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4.计算合金加入量调整钢液成分
4、1 技能实施与操作步骤
●根据钢种得特点与工艺要求,首先了解初钢液中合金元素配加情况并预测在加热前期、中途、后期、结束分别配加合金得种类并作好准备。
●精炼钢包进入LF工位后,按要求取样进行化学元素全分析。
●根据全分析结果,计算出精炼期应配加得各种合金得补加量,并进行称量。
●精炼钢水加热到预定温度后,把上述称量好得合金通过料仓或人工分批加入。
●凡钢水经过造白渣处理后,一般应再取样进行全分析。
●根据全分析结果及该钢种成分控制要求,计算出需要补加得合金数量,进行称量,并在进入软吹前5分钟加入完毕
●取样操作:
取样器(见图1)取样操作过程:
A、完好取样器插入取样棒。
B、检查头部保护套就是否完好.
C、打开工作门。
D、快速插入钢水深约300mm左右,位置靠近吹氩搅拌区.
E、保持3s—5s左右后迅速提起取样棒,拉出钢液面。
F、拆卸纸管,打破壳取出试样。
4、2注意事项
●在进行合金补加前,必须掌握准确得钢水量及各种合金得成分液中已经配加得合金量。
●合金加入量得计算必须要经过复核,以保证准确无误.
●要能准确识别各类常用合金,防止误用。
●称量合金要准确,并经过复核才能加入钢包内。
●合金加入钢包内时,注意勿碰击电极,必要时应停止加热.
●精炼钢包内合金熔化得条件较差,因此不宜加入块状较大得合金,一般控制在10mm—30mm。
●为了确保合金元素有较稳定得回收率。
加合金前钢包中得渣应脱氧良好,渣应呈白色为好.
●加合金毕要继续保持炉渣良好得还原性,在渣面要适量补加粉状脱氧剂.
●全部合金加毕到开始软吹必须有足够得时间使合金充分熔化。
●加入较多数量得合金必须考虑合金熔化吸热造成得钢液温度下降,及足够得温度弥补。
●在加入合金时要考虑合金中除主元素外得其它元素对钢液成分得影响。
如加入高碳铬、高碳锰要计算增碳量,喂Ca—Si丝时考虑增硅量,喂Fe—Ti丝时要考虑A1、Si增量喂A1丝时注意有增硅得可能性。
4、3知识点
●各种合金加入量得计算计算公式
铁合金:
合金加入量(公斤)=
喂丝:
喂丝长度=喂丝总量/单位重量(Si含量)
●各种合金元素得回收率
在精炼炉内脱氧条件较好得情况下加入合金得回收率比较高,在钢包内顶渣氧化铁小于0、5%得条件下各元素得回收率分别为:
(1)100%回收率得元素有Ni、Mo、Mn、Cr、Si、C、V、Nb。
(2)S、A1、Ti直接加包中回收率30%~50%。
(3)喂丝法加入得回收率,S、A1、Ti为70%~80%,B为40%~50%.
5、成分异常得处理
5、1技能实施与操作步骤
●在精炼过程中通过取样发现钢水成分同预测成分(合金配加成分)比较有较大差异。
●重新取样进行验证.
●对照工艺卡检查执行情况,及时发现问题,寻找原因。
可按以下几个方面检查,以下14项原因就是易造成成分异常得主要原因。
(1)钢水量就是否有误。
(2)前期合金加入就是否有误。
(3)搅拌系统工作就是否正常。
(4)就是否有设备漏水情况,电极就是否有增碳现象。
(5)取样就是否有代表性。
(6)炉渣就是否还原良好,上工序氧化渣就是否带入过多.
(7)温度就是否过低.
(8)已加入合金就是否熔化均匀。
(9)发送样就是否有误。
(10)分析试样就是否符合要求.
(11)就是否采用全新未烘烤良好得钢包。
(12)合金元素成分就是否正确无误。
(13)合金配加量计算就是否正确。
(14)料仓及输送系统就是否工作正常。
●根据重取样分析结果与工艺执行情况得分析,采取相应措施。
●如合金元素(C、Si、Mn、Cr、Ni等)低于下限要求,补加合金至成分中下限。
●如合金元素(C、Si、Mn、Cr、P、Ni等)确认高于上限,则回炉重氧化或改钢号、改相应标准.
●如有害元素S不符合进入下一工序要求必须进一步采取脱硫操作。
(1)增加渣量。
(2)加强钢液搅拌。
(3)加强渣脱氧。
5、2注意事项
●取样符合操作规范,具有代表性.要做到:
(1)添加合金、还原剂后不能马上取样。
(2)渣况不好出现灰色、褐色、棕黄色,要等渣转白再取样,不然会引起取样无代表性。
(3)温度过低会引起取样无代表性,不宜取样.
●发现钢水成分异常应尽早处理。
●补加合金量应考虑炉渣还原性。
●钢水量必须正确.
●合金成分必须确认无误。
●要杜绝合金元素配加过量。
5、3知识点
●成分异常产生得原因分析
(1)取样无代表性
A、取样位置、方式不符合要求,如靠近渣面得试样易受炉渣影响造成成分波动
B、合金未全部熔化造成成分偏析.
C、搅拌效果差,造成钢水成分不均匀,同时钢渣反应差影响脱硫得正常。
(2)合金料未加入
由于合金加料系统故障,应加入合金料部分留在料仓内或撒落在钢包外。
也有人为因素造成漏加、计算错误等。
(3)操作工艺执行不规范
A、还原精炼渣未达到脱氧良好得要求,渣量不足。
在上工序氧化渣带人过多时尤其要注意。
B、加热过程电极插入钢液增碳。
C、钢水量不准。
秤量系统故障以及对造成损失得钢水估计不足。
D、钢液温度不符合要求.尤其就是温度低造成化学成分均匀性差.
●防止措施
(1)取样操作熟练工具完好.
(2)保证加料系统正常。
(3)严格执行操作工艺。
●处理方法
(1)成分高于上限要求,不能改钢号作回炉或原料钢处理。
应尽量避免出现这类事故。
(2)成分低于下限要求,补加合金至成分要求范围。
6、常见典型成分异常情况
炼钢生产过程中,钢液中[C]得异常情况最常见,以此作为典型分析。
(1)造成[C]得异常得原因:
A、初钢液出钢过程增碳,因电极粒密度较钢液、炉渣轻,如果操作不当部分电极粒将浮在渣面,而未进入钢液,同时吹氩搅拌不充分,造成[C]偏低。
在增碳量较大得钢种中易发生。
B、电极粒中固定碳含量不稳定,引起增碳量误差.
C、加热电极熔损,引起增碳。
特别就是当炉渣较稀薄时,加热操作中电极容易与钢液接触造成增碳.炉渣结块不导电,电极下降插入钢液造成增碳。
D、炉渣脱氧不良,含碳脱氧剂(电石)使用过量造成增碳。
E、取样无代表性。
F、含碳质耐火材料得钢包内衬烘烤不符合要求,造成在精炼过程中剥落进入钢液增碳。
(2)防止措施:
A、电极粒加入时要直接与钢液接触,尽量避免通过炉渣再进入钢液。
必要时可用喂丝机喂碳粉包芯线增碳。
B、电极粒中固定碳含量要定期检验,并在实际操作中进行验证。
C、加热操作时做到电极严禁与钢液接触。
D、造好还原精炼渣,保证碳得吸收率。
E、增碳操作结束要经充分搅拌后取样。
(3)[C]成分异常处理方法:
A、[C]成分高于上限要求时,可考虑改钢号.如45钢改50钢.
B、[C]成分低于上限要求时,可用电极粒或喂碳粉包芯线增碳至要求成分中下限。
7、 钢包精炼炉脱硫操作
7、1技能实施
①准备好符合工艺要求数量得造渣材料(石灰、萤石、)、脱氧剂(Si—Fe粉、铝粒)及发泡剂等渣料.
②造渣得二种形式
(1)在出钢过程加入预制或配比好得造渣材料。
(2)氧化渣出钢在排除氧化渣后加入渣料.
③渣量控制
渣量按钢包容量确定:
一般控制钢渣比为1、5~2、5%,大容量钢包取下限,小容量钢包取中下限(结合脱硫要求).
④渣成分控制
(1)碱度一般控制2~4,碱度过高造成熔点过高易结壳影响钢渣反应,碱度过低造成对包衬侵蚀,一般可适当提高渣中A12O3含量。
(2)精炼过程包中渣得氧化铁控制≤1、0%,通过渣面加入C、Fe—Si粉、铝粒等脱氧剂控制.
(3)为防止包衬侵蚀可加入发泡剂,发泡剂一般可含碳质或CaCO3质得材料。
⑤钢渣搅拌方式
运用钢渣得接触,实现脱硫反应,钢渣搅拌方式共有二种:
(1)钢包底吹氩搅拌(较普遍)。
(2)钢包外有电磁搅拌装置(国内较少)。
⑥脱硫量与脱硫率工艺要求
(1)了解该钢种初炼钢液得含硫量与精炼过程进入下一工序得含硫量要求。
(2)掌握常规精炼过程得脱硫率.
7、2操作步骤
●加入造渣材料
按工艺要求加入准备好配比正确得造渣材料或按工艺要求对精炼钢包中已经加入得渣料作适当补充与调整。
●吹氩搅拌,要求可见渣面有翻滚现象。
●钢包进入加热工位三相电极通电加热。
●分批散加适量(0、2~0.3kg/t)脱氧剂,种类一般为铝粒、Fe-Si粉、碳化硅。
●造白渣后每次打开工作门(间隔5~8min)用铁杆粘渣观察渣况一次。
粘渣均匀且厚度3mm~4mm说明化渣均匀流动性良好,冷却后炉渣颜色呈乳白色说明渣中∑(FeO)在0、5%左右,炉渣脱氧良好.发现下述情况将影响脱硫效果应作处理,粘渣厚度〈1.5mm说明渣稀应补加石灰;
粘渣厚度>5mm说明渣稠应补加萤石或Fe-Si粉;
炉渣呈玻璃状说明碱度偏低应补加石灰;
炉渣黑灰说明脱氧剂过少。
●根据加热过程得成分分析得硫含量决定下一步得操作。
(1)已符合成品得要求(工艺规程),保持氩气均匀搅拌,补加少量脱氧剂保持渣况至钢包离开加热工位。
(2)接近成品得要求(工艺规程)。
补加少量石灰与脱氧剂。
如吹氩强度过小可适当提高,增加钢渣反应面。
(3)距成品要求有效大差距(例超过0、005%),应分析脱硫效果差得原因,并采取对应措施。
7、3注意事项
●各种渣料应合理堆放、标识清楚。
●各种渣料保持干燥,避免粉化、受潮,影响脱硫效果。
●加料时应对准加料窗口,切勿将渣料撒落于钢包外。
●加入量大得渣料如石灰可通过上位料仓加入,要注意渣料结块堵塞,影响正常加料操作。
●人工加料时应尽量避开从加料孔飞溅出得炉渣.
●在造渣脱硫过程中,应随时取渣样观察渣况,并不断调整以获得最佳脱硫效果。
●注意观察吹氩搅拌情况,不得断流。
7、4知识点
●钢包精炼炉脱硫得几个过程
(1)初炼钢液出钢过程钢渣混冲脱硫.
(2)精炼加热过程钢渣反应脱硫。
●钢中硫得危害
硫,一般认为它就是残存在钢中得有害元素之一。
在绝大多数钢中都加以严格控制,普通碳素钢硫含量不得大于0、045%,优质钢硫含量不得大于0、035%,高级优质钢硫含量不得大于 0、025%,特级优质钢硫含量不得大于0、015%。
钢中硫得危害主要表现在以下几个方面:
(1)对力学性能得影响
硫对钢得强度影响不大,但由于硫化物夹杂得存在,使其延伸性及韧性降低,特别就是冲击韧性.
(2)对热加工得影响
由于硫化铁得熔点较低,在热加工过程中容易沿晶界析出,轧制时产生表面裂纹,造成废品。
俗称“热脆”现象。
(3)对焊接性能得影响
硫易导致焊缝得热裂,同时在焊接过程中,硫易于氧化生成SO2气体而逸出,导致在焊接金属中产生很多气孔与疏松.因此硫对钢得焊接性不利。
但就是钢中得硫也有利用之处。
如易切削钢中,就就是提高其硫与锰得含量,形成较多得硫化锰(MnS)微粒,以改善钢得切削加工性。
●炉渣状况
(1)氧化渣与还原渣
判别依据主要就是渣中(FeO)量,(FeO)低为还原渣,(FeO)高为氧化渣,渣中(FeO)低渣子呈白色,渣中(FeO)高渣子发黑。
(2)碱性渣与酸性渣
判别依据主要就是渣中得碱度R,R高为碱性渣,R低为酸性渣。
碱性渣渣子发粘,酸性渣渣子透明。
钢包精炼炉通常应用得就是碱性还原渣,呈白色俗称“白渣”。
其主要成分控制碱度(CaC/SiO2)为2~4,∑FeO≤1、0%,A12O3为15~20%。
8、吹氩
8、1知识点
吹氩精炼钢水工艺,即通过向钢包内得钢液吹入氩气得方法,达到类似真空处理得作用,它包括脱氧、脱气、脱碳、搅拌钢液及去夹杂物等。
尤其在真空条件下吹氩脱气效果大幅度提高,被广泛地运用到钢包精炼炉中。
8、2钢包吹氩脱气得原理
氩气就是惰性气体,通常在制氧时作为副产品分离出来被利用。
氩气吹入钢液既不参与化学反应,也不溶解在钢液内.所以氩气刚进入钢液时,可以认为氩气泡对钢液中溶解得气体来说像一个小得“真空室”,这一小得“真空室”内其它气体得分压几乎等于零。
根据西瓦特定律,钢液中氢、氮不断向氩气泡扩散,在氮气泡内形成一定得分压,氢与氮在氩气泡中得分压会随着气泡得上浮时受热体积膨胀,因而氢、氮得分压仍能保持较低得水平,故继续吸收氢与氮,最后随氩气泡溢出钢液而被去除。
此外钢液中吹氩时,氩气上浮推动钢液运动,从而起到搅拌钢液得作用,促进钢液成分均匀与温度均匀。
由于钢液得搅拌运动有利于夹杂物得去除,同时对钢液进一步脱气更为有利。
9、钙处理
●意义:
用铝脱氧后在钢中形成大量得AL2O3,且很难从钢中去除干净,在浇铸时很容易粘附在水口壁上引起水口堵塞.为此采用对钢水进行Ca处理,通过对钢中加入适量得钙,使高熔点得AL2O3与氧化钙结合形成低熔点得铝酸钙,从而提高钢液得浇铸性能;
●对于钙处理钢,造成水口堵塞得因素有两个:
①钙加入量不够,在向钢水中加钙得过程中,随着钢水中钙含量得不断增加,夹杂物中钙得含量也在增加,形成得复合夹杂物依次为CA6、CA2、CA、C12A7、C3A(C与A分别代表CaO与Al2O3),其中前两个得熔点均在1700℃以上,在实际大生产中必须加以避免,钢中钙含量达15×
10—6左右时,相应夹杂物中钙得含量在15%左右,此时形成得主要就是高熔点得CaO·
2Al2O3夹杂物,因此钙处理必须确保向钢中加入足够量得钙,才不会导致钢水浇铸性能得恶化。
②钙得加入量过多,从而形成高熔点得CaS(熔点为2450℃),此时同样会恶化钢水得浇铸性能.随着钢中铝含量得增加,氧得活度降低,有利于硫化物得形成;
随着钢中硫含量得增加,有利于形成高熔点得CaS;
钢水温度降低时,氧得活度降低,也有利于CaS得形成.显然在1550℃得中间包浇铸温度条件下,当钢中铝含量为0、030%时,为了防止生成CaS夹杂物,钢中硫含量不得超过0、015%.
●为了改善连铸钢水得浇铸性能,并不就是任何钢种都可以采用钙处理得方法,对于成形性要求较高得钢种如汽车板就不适宜采用钙处理得工艺来改善浇铸性能,因为经钙处理后形成得铝酸钙夹杂较硬.对于这类钢种一般采用提高钢水纯净度得方法来改善浇铸性能,通过控制转炉下渣、钢包渣得变性处理、中间包冶金、保护浇注等措施来确保钢得纯净度,降低钢中得全氧含量。
10、非金属夹杂物来源分类
根据非金属夹杂物得不同来源,通常可分为内生夹杂物与外来夹杂物两大类。
这种分类方法有很大得局限性,因为实际形成得非金属夹杂物很少为单纯得内生夹杂或外来夹杂,通常钢水与卷入得炉渣(包括保护渣)或耐火材料接触时,总会或多或少地起反应,所以这种分类方法就有不严谨之嫌,但这种分类方法指出了非金属夹杂物得可能来源。
纯粹得内生夹杂与外来夹杂有明显得差别。
内生夹杂得典型特征就是尺寸小,数目多,与外来夹杂相比,均匀地分布在钢中(非镇静钢除外),非金属夹杂物得成分与钢水成分有很强得依存关系.而外来夹杂则不同,往往尺寸较大,形状不规则,位置不确定,成分与结构复杂,与钢水成分没有直接关系.
11、按非金属夹杂物尺寸分类
其实在很早以前就提出了按尺寸得大小将非金属夹杂物分为微观夹杂与宏观夹杂,然而至今对非金属夹杂物尺寸大小得划分,不同得学者们都各自采用自己认为合理得分法.有一种方法就是,把非金属夹杂物大致分成三类:
第一类就是亚显微夹杂,它得尺寸为直径小于1μm;
第二类就是显微夹杂,它得尺寸为直径为1≤100μm;
第三类就是大型非金属夹杂物,它得尺寸为直径100μm以上。
根据研究得结果可以知道,亚显微、显微夹杂主要就是脱氧产物,而大型夹杂则多为外来夹杂,但就是这种分法不能把显微夹杂与宏观夹杂与内生夹杂与外来夹杂混为一谈,因为也有一些大型夹杂通过检验证实就是来自于脱氧产物。
12、按非金属夹杂物组成与结构分类
这种分类方法得优点就是比较直观方便。
一般分为简单金属氧化物夹杂、各种类型得硅酸盐夹杂、尖晶石类夹杂物与各种铝酸盐夹杂等。
因为这种分类方法应用广泛,所以有必要详细说明。
简单金属氧化物包括铁锰氧化物固溶体,氧化硅与氧化铝等单体非金属夹杂物。
一般炼钢中经常遇到得氧化硅夹杂就是树枝状得或梅花状得方石英,这种氧化硅夹杂可能就是外来得,也可能就是生产高硅钢时得氧化反应产物。
而结晶形得氧化铝即刚玉就是炼钢中最常见得非金属夹杂物之一,它可以有很多种形态,有不规则形与圆球形,并且容易结合成一种比较稳定得微粒群体得聚集物。
分类—钢中得硅酸盐类非金属夹杂物
(1)铁锰硅酸盐 可观察到(Fe·
Mn)O与橄榄石固溶体2(Fe·
Mn)O·
SiO2共晶,或板条状铁橄榄石与锰橄榄石2MnO·
SiO2,当硅酸盐中得SiO2组分含量很高时,有时可见到由分层区两个平衡组分决定得玻璃相,随着冷却速度得减慢,它也呈晶体.
(2)铝硅酸盐莫来石就是唯一得铝硅酸盐,由于钢中总要存在相当量得锰,所以钢中很少观察到单纯得铝硅酸盐,最有可能碰到得物相就是铁锰硅酸盐与钢中溶解铝反应后得产物或纯粹来自具有莫来石相得耐火材料.
(3)复杂硅酸盐 钢中往往含有多种氧化物如SiO2,FeO,MnO,Al2O3,CaO与MgO等共存得复杂硅酸盐。
随着冷却速率得不同或再加热时间得不同,这些硅酸盐既可以就是玻璃态,也可以就是各个相组合起来得晶体。
钙铝酸盐就是钙处理过程中普遍出现得非金属夹杂物之一.实际上钙铝酸盐化合物组成就是在较宽得范围内变化得,并且各种铝酸钙中得CaO还能被MnO,FeO与MgO等部分替代,Al2O3可被Fe2O3,Cr2O3部分替代,所以这些氧化物常溶解在铝酸钙非金属夹杂物中,此外铝酸钙也可以溶解钛、锆、钒与其她金属氧化物。
铝酸盐有时还与MgO·
Al2O3尖晶石一起伴生。
尖晶石类非金属夹杂物就是常见得非金属夹杂物之一,它可用通式MO·
R2O3表示。
在用少量铝脱氧得硅镇静钢中就可以找到MnO·
Al2O3,这种非金属夹杂物在铸态下往往表现为树枝晶状,在钢材中其外貌与Al2O3十分相似,硬度很高,变形性能差。
另一种尖晶石夹杂即MgO·
Al2O3通常来自碱性电炉渣或镁处理铝脱氧钢中。
13、按其变形能力得大小分类
根据钢在加工变形中,各类非金属夹杂物得变形性不同,按其变形能力得大小可分为三类:
脆性非金属夹杂物。
一般指那些不具有塑性变形能力得简单氧化物(如:
Al2O3、Cr2O3、ZrO2等)、复合氧化物(如:
FeO·
Al2O3、MgO·
Al2O3、CaO·
6Al2O3等)、氮化物(如:
TiN、Ti(CN)、AlN、VN等)与不变形得球状(或点状)非金属夹杂物。
对于变形率较低得脆性非金属夹杂物,在钢加工变形得过程中与钢基体相比变形甚小,差异显著,势必造成非金属夹杂物与钢基体交界面处产生应力集中,导致裂纹产生或非金属夹杂物本身开裂.
塑性非金属夹杂物。
这类非金属夹杂物在钢经受加工变形时具有良好得塑性,沿着钢得流变方向延伸成条带状,属于这类得非金属夹杂物有:
含SiO2量较低得铁锰硅酸盐、硫化锰、(Fe,Mn)S等。
当钢加工变形时,这类非金属夹杂物与钢基体变形相等,从室温一直到很宽得温度范围内均保持良好得变形性,与钢基体之间得交界面处结合很好,但其条带状分布使钢产生各向异性。
半塑性变形得非金属夹杂物:
半塑性变形得非金属夹杂物一般指各种复合得铝硅酸盐非金属夹杂物,其中夹杂物得基体在热加工变形过程中塑性变形,但分布在基体中得高凝固点夹杂物(如铝酸钙、尖晶石型得夹杂物等)不变形,仍保持原来得形状,因此阻碍了周围基体得自由延伸.
14、钢中非金属夹杂物对钢得疲劳性能得影响
非金属夹杂物与钢得性能关系最密切得方面,应该就是钢得疲劳性能.非金属夹杂物得尺寸越大,疲劳裂纹越容易在其周围区域形成。
大得非金属夹杂物得存在虽然使形成疲劳裂纹得几率最大,但它在材料中得个数少,因此从统计学观点来瞧,出现疲劳区得仍就是大量含有得中等尺寸非金属夹杂物得材料。
一个非金属夹杂物可以被瞧成就是一个形状相当得孔洞(机械切口)
硫化物对材料得疲劳寿命危害小就是因为其在钢得变形温度下加工时,与钢基体间不产生裂缝。
而且不少研究结果认为硫化物不但对轴承钢得疲劳寿命无害反而有利。
其原因有两点:
一就是硫化物包围在氧化物得外面,从而降低了氧化物得危害作用,二就是硫化物在转动处起润滑作用,由此使接触部位得应力分布与应力集中发生变化,同时也降低摩擦.
非金属夹杂物对材料强度产生危害得临界尺寸决定于它在钢件表面下得深度,位于钢件表面下得非金属夹杂物临界尺寸为10µ
m,在钢件表面下深度为100µ
m处时,则临界尺寸可增到30µ
m,当非金属夹杂物尺寸小于临界值时,未观察到它对疲劳寿命有影响。
15、钢中非金属夹杂物对钢得塑性得影响
非金属夹杂物破坏了钢基体得连续性,引起应力集中,导致提前产生微裂纹。
一般非金属夹杂物在钢中都能发生变形,变形会引起组织与结构得变化,这种变化必然会反映到性能上来,其具体得表现形式为加工硬化,各向异性等。
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