冶金炼钢培训手册Word文档下载推荐.docx

1、石灰、白云石、莹石等转炉产品代表品种低碳拉丝用钢：Q215A、Q195、H08A、LS、棉打钢低合金低合金高强度：Q345A、LZ等普碳：HPB235、Q235A、Q175、挡板专用钢等低合金类建筑用钢：HRB335、HRB400等 四、炼钢基本原理1、矿石 铁 Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2, FeO +C=Fe+CO2、铁 钢：脱碳、磷、硫、氧，去除有害气体和夹杂；提高温度；调整成分。碳溶于铁的反应：FeC3=3Fe+C脱碳反应：O2 +2C=2CO O2 +Si=Si O2O2 +Mn=Mn O2脱磷反应：2P+ 5（FeO）+3（CaO）=（3CaO.P2O5）+5Fe脱硫反应：

2、FeS+ （CaO）= （FeO）+ CaS 2CaS+ 3O2 =2S O2+2CaO脱硫、脱磷都需高碱度、大渣量，不同的是脱硫需要高温，低氧化铁，而脱磷则需要低温，高氧化铁。脱氧反应：O2 +Si=Si O2 O2 +Mn=Mn O22AL+O3= AL2O3. 五、炼钢基本任务炼钢就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质，再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素，使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。v去除杂质：脱磷、脱硫、去除气体（脱氧、氢、氮）和非金属夹杂物。v脱碳并将其含量调整到一定X围。v调整钢液成份和温度。v将钢液浇铸成质量合格的钢坯。1钢中硫硫在晶界产生低熔点的共晶化合

3、物FeO-FeS熔点940，低于轧、锻温度1150左右，因此热加工时在钢坯内液体处开裂，称之为热脆。2钢中磷磷的突出危害是产生冷脆，在低温下，磷越高，冲击性能降低越大。3 钢中氧 一般测定的钢中的氧是全氧，包括氧化物中的和溶解的氧，使用浓差法定氧时测定钢液中溶解的氧，在钢坯、材取样分析的是全氧。在标准中一般不规定含量值。4钢中氮在低碳钢中，增大氮会降低冲击值ak,产生老化现象。5 钢中氢钢中氢可使钢产生白点（发裂）、疏松、气泡，使钢变脆。6夹杂物随着科学技术和经济的发展,人们对钢的纯净度要求越来越高。由于生产过程环境及工艺自身的影响,钢中存在非金属夹杂物是不可避免的。非金属夹杂的存在破坏了钢的

4、连续性和致密性,对钢的性能有着重要的影响,甚至是决定性的影响。所谓洁净钢或纯净钢是指钢中纯净度控制严格，杂质元素S、P、H、N、O含量低，总量在100ppm以下;而且要严格控制钢中非金属夹杂物，数量少、尺寸小、形态要控制为点球状不变形夹杂，洁净钢高。夹杂物分内生夹杂物、外来夹杂物钢中内在夹杂的主要来源是：冶炼过程元素被氧化及脱氧形成氧化物。内生夹杂物的特征是：分布相对来说较均匀 、颗粒相对而言较细小、较晚形成的夹杂物多沿初生晶粒的晶界分布 广义上讲，把浇注过程中钢水与空气、耐火材料、炉渣之间的相互化学反应生成的氧化产物.使钢水重新被污染的过程叫二次氧化。留在钢中的二次氧化产物一般称为外来夹杂。

5、冶炼洁净钢应根据品种和用途要求，在铁水预处理-炼钢-精炼-连铸的操作都应处于严格的控制之下，炼钢环节主要控制技术如下：（1）铁水预处理，入炉铁水硫含量应小于0.005%甚至小于0.002%。（2）转炉复合吹炼和炼钢终点控制，改善脱磷条件，提高终点成分和温度一次命中率，降低钢中溶解氧含量，减少钢中非金属夹杂物数量。（3）挡渣出钢，防止出钢下渣可避免回磷和提高合金吸收率。（4）钢包渣改质，出钢过程向钢流加入炉渣改质剂，还原FeO并调整钢包渣成分。在实际生产中,由于钢中非金属夹杂的存在,还会产生一些现场废品和质量降级的判断,造成企业的经济损失,因此,对于连铸坯中的非金属夹杂研究必须给予高度重视。碳（

6、C）：是对钢的性能影响最大的基本元素。若多炉浇注时，各炉之间钢水中碳含量差别要求小于0.02。钢中C=0120.17，连铸坯易产生纵裂、角裂，甚至造成漏钢事故。为了减少这类钢对裂纹的敏感性，通常在保证机械性能的前提下，把钢的含碳量控制在0.160.22X围内，而把锰（Mn）含量提高到0.70.8。有害元素（硫S、磷P）含量：S、P是由原料中带入的。S对钢的热裂纹敏感性有突出的影响，S大于0.025时，钢的延展性有明显的下降，铸坯裂纹加重；P会使钢的晶界脆性增加，裂纹敏感性增强。因此，对于连铸钢水要求S小于0.03，最好S小于0.025，或S+P小于0.05才能防止铸坯产生热裂纹。硅（Si）、锰

7、（Mn）含量控制：硅、锰含量既影响钢的机械性能，又影响钢水的可浇性。首先要求把钢中硅、锰含量控制在较窄的X围内（波动值Si0.05、Mn0.10），以保证连浇炉次铸坯中硅、锰含量的稳定。其次要求适当提高MnSi比。MnSi大于3.0，可得到完全液态的脱氧产物，以改善钢崐水的流动性。因此，在成份规格X围内，调整Si、Mn含量，保持MnSi大于3.0，以改善钢水的可浇性，这是连铸硅镇静钢的一个特点。钢中锰能抑制硫的有害影响，消除S的热脆倾向，增大Mn/S可有效降低裂纹敏感性。MnS的熔点是1610。残余元素含量：钢中残余元素如铜、锡、铅、锑等，通常是由废钢带入的，而在冶炼中不能去除而残留在钢中。连

8、铸坯在冷却过程中由于铁的氧化，这些元素在晶界富集，造成铸坯表面裂纹。因此应精选废钢或废钢搭配使用，控制钢中铜小于0.2，锡、砷、锑含量小于0.10。微量元素：为了改善钢的使用性能，出钢合金化时，有意加入微合金元素，使其在钢水中保持其一定含量，如钢中含有微合金元素铌Nb、钒V，可提高钢的韧性，增加抗硫化氢腐蚀能力。7钢中残余元素及其对钢性能的影响1）残余元素在钢中的偏析许多残余元素在钢中是以偏析的形式存在并发挥作用的。除周期表中与铁靠近的几个过渡金属镍、钴、钨、钼、锰、铬外，多数残余元素在钢中均有较强的偏析能力；这种元素的偏析过程，既可以发生于钢液的凝固过程，也可以发生于随后的固态相变，后者需要

9、较长的扩散时间。不同的残余元素其偏析能力可以用偏析系数定量比较，凝固偏析系数取决于残余元素在固相和液相两相之间的分配因数，一般先结晶的固相中含有残余元素较少，而后结晶的部分所含残余元素较多，最后形成典型的铸锭偏析宏观结构。不同残余元素在钢中的凝固偏析因数见表1，它是一个无量纲量，等于c/c，即不偏析时，偏析因数为零。在正常凝固条件下，凝固偏析因数小于0.5一般不会产生严重的宏观偏析，因此在铸锭的冒口部分主要偏析元素是硫、磷、碳，其次有锑、氮、砷、氢、锡，相应这一部分材料的硬度也将高于铸锭的其它部份。相应于凝固偏析，残余元素在固态相变或加热中，也可能产生晶界偏析，钢的第二类回火脆性主要就是磷、锡

10、、砷、锑在晶界上偏析脆化引起的。与凝固偏析相比，由于残余元素只能做近程扩散，所以这种偏析一般需要特定的温度和时间，偏析的位置一般在原始奥氏体晶界等晶体缺陷位置。几种残余元素在晶界上的晶界富集因数亦列于表3，它是一个无量纲量，定义为晶界浓度与晶内浓度之比。根据Seah-Hondros模型，晶界富集因数与残余元素在钢中溶解度成反比。利用经验关系lgalgcm+b，如果知道一种残余元素在钢中的固溶度，就可以大致估计它的晶界富集因数。式中为晶界富集因数，cm为残余元素的溶解度，a和b均为常数，其中a-0.868，b0.898。表1残余元素在钢中凝固偏析的倾向和晶界富集因数元素名称凝固偏析因数晶界富集因

11、数硫0.9825000磷0.87200750碳10000锑0.801000氮0.72砷0.70250氢0.68锡0.50250750铜0.44100200镍、钼0.20锰0.16钨0.10钴铬0.05钢中第三组元对残余元素在晶界偏析的影响很大，根据Guttmann的工作，镍、锰、铬、钒、钨、钼、钛、锆对磷偏析的影响依序增强。而镍、铬对锑在钢中的偏析程度亦有相当加强。由于硅、锰对残余元素在晶界偏析的影响很大，在现代超纯净钢概念中，已将硅、锰列入应控的杂质元素，含量可控制在0.05 %以下。2）残余元素对钢材高温塑性的影响在生产实践中，人们早已发现钢材的热加工性能与钢中的残余元素硫及铜含量有重要关

12、系，钢中这些残余元素含量一旦升高，钢的锻造性能或热轧性能将严重恶化，即所谓热脆现象。由热力学数据可知，所有全保留残余元素在合适的氧化性气氛下加热，由于选择性氧化的结果，均会富集于钢的表面。这由于伴随铁的氧化及氧的扩散过程，未发生氧化的残余元素将逐渐沉积于金属基体与氧化皮的界面，钢材加热时间越长，氧化皮亦越厚，相应在表面富集的残余元素也将越多。除了铜以外，大部分富集的残余元素会逐渐溶入钢材的表面形成富集层而不是形成低熔点液相。然而，由于铜在钢中的溶解度低，生产中经常可以发现钢表面有时可以形成一层沉积铜。如果钢的热加工（锻造或热轧）温度在铜的熔点（1083 ）以上则表面沉积的这层铜将形成液膜，将润

13、湿钢的表面并沿晶界向钢内部浸润，最后导致严重的铜裂，这是目前已发现的最严重的加工热脆性机制之一。铜在钢表面富集的程度，取决于钢中的残铜量和钢坯加热时的氧化程度，对传统的铸锭工艺，钢材从开坯到最后成型一般至少要经二次高温加热时程，而当代连铸工艺中，连铸坯在步进式连续加热炉中长时间的高温氧化条件都有助于产生铜脆现象。由于钢材的正常轧制和锻造温度区间一般在10001150 ，恰好落在铜的熔点X围。减轻铜脆的一个有效途径是提高铜合金的熔点，其中镍和钼最为有效，如果钢中残余元素仅有铜，则只要残量大于0.35 %，在正常轧制条件下，轧坯表面即会出现严重的铜裂；作为对比，如果钢中含少量镍或钼，其含量为铜含量

14、的一半，则含铜0.75 %的钢也可以顺利地进行热轧。反之，钢中残余元素锡、砷、锑均会降低铜的熔点从而加强铜脆敏感性。然而如果钢中没有铜，这些残余元素在微量情况下，对钢材热塑性并未表现有显著影响。由Fe-Cu-C三元相图可见，钢中碳含量越高，奥氏体中铜的溶解度越低，表现为铜脆敏感性也越高，此外，钢中碳含量较高，有助于氧化下富集的铜层不发生氧化。钢中硫含量过高时在热加工中亦会引起严重的热裂，但它不是从表面，而是从内部分生开裂，其原因是生成液相的FeS，其熔点仅为816 ，这种低熔点相对钢奥氏体晶界有很好的润湿性，所以这种热裂是一种沿晶裂纹，钢材热加工温度如低于816 ，FeS为固相则不存在热裂，反

15、之如果热加工温度高于1038 ，FeS将在铁中重溶，只有在8161038 区间，含硫钢才进入热脆区。钢中添加足够的Mn元素，将与硫形成高熔点MnS，可有效降低或消除由硫引起的热脆。对普碳钢，钢中碳含量为0.2 %时，热脆最为严重，碳含量低于0.2 %或高于0.2 %均可使钢的热塑性提高。3）残余元素对钢回火脆性的影响合金钢中存在的微量残余元素是产生第二类回火脆性的主要原因，在中温回火脆性区，残余元素有足够的扩散能力，如果有足够长的时间这些残余元素将逐渐由晶内向晶界偏析，最终导致晶界脆化。在力学性能上，反映为钢的韧脆转变温度上升和冲击功下降，在冲击断口上，以沿晶断裂为其微观特征，用俄歇电镜分析可

16、以发现在断口表面，有高浓度的残余元素富集。钢中含有硅及锰元素时，将大大促进残余元素引起的第二类回火脆性。这可能是由于硅、锰促进残余元素在钢中的扩散及偏析能力。相反，钢中如果添加适量的钼，一般为0.2 %0.5 %，则可有效地抑制第二类回火脆性。引起第二类回火脆性的残余元素为磷、锡、砷和锑，其影响强度亦按上述次序递减，其原因可能与不同元素在钢中的扩散和偏析能力以及它们在钢晶界上的行为有关。一些研究结果表明，可以用加权因数来评价残余元素对回火脆性的影响，不同钢种各元素的加权因数亦不同。采用经验公式：K（Mn+Si）（10P+5Sb+4Sn+As），式中浓度采用重量百分比含量可以定量估计残余元素对回

17、火脆性的影响，式中K值可定义为纯净度。由于一般锡、砷、锑的加权因数均小于磷，故可将四种残余元素的总量加和，作为钢材纯净度的一个指标。为了有效防止第二类回火脆性，对于优质大型发电机转子用钢35NiCrMoV，纯净度控制在K（1.64）10-3可以有效地避免第二类回火脆性。由于第三组元对残余元素晶界偏析致脆的促进作用，这里特别强调应严格控制钢中的硅、锰含量。锰含量将涉及钢的精炼及脱氧工艺的改进。上述四种残余元素中，只有磷在炼钢时可以除去，其余三种都是属于全保留元素。目前由于尚无满意的技术可以经济地除去这些残余元素，随着废钢的多次循环，这些元素的残量在钢中将逐渐增多，这种工业污染将导致下个世纪全球钢

18、材性能的逐渐退化，因此如何控制含锡废钢的使用，如何对高锡或高砷钢水进行预处理，如何有效控制钢材的工业污染问题，即纯净钢工程，应研究其有效对策。4）残余元素对钢材抗腐蚀性能的影响从热力学分析，钢水中所有全保留残余元素均倾向于减小钢在氧化性酸中的腐蚀速度。其原因是这类元素的氧化势要低于铁，随着钢的选择性溶解，钢中残余元素将逐渐在钢表面沉积，由此逐渐减小钢的腐蚀速度。钢中残铜量如量超过0.15 %，则酸浸后可以见到钢表面沉积一层粉红色的铜层。然而，残余元素对钢材耐蚀性的益处在实际使用中并无明显作用，相反残余元素在钢材酸洗过程中却常引起不必要的麻烦。与酸蚀情况不同，残余元素可以有效地提高钢材抗大气腐蚀

19、的能力，这是因为它们可有效地影响钢材表面的锈蚀机制，不含残余元素的钢材在户外锈蚀，表面会形成一层松软的黄色锈层，这种多孔的松软锈层很容易吸水，且一旦吸水，很难干燥。这种锈层的形成，不但没有任何保护作用，相反会加快进一步的锈蚀进程。钢中含有少量铜、磷、镍、铬等残余元素，在大气腐蚀条件下，表面将形成一层较硬的黑色锈层，与钢的粘着性好，且非常致密，不吸水，这种致密连续的锈层，对钢进一步锈蚀，具有保护作用。在大气腐蚀情况下，钢材锈蚀的主要原因是在自然条件下表面存在水膜，而无水的干燥条件下，钢材不锈蚀。钢中残余元素的作用恰恰可以延长钢表面处于干燥状态下的时间，如果钢表面只是偶然被浇湿，则这种作用就尤为明

20、显，室外挂片试验的结果表明，钢中只要有残量铜（0.05 %）就可明显降低锈蚀速率，在磷与铜共有时更为有效。由于铜对钢材耐蚀性方面的有利作用，目前部分钢种采用铜作为合金元素。尤其是耐大气腐蚀钢的磷铜钢。然而，由于钢中的铜不能在冶炼中除去，是否在冶炼中加铜来生产耐蚀钢，则是应当仔细研究的问题。5）钢中残余氮和氢钢中残余氮主要以两种形式存在，一种是与残余铝形成AlN，由于这种弥散的AlN粒子可以钉扎奥氏体晶界，使之不易长大，因此用铝脱氧的钢为本质细晶粒钢。对于纯净钢，由于采用超纯净冶炼、真空碳脱氧等一系列工艺手段，钢中残余氧和氮很低，而无须采用铝脱氧，这时对纯净钢来讲，由于钢中残余AlN过低的情况下

21、，热加工时应研究如何减小奥氏体晶粒粗化倾向。另一种是残余氮作为固溶原子吸附在位错线上，它是低碳钢屈服及应变时效钢的主要原因之一，如果在钢水中将残余氮除得很低，或添加足够的活性元素钛，钒或铌捕集这些固溶氮，就可以得到无应变时效钢，这对冷轧钢板的冲压成型工艺性能十分有利。尽管已有不少关于钢中微量氮的研究，但它对钢材力学性能的影响仍然有许多工作要做。钢中残余的氢会引起高强度合金钢的延迟破坏，这种破坏形式与氢在钢中的快速扩散和在缺陷位置的局部富集有关，避免钢中的白点历史上曾经是高强合金钢生产的主要关键之一。当代由于转炉强沸腾冶炼及钢水真空处理，钢中残氢含量已降到（23）10-6，因此钢中氢造成的损坏大

22、部分是由于环境渗氢而引起。钢中15种常见的残余元素，这些元素在炼钢过程中分为全保留和部分保留元素，其中8种全保留元素，由于炼钢时不能除去，将随废钢的循环在钢中逐渐积累。在8种全保留元素中镍、钴、钨、钼可以提高钢的淬透性，属于有益元素；铜一方面可以引起钢材高温热加工时的铜脆，但另一方面又可以提高钢材耐大气腐蚀的能力，而钢中残余的锡、砷、锑属于有害元素，它不但在钢中加强铜脆，更重要的是它会导致合金钢的第二类回火脆性。在7个部分保留元素中碳、锰、硫、磷是常规控制元素，氮有利于钢奥氏体化时的晶粒控制，但同时也会引起钢的应变时效现象。钢中的氢是一种有害无益的元素。控制钢中的残余元素的含量，是代表现代炼钢

23、工业的先进水平标志之一。六 炼钢原材料炼钢选用原材料的原则：国内外大量生产证明，贯彻精料方针是实现转炉炼钢过程自动化的和提高各项技术经济指标的重要途径，原材料主要由：铁水、废钢、造渣材料、铁合金、和氧气等。合理的选用原材料是根据冶炼钢种、操作工艺及装备水平使之达到低的投入，高质量产出的原则。1、原材料（1）金属料铁水，一般允许装入量是总金属料的70%以上，Mn/Si为0.81.0时对冶炼的操作控制最有利。废钢，一般允许装入量不超过总金属料的30%。铁合金：硅铁、锰铁、硅锰合金、硅钙钡等（2）非金属料造渣材料：石灰主要成分CaO：要求CaO85%，SiO22%，S0.2%，块度为 mm。白云石要

24、求：MgO20%，P、S含量低，块度为5-40mm生白云石的主要成分CaMg（CO3），焙烧后为熟白云石，主要成分MgO 、CaO，使用轻烧白云石最理想。萤石（主要成分CaF2），CaF285%，SiO24%，S0.2%，块度为5-40mm。氧化剂：氧气，含氧量99.5%以上。冷却剂：废钢、生铁块、铁矿石、氧化铁皮增碳剂：碳粉等2耐火材料2.1耐火材料分类酸性耐火材料、碱性耐火材料、中性耐火材料2.2耐火材料性质耐火度和荷重软化点、高温抗折强度、热震稳定性、气孔率和密度、抗渣性。2.3连铸用耐火材料包括钢包用耐火材料、中间包用耐火材料和功能用耐火材料。钢包用耐火材料由永久层、工作层、渣线层、包

25、底层组成。中间包用耐火材料由保温层、永久层、工作层、包底层组成。工作层通常采用涂料和绝热板。第一炼钢厂采用的是涂料中间包。功能用耐火材料 钢包用长水口、透气砖；中间包用浸入式水口、定径水口、塞棒。七、氧气顶吹转炉设备氧气顶吹转炉炼钢工艺设备主要有以下四个系统构成： 1 转炉炉体与倾动系统（1）转炉炉体金属结构包括炉壳、托圈、耳轴、轴承座等四部分。（2）转炉炉型是由耐火材料所砌成的炉衬内型，俗称转炉 “炉膛”的形状。按金属熔池形状的不同，转炉炉型可分为筒球型、锥球型、截锥型。（3）熔池直径D=k（G/t）1/2其中k：比例常数 一般取1.852.3，下限适于大炉子，上限适于小炉子。G：转炉装入量

26、，t：转炉供养时间。（4）熔池深度H，近似计算公式筒球型：H=（V+0.046D3）/0.79 D2，大型转炉多采用这种炉型。锥球型： H=（V+0.0363D3）/0.70 D2截锥型：H=V/0.574 D2，小型转炉多采用这种炉型。其中D：熔池直径 m V：金属熔池体积m3（5）公称容量：又称公称吨位，有三种说法：铁水废钢平均加入量，平均出钢量，平均产良坯量，我国通常采用平均出钢量为炉子的公称容量。（6）炉容比：转炉有效容积V与公称容量T的比值。炉容比过小，会使喷溅和对炉衬的侵蚀加剧，使供氧强度的提高受到限制；过大，设备厂房投资过大。一般情况下，在0.851.05m3/t，大炉子取下限，

27、小炉子取上限。（7）高宽比：指转炉总高度H总与炉壳外径D壳的比值。在1.351.65之间，大炉子取下限，小炉子取上限。（8）出钢口尺寸出钢口位置：炉帽与炉身的连接处。出钢口角度：指出钢口中心线与水平线的夹角，一般为1525，出钢口直径：d=（63+1.75T）1 /2 ，其中T为转炉的炉容量。（9）倾动机构倾动机构类型：落地式倾动机构、半悬挂式倾动机构、全悬挂式倾动机构2 原材料供应系统铁水、废钢、造渣材料、铁合金等原材料供应。铁水有铁水罐车、混铁车（鱼雷罐车）、混铁炉供应方式，铁水罐车供应的特点是设备简单、投资少，但热损失严重，粘罐现象较严重。混铁车（鱼雷罐车）供应投资比混铁炉少。以上两种方

28、式在储存、混匀铁水的作用都不如混铁炉。混铁炉的容量一般是转炉吨位的整数倍，并与高炉出铁量相适应，混铁炉作用是：衔接高炉与转炉的铁水供应贮存铁水，稳定转炉的生产节奏均匀铁水成份均匀铁水温度3供氧（氮）系统（1）制氧系统：制氧机、低压储气罐、压氧机、中压储气罐、供氧管道等。（2）氧枪：拉瓦尔型喷头、枪身、枪尾。拉瓦尔型喷头是一个先收缩后扩X的喷嘴，由收缩段、喉口、扩X段三部分组成。（3）副枪：快速检测熔池温度、定碳、氧含量、液面位置及取样。4 烟气净化与煤气回收系统转炉烟气处理方法有燃烧法、未燃法。转炉烟气净化方法分为：全湿法、干湿结合法、全干法。未燃全湿法（OG法）烟气净化设备：烟罩（分活动、固定）、烟道、预热锅炉、文氏管、脱水器、除尘风机等。煤气回收系统：静电除尘器、煤气柜、水封器、烟尘及污水处理。转炉烟气中含有大量的一氧化碳，如果采用未燃法，一氧化碳在烟气中的含量随着冶炼时间而增加，达到峰值后又渐渐降下来。含量最高可达到90%，平均70%左右，当一氧化碳含量在60%左右时，其热值可达到8000kJ/Nm3，转炉烟气的温度为1450，最高可达到1600。转炉烟气除尘系统是转炉炼钢工艺中不可缺少的部分，它对转炉冶炼设备、冶炼状况、环境状况的影响是不可忽视的，烟气除尘系统的