1.金屬材料的制備

1、1 材料的制備與加工材料的制備與加工 2 材料材料人類賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。人類賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。 材料材料人類社會生產(chǎn)力水平的標志。人類社會生產(chǎn)力水平的標志。 人類歷史人類歷史 新材料推出與應(yīng)用新材料推出與應(yīng)用人類的文明與進步人類的文明與進步 現(xiàn)代文明的三大支柱現(xiàn)代文明的三大支柱 石器時代石器時代 銅器時代銅器時代 鐵器時代鐵器時代 材料材料 信息信息 能源能源 3 參考書：參考書： 1. 鐵冶金學(xué)鐵冶金學(xué) 2. 鋼鐵冶金原理鋼鐵冶金原理 3. 煉鋼學(xué)原理煉鋼學(xué)原理 4. 鋼冶金鋼冶金 5. 鋼鐵冶金概論鋼鐵冶金概論 6. 金屬冶金工藝學(xué)金屬冶金工藝學(xué) 7. 有色金屬熔煉與鑄錠有色金

2、屬熔煉與鑄錠 有色金屬熔煉有色金屬熔煉鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉 金屬材料的制備金屬材料的制備 4 鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉 鋼：鋼：94.5%94.5% 鋁：鋁：2.5%2.5%（鋼和鐵的（鋼和鐵的2%2%） 銅：銅：1.3%1.3% 鋅：鋅：0.7%0.7% 鉛：鉛：0.5%0.5% 其它：其它：0.1%0.1% 現(xiàn)代仍是鐵器時代現(xiàn)代仍是鐵器時代 “鋼的時代鋼的時代” 鐵的冶煉鐵的冶煉 鋼的熔煉鋼的熔煉 鋼鐵作為工業(yè)材料的地位鋼鐵作為工業(yè)材料的地位 （1 1）金屬材料（）金屬材料（FeFe、AlAl、CuCu、ZnZn、PbPb等）等） （2 2）陶瓷材料（水泥、玻璃、磚、陶器等）陶瓷材料（水泥、玻璃、磚、

3、陶器等） （3 3）塑料（聚乙烯、氯乙烯、聚酯等）塑料（聚乙烯、氯乙烯、聚酯等） （4 4）木材（加工材、合成板等）木材（加工材、合成板等） （5 5）纖維（纖維、紙等）纖維（纖維、紙等） 工業(yè)材料工業(yè)材料 5 鋼鐵材料保持優(yōu)勢的理由：鋼鐵材料保持優(yōu)勢的理由： （1）資源較豐：鐵元素占地殼的）資源較豐：鐵元素占地殼的5，豐度第，豐度第4位，高品位礦石；位，高品位礦石； （2）冶煉容易：大型、高速、連續(xù)、自動化，成本低廉；）冶煉容易：大型、高速、連續(xù)、自動化，成本低廉； （3）作為結(jié)構(gòu)材料有優(yōu)越性：在強度、硬度、韌性方面；）作為結(jié)構(gòu)材料有優(yōu)越性：在強度、硬度、韌性方面； （4）對于合金化、熱處理

4、、加工等方面研究充分，可有寬廣的適用性）對于合金化、熱處理、加工等方面研究充分，可有寬廣的適用性 鋼鐵材料缺點鋼鐵材料缺點 （1）密度大）密度大 （2）易生銹）易生銹 開發(fā)高強度鋼等高強度材料開發(fā)高強度鋼等高強度材料 合適的設(shè)計，減少使用量合適的設(shè)計，減少使用量 不銹鋼不銹鋼 涂裝涂裝 鍍層鍍層 表面處理表面處理 電化學(xué)防腐電化學(xué)防腐 6 碳碳 多種雜質(zhì)元素多種雜質(zhì)元素 合金元素合金元素 工業(yè)用鐵的分類：按照工業(yè)用鐵的分類：按照C 化學(xué)純鐵化學(xué)純鐵 C 0 工業(yè)用鐵工業(yè)用鐵 鐵鐵工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵 C00.02% 鋼鋼 C0.03%1.2% 鑄鐵鑄鐵 C2.5%4.5% 煉鐵原料煉鐵原料 鋼鐵冶

5、煉方法鋼鐵冶煉方法 不可避免不可避免 混入混入 C:控制鋼強、硬度，韌控制鋼強、硬度，韌 性降低，變脆性降低，變脆 1%C b980MPa； Si:增強、硬度增強、硬度 1%Si b增增98MPa； Mn:淬透性、韌性增，淬透性、韌性增， 可降低可降低S的有害性；的有害性； P:引起冷脆的有害元素；引起冷脆的有害元素； S:引起熱脆的有害元素引起熱脆的有害元素 控制含量控制含量富礦；富礦； 1.0 堿性操作堿性操作 R1.0 酸性操作酸性操作 要求要求R1.01.4 塊度塊度2050mm 白云石：白云石：CaCO3.MgCO3 橄欖石：橄欖石：(Mg.Fe)O.SiO2 蛇紋巖：蛇紋巖：(3M

6、gO.2SiO2.3H2O) 13 高爐設(shè)備流程高爐設(shè)備流程 高爐煤氣高爐煤氣 煤氣凈化設(shè)備煤氣凈化設(shè)備 高爐高爐 本體本體 鑄鐵場鑄鐵場 設(shè)備設(shè)備 鐵塊、渣鐵塊、渣 熱風(fēng)爐熱風(fēng)爐風(fēng)機風(fēng)機空氣空氣 稱量卷揚稱量卷揚 設(shè)備設(shè)備 原料原料 周邊集塵周邊集塵 設(shè)備設(shè)備 14 第二節(jié)、高爐結(jié)構(gòu)及其附屬設(shè)備第二節(jié)、高爐結(jié)構(gòu)及其附屬設(shè)備 一、高爐結(jié)構(gòu)一、高爐結(jié)構(gòu) 1. 瓶子型爐體（如圖）。瓶子型爐體（如圖）。 2. 高爐外部：厚鐵板罩住。高爐外部：厚鐵板罩住。 3. 高爐內(nèi)部：耐火磚砌成的厚壁。高爐內(nèi)部：耐火磚砌成的厚壁。 4. 高爐周圍：用鋼結(jié)構(gòu)框架支撐爐體。高爐周圍：用鋼結(jié)構(gòu)框架支撐爐體。 5. 高爐

7、冷卻：水冷、風(fēng)冷、汽化冷卻高爐冷卻：水冷、風(fēng)冷、汽化冷卻 目的：保護爐型、使爐襯保持一定強度。目的：保護爐型、使爐襯保持一定強度。 方法：噴水冷卻，水套通水冷卻，冷卻水箱；方法：噴水冷卻，水套通水冷卻，冷卻水箱； 6. 高爐基礎(chǔ)：基墩、基座（埋入地面）高爐基礎(chǔ)：基墩、基座（埋入地面） 爐缸爐缸 爐腹爐腹 爐身爐身 爐喉爐喉 爐腰爐腰 二、高爐附屬設(shè)備二、高爐附屬設(shè)備 1. 供料系統(tǒng)：供料系統(tǒng)： 大型爐：高爐周圍處理大量鐵水和熔渣，皮帶運輸機上料；大型爐：高爐周圍處理大量鐵水和熔渣，皮帶運輸機上料； 小型爐：多采用翻斗式、斜橋式上料小車。小型爐：多采用翻斗式、斜橋式上料小車。 15 原料裝入設(shè)備

8、（旋轉(zhuǎn)溜槽式、鐘式）原料裝入設(shè)備（旋轉(zhuǎn)溜槽式、鐘式） 16 2. 送風(fēng)系統(tǒng)：送風(fēng)系統(tǒng)： 熱風(fēng)爐熱風(fēng)爐里加熱到里加熱到 10001500K的空氣的空氣 以以220280m/s速度向爐子中心吹速度向爐子中心吹 經(jīng)缸部風(fēng)口經(jīng)缸部風(fēng)口 熱風(fēng)爐熱風(fēng)爐 （兩部以上）（兩部以上） 蓄熱室：耐火磚砌成格子狀蓄熱室：耐火磚砌成格子狀 燃燒室：燃燒高爐煤氣和焦爐煤氣燃燒室：燃燒高爐煤氣和焦爐煤氣 加熱蓄熱室里耐火磚（硅磚）加熱蓄熱室里耐火磚（硅磚） 反方向送冷風(fēng)反方向送冷風(fēng) 正方向送熱風(fēng)正方向送熱風(fēng) 燃燒期、送風(fēng)期燃燒期、送風(fēng)期 周而復(fù)始周而復(fù)始 3. 煤氣除塵系統(tǒng)：煤氣除塵系統(tǒng)： 重力除塵器：粗除塵重力除塵器：

9、粗除塵 洗滌塔：半精除塵洗滌塔：半精除塵 文氏管：精除塵文氏管：精除塵 脫水器：霧狀水，降低發(fā)熱值脫水器：霧狀水，降低發(fā)熱值 作為熱風(fēng)爐、焦爐、作為熱風(fēng)爐、焦爐、 鍋爐等的燃料。鍋爐等的燃料。 除塵后除塵后 1 1噸生鐵產(chǎn)出噸生鐵產(chǎn)出1400m1400m3 3高爐煤氣高爐煤氣, ,從高爐頂部排出；從高爐頂部排出； 高爐煤氣主要成分：高爐煤氣主要成分：CO-20%, HCO-20%, H2 2-2.8-2.83.2%3.2%； 發(fā)熱值：發(fā)熱值：3400kJ/m3400kJ/m3 3 17 4. 渣鐵處理系統(tǒng)：渣鐵處理系統(tǒng)： 爐缸部爐缸部 （間歇出鐵、渣）（間歇出鐵、渣） 風(fēng)口風(fēng)口平臺平臺：可更換

10、風(fēng)口，觀察爐內(nèi)情況可更換風(fēng)口，觀察爐內(nèi)情況 出渣口：出渣口：撇渣器撇渣器 出鐵口（出鐵口（45個）個） 鐵水注入魚雷車、鐵水罐，送煉鋼廠鐵水注入魚雷車、鐵水罐，送煉鋼廠 剩余鐵水制成冷鐵暫時保存：剩余鐵水制成冷鐵暫時保存： 鑄鐵機鑄鑄鐵機鑄515kg鐵錠鐵錠 粒鐵機制成粒鐵機制成 1020mm粒鐵粒鐵5. 高爐儀表設(shè)備：高爐儀表設(shè)備： 計算機計算機 把熟練工的經(jīng)驗引進把熟練工的經(jīng)驗引進 計算機判斷的專家系統(tǒng)計算機判斷的專家系統(tǒng) 中央操作室集中管理中央操作室集中管理 由數(shù)學(xué)模型等由數(shù)學(xué)模型等 進行自動控制進行自動控制 儀表設(shè)備儀表設(shè)備 控控 制制 儀儀 表表 檢檢 測測 儀儀 表表 1.稱量控制

11、：礦石、焦炭裝入；稱量控制：礦石、焦炭裝入； 2.送風(fēng)控制：送風(fēng)量、溫度、送風(fēng)控制：送風(fēng)量、溫度、 濕度，燃料吸入量；濕度，燃料吸入量； 3.爐頂壓控制爐頂壓控制 1.爐體各部分溫度計：爐壁、埋管冷卻爐缸；爐體各部分溫度計：爐壁、埋管冷卻爐缸； 2.爐體冷卻裝置的檢測：給、排水溫壓、流量；爐體冷卻裝置的檢測：給、排水溫壓、流量； 3.操作管理檢測：工業(yè)電視攝像機。操作管理檢測：工業(yè)電視攝像機。 18 第三節(jié)、高爐操作第三節(jié)、高爐操作 一、日常操作一、日常操作 點火（點火（blowing in）、停風(fēng)（）、停風(fēng)（blowing out） 產(chǎn)物：高爐頂端裝入的焦炭中的產(chǎn)物：高爐頂端裝入的焦炭中的碳

12、元素碳元素礦石中礦石中被還原的氧被還原的氧，生成，生成 煤氣煤氣從爐頂排出，其余的都成為從爐頂排出，其余的都成為鐵水鐵水和和渣渣。 配料計算標準：渣堿度配料計算標準：渣堿度 (CaO)/(SiO2)=1.21.3、(Al2O3) 15%為目標。為目標。 裝料：焦炭和礦石類（礦石石灰石）交互層狀裝入，讓爐料落到裝料：焦炭和礦石類（礦石石灰石）交互層狀裝入，讓爐料落到 根據(jù)爐料根據(jù)爐料深度探測計深度探測計判斷的判斷的預(yù)定落點預(yù)定落點。 裝入一組料稱為裝入一組料稱為一批一批，以控制氣流分布為主要目的確定裝入，以控制氣流分布為主要目的確定裝入 量。量。 定焦炭量裝入法、定礦石量裝入法。定焦炭量裝入法、

13、定礦石量裝入法。 出鐵：每出鐵：每35h一次。一次。 出渣：大型爐上多連續(xù)進行。出渣：大型爐上多連續(xù)進行。 1.爐況判定指標：出鐵溫度、鐵水含硅量、渣的組成、送風(fēng)壓力、爐況判定指標：出鐵溫度、鐵水含硅量、渣的組成、送風(fēng)壓力、 原料下降情況、爐頂煤氣成分等。原料下降情況、爐頂煤氣成分等。 19 二、煉鐵單耗和產(chǎn)品二、煉鐵單耗和產(chǎn)品 1.煉鐵單耗：生成煉鐵單耗：生成1t 鐵所需用的原料和費用。鐵所需用的原料和費用。 鐵礦鐵礦 石石kgkg 燒結(jié)礦燒結(jié)礦 kgkg 球團球團 kgkg 其它鐵其它鐵 原料原料kgkg 錳礦石錳礦石 kgkg 焦炭焦炭 kgkg 煤粉煤粉 kgkg 石灰石石灰石 kgk

14、g 電電 kW.hkW.h 259259124612461261261.01.01.01.043143180802.02.063. 463. 4 焦比：生成焦比：生成1t 鐵水所需用的焦炭量鐵水所需用的焦炭量(t) ，是高爐操作技術(shù)優(yōu)劣的指標。，是高爐操作技術(shù)優(yōu)劣的指標。 通常渣中通常渣中(FeO)560 C Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe 560 C 3Fe2O3 +CO 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 +CO 3FeO + CO2 FeO +CO Fe + CO2 560 C 3Fe2O3 +C 2Fe3O4 + CO Fe3O4 +C 3FeO + CO FeO +C Fe

15、+ CO 2.110.50.52.0 0.5 0. 072.116.69 鋼鋼2.110.40.30.80.050.050.02182.11 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵1 生成的渣：生成的渣：CaO- SiO2- FeO三元系為主要成分，三元系為主要成分， 還有還有MgO、MnO、 P2O5、CaF2、Al2O3等。等。 酸性操作酸性操作 耐火材料：耐火材料： SiO2耐火材料；耐火材料； 造渣劑：錳礦石或造渣劑：錳礦石或 SiO2； 渣堿度：渣堿度：R 1 生成的渣：生成的渣： SiO2- MnO- FeO 三元系為主要成分三元系為主要成分 缺點：不能脫缺點：不能脫S、P，大都不再采用。，大都不再采用

16、。 )(SiO (CaO) 2 )O(P)O(Al)(SiO (MnO)(MgO)(CaO) 52322 29 三、三、 主要的爐內(nèi)反應(yīng)主要的爐內(nèi)反應(yīng) 1. 煉鋼過程是氧化去除雜質(zhì)的過程，用氧氣、鐵礦石作氧化劑，反應(yīng)如下：煉鋼過程是氧化去除雜質(zhì)的過程，用氧氣、鐵礦石作氧化劑，反應(yīng)如下： 1/2O2(g)O G-111700 6.78T 氧氣對鐵水的氧化反應(yīng)，放熱反應(yīng)，伴隨激烈攪拌氧氣對鐵水的氧化反應(yīng)，放熱反應(yīng)，伴隨激烈攪拌 1/3Fe2O3(s)2/3Fe(l)O G159300 88.62T Fe2O3的分解反應(yīng)，吸熱反應(yīng)，不希望有過分激烈攪拌的分解反應(yīng)，吸熱反應(yīng)，不希望有過分激烈攪拌 所以

17、，在煉鋼反應(yīng)中利用氧氣在操作上有利。所以，在煉鋼反應(yīng)中利用氧氣在操作上有利。 2. 普通元素的氧化除去反應(yīng)普通元素的氧化除去反應(yīng) C +O CO(g) Si +O (SiO2) Mn +O (MnO) 2P +O (P2O5) Fe(l)（約（約3%）+O (FeO) S +CaO (CaS) +O 逸出到氣相逸出到氣相 和造渣劑和造渣劑CaO反應(yīng)生成渣反應(yīng)生成渣 30 從雜質(zhì)對氧的化學(xué)親和力從雜質(zhì)對氧的化學(xué)親和力 大小關(guān)系可知：大小關(guān)系可知： (1)煉鋼過程中煉鋼過程中能夠去除能夠去除的的 元素位于元素位于Fe-FeO線下方：線下方： B、Al、Si、Ti、V、Zr； (2)不能去除不能去除

18、的元素位于的元素位于 Fe-FeO線上方，會殘留在線上方，會殘留在 金屬相中：金屬相中：Cu、Ni、Co、 Sn、Mo、W、As、Sb； (3)位于位于Fe-FeO線近旁元素，線近旁元素， 會分配在會分配在渣金屬兩相渣金屬兩相中：中： P、S、Mn、Cr； (4)蒸發(fā)到蒸發(fā)到氣相中氣相中的元素：的元素： Zn、Cd、Pb、C 3. 氧化次序和氧化程度氧化次序和氧化程度 氧化物標準自由能溫度圖氧化物標準自由能溫度圖 31 第三節(jié)、脫碳反應(yīng)第三節(jié)、脫碳反應(yīng) 一、脫碳反應(yīng)的作用一、脫碳反應(yīng)的作用 1. 降碳，并按鋼種的要求控制鋼中碳含量；降碳，并按鋼種的要求控制鋼中碳含量； 2. 碳氧化產(chǎn)物碳氧化產(chǎn)

19、物CO從熔池中排出，產(chǎn)生沸騰，使熔池產(chǎn)生攪動，促進爐從熔池中排出，產(chǎn)生沸騰，使熔池產(chǎn)生攪動，促進爐 內(nèi)反應(yīng)，使成分和溫度均勻；內(nèi)反應(yīng)，使成分和溫度均勻； 3. CO氣上浮有利于鋼中脫氣反應(yīng)和非金屬夾雜物的分離；氣上浮有利于鋼中脫氣反應(yīng)和非金屬夾雜物的分離； 4. 大量大量CO氣經(jīng)過渣層，是產(chǎn)生泡沫渣和乳化渣的原因；氣經(jīng)過渣層，是產(chǎn)生泡沫渣和乳化渣的原因； 5. 氧氣轉(zhuǎn)爐中，排氧氣轉(zhuǎn)爐中，排CO氣不均勻和由此造成熔池上漲往往是產(chǎn)生噴濺氣不均勻和由此造成熔池上漲往往是產(chǎn)生噴濺 的原因。的原因。 二、脫碳反應(yīng)的熱力學(xué)二、脫碳反應(yīng)的熱力學(xué) C+OCO(g) （脫碳反應(yīng)主要反應(yīng)式）（脫碳反應(yīng)主要反應(yīng)式）

20、 O+CO(g)CO2(g) C + CO2(g) 2CO(g) 噴濺噴濺 原因原因 32 平衡常數(shù)平衡常數(shù)K COC CO OC CO %Of%Cf P aa P OC CO fKf P %C%O 鋼液鋼液C=0.11.0%,濃度低，濃度低，fC 1，fO 1， 當當PCO 1時，時， 以以m代表代表 K 1 %C%O K 1 m=%C%O稱為碳氧積稱為碳氧積 C氧化的平衡常數(shù)和溫度關(guān)系式：氧化的平衡常數(shù)和溫度關(guān)系式：lgK-1160/T-2.003 （弱放熱反應(yīng)），（弱放熱反應(yīng)），T決定決定 1600 C，1atm，m=0.0024 實際熔池中含氧量比理論值高，實際熔池中含氧量比理論值高，

21、 過剩氧過剩氧 %O%O實際 實際 %O平衡 平衡 （ （ %O與動力學(xué)有關(guān)）與動力學(xué)有關(guān)） 脫碳速度快時，反應(yīng)接近平衡，過剩氧值??；反之則大。脫碳速度快時，反應(yīng)接近平衡，過剩氧值?。环粗畡t大。 脫碳有利條件（脫碳有利條件（1）提高熔池溫度；（）提高熔池溫度；（2）降）降CO;（3）提高含）提高含O2 %C:鐵液中鐵液中C、O的的 濃度用質(zhì)量分數(shù)濃度用質(zhì)量分數(shù) 表示；表示； PCO:CO分壓；分壓； aC ：C活度以鐵作為活度以鐵作為 溶劑的亨利定溶劑的亨利定 律確定；律確定； fC：C的活度系數(shù)；的活度系數(shù)； 范特霍夫范特霍夫(Vant Hoff)(Vant Hoff)方程方程 lnKlnK

22、P P= -= - H/RT+constH/RT+const 33 第四節(jié)、脫磷與脫硫第四節(jié)、脫磷與脫硫 一、脫磷一、脫磷 脫磷的渣金屬間反應(yīng)脫磷的渣金屬間反應(yīng) 渣中（渣中（CaO）高的堿性操作可脫磷）高的堿性操作可脫磷 （1）分子論形式的表達式：）分子論形式的表達式： 2P+5(FeO)+3(CaO)(3CaO.P2O5)+5Fe(l) 2P+5(FeO)+4(CaO)(4CaO.P2O5)+5Fe(l) 還可以更簡單的表達為：還可以更簡單的表達為： 2P+5O P2O5 （in liquid slag) P2O5以以(PO43-)離子形式存在，離子形式存在， （2）離子式的表達式：）離子式

23、的表達式： 2P+5O3(O2-) 2(PO43-) a (O2-)和和(PO43-)的離子活度不明的離子活度不明 ，平衡常數(shù)，平衡常數(shù)K采用模型化的定量處理方采用模型化的定量處理方 法：法： K(a P2O5)/(aP2aO5) 1. 煉鋼過程中 煉鋼過程中P和和O都很低，都很低， 34 可以認為可以認為aP%P, aO%O 如果渣中如果渣中(a P2O5)的活度基準取于過冷的純的熔融的活度基準取于過冷的純的熔融P2O5 ， 則由熱力學(xué)數(shù)據(jù)可得下式：則由熱力學(xué)數(shù)據(jù)可得下式： lgK=lg(a P2O5)/( %P2%O5) 36850/T-29.07 T升，升，K大降大降 強放熱反應(yīng)強放熱反

24、應(yīng) 這樣可定量的處理脫磷反應(yīng)。這樣可定量的處理脫磷反應(yīng)。 另外：另外：P在渣中量與在鋼中量的比值在渣中量與在鋼中量的比值分配比分配比LP (P2O5)/ %P 2. 脫磷反應(yīng)有利的條件（三高一低）脫磷反應(yīng)有利的條件（三高一低） （1）溫度低：較低的熔池溫度有利于脫磷，但過低容易惡化；）溫度低：較低的熔池溫度有利于脫磷，但過低容易惡化； （2）渣堿度高：增加）渣堿度高：增加CaO量，量，aCaO增大，對脫磷有利，增大，對脫磷有利，CaO和和P2O5 作用生成穩(wěn)定化合物，分配比作用生成穩(wěn)定化合物，分配比LP增大，也有利脫磷；增大，也有利脫磷； （3） FeO量高：增加量高：增加FeO量，量，aFe

25、O增大，有利于脫磷；增大，有利于脫磷； （4）渣量高：增加了渣量，相當于稀釋了渣中）渣量高：增加了渣量，相當于稀釋了渣中P2O5濃度，分配比濃度，分配比LP一定一定 時，鋼液中時，鋼液中P也會被稀釋，使鋼液中磷下降。也會被稀釋，使鋼液中磷下降。 35 3. 回磷：指已經(jīng)脫出到渣中回磷：指已經(jīng)脫出到渣中P又重新回到鋼液中，使鋼液中又重新回到鋼液中，使鋼液中P增高的現(xiàn)象。增高的現(xiàn)象。 原因：（原因：（1）在熔融后期向爐內(nèi)加脫氧劑，或出鋼過程中向鋼包內(nèi)加脫）在熔融后期向爐內(nèi)加脫氧劑，或出鋼過程中向鋼包內(nèi)加脫 氧劑，使鋼中的氧劑，使鋼中的O和渣中的和渣中的(FeO)下降，同時產(chǎn)生的下降，同時產(chǎn)生的Si

26、O2、 Al2O3到渣中，使得渣堿度降低，使得部分到渣中，使得渣堿度降低，使得部分P進入鋼液；進入鋼液； （2）脫氧劑直接和）脫氧劑直接和P2O5作用，使作用，使P2O5還原進入鋼液；還原進入鋼液； （3）溫度升高，平衡向回）溫度升高，平衡向回P方向進行。方向進行。 措施措施：（：（1）進行鐵水預(yù)脫磷，以降低原料中含）進行鐵水預(yù)脫磷，以降低原料中含P量；量； （2）在鋼液回）在鋼液回P前，盡量使前，盡量使P含量低，給后期回含量低，給后期回P留余地；留余地； （3）在冶煉還原期前，扒掉部分或全部高）在冶煉還原期前，扒掉部分或全部高P渣，重新造渣后再渣，重新造渣后再 脫氧；脫氧； （4）在出鋼過程

27、中，在鋼包中加適當）在出鋼過程中，在鋼包中加適當CaO，使渣堿度略上升，使渣堿度略上升， 防止堿度下降。防止堿度下降。 二、脫硫二、脫硫 1.硫的危害：降低鋼的熱加工塑性，生成的硫的危害：降低鋼的熱加工塑性，生成的FeS熔點低，產(chǎn)生熱脆。熔點低，產(chǎn)生熱脆。 36 2. 硫在渣金屬間反應(yīng)硫在渣金屬間反應(yīng) 渣中（渣中（CaO）高的堿性操作可脫硫，酸性操作不能脫硫。）高的堿性操作可脫硫，酸性操作不能脫硫。 分子論形式的表達式：分子論形式的表達式： S+(CaO)O+(CaS) 表示起脫硫作用的是表示起脫硫作用的是CaO（FeO、MgO） 離子式的表達式：離子式的表達式： S+(O2-)O+(S2-)

28、 認為脫硫的實質(zhì)是認為脫硫的實質(zhì)是S在鋼渣界面得在鋼渣界面得2個電子個電子 模型化的實驗式的平衡常數(shù)模型化的實驗式的平衡常數(shù) K )(O S O 2 )(S )(O S O )(S 2 2 2 2 %Saf )a(%Sf aa aa )(S O S )(O 2 2 fa fa K S% )S(% 2 （1）脫硫在高溫下進行：）脫硫在高溫下進行：lgK-6500/T+2.625 T升，升，K稍增大稍增大 （2）熔渣堿度增大：渣中）熔渣堿度增大：渣中a(O2-)增，渣鋼中硫分配比增，渣鋼中硫分配比 LS 增大增大LS值，從而有利于脫硫；值，從而有利于脫硫； （3）渣量增大，提高脫硫效果。）渣量增大

29、，提高脫硫效果。 37 3. 脫硫方法脫硫方法 （1）沉淀脫硫：使用）沉淀脫硫：使用Ca、Mg和稀土金屬的氧化物（都是強氧化劑）。和稀土金屬的氧化物（都是強氧化劑）。 脫脫S前必先脫前必先脫O （2）爐外脫）爐外脫S：鐵水脫硫、鋼水脫硫；：鐵水脫硫、鋼水脫硫； （3）氣體脫）氣體脫S 第五節(jié)、脫氧第五節(jié)、脫氧 脫氧使鋼液中溶解的氧除去的過程。脫氧使鋼液中溶解的氧除去的過程。 一、脫氧的意義和任務(wù)一、脫氧的意義和任務(wù) 意義：意義： 未脫氧的鋼凝固過程中隨未脫氧的鋼凝固過程中隨T下降下降O溶解度降低，氧在鋼液中富集超過溶解度降低，氧在鋼液中富集超過C、 O平衡時，與平衡時，與C生成生成CO，使鋼錠

30、內(nèi)部產(chǎn)生氣泡而，使鋼錠內(nèi)部產(chǎn)生氣泡而組織不致密組織不致密； 氧在液態(tài)鋼中的含量較大，固態(tài)鋼中溶解度小，凝固過程中以氧在液態(tài)鋼中的含量較大，固態(tài)鋼中溶解度小，凝固過程中以FeO的形的形 式式沿晶界析出沿晶界析出，降低鋼的力學(xué)性能；，降低鋼的力學(xué)性能； 1.氧的存在使氧的存在使S的危害加劇，形成的危害加劇，形成FeS和和FeO低熔點共晶低熔點共晶，使鋼在熱加工中，使鋼在熱加工中 產(chǎn)生熱脆。產(chǎn)生熱脆。 38 脫氧的任務(wù)脫氧的任務(wù) 1. 把鋼中含氧量脫出到鋼種所要求范圍。把鋼中含氧量脫出到鋼種所要求范圍。 按脫氧程度分為按脫氧程度分為 鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼 半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼 沸騰鋼沸騰鋼 優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼

31、 合金鋼合金鋼 （要求組織致密、脫氧完全）（要求組織致密、脫氧完全） 普通低碳鋼（不完全脫氧鋼）；普通低碳鋼（不完全脫氧鋼）； 鋼錠模中凝固時放鋼錠模中凝固時放CO，鋼錠組織中放，鋼錠組織中放 氣泡，補償鋼液凝固中產(chǎn)生的體積收縮，氣泡，補償鋼液凝固中產(chǎn)生的體積收縮， 不產(chǎn)生集中縮孔，使鋼錠的切頭部分減不產(chǎn)生集中縮孔，使鋼錠的切頭部分減 少，金屬收得率提高。少，金屬收得率提高。 介于兩者之間；介于兩者之間； 2. 排除脫氧產(chǎn)物，減少鋼中非金屬夾雜數(shù)量。排除脫氧產(chǎn)物，減少鋼中非金屬夾雜數(shù)量。 二、脫氧能力及脫氧劑二、脫氧能力及脫氧劑 脫氧能力：脫氧能力： 1. 鋼液中元素的氧化反應(yīng)鋼液中元素的氧化

32、反應(yīng) M+O（MO）當反應(yīng)平衡時，）當反應(yīng)平衡時， 39 平衡常數(shù)平衡常數(shù)K OM (MO) aa a MO為純氧化物或呈飽和狀態(tài)時，為純氧化物或呈飽和狀態(tài)時，a(MO)=1 K= OMOM %Of%Mf 1 aa 1 OMf Kf 1 %M%O 當當fMfO1時，時，%M%O= K 1 %M%O 稱為脫氧常數(shù)，脫氧反應(yīng)達平衡時，元素與氧濃度的積，稱為脫氧常數(shù)，脫氧反應(yīng)達平衡時，元素與氧濃度的積， 可判定元素脫氧能力。可判定元素脫氧能力。 元素的脫氧能力：指在一定元素的脫氧能力：指在一定T下，和一定濃度的脫下，和一定濃度的脫O元素相平衡的氧含元素相平衡的氧含 量的高低。量的高低。 元素脫氧常數(shù)

33、越小，與它平衡的一定量元素脫氧常數(shù)越小，與它平衡的一定量O的濃度越小，則該元素脫氧能的濃度越小，則該元素脫氧能 力越強。力越強。 2. 對脫氧劑的要求對脫氧劑的要求 （1）在）在GT曲線中，位于曲線中，位于Fe-FeO線以下的元素：線以下的元素： 由于鋼液中由于鋼液中O和和Fe生成生成FeO，所以該元素生成氧化物必比，所以該元素生成氧化物必比FeO穩(wěn)定。穩(wěn)定。 （2）其熔點低于鋼液溫度：因脫）其熔點低于鋼液溫度：因脫O所需時間主要取決于脫氧劑熔解速度，所需時間主要取決于脫氧劑熔解速度， 熔解速度又主要取決于熔點，所以用低熔點合金。熔解速度又主要取決于熔點，所以用低熔點合金。 40 （3）脫氧產(chǎn)

34、物不熔于鋼液，并能上浮排除，即使以夾雜物形式滯留在鋼）脫氧產(chǎn)物不熔于鋼液，并能上浮排除，即使以夾雜物形式滯留在鋼 中也不會產(chǎn)生不利影響。中也不會產(chǎn)生不利影響。 常用脫氧劑：常用脫氧劑：Mn、Si、Al復(fù)合脫氧劑復(fù)合脫氧劑 Mn較弱的脫氧劑，氧化是放熱反應(yīng)，溫度降低脫氧能力增強；較弱的脫氧劑，氧化是放熱反應(yīng)，溫度降低脫氧能力增強； Si 較強的脫氧劑，氧化是放熱反應(yīng)，溫度降低脫氧能力增強。較強的脫氧劑，氧化是放熱反應(yīng)，溫度降低脫氧能力增強。 Al 強的脫氧劑，比強的脫氧劑，比Mn大兩個數(shù)量級，比大兩個數(shù)量級，比Si大一個數(shù)量級，常用大一個數(shù)量級，常用 于終脫氧。于終脫氧。 復(fù)合脫氧：用兩種以上元

35、素使鋼脫氧，稱為。復(fù)合脫氧：用兩種以上元素使鋼脫氧，稱為。 （Si-Mn、Si-Ca、Si-Mn-Al) 好處（好處（1）可提高各個元素的脫氧能力，脫氧產(chǎn)物是復(fù)合氧化物，之）可提高各個元素的脫氧能力，脫氧產(chǎn)物是復(fù)合氧化物，之 間相互作用使氧化物活度降低。間相互作用使氧化物活度降低。 （2）復(fù)合氧化物熔點較低，較易聚集長大，易上浮排除。）復(fù)合氧化物熔點較低，較易聚集長大，易上浮排除。 三、脫氧方法三、脫氧方法 1. 沉淀脫氧：將塊狀脫氧劑加入鋼液中，使它與熔在鋼液中氧作用，生成沉淀脫氧：將塊狀脫氧劑加入鋼液中，使它與熔在鋼液中氧作用，生成 不熔于鋼液的氧化物或復(fù)合氧化物，并上浮到渣中，達到脫不熔

36、于鋼液的氧化物或復(fù)合氧化物，并上浮到渣中，達到脫 氧目的。氧目的。 41 優(yōu)點：在鋼液內(nèi)進行，脫氧速度快。優(yōu)點：在鋼液內(nèi)進行，脫氧速度快。 缺點：排除脫氧產(chǎn)物要一定時間，可能成為夾雜物。缺點：排除脫氧產(chǎn)物要一定時間，可能成為夾雜物。 常用脫氧劑：錳鐵、硅鐵、鋁。常用脫氧劑：錳鐵、硅鐵、鋁。 2. 擴散脫氧：將粉狀脫氧劑加入渣中，利用擴散脫氧：將粉狀脫氧劑加入渣中，利用O在渣中分配先脫渣中氧，使在渣中分配先脫渣中氧，使 鋼中氧向渣中轉(zhuǎn)移而達脫氧目的。鋼中氧向渣中轉(zhuǎn)移而達脫氧目的。 特點：在鋼中留下脫氧產(chǎn)物；反應(yīng)速度慢，時間長。特點：在鋼中留下脫氧產(chǎn)物；反應(yīng)速度慢，時間長。 生產(chǎn)中常用綜合脫氧沉淀

37、脫氧和擴散脫氧交替進行。生產(chǎn)中常用綜合脫氧沉淀脫氧和擴散脫氧交替進行。 3. 真空下的碳脫氧：常壓下碳脫氧能力弱，需用強脫氧劑進行終脫氧。真空下的碳脫氧：常壓下碳脫氧能力弱，需用強脫氧劑進行終脫氧。 C+O(CO) 真空下，真空下，CO分壓很小，碳脫氧能力增強，分壓很小，碳脫氧能力增強， 且產(chǎn)物且產(chǎn)物CO為氣體，很容易從鋼中排出，不污染鋼為氣體，很容易從鋼中排出，不污染鋼 液。液。 碳是真空冶煉中理想的脫氧劑。碳是真空冶煉中理想的脫氧劑。 42 第六節(jié)、鋼中氣體和非金屬夾雜第六節(jié)、鋼中氣體和非金屬夾雜 一、鋼中氣體一、鋼中氣體H2、N2 鋼中氣體來源及對性能的影響鋼中氣體來源及對性能的影響 （

38、1）H2來源：金屬爐料、耐火材料、渣料、爐氣中水份。來源：金屬爐料、耐火材料、渣料、爐氣中水份。 影響：產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象和影響：產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象和“白點白點”缺陷，使鋼塑性和強度降缺陷，使鋼塑性和強度降 低，過低，過 早斷裂。早斷裂。 （2）N2來源：爐氣、含來源：爐氣、含Cr、V、Al、Ti 高的廢鋼和鐵合金。高的廢鋼和鐵合金。 影響：鋼液冷卻下來時，過飽和的合金元素如影響：鋼液冷卻下來時，過飽和的合金元素如Ti、Cr、Nb、 Al與與N形成穩(wěn)定的脆性氮化物沿晶界彌散分布析出，使形成穩(wěn)定的脆性氮化物沿晶界彌散分布析出，使 高溫塑性、強度降低，導(dǎo)致時效脆性。高溫塑性、強度降低，導(dǎo)致時效脆性。 2. 氣

39、體在鋼中的溶解氣體在鋼中的溶解 氫、氮在鋼液中微溶，在固態(tài)鋼中更少。它們以原子狀態(tài)存在氫、氮在鋼液中微溶，在固態(tài)鋼中更少。它們以原子狀態(tài)存在 1/2H2H KH 1. 1/2N2 N KN 1/2 H H 2 P %Hf 1/2 N N 2 P %Nf 在極稀溶液中在極稀溶液中fHfN1 43 %HKH %NKN 根據(jù)平方根定律：在一定根據(jù)平方根定律：在一定T下，鋼中氫、氮含量與其在氣相中的分壓的下，鋼中氫、氮含量與其在氣相中的分壓的 平方根成正比。平方根成正比。 lg KH-1670/T-1.68 lg KN-188.1/T-1.246 T升，升，K增大，增大， 說明說明H、N在鋼液中溶解是

40、吸熱反應(yīng)。在鋼液中溶解是吸熱反應(yīng)。 影響因素：影響因素： （1）T升，氣體溶解度增大；升，氣體溶解度增大； （2）氣體分壓力：分壓增，溶解度增）氣體分壓力：分壓增，溶解度增 （3）鋼的成分（合金元素的影響）：凡是與）鋼的成分（合金元素的影響）：凡是與H、N有親合力的元素，可有親合力的元素，可 使溶解度增大。使溶解度增大。 去氣措施：去氣措施： （1）在煉鋼原料和冶煉工藝上采取的措施：）在煉鋼原料和冶煉工藝上采取的措施： a. 保證原材料質(zhì)量和保證原材料質(zhì)量和O2純度；純度； b. 對原料進行烘烤、干燥，減少鋼中氣體來源；對原料進行烘烤、干燥，減少鋼中氣體來源； c. 控制冶煉溫度，和出鋼溫度，

41、不應(yīng)該太高?？刂埔睙挏囟?，和出鋼溫度，不應(yīng)該太高。 1/2 H2 P 1/2 N2 P 44 （2）氧化期脫碳去氣）氧化期脫碳去氣 脫碳時產(chǎn)生大量脫碳時產(chǎn)生大量CO氣體，在氣體，在CO氣泡剛生成時，不含氣泡剛生成時，不含H、N，即此時，即此時 H、N在在CO中分壓為零，因而在中分壓為零，因而在CO氣泡上升時，氣泡上升時，H、N會擴散進去，會擴散進去， 隨氣泡出鋼。隨氣泡出鋼。 （3）真空冶煉和鋼液真空處理）真空冶煉和鋼液真空處理 降低體系壓力，氣體分壓降低，減少在鋼液中溶解度，脫降低體系壓力，氣體分壓降低，減少在鋼液中溶解度，脫H容易，容易，N 在鋼中可生成多種化合物。在鋼中可生成多種化合物。

42、 （4）鋼包吹氬）鋼包吹氬 氬氣吹入鋼液后，氫氣和氮氣的氣泡向氬氣氣泡擴散，隨氬氣一起氬氣吹入鋼液后，氫氣和氮氣的氣泡向氬氣氣泡擴散，隨氬氣一起 脫出鋼液。脫出鋼液。 二、鋼中非金屬夾雜物：二、鋼中非金屬夾雜物：O、S、C、N、P化物統(tǒng)稱。它們的存在破壞了化物統(tǒng)稱。它們的存在破壞了 鋼基體的連續(xù)性，使鋼內(nèi)部組織性能不均。鋼基體的連續(xù)性，使鋼內(nèi)部組織性能不均。 夾雜物的分類夾雜物的分類 1. 按化學(xué)成分分：氧化物、碳化物、硫化物、磷化物、氮化物等。按化學(xué)成分分：氧化物、碳化物、硫化物、磷化物、氮化物等。 45 按來源分按來源分 外來：由耐火材料、熔渣等在冶煉、澆鑄過程中進入鋼中；其外外來：由耐火

43、材料、熔渣等在冶煉、澆鑄過程中進入鋼中；其外 形不規(guī)則，尺寸大，偶然出現(xiàn)；形不規(guī)則，尺寸大，偶然出現(xiàn)； 內(nèi)生：脫氧、凝固、冷卻時所進行的各種化學(xué)反應(yīng)而生成的。內(nèi)生：脫氧、凝固、冷卻時所進行的各種化學(xué)反應(yīng)而生成的。 按產(chǎn)生過程分按產(chǎn)生過程分 一次夾雜物（原生夾雜物）：鋼液脫氧反應(yīng)時產(chǎn)生的夾雜物；一次夾雜物（原生夾雜物）：鋼液脫氧反應(yīng)時產(chǎn)生的夾雜物； 二次夾雜物：在澆鑄過程中產(chǎn)生的夾雜物；二次夾雜物：在澆鑄過程中產(chǎn)生的夾雜物； 三次夾雜物（再生夾雜物）：在凝固過程中產(chǎn)生的夾雜物；三次夾雜物（再生夾雜物）：在凝固過程中產(chǎn)生的夾雜物； 四次夾雜物：在固態(tài)相變過程形成的夾雜物。四次夾雜物：在固態(tài)相變過程

44、形成的夾雜物。 2. 夾雜物對性能的影響夾雜物對性能的影響 對鋼的韌性、塑性和疲勞性能產(chǎn)生影響，在鋼制構(gòu)件工作過程中，破對鋼的韌性、塑性和疲勞性能產(chǎn)生影響，在鋼制構(gòu)件工作過程中，破 壞基體的連接能力，產(chǎn)生應(yīng)力集中，促使裂紋形成。壞基體的連接能力，產(chǎn)生應(yīng)力集中，促使裂紋形成。 3. 非金屬夾雜物的去除非金屬夾雜物的去除 （1）浮升去除：夾雜物的密度低于熔煉金屬的密度，在有渣覆蓋鋼液）浮升去除：夾雜物的密度低于熔煉金屬的密度，在有渣覆蓋鋼液 時，夾雜物到達鋼渣界面時被渣吸收而一同排除；時，夾雜物到達鋼渣界面時被渣吸收而一同排除； 46 夾雜物上升速度按斯托克斯公式計算：夾雜物上升速度按斯托克斯公式

45、計算： g重力加速度；重力加速度； 金屬粘度；金屬粘度； r夾雜物顆粒半徑；夾雜物顆粒半徑； 金屬和夾雜物的密度。金屬和夾雜物的密度。 （2）渣洗去除）渣洗去除 轉(zhuǎn)爐、電爐煉鋼時，渣鋼作用強烈，鋼與渣比表面大，鋼液與渣轉(zhuǎn)爐、電爐煉鋼時，渣鋼作用強烈，鋼與渣比表面大，鋼液與渣 很好接觸，具有渣洗去夾雜的有利條件。很好接觸，具有渣洗去夾雜的有利條件。 )(r 1 g 9 2 v inc.metal 2 47 1. 1.煉鋼的基本原理。煉鋼的基本原理。 2. 2.脫碳、脫磷、脫硫、脫氧的方法。脫碳、脫磷、脫硫、脫氧的方法。 3.3.去除氣體和夾雜物應(yīng)采取的措施。去除氣體和夾雜物應(yīng)采取的措施。 煉鋼思

46、考題煉鋼思考題 48 第七節(jié)、煉鋼法種類和特征第七節(jié)、煉鋼法種類和特征 煉鋼法煉鋼法轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐電爐電爐平爐平爐 原料原料主要是鐵水，少量廢鋼主要是鐵水，少量廢鋼 主要是廢鋼，少量生鐵主要是廢鋼，少量生鐵鐵水、廢鋼各半鐵水、廢鋼各半 熱源熱源雜質(zhì)的氧化熱雜質(zhì)的氧化熱電能電能燃料（重油、煤氣）燃料（重油、煤氣） 氧化劑氧化劑純氧、空氣純氧、空氣鐵礦石、氧氣鐵礦石、氧氣鐵礦石、氧氣鐵礦石、氧氣 造渣劑造渣劑CaCO3、CaOCaCO3、CaO、硅砂、硅砂CaCO3、CaO等等 特征特征 煉鋼時間短，廢鋼使用煉鋼時間短，廢鋼使用 量少量少 熱效率高，鋼的熱效率高，鋼的P、S 低，成分調(diào)整容易低，成分調(diào)整

47、容易 原料范圍廣，可得原料范圍廣，可得 優(yōu)質(zhì)鋼，煉鋼時間優(yōu)質(zhì)鋼，煉鋼時間 長長 用途用途普通鋼、低合金鋼普通鋼、低合金鋼合金鋼、普通鋼合金鋼、普通鋼普通鋼、低合金鋼普通鋼、低合金鋼 49 近代煉鋼法發(fā)展歷史近代煉鋼法發(fā)展歷史 （1）開端）開端 1856年年 Henry Bessemer 發(fā)明發(fā)明貝塞麥轉(zhuǎn)爐貝塞麥轉(zhuǎn)爐； （2）19世紀后半期世紀后半期 平爐平爐、托馬斯轉(zhuǎn)爐托馬斯轉(zhuǎn)爐、電爐電爐相繼發(fā)明出來；相繼發(fā)明出來； （3）其后）其后 對這些方法進行了各種各樣的改良；對這些方法進行了各種各樣的改良； 其中使用原料范圍廣、可以高效生成高質(zhì)量鋼的其中使用原料范圍廣、可以高效生成高質(zhì)量鋼的平爐法平爐

48、法，在，在 其發(fā)明后的其發(fā)明后的100年間生產(chǎn)了世界鋼產(chǎn)量的年間生產(chǎn)了世界鋼產(chǎn)量的80%； （4）第二次世界大戰(zhàn)后，純氧可工業(yè)性地、廉價地大量生產(chǎn)了，）第二次世界大戰(zhàn)后，純氧可工業(yè)性地、廉價地大量生產(chǎn)了， 1952年，在奧地利的年，在奧地利的 Linz 和和 Donawitz 工廠，嘗試在轉(zhuǎn)爐上使用氧工廠，嘗試在轉(zhuǎn)爐上使用氧 氣，獲得顯著成功，此法稱氣，獲得顯著成功，此法稱LD法法（美國稱（美國稱BOFBasic Oxygen Furnace），引起世界關(guān)注。），引起世界關(guān)注。 方法：由上面噴吹純氧，一爐的煉鋼時間為方法：由上面噴吹純氧，一爐的煉鋼時間為 30 40 min的快速精煉法。的快速

49、精煉法。 優(yōu)點（優(yōu)點（1）煉鋼時間短，生產(chǎn)率顯著提高；）煉鋼時間短，生產(chǎn)率顯著提高； （2）N、P、O、S 等的有害成分低，鋼的性質(zhì)優(yōu)良，可適應(yīng)多種等的有害成分低，鋼的性質(zhì)優(yōu)良，可適應(yīng)多種 鋼的冶煉；鋼的冶煉； （3）操作費用、建設(shè)費用低。）操作費用、建設(shè)費用低。 50 第八節(jié)、轉(zhuǎn)爐煉鋼法第八節(jié)、轉(zhuǎn)爐煉鋼法 1. 使用鴨梨型的轉(zhuǎn)爐使用鴨梨型的轉(zhuǎn)爐 (converter) ，以鐵水作為原料，以空氣或純氧作為，以鐵水作為原料，以空氣或純氧作為 氧化劑，靠雜質(zhì)的氧化熱提高鋼水溫度，氧化劑，靠雜質(zhì)的氧化熱提高鋼水溫度，3045 min內(nèi)完成一次精煉內(nèi)完成一次精煉 的快速煉鋼法。的快速煉鋼法。 51 轉(zhuǎn)

50、爐煉鋼法的種類轉(zhuǎn)爐煉鋼法的種類 送風(fēng)形式送風(fēng)形式氧化劑氧化劑生成的渣生成的渣名稱名稱 底吹底吹 底吹底吹 底吹底吹 空氣空氣 空氣空氣 O2燃料燃料 酸性渣酸性渣 堿性渣堿性渣 堿性渣堿性渣 Bessemeer法法 Thomas法法 Q-BOP法法 頂吹頂吹 頂吹頂吹 頂吹頂吹 O2 O2 O2 堿性渣堿性渣 堿性渣堿性渣 堿性渣堿性渣 LD（或（或BOF）法）法 Kaldo法法 Rotor法法 側(cè)吹側(cè)吹 側(cè)吹側(cè)吹 空氣空氣 空氣空氣 酸性渣酸性渣 酸性渣酸性渣 Tropenas型轉(zhuǎn)爐型轉(zhuǎn)爐 Robert型轉(zhuǎn)爐型轉(zhuǎn)爐 頂?shù)讖?fù)吹頂?shù)讖?fù)吹 O2惰性氣體惰性氣體 或或O2燃料燃料 堿性渣堿性渣BOF

51、，K-BOF 52 2. 熱源和原料鐵的成分熱源和原料鐵的成分 （1）熱源：原料鐵水中雜質(zhì)的氧化熱。）熱源：原料鐵水中雜質(zhì)的氧化熱。 發(fā)熱量順序：發(fā)熱量順序：Si，P，Al，Mn，C，F(xiàn)e Fe一般要氧化一般要氧化23%，但不希望降收率，而使鋼水過氧化，但不希望降收率，而使鋼水過氧化， 所以主要熱源：所以主要熱源：Si、P、Mn。 （2）熱源和原料鐵的成分）熱源和原料鐵的成分 Bessemer法：熱源法：熱源Si（Si低時要提高低時要提高Mn），）， 一般一般Si0.82.5%，Mn0.22.0%， 由于不能脫由于不能脫P、S，所以，所以P、S含量越低越好。含量越低越好。 P0.1%，S0.0

52、5% Thomas法：是吹煉高磷鐵水法。法：是吹煉高磷鐵水法。P是主要熱源，造堿性渣，是主要熱源，造堿性渣， 所以希望所以希望Si0. 5%，生成渣作為，生成渣作為Thomas磷肥，希望磷肥，希望 P 1.72.2%，脫，脫 硫率約硫率約50%，希望，希望S0.1% 以上兩種方法（以上兩種方法（1）以空氣作為氧化劑，對原料鐵水組成有嚴格限制；）以空氣作為氧化劑，對原料鐵水組成有嚴格限制； （2）由于發(fā)熱量有限，可使用的廢鋼（冷卻劑）量至多）由于發(fā)熱量有限，可使用的廢鋼（冷卻劑）量至多5%， 連本廠產(chǎn)的廢鋼都不能完全消化。連本廠產(chǎn)的廢鋼都不能完全消化。 53 BOF法（法（1）純氧作為氧化劑，沒

53、有廢氣中）純氧作為氧化劑，沒有廢氣中N2帶走那部分顯熱，在熱量帶走那部分顯熱，在熱量 上有富裕；上有富裕； （2）Si、Mn的氧化熱雖可作主熱源，但熱量有富裕；的氧化熱雖可作主熱源，但熱量有富裕； 所以對原料鐵的成分無特別嚴格限制，可使用通常的煉鋼法，廢所以對原料鐵的成分無特別嚴格限制，可使用通常的煉鋼法，廢 鋼的使用量根據(jù)鐵水組成而變化，一般鋼的使用量根據(jù)鐵水組成而變化，一般1530%。 LD轉(zhuǎn)爐煉鋼法轉(zhuǎn)爐煉鋼法 （1）堿性頂吹純氧轉(zhuǎn)爐（以頂吹法作代表）特點：）堿性頂吹純氧轉(zhuǎn)爐（以頂吹法作代表）特點： a 設(shè)備簡單，設(shè)備費用和精煉費用低；設(shè)備簡單，設(shè)備費用和精煉費用低； b 快速精煉，生成率

54、高；快速精煉，生成率高； c 對原料鐵成分的限制少；對原料鐵成分的限制少； d 廢鋼使用量高；廢鋼使用量高； e 生產(chǎn)的鋼中生產(chǎn)的鋼中S、P、N等雜質(zhì)低，可生產(chǎn)多鐘鋼。等雜質(zhì)低，可生產(chǎn)多鐘鋼。 54 （2）爐體設(shè)備）爐體設(shè)備 爐帽、爐身、爐底、爐口、出鋼口，爐帽、爐身、爐底、爐口、出鋼口， 托圈、耳軸，傾動機構(gòu)托圈、耳軸，傾動機構(gòu) 爐底沒有送風(fēng)設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單；爐底沒有送風(fēng)設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單； 鋼鐵爐殼內(nèi)部：鋼鐵爐殼內(nèi)部：MgO磚作為永久層，磚作為永久層， 內(nèi)側(cè)是焦油白云石磚、白云石鎂磚；內(nèi)側(cè)是焦油白云石磚、白云石鎂磚； 渣線：用鎂碳磚等筑爐；渣線：用鎂碳磚等筑爐； （3）供氧設(shè)備）供氧設(shè)備 銅制水

55、冷式三重構(gòu)造的噴槍從上方以銅制水冷式三重構(gòu)造的噴槍從上方以108g/m2量量 把高壓氧氣吹入鐵水；把高壓氧氣吹入鐵水； 氧氣用量：氧氣用量：50m3/t 鋼水；鋼水； 氧氣的純度：從精煉上來說沒有限制，但使用的氧氣的純度：從精煉上來說沒有限制，但使用的 氧氣中如果氮氣分壓高，煉出的鋼氧氣中如果氮氣分壓高，煉出的鋼 N含量增加，故需用純度含量增加，故需用純度99.8%以上以上 的純氧。的純氧。 55 （4）排氣處理設(shè)備）排氣處理設(shè)備 LD法吹煉，大量濃厚煙塵（高溫法吹煉，大量濃厚煙塵（高溫CO氣），煙塵粒度氣），煙塵粒度0.51 m，含，含 90%的的Fe2O3； 排氣的處理方法排氣的處理方法

56、燃燒燃燒爐上部把爐上部把CO(g) 燃燒成燃燒成CO2(g)； 非燃燒非燃燒回收回收CO(g) ； （5）LD轉(zhuǎn)爐操作轉(zhuǎn)爐操作 裝料：裝料： 稱量好稱量好 的廢鋼的廢鋼 爐體前傾爐體前傾 裝裝 入入 1 2 鐵水鐵水3 裝裝 入入 爐體直立爐體直立 邊吹氧邊投軋邊吹氧邊投軋 鋼鐵皮、石灰鋼鐵皮、石灰 4 5 吹煉：吹煉：a） 氧氣噴槍降至設(shè)定位置（離鐵水面氧氣噴槍降至設(shè)定位置（離鐵水面13m）；）； b）用所定壓力噴吹）用所定壓力噴吹O2時，著火現(xiàn)象，從此時計算吹煉時間；時，著火現(xiàn)象，從此時計算吹煉時間； c）吹煉中，高亮度火焰從爐口排出，噴吹中期，脫碳最盛）吹煉中，高亮度火焰從爐口排出，噴吹

57、中期，脫碳最盛 期，氧的脫碳效率接近期，氧的脫碳效率接近100%； 56 取樣測溫：動態(tài)控制時，在排氣量逐漸減少，預(yù)定吹止的幾分鐘取樣測溫：動態(tài)控制時，在排氣量逐漸減少，預(yù)定吹止的幾分鐘 前，降下副槍（探頭）測定鐵水中前，降下副槍（探頭）測定鐵水中C濃度和溫度，濃度和溫度， 預(yù)測預(yù)測 到達碳濃度和目標溫度的時間，吹煉到終點。到達碳濃度和目標溫度的時間，吹煉到終點。 出鋼：在吹煉終點靜態(tài)控制場合，達到了預(yù)想的目標碳濃度及鋼出鋼：在吹煉終點靜態(tài)控制場合，達到了預(yù)想的目標碳濃度及鋼 水水 溫度，上升吹槍（終止吹氧），待氧槍完全上升后，爐體溫度，上升吹槍（終止吹氧），待氧槍完全上升后，爐體 倒向裝料側(cè)

58、，測溫取樣，確認倒向裝料側(cè)，測溫取樣，確認C濃度及溫度后，爐體倒向出濃度及溫度后，爐體倒向出 鋼側(cè)。鋼側(cè)。 排渣構(gòu)成：出鋼中，向爐內(nèi)及鋼水包中添加脫排渣構(gòu)成：出鋼中，向爐內(nèi)及鋼水包中添加脫 氧劑氧劑Fe-Mn、Fe- Si、Al等，出鋼后再把爐體倒向裝料側(cè)排出渣。等，出鋼后再把爐體倒向裝料側(cè)排出渣。 57 （6）爐內(nèi)反應(yīng)）爐內(nèi)反應(yīng) 吹煉過程三階段：吹煉過程三階段： 吹煉初期：吹煉初期：Si、Mn 優(yōu)先氧化，優(yōu)先氧化，F(xiàn)e也被氧化，產(chǎn)生溶解了石灰的鐵硅酸渣，也被氧化，產(chǎn)生溶解了石灰的鐵硅酸渣， 脫磷也在此期發(fā)生，鋼水溫度逐漸上升；脫磷也在此期發(fā)生，鋼水溫度逐漸上升； 吹煉中期：從吹煉中期：從Si

59、、Mn的大部分已被氧化時開始，進入該期，是脫碳最激的大部分已被氧化時開始，進入該期，是脫碳最激 烈的階段，該時期的脫碳利用率為烈的階段，該時期的脫碳利用率為100%，隨溫度的上升，隨溫度的上升， 渣中渣中P、Mn向金屬相轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)為錳、磷升高；向金屬相轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)為錳、磷升高； 吹煉末期：鋼水中的碳濃度降到吹煉末期：鋼水中的碳濃度降到1%以下時，脫以下時，脫C速度開始降低，進入該速度開始降低，進入該 時期，渣中石灰的溶解也得到促進，時期，渣中石灰的溶解也得到促進，Mn及及P再次轉(zhuǎn)移到渣相，再次轉(zhuǎn)移到渣相， 達到目標達到目標C及溫度后，終止吹煉。及溫度后，終止吹煉。 反應(yīng)特征：反應(yīng)特征： （1）氧

60、的反應(yīng)效率高，脫碳反應(yīng)極快，精煉時間短；）氧的反應(yīng)效率高，脫碳反應(yīng)極快，精煉時間短； （2）渣金屬的攪拌激烈，從吹煉初期開始，脫磷反應(yīng)和脫碳反應(yīng)同時進行；）渣金屬的攪拌激烈，從吹煉初期開始，脫磷反應(yīng)和脫碳反應(yīng)同時進行； （3）由于沒有）由于沒有N2，精煉反應(yīng)中的熱效率高，廢鋼使用量高；，精煉反應(yīng)中的熱效率高，廢鋼使用量高； （4）由于強有力的沸騰現(xiàn)象，鐵中的）由于強有力的沸騰現(xiàn)象，鐵中的N2、 H2等氣體成分被除去，其含量低；等氣體成分被除去，其含量低； （5）爐內(nèi)最高溫度部分位于爐中心著火點，因此耐火材料損傷小。）爐內(nèi)最高溫度部分位于爐中心著火點，因此耐火材料損傷小。 58 第九節(jié)、電弧爐煉