的氧化與還原3.3.4錳的氧化3.3.5脫碳反應(decabonization))3.3.6脫磷反應(dephosphorization)3.3.7脫硫反應(desulphurization)3.3.8鋼的脫氧(de-oxidation)3.3.9脫氣(degassing)3.3.10去除鋼中夾雜物2015/10/9/09:47:482525直接氧化方式直接氧化是指氧氣直接與鐵液中的元素產(chǎn)生氧化反應。當向鐵液中吹入氧氣時，如果在鐵液與氣相界面有被溶解的元素如[Si] ﹑[Mn] ﹑[C], 雖有大量的鐵原子存在，但根據(jù)元素的氧化次序 [Si] ﹑[Mn] ﹑[C]將優(yōu)先于鐵而被氧化。反應可寫為： [C]+1 ／2｛O2｝=｛CO｝[Si]+ ｛O2}= （SiO2）[Mn]+1 ／2｛O2｝＝（MnO）在氧氣轉爐煉鋼時氧氣流股沖擊鐵液形成一個沖擊坑，氧氣與鐵液直接接觸，易產(chǎn)生元素的直接氧化。2015/10/9/09:47:4827273.3.2 煉鋼熔池中元素的氧化次序在標準狀態(tài)下，反應的?Go負值越多，該元素被氧化的趨勢就越大，則該元素就優(yōu)先被大量氧化。鐵液中常規(guī)元素與氧反應的標準吉布斯自由能變化與溫度的關系繪制成圖。2015/10/9/09:47:4829292015/10/93.3.1 煉鋼熔池中氧的來源及鐵液中元素的氧化方式氧的來源：直接向熔池中吹入工業(yè)純氧（>98％）；向熔池中加入富鐵礦；爐氣中的氧傳入熔池。鐵液中元素的氧化方式有兩種： 直接氧化(directoxidation) 和間接氧化(indirectoxidation) 。2015/10/9/09:47:482626間接氧化方式吹入的氧氣由于動力學的原因首先與鐵液中的Fe原子反應形成FeO進入爐渣,同時使鐵液中溶解氧[O]。爐渣中的（FeO）和溶解在鐵液中的再與元素發(fā)生間接氧化。其反應為：｛｛O2｝+Fe=(FeO)(FeO)=Fe+［O］如：2［O］+[Si]=(SiO2)或2(FeO)+［Si］=2Fe+(SiO2)在渣-金界面上往往產(chǎn)生元素的間接氧化反應。2015/10/9/09:47:4828281.Cu﹑Ni﹑Mo﹑W等元素氧化的?Go線都在Fe氧化?Go線之上。從熱力學角度來說，在煉鋼吹氧過程中這些元素將受到Fe的保護而不氧化。2.Cr﹑Mn﹑V﹑Nb等元素的氧化程度隨冶煉溫度而定。3.Al﹑Ti﹑Si﹑B等元素氧化的?Go線在圖中位于較低的位置，最最易氧化。在實際生產(chǎn)中，這些元素作為強脫氧劑使用。注意：雖然在煉鋼溫度下，F(xiàn)e氧化的?Go線高于其它元素氧化的?Go線，但由于鐵液中大多數(shù)為Fe原子，氧與Fe原子接觸機會多，故在實際上Fe還是會氧化。2015/10/9/09:47:48303053.3.3 硅的氧化與還原硅的直接氧化和間接氧化反應式在氣-金界面上Si］+O2=（SiO2）在渣-金界面上Si］+2［O］=（SiO2）Si］+2（FeO）=（SiO2）+2Fe［Si]+2(FeO)+2(CaO)=Ca Ca2SiO4+2Fe硅的還原［C］+2（SiO2）=（Si）+COSi與氧親和力很強，一般5min以內就氧化到很低，一直到吹煉終點，不發(fā)生硅的還原。影響因素：溫度、爐渣成分、金屬液成分和爐氣氧分壓2015/10/9/09:47:4831312015/10/93.3.4 錳的氧化與還原[Mn] 的氧化反應式為：在氣-金界面上2=（MnO）［Mn］+1/2O在渣-金界面上Mn］+［O］=（MnOO）Mn］+（FeO）=（MnO）+Fe在吹煉初期，[Mn] 迅速氧化，但不如 [Si] 氧化快，低溫利于氧化；在吹煉后期，溫度升高，（MnO）被還原，終點時鋼中錳含量稱殘錳或余錳。2015/10/9/09:47:4832323.3.5 脫碳反應煉鋼的一個重要任務是利用氧化方法將鐵液中過多的碳去除，稱為脫碳。脫碳反應是貫穿于冶煉過程。在高溫下[C]主要氧化成為CO。與氧的反應有：在熔池內碳的間接氧化反應：C］+（FeO）=｛CO｝+FeC］+［O］=｛CO｝在氧射流沖擊區(qū)：C］+1／2｛O2｝=｛CO｝2015/10/9/09:47:4833333.3.6 脫磷反應P在鋼液中存在的穩(wěn)定形式是 Fe2P、Fe3P。采用氧化脫磷：在煉鋼溫度下，由于Fe優(yōu)先于[P]氧化，通過直接氧化反應的氣化脫磷也是難以進行的。煉鋼過程脫磷發(fā)生在渣-金界面。脫磷反應3(CaO)+2[P]+5[O]=(3CaO·PO)3(CaO)+2[P]+5(FeO)=(3CaO·PO)+5Fe4(CaO)+2[P]+5(FeO)=(4CaO·PO)+5Fe25加入石灰造堿性渣可以將鐵液中的磷脫出到爐渣中。這是由于P2O5時是酸性氧化物，遇到堿性氧化物如CaO能生成穩(wěn)定的化合物而進入爐渣。2015/10/9/09:47:483535脫碳反應的作用脫碳反應除了調整鋼液碳含量的作用外，其反應產(chǎn)物CO氣體的上浮排除使得脫碳反應給煉鋼帶來獨特的作用。? CO上升使鋼液沸騰，促進熔池成分 ﹑溫度均勻；加大鋼-渣界面，加速反應進行；有利于鋼液中有害氣體排出和非金屬夾雜物上?。悍艧嵘郎亍ote ：爆發(fā)性的碳氧反應會造成噴濺和溢出 。2015/10/9/09:47:483434脫磷熱力學條件1）脫磷反應為放熱反應， 降低熔池溫度 利于脫磷；2）高堿度渣利于脫磷， R≧3.0可保證順利脫磷，但堿度過高，很很多多CaO、MgO懸浮顆粒降低爐渣流動性，降低脫降低脫磷效果；3）沒有(FeO)不能脫磷，提高（FeO）對脫磷有利；4）磷脫氧能力不強， 增大渣量可增大脫磷量。2015/10/9/09:47:48363663.3.7 脫硫反應鋼液脫硫通過爐渣脫硫和氣化脫硫兩種途徑，其中氧化渣脫硫占90%，氣化脫硫占10%。（1）渣－鋼間脫硫反應（氧化渣脫硫）[FeS]→(FeS)鋼液中硫先擴[S]+(CaO）=(CaS)+[O]Gθ=98474-22.82TJ/mol散至熔渣，進入熔渣的(FeS)[S]+(MnO）=(MnS)+[O]Gθ=133224-33.49TJ/mol與游離的CaO[S]+(MgO）=(MgS)+[O]Gθ=191462-32.70TJ/mol（或MnO）結合。從反應式中看出，脫硫的基本條件是：高堿度、高溫、低氧化性。2015/10/9/09:47:483737爐渣脫硫示意圖2015/10/9/09:47:4839392015/10/9影響鋼渣間脫硫反應的因素爐渣堿度：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-渣之間的擴散，過低則不符合脫硫要求。溫度：高溫有利于吸熱反應的進行，即有利于去硫反應的順利進行。(2)爐渣中∑(FeO)影響：從脫硫反應式中看出，即∑(FeO)越低越有利于脫硫反應。但實際生產(chǎn)中氧氣轉爐的氧化渣中也能去除一部部分分硫硫，，其其主主要要原原因因是是：： ∑(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鋼—渣攪拌情況：去硫是鋼-渣界面反應，加強鋼－渣攪拌擴大反應界面積有利于去硫。金屬液成分：金屬液中[C]、[Si]能增加硫的活度系數(shù)，降低氧活度，有利于脫硫。渣量：增加渣量可以減少(CaS)的相對濃度，可促進去硫反應。2015/10/9/09:47:483838（2）氣化脫硫氣化脫硫指金屬液中[S]以氣態(tài)SO2的方式去除。在煉鋼溫度下，鋼水中含有[C]、[Si]、[Mn]時,直接氣化脫硫不可能實現(xiàn)，因此鋼液氣化脫硫是鋼液中[S]進入爐渣，再被氣化脫除：(S2－)+3/2{O2}={SO{SO2}+(O(O2－)需要明確的是，氣化脫硫是以爐渣脫硫為基礎的，首先硫從金屬液被脫除到爐渣中，然后爐渣中的硫再被氣化脫除進入爐氣中。在轉爐煉鋼中，有約三分之一的硫是以氣化脫硫的方式去除的。2015/10/9/09:47:4840403.3.8 鋼液的脫氧在熔池中供氧去除C、Si、Mn、P等雜質，精煉結束后，鋼液中氧含量超過C-O平衡線：鋼液中氧的危害性：1． 產(chǎn)生夾雜。鋼液凝固時，其中多余的氧與鋼中其他元素結合生成非金屬夾雜物，進而破壞了鋼基體的連續(xù)性，降降低低鋼鋼的的強強度度極極限限、沖擊沖韌擊性韌、性伸長率伸等長各率種等力各種力學性能和導磁性能、焊接性能等。2． 形成氣泡。鋼液中的氧含量過高，在澆鑄過程中會再次與鋼中碳反應，產(chǎn)生CO氣體，從而會使鋼錠（坯）產(chǎn)生氣孔、疏松，甚至上漲等缺陷，嚴重時會導致鋼錠（坯）報廢。3．晶界上的FeO和FeS還會形成低熔點(910℃)物質，使鋼在熱加工時發(fā)生熱脆。2015/10/9/09:47:4841413.3.8 鋼液的脫氧脫氧：向煉鋼熔池或鋼水中加入脫氧劑，脫氧元素與氧反應，生成的脫氧產(chǎn)物或進入渣中或成為氣相排出。脫氧劑特征：應應具具有有脫脫氧氧元元素素與與氧氧的的親親和和力力大大、脫脫氧產(chǎn)物易排除、成本低和來源廣等的特點。脫氧方法：根據(jù)脫氧原理分為沉淀脫氧﹑擴散脫氧和真空脫氧。2015/10/9/09:47:4842427又稱直接脫氧。把塊狀脫氧劑加入到鋼液中，在鋼液內部與鋼中氧直接反應，生成的脫氧產(chǎn)物上浮進入渣中。沉淀脫氧脫氧劑：出鋼時向鋼包中加入硅鐵﹑錳鐵﹑鋁鐵或鋁塊脫氧。在電爐煉鋼的還原期和爐外精煉過程向渣中加入脫氧劑，降低爐渣中的氧含量，使鋼使液鋼中液的中氧的向氧爐向渣爐中渣擴中散擴，散從從擴散脫氧而達到降低鋼液中氧含量的一種脫氧方法。脫氧劑：粉狀脫氧劑如C粉﹑Fe-Si粉﹑CaSi粉﹑Al粉加到爐渣中利用降低系統(tǒng)的壓力來降低鋼液中氧含量的脫氧方法。它只適用于脫氧產(chǎn)物為氣體的脫氧反應如[C]-[O]反應。真空脫氧常用于爐外精煉中，如RH真空處理﹑VAD﹑VD等精煉方法43432015/10/9/09:47:48氫對鋼性能的危害：使鋼產(chǎn)生“氫脆”。使鋼的塑性和韌性明顯降低。對于高強度鋼來講，“氫脆”的影響更嚴重?！皻浯唷睂儆跍笃茐?。表現(xiàn)在應力作用下，經(jīng)過一段時間鋼突然發(fā)生脆斷。使鋼產(chǎn)生“白點”?！鞍c”是指在鋼材斷面上呈銀白色的斑點。其實質是一個有鋸齒形邊緣的微小氣泡，是鋼從高溫冷卻到室溫時產(chǎn)生的?！鞍住包c白”點也”使也鋼使的鋼塑的性塑和性韌和韌性明顯降低。產(chǎn)生石板斷口。氫含量高的地方會出氣泡，在氣泡的周圍易出現(xiàn)C、P、S和夾雜物的偏析，這些缺陷在鋼材熱加工時被拉長，但不能焊合，于是形成石板斷口。產(chǎn)生氫腐蝕。在高溫高壓作用下，鋼中的氫即高壓氫會使鋼產(chǎn)生網(wǎng)絡狀裂紋，嚴重時還可以鼓泡，這種現(xiàn)象稱氫腐蝕。2015/10/9/09:47:4845452015/10/93.3.9 脫氣鋼中氣體（H、N）的來源：金屬料如廢鋼和鐵合金中含有的一定量的氫和氮。潮濕的造渣劑，加入爐內后分解，也使鋼中氣體增加。耐火材料用粘結劑含有8%～9%的氫。暴露在空氣中的鋼液，會從空氣中吸收氫和氮。如果煉煉鋼采采用的的氧氧氣氣不純，純也能也造能成鋼的增氮的。增氮一定溫度下，氣體 H2、N2在純鐵液中溶解度與該氣體在氣相中分壓的平方根成正比（西華特定律） ：w[H]=KHpH2w[N]=KNpN22015/10/9/09:47:484444氮對鋼的不良影響是：氮會使鋼產(chǎn)生“藍脆”。淬火鋼在250～400℃回火后，塑韌性不僅不增大，反而下降，這個溫度范圍的鋼呈藍色，故叫“藍脆”。氮和氫綜合作用使鋼產(chǎn)生缺陷。氮和氫的綜合作用會使鎮(zhèn)靜鋼錠產(chǎn)生結疤和皮下氣泡，使軋鋼生產(chǎn)中出現(xiàn)裂紋和發(fā)紋，影響鋼的質量。氮對鋼有益的一面是：鋼中的氮能和Al、Ti等形成AlN、TiN等高熔點的細小顆粒。均勻彌散分布的AlN、TiN等能細化晶粒，從而提高鋼的強度和塑性，對改善焊接性能也有良好作用。提高鋼的強度和耐磨性。實際生產(chǎn)中常用滲氮的方法來改善鋼表面的耐磨性，同時也能使鋼表面的抗蝕性和疲勞強度有所改善。2015/10/9/09:47:484646降低鋼中氣體的措施提高煉鋼原材料質量。如使用含氣體量低的廢鋼和鐵合金；對含水分的原材料進行烘烤干燥，采用高純度的氧氣等。盡量降低出鋼溫度，減小氣體在鋼中的溶解度。在冶煉過程，應充分利用脫碳反應產(chǎn)生的熔池沸騰來降低鋼水中的氣體含量。用爐外精煉技術，降低鋼水中的氣體含量。如采用鋼包吹氬攪拌，真空精煉脫氣，微氣泡脫氣等方法對鋼水進行脫氣處理。采用保護澆注技術，防止鋼水從大氣中吸收氣體。2015/10/9/09:47:4847473.3.10 去除鋼中夾雜物按夾雜物的來源分：內生夾雜和外來夾雜。內生夾雜：脫氧時的脫氧產(chǎn)物；鋼液溫度下降時，硫﹑氧﹑氮等雜質元素溶解度下降以非金屬夾雜形式出現(xiàn)的生成物；凝固過程中因溶解度下降、偏析而發(fā)生反應的產(chǎn)物；固態(tài)鋼相變溶解度變化生成的產(chǎn)物。大多數(shù)內生夾雜在脫氧和凝固過程中產(chǎn)生。外來夾雜：在冶煉和澆鑄過程中接觸，帶入鋼液的爐渣和耐火材料以及鋼液被大氣氧化形成的氧化物。2015/10/9/09:47:4848488按夾雜物的化學成分分：氧化物夾雜；硫化物夾雜；氮化物夾雜。按加工變形后夾雜物的形態(tài)分：塑性夾雜；脆性夾雜；半塑性夾雜。非金屬夾雜對鋼的性能產(chǎn)生嚴重影響，因此因應此最應最大限度降低鋼液中夾雜物含量，控制其形狀和尺寸。2015/10/9/09:47:4849492015/10/9降低鋼中夾雜物的措施在冶煉中采取各種手段降低鋼中雜質元素﹑[S]﹑[N]﹑[P]等的含量，提高鋼的潔凈度，從根本上減少內生夾雜物。提高耐火材料質量，提高其抗沖擊和耐侵蝕的能力，減少外來夾雜物數(shù)量。采用合理的脫氧制度，使脫氧產(chǎn)物易于聚集上浮，從鋼液中排除。應用鋼包冶金如真空脫氧﹑吹Ar攪拌﹑噴粉處理等和中間包冶金如采用堰、壩﹑導流板﹑過濾器﹑湍流控制器等控流裝置，去除鋼水中的夾雜物。采取保護澆注技術，防止鋼水從周圍大氣環(huán)境中吸收氧﹑氫﹑氮。2015/10/9/09:47:4850503.4 煉鋼用原材料3.4.1 金屬料鐵水；廢鋼；鐵合金；3.4.2 輔助材料造渣材料；氧化劑；冷卻劑；還原劑和增碳劑。2015/10/9/09:47:485151）鐵水中元素要求Si：重要發(fā)熱元素，轉爐熱量來源。含硅高，渣量增加，利于脫P、脫S，但過高，金屬收得率低，加劇對爐襯侵蝕，延長吹煉時間。 0.30 ％~0.40% 為宜。Mn：有利元素。 [Mn] 一般在0.2％～0.8％左右P：強發(fā)熱元素，有害有元害素元。素P是高爐不能去除的元素，故只能要求[P]穩(wěn)定，采用鐵水預處理脫磷或相應的煉鋼方法來去除。一般要求鐵水中 w[P] ≦0.20% 。S：有害元素。采用鐵水預處理脫硫，要求入爐鐵水中w[S]≦0.05%。2015/10/9/09:47:4853533.4.1.1 鐵水（或生鐵塊）鐵水是氧氣轉爐煉鋼的基本原料，一般占裝入量的70％～100%。鐵水化學熱和物理熱是轉爐煉鋼的主要熱源。鐵水成分和鐵水溫度是否適當和穩(wěn)定，對簡化和穩(wěn)定轉爐操作并獲得良好的技術經(jīng)濟指標非常重要。2015/10/9/09:47:485252）對鐵水帶渣量的要求高爐渣含S、SiO2和Al2O3較高，過多高爐渣進入轉爐會導致鋼渣量大、石灰消耗大，降低爐襯壽命，進入轉爐的鐵水帶渣量不得超過0.5%。3）鐵水溫度要求鐵水物理熱占轉爐熱收入的50%，鐵水溫度應>1200～1300℃，且保持穩(wěn)定，以利于爐子熱行，迅速成渣。有鐵水預處理工藝，鐵水溫度應適當提高。2015/10/9/09:47:48545493.4.1.2 廢鋼廢鋼是電爐煉鋼的基本原料，用量占鋼鐵料的70％～90％。對轉爐來說，既是金屬料也是冷卻劑，裝入量占 10%~30% 。要求：外形尺寸和塊度應能保證從爐口順利轉入轉爐。長長度度<1/2轉爐爐口直直徑徑；；塊塊重不超過300kg。應嚴防混入有害雜質和危險品。應清潔干燥，不得混有的泥沙、耐火材料和爐渣等。不同性質廢鋼分類堆放，不得混有合金廢鋼和生鐵。2015/10/9/09:47:4855552015/10/93.4.1.3 鐵合金鐵合金用于調整鋼液成分和脫除鋼液中雜質。種類：1）煉鋼中廣泛使用的各種脫氧和合金化元素與鐵的合金，如Fe-Mn、Fe-Si、Fe-Cr；2）復合脫氧劑，如硅錳合金、硅鈣合金、硅錳鋁合金；3）鋁、錳、鎳等金屬。鐵合金應合理選用以降低成本，使用前應烘烤以減少氣體帶入。另外要純凈，不得混有其它夾雜物，塊度要適當。2015/10/9/09:47:4856563.4.2 輔助材料3.4.2.1 造渣材料石灰（CaO）。堿性煉鋼的基本造渣材料，有強的脫磷、脫硫能力，對爐襯危害小。石灰要求含有效CaO大于80～85％，含S和SiO2低，塊度小而均勻，且無細粉；生燒過燒率要小，活度高；不能潮解，應保持干燥、新鮮。螢石（CaF2）。熔點低（930℃），能使CaO熔點顯著降低，加速化渣，改善渣的流動性。螢石要求：CaF>85%。2白云石（CaO·MgO）。增加渣中MgO含量，以減少爐襯中MgO向爐渣中轉移，且能促進前期化渣。2015/10/9/09:47:4857573.4.2.2 氧化劑氧氣。轉爐煉鋼中的主要氧化劑。一般要求氧氣純度應大于98％，冶煉低氮鋼種時，應大于99.5 ％；氧氣壓力要穩(wěn)定；還應脫除水分。鐵礦石、氧化鐵皮 。? 鐵礦石作為氧化劑使用要求高，雜質 SiO2、P和水分少，使用前要加熱，塊度適中。氧化鐵皮要求雜質少，不含油污和水分，使用前必須烘烤氧化。氧化鐵皮還具有助于化渣和冷卻作用。2015/10/9/09:47:4858583.4.2.3冷卻劑3.4.2.4還原劑和增碳劑廢鋼。冷卻效果穩(wěn)定、噴濺少，價格低。電爐煉鋼使用的還原劑和增碳劑有石墨電極、木炭、焦炭、電石、硅鐵、硅鈣、鋁等。富鐵礦、團礦、燒結礦和氧化鐵皮。利用它們所含的FexOy氧化金屬中的雜質時，需要吸收氧氣轉爐冶煉中、高碳鋼時，一般用含灰分很大量的熱而起到冷卻的作用。少的石油焦作增碳劑。石灰石。缺少以上冷卻劑時，可以使用，頂吹轉爐煉鋼對增碳劑要求：固定碳含量高，CaCO3分解時吸收大量熱量?；曳帧]發(fā)分和S、P、N等雜質少，干燥、干凈、粒度適中。2015/10/9/09:47:4859592015/10/9/09:47:486060102015/10/93.5 轉爐煉鋼 3.6.1 轉爐分類3.5.1轉爐的分類3.5.2頂?shù)讖痛缔D爐煉鋼的設備3.5.3復吹轉爐吹煉工藝

堿性轉爐按熱量自供熱來源按耐火材料外加熱燃料酸性轉爐空氣轉爐按供氣頂吹按供入氧底吹部位化性氣體氧氣轉爐側吹復合吹2015/10/9/09:47:4861612015/10/9/09:47:486262頂?shù)讖痛缔D爐轉爐復合吹煉工藝最初是沿襲頂吹和底吹兩種吹煉工藝逐步發(fā)展完善：即在 頂吹轉爐底部噴吹惰性氣體和在底吹轉爐上部安裝頂吹氧槍 。實踐證明，復吹轉爐基本保留了頂吹轉爐和底吹轉爐的優(yōu)點，避免各自的缺點，成為當代轉爐的基本操作工藝。惰性氣體CO2氣體燃氣氧氣2015/10/9/09:47:4863633.6.2.1 爐子系統(tǒng)爐子系統(tǒng)由轉爐﹑托圈﹑耳軸﹑傾動機構組成，是裝入原料進行吹煉的容器。它由圓臺形爐帽﹑圓筒形爐身和球缺形或截錐形爐底三部分組成，在爐帽與爐身連接處傾動轉系統(tǒng)有出鋼口。爐耳托爐帽軸圈爐身爐低2015/10/9/09:47:4865653.6.2 頂?shù)讖痛缔D爐煉鋼的設備頂?shù)讖痛缔D爐煉鋼的設備由4個系統(tǒng)組成，每個系統(tǒng)又由各自的設備組成。煉鋼容器的爐子系統(tǒng)；提供煉鋼所需的氧氣和底部攪拌氣體的供氣系統(tǒng)；提供煉鋼所需的金屬料和造渣材料的供料系統(tǒng)；對高溫含塵煙氣進行降溫除塵處理，并回收余熱和煤氣的煙氣處理系統(tǒng)。2015/10/9/09:47:4864643.6.2.2 供氣系統(tǒng)供氧系統(tǒng)由制氧機﹑儲氣罐﹑壓氧機﹑輸氣管道及閥門、氧槍和底部供氣元件組成。氧槍是供氧設備中的關鍵部件。由槍身和噴頭組成。槍身是由三種不同直徑的無縫鋼管套裝而成，通水冷卻。噴頭用導熱良好的紫銅制成，孔形狀一般采用拉瓦爾管的形狀，大型轉爐普遍應用了三孔﹑四孔﹑五孔噴頭。2015/10/9/09:47:486666112015/10/9氧槍結構示意圖 底部供氣元件底部供氣元件是頂?shù)讖痛导夹g的核心。底部供氣元件分為三大類，即 噴嘴型、磚型和多微管透氣塞供氣元件 。 多微管型噴嘴型磚型2015/10/9/09:47:4867672015/10/9/09:47:4868683.6.2.3 供料系統(tǒng) 1）鐵水供應）鐵水供應）廢鋼供應）造渣劑供應

混鐵車（魚雷罐車）方式流程為：高爐鐵水 →魚雷罐車→鐵水罐→轉爐。這種供應方式投資省 ﹑鐵水溫降小和有較好的生產(chǎn)環(huán)境。適合于大型高爐向大型轉爐（ 100t 以上）供應鐵水。2015/10/9/09:47:4869692015/10/9/09:47:487070）廢鋼供應向轉爐供應廢鋼一般采用 廢鋼槽方式。流程：磁盤吊車裝槽 →橋式吊車+廢鋼槽→轉爐。廢鋼槽2015/10/9/09:47:4871713）造渣劑供應轉爐的造渣劑采用以下的供應方式：地下儲料倉→膠帶運輸機→高位料倉→稱量漏斗→匯總漏斗→溜槽→轉爐。轉爐2015/10/9/09:47:487272123.6.2.4 煙氣處理系統(tǒng)轉爐爐內的氣體稱為爐氣，爐氣離開爐口進入煙罩后稱為煙氣。氧氣轉爐在吹煉期間產(chǎn)生大量含塵爐氣，其溫度高達1400~1600℃，爐氣中含有大量CO和含鐵60％左右的粉塵。轉爐爐氣的處理：煙氣經(jīng)過活動煙罩收集和汽化冷卻煙道初步冷卻后，進入煙氣凈化系統(tǒng)，煙氣在這里進一步降溫和除塵，經(jīng)降溫除塵凈化后，通過風機抽入煤氣回收系統(tǒng)中。有“LT”法干法處理和“OG”法濕法處理兩種。2015/10/9/09:47:4873732015/10/9轉爐全濕法（OG法）煙氣凈化系統(tǒng)2015/10/9/09:47:4874743.6.3 復吹轉爐吹煉工藝 3.6.3.1 吹煉工藝流程3.6.3.1 吹煉工藝流程3.6.3.2 吹煉過程元素的變化3.6.3.3 吹煉操作制度

一爐鋼的冶煉過程是 指從裝料到倒盡渣為止 。頂?shù)讖痛缔D爐煉鋼的冶煉周期一般是 30～40min 。其中純吹氧時間約15～20min 。包括：裝料、吹煉、脫氧出鋼、濺渣護爐和倒渣幾個階段。2015/10/9/09:47:4875752015/10/9/09:47:487676轉爐操作進程2015/10/9/09:47:4877772015/10/9/09:47:487878132015/10/93.6.3.2吹煉過程C的氧化規(guī)律氧化中期根據(jù)[C]的氧化速度不同，煉鋼過程可分為3個時?Si、Mn氧化結束，熔池溫度升高，供給的氧幾乎全部用于脫碳。期。?脫碳速度達到最大且?guī)缀醪蛔?。氧化初期，脫碳速度由小變大?這一時期稱為吹煉中期，又叫碳氧化期，?由于氧化初期熔池溫度低，Si﹑Mn含量多，w[c]=3.0%-3.5%時進入吹煉中期。消耗了大部分的氧，[C]的氧化受到限制。氧化后期?脫碳速度d[C]/dt=-k1t，與吹煉時間成正?隨著碳含量下降，在鋼液與氣相的邊界層中,碳比。的濃度梯度逐漸下降，使得脫碳速度越來越小。這一時期稱吹煉初期，又叫硅﹑錳氧化期，時間從開吹到約4～5min。?脫碳速度由大變小。這一時期稱吹煉末期，又叫碳氧化后期。?除碳外其他元素變化不大，主要進行終點操作。2015/10/9/09:47:487979當w[c]﹤0.3%-0.7%時，進入吹煉末期。3.6.3.3 吹煉工藝頂?shù)讖痛缔D爐煉鋼，根據(jù)底 吹氣體種類的不同，可分為底部吹入 非氧化性氣體的復吹工藝和底部吹入氧化性氣體的復吹工藝 。我國采用的是底部吹入非氧化性氣體工藝進行復吹轉爐煉鋼，即底部吹入氮氣、氬氣來攪拌熔池。氧氣頂?shù)讖痛缔D爐煉鋼工藝包括裝料﹑供氧﹑底部供氣、造渣﹑溫度及終點控制﹑脫氧及合金化等內容。2015/10/9/09:47:488181裝料制度）裝料次序一般來說是先裝廢鋼后兌鐵水，先加輕廢鋼，再加中型、重型廢鋼，防止加入鐵水時造成噴濺。到了爐役后期，或者廢鋼裝入量比較多的轉爐，可以先兌鐵水，后加廢鋼。）裝入量裝入量指煉一爐鋼時鐵水和廢鋼的裝入數(shù)量。裝入量中鐵水和廢鋼的配比應根據(jù)熱平衡計算確定。裝入量過小，產(chǎn)量低，熔池淺，氧流易直接沖擊爐底，造成爐底破壞。裝入量過大 ,熔池攪拌不充分，吹煉時間增加，易造成噴濺?？刂妻D入量方法：定量裝入、定深裝入、分階段定量裝入。2015/10/9/09:47:488282供氧制度供氧制度主要是確定合理的噴頭機構、供氧強度、氧壓和槍位控制。噴槍由噴頭、槍身、和尾部結構組成；噴頭由導熱性良好的紫銅鑄造，常為拉瓦爾型（收縮-擴張收縮型）。槍身為同心管組成，噴頭與中心管焊接在一起；槍尾部：接供氧管、進水管和出水管。2015/10/9/09:47:488383氧射流和熔池的相互作用當氧氣射流作用在金屬熔池上時，一部分氧氣被金屬液吸收