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、熔渣的來源、組成和作用熔渣的來源（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）通過調(diào)整爐渣的成分、性質(zhì)和數(shù)量，來控制鋼液中各元素的氧化還原反應(yīng)過程；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)定電弧爐的電弧；5）沖刷和侵蝕爐襯，好的爐渣能減輕這種不良影響，延長爐襯壽命。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LD（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爐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模或結(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)過初軋開坯軋制成鋼坯，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。坑鑄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內(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、底板底盤或錠盤，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)鋼錠常見缺陷一、鎮(zhèn)靜鋼鋼錠常見缺陷二、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)過連續(xù)鑄鋼機(jī)（簡稱連鑄機(jī)）直接生產(chǎn)鋼坯的方法叫連續(xù)鑄鋼。它生產(chǎn)出來的鋼坯叫連鑄坯。從20世紀(jì)50年代開始發(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)鋼國家的連鑄比都超過了90％。我國于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)線在美國紐柯公司問世以來，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t；第二期為240萬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。3月份月產(chǎn)量超4萬ｔ，預(yù)計(jì)4月份月產(chǎn)量可達(dá)5.5萬ｔ，其達(dá)產(chǎn)單流產(chǎn)量將達(dá)到130～140萬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)線在美國紐柯公司問世以來，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t。