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1、“冶金工程pptch5课件内容,11、第第5章章钢冶金钢冶金5.2炼钢原材料炼钢原材料5.3转炉炼钢工艺转炉炼钢工艺课堂学习课堂学习目标目标5.1炼钢基础理论炼钢基础理论5.4电弧炉炼钢工艺电弧炉炼钢工艺5.5炉外精炼炉外精炼5.6钢的连续浇注钢的连续浇注5.1炼钢基础理论炼钢基础理论5.1.1钢液的物理性质钢液的物理性质L钢液的密度钢液的密度指单位体积钢液所具有的质量，常用符号指单位体积钢液所具有的质量，常用符号表示，单位通常用表示，单位通常用kgm3o（l）钢液密度随温度）钢液密度随温度T（单位为（单位为）的变化：）的变化：=8523-0.8358（T+273）（2）成分对钢液密度的影响：

2、）成分对2、钢液密度的影响：1600=01600-210C%-164AI%-60Si%-550Cr%-7.5Mn%+43W%+6Ni%如图如图5-1所示为钢液密度与碳含量和温度的关系。所示为钢液密度与碳含量和温度的关系。5.1.2炉渣的物理化学性质炉渣的物理化学性质熔渣又叫炉渣，炼钢炉渣的主要来源有：熔渣又叫炉渣，炼钢炉渣的主要来源有：D含铁原料中的部分元素如）含铁原料中的部分元素如Si、Mn,P、Fe等氧化生成的氧化物，如等氧化生成的氧化物,如Sio2、Mn0、P2O5、FeO等；等；2）加入的氧化剂和造渣材料等，如铁矿、烧结矿、石灰、萤石和氧化铁）加入的氧化剂和造渣材料等，如铁矿、烧结矿、

3、石灰、萤3、石和氧化铁皮等；皮等;3）被侵蚀的炉衬耐火材料；）被侵蚀的炉衬耐火材料；4）各种原材料带入的泥沙和铁锈等。）各种原材料带入的泥沙和铁锈等。2.熔渣的组成熔渣的组成化学分析表明，炼钢炉渣的主要成分是：化学分析表明，炼钢炉渣的主要成分是:CaOSio2、Mn0、Mg0、Fe0、Fe2O3、AI2O3P2O5CaS等，这些物质在渣中以多种形式存等，这些物质在渣中以多种形式存在，除了上面所说的简洁分子化合物外，还能形成简单的复合化合物，在，除了上面所说的简洁分子化合物外，还能形成简单的复合化合物，如如2FeOSiO2、2CaOSiO2、4CaOP2O5等。等。3.炼钢熔渣的作用炼钢熔渣的作

4、用炼钢4、过程中熔渣的主要作用可归纳为如下几点：炼钢过程中熔渣的主要作用可归纳为如下几点：1）通过调整熔渣成分来氧化或还原钢液并去除钢中的有害元素如）通过调整熔渣成分来氧化或还原钢液并去除钢中的有害元素如S、P、0等；等；2）掩盖钢液，削减散热和防止汲取）掩盖钢液，削减散热和防止汲取H、N等气体；等气体；3）汲取钢液中的非金属夹杂物；）汲取钢液中的非金属夹杂物；4）防止炉衬过分侵蚀。）防止炉衬过分侵蚀。5.1.3钢液的脱碳钢液的脱碳L钢中碳钢中碳C是重要的合金元素之一，增加钢的强度和硬度，略微降低韧性指标。是重要的合金元素之一，增加钢的强度和硬度，略微降低韧性指标。碳能显著转变钢的液态和凝固性

5、质，在5、碳能显著转变钢的液态和凝固性质,在16000C,C0.8%,每增时，每增0.1%的碳：的碳:钢的熔点降低钢的熔点降低6.50C；密度削减；密度削减4kgm3;黏度降低；黏度降低0.7%；N的溶解度的溶解度降低降低0.001%；H的溶解度降低的溶解度降低04cm3/100g；增大凝固区间；增大凝固区间17.790Co2.碳的氧化反应碳的氧化反应碳氧反应是炼钢过程中最重要的一个反应。一方面，把钢液中的碳含量碳氧反应是炼钢过程中最重要的一个反应。一方面，把钢液中的碳含量降到了所炼钢种的规格范围内。另一方面，碳氧反应时产生的大量降到了所炼钢种的规格范围内。另一方面，碳氧反应时产生的大量Co气

6、气6、泡从熔池中逸出时，引起熔池的猛烈沸腾和搅拌，对炼钢过程起到了极泡从熔池中逸出时，引起熔池的猛烈沸腾和搅拌，对炼钢过程起到了极为重要的作用为重要的作用5.1.4钢液的脱磷钢液的脱磷在大多数状况下，磷对钢的质量是有害的。随着钢中磷含量的增加，使在大多数状况下，磷对钢的质量是有害的。随着钢中磷含量的增加，使钢的塑性和韧性降低，特殊是低温冲击韧性降低，称为钢的塑性和韧性降低，特殊是低温冲击韧性降低，称为冷脆冷脆。L脱磷的基本反应和基本条件脱磷的基本反应和基本条件脱磷的基本反应为：脱磷的基本反应为：2P5(FeO)+4(CaO)=(4CaOP2O5)+5Fe2.回磷回磷磷从炉渣重新返回钢液7、的现

7、象称为磷从炉渣重新返回钢液的现象称为“回磷回磷。一般认为回磷现象的产生与以下因素有关：钢液温度过高，脱氧剂的加一般认为回磷现象的产生与以下因素有关：钢液温度过高，脱氧剂的加入使渣中(入使渣中(FeO)大大降低，脱氧产物和耐火材料中)大大降低，脱氧产物和耐火材料中Si02的溶入使炉渣的溶入使炉渣碱度降低等。碱度降低等。5.1.5钢液的脱硫钢液的脱硫硫是钢中的有害元素，主要使钢在进行热加工时产生裂纹甚至断裂，称硫是钢中的有害元素，主要使钢在进行热加工时产生裂纹甚至断裂，称为为热脆热脆。钢中硫含量高时，还使钢的横向机械性能和焊接性能下降。钢中硫含量高时，还使钢的横向机械性能和焊接性能下降8.oL脱硫

8、的基本反应和基本条件脱硫的基本反应和基本条件脱硫的基本反应为：脱硫的基本反应为：(FeS)+(CaO)=(CaS)+(FeO)吸热吸热2.气化去硫气化去硫转炉炼钢有转炉炼钢有10%40的硫是以气体状态去除的，但硫必需从钢液中进的硫是以气体状态去除的，但硫必需从钢液中进入炉渣,其反应如下：入炉渣，其反应如下：3(Fe2O3)+(CaS)=(CaO)+(FeO)+SO2O2(CaS)=(CaO)+SO23.钢液中元素去硫钢液中元素去硫在充分发挥炉渣脱硫的基础上，向钢液中加入某些元素可以进一步脱硫。在充分发挥炉渣脱硫的基础上，向钢液中加入某些元素可以进一步脱硫。元素脱硫力量由强到弱的次9、序为：元素

9、脱硫力量由强到弱的次序为：Ca-Ce-Zr-Ti-Mno5.1.6钢液的脱氧钢液的脱氧1.脱氧的目的和任务脱氧的目的和任务各种炼钢方法，都是采纳氧化法去除钢中的各种杂质元素和有害杂质，各种炼钢方法，都是采纳氧化法去除钢中的各种杂质元素和有害杂质，所以在氧化后期钢中溶解了过量的氧。这些多余的氧在钢液凝固时将逐所以在氧化后期钢中溶解了过量的氧。这些多余的氧在钢液凝固时将渐渐从钢液中析出，形成夹杂或气泡，严峻影响了钢的质量渐从钢液中析出，形成夹杂或气泡，严峻影响了钢的质量。2.各种元素的脱氧力量各种元素的脱氧力量3.脱氧方法脱氧方法1）沉淀脱氧）沉淀脱氧沉淀脱氧是把块状脱氧剂直接加入钢液10、中而脱

10、氧。其特点是操作简便，沉淀脱氧是把块状脱氧剂直接加入钢液中而脱氧。其特点是操作简便,速度快,但来不及上浮的脱氧产物留在钢中，污染了钢液。速度快，但来不及上浮的脱氧产物留在钢中，污染了钢液。O+Me=（MeO）式中式中Me脱氧元素；脱氧元素；MeO脱氧产物。脱氧产物。2）集中脱氧）集中脱氧又叫炉渣脱氧，它是把粉状脱氧剂撒在渣面上，形成还原渣间接使钢液又叫炉渣脱氧，它是把粉状脱氧剂撒在渣面上，形成还原渣间接使钢液脱氧。其特点是不污染钢液，但速度较慢。脱氧。其特点是不污染钢液，但速度较慢。5.1.7氨、氮的反应氢、氮的反应1.钢中的气体钢中的气体钢中的气体是指溶解在钢中的氢和氮。气体的11、来源如下

11、。钢中的气体是指溶解在钢中的氢和氮。气体的来源如下。（1）金属料，如废钢和铁合金中的氢和氮；）金属料，如废钢和铁合金中的氢和氮；（2）潮湿的造渣剂分解出的水蒸气；）潮湿的造渣剂分解出的水蒸气；（3）耐火材料用焦油、沥青、树脂粘结剂中含有的氢；）耐火材料用焦油、沥青、树脂粘结剂中含有的氢;（4）与空气接触的钢液汲取的氢与氮；）与空气接触的钢液汲取的氢与氮；（5）炼钢用不纯的氧气中含有的氮。）炼钢用不纯的氧气中含有的氮。2.钢中氮的危害钢中氮的危害5.2炼钢原材料炼钢原材料本节主要介绍炼钢用到的主要原材料，其中包括金属料、造渣材料、氧化剂、冷却剂以及本节主要介绍炼钢用到的主要原材料，其中12、包括

12、金属料、造渣材料、氧化剂、冷却剂以及增碳剂。增碳剂。5.2.1金属料金属料炼钢用的金属料主要有铁水、废钢、生铁和铁合金。炼钢用的金属料主要有铁水、废钢、生铁和铁合金。1.铁水铁水铁水是转炉炼钢的最主要的金属料，一般占转炉金属料的铁水是转炉炼钢的最主要的金属料，一般占转炉金属料的70以上。铁水的物以上。铁水的物理热和化学热是转炉炼钢的基本热源。如表理热和化学热是转炉炼钢的基本热源。如表5-1所示为我国一些钢厂用铁水成所示为我国一些钢厂用铁水成分。分。2.废钢废钢氧气顶吹转炉用废钢量一般是总氧气顶吹转炉用废钢量一般是总装入量的装入量的10%30%o电炉炼钢以废钢作为主。电炉炼钢以废钢作为主13、要

13、原料。要原料。废钢的来源：厂内的返回废钢（质量较好，外形较规章）；外购废钢（来源广废钢的来源：厂内的返回废钢（质量较好，外形较规章）；外购废钢（来源广泛，质量相对较差，外形极不规整）泛，质量相对较差，外形极不规整）对废钢的一般要求：合适的形状尺寸和单重；表面清洁少锈；不得混有有色金对废钢的一般要求：合适的形状尺寸和单重;表面清洁少锈；不得混有有色金属；要有明确的化学成分。属；要有明确的化学成分。3.生铁生铁成分与铁水类似，但是没有显热。转炉中很少大量使用（延长转炉冶炼的时成分与铁水类似,但是没有显热。转炉中很少大量使用（延长转炉冶炼的时间）。在电炉炼钢中使用较多。电炉钢炉料中生铁配比通常为间1

14、4、）。在电炉炼钢中使用较多。电炉钢炉料中生铁配比通常为10%25%,最，最高不超过高不超过30%。电炉炼钢对生铁的质量要求：一般。电炉炼钢对生铁的质量要求：一般S、P含量要低，含量要低，Mn不能高不能高于于2.5%,Si不能高于不能高于1.2%。4.直接还原铁与热压块铁直接还原铁与热压块铁直接还原铁（直接还原铁（DRI）：以铁矿石或精矿粉球团为原料，在低于炉料熔化温度下，）：以铁矿石或精矿粉球团为原料，在低于炉料熔化温度下，以气体（以气体（CO和和H2）或固体碳作为还原剂，直接还原铁的氧化物而得到的金属）或固体碳作为还原剂，直接还原铁的氧化物而得到的金属铁产品。铁产品。5.2.2造渣材料造渣

15、材15、料造渣材料主要有石灰、萤石和白云石。造渣材料主要有石灰、萤石和白云石。（1）石灰）石灰石灰是炼钢的主要造渣材料，它由石灰石煨烧而成。其来源广、价廉、石灰是炼钢的主要造渣材料,它由石灰石馔烧而成。其来源广、价廉、有相当强的脱磷和脱硫力量，不危害炉衬。有相当强的脱磷和脱硫力量，不危害炉衬。（2）萤石）萤石萤石是炼钢过程中普遍采纳的熔剂，其主要成分为萤石是炼钢过程中普遍采纳的熔剂，其主要成分为CaF2,熔点很低（约，熔点很低（约900）。造渣加入萤石可以加速石灰的溶解，在改善炉渣的流淌性，但）。造渣加入萤石可以加速石灰的溶解，在改善炉渣的流淌性,但大量使用会造成转炉喷溅,加剧对炉衬的侵蚀。大

16、量使16、用会造成转炉喷溅，加剧对炉衬的侵蚀。炼钢用萤石含炼钢用萤石含CaF2要高，含要高，含SiO2和和S等杂质要低，要有合适的块度，并等杂质要低，要有合适的块度，并且要清洁干燥。且要清洁干燥。（3）白云石）白云石白云石的主要成分是白云石的主要成分是CaCo3MgCO3,其熔点比石灰低。配加部分白云石其熔点比石灰低。配加部分白云石造渣，增加造渣料中的造渣，增加造渣料中的MgO含量，可以削减炉衬中的含量，可以削减炉衬中的MgO向炉渣中转移，向炉渣中转移，而且还能加速石灰熔化，促进前期化渣，削减萤石用量和稠化终渣，减而且还能加速石灰熔化，促进前期化渣，削减萤石用量和稠化终渣，减轻炉渣对炉衬的侵蚀，延长炉17、衬寿命。轻炉渣对炉衬的侵蚀，延长炉衬寿命。5.2.3氧化剂、冷却剂和增碳剂氧化剂、冷却剂和增碳剂L氧化剂氧化剂炼钢过程中，一切元素的氧化都是直接或间接与氧作用的结果，氧气是炼钢过程中，一切元素的氧化都是直接或间接与氧作用的结果，氧气是各种炼钢方法中氧的主要来源。各种炼钢方法中氧的主