【正文】 841 點 朋友圈 : ifix 技術群 在線時間 :882(小時 ) 注冊時間 :20200202 基本要求：了解轉爐的吹煉過程；掌握氧氣射流對熔池的物理化學作用；掌握頂吹轉爐的各項操作制度；掌握復吹轉爐的冶金特點；了解轉爐自動控制。 軸承鋼是指用于制造各種環(huán)境中工作的各類軸承圈和滾動體的鋼，這類鋼含碳 1%左右，含鉻最高不超過 %，要求具有高而均勻的硬度和耐磨性，內部組織和化學成分均勻，夾雜物和碳化物的數(shù)量及分布要求高。 滲碳鋼指用低碳結構鋼制成零部件，經(jīng)表面化學處理，淬火并低溫回火后，使零件表面硬度高而心部韌性好，既耐磨又能承受高的交變負荷或沖擊負荷。 按脫氧程度不同可分為沸騰鋼（不經(jīng)脫氧或微弱脫氧）、鎮(zhèn)靜鋼 （脫氧充分）和半鎮(zhèn)靜鋼（脫氧不完全，介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間）。 碳素鋼是指鋼中除含有一定量為了脫氧而加入硅（一般 ≤%）和錳（一般 ≤%）等合金元素外，不含其他合金元素的鋼。 生產(chǎn)沸騰鋼時， [Si]為 %%， [Mn]為 %%，它只能微弱控制 CO 反應。 由于非金屬夾雜對鋼的性能產(chǎn)生嚴重的影響，因此在 煉鋼、精煉和連鑄過程應最大限度地降低鋼液中夾雜物的含量，控制其形狀、尺寸。氮可以作為合金元素起到細化晶粒的作用。一般白點產(chǎn)生的溫度低于 2020℃ 。 脫氧的任務： 根據(jù)具體的鋼種，將鋼中的氧含量降低到所需的水平，以保證鋼水在凝固時得到合理的凝固組織結構； 使成品鋼中非金屬夾雜物含量最少，分布合適，形態(tài)適宜，以保證鋼的各項性能指標，得到細晶結構組織。硫還是連鑄坯中偏析最為嚴重的元素。 如果鋼中的氧含量較高， FeS 與 FeO 形成的共晶體熔點更低（ 940℃ ），更加劇了鋼的 “熱脆 ”現(xiàn)象的發(fā)生。磷在鋼中是以 [Fe3P]或 [Fe2P]形式存在，但通常是以 [P]來表達。 可 以這樣講，我國的鋼鐵工業(yè)對世界產(chǎn)生了重要影響，我國不僅是產(chǎn)鋼大國，而且已經(jīng)開始邁入鋼鐵強國的行列，如圖 5 所示。 1971 年美國鋼鐵公司引進 OBM 法，1972 年建設了 3 座 200 噸底吹轉爐，命名為 QBOP (Quiet BOP) ，如圖 2 所示。當時，對西歐的一些國家特別適用，因為西歐的礦石普遍磷含量高。 煉鋼方法（ 2） 1856 年英國 人亨利 第一節(jié) 概 述 一、鋼與生鐵的區(qū)別及發(fā)展歷程： 首先是碳的含量，理論上一般把碳含量小于 %稱之鋼，它的熔點在14501500℃ ，而生鐵的熔點在 11001200℃ 。 吹煉過程中的供氧強度： 小型轉爐為 (t如果空氣是從爐低吹入，那就是低吹轉爐。這時液態(tài)生鐵表面劇烈的反應，使鐵、硅 、錳氧化 (FeO,SiO2 , MnO,) 生成爐渣，利用熔化的鋼鐵和爐渣的對流作用，使反應遍及整個爐內。轉爐煉鋼工藝流程 這種煉鋼法使用的氧化劑是氧氣。幾分鐘后，當鋼液中只剩下少量的硅與錳時，碳開始氧化，生成一氧化碳（放熱）使鋼液劇烈沸騰。 隨著制氧技術的發(fā)展，現(xiàn)在已普遍使用氧氣頂吹轉爐 （也有側吹轉爐）。min)； 120t 以上的轉爐一般為 (t 在鋼中碳元素和鐵元素形成 Fe3C 固熔體，隨著碳含量的增加，其強度、硬度增加，而塑性和沖擊韌性降低。貝塞麥發(fā)明了酸性空氣底吹轉爐煉鋼法，也稱為貝塞麥法，第一次解決了用鐵水直接冶煉鋼水的難題，從而使煉鋼的質量得到提高，但此法要求鐵水的硅含量大于 %，而且不能脫硫。但托馬斯法的缺點是爐子壽命底，鋼水中氮的含量高。 圖 2 QBOP 法 煉鋼方法（ 8） 在頂吹氧氣轉爐煉鋼發(fā)展的同時， 19781979 年成功開發(fā)了轉爐頂?shù)讖秃洗禑捁に?，即從轉爐上方供給氧氣（頂吹氧），從轉爐底部供給惰性氣體或氧氣，它不僅提高鋼的質量，而且降低了煉鋼消耗和噸鋼成本，更適合供給連鑄優(yōu)質鋼水，如圖 3 所示。 圖 5 我國粗鋼產(chǎn)量的變化情況 第二節(jié) 煉鋼的任務及鋼的分類 一、煉鋼的任務 煉鋼的基本任務是脫碳、脫磷、脫硫、脫氧，去除有害氣體和非金屬夾雜物，提高溫度和調整成分。煉鋼過程的脫磷反應是在金屬液與熔渣界面進行的。 錳可在鋼凝固范圍內生成 MnS和少量的 FeS，純 MnS的熔點為 1610℃ ，共晶體 FeSMnS（占 %）的熔點為 1164℃ ，它們能有效地防止鋼熱加工過程的 “熱脆 ”。 不同鋼種對硫含量有嚴格的規(guī)定： 非合金鋼中普通質量級鋼 [S]≤% 優(yōu)質級鋼 [S]≤%， 特殊質量級鋼 [S]≤% 有的鋼種要求如管線鋼 [S]≤%，甚至更低。 常用的脫氧劑有 FeMn， FeSi， MnSi， CaSi 等合金。 鋼中的氮是以氮化物的形式存在，它對鋼質量的影響體現(xiàn)出雙重性。在冶煉鉻鋼，鎳鉻系鋼或鉻錳系等高合金鋼時，加入適量的氮，能夠改善塑性和高溫加工性能。 （六）鋼中的合金成分 碳（ C） 煉鋼的重要任務之一就是要把熔池中的碳氧化脫除至所煉鋼鐘的要求。 硅能提高鋼的機械性能，增加了鋼的電阻和導磁性。根據(jù)碳含量的高低又可分成低碳鋼（ [C]≤%），中碳鋼 (%≤[C]≤%)和高碳鋼 ([C]%)。 按質量水平不同可分為普通鋼、優(yōu)質鋼和高級優(yōu)質鋼。 調質鋼的含碳量大于 %，所制成的零件經(jīng)淬火和高溫回火調質處理后，可得到適當?shù)母邚姸扰c良好的韌性。 不銹鋼是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液，或其他腐蝕介質中具有一定化學穩(wěn)定性的鋼的總稱。 重點與難點：頂吹轉爐的各項操作制度；復吹轉爐的冶金特點。 鐵水含 Si 量高，渣量增加，有利于脫磷、脫硫。 4）硫（ S）。 轉爐和電爐煉鋼均使用廢鋼，如圖 2 所示。 3）廢鋼應清潔干燥不得混有泥沙，水泥，耐火材料，油物等。一般是將鐵礦石裝入反應器中，通入氫氣或 CO 氣體或使用固體還原劑，在低于鐵礦石軟化點以下的溫度范圍內反應，不生成鐵水，也沒有熔渣，僅把氧化鐵中的氧脫掉，從而獲得多孔性的金屬鐵即海綿鐵。 2）烘烤溫度 錳鐵、鉻鐵、硅鐵應 ≥800℃ ，烘烤時間應＞ 2 小時；鈦鐵、釩鐵、鎢鐵加熱近 200℃ ，時間大于 1 小時?；钚允夷軠p少石灰、螢石消耗量和轉爐渣量，有利于提高脫 S，脫 P 效果，減少轉爐熱損失和對爐襯的侵蝕。轉爐用螢石要求 : 塊度在 550mm，且要干燥，清潔。 濺渣護爐操作時，通過加入適量的生白云石或輕燒白云石保持渣中的MgO 含量達到飽和或過飽和，使終渣能夠做黏，出鋼后達到濺渣的要求。 高堿度燒結礦或球團礦也可做合成造渣劑使用，其化學成分和物理性能穩(wěn)定，造渣效果良好。在煉鋼溫度下， Fe2O3 不穩(wěn)定，在轉爐中較少使用。 自貝塞麥發(fā)明酸性空氣底吹轉爐煉鋼法起，開始了轉爐大量生產(chǎn)鋼水的歷史，如圖 3 所示。min)； 120t 以上的轉爐一般為 (tSiO2 轉變?yōu)?2CaOSiO2)。在吹煉的前、中、后期，這些因素是在不斷發(fā)生變化，從而體現(xiàn)出吹煉各期不同的碳氧化速度，如圖 6 所示。 后期不利于脫磷的熱力學因素是熔池溫度高。槍位高時，脫碳速度低，渣中（ FeO）增高。 吹煉中期，熔池的溫度比初期提高，促進大量石灰熔化，熔池中 [Si]已氧化完了， SiO2 來源中斷。在整個一爐鋼的吹煉過程中，熔池溫度約提高 350℃ 左右。如果爐內化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。先加潔 凈的輕廢鋼，再加入中型和重型廢鋼，以保護爐襯不被大塊廢鋼撞傷，而且過重的廢鋼最好在兌鐵水后裝入。 o 爐子附屬設備：應與鋼包容量、澆注吊車起重能力、轉爐傾動力矩大小、連鑄機的操作等相適應。兌鐵水時，應爐內無渣（否則加石灰）且先慢后快，以防引起劇烈的碳氧反應，將鐵水濺出爐外而釀成事故。噴頭的形狀有拉瓦爾型、直筒型和螺旋型等。 圖 10 轉爐內的泡沫現(xiàn)象示意圖 1氧槍； 2氣 鋼 渣乳化相； 3CO 氣泡； 4金屬熔池； 5火點； 6金屬液滴； 7CO 氣流； 8飛濺出的金屬液滴； 9煙塵 乳化（ emulsification）是指金屬液滴或氣泡彌散在爐渣中，若液滴或氣泡數(shù)量較少 而且在爐渣中自由運動，這種現(xiàn)象稱為渣鋼乳化或渣氣乳化。而金屬液滴的含硫量比金屬熔池的含硫量高，金屬液滴尺寸愈小，含硫量愈大。min)。 槍位及其控制： 所謂槍位，是指氧槍噴頭端面距靜止液面的距離，常用 H 表示，單位是 m。 （ 2）中期低槍位脫碳但應防返干。生產(chǎn)條件千變萬化，因此具體操作中還應根據(jù)實際情況對槍位進行適當?shù)恼{節(jié)： （ 1）鐵水溫度：若遇鐵水溫度偏低，應先壓槍提溫，而后再提槍化渣，以防渣中的（ FeO）積聚引發(fā)大噴，即采用低 高 低槍位操作。 圖 11 恒壓變槍操作的幾種模式 C 高一低一高一低的四段式操作： 在鐵水溫度較高或渣料集中在吹煉前期加入時可采用這種槍位操作。 一、成渣過程及造渣途徑 轉爐冶煉各期，都要求爐渣具有一定的堿度，合適的氧化性和流動性，適度的泡沫化。 o 吹煉中期，隨著爐溫的升高和石灰的進一步熔化，同時脫碳反應速度加快導致渣中 (FeO)逐漸降低，使石灰融化速度有所減緩，但爐渣泡沫化程度則迅速提高。SiO2， 3 CaOFe2O3 生成。 如生成 CaO同時，前期過飽和的 MgO 會隨著爐渣堿度的提高而逐漸析出，使后期渣變粘，可以使終渣掛在爐襯表面上，形成爐渣保護層，有利于提高爐齡。 二、造渣方法 根據(jù)鐵水成分和所煉鋼種來確定造渣方法。 o 單渣法：整個吹煉過程中只造一次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到吹煉終點出鋼。SiO2 殼層。SiO2 （熔點 1480℃ ）則不會妨礙石灰熔解。 o 吹煉初期，各元素的氧化產(chǎn)物 FeO、 SiO MnO、 Fe2O3 等形成了熔渣。SiO2 和 3 CaO o 吹煉末期，脫碳速度下降，渣中 (FeO)再次升高，石灰繼續(xù)熔化并加快了熔化速度。 爐渣粘度和泡沫化程度也應滿足冶煉進程需要。在 爐渣化好后降槍脫碳，為避免在碳氧化劇烈反應期出現(xiàn)返干現(xiàn)象，適時提高槍位，使渣中（ FeO）保持在 10～ 15％，以利磷、硫繼續(xù)去除。鐵水含錳高時，有利于化渣，槍位則可適當?shù)托５藭r不僅吹入的氧幾乎全部用于碳的氧化，而且渣中的（ FeO）也被大量消耗，易出現(xiàn) “返干 ”現(xiàn)象而影響 S、 P 的去除，故不應太低，使渣中的（ FeO）保持在 10～ 15%以上。比較而言，恒壓變槍操作更為方便、準確、安全，因而國內鋼廠普遍采用。小型轉爐的供氧強度為 (t 軟吹時，由于渣中（ FeO）含量增加，并且氧化位（即 Fe3+/Fe2+）升高，持續(xù)時間過長就會產(chǎn)生大量起泡沫的乳化液，乳化的金屬量非常大，生成大量氣體，容易發(fā)生大噴或溢渣。由于渣滴或氣泡也能進入到金屬熔體中，因此轉爐中還存在金屬熔體中的乳化體系。拉瓦爾型噴頭是收縮 —擴張收縮型噴孔，當出口氧壓與進口氧壓之比 p 出 /p0 時形成超音速射流，如圖 9所示。但補爐后的第一爐鋼應采用前法，如圖 8 所示。目前國內采用三種即定量裝入量、定深裝入量和分階段定量裝入法。爐役末期 ,以及廢鋼裝入量比較多的轉爐也可以先兌鐵水 ,后加廢鋼。min)； 120t 以上的轉爐一般為 (t 冶煉過程概述：從裝料到出鋼，倒渣，轉爐一爐鋼的冶煉過程包括裝料、吹煉、脫氧出鋼、濺渣護爐和倒渣幾個階段。 吹煉后期 , 熔池的溫度比中期進一步提高 ,接近出鋼溫度 ,有利于石灰渣料熔化 ,在中期爐渣堿度較高的基礎上 ,吹煉后期 ,仍能得到高堿度 ,流動性良好發(fā)爐渣。 ◆ 脫碳速度：脫碳速度高，渣中（ FeO）低；脫碳速度低，渣中（ FeO）高。不同時期，其表現(xiàn)是不相同。 吹煉中期：熔池溫度高于 1500℃ ， [Si]、 [Mn]含量降低， [P][O]親和力小于 [C][O]親和力，碳氧化消耗較多的（ FeO），熔渣中 (∑FeO)有所降低，熔池攪拌強烈，反應區(qū)乳化較好，結果此期的碳氧化速度高。SiO2)+2（ CaO） =（ 2 CaOSiO2， [C]也不能還原（ SiO2）。 ◆ 開吹時氧槍槍位采用高槍位，目前是為了早化渣，多去磷，保護爐襯； ◆ 在吹煉過程中適當降低槍位的保證爐 渣不 “返干 ”，不噴濺，快速脫碳與脫硫，熔池均勻升溫為原則； ◆ 在吹煉末期要降槍，主要目的是熔池鋼水成分和溫度均勻，加強熔池攪拌，穩(wěn)定火焰，便于判斷終點，同時使降低渣中 Fe 含量，減少鐵