【正文】 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。鋼中的碳決定了冶煉、軋制和熱處理的溫度制度。 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(qiáng)度，并可提高鋼的淬透性能，穩(wěn)定并擴(kuò)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。%%，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。 硅能提高鋼的機(jī)械性能，增加了鋼的電阻和導(dǎo)磁性。 鋁(Al)鋁是終脫氧劑，生產(chǎn)鎮(zhèn)靜鋼時，[Al]%%，%%。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(xì)小分散的Al2O3還能促進(jìn)形成細(xì)晶粒鋼。 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。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]%)。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。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。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。 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(jī)器和結(jié)構(gòu)的零件及建筑工程用的金屬結(jié)構(gòu)等。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。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。 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。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。碳素工具鋼的硬度主要以含碳量的高低來調(diào)整（%≤[C]≤%），為了提高鋼的綜合性能，%～%的錳。高速工具鋼除含有較高的碳（1%左右）外，還含有很高的鎢（有的高達(dá)19%）和鉻、釩、鉬等合金元素，具有較好的赤熱硬性。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，%，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，夾雜物和碳化物的數(shù)量及分布要求高。耐大氣、蒸汽和水等弱介質(zhì)腐蝕的稱為不銹鋼，耐酸、堿和鹽等強(qiáng)介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐腐蝕鋼。根據(jù)化學(xué)成分不同，可分為馬氏體不銹鋼(13%Cr鋼為代表)，鐵素體不銹鋼(18%Cr鋼為代表)，奧氏體不銹鋼(18%Cr8%Ni鋼代表)和雙相不銹鋼。高溫合金指的是在應(yīng)力及高溫同時作用下，具有長時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。 思考題：煉鋼的基本任務(wù)是什么，通過哪些手段實(shí)現(xiàn)？磷和硫?qū)︿摦a(chǎn)生哪些危害？實(shí)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？基本要求：了解轉(zhuǎn)爐的吹煉過程；掌握氧氣射流對熔池的物理化學(xué)作用；掌握頂吹轉(zhuǎn)爐的各項(xiàng)操作制度；掌握復(fù)吹轉(zhuǎn)爐的冶金特點(diǎn)；了解轉(zhuǎn)爐自動控制。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。煉鋼原料分為金屬料，非金屬料和氣體。一、金屬料 （一）鐵 水 鐵水是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原材料，一般占裝入量的70%100%，是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要熱源，如圖1所示。1）硅（Si）是重要的發(fā)熱元素，鐵水中含Si量高，爐內(nèi)的化學(xué)熱增加，%，%%。 硅含量過高會使渣料和消耗增加，易引起噴濺，金屬收得率降低，同時渣中過量的SiO2，也會加劇對爐襯的侵蝕，影響石灰渣化速度，延長吹煉時間。同時鐵水含Mn高，終點(diǎn)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。3）磷（P）。4）硫（S）。氧氣轉(zhuǎn)爐單渣操作的脫硫效率只有30%40%。 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(jìn)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，%。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。轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼均使用廢鋼，如圖2所示。廢鋼分為一般廢鋼、軋輥、次廢鐵、車等。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。2）廢鋼中不得混有鐵合金，嚴(yán)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。3）廢鋼應(yīng)清潔干燥不得混有泥沙，水泥，耐火材料，油物等。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。（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。電爐煉鋼對生鐵的質(zhì)量要求較高，一般S、P含量要低，%，%。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(diǎn)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。由于海綿鐵具有較強(qiáng)的吸水能力，因此使用前須保持干燥或以紅熱狀態(tài)入爐。1）對塊要求加入鋼包中的尺寸為550mm，加入爐中的尺寸為30200mm。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。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。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(biāo)志，也是衡量石灰質(zhì)量的重要參數(shù)。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(xì)小的優(yōu)質(zhì)石灰叫活性石灰，也稱軟性石灰?；钚允夷軠p少石灰、螢石消耗量和轉(zhuǎn)爐渣量，有利于提高脫S，脫P(yáng)效果，減少轉(zhuǎn)爐熱損失和對爐襯的侵蝕。螢石能使CaO和阻礙石灰溶解的2CaOCaF2螢石助熔的特點(diǎn)是作用快，時間短。轉(zhuǎn)爐用螢石要求:塊度在550mm，且要干燥，清潔。MgCO3。MgO?？蓽p輕爐渣對爐襯的侵蝕，提高爐襯壽命具有明顯效果。對生白云石的要求:火磚塊中含有約30%的Al2O3，易使熔渣起泡并具有良好的透氣性。因此，在電爐煉鋼的氧化期應(yīng)絕對禁用。 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。高堿度燒結(jié)礦或球團(tuán)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。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。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。四、氧化劑氧氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要氧化劑，%，氧氣壓力要穩(wěn)定，并脫除水分。在煉鋼溫度下，F(xiàn)e2O3不穩(wěn)定，在轉(zhuǎn)爐中較少使用。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%。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(diǎn)？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?！舭垂獠课弧敶?、底吹、側(cè)吹及復(fù)合吹轉(zhuǎn)爐。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。 自供熱轉(zhuǎn)爐的發(fā)展演變過程圖4 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(hù)爐和倒渣幾個階段，如圖5所示。圖5在送氧開吹的同時，加入第一批渣料，加入量相當(dāng)于全爐總渣量的三分之二，開吹46分鐘后，第一批渣料化好，再加入第二批渣料。吹煉過程中的供氧強(qiáng)度：(tmin)。◆當(dāng)吹煉到所煉鋼種要求的終點(diǎn)碳范圍時，即停吹，倒?fàn)t取樣，測定鋼水溫度，取樣快速分析[C]、[S]、[P]的含量，當(dāng)溫度和成分符合要求時，就出鋼。（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。 [Si]+O2=(SiO2) [Si]+2[O]= (SiO2) (熔池內(nèi)反應(yīng)) (界面反應(yīng)) SiO2) 隨著吹煉的進(jìn)行石灰逐漸溶解，2FeOSiO2，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，也不會被還原，即使溫度超過1530℃，[C]與[O]的親和力也超過[Si]與[O]的親和力，終因（CaO）與（SiO2）結(jié)合為穩(wěn)定的2CaO硅的氧化對熔池溫度，熔渣堿度和其他元素的氧化產(chǎn)生影響：▼ [Si]氧化可使熔池溫度升高；▼ [Si]氧化后生成（SiO2），降低熔渣堿度，熔渣堿度影響脫磷，脫硫；▼ 熔池中[C]的氧化反應(yīng)只有到[%Si]，才能激烈進(jìn)行。（2）錳的氧化規(guī)律在吹煉初期，[Mn]也迅速氧化，但不如[Si]氧化的快。 （熔池內(nèi)反應(yīng)）[Mn]+[O2]=(MnO) SiO2余錳或殘錳：錳的氧化產(chǎn)物是堿性氧化物，在吹煉前期形成(MnO但隨著吹煉的進(jìn)行和渣中CaO含量的增加，會發(fā)生（MnOSiO2）+（MnO）（MnO）呈自由狀態(tài)，吹煉后期爐溫升高后，（MnO）被還原，即 （MnO）+[C]=[Mn]+[CO]或（MnO）+[Fe]=（FeO）+[Mn]吹煉終了時，鋼中的錳含量也稱余錳或殘錳。影響殘錳的因素：◆爐溫高有利于（MnO）的還原，殘錳量高； ◆堿度升高，可提高自由(MnO)濃度，殘錳量增加；◆降低熔渣中（FeO）含量，可提高殘錳含量。（3）碳的氧化規(guī)律 影響碳氧化速度的變化規(guī)律的主要因素有：熔池溫度、熔池金屬成分、熔渣中(∑FeO)和爐內(nèi)攪拌強(qiáng)度。吹煉前期：熔池平均溫度低于14001500℃，[Si]、[Mn]含量高且與[O]親和力均大于[C][O]的親和力， (∑FeO)較高，但化渣、脫碳消耗的(FeO)較少，熔池攪拌、碳的氧化速度不如中期高。吹煉后期，熔池溫度很高，超過1600℃，[C]含量較低， (∑FeO)增加，熔池攪拌不如中期，碳氧化速度比中期低。 轉(zhuǎn)爐內(nèi)碳氧反應(yīng)速度變化（4）磷的變化規(guī)律 磷的變化規(guī)律主要表現(xiàn)為吹煉過程中的脫磷速度。 表1中期不利于脫磷的因素是（∑FeO）較低，因此，如何控制渣中(∑FeO)達(dá)10%20%，避免爐渣“返干”是中期脫磷的關(guān)鍵。（5）硫的變化規(guī)律硫的變化規(guī)律也主要表現(xiàn)在吹煉過程中的脫硫速度，脫硫速度變化規(guī)律的主要影響因素與脫磷的類似。吹煉前期，由于溫度和堿度較低，（FeO）較高，渣的流動性差，因此脫硫能力較低，脫硫速度很慢；吹煉中期，熔池溫度逐漸升高，（FeO）比前期有所降低，堿度因大量石灰熔化而增大，熔池乳化比較好，是脫硫的最好時期；吹煉后期，熔池溫度已升至出鋼溫度，（FeO）回升，比中期高，堿度高熔池攪拌不如中期，因此，脫硫速度低于或稍低于中期。（1）爐渣中(FeO)的變化規(guī)律爐渣中（FeO）的變化取決于它的來源和消耗兩方面?！魳屛桓邥r，脫碳速度低，渣中（FeO）增高。 礦石：渣料中加礦石多，則渣中（FeO）增高。 脫碳速度：脫碳速度高，渣中（FeO）低；脫碳速度低，渣中（FeO）高。（2）爐渣堿度的變化規(guī)律爐渣堿度的變化規(guī)律取決于石灰的熔解、渣中(SiO2)和熔池溫度。吹煉一開始，[Si]迅速氧化，渣中(SiO2)很快提高，有時可達(dá)到30%。吹煉中期，熔池的溫度比初期提高，促進(jìn)大量石灰熔化，熔池中[Si]已氧化完了， SiO2來源中斷。吹煉后期, 熔池的溫度比中期進(jìn)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(chǔ)上,吹煉后期,仍能得到高堿度,流動性良好發(fā)爐渣。吹煉初期，兌入爐內(nèi)的鐵水溫度一般為1300℃左右，鐵水溫度越高，帶入爐內(nèi)的熱量就越高，[Si]、[Mn]、[C]、[P]等元素氧化放熱，但加入廢鋼可使兌入的鐵水溫度降低，加入的渣料在吹煉初期大量吸熱。 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。在整個一爐鋼的吹煉過程中，熔池溫度約提高350℃左右。 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(hù)爐和倒渣幾個階段。圖7頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉一爐鋼的操作過程主要由以下六步組成：（1）上爐出鋼、倒渣，檢查爐襯和傾動設(shè)備等并進(jìn)行必要的修補(bǔ)和修理；（2