煉鋼基礎(chǔ)知識講述,主講人：王軍2015.06.29,目錄,鋼與生鐵的區(qū)別煉鋼的基本任務(wù)鋼鐵企業(yè)工藝流程煉鋼工藝流程鐵水預(yù)處理頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉爐外精煉連鑄燃料動力夾雜物鋼材的牌號,1鋼與生鐵的區(qū)別,C1.2%的鋼很少實用；還含Si、Mn等合金元素及雜質(zhì)。,1鋼與生鐵的區(qū)別,2煉鋼的基本任務(wù),1、脫碳；2、脫磷；3、脫硫；4、脫氧；5、脫氮、氫等；6、去除非金屬夾雜物；7、合金化；8、升溫；9、凝固成型。,3鋼鐵企業(yè)工藝流程,4煉鋼工藝工藝流程,5鐵水預(yù)處理,鐵水預(yù)處理是指鐵水進入轉(zhuǎn)爐之前預(yù)先去除某些雜質(zhì)的預(yù)備處理過程，包括預(yù)脫硫、預(yù)脫磷，預(yù)脫硅，簡稱“三脫”。鐵水預(yù)處理對于提高鋼材質(zhì)量，冶煉品種鋼，提高產(chǎn)品競爭力和附加值具有非常重要的意義。鐵水預(yù)脫硫方法主要有機械攪拌法（如KR法）和噴粉法（如單顆粒鎂法，復(fù)合噴吹法）鐵水預(yù)脫硫反應(yīng)：（CaO）+S=(CaS)+OMg+S=（MgS）（CaO）+S+Mg=(CaS)+(MgO),圖1KR攪拌法示意圖,5鐵水預(yù)處理,5鐵水預(yù)處理,鐵水脫硫主要物料及用途,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要任務(wù)：(1)脫C、S、P;(2)去除有害氣體和夾雜；(3)合金化及合適的溫度；轉(zhuǎn)爐煉鋼主要反應(yīng)：脫碳反應(yīng)：C+O=COC+2O=CO2脫磷反應(yīng)：2P+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO.P2O5)+5Fe脫硫反應(yīng)：S+O=SO2(汽化脫硫）FeS+(CaO)=(FeO)+(CaS)(爐渣脫硫)脫硅反應(yīng)：Si+2O=(SiO2)脫錳反應(yīng)：Mn+O=(MnO)鐵水氧化：Fe+O=(FeO),6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,脫碳過程為三個階段1)吹煉初期以硅的氧化為主，脫碳速度較?。?)吹煉中期，脫碳速度幾乎為定值；3)吹煉后期，隨金屬中含碳量的減少，脫碳速度降低。,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,Si的氧化反應(yīng)對煉鋼過程的影響熱效應(yīng)；影響脫碳、脫磷反應(yīng)；影響渣量。,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,煉鋼過程Mn的氧化與還原初期溫度低，渣中MnO活度低，大量Mn氧化；中后期溫度升高、渣中FeO含量降低，堿度提高，爐渣中部分MnO被還原；末期爐渣FeO含量增高，Mn重新被氧化。,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,對絕大多數(shù)鋼種，磷是有害的雜質(zhì)。冷脆；調(diào)質(zhì)鋼的回火脆性；熱加工性；焊接性能等。某些鋼種，例如高Ni合金鋼、低溫液態(tài)氣體儲罐、奧氏體不銹鋼等，要求盡量降低P含量。,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,回磷：煉鋼過程回磷；脫氧過程回磷。煉鋼過程回磷原因：吹煉中期爐渣返干，F(xiàn)etO含量減少；溫度偏高。,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,硫?qū)︿摬男阅艿挠绊懀簾峒庸ば?紅脆);降低低溫韌性；焊接性能；抗氫致裂紋性能；各向異性,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,經(jīng)脫硫處理過的鐵水(S90ppm)在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程基本不能夠脫硫，由于廢鋼、殘渣、耐火材料等帶入硫，煉鋼過程回硫可達1030ppm。僅具有鐵水脫硫預(yù)處理很難經(jīng)濟地生產(chǎn)超低硫鋼，煉鋼后的二次精煉脫硫?qū)τ谏a(chǎn)超低硫鋼是不可缺少的工序。,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,1)回硫主要發(fā)生在吹煉的前半期；2)吹煉前半期爐渣堿度低是促使回硫的重要原因，如能在吹煉前期快速將堿度提高到2.3以上，將能夠減輕回硫；3)爐料中的硫主要來自廢鋼和脫硫渣，減少帶渣對抑制回硫十分重要。4)冶煉超低硫鋼時應(yīng)采用減少廢鋼用量或使用低硫優(yōu)質(zhì)廢鋼、盡可能減少鐵水帶渣方法。,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,裝入制度是鐵水和廢鋼的裝入量和搭配。裝入制度需從如下幾個方面確定：(1)爐型；(2)鐵水成分和溫度；(3)廢鋼資源和結(jié)構(gòu)；好的裝入制度，有利于保持操作穩(wěn)定，確保熱平衡，優(yōu)化鋼鐵料結(jié)構(gòu)，降低成本。,造渣制度包括以下內(nèi)容:1.爐渣堿度和石灰加入量堿度R=CaO/SiO22:爐渣氧化性(%FeO)3.渣中(MgO)4.造渣方法:單渣法、雙渣法、留渣法.,供氧制度包括以下內(nèi)容:1、氧氣流量單位時間向熔池吹入氧氣體積;2、供氧強度單位時間向熔池噸鋼提供氧氣的體積;3、氧氣工作壓力設(shè)定壓力測定點的氧氣壓力(0.81.2MPa);4、槍位噴頭至靜止金屬熔池液面的距離操作方法：恒槍恒壓，恒槍變壓，變槍變壓,溫度制度包括以下內(nèi)容:1、過程溫度控制升溫迅速、平穩(wěn)2、終點溫度控制出鋼溫度T的確定:T=澆注鋼種液相線溫度+澆注過熱度+鋼水鎮(zhèn)靜及爐外精煉溫度降+出鋼溫降,1、終點是指鋼液的溫度和成分達到所煉鋼種的要求。2、脫氧合金化：脫氧：加入脫氧元素去除鋼液中多余的氧。如硅鋁鐵、硅鋁鈣等等合金化：加入合金元素使鋼液成分達到鋼種規(guī)格要求。如錳硅合金、硅鐵、釩鐵、碳化硅，碳粉,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,實際能否達到預(yù)期的消耗和成本，除了良好的鋼鐵料結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，還要看過程控制和終點控制，過程化渣良好，無噴濺，終點好，則消耗好，反之消耗就差,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,造渣和護爐材料成本測算,造渣主要材料，用于去除硫磷和穩(wěn)定渣中氧化物。石灰質(zhì)量、入爐鋼鐵料中Si、P和S決定了石灰的用量。有效CaO、活性度決定了石灰質(zhì)量,濺渣護爐的主要材料,造渣輔助材料，主要成分為MgO,輕燒中含有一定CaO,所以具有一定的石灰功能。加入量多少主要有爐況和渣中MgO決定。一般渣中MgO為6%12%,濺渣護爐的輔助材料,主要成分為CaO、C和MgO,用于調(diào)整渣系,化渣材料，促進化渣。主要成分氧化鐵皮，氧化錳等,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,供氧制度,前期渣早化，中期渣不返干，后期渣化透,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,溫度制度,TL=1537-88%C+8%Si+5%Mn+30%P+25%S+5%Cu+4%Ni+2%Mo+2%V+1.5%Cr,終點要求溫度由鋼種和工序溫降決定。終點實際溫度則由熱平衡、過程控制和終點控制決定,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,終點控制和脫氧合金化制度,脫氧反應(yīng)：加入碳粉、錳硅合金（Mn-Si）、碳化硅（SiC）、硅鐵、硅鋁鐵、鋁粒等合金后會發(fā)生如下反應(yīng)：Si+2O=(SiO2)Mn+O=(MnO)C+O=CO2Al+3O=(Al2O3),加入錳硅合金、硅鐵合金的計算，以Q345B為例，終點殘錳為0.08%，成品錳為1.20%，硅為0.32%，錳硅合金含錳65%，收得率90%，含硅15%，收得率80%，硅鐵含硅78%，收得率80%，則錳硅合金加入量為：（1.20%-0.08%）/90%/65%*1000=19.15kg/t加入錳硅合金后增硅為：19.15/1000*15%*80%=0.23%。則加入硅鐵為：（0.32%-0.23%）/80%/78%*1000=1.44kg/t,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,脫氧方式,沉淀脫氧，又叫直接脫氧。把塊狀脫氧劑加入到鋼液中，脫氧元素在鋼液內(nèi)部與鋼中氧直接反應(yīng)，生成的脫氧產(chǎn)物上浮進入渣中的脫氧方法。,擴散脫氧，又叫間接脫氧。它是將粉狀的脫氧劑如C粉Fe-Si粉CaSi粉Al粉加到爐渣中，降低爐渣中的氧含量，使鋼液中的氧向爐渣中擴散，從而達到降低鋼液中氧含量的一種脫氧方法。如LF精煉脫氧。,真空脫氧，又叫間接脫氧。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(yīng)如C-O反應(yīng)。如VD，RH，VOD爐外精煉脫氧,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,錳的脫氧脫氧能力很低；局部錳含量高，可局部脫氧；隨溫度降低，錳脫氧能力增強；與硅、鋁同時使用，增強硅、錳的脫氧能力。,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,硅的脫氧具有較強的脫氧能力；隨溫度降低，脫氧能力增強；為絕大多數(shù)鋼種采用。,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,鋁的脫氧非常非常強的脫氧能力；隨溫度降低，脫氧能力增強；為大多數(shù)鋼種采用。,6頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉,復(fù)合脫氧劑的脫氧1、硅錳復(fù)合脫氧硅比錳的脫氧能力強，但是用硅錳同時脫氧，可以降低SiO2的活度，得到更低的殘余氧含量。2、鈣硅復(fù)合脫氧非常強的脫氧能力；煉鋼溫度下Ca的蒸汽壓很高(1.63.7大氣壓);Ca在鋼液中溶解度很低(0.150.16%)；僅用Ca脫氧損耗很大。,7爐外精煉,7爐外精煉（LF爐）,作用：1）脫氧脫硫升溫。2）調(diào)整、均勻鋼水成份和溫度3）去除夾雜，提高鋼水純凈度，還可對成份進行微調(diào)。,7爐外精煉（LF爐）,脫硫反應(yīng)FeS+(CaO)=(FeO)+(CaS)(FeS)+（MnO)=(FeO)+(MnS)脫氧反應(yīng)C+(FeO)=CO+FeC+(MnO)=CO+MnSiC+3(FeO)=(SiO2)+3Fe+COCaC2+3(FeO)=(CaO)+3Fe+2CO2Al+3(FeO)=Al2O3+3Fe,工作中的石墨電極,常溫下石墨電極,7爐外精煉（LF爐）,8連鑄,二流連鑄,連鑄：使鋼水不斷地通過水冷結(jié)晶器，凝成硬殼后從結(jié)晶器下方出口連續(xù)拉出，經(jīng)噴水冷卻，全部凝固后切成坯料（連鑄坯）的鑄造工藝。,8連鑄,連鑄機型a立式；b立彎式；c直結(jié)晶器弧形；d弧形；e橢圓形；f水平式,按連鑄機外形結(jié)構(gòu)可分為：立式連鑄機；弧形連鑄機；立彎式連鑄機；水平式連鑄機；橢圓形連鑄機按連鑄坯斷面可分為：板坯連鑄機；方坯連鑄機；圓坯連鑄機；異形坯連鑄機,8連鑄,臺數(shù)。凡共用一個鋼包（盛鋼桶）或同時澆注幾根鑄坯的連鑄裝置，稱為一臺連鑄機。機數(shù)。凡是具有獨立的傳動和工作系統(tǒng)，可獨立進行正常工作的連鑄系統(tǒng)，稱為一個機組（一機）。流數(shù)。凡是不經(jīng)切割而連續(xù)澆注一根長的鑄坯，稱為一流。每臺連鑄機所能同時澆注的鑄坯總根數(shù)，稱為連鑄機的流數(shù)。,鋼包,中間包,大包長水口,浸入式水口,結(jié)晶器,8連鑄,連鑄生產(chǎn)流程,8連鑄,鋼包,8連鑄,鋼包流場,8連鑄,鋼包成本測算,8連鑄,中間包,8連鑄,無墻和壩,墻和壩,導(dǎo)流板,貯存和分流鋼水防止鋼水二次氧化和吸氣改善鋼水流動狀態(tài)，防止卷渣，促進鋼水的夾雜物上浮,8連鑄,保護澆注成本測算,8連鑄,結(jié)晶器作用：結(jié)晶器是連鑄機的心臟，其作用是使鋼水在結(jié)晶器內(nèi)形成所需的斷面形狀，并凝固成一定厚度和強度的均勻坯殼，以保證出結(jié)晶器后的鑄坯不變形，不被拉裂。二冷段作用：噴水迅速冷卻鑄坯，并支持和導(dǎo)向鑄坯，使其能順利出坯。冷卻方式為噴水冷卻和氣水噴霧冷卻兩種,9燃料動力,燃料動力成本,9燃料動力,10夾雜物,鋼中非金屬夾雜物的種類及其形態(tài)一、按化學(xué)成分分類簡單氧化物FeO、MnO、SiO2、Al2O3、Cr2O3、TiO2等。2)復(fù)雜氧化物尖晶石類夾雜物和各種硅酸鹽、鋁酸鹽類夾雜物。,10夾雜物,尖晶石類夾雜物FeOFe2O3、FeOAl2O3、MnOAl2O3、FeOCr2O3、MgOAl2O3等。硅酸鹽類夾雜物xFeOyMnOzSiO2鋁酸鹽類夾雜物xFeOyMnOzAl2O3,10夾雜物,脫氧生成的夾雜物多為Al2O3、SiO2、Mn-Al硅酸鹽、Mn-Si鋁酸鹽等。,簇群狀A(yù)l2O3夾雜物,10夾雜物,10夾雜物,塊狀A(yù)l2O3非金屬夾雜物,10夾雜物,10夾雜物,FeO-MnO-Al2O3系夾雜物,10夾雜物,FeO-MnO-SiO2-Al2O3系夾雜物,10夾雜物,FeO-CaO-Al2O3-SiO2系夾雜物,10夾雜物,FeO-CaO-Al2O3-SiO2系夾雜物,10夾雜物,1、硫化物系夾雜物,MnS,鈣處理鋼中復(fù)雜硫化物,硫化物按照形態(tài)通常分為三類,第I類硫化物：,形狀為球形，尺寸可在相當大的范圍內(nèi)變動，可以是單純的硫化物，也可以是硫化物(MnS)與氧化物(FeO、MnO等)結(jié)合形成的硫氧化物,10夾雜物,第II類硫化物：,晶界處存在的排成鏈狀的球狀夾雜或者是在晶界形成的共晶式的薄膜。,第III類硫化物：,此類夾雜物呈塊狀、外形不規(guī)則，多少呈任意狀態(tài)分布。,10夾雜物,二、按夾雜物形態(tài)分類,1、塑性夾雜物,FeO、MnO、(Fe、Mn)O、部分Fe-Mn硅酸鹽、MnS等。,10夾雜物,2、脆性夾雜物,在熱加工時不變形，但沿加工方向破裂成串狀(Al2O3、尖晶石類夾雜物)。,3、不變形夾雜