冶金原理及工藝51典型合金的熔煉工藝-鋼課件

冶金原理及工藝5.1典型合金的熔煉工藝-鋼冶金原理及工藝5.1典型合金的熔煉工藝-鋼1§5.1鋼的熔煉工藝2§5.1鋼的熔煉工藝22§5.1鋼的熔煉工藝

鋼的熔煉方法：電弧爐感應(yīng)爐平爐轉(zhuǎn)爐堿性電弧爐熔煉

3§5.1鋼的熔煉工藝鋼的熔煉方法：33§5.1.1電弧爐熔煉

堿性電弧爐酸性電弧爐通過爐襯材料劃分：氧化硅磚氧化鎂磚4§5.1.1電弧爐熔煉堿性電弧爐44堿性電弧爐煉鋼常用兩種冶煉方法：氧化法不氧化法氧化法熔煉的特點(diǎn)是：爐料熔化后要加入礦石或吹入氧氣。使鋼液產(chǎn)生劇烈的氧化沸騰，其目的是為了脫碳、脫磷、除氣和去除非金屬夾雜物，這種方法對(duì)爐料要求不十分苛刻，料源很廣。氧化法適用于冶煉大多數(shù)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼及某些特殊鋼種，如不銹鋼。不氧化法熔煉的特點(diǎn)是：在熔煉過程中無氧化期，不加入氧化劑；不發(fā)生劇烈沸騰，熔煉時(shí)間短。合金元素?zé)龘p少。對(duì)純潔的爐料，或含有大量合金元素時(shí)，最好采用這種熔煉方法。5堿性電弧爐煉鋼常用兩種冶煉方法：55*氧化法煉鋼工藝過程氧化法煉鋼的工藝過程包括：補(bǔ)爐裝料熔化期氧化期還原期出鋼

6*氧化法煉鋼工藝過程氧化法煉鋼的工藝過程包括：661．補(bǔ)爐

一般熔煉完一爐鋼以后，裝入下一爐的爐料以前，照例要進(jìn)行補(bǔ)爐。其目的是修補(bǔ)被浸蝕和被碰壞的爐底和爐壁。補(bǔ)爐采用與打底相同的材料。補(bǔ)爐需要掌握“高溫、補(bǔ)層薄、操作快”的要點(diǎn)。71．補(bǔ)爐一般熔煉完一爐鋼以后，裝入下一爐的72．裝料

補(bǔ)爐完后即可裝料。往料罐中裝料時(shí)，需要合理地布置爐料。同時(shí)爐料要裝得緊密利于導(dǎo)電和導(dǎo)熱，加速熔煉過程。裝料以前先在爐底上鋪一層重量約為爐料重達(dá)1％的石灰。其作用是在熔化爐料過程中，造渣脫磷，并減小裝料對(duì)爐底的沖擊。

82．裝料883．熔化期熔化期的任務(wù):

將固體爐料熔化成鋼液，并脫去鋼中部分磷。爐料在熔化過程中，鐵、硅、錳、磷等元素被爐氣中的氧所氧化，生成FeO、SiO2、MnO及P2O5氧化物，這些氧化物又與石灰(主要成分為CaO)化合成爐渣，覆蓋在鋼液表面。為了脫磷，在熔化末期分批加入小塊鐵礦石，其總量根據(jù)爐料的含磷量決定，一般為裝料量的1％一2％。爐料熔化以后，熔化期就結(jié)束。此時(shí)，應(yīng)扒去富磷爐渣，然后加入石灰、螢石等造渣材料——另造新渣。93．熔化期熔化期的任務(wù):994．氧化期

氧化期的任務(wù)：將鋼液中的含磷量降低到規(guī)定的要求，去除鋼液中的氣體和非金屬夾雜物，并提高鋼液的溫度。在氧化期的前一階段，鋼液溫度較低，這時(shí)主要是造渣脫磷。待鋼液溫度提高(1530℃以上)后，進(jìn)入第二階段，這時(shí)主要進(jìn)行氧化脫碳沸騰精煉，以去除鋼液中的夾雜物和氣體。常用的氧化脫碳方法：礦石脫碳法吹氧脫碳法礦石一氧氣聯(lián)合脫碳法。104．氧化期氧化期的任務(wù)：1010

礦石脫碳法是在氧化期分批加入經(jīng)過焙燒的鐵礦石。鐵礦石中的氧化鐵與鋼液中的鐵發(fā)生吸熱反應(yīng)：

Fe203＋Fe→3FeO-Q(1)

反應(yīng)生成的氧化亞鐵溶解在鋼液中，起脫碳作用：

FeO＋C→Fe十CO-Q(2)

碳氧化生成大量的CO氣泡，造成鋼液沸騰，具有清除鋼液中的氣體和非金屬夾雜物的作用。礦石用量根據(jù)脫碳量來確定。一般加入礦石l.0kg/t鋼液，可脫碳0.01％左右。為了達(dá)到有效地去除鋼液中的氣體，應(yīng)使鋼液激烈沸騰。為了使鋼液溫度不致于因加入鐵礦石大幅度降低，應(yīng)采取分批加入礦石的方法，以保證維持鋼液的激烈沸騰狀態(tài)，提高除氣排渣的效果。11礦石脫碳法是在氧化期分批加入經(jīng)過焙燒的鐵礦石。1111

吹氧法

用直徑(12～25)mm的普通鋼管從爐門插入鋼液(100~200）mm內(nèi)吹氧；并通過調(diào)節(jié)供氧壓入控制熔池的沸騰。吹入的氧與鐵首先發(fā)生放熱反應(yīng)：

2Fe+02＝2FeO＋Q(3)

形成的FeO與鐵水中的碳發(fā)生吸熱反應(yīng)：

FeO+C＝Fe+CO-Q(4)

吹氧過程的耗氧量與脫碳量有關(guān)，為保證除氣及去除非金屬夾雜物的效果，脫碳量應(yīng)達(dá)到0.3～0.4％，因而每噸鋼液的耗氧量約為(4～5)m3。12吹氧法1212礦石一吹氧結(jié)合法

該方法是分批加入礦石，并在加每批礦石之間吹氧。經(jīng)過氧化脫碳后，鋼液中含有大量的氧化亞鐵，同時(shí)殘存未熔的礦石致使在停止供氧的條件下，鋼液仍繼續(xù)沸騰一段時(shí)間，這一階段的沸騰稱為凈沸騰，鋼液凈沸騰時(shí)間(5~15)min。為使脫碳效果更好。在氧化期內(nèi)還要加入新鮮石灰(CaO)造渣并加入螢石(CaF2)調(diào)整爐渣的粘度。當(dāng)鋼液中含磷量和含碳量都已符合規(guī)定要求，鋼液溫度足夠高時(shí)，可以扒出氧化渣，進(jìn)入還原期。13礦石一吹氧結(jié)合法

該方法是分批加入礦石，并在加每批礦135．還原期氧化期結(jié)束后扒去氧化渣，造稀薄渣覆蓋鋼液表面，減少降溫和吸氣。渣料組成比為，石灰：螢石：磚塊＝4：1.5：0.2，渣料加入量相當(dāng)于鋼液重量的2％~3％。還原初期加錳鐵預(yù)脫氧、錳鐵加入量按規(guī)格成分下限含錳量計(jì)算。預(yù)脫氧后開始造還原渣，它有很好的脫氧脫硫能力。還原渣有兩種，即白渣和電石渣。白渣適于冶煉含碳量低于0.35％的鋼種，電石渣適于冶煉含碳量高于0.25％的鋼種。145．還原期氧化期結(jié)束后扒去氧化渣，造稀薄渣覆蓋鋼液表面，減14造白渣方法稀薄渣形成后，按比例加入渣料：石灰(8～12)kg/t鋼水，氟石(1～2)kg/t鋼水，炭粉(1.8～2.0)kg/t鋼水。關(guān)上爐門(10～15)min，即形成白渣。白渣的成分為：(55％～65％)CaO，(15％～20％)SiO2，＜10％MgO，(5％～10％)CaF2，(2％～3％)AI2O3，余為FeO、CaS等。白色，冷卻后粉化。15造白渣方法稀薄渣形成后，按比例加入渣料：1515白渣形成以后鋼液在白渣覆蓋下(20～30)min，促進(jìn)炭粉脫氧和石灰脫硫。白渣的脫氧脫硫能力隨時(shí)間延長(zhǎng)而減弱，為恢復(fù)其還原能力，在白渣覆蓋期間，每隔(6～8)min，分批加入，調(diào)整渣料，每批渣料包括：石灰4～6kg/t鋼水，硅鐵粉2～3kg/t鋼水。16白渣形成以后鋼液在白渣覆蓋下(20～30)min，促進(jìn)炭粉脫16造電石渣的方法稀薄渣形成后，加入：石灰(8～12)kg/t鋼水，氟石(2~4)kg/t鋼水和炭粉(4~5)kg/t鋼水，(15~20)min后形成電石渣。電石渣成分為：(55％～65％)CaO，(10％～15％)SiO2，(8％～10％)MgO，(2％～3％)Al2O3，(8％～10％)CaF2，(2％～5%)CaC2，余為FeO、CaS、MnO等。其顏色為暗灰色或灰黃色，浸入水中有電石氣味。17造電石渣的方法稀薄渣形成后，加入：石灰(8～12)kg/t鋼17為了使鋼液充分脫氧、脫硫，鋼液應(yīng)在電石渣覆蓋下保持(15～25)min的還原時(shí)間。在此期間每隔(8～12)min分批加入補(bǔ)充渣料，如石灰(4～6)kg/t鋼水及炭粉(1～2)kg/t鋼水，以保持電石渣的還原能力。電石渣的還原能力優(yōu)于白渣，缺點(diǎn)是鋼液增碳太快，每小時(shí)約增碳0.1％。所以這種方法不能冶煉低碳鋼。此外，電石渣與鋼液的潤(rùn)濕性好，與鋼液不易分離，易引起鑄件夾渣。18為了使鋼液充分脫氧、脫硫，鋼液應(yīng)在電石渣覆蓋下保持(15～218出鋼前要使電石渣變成白渣。其方法是打開爐門，讓空氣大量進(jìn)入爐內(nèi)，渣中的電石成分就會(huì)被氧化而成為石灰：

2CaC2＋3O2＝2CaO＋4CO(5)鋼液經(jīng)過充分還原以后，含氧量和含硫量都已降到合格的程度。這時(shí)可以測(cè)量鋼液溫度。當(dāng)鋼液溫度達(dá)到出鋼溫度要求時(shí)，可以調(diào)整鋼液的化學(xué)成分。冶煉碳鋼時(shí)，加入適量的硅鐵和錳鐵來調(diào)整含硅量和含錳量。冶煉合金鋼時(shí)，除了調(diào)整含硅量和含錳量以外，還要調(diào)整合金元素含量。19出鋼前要使電石渣變成白渣。19196．出鋼

鋼液化學(xué)成分調(diào)整好后，即可用鋁進(jìn)行終脫氧。終脫氧的加鋁量與鋼爐和鑄型狀況有關(guān)：一般為鋼液重的0.10％～0.15％。用鋁終脫氧的方法有兩種：插鋁法和沖鋁法。插鋁法是在臨出鋼前，用鋼針將鋁塊插入鋼液中進(jìn)行脫氧，操作時(shí)應(yīng)切斷電源。沖鋁法是將鋁塊放在出鋼槽上。利用鋼液將鋁塊沖熔進(jìn)行脫氧。

插鋁法脫氧效果較好；沖鋁法操作簡(jiǎn)單，但有時(shí)鋁塊會(huì)被爐渣裹住，不能起到應(yīng)有的脫氧作用。206．出鋼鋼液化學(xué)成分調(diào)整好后，即可用鋁進(jìn)行終脫氧。20

終脫氧后，升起電極，傾爐出鋼。出鋼時(shí)鋼流要大，且要鋼、渣齊出。這樣，爐渣可起到保護(hù)作用。減小鋼液的氧化、吸氣和冷卻。此外，由于鋼、渣同時(shí)注入包內(nèi)，得到充分?jǐn)嚢韬徒佑|，可起到進(jìn)一步脫硫作用。對(duì)于少數(shù)含有易氧化元素的鋼種，為了提高元素的收得率和穩(wěn)定鋼液的化學(xué)成分，則采用先出鋼后出渣的出鋼方法。21終脫氧后，升起電極，傾爐出鋼。出鋼時(shí)鋼流要大，且要鋼、渣齊21

§5.1.2感應(yīng)電爐熔煉感應(yīng)電爐根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用爐料內(nèi)感生的電流加熱和熔化爐料。分類：有芯感應(yīng)電爐無芯感應(yīng)電爐?！?.1.2感應(yīng)電爐熔煉感應(yīng)電爐根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用爐22冶金原理及工藝51典型合金的熔煉工藝-鋼課件23有芯感應(yīng)電爐的優(yōu)點(diǎn)是電效率和熱效率高。缺點(diǎn)：爐襯受到熱應(yīng)力、化學(xué)侵蝕和機(jī)械沖刷，壽命短、不易維護(hù)，對(duì)爐溝材料要求很高。有芯感應(yīng)爐按變壓器原理工作，可直接用工頻電流變頻設(shè)備。按電源工作頻率，無芯感應(yīng)電爐分為：高頻感應(yīng)電爐多用于實(shí)驗(yàn)室和少量特種鋼熔煉。中頻感應(yīng)電爐熔化速度快、使用方便、攪拌不激烈、啟動(dòng)方便工頻感應(yīng)電爐分為立式和臥式，缺點(diǎn)：費(fèi)用高，缺乏生產(chǎn)靈活性，影響坩堝壽命。有芯感應(yīng)電爐的優(yōu)點(diǎn)是電效率和熱效率高。24一.感應(yīng)電爐電學(xué)基礎(chǔ)F交變磁場(chǎng)磁通量（Wb）；F交變電流的頻率（Hz）；E感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（V）。金屬爐料的電阻I電流一.感應(yīng)電爐電學(xué)基礎(chǔ)F交變磁場(chǎng)磁通量（Wb）；金屬爐料的25t時(shí)間I電流Q發(fā)熱量Ix

從坩堝內(nèi)壁到中心任何一點(diǎn)的電流密度Io

坩堝內(nèi)壁表面的電流密度X坩堝內(nèi)比表面到中心任一點(diǎn)的距離d電流透入深度f頻率爐料電阻率m磁導(dǎo)率t時(shí)間Ix從坩堝內(nèi)壁到中心任何一點(diǎn)的電流密度f頻率26二.液態(tài)金屬的攪拌和駝峰現(xiàn)象攪拌效應(yīng)有利于化學(xué)成分和溫度的均勻，有利于排渣和提高冶煉質(zhì)量，加速新加爐料的熔化，提高熔化率。駝峰的高低反應(yīng)金屬攪拌程度二.液態(tài)金屬的攪拌和駝峰現(xiàn)象攪拌效應(yīng)有利于化學(xué)成分和溫度的27三.爐襯材料和燒結(jié)爐襯材料具備的特性：高耐火度線膨脹和體膨脹系數(shù)小減少裂紋好的急冷急熱性能抵抗?fàn)t渣的侵蝕絕緣性好主要有三種坩堝堿性坩堝MgO等酸性坩堝SiO2中性坩堝石墨等三.爐襯材料和燒結(jié)爐襯材料具備的特性：28爐襯打結(jié)砂粒配比粗砂粒提高爐襯耐急冷熱性；中砂粒改善燒結(jié)性能；細(xì)砂粒提高致密度。助熔劑改善耐火砂粒的燒結(jié)性爐襯結(jié)構(gòu)里層完全燒結(jié)層；中間半燒結(jié)層；外側(cè)松散層。打結(jié)爐襯打結(jié)砂粒配比粗砂粒提高爐襯耐急冷熱性；中砂粒改善燒結(jié)性29爐襯的燒結(jié)酸性爐襯的燒結(jié)爐襯的燒結(jié)酸性爐襯的燒結(jié)30堿性爐襯的燒結(jié)：第一階段：850oC內(nèi)水分蒸發(fā)第二階段：加入低碳鋼爐料形成燒結(jié)層第三階段；（1500-1650）oC，爐襯燒結(jié)層增厚，強(qiáng)度進(jìn)一步提高。堿性爐襯的燒結(jié)：31四.鑄鐵的工頻感應(yīng)電爐熔煉工頻爐的爐料吸收功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高頻和中頻爐，加熱速度也相對(duì)緩慢，適合熔煉熔點(diǎn)不高的鑄鐵合金。工頻感應(yīng)電爐因電源頻率低，具有許多不同于高頻和中頻感應(yīng)爐的冶金特點(diǎn)。四.鑄鐵的工頻感應(yīng)電爐熔煉工頻爐的爐料吸收功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于高頻和32啟熔用大塊料啟熔或用熱料啟熔出鐵率鐵水貯存量、工作電壓影響輸入功率。另外，料柱波動(dòng)和功率變化對(duì)駝峰也有影響。爐料預(yù)熱可增加熔化率，不可預(yù)熱溫度過高，否則易氧化。熔煉過程的元素變化硫磷不變，碳硅錳有燒損啟熔用大塊料啟熔或用熱料啟熔33電爐鐵水的性質(zhì)更大的過冷度和