【正文】 ) [Si]+(FeO)=(SiO2)+2[Fe] (界面反應(yīng) ) 2(FeO)+(SiO2)=( 2FeO ◆ 當(dāng)鋼水流出總量的四分之一時，向鋼包中的脫氧合金化劑，進行脫氧，合金化，由此一爐鋼冶煉完畢。 ◆ 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(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，減少鐵損，達到濺渣的要求。min)； 120t 以上的轉(zhuǎn)爐一般為 (t如果爐內(nèi)化渣不好，則許加入第三批螢石渣料。 圖 5 吹煉一爐鋼過程中金屬、爐渣成分的變化 上爐鋼出完鋼后，倒凈爐渣，堵出鋼口，兌鐵水和加廢鋼，降槍供氧，開始吹煉。 圖 3 自供熱轉(zhuǎn)爐的發(fā)展演變過程 圖 4 由傳統(tǒng)供熱向外加燃料聯(lián)合供熱轉(zhuǎn)爐的發(fā)展演變過程 一、吹煉過程元素氧化規(guī)律 （一）爐鋼吹煉過程和元素的氧化規(guī)律 1）冶煉過程概述 從裝料到出鋼，倒渣，轉(zhuǎn)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，如圖 5 所示。 自貝塞麥發(fā)明酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法起，開始了轉(zhuǎn)爐大量生產(chǎn)鋼水的歷史，如圖 3 所示。 ◆ 按供氣部位 —頂吹、底吹、側(cè)吹及復(fù)合吹轉(zhuǎn)爐 。 思 考 題 轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼用的原材料各有哪些？ 轉(zhuǎn)爐煉鋼對鐵水成分和溫度有何要求？ 什么是活性石灰，它有哪些特點？ 螢石在煉鋼中起什么作用？ 什么是合成造渣劑？它有何作用？ 第二節(jié) 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼 ◆ 按爐襯耐火材料性質(zhì) —堿性轉(zhuǎn)爐和酸性轉(zhuǎn)爐 。 氧化鐵亦稱鐵磷，是鋼坯加熱，軋制和連鑄過程中產(chǎn)生的氧化殼層，鐵量約占 70%75%。在煉鋼溫度下， Fe2O3 不穩(wěn)定，在轉(zhuǎn)爐中較少使用。 四、氧化劑 氧氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要氧化劑，其純度達到或超過 %，氧氣壓力要穩(wěn)定，并脫除水分。對頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼用增碳劑的要求是固定碳要高，灰分，揮發(fā)分和硫，磷，氮等雜質(zhì)含量要低，且干燥，干凈，粒度適中。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。 高堿度燒結(jié)礦或球團礦也可做合成造渣劑使用，其化學(xué)成分和物理性能穩(wěn)定，造渣效果良好。 5）合成造渣劑 合成造渣劑是用石灰加入適量的氧化鐵皮、螢石、氧化錳或其他氧化物等熔劑，在低溫下預(yù)制成型。 因此，在電爐煉鋼的氧化期應(yīng)絕對禁用?；鸫u塊中含有約 30%的 Al2O3，易使熔渣起泡并具有良好的透氣性。 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。轉(zhuǎn)爐采用生白云石或輕燒白云石代替部分石灰造渣。經(jīng)焙燒可成為輕燒白云石，其主要成分為 CaO 3）白云石 白云石的主要成分 CaCO3轉(zhuǎn)爐用螢石要求 : 塊度在 550mm，且要干燥，清潔。 螢石助熔的特點是作用快，時間短。CaF2螢石能使 CaO 和阻礙石灰溶解的 2CaO活性石灰能減少石灰、螢石消耗量和轉(zhuǎn)爐渣量，有利于提高脫 S，脫 P 效果，減少轉(zhuǎn)爐熱損失和對爐襯的侵蝕。通常把在 10501150℃ 溫度下焙燒的石灰，具有高反應(yīng)能力的體積密度小，氣孔率高，比表面積大，晶粒細小的優(yōu)質(zhì)石灰叫活性石灰，也稱軟性石灰。 對石灰的具體要求： 對轉(zhuǎn)爐石灰塊度為 2050mm，電爐為 2060mm 石灰的活度也稱水活度是石灰反應(yīng)能力的標志，也是衡量石灰質(zhì)量的重要參數(shù)。 其質(zhì)量好壞對吹煉工藝、產(chǎn)品質(zhì)量和爐襯壽命等產(chǎn)生主要影響。 2）烘烤溫度 錳鐵、鉻鐵、硅鐵應(yīng) ≥800℃ ，烘烤時間應(yīng)＞ 2 小時；鈦鐵、釩鐵、鎢鐵加熱近 200℃ ，時間大于 1 小時。 1）對塊要求 加入鋼包 中的尺寸為 550mm，加入爐中的尺寸為 30200mm。由于海綿鐵具有較強的吸水能力，因此使用前須保持干燥或以紅熱狀態(tài)入爐。電爐煉鋼直接采用海綿鐵代替廢鋼鐵料，不僅可以解決鋼鐵料供應(yīng)不足的困難，而且可以 大大縮短冶煉時間，提高電爐鋼的生產(chǎn)率。一般是將鐵礦石裝入反應(yīng)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(nèi)反應(yīng)，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。 電爐煉鋼對生鐵的質(zhì)量要求較高，一般 S、 P 含量要低， Mn 不能高于%， Si 不能高于 %。 （三）轉(zhuǎn)爐煉鋼對鐵合金的要求： 1）生鐵 主要在電爐煉鋼中使用，其主要目的在于提高爐料或鋼中的碳含量，并解決廢鋼或重料來源不足的困難。 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。 3）廢鋼應(yīng)清潔干燥不得混有泥沙，水泥，耐火材料，油物等。 2）廢鋼中不得混有鐵合金，嚴禁混入銅、鋅、鉛、錫等有色金屬和橡膠，不得 混有封閉器皿、爆炸物和易燃易爆品以及有毒物品。廢鋼的長度應(yīng)小于轉(zhuǎn)爐口直徑的 1/2，廢鋼單重一般不應(yīng)超過 300kg。廢鋼分為一般廢鋼、軋輥、次廢鐵、車等。 轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼均使用廢鋼，如圖 2 所示。應(yīng)努力保證入爐鐵水的溫度，保證 爐內(nèi)熱源充足和成渣迅速。 對鐵水帶渣量的要求： 高爐渣中含硫、 SiO和 Al2O3 量較高，過多的高爐渣進入轉(zhuǎn)爐內(nèi)會導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐鋼渣量大，石灰消耗增加，造成噴濺，降低爐襯壽命，因此，進入轉(zhuǎn)爐的鐵水要求帶渣量不得超過 %。氧氣轉(zhuǎn)爐單渣操作的脫硫效率只有 30%40%。 4）硫（ S）。 3）磷（ P）。同時鐵水含 Mn 高，終點鋼中余錳高，從而可以減少合金化時所需的錳鐵合金，有利提高鋼水純凈度。通常鐵水中的硅含量為 %%為宜。 鐵水含 Si 量高，渣量增加，有利于脫磷、脫硫。 對鐵水要求有： （ 1）成分；（ 2）帶渣量；（ 3）溫度。 ● 金屬料：鐵水、廢鋼、合金鋼 ● 非金屬料：造渣劑（石灰、螢石、鐵礦石）、冷卻劑（廢鋼、鐵礦石、氧化鐵、燒結(jié)礦、球團礦）、增碳劑和燃料（焦炭、石墨籽、煤塊、重油） ● 氧化劑：氧氣、鐵礦石、氧化鐵皮 入爐原料結(jié)構(gòu)是煉鋼進程及各項指標結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響： ◆ 鋼鐵料結(jié)構(gòu)，即鐵水和廢鋼及廢鋼種類的合理分配； ◆ 造渣料結(jié)構(gòu)，即石灰、白云石、螢石、鐵礦石等的配比制度； ◆ 充分發(fā)揮各種煉鋼原料的功能使用效果，即鋼鐵 料和選渣料的合理利用。 對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。 重點與難點：頂吹轉(zhuǎn)爐的各項操作制度；復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的冶金特點。高溫合金主要用于制造燃汽輪機、噴氣式發(fā)動機等高溫下工作零部件。 彈簧鋼主要含有硅、錳、鉻合金元素，具有高的彈性極限、高的疲勞強度以及高的沖擊韌性和塑性，專門用于制造螺旋簧及其他形狀彈簧，對鋼的表面性能及脫碳性能的要求比一般鋼更為嚴格。不 銹鋼具有不銹性，但不一定耐腐蝕，而耐腐蝕鋼則一般都具有較好的不銹性。 不銹鋼是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液，或其他腐蝕介質(zhì)中具有一定化學(xué)穩(wěn)定性的鋼的總稱。 特殊性能鋼，指的是具有特殊化學(xué)性能或力學(xué)性能的鋼，如軸承鋼、不銹鋼、彈簧鋼、高溫合金鋼等。 合金工具鋼不僅含有很高碳，有的高達 %，而且含有較高的鉻（達13%）、鎢（達 9%）、鉬、釩等合金元素，這類鋼主要用于各式模具。 工具鋼，包括碳素工具鋼和合金工具鋼及高速鋼。 調(diào)質(zhì)鋼的含碳量大于 %，所制成的零件經(jīng)淬火和高溫回火調(diào)質(zhì)處理后，可得到適當(dāng)?shù)母邚姸扰c良好的韌性。合金結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)化學(xué)成分（主要指含碳量）熱處理工藝和用途的不同，又可分為滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼和氮化鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼的價格最低，工藝性能良好，產(chǎn) 量最大，用途最廣。 結(jié)構(gòu)鋼是目前生產(chǎn)最多、使用最廣的鋼種，它包括碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造機器和結(jié)構(gòu)的零件及建筑工程用的金屬結(jié)構(gòu)等。 按質(zhì)量水平不同可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。其中電爐鋼包括電弧爐鋼、感應(yīng)爐鋼、電渣鋼、電子束熔煉及有關(guān)的真空熔煉鋼等。 按鋼中所含有的主要合金元素不同可分為錳鋼、硅鋼、硼鋼、鉻鎳鎢鋼、鉻錳硅鋼等。 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。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]%)。 二、鋼的分類 按化學(xué)成分分類：按是否加入合金元素可鋼分為把碳素鋼和合金鋼兩大類。 鋁加到鋼中將與氧發(fā)生反應(yīng)生成 Al2O3，在出鋼、鎮(zhèn)靜和澆鑄時生成的Al2O3 大部分上浮排除，在凝固過程中大量細小分散的 Al2O3 還能促進形成細晶粒鋼。 鋁 (Al) 鋁是終脫氧劑，生產(chǎn)鎮(zhèn)靜鋼時， [Al]多在 %%，通常為 %%。 硅能提高鋼的機械性能，增加了鋼的電阻和導(dǎo)磁性。普通鋼中含硅在 %%， 1450℃ 鋼凝固時，能保證鋼中與其平衡的氧小于與碳平衡的量，抑制凝固過程中 CO 氣泡的產(chǎn)生。 錳 (Mn) 錳的作用是消除鋼中硫的熱脆傾向，改變硫化物的形態(tài)和分布以提高鋼質(zhì)； 錳是一種非常弱的脫氧劑，在碳含量非常低、氧含量很高時，可以顯示出脫氧作用，協(xié)助脫氧，提高他們的脫氧能力； 錳還可以略微提高鋼的強度，并可提高鋼的淬透性能，穩(wěn)定并擴大奧氏體區(qū)，常作為合金元素生成奧氏體不銹鋼、耐熱鋼等。 鋼中的碳決定了冶煉、軋制和熱處理的溫度制度。 （六）鋼中的合金成分 碳（ C） 煉鋼的重要任務(wù)之一就是要把熔池中的碳氧化脫除至所煉鋼鐘的要求。 按加工性能，夾雜物可分為：塑性夾雜，它是在熱加工時，沿加工方向延伸成條帶狀；脆性夾雜，它是完全不具有塑性的夾雜物，如尖晶石類型夾雜物，熔點高的氮化物；點狀不變性夾雜，如 SiO2 超過 70%的硅酸鹽， CaS、鈣的鋁硅酸鹽等。 鋼中大部分內(nèi)生夾雜是在脫氧和凝固過程中產(chǎn)生的。 外來夾雜是指冶煉和澆鑄過程中，帶入鋼液中的爐渣和耐火材料以及鋼液被大氣氧化所形成的氧化物。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。 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。 鋼中氮含量高時，在 2504500℃ 溫度范圍，其表面發(fā)藍，鋼的強度升高，沖擊韌性降低，稱之為 “藍脆 ”。原因是鋼中氮化物的析出速度很慢，逐漸改變著鋼的性能。 鋼中的氮是以氮化物的形式存在，它對鋼質(zhì)量的影響體現(xiàn)出雙重性。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度，產(chǎn)生了 “白點 ”。 鋼熱加工過程中，鋼中含有氫氣的氣孔會沿加工方向被拉長形成微裂紋，進而引起鋼材的強度、塑性、沖擊韌性的降低，即發(fā)生 “氫脆 ”現(xiàn)象。鋼中氣體主要是指氫與氮，它們可以溶解于液態(tài)和固態(tài)純鐵和鋼中。 常用的脫氧劑有 FeMn， FeSi， MnSi， CaSi 等合金。 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。 鋼中氧含量高，還會產(chǎn)生皮下氣泡，疏松等缺陷，并加劇硫的熱脆作用。 （三）鋼中的氧 在吹煉過程中，向熔池 供入了大量的氧氣，到吹煉終點時，鋼水中含有過量的氧，即鋼中實際氧含量高于平均值。 不同鋼種對硫含量有嚴格的規(guī)定： 非合金鋼中普通質(zhì)量級鋼 [S]≤% 優(yōu)質(zhì)級鋼 [S]≤%， 特殊質(zhì)量級鋼 [S]≤% 有的鋼種要求如管線鋼 [S]≤%，甚至更低。硫含量超過 %時，會顯 著惡化鋼的耐蝕性。一般 [Mn]/[S]≥7 時不產(chǎn)生熱脆，如圖 6 所示。在實際生產(chǎn)中還將 [Mn]/[S]比作為一個指標進行控制， [Mn]/[S]對鋼的熱塑性影響很大。 錳可在鋼凝固范圍內(nèi)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 ”。 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。 硫在鋼中以 FeS 的形式存在， FeS 的熔點為 1193℃ ， Fe 與 FeS 組成的共晶