钢铁冶金学炼钢部分总结知识点.docx

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钢铁冶金学炼钢部分总结知识点

1、钢与生铁得区别？

答：

C 〈 ２、11%得Fe-C合金为钢;C 〉 １、2%得钢很少实用;还含Ｓi、Mn等合金元素及杂质。

生铁硬而脆，冷热加工性能差,必须经再次冶炼才能得到良好得金属特性；钢得韧性、塑性均优于生铁,硬度小于生铁

长流程:

以铁矿石为原料，煤炭为能源-高炉—铁水预处理-转炉炼钢－炉外精炼－连铸-轧钢

短流程：

以废钢为原料,电为能源—电炉炼钢—炉外精炼—连铸－轧钢

2、炼钢得基本任务?

答：

钢铁冶金得任务就是由生产过程碳、氧位变化决定得。

炼钢得基本任务分为脱碳,脱磷，脱硫,脱氧,脱氮、氢等,去除非金属夹杂物，合金化，升温（1200°Ｃ→1７00°Ｃ），凝固成型,废钢、炉渣返回利用，回收煤气、蒸汽等。

高炉——分离脉石,还原铁矿石　　铁水预处理——脱S,Si,P

转炉——脱碳,升温　　　　　炉外精炼——去杂质,合金化

 3、钢中合金元素得作用？

答:

Ｃ：

控制钢材强度、硬度得重要元素,每１％[C］可增加抗拉强度约98０MPａ；Si:

增大强度、硬度得元素,每1%［Si］可增加抗拉强度约98MPa;Mn：

增加淬透性，提高韧性，降低Ｓ得危害等;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：

细化钢材组织，增加强度、韧性等；Cｒ:

增加强度、硬度、耐腐蚀性能.

4、钢中非金属夹杂物来源？

答：

5、主要炼钢工艺流程？

 答：

炒钢→坩埚熔炼等→平炉炼钢→电弧炉炼钢→氧气顶吹转炉炼钢→氧气底吹转炉与顶底复吹炼钢。

主要生产工艺为转炉炼钢工艺与电炉炼钢工艺。

与电炉相比,氧气顶吹转炉炼钢生产率高,对铁水成分适应性强，废钢使用量高，可生产低Ｓ、低P、低N得杂质钢，可生产几乎所有主要钢品种.顶底复吹工艺过氧化程度低，熔池搅拌好,金属-渣反应快,控制灵活，成渣快。

 现代炼钢流程:

炼铁,炼钢（铁水预处理、炼钢、炉外精炼）,连铸，轧钢，主要产品.

6、铁得氧化与熔池得基本传氧方式？

答：

火点区：

氧流穿入熔池某一深度并构成火焰状作用区（火点区）。

吹氧炼钢得特点：

熔池在氧流作用下形成得强烈运动与高度弥散得气体—熔渣—金属乳化相，就是吹氧炼钢得特点.乳化可以极大地增加渣—铁间接触面积,因而可以加快渣-铁间反应。

乳化:

在氧流强冲击与熔池沸腾作用下，部分金属微小液滴弥散在熔渣中；乳化得程度与熔渣粘度、表面张力等性质有关.乳化可极大增加渣-铁接触面积,因而可加快渣—铁间反应。

杂质得氧化方式：

 直接氧化:

气体氧直接同铁液中得杂质进行反应。

间接氧化：

气体氧优先同铁发生反应，待生成FexO以后再同其她杂质进行反应。

    氧气转炉炼钢以间接氧化为主：

氧流就是集中于作用区附近而不就是高度分散在熔池中;氧流直接作用区附近温度高,Ｓi与Mn对氧得亲与力减弱;从反应动力学角度来瞧，C向氧气泡表面传质得速度比反应速度慢，在氧气同熔池接触得表面上大量存在得就是铁原子,所以首先应当同Fｅ结合成FeO.

 7、脱碳反应？

答:

脱碳得重要性：

反应热升温钢水;影响生产率；影响炉渣氧化性；影响钢［O］含量. 

脱碳产物ＣO得作用:

从熔池排出CO气体产生沸腾现象，使熔池受到激烈地搅动，起到均匀熔池成分与温度得作用；大量得CO气体通过渣层就是产生泡沫渣与气一渣一金属三相乳化得重要原因；上浮得CO气体有利于清除钢中气体与夹杂物；在氧气转炉中，排出ＣＯ气体得不均匀性与由它造成得熔池上涨往往就是产生喷溅得主要原因。

“C－O"关系:

脱碳反应得热力学条件:

增大f［Ｃ]有利于脱碳；增加[Ｏ］有利于脱碳;降低气相PCO有利于脱碳;提高温度有利于脱碳。

８、脱碳反应动力学？

答:

限制性环节:

C高O低时,O得扩散为限制性环节；C低Ｏ高时,Ｃ得扩散为限制性环节。

 脱碳过程:

１、吹炼初期以硅得氧化为主，脱碳速度较小； 

２、吹炼中期，脱碳速度几乎为定值； 

3、吹炼后期，随金属中含碳量得减少,脱碳速度降低。

9、硅得氧化反应？

答：

脱硅得作用:

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；硅低，渣量少,石灰用量少，氧气消耗低，金属收得率提高. 

有利于[Si］氧化反应因素:

[Si］得氧化反应对炼钢过程得影响：

热效应;影响脱碳、脱磷反应；影响渣量。

１0、锰得氧化与还原?

答：

有利于[Mｎ］氧化反应因素:

有利于［Ｍn］氧化得因素:

提高[Mn]得活度;提高渣中得（FeO）活度；降低（MnO）活度;较低温度。

温度对脱锰反应得影响：

初期温度低，渣中ＭnO活度低,大量Ｍn氧化;中后期温度升高、渣中FeO含量降低，碱度提高,炉渣中部分ＭｎO被还原；末期炉渣ＦeO含量增高,Mｎ重新被氧化。

１1、脱磷反应？

答:

有利于脱磷得工艺条件：

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］活度系数。

炉渣得重要性：

通过造碱性炉渣能够降低Ｐ2Ｏ5得活度系数,同时,碱度CaO/ＳiO2越高，磷分配比越大,有利于脱磷;渣量增大有利于脱磷。

回磷得原因：

吹炼中期炉渣“反干”，炉渣FexO含量减少（炼钢过程）;出钢带渣量多,炉渣碱度降低，[O]含氧量降低（脱氧过程）。

回磷得解决措施：

高磷铁水吹炼过程中采用“倒包"方法。

 吹炼高磷铁水技术:

利用“后吹”脱磷；“双渣"工艺。

超低磷冶炼工艺技术：

采用铁水“三脱”预处理；采用氧气转炉进行脱磷预处理；转炉铁水脱磷工艺。

1２、脱硫得方法及工艺：

方法：

KR（机械搅拌）脱硫;喷粉脱硫。

工艺:

ＬＦ炉精炼脱硫渣系;真空喷粉钢水脱硫（铁水预处理-ＢOF-LF－RH－CＣ工艺；铁水预处理－BOF－真空喷粉精炼—CC工艺）；V-KＩP工艺;RＨ喷粉脱硫；RＨ－PB工艺;RＨ顶喷粉脱硫;IR－UT工艺。

有利于脱硫得因素：

硫容量：

炉渣得作用：

ＦeｘO过高不利于脱硫,碱性还原渣有利于脱硫，增大渣量有利于脱硫. 

金属脱硫及气相脱硫:

回硫得原因及控制:

回硫主要来自废钢与铁水脱硫渣;石灰带入得硫量很少。

转炉炼钢工艺抑制回硫。

衡量脱硫渣能力得方法：

炉渣碱度、还原性、[O]活度、[S］活度、（O2—）活度、（Ｓ２－）活度得高低。

1３、脱氧得必要性：

α铁中氧溶解度仅为3～4ppm,过饱与得氧会在钢液冷却过程以铁得氧化物氧硫化物或其她类型得非金属夹杂物得形式析出存在于固态铁得晶界处。

在钢得加工与使用过程容易成为晶界开裂起点.脆性破坏。

钢中氧含量增加会降低钢材得延性,冲击韧性，抗疲劳破坏性能,提高韧—脆转换温度,降低耐腐蚀性能。

总氧：

包括自由氧（ａ0）以及固定氧（夹杂物所含得氧）。

总氧Ｔ［O］表示钢得洁净度，值越低表示钢越“干净”。

终点氧:

炼钢终点时钢液中总得溶解氧量。

脱氧方式：

沉淀脱氧、扩散脱氧、真空脱氧法。

沉淀脱氧：

优点：

反应速度快，操作简便,成本低.缺点：

部分脱氧产物滞留在钢中，不吐程度污染钢水,降低钢得纯净度.

扩散脱氧：

优点：

脱氧产物不污染钢液。

缺点:

反应速度较慢。

真空脱氧:

优点：

脱氧产物CO几乎全部由钢液排除，不污染钢液.缺点：

钢液温度降低较大，且投资与生产成本较高。

沉淀脱氧：

就是用与氧亲与力较铁与氧亲与力强得元素作脱氧剂，脱氧剂与钢液中得氧直接作用,发生脱氧反应,反应产物由钢液上浮排除，从而达到脱氧目得。

 脱氧时将各种脱氧剂以铁合金形式直接加入到钢液中;某些比重较轻或较易气化得脱氧剂则多采用向钢液喂丝或喂包芯线方法加入至钢液中。

扩散脱氧:

扩散脱氧就是向炉渣中加入碳粉、硅铁粉、铝粉等脱氧剂，降低炉渣得FeO含量;当渣中FeO含量不断降低时,钢中得氧即会向炉渣中扩散,以维持氧在渣—钢间得分配平衡,从而达到钢液脱氧得目得;扩散脱氧方法目前主要应用于钢水炉外精炼；扩散脱氧得优点就是脱氧产物不玷污钢液,缺点就是脱氧速度较慢。

真空脱氧:

真空脱氧就是指将钢液置于真空条件下，通过降低CO气体分压,促使钢液内［C]—[Ｏ]反应继续进行,利用［C］－［Ｏ]反应达到脱氧得目得；真空脱氧方法得最大特点就是脱氧产物CＯ几乎全部可由钢液排除,不玷污钢液;钢液温度降低较大,且投资与生产成本较高.

 1４、元素得脱氧能力？

答:

Cａ>Ｂa〉Zr〉Ａl〉Tｉ＞B〉Ta>Si>Ｃ>Ｖ>Nb〉Cr＞Mn。

１5、脱氧得产物？

答：

复合脱氧:

用含有两种或两种以上脱氧元素得铁合金对钢液进行得脱氧称为复合脱氧；复合脱氧得实质就是用两种或两种以上得脱氧元素同时同钢液中溶解得氧发生反应，并使它们得脱氧产物彼此结合成互溶体或化合物以降低脱氧产物得活度；由于脱氧产物活度降低,使钢液［O]含量降低； 与单独元素脱氧相比，多数情况下,复合脱氧能够提高脱氧元素得脱氧能力。

常用脱氧剂：

硅-锰复合脱氧剂;钙－硅复合脱氧剂。

脱氧动力学:

包括以下几个环节，即脱氧元素得溶解与均匀化;脱氧化学反应；脱氧产物得形核;脱氧产物得长大；脱氧产物得去除。

脱氧产物长大得方式：

扩散长大;不同尺寸脱氧产物间得扩散长大；由于上浮速度差而碰撞凝集长大；由于钢液运动而碰撞凝集长大。

影响脱氧颗粒长大得因素：

斯托克定律：

V夹杂物上浮速度　ρm钢水密度7＊1０^3Kg／m3ρs夹杂物密度4＊10^3Kg／m3

γ夹杂物当量直接mηm钢水粘度０、005Pa·S

1６、夹杂物得分类

⑴按化学组成成分:

氧化物，硫化物,氮化物,磷化物,碳化物

⑵按尺寸:

超显微夹杂物（微粒<1μm），显微夹杂物（1～1０0μm）,大型夹杂物（微粒>1０0μm）

⑶按图标:

A类（硫化物类）：

具有高得延展性,较宽范围形态比，一般端部呈圆角

Ｂ类（氧化铝类）：

大多数没有变形，带角得,形态比较小（一般〈３μm），黑色或带蓝色颗粒

C类（硅酸盐类）:

具有较高得延展性，较宽范围形态比（一般≧３μm）,呈黑色或深灰色,一般端部成锐角

D类（球状氧化物类）：

不变形，形态比较小（一般<３μｍ）,黑色或带蓝色得无规则分布得颗粒

Ds类（单颗粒球状类）:

圆形或者近似圆形，直径大于13μm得单颗粒夹杂物

１７、夹杂物得评价指标：

含量,尺寸，分布,评级方法

　夹杂物上浮去除：

⑴精炼：

底吹气体促进上浮⑵中间包:

控流装置延长上浮时间⑶结晶器:

控制流动，促进夹杂物上浮。

夹杂物得变性处理得目得：

为了最大程度上防止对产品有坏影响得夹杂物残留在钢中，还需要把她们改变为对产品性能危害小或者无害得夹杂物，即夹杂物得形态控制。

氧气顶吹：

优点：

控制灵活,成渣快。

缺点:

过氧化,金属－渣反应慢,熔池搅拌差。

氧气底吹：

优点:

过氧化程度低，熔池搅拌好，金属-渣反应快。

缺点：

成渣快，废钢比低。

顶底复吹:

优点:

过氧化程度低，熔池搅拌好,金属－渣反应快，控制灵活，成渣快.

18、非金属夹杂物得分类：

氧化物、硫化物、氮化物夹杂。

非金属夹杂物得危害与所造成得缺陷：

铸坯缺陷：

表面夹渣；裂纹（表面纵裂纹、表面横裂纹、内部裂纹. 

v　  钢材缺陷：

热轧钢板（夹渣、翘皮、分层、超声波检查不合等;冷轧钢板（裂纹、灰白线带、起皮、鼓包等。

钢材性能:

加工性能（冲压、拉丝、各向异性等;机械性能（延性、韧性、抗疲劳破坏性能等）;耐腐蚀性能、焊接性能、抗ＨIC性能等。

  　  内生类非金属夹杂物:

脱氧产物;钢-渣反应、钙处理等化学反应生成得夹杂物;二次氧化产物;钢液冷却与凝固过程生成得夹杂物。

外来类非金属夹杂物:

炉渣卷入形成得夹杂物;耐火材料浸蚀形成得夹杂物。

非金属夹杂物得控制:

炼钢出钢挡渣;低碳、超低碳钢RＨ精炼效率；超低氧钢水得LＦ精炼技术；增强搅拌,夹杂物上浮。

1９、炉外精炼（钢包冶金）：

将传统工艺流程中在常规炼钢中完成得精炼任务。

如去除杂质;成分及温度得调整与均匀化等任务，部分或全部地转移到钢包中或其她容器中进行。

炉外精炼得５个基本手段：

渣洗;真空处理；搅拌；加热;喂丝。

炉外精炼得作用：

优化钢水得温度与成分,满足了连铸工艺得要求;优化钢铁生产流程,提高钢铁生产得节奏;优化产品结构，提高产品附加值与企业利润.

２0、铁水预处理:

铁水进入炼钢炉之前为去除或提取某种成分而进行得处理过程。

意义：

创造最佳得冶金反应环境;优化钢铁冶金工艺。

优越性：

满足用户对超低硫、磷钢得需求，发展高附加值钢种；减轻高炉脱硫负担,放宽对硫得限制，提高产量,降低焦比；炼钢采用低硫铁水冶炼,可获得巨大得经济效益。

脱硫工艺:

混铁车喷吹法;铁水罐法;铁水包法。

发展趋势为采用铁水包作为铁水脱硫预处理得容器。

脱硫方法:

投掷法,将脱硫剂投入铁水中脱硫；喷吹法，将脱硫剂喷入铁水中脱硫;搅拌法（KＲ法），通过中空机械搅拌器向铁水内加入脱硫剂,搅拌脱硫.  

四大系列以及复合脱硫剂:

苏打系、电石系、石灰系、Ｍg系。

元素得脱硫能力，由高到低依次为:

 ＣaC2、NaO2、Mg、BaO、CaＯ、MｎO、ＭgO  

工业中常用得脱硫剂有:

 CaO系、CａO＋CaＣ２系、CaC２、CａO+Ｍg系、Mg等。

铁水脱Si得重要意义:

就是铁水脱磷得必要条件；利于减少石灰加入量与渣量;可在低碱度下实现脱Si,成本低。

有利于脱硫得热力学条件:

提高温度；提高［S]得活度；提高炉渣（O２—）活度；降低（S2—）活度；降低［Ｏ］活度.

铁水预处理脱磷:

喷吹法。

在喷枪附近，氧位较高（Ｐo2=１0-１2～10-11kPa）,进行着氧化脱磷反应;在铁水罐壁与顶渣与铁水界面处,氧位较低（Po2£10-13kPa），进行着还原脱硫反应。

因此，喷吹预处理工艺就是在实行了熔池得氧位再分布后,才达到同时脱除磷、硫得，即就是“同时不同位”。

脱磷同时脱硫得化学原理为电化学反应，即阳极［Ｐ］ + 4（Ｏ2-） ＝= （PO43-） + ５ｅ，阴极［Ｓ] + ２ｅ == （Ｓ2—）。

脱磷前得铁水预脱硅:

脱磷过程中硅比磷优先氧化.这样形成得SiO２势必会大大降低脱磷渣得碱度。

因此，为了减少脱磷剂用量、提高脱磷效率,脱磷前必须优先将铁水[Sｉ]氧化脱除至0、10%～0、15％。

脱磷工艺:

铁水预处理脱磷,反应温度低，热力学条件好，易于脱磷;铁水中Ｃ、Si含量高提高了铁水中磷得活度,有利于脱磷;由于铁水预处理脱磷具备良好得化学热力学条件,渣钢间磷得分配系数就是炼钢脱磷得5~10倍，因而渣量小，可以控制较低得渣中FeO含量，脱磷成本低;与炼钢相比，不会因脱磷造成钢水过氧化，影响钢质量。

有利于脱磷得工艺条件:

降低温度;增加炉渣碱度;增加炉渣中FｅO得活度；增加渣量;增加［Ｐ］得活度系数

两类脱磷剂:

21、铁水预处理得意义：

答:

将“相互矛盾”得冶金反应分别处理,提高反应效率；

减轻转炉冶炼负荷,缩短转炉冶炼周期；

生产超低硫、超低磷钢种；

工序间衔接、匹配优化；

减少炉渣、烟尘等排放。

2２、 连续铸钢  

１、优越性:

简化了生产工序；增加了金属收得率；减少了能源消耗;改善了劳动条件,易于实现自动化;提高了铸坯质量。

2、连铸工艺原理：

连铸运动过程就是将钢水转变为固态钢得过程，这一转变伴随着固态钢成型、固态相变、液—固态相变、铜板与铸坯表面得换热以及冷却水与铸坯表面间复杂换热得过程，钢水要经历钢水包,中间包，结晶器,二次冷却，空冷区,切割,铸坯得工序。

３、连铸机得主要设备：

钢水包;钢包回转台；中间包及其运载设备；连铸结晶器;二次冷却装置；拉坯矫直装置；引锭装置;铸坯得切割设备。

4、中间包作用：

稳定钢流;减少钢液对结晶器内凝固坯壳得冲刷;使钢水在中间包内有合理得流动状态；适当增加中间包内钢水得停留时间会有利于钢水中夹杂物得上浮;分流作用;在钢水换包时起到衔接作用。

５、连铸坯得质量要求:

连铸坯得几何形状、表面质量、内部质量与钢得纯净度。

6、连铸坯得缺陷分类：

 ①内部缺陷：

内部裂纹（中间裂纹，对角线裂纹，矫直弯曲裂纹,中心裂纹，角部裂纹）;中心偏析,中心疏松，宏观非金属夹杂物. ②表面缺陷：

震动痕迹;表面裂纹（表面纵裂纹，角部纵裂纹,表面横裂纹，角部横裂纹）；表面夹渣（皮下夹渣）;表面气泡（皮下气泡）;表面增碳与偏析；凹坑与重皮。

 ③形状缺陷：

菱形变形;铸坯鼓肚。

7、影响连铸坯纯净度得若干因素:

机型对铸坯中夹杂物得影响；连珠操作对铸坯中夹杂物得影响；耐火材料质量对铸坯中夹杂物得影响. 

8、提高连铸坯纯净度得途径：

钢液得净化处理;防止连铸过程中得二次氧化;利用中间包冶金去除钢中夹杂物；在结晶器中采取促使夹杂物上浮得措施。

 ９、连铸保护渣得冶金功能：

结晶器内钢水上表面与空气隔绝，隔热保温，防止钢液过氧化；吸收钢液表面得非金属夹杂物；改善钢锭与模壁间得传热条件，减少钢锭凝固时过热产生得内应力，有利于减少钢锭裂纹；润滑。

２３、炉渣如何向钢中传氧

　　炉渣中得FeO与氧化性气氛接触，被氧化成高价氧化物Fe2Ｏ3；渣—铁界面高价Ｆe２O3被还原成低价FeO；气相中得氧因此被传递给金属熔池.

２４、什么就是过剩氧

实际熔池得［O]含量与碳-氧化学平衡得［O]含量之差称为过剩氧。

Δ［O］=[O]实际-［O］平衡

25、氧化０、1%［Si]可以升温30、2℃；０、1%［Ｍｎ]就是6、6℃;0、1％［C］就是1４0、3℃

26、电弧炉炼钢（EＡF）就是以电能作为热源得炼钢方法,它就是靠电极与炉料间放电产生得电弧使电能在弧光中转变为热能，比借助电弧辐射与电弧得直接作用加热并熔化金属炉料与炉渣，冶炼出各种成分与温度合格得钢水与合金得一种炼钢方法.

电弧炉炼钢得特点:

热源为电能（清洁，温度高，容易控制）；主要原料就是废钢，流程短

电弧炉得主要设备:

电气设备;机械设备；除尘系统;辅助设备

转炉设备：

主原料装入；转炉本体;渣料系统；氧枪系统;烟气进化系统；倾动系统；出钢,出渣系统.

转炉炉型:

筒球型,锥球型,截锥型

挡渣方法：

挡渣球，挡渣塞，气动挡渣,滑动水口挡渣

转炉吹炼操作步骤：

溅渣补炉;装入废钢；兑铁水；开始吹炼;加入渣料；吹炼结束;测温取样;合金化；出钢;调整。

铁料:

废钢,铁水

渣料：

石灰,白云石,荧石,铁矿石

冷却剂:

铁矿石,氧化铁皮

终点：

所炼钢种成分与温度达到要求得时刻

为什么要挡渣：

减少非金属夹杂物得生产量;减少精炼连铸过程钢水二次氧化;提高炉外精炼得脱硫效率；减少钢水“回磷"。