【正文】 新中國成立后，特別是改革開放以來，我國的鋼鐵事業(yè)得到迅速發(fā)展， 1980年鋼產(chǎn)量達(dá)到 3712萬噸， 1990年達(dá)到 6500萬噸， 1996年首次突破 1億噸大關(guān)，成為世界第一產(chǎn)鋼大國， 2023年產(chǎn)量達(dá)到 噸，占世界產(chǎn)量的 1/3。 ? 磷是僅次于硫在鋼的連鑄坯中 偏析度高的元素 ，而且在鐵固熔體中擴(kuò)散速率很小 ， 因而磷的偏析很難消除 ， 從而嚴(yán)重影響鋼的性能 ， 所以脫磷是煉鋼過程的重要任務(wù)之一 。 ? 當(dāng)鋼中的 [S]＞ %時 ， 由于凝固偏析 ， FeFeS共晶體分布于晶界 處 ， 在 11501200℃ 的 熱加工 過程中 ， 晶界處的 共晶體熔化 ， 鋼受壓時造成晶界破裂 ， 即 發(fā)生 “ 熱脆 ” 現(xiàn)象 。 硫含量超過 %時 ， 會顯著 惡化鋼的耐蝕性 。 ? 一般測定的是 鋼中的全氧 ， 即 氧化物中的氧和溶解的氧之和 ， 在使用濃差法定氧時才是測定鋼液中溶解的氧 ， 在鑄坯或鋼材中取樣時是全氧樣 。 主要原因是鋼中的氫在小孔隙中 析出的壓力 和鋼相變時產(chǎn)生的 組織應(yīng)力 的綜合力超過了鋼的強(qiáng)度 ， 產(chǎn)生了 “ 白點 ” 。 ? 鋼中加入適量的鋁 ， 可生成穩(wěn)定的 AlN， 能夠 壓抑 Fe4N生成和析出 ， 不僅 改善鋼的時效性 ， 還可以 阻止奧氏體晶粒的長大 。 由于非金屬夾雜對鋼的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響 ，因此在煉鋼 、 精煉和連鑄過程應(yīng)最大限度地降低鋼液中夾雜物的含量 ， 控制其形狀 、 尺寸 。 生產(chǎn)沸騰鋼時 ， [Si]為 %%， [Mn]為%%， 它只能微弱控制 CO反應(yīng) 。 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 。 ? 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 ） 。 滲碳鋼 指用 低碳結(jié)構(gòu)鋼制成零部件 ， 經(jīng)表面化學(xué)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(fù)荷或沖擊負(fù)荷 。 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(nèi)部組織和化學(xué)成分均勻 ， 夾雜物和炭化物的數(shù)量及分布要求高 。 思考題 煉鋼的基本任務(wù)是什么 ， 通過哪些手段實現(xiàn) ？ 磷和硫?qū)︿摦a(chǎn)生哪些危害 ？ 實際生產(chǎn)中為什么要將 [Mn]/[S]比作為一個指 標(biāo)進(jìn)行控制 ？ 氫和氮對鋼產(chǎn)生哪些危害 ？ 外來夾雜和內(nèi)生夾雜的含義是什么 ？ ？ 第二章 煉鋼基礎(chǔ)理論 第一節(jié) 裝料 ? .1 轉(zhuǎn)爐煉鋼原料 ? 轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料是鐵水，其次還配有部分廢鋼。但是，為了方便轉(zhuǎn)爐煉鋼操作及降低生產(chǎn)成本，鐵水的成分應(yīng)該合適和穩(wěn)定。另外，鐵水含硅量高時，初期渣子的堿度低，對爐襯的侵蝕作用加劇；同時，初期渣中的二氧化硅含量高，會使渣中的 FeO、 MnO含量相對較低，容易在石灰塊表面生成一層熔點為 2130℃ 的2COSO外殼，阻礙石灰熔化，降低成渣速度，不利于早期的去磷。LD轉(zhuǎn)爐脫硫效果差，單渣法冶煉時的脫硫效率僅為30%— 35%，而通常要求鋼液含硫量在 %以下，因此希望鐵水含硫量低于 %— %。 ? 定量裝入法 ? 所謂定量裝入，是指在整個爐役期內(nèi)，每爐的裝入量保持不變的裝料方法。 ? 分階段定量裝入法。轉(zhuǎn)爐的工作容積，也稱有效容積，以“ V”表示，公稱噸位用“ T”表示，兩者之比值“ V／ T”稱之為爐容比，單位為 (m3／ t)。爐役后期，為使其免受廢鋼的直接沖擊，在確認(rèn)廢鋼干燥及渣已倒凈或已加石灰稠化的條件下，可先兌鐵水后加廢鋼。超音速氧流有足夠的動能去沖擊、攪拌熔池，改善脫碳反應(yīng)的動力學(xué)條件，加速反應(yīng)的進(jìn)行。 ? 因此，選定氧槍后，要確定供氧制度，只需要制定合理的氧槍操作制度，它包括：確定恰當(dāng)?shù)墓┭鯊?qiáng)度，確定供氧壓力，確定合理的槍位及在吹煉過程中如何調(diào)節(jié)槍位。/（ t合適的供氧壓力，一般是先經(jīng)驗選定，然后在使用中修正。槍位高低是轉(zhuǎn)爐吹煉過程中的一個重要參數(shù)，它不僅與熔池內(nèi)鋼液環(huán)流運動的強(qiáng)弱有直接關(guān)系，而且對轉(zhuǎn)爐內(nèi)的傳氧情況有重大影響。所謂恒氧壓變槍位操作，是指在一爐鋼的吹煉過程中的氧氣的壓力保持不變，而通過變槍位來調(diào)節(jié)氧氣射流對熔池的沖擊深度和沖擊面積，以控制冶煉過程順利進(jìn)行的吹氧方法。 ? 直接傳氧 ? 所謂直接傳氧，是指吹入熔池的氧氣被鋼液直接吸收的傳氧方式。這些小氧氣泡與氧氣射流擊碎的金屬液和熔渣一起形成了三相乳濁液，其中的金屬液滴可將小氣泡中的氧直接吸收。 ? c、當(dāng)渣中的（ FeO）含量較高時，按分配定律部分地轉(zhuǎn)入鋼液。FeO如果 渣中（ ∑FeO）降低過多，會使?fàn)t渣熔點升高甚至出現(xiàn)高熔點的硅酸鈣固態(tài)顆粒使?fàn)t渣黏度增大，這種現(xiàn)象稱為 爐渣“ 返干 ” ；同時也會因鋼液表面裸露出現(xiàn)金屬飛濺的情況。例如，鐵水配比高時，冶煉中渣量大，熔池深度增加，槍位應(yīng)相應(yīng)提高；爐役后期，熔池變淺，槍位應(yīng)相應(yīng)低些。 ? 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐原理及工藝 ? 一、 簡介 ? 二、 原理及工藝 ? 三、 冶金效果 ? 思考題 ? 煉鋼熔池內(nèi)氧的來源？ ? 何謂供氧強(qiáng)度？熔渣“返干”？ ? 轉(zhuǎn)爐吹氧操作有哪幾種？各有何特點？ ? 何謂直接傳氧？間接傳氧？ ? 簡述轉(zhuǎn)爐吹煉前、中、后期爐內(nèi)的冶煉環(huán)境及槍位的控制？ ? 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中影響氧槍槍位的因素有哪些？ 第三節(jié) 造渣 ? 造氧化渣的目的及要求 ? 目前的煉鋼渣主要有氧化渣和還原渣兩種，為了強(qiáng)化去磷和去硫過程，兩者均為堿性渣，不同的是，它們對渣中（ FeO）的含量要求不同。 LD轉(zhuǎn) ? 爐煉鋼中，通常堿度控制在 ～ ；對于含磷較高或冶煉低硫鋼種的情況，堿度則控制在 。但增大渣量會增加造渣材料的消耗和鐵損，還會給冶煉帶來諸多不便，如噴濺、粘槍等。泡沫化的爐渣，使鋼 渣兩相界面積大為增加，改善了去磷、去硫等兩相反應(yīng)的動力學(xué)的條件。石灰的“活性”與生產(chǎn)石灰時的 煅燒溫度 有關(guān)。轉(zhuǎn)爐煉鋼一般要求石灰的塊度為 5 ～40㎜。它是將石灰和熔劑按一定比例混合制成的低熔點、高堿度的復(fù)合造渣材料，即把爐內(nèi)的造渣過程部分地，甚至全部移到爐外進(jìn)行。對轉(zhuǎn)爐煉鋼用白云石，一般要求其MgO含量在 20%以上， CaO含量不低于 30%，硫、磷雜質(zhì)元素含量要低，塊度以 5 ～ 40㎜為宜。 80%=㎏ ? 轉(zhuǎn)爐煉鋼中使用部分礦石作冷卻劑時，由于鐵礦石中含有一定數(shù)量的二氧化硅，為保證爐渣的堿度不變應(yīng)補(bǔ)加適量的石灰。 FeO ? 3 、（ MgO） ? 少量的（ MgO）含量，可以降低爐渣的黏度；當(dāng)含量超過 6%時，渣中的（ MgO）處于過飽和狀態(tài)，會析出固態(tài)的氧化鎂顆粒，使?fàn)t渣黏度增大。雙渣操作的特點是，爐內(nèi)始終保持較小的渣量，吹煉中可以避免因渣量大造成的噴濺，且渣少易化，同時又能獲得較高的脫硫、脫磷效率。是指在冶煉的中后期以氧氣為載體，用氧槍將粒度為 1㎜以下的石灰粉噴入熔池且在中途倒渣一次的操作方法。二次渣料可視爐內(nèi)情況一次加入或小批多次加入，但是，最后一小批料必須在終點前 34分鐘加入，否則所加渣料尚未熔化就出鋼了。 ? 聲納控渣儀預(yù)測。 ? 硅氧化反應(yīng) 受爐渣成分影響，同樣硅氧化反應(yīng)產(chǎn)物影響爐渣成分，如 SiO2降低爐渣堿度， 不利于鋼液脫磷、脫硫，侵蝕爐襯耐火材料，降低爐渣氧化性，增加造渣消耗。 在煉鋼過程中，應(yīng)盡量控制錳的氧化，以提高鋼水殘（余）錳量，發(fā)揮殘錳的作用 。 [%C]提高時，因 ， m值增加： [%C]=1時， m=， [%C]=2時， m=。 ◆含碳量處于低碳時， [%O]實還受 aFeO和溫度的影響。LFeO 則 sQFeOdOd 7216)(%)(% ??Fe OFe OCOFe OFe O LfCCdmPLfOdF eOd??????2][%][%.][%)(% 將 d[%O]和 d(%O)的表達(dá)式帶入氧量平衡式可得 2]/[%1][%2CavdtCd O??? ][%..][%72..16)(%2 CdLfCQPmOdFe OFe OSCO ?????????????Fe OFe OSCO LfQmPa. 上述的脫碳速率方程 只適用含碳比較高的情形 ， 氧向熔池中的傳輸速度是控制性環(huán)節(jié) ， 但隨著脫碳進(jìn)行 ， 機(jī)理將逐漸發(fā)生改變 ， 當(dāng)碳降到%%時 ， 脫碳速率受 [C]由鋼。 如果熔池中脫碳反應(yīng)是 [C]+[O]=CO，用下式計算熔池中的氧，即與 CO氣泡相平衡的濃度 ： 氣泡中 CO分壓后可近似等于外界壓力，可用下式計算 ： ][%][%CmPO CO?平COr2980669806698066101325 ??? ?????????渣渣金金 hhP CO 熔體和爐渣相平衡時， [%O]取決于爐渣中的aFeO和分配常數(shù) LFeO，可表示為： (%FeO) 渣中氧化鐵的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)； fFeO 渣中氧化鐵的活度系數(shù)； LFeO分配系數(shù)， [%O]飽和 純氧化鐵渣在鐵中的最大溶解度， 1600℃ 時為 。 由 于 在 煉 鋼 過 程 中 存 在 著[Fe]+[O]=[FeO]， 鋼中實際氧含量比碳氧平衡時氧含量高 。 第五節(jié) 碳的氧化反應(yīng) 碳氧化反應(yīng)是煉鋼過程中極其重要的反應(yīng)，煉鋼過程中的碳氧反應(yīng)不僅完成脫碳任務(wù)，而且還具有以下作用： ◆ 加大鋼 — 渣界面，加速反應(yīng)的進(jìn)行； ◆ 均勻熔池中成分和溫度； ◆ 有利于熔渣的形成； ◆ 有利于非金屬夾雜的上浮和有害氣體的排出； ◆ 放熱升溫。 ? 溫度低 有利于錳的氧化； ? 爐渣堿度高 ，使 (MnO)的活度提高，在大多數(shù)情況下，（ MnO）基本以游離態(tài)存在； ? 如果 a(MnO)，則不利于錳的氧化。（兩線一區(qū)） 第四節(jié) 硅、錳的氧化 一、 硅的氧化 [Si]+2[O]=(SiO2)， TG 00 ???? ],[2)()(2][ 2 FeSiOFeOSi ??? TG 532818150 00 ????? )(22 )()(][ sSiOgOSi ?? ][2)(2)(2][42 FeSiOCaCaOFeOSi ???? COSiSiOC 2][)(][2 2 ??? 上式的反應(yīng)式表明，硅的氧化的 影響因素有 溫度 、 爐渣成分 、 金屬液成分 和 爐氣氧分壓 。一旦出現(xiàn)均會嚴(yán)重影響爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)，甚至釀成事故。 ? 單渣法生產(chǎn)穩(wěn)定，操作簡單，便于實現(xiàn)計算機(jī)控制。該法的倒渣時機(jī)不易掌握。 ? 單渣法。隨著（ SiO2） 大于 25%時，進(jìn)一步增加其含量，不僅在石灰表面形成 2CaO試計算每加入 1㎏的礦石應(yīng)補(bǔ)加石灰多少千克？ ? 解：補(bǔ)加石灰量 =8% 247。 ? 各種渣料的用量 —— 石灰 ? 計算石灰加入量的基本方法是，先根據(jù)金屬爐料的含硅量計算出渣中（ SiO2）的質(zhì)量，再根據(jù)爐渣的堿度求得石灰的質(zhì)量。 ? 目前國內(nèi)使用較多的合成渣料是冷固結(jié)球團(tuán)。 ? 螢石及其代用品 ? 螢石在煉鋼中是作為熔劑加入的，目的是化渣和稀渣。這種石灰加入熔池成渣快，利于前期脫磷，而且冶煉過程順利。 ? 造渣材料及其用量 ? 造渣材料 ? 煉鋼用造渣材料，主要有 石灰、螢石及其代用品、合成渣料和白云石 等。 LD轉(zhuǎn)爐一般情況下適宜的渣量約為鋼液量的 10% ～ 12%。渣中（ ∑FeO）含量的高低，標(biāo)志著爐渣氧化性的強(qiáng)弱及去磷能力的大小。造氧化渣的主要目的是為了去除鋼中的磷，并通過氧化渣向熔池傳氧。 ? 石灰的質(zhì)量低劣或因鐵水含磷高而加入量較大時，冶煉中化渣較困難，槍位應(yīng)相應(yīng)提高；反之，化渣的槍位可降低些。 ? 吹煉后期，爐內(nèi)的碳氧反應(yīng)已較弱，因爐渣嚴(yán)重泡沫化而產(chǎn)生噴濺的可能性較小，此時主要任務(wù)是調(diào)整好爐渣的氧化性和流動性，繼續(xù)去磷；同時，通過高溫、高堿度的爐渣去除鋼液中的硫；準(zhǔn)確控制終點。若槍位過低，將會導(dǎo)致渣中的（ FeO）不足而在石灰塊的表面生成熔點高達(dá) 2130℃ 的 2 CaO ? 三、 槍位控制 ? 轉(zhuǎn)爐煉鋼中槍位控制的基本原則是，根據(jù)吹煉中出現(xiàn)