北京科技大学炼钢考试资料Word格式.docx

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（3）确定物料收支和热收支的关系输入计算机；

（4）可计算需要的氧气量，从所需的氧量可计算出所需要的冶炼时间。

9、脱碳过程一般分为哪几个阶段？

答：

（1）脱Si、脱Mn控制阶段，脱碳速度随温度升高而升高；

（2）脱碳阶段，脱碳由供氧量决定大小（3）脱碳速度由钢中碳的传质决定。

10、什么是转炉的副枪检测控制技术？

在吹炼接近终点时（供O2量85％左右），插入副枪测定熔池[C]和温度（1.5分），校正静态模型的计算误差并计算达到终点所需的供O2量或冷却剂加入量（1.5分）。

11、高阻抗电弧炉有何特点？

提高功率因数，减轻对电网干扰（1.5分）;

利用泡沫渣埋弧操作、提高变压器供电电压水平，降低电极消耗（1.5分）

12、炼钢对废钢的要求主要有哪些？

（1）不允许有有色金属。

（2）不允许有封闭器皿、易爆炸物。

（3）入炉的钢铁料块度要合适，不能太大。

（4）废钢要干燥

13、CONSTEEL电炉的冶金特点是什么？

（答3个算对）

（1）电弧非常平稳，闪烁、谐波和噪音很低;

（2）过程连续进行，非通电操作时间减至最少;

（3）不必周期性加料，热损失和排放大大减少;

（4）便于稳定控制生产过程和产品质量

14、RH精炼钢水能够循环流动的原因？

（1）当两个插入管插入钢液一定深度后，启动真空泵，真空室被抽成真空。

由于真空室内外压力差，钢液从两个插入管上升到与压差相等的高度，即循环高度B。

（2）与此同时，上升管输入驱动气体（氩气及其他惰性气体、反应气体），驱动气体由于受热膨胀以及压力由P1降到P2而引起等温膨胀，即上升管内钢液与气体混合物密度降低，而驱动钢液上升像喷泵一样涌入真空室内，使真空室内的平衡状态受到破坏。

（3）为了保持平衡，一部分钢液从下降管回到钢包中，就这样钢水受压差和驱出气体的作用不断地从上升管涌入真空室内，并经下降管回到钢包内，周而复始，实现钢液循环。

基础知识：

C:

制钢材强度，硬度的重要元素，没1%C可增加抗拉强度约980MPa。

Si:

也是增大强度，硬度的元素，没1%Si可增加抗拉强度约98MPa。

降低钢的冷加工性能

Mn:

增加淬透性，提高韧性，降低S的危害等。

Al:

细化钢材组织，控制冷轧钢板退火织构。

Nb:

细化钢材组织，增加强度，韧性等。

V：

Cr:

增加强度，硬度，耐腐蚀性能。

乳化：

在氧流强烈冲击下，部分金属微波液滴弥散在熔渣中。

乳化程度与熔渣粘度，表面张力有关，乳化可极大增强渣铁接触面积，因而可以加块渣、铁间接触反应（面积可达0.6－1.5M2/kg）

炼钢的基本任务：

脱碳，脱磷，脱硫，升温，脱氧，合金化，去除N.H等气体杂质元素，去除钢中的非金属夹杂物，凝固成型，废钢炉渣返回利用，回收煤气，蒸汽等。

杂质的氧化方式：

直接氧化，气体氧直接同铁液中的杂质进行反应。

间接氧化，气体氧优先同铁液发生反应，生成FetO以后再2同其他杂质进行反应。

以间接氧化为主。

脱碳反应

脱碳反应产物CO在炼钢过程中也具有多方面的作用：

从熔池排出CO气体产生沸腾现象，使熔池受到激烈地搅动，起到均匀熔池成分和温度的作用；

大量的CO气体通过渣层是产生泡沫渣和气－渣－金属三相乳化的重要原因；

上浮的CO气体有利于去除钢中气体和夹杂物；

在氧气转炉中，排出CO气体的不均匀性和由它造成的熔池上涨往往是产生喷溅的主要原因。

脱碳反应的热力学条件

1.增大f[C]有利于脱碳；

2.增加[O]有利于脱碳；

3.降低气相PCO有利于脱碳；

4.提高温度有利于脱碳。

限制性环节是扩散控制。

脱碳过程三个阶段：

1.吹炼初期以硅的氧化为主，脱碳速度较小；

吹炼初期硅优先氧化，当熔池温度升高到1346℃以上后，碳才可能激烈氧化。

2.吹炼中期，脱碳速度几乎为定值；

脱碳速率受氧传递速度控制。

3.吹炼后期，随金属中含碳量的减少，脱碳速度降低。

硅的氧化反应因素：

提高【Si】的活度，降低渣中（SiO2）的活度，较低温度。

锰的氧化反应因素：

提高【Mn】的活度，提高渣中（FeO）的活度，降低渣中（Mn）的活度，较低温度。

脱磷反应：

磷是有害杂质：

冷脆，调质钢的回火脆性，热加工性，焊接性能等

炉渣中P2O5的活度必须很低，脱磷才能进行。

降低P2O5活度的措施：

提高炉渣碱度，提高氧化铁及炉渣的量，降低冶炼温度。

有利于脱磷的工艺条件：

降低温度，提高炉渣碱度，增加炉渣氧化铁活度，增加渣量，增加【P】的活度系数。

回磷：

炼钢过程中回磷的原因，吹炼中期炉渣反干，炉渣FetO含量减少。

脱氧过程回磷的原因，出钢带渣量多，炉渣碱度降低，【O】含量降低。

脱硫反应：

有利于脱硫的因素：

提高温度，提高【S】的活度，提高炉渣（O2-）活度，降低炉渣（S2-）活度系数，降低【O】的活度

硫容量代表炉渣脱硫能力，温度一定时，只与炉渣组成有关。

炉渣中硫的传质是脱硫反应的限制性环节。

加快脱硫反应：

增大硫容量—提跳高炉渣碱度，减小FetO含量，增加炉渣中硫的传质系数—增强混合，增加反应界面积

铁水预处理：

铁水兑入炼钢炉之前的处理，普通铁水预处理，铁水脱硫，脱硅，脱磷

投掷法，喷吹法，搅拌法。

常用脱硫剂：

CaC2,Mg,CaO,Na2O.

四种主要脱硫剂：

苏打系，石灰系，碳化钙系，镁系

铁水脱Si的重要意义

•是铁水脱磷的必要条件•利于减少石灰加入量和渣量•可在低碱度下实现脱Si，成本低

铁水脱Si的工艺方法

•铁水沟连续脱硅，分为一段法和•两段法•铁水罐脱硅

铁水预处理对纯净钢生产的意义

􀂄

铁水含磷、硫可降到低或超低含量水平。

提高转炉生产率、降低成本、节约能耗。

极低碳钢的清洁度。

钢中T[O]、[N]、[H]含量降低。

有利于复吹转炉冶炼高碳钢时的“保碳出钢技术”。

有效地提高铁、钢、材系统的综合经济效益。

转炉炼钢：

氧气转炉炼钢工艺特点：

完全依靠铁水氧化带来的化学热及物理热;

生产率高（冶炼时间在20分钟以内）；

质量好（*气体含量少：

（因为CO的反应搅拌，将N、H除去）可以生产超纯净钢,有害成份（S、P、N、H、O）〈80ppm；

冶炼成本低，耐火材料用量比平炉及电炉用量低；

原材料适应性强，高P、低P都可以。

常见的氧气顶吹转炉炉型由筒球型、锥球型和截锥型三种。

转炉炉容比：

转炉腔内的自由空间的容积与金属装入量之比。

装入量过大，炉容比小，吹炼过程中可能导致喷溅增加，金属损耗增加，容易烧枪粘钢；

装入量过小，熔池变浅，炉底会因氧气射流对金属液的强烈冲击而过早损坏，甚至造成漏钢。

大型转炉0.9-1.05小型0.8

射流出口马赫数M决定枪位，枪位高可避免烧枪，但为了保持射流对熔池的搅拌能力，即保证一定的冲击深度，需要降枪。

转炉工艺流程：

上炉出钢--倒完炉渣（或加添加剂）--补炉或溅渣--堵出钢口--兑铁水--装废钢--下枪--加渣料（石灰、铁皮）--点火--熔池升温--脱P、Si、Mn----降枪脱碳。

看炉口的火，听声音。

看火亮度--加第二批（渣料）--提枪化渣，控制“返干”。

降枪控制终点（FeO），倒炉取样测温，出钢。

技术水平高的炉长，一次命中率高。

50%。

（宝钢是付枪）根据分析取样结果--决定出钢（或补吹）－-合金化。

钢液颜色：

白亮、青色、浅兰、深兰、红色

入炉铁水成分与温度的要求：

成分：

70-85%（%C=4,%Si=0.4-1.0,%Mn=0.5,%P=0.02-0.15,%S=0.001-0.050）

（1）硅（Si）。

硅是转炉炼钢过程中发热元素之一。

硅含量高，会增加转炉热源，能提高废钢比。

（2）锰（Mn）。

铁水锰含量高对冶炼有利，在吹炼初期形成MnO，能加速石灰的溶解，促进初期渣及早形成，改善熔渣流动性，利于脱硫和提高炉衬寿命。

（3）磷（P）。

磷是高发热元素，对大多数钢种是要去除的有害元素。

（4）硫（S）。

除了含硫易切削钢以外，绝大多数钢种硫也是要去除的有害元素。

（5）碳（C）。

铁水中ωC=3.5％～4.5％，碳是转炉炼钢的主要反热元素。

铁水温度的高低是带入转炉物理热多少的标志，这部分热量是转炉热量的重要来源之一。

因此，铁水温度不能过低，否则热量不足，影响熔池的温升速度和元素氧化过程，还容易导致喷溅。

要保证转炉铁水温度大于1250℃。

辅助材料：

石灰，萤石，生白云石，菱镁矿，铁合金，冷却剂及增碳剂

耐火材料的主要性质：

耐火度、荷重软化温度、耐压强度、抗热震性、热膨胀性、导热性、抗渣性、气孔率等。

炉衬寿命：

炉衬寿命影响转炉的工作时间及生产成本。

炉龄是钢厂一重要生产技术指标。

炉衬损坏的原因：

铁水、废钢及炉渣等的机械碰撞和冲刷，炉渣及钢水的化学侵蚀，炉衬自身矿物组成分解引起的层裂，急冷急热等因素。

提高炉龄的措施：

耐火材料质量，系统优化炼钢工艺，补炉工艺，

转炉冶炼五大制度：

装料制度，供养制度，造渣制度，温度制度，终点控制及合金化制度

装料制度：

定量装入、定深装入；

分阶段定量装入。

供氧制度:

两种操作方式：

软吹：

低压、高枪位，吹入的氧在渣层中，渣中FeO升高、有利于脱磷；

硬吹：

高压低枪位（与软吹相反），脱P不好，但脱C好，穿透能力强，脱C反应激烈。

造渣制度：

炼钢就是炼渣。

造渣的目的：

通过造渣，脱P、减少喷溅、保护炉衬。

确定合适的造渣方式、渣料的加入数量和时间、成渣速度。

渣的特点：

一定碱度、良好的流动性、合适的FeO及MgO、正常泡沫化的熔渣。

操作中防止喷溅的措施：

控制渣量􀂄

吹氧脱碳的温度控制􀂄

控制枪位，保证渣中FeO在一定范围（15－20％）􀂄

保持合适的炉容比

温度制度：

温度控制就是确定冷却剂加入的数量和时间

影响终点温度的因素：

铁水成分:

[%Si]=0.1,升高炉温约15℃，铁水温度：

铁水温度提高10℃，钢水温度约提高5℃，铁水装入量：

增加1吨铁水，钢水约提高5℃，废钢加入量：

增加1吨废钢，钢水约下降20℃，此外，炉龄、终点碳、吹炼时间、喷溅等有影响。

终点控制及合金化制度：

终点控制指终点温度和成分的控制。

终点标志：

钢中碳含量达到所炼钢种的控制范围，钢中P达到要求，出港温度达到要求。

终点碳控制的方法：

一次拉碳法、增碳法、高拉补吹法。

转炉冶炼的自动控制：

转炉吹炼的技术特点：

①脱碳速度快，准确控制吹炼终点比困难：

热效率高，升温速度快；

容易发撒谎呢个炉渣或金属喷溅；

④吹炼后期脱碳速度减慢，金属—炉渣之间远离平衡，容易造成钢渣过氧化。

对氧气顶吹转炉控制的要求①铁水质量稳定，能准确知道铁水成份和重量；

②废钢量稳定，有害残余元素含量低；

③石灰等其他造渣剂的化学成份及块度稳定。

控制方案：

静态控制模型动态控制模型全自动控制模型

静态控制是动态控制的基础，根据物料平衡和热量平衡；

先确定出终点的目标成份和温度及出钢量，并选择适当的操作条件，进行装入量的计算；

确定物料收支和热收支的关系输入计算机；

铁水、废钢、生铁块、铁皮、铁矿石等；

可计算需要的氧气量，从所需的氧量可计算出所需要的冶炼时间；

用热收支方面进行分析定论。

动态模型控制：

是在运行途中对轨道进行计算和检测。

并给予修正的一种控制方法。

钢液中的[C]和温度测定，钢液中的[C]和温度是随时间推移而变化的。

动态控制的条件：

点测的条件,部份连续检测能测定其轨道（途中测定钢液中[C]和温度）；

途中测定时，如果测定值和预测的值不同，采取修正的手段。

烟气的净化：

烟气净化系统主要有三种：

采用未燃法回收煤气的文氏管湿法净化系统。

采用燃烧法的文氏管湿法净化系统。

采用静电除尘的干式净化系统。

其中，采用未燃法回收煤气的文氏管湿法净化系统的方法，既可以回收煤气又可以回收余热。

电炉炼钢工艺：

废钢：

电炉炼钢废钢是基本原料，废钢原料需进行鉴别、分类管理和打包、剪切等处理。

当前电炉炼钢使用废钢原料的最大问题是金属残留元素，主要是残留的Ni，Cr，Mo等合金元素和Cu，Sn，Bi，Sd，Pb等有害元素。

它们在电炉炼钢过程中尚无有效方法去除，残留在钢材中造成种种危害，并在废钢循环再利用过程中不断积累。

目前采用的对策主要有：

①加强废钢管理；

②废钢预加工；

③冶炼过程配加其他铁源，稀释残留元素的浓度。

传统冶炼工艺（三段工艺）：

熔化期、氧化期、还原期

现代冶炼工艺（二段工艺）：

熔化期、氧化期、加炉外精炼；

或称熔氧脱磷期、脱碳升温期

操作步骤：

补炉、装料（配料）、熔化期、氧化期、精炼（或还原期）、出钢

补炉的重点，渣线（渣的浸蚀），距电极近的地方（最容易跑钢的地方），电弧的辐射；

炉门两侧。

补炉方式：

补炉用大铲或喷枪。

装料：

对废钢的要求：

不允许有有色金属。

装料量要求二次进料：

第1次，60％；

第2次，40％；

三次进料：

第1次，40％；

第2、3次，30％；

四次进料：

第1、2次，30％；

第3、4次，20％。

配碳的重要性：

废钢铁氧化、氧化期去气（N、H）、去夹杂；

最低配C计算：

配C量%=0.50%（熔化期损失）+0.2-0.3%（氧化需要）+氧化终了碳含量。

装料原则：

大、中、小料配合；

重料在下、轻料在上；

大块在中、轻料在边。

熔化期：

废钢熔化过程：

从中心向四周、从热区向冷区、从下向上。

熔化期操作原则：

合理供电、合适吹氧、提前造渣。

吹氧方式：

自耗式：

可切割、可吹渣钢界面；

水冷式：

只能吹渣钢界面。

氧化期：

氧化期的任务：

继续脱P、脱C，去气（N、H）、去夹杂，钢液升温

电炉熔氧期操作：

熔化废钢与氧化期脱碳结合，提前造渣脱磷。

磷的控制：

3个关键因素：

炉渣氧化性、石灰含量、温度。

脱磷的主要工艺：

强化吹氧提高初渣氧化性，提前造高碱度渣，流渣造新渣，喷粉技术的应用。

碳的控制：

作用：

减少金属烧损、降低熔池温度、促进钢渣反应、促进脱磷、促进泡沫渣形成、去气去夹杂。

冶炼过程造泡沫渣：

泡沫渣是指在不增大渣量的情况下，使炉渣呈很厚的泡沫状

1.采用长弧泡沫渣操作可以增加电炉输入功率，提高功率因数及热效率；

2.降低电炉冶炼电耗，缩短了冶炼时间；

3.减少了电弧热辐射对炉壁及炉盖的热损失；

4.泡沫渣有利于炉内化学反应，特别有利于脱P、C及去气（N、H）

影响泡沫渣的因素：

吹氧量􀂄

熔池含碳量􀂄

炉渣的物理性能（粘度、表面张力）􀂄

炉渣的化学性能（FeO、碱度）􀂄

熔池温度􀂄

渣量

自耗式炉门碳氧枪：

最早的炉门机械吹氧装置；

同时具有喷吹石灰及喷吹碳粉造泡沫渣的功能。

与水冷氧枪比；

优点：

操作安全系数大，喷吹角度大，可直接切割废钢。

缺点：

吹氧管成本高，设备投资高。

炉外精炼：

炉外精炼内容，脱氧，脱硫，去气，去除夹杂，调整钢液成分及温度。

真空处理：

脱气的主要方法：

提高真空度可将钢中C、H、O降低；

日本真空技术，真空度到1torr；

C<

10ppm,H<

1ppm,O<

5ppm中国真空技术，真空度到3torr；

20ppm,H<

2ppm，O<

15ppm。

新开发了脱硫功能：

KTB代表性装置：

RH、VD、VOD。

LF炉工艺优点：

􀁺

精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；

具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高；

具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性；

采用渣钢精炼工艺，精炼成本较低；

设备简单，投资较少。

AOD工艺流程：

炉料：

废钢、不锈钢返回料、高碳铬铁、高碳镍铁；

吹炼过程温度及氩氧比的控制，

RH工艺特点：

①反应速度快，表观脱碳速度常数kC可达到3.5min-1。

处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。

②反应效率高，钢水直接在真空室内进行反应，可生产H≤0.5×

10-6，N≤25×

10-6，C≤10×

10-6的超纯净钢。

③可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿，减少处理温降；

④可进行喷粉脱硫，生产[S]≤5×

10-6的超低硫钢。

常用的脱氧方法：

沉淀脱氧，扩散脱氧，真空脱氧。

炉渣的作用：

脱除磷硫，向金属熔池传氧，减少炉衬侵蚀等。

高阻抗电弧炉的特点：

提高功率因素，减轻对电网干扰，利用泡沫渣埋弧操作，提高变压器供电电压水平，降低电极消耗。

转炉的副枪检测控制技术：

在吹炼接近终点时，插入副枪测定熔池【C】和温度，校正静态模型的计算误差并计算达到终点所需要的供O2量或冷却剂加入量。

“双渣”与转炉“双联”脱磷的特点？

“双渣”法和转炉“双联”法都需要在转炉中进行，并且两次，吹炼完成后需要倒钢成倒渣。

不同：

1、双渣法吹炼的再次用的喷枪参数相同，如气氛流速流量等，而转炉“双联”法吹炼的氧枪喷吹参数不同，脱P时流量小，高供氧强度，而脱C时流量大，供氧多。

2、“双法”法第一次倾倒只倒渣，而转炉“双联”第一次倾倒不仅倒渣，还要倒钢

3、“双渣”法是在一个转炉中进行，而转炉“双联”法有时需要两个

传统的“双渣”法有许多方面的不足如脱磷很难较完全倒出，钢水过氧化严重，

效率低，成本高等。

而“双联”法有高供氧，低碱度炉渣，高FetO含量炉渣，脱P炉渣碱度低，再利用容易。

1、目前炼钢过程希望的铁水Si含量一般为多少，铁水硅含量的高低对转炉冶炼会产生什么影响。

（4分）

硅高，增加渣量，需多加石灰提高炉渣碱度，影响前期脱磷，影响炉龄，增加氧气消耗，降低金属收得率（2分）。

硅低，渣量少，石灰用量少，氧气消耗低，金属收得率提高（2分）。

2、脱氧产物的上浮服从斯托克斯（Stokes）定律，解释该定律？

并举例说明该定律对钢中夹杂物去除的指导意义？

（5分）

（1）夹杂颗粒大小对夹杂物的去除有主要影响，去除速度与颗粒半径的平方成正比。

（2）如颗粒大小为1um,10um（也可其它颗粒大小）的去除速度计算，得出正确的去除时间（2×

1.5分）：

如1：

夹杂物半径为0.00001m时的上浮速度为：

v＝2×

9.8×

（7000－4000）×

0.000012/9/0.005＝0.000131m/s

上浮1所需要的时间为：

t＝1/0.000131＝7634s＝127min

如2：

夹杂物半径为0.0001m时的上浮速度为：

0.00012/9/0.005＝0.0131m/s

t＝1/0.0131＝76.34s＝1.27min。

（3）说明钢包内吹氩时间对夹杂物去除的影响（1分）。

3、下式为推导得出的钢液脱硫反应速度表达式（5分）

式中：

Wm：

钢水重量，kg[%S]；

钢液硫含量，％，F：

脱硫反应界面积，m2

s：

炉渣密度，kg/m3，ks：

脱硫反应动力学传输系数，m/s，Ls：

炉渣－钢液之间硫的分配系数

请根据上式，论述提高脱硫反应速度可采用的炼钢工艺措施。

由上述公式可以看出，1、可以采取措施增加脱硫反应界面积F、2、增加硫在钢液的传递速度、3、增加硫在渣－钢间分配比等，4、加快脱硫反应速度。

（4×

0.5分）

具体措施包括：

向钢液喷粉增加反应界面积，加强熔池搅拌增加硫的传递速度，提高钢水温度，采用降低氧化铁含量，增加炉渣硫的分配系数等。

（答三个算对。

4、目前炼钢过程希望的铁水Si含量一般为多少，铁水硅含量的高低对转炉冶炼会产生什么影响。

目前炼钢过程希望的铁水Si含量一般为0.4－0.6％（1分）。

硅高，增加渣量，需多加石灰提高炉渣碱度，影响前期脱磷，影响炉龄，增加氧气消耗，降低金属收得率（1.5分）。

硅低，渣量少，石灰用量少，氧气消耗低，金属收得率提高（1.5分）。

五、计算题（共9分）

1、已知150吨转炉的铁水及钢水成分，

　％　CSiMnPS

铁水成分4.101.020.200.130.05

终点成分0.12０0.150.020.02

渣量为钢水的8％，终渣中的FeO为12％，计算吨钢理论耗氧量（Nm3/t）及总耗氧量（Nm3）?

已知150吨转炉的铁水及钢水成分，（略）计算吨钢理论耗氧量（Nm3/t）及总耗氧量（Nm3）?

（5分）

转炉容量为150吨时，炉渣量为：

150×

8％＝9吨（0.5分）

铁损耗氧量　　9×

12％×

16/（16＋56）＝0.240吨（0.5分）

［C］→[CO]耗氧量　150×

（4.30%-0.12%）×

90%×

16/12=7.524吨（0.5分）

［C］→[CO2]耗氧量150×

10%×

32/12=1.672吨（0.5分）

［Si］→[SiO2]耗氧量150×

0.6%×

32/28=1.028吨（0.5分）

［Mn］→[MnO]耗氧量　150×

（0.2%－0.15%）×

16/55=0.065吨（0.5分）

［P］→[P2O5]耗氧量　150×

（0.13%-0.02%）×

（16×

5）/（31×

2）=0.213吨（0.5分）

[S]1/3被气化为SO2,2/3与CaO反应生成CaS进入渣中,则［S］不耗氧。

（0.5分）

总耗氧量＝0.24+7.524+1.672+1.028+0.065+0.213＝10.742吨/1.429＝7517.145Nm3（0.5分）

吨钢耗氧量＝5847/150=50.11Nm3/t（0.5分）

2、冶炼40Cr钢号60吨，精炼成分[C]＝0.3%，[Cr]＝0.65%，成品中限[C]＝0.39%，[Cr]＝0.95%，试问使用含[C]＝9.0%、[Cr]＝60%的铬铁,需加多少铬铁？

加入的铬铁增碳量为多少？

铬铁中铬的收得率为100％。

冶炼40Cr钢号60