【正文】 些非金屬元素如硼、氮等的鋼。 氮化鋼一般是指以中碳合金結(jié)構(gòu)鋼制成零件，先經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)或表面火焰淬火、高頻淬火處理，獲得所需要的力學(xué)性能，最后再進(jìn)行氮化處理，以進(jìn)一步改善鋼的表面耐磨性能。 第一 節(jié) 煉鋼用原材料 原材料是煉鋼的基礎(chǔ)，原材料的質(zhì)量和供應(yīng)條件對(duì)煉鋼生產(chǎn)的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)產(chǎn)生重要影響。除了含硫易切削以外，絕大多數(shù)鋼種要求去除硫這一有害元素。 4）不同性質(zhì)的廢鋼分類存放。 二、非金屬料 （一）造渣劑 1）石灰 堿性煉鋼方法的造渣料，主要成分為 CaO，由石灰石煅燒而成，是脫 P、脫 S不可缺少的材料，用量比較大。近年來(lái)，螢石供應(yīng)不足，各鋼廠從環(huán)保角度考慮，使用多種螢石代用品，如鐵錳礦石，氧化鐵皮，轉(zhuǎn)爐煙塵，鐵礬土等。 三、增碳劑 在冶煉過(guò)程中，由于配料或裝料不當(dāng)以及脫碳過(guò)量等原因，有時(shí)造成鋼中碳含量沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的要求，這時(shí)要向鋼液中增碳。上世紀(jì) 50 年代用氧氣代替空氣煉鋼是煉鋼史上的一次重大變革， 70 年代出現(xiàn)的氧氣底吹轉(zhuǎn)爐和頂吹復(fù)合轉(zhuǎn)爐，是氧氣轉(zhuǎn)爐在發(fā)展和完善通路上取得的豐碩成果，如圖 4所示。SiO2，即 SiO2 與 CaO 牢固的結(jié)合為穩(wěn)定的化合物，SiO2活度很低，在堿性渣中 FeO的活度較高，這樣不僅使 [Si]被氧化到很低程度，而且在碳劇烈氧化時(shí)，也不 會(huì)被還原，即使溫度超過(guò) 1530℃ ， [C]與 [O]的親和力也超過(guò) [Si]與 [O]的親和力，終因（ CaO）與（ SiO2）結(jié)合為穩(wěn)定的 2CaO 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?cái)嚢鑿?qiáng)烈，反應(yīng)區(qū)乳化較好，結(jié)果此期的碳氧化速度高。 ◆ 脫碳速度：脫碳速度高，渣中（ FeO）低；脫碳速度低，渣中（ FeO）高。 冶煉過(guò)程概述：從裝料到出鋼，倒渣，轉(zhuǎn)爐一爐鋼的冶煉過(guò)程包括裝料、吹煉、脫氧出鋼、濺渣護(hù)爐和倒渣幾個(gè)階段。爐役末期 ,以及廢鋼裝入量比較多的轉(zhuǎn)爐也可以先兌鐵水 ,后加廢鋼。但補(bǔ)爐后的第一爐鋼應(yīng)采用前法，如圖 8所示。渣鋼乳化是沖擊坑上沿流動(dòng)的鋼液被射流撕裂或金屬滴所造成的。min) ， 120t 以 上 的 轉(zhuǎn) 爐 一 般 為(t （ 3）后期提槍調(diào)渣控終點(diǎn)。當(dāng)然，槍位亦不可過(guò)高，以防發(fā)生噴濺，合適的槍位是使液面到達(dá)爐口而又不溢出。即 ◆ 供氧強(qiáng)度：指在單位時(shí)間內(nèi)每噸鋼的氧耗量，它的單 位是 m3/(t o 由于氧射流對(duì)熔池的強(qiáng)烈沖擊和 CO氣泡的沸騰作用，使熔池上部金屬、熔渣和氣體三相劇烈混合，形成了轉(zhuǎn)爐內(nèi)發(fā)達(dá)的乳化和泡沫狀態(tài)，如圖 10所示。t1 裝料操作：目前，國(guó)內(nèi)的大中型轉(zhuǎn)爐均采用混鐵爐（轉(zhuǎn)爐容量的 15～ 20 倍）供應(yīng)鐵水， 即高爐來(lái)的鐵水儲(chǔ)存在混鐵爐中，用時(shí)倒入鐵水罐天車兌入（解決高爐出鐵與轉(zhuǎn)爐用鐵不一致的矛盾，同時(shí)保證鐵水的溫度穩(wěn)定，成分波動(dòng)?。?；廢鋼則是事先按計(jì)算值裝入料斗，用時(shí)天車加入。 ◆ 當(dāng)鋼水流出總量的四分之一時(shí)，向鋼包中的脫氧合金化劑，進(jìn)行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。 吹煉中期，熔池中 [C]繼續(xù)大量氧化放熱， [P]也繼續(xù)氧化放熱，均使熔池溫度提高，可達(dá) 15001550℃ 以上。（ FeO）的來(lái)源主要與槍 位、加礦量有關(guān)，（ FeO）的消耗主要與脫碳速度有關(guān)。 ◆ 鐵水中錳含量高，單渣操作，鋼水殘錳也會(huì)高些。 （ 1）硅的氧化規(guī)律 在吹煉初期，鐵水中的 [Si]和氧的親和力大，而且 [Si]氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，低溫下有利于此反應(yīng)的進(jìn)行，因此， [Si]在吹煉初期就大量氧化。 ◆ 按供入氧化性氣體種類 —空氣和氧氣轉(zhuǎn)爐 。在還原期要適量少用，只用在冶煉不銹鋼或高硫鋼時(shí)才稍用多一些。2SiO2（熔點(diǎn) 1362℃ ），加速石灰溶解，迅速改善爐渣動(dòng)性。 3）鐵合金 常用的鐵合金種類： ◆ 簡(jiǎn)單合金： FeMn， FeSi， FeCr， FeV， FeTi， FeMo，F(xiàn)eW等 ◆ 復(fù)合脫氧劑： CaSi合金， AlMnSi合金， MnSi合金，CrSi合金， BaCaSi合金， BaAlSi合金等 ◆ 純金屬： Mn、 Ti（海綿 Ti）、 Ni、 Al。國(guó)標(biāo)要求廢鋼的長(zhǎng)度不大于 1000mm，最大單件重量不大于 800kg。 轉(zhuǎn)爐用鐵水對(duì)錳與硅比值要求為 ，目前使用較多的為低錳鐵水，錳的含量為 %%。 高溫合金指的是在應(yīng)力及高溫同時(shí)作用下，具有長(zhǎng)時(shí)間抗蠕變能力與高的持久強(qiáng)度和高的抗蝕性的金屬材料，常用的有鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金，還有鉻基合金、鉬基合金及其他合金等。 合金結(jié)構(gòu)鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)丶尤胍环N或數(shù)種合金元素，用來(lái)提高鋼的強(qiáng)度、韌性和淬透性。鋁 是調(diào)整鋼的晶粒度的有效元素，它能使鋼的晶粒開(kāi)始長(zhǎng)大并保持到較高的溫度。根據(jù)成分不同，夾雜物可分為： 氧化物夾雜，即 FeO、 MnO、 SiO Al2O Cr2O3 等簡(jiǎn)單的氧化物； FeOFe2O FeOAl2O MgOAl2O3 等尖晶石類和各種鈣鋁的復(fù)雜氧化物； 2FeOSiO 2MnOSiO 3MnOAl2O32SiO2 等硅酸鹽； 硫化物夾雜，如 FeS、 MnS、 CaS等； 氮化物夾雜，如 AlN、 TiN、 ZrN、 VN、 BN等。 在鋼材的縱向斷面上，呈現(xiàn)出圓形或橢圓形的銀白色斑點(diǎn)稱之為 “白點(diǎn) ”，實(shí)為交錯(cuò)的細(xì)小裂紋。 圖 6 [Mn]/[S]比對(duì)低碳鋼熱延展性的影響 硫還會(huì)明顯降低鋼的焊接性能，引起高溫龜裂，并在焊縫中產(chǎn)生氣孔和疏松，從而降低焊縫的強(qiáng)度。 磷是降低鋼的表面張力的元素，隨著磷含量的增加，鋼液的表面張力降低顯著，從而降低了鋼的抗裂性能。美國(guó)稱為 BOF法（ Basic Oxygen Furnace）或 BOP法，如圖 1所示。 煉鋼方法（ 1） 最早出現(xiàn)的煉鋼方法是 1740 年出現(xiàn)的坩堝法，它是將生鐵和廢鐵裝入由石墨和粘土制成的坩堝內(nèi)，用火焰加熱熔化爐料，之后將熔化的爐料澆成 鋼錠。在送氧開(kāi)吹的同時(shí)，加入第一批渣料，加入量相當(dāng)于全爐總渣量的三分之二，開(kāi)吹 35 分鐘后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。轉(zhuǎn)爐的外形就像個(gè)梨，內(nèi)壁有耐火磚，爐側(cè)有許多小孔（風(fēng)口），壓縮空氣從這些小孔里吹爐內(nèi)，又叫做側(cè)吹轉(zhuǎn)爐。最后，磷也發(fā)生氧化并進(jìn)一步生成磷酸亞鐵。 ◆ 開(kāi)吹時(shí)氧槍槍位采用高槍位，目前是為了早化渣，多去磷，保護(hù)爐襯； ◆ 在吹煉過(guò)程中適當(dāng)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(qiáng)熔池?cái)嚢?，穩(wěn)定火焰，便于判斷終點(diǎn)，同時(shí)使降低渣中 Fe含量，減少鐵損，達(dá)到濺渣的要求。 煉鋼方法（ 3） 1865年德國(guó)人馬丁利用蓄熱室原理發(fā)明了以鐵水、廢鋼為原料的酸性平爐煉鋼法，即馬丁爐法。并在唐鋼等企業(yè)推廣應(yīng)用，如圖 4 所示。 但對(duì)于某些鋼種，如炮彈鋼，耐腐蝕鋼則需添加一定的 P元素。 （三）鋼中的氧 在吹煉過(guò)程中，向 熔池供入了大量的氧氣，到吹煉終點(diǎn)時(shí)，鋼水中含有過(guò)量的氧，即鋼中實(shí)際氧含量高于平均值。原因是鋼中氮化物的析出速度很慢，逐漸改變著鋼的性能。 鋼中的碳決定了冶煉、軋制和熱處理的溫度制度。 根據(jù)鋼中合金元素含量的多少，又可分為低合金鋼，中合金鋼和高合金鋼。 工具鋼，包括碳素工具鋼和合金工具鋼及高速鋼。 對(duì)煉鋼原料的基本要求：既要保證原料具有一定的質(zhì)量和相對(duì)穩(wěn)定的成分，又要因地制宜充分利用本地區(qū)的原料資源，不宜苛求。氧氣轉(zhuǎn)爐單渣操作的脫硫效率只有30%40%。 非合金鋼、低合金鋼廢鋼可混放在一起，不得混有合金廢鋼和生鐵。 其質(zhì)量好壞對(duì)吹煉工藝、產(chǎn)品質(zhì)量和爐襯壽命等產(chǎn)生主要影響。 3）白云石 白云石的主要成分 CaCO3常用的增碳劑有增碳生鐵、電極粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭粉。 圖 3 自供熱轉(zhuǎn)爐的發(fā)展演變過(guò)程 圖 4 由傳統(tǒng)供熱向外加燃料聯(lián)合供熱轉(zhuǎn)爐的發(fā)展演變過(guò)程 一、吹煉過(guò)程元素氧化規(guī)律 （一）爐鋼吹煉過(guò)程和元素的氧化規(guī)律 1）冶煉過(guò)程概述 從裝料到出鋼，倒渣，轉(zhuǎn)爐一爐鋼的冶煉過(guò)程包括裝料、吹煉、脫氧出鋼、濺渣護(hù)爐和倒渣幾個(gè)階段，如圖 5 所示。SiO2，[C]也不能還原（ SiO2）。 吹煉后期，熔池溫度很高，超過(guò) 1600℃ ， [C]含量較低， (∑FeO)增加，熔池?cái)? 拌不如中期，碳氧化速度比中期低。 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐通過(guò)改變槍位可達(dá)到化渣、降碳的不同目的，這是它與其他煉鋼方法相比，具有操作靈活的特點(diǎn)。 爐鋼的吹氧時(shí)間通常為 1218min，如圖 7 所示，冶煉周期為 30min 左右。 （二）裝入量 裝入量指煉一爐鋼時(shí)鐵水和廢鋼的裝入數(shù)量，它是決定轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量、爐齡及其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主要因素之一。 簡(jiǎn)述一爐鋼的冶煉 過(guò)程。通過(guò)對(duì) 230tLD轉(zhuǎn)爐乳液取樣分析，發(fā)現(xiàn)其中金屬液滴比例很大：吹氧67min時(shí)占 45%80%； 1012 min 時(shí)占 40%70%； 1517min時(shí) 占 30%60%。min)。吹煉后期， CO反應(yīng)已弱，產(chǎn)生噴濺的 可能性不大，此時(shí)的基本任務(wù)是調(diào)好爐渣的氧化性和流動(dòng)性繼續(xù)去除硫磷，并準(zhǔn)確控制終點(diǎn)碳（較低），因此槍位應(yīng)適當(dāng)高些。吹煉前期，鐵水中的硅迅速氧化，渣中的（ SiO2）較高而熔池的溫度尚低，為了加速頭批渣料的熔化（盡早去 P 并減輕爐襯侵蝕），除加適量螢石或氧化鐵皮助熔外應(yīng)采用較高的槍位，保證渣中的（ FeO）達(dá)到并維持在 25～ 30%的水平；否則，石灰表面生成 C2S 外殼，阻礙石灰溶解。 氧氣流量是根據(jù)吹煉每噸金屬料所需要的氧氣量、金屬裝入量、供氧時(shí)間等因素決定。 o 在頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中，特別是吹煉過(guò)程劇 化的開(kāi)始階段，有時(shí)爐渣會(huì)起泡并從爐口溢出，這就是吹煉過(guò)程中發(fā)生的典型的乳化和泡沫現(xiàn)象。 表 2 國(guó)內(nèi)一些企業(yè)頂吹轉(zhuǎn)爐的爐容比 廠名 寶鋼 首鋼 鞍鋼 本鋼 攀鋼 首鋼 太鋼 噸位 /t 300 210 180 120 120 80 50 爐熔比 /m3 ◆ 當(dāng)吹煉到所煉鋼種要求的終點(diǎn)碳范圍時(shí)，即停吹，倒?fàn)t取樣，測(cè)定鋼水溫度，取樣快速分析 [C]、 [S]、 [P]的含量，當(dāng)溫度和成分符合要求時(shí)，就出鋼。綜合作用的結(jié)果，吹煉前期終了，熔池溫度可升高至 1500℃ 左右。 （ 1）爐渣中 (FeO)的變化規(guī)律 爐渣中（ FeO）的變化取決于它的來(lái)源和消耗兩方面。 影 響殘錳的因素： ◆ 爐溫高有利于（ MnO）的還原，殘錳量高；