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转炉炼钢基础知识
转炉炼钢基础知识
第一章炼钢基础知识
一、钢的基本知识
1.1钢的定义
一般的钢和铁都是以铁元素为基本成份的铁碳合金。
在铁碳二元系中,把含碳小于2.11%的合金称为钢;而把含碳大于2.11%的合金称为铸铁,纯铁的密度是7.87g/cm3。
1.2钢中常见元素:
C、Si、Mn、P、S、Al、O、N、H、Ni、Cr、Cu、Nb、V、Ti、Mo
1.2.1碳(C)
C是构成钢的主要元素之一、是反映钢的力学性能的主要元素,钢的较多的属性均通过C来表示,如钢的凝固温度、裂纹敏感指数等。
随着钢中C含量的上升、钢的塑性逐步上升、钢的韧性逐步下降。
[C]<=0.1%称为低碳钢、0.1%<[C]=<0.5%称为中碳钢、[C]>0.5%称为高碳钢。
1.2.2锰(Mn)
锰(Mn)是有益元素,碳钢一般[Mn]<0.80%,锰合金钢一般[Mn]=1.0-1.2%.锰大部分溶于铁素体中形成置换固溶体,并强化铁素体;一部分溶于Fe3C中,形成合金渗碳体;锰还能增加并细化珠光体,这都提高钢的强度.另外锰与硫形成化合物MnS,减轻硫的有害作用.当锰含量不多时对钢的影响性能不大。
1.2.3硅(Si)
硅(Si)是有益元素.碳钢中[Si]<0。
35%。
硅能溶于铁素体,形成置换固溶体,并强化铁素体;一部分形成硅酸盐夹杂。
硅能提高钢的强度、硬度、弹性,降低塑性、韧性。
硅含量少时对性能影响不大。
1.2.4硫
硫(S)是有害元素。
硫不溶于铁,以FeS形式存在。
FeS与Fe形成共晶,分布于奥氏体晶界上。
而FeS-Fe共晶熔点低,为989℃,在1000-1200℃时使晶界无强度,钢变脆,称“热脆”。
一般要求S0。
040,而MnS熔点高1620,呈粒状分布在晶粒中,所以Mn可以减轻热脆。
1.2.5磷
P是有害元素,磷全部溶于铁素体,虽可提高铁素体的强度和硬度,但在室温下使钢的塑性、韧性急剧降低,钢变脆,称为冷脆。
磷还降低钢的焊接性能。
一般要求P≤0.040%.
1.2.6氮
氮(N)溶于奥氏体,不溶于铁素体,其溶解度随温度下降而减少.当钢水快速冷却时,氮来不及析出便溶于铁素体中.而加工过热时,氮以Fe4N析出,提高钢的强度\硬度,但韧性降低,称为”蓝脆”或时效脆性.所以含氮过高有害.钢中加入铝钛,生成AlN、TiN,清除时效脆性。
但是,向钢的表面渗氮可提高钢的表面硬度、耐磨性、疲劳强度和抗腐蚀性,所以有一种氮化工艺。
1.2.7氢
氢对钢的性能危害较大,氢在钢中降低钢的塑性和韧性,称为“氢脆”。
当氢在钢的缺陷处(空隙、夹杂物)析出形成分子氢,造成内部微裂纹称为“白点”。
1.2.8氧
氧主要以氧化物形式存在,称为非金属夹杂物,对钢的性能有害。
二、炼钢的基本任务和流程
2.1炼钢的定义
所谓炼钢,就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质,再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素,使其成为具有高的强度、韧性或其它特殊性能的钢。
2.2炼钢的基本任务
2.2.1脱碳并将其含量调整到一定的范围。
2.2.2去除杂质,主要包括;①脱磷、脱硫;②脱氧;③去除气体和非金属夹杂物。
2.2.3调整钢液成份和温度。
2.2.4钢液浇注成质量合格的钢坯。
2.3炼钢常见生产流程:
(1)高炉→混铁炉→转炉→炉外精炼→连铸;
(2)高炉→混铁炉→(铁水预处理)→转炉→炉外精炼→连铸;
(3)高炉→电炉+废钢→炉外精炼→模铸或连铸;
(4)废钢→电炉→炉外精炼→模铸或连铸
三、钢的分类
3.1按化学成分分类
钢根据其化学成分不同,分为非合金钢、低合金钢和合金钢三类。
3.2按特性及用途分类
普碳钢、优质碳素钢、工具钢、弹簧钢、电工钢、轴承钢、不锈钢、耐蚀钢等。
3.3按冶炼方法分类
转炉钢、电弧炉钢、平炉钢、感应炉钢、重熔钢。
3.4按脱氧方法分类
3.4.1镇静钢
镇静钢为全脱氧钢,是指在浇注前采用沉淀脱氧和扩散脱氧等方法,将脱氧剂(如铝、硅)加入钢水中进行充分脱氧,使钢中的氧含量低到在凝固过程中不会与钢中的碳发生反应生成一氧化碳气泡的钢。
这类钢成分偏析少,质量均匀,但钢的收得率低,成本比较高。
优质钢和合金钢一般都是镇静钢。
3.4.2沸腾钢
沸腾钢为不脱氧钢,是指在冶炼后期不加脱氧剂,浇注前没有经过充分脱氧的钢。
这种不脱氧的钢,钢水中还剩有相当量的氧,碳和氧起化学反应,放出一氧化碳气体,因此钢水在锭模内呈现沸腾现象,所以叫沸腾钢。
钢锭凝固后,这种钢含硅量低、收得率高、加工性能好、成本低,但成分偏析大、杂质多、质量不均匀、机械强度较差。
3.4.3半镇静钢
半镇静钢为半脱氧钢,是指在脱氧程度上介于镇静钢和沸腾钢两者之间的钢。
这种钢浇注时有沸腾现象,但较沸腾钢弱。
钢锭结构、成本和收得率也介于沸腾钢和镇静钢之间。
半镇静钢主要用于中碳钢和普通质量结构钢。
第二章转炉炼钢基础知识
1、转炉的发展
1855-1856年英国人亨利•贝塞麦(Henly)开发了酸性底吹空气转炉炼钢法;
1878年托马斯(S.G.Thomas)碱性底吹空气转炉炼钢法;
1940年廉价获得氧气后,瑞士、奥地利开发了顶吹氧气转炉,1952年在奥地利林茨(Linz)和多纳维茨城(Donawitz)建成第一座30吨碱性顶吹氧气转炉(LD转炉);或称BOF(BasicOxygenFurnace)。
1951年碱性空气侧吹转炉炼钢法首先在我国唐山钢厂试验成功,1964年我国第一个氧气顶吹转炉车间(2*30t)在首钢建成。
1970年开发出顶底复合吹炼转炉。
2、转炉的分类
按炉衬性质不同分为酸性转炉与碱性转炉;按气体引入部位,分为低吹转炉、侧吹转炉和顶吹转炉;根据供给气体不同分为氧气转炉和空气转炉。
3、氧气顶吹转炉炼钢法的特点
(1)吹炼速度快、生产率高:
转炉生产周期一般为20~30min,相同吨位的电炉生产周期一般是转炉的3倍。
(2)品种多,质量好:
可以冶炼全部平炉的钢种和部分电炉的钢种,与相应的炉外精炼配合可以冶炼更多的钢种。
(3)原材料消耗少,热效率高,成本低:
钢铁料消耗低于电炉炼钢,而且充分利用铁水的物理热和化学热,不需要补充热源,还可以回收煤气、蒸汽和烟尘,可能实现负能炼钢。
(4)基建投资省,建设速度快:
转炉炉体轻,结构简单,厂房占地面积少。
(5)氧气顶吹转炉容易与连铸相匹配:
转炉冶炼周期短,且比较均衡,有利于与连铸相匹配协调,比较容易实现多路连浇。
4、氧气顶吹转炉炼钢用原材料
4.1主要原材料
4.1.1铁水
铁水一般占转炉装入量的70%~100%,铁水的物理热和化学热是转炉的基本热源。
对铁水的一般要求:
(1)铁水温度:
一般入炉铁水温度应大于1250℃,而且炉与炉之间要稳定,以利于转炉的热行,使其成渣迅速,减少喷溅。
(2)铁水硅(Si):
铁水硅是炼钢过程中的重要发热元素之一,铁水中的硅每增加0.1%,废钢比可以提高1.3%。
但是硅氧化生成的SiO2是炉渣最主要的酸性成分,因此铁水硅石灰消耗量的决定因素。
过高的硅含量会给冶炼带来不良效果,主要有:
①增加造渣材料消耗,渣量大,铁损增加;②加剧对炉衬的侵蚀;③初期渣中SiO2过多,影响成渣速度。
我国铁水中硅含量一般要求0.40%~80%。
(3)铁水锰(Mn):
铁水锰可以存进初期渣早化,改善熔渣流动性,有利于脱硫和提高炉衬寿命,可以减少氧枪沾钢,能够减少合金用量。
目前对铁水中锰含量的要求存在争议,我国铁水中锰含量一般在0.20%~0.40%。
(4)铁水磷(P):
磷是强发热元素,但也是冶炼过程中要去除的有害元素。
氧气顶吹转炉的一般脱磷率在85%~95%。
铁水磷含量越低,转炉工艺越简化。
根据铁水磷含量,铁水可分为:
①P<0.30%,低磷铁水;②P=0.30%~1.00%;③P>1.5%,高磷铁水。
(5)铁水硫(S):
除了硫易切削钢外,绝大多数钢中的硫是有害元素。
转炉脱硫率有限,只有30%~40%。
(6)铁水渣量:
铁水渣(高炉渣)中SiO2含量高,进入转炉会导致石灰消耗升高,渣量增大,喷溅加剧,损坏炉衬,降低金属收得率,增加热量损失。
铁水带渣量一般要求≤0.5%。
4.1.2废钢
废钢是转炉炼钢的主要原料之一,是冷却效果稳定的冷却剂,通常占装入量的30%以下。
对废钢的要求如下:
(1)不同性质的废钢应分类存放;
(2)入炉前要仔细检查,严禁封闭的中控容器、爆炸物和毒品混入炉内;
(3)入炉废钢必须干燥,清洁无油污,力求不混入泥沙、耐火材料和搪瓷等杂物,更不能混入有色金属;
(4)废钢应有合适的尺寸和重量。
4.1.3生铁
成分与铁水近似,但没有显热,冷却效应比废钢低,需配加一定的渣料。
4.2辅助料
4.2.1常见的造渣材料
(1)石灰:
是炼钢主要也是用量最多的造渣材料,主要成分CaO,具有脱磷、脱硫的能力。
我国顶吹转炉用石灰标准:
指标
CaO%
SiO2%
S%
块度mm
活性度ml
烧碱%
生(过)烧率
要求
≥90
≤3
≤0.1
5~40
≥300
<4
≤14
(2)萤石:
主要成分CaF2,可以加速石灰的熔解,能够快速改善炉渣的流动性,是有效的助溶剂。
但过多的萤石用量,会造成泡沫渣,导致喷溅,同时污染环境。
(3)轻烧白云石与轻烧镁球:
主要成分MgO、CaO。
其目的是保持渣中有一定的MgO含量,保护炉衬,提高溅渣护炉的效果。
主要在炉体后期使用。
4.2.2冷却剂
(1)废钢:
冷却效应稳定,产生渣量少,不易喷溅,但加入占冶炼时间。
(2)生铁:
冷却效应比废钢低,必须配加一定渣料,同样占用冶炼时间。
(3)铁矿石:
主要成分Fe2O3和Fe3O4,冷却效应高,但杂质多,不能一次加入量过多,否则会产生喷溅。
(4)氧化铁皮:
轧钢车间的副产品,有利于化渣和脱磷,使用前应烘烤干燥,去除油污。
(5)石灰石(石子)、生白云石:
其分解融化均能吸收热量,同时还具有脱P、S能力。
4.2.3其它材料:
(1)铁合金:
要求成分稳定,分类堆放;
(2)增碳剂:
要求固定碳高,灰分、挥发分和硫含量低,并要干燥,干净,粒度适中,包装稳定;
(2)氧气:
主要的氧化剂,要求纯度高,脱除水分,氧压稳定。
5、顶吹氧气转炉炼钢工艺操作
转炉工艺流程首先是铁水,废钢金属料入炉,通过转炉供氧,造渣,温度及终点控制各项制度的完成,然后倒炉、倒渣、取样、测温,符合出钢要求后组织出钢并对钢水进行脱氧合金化,生产出的合格钢水经吹氩(若需精炼送LF精炼炉精炼处理)处理以后,送入连铸浇注成坯。
5.1吹炼过程
5.1.1吹炼前期:
Si、Mn氧化期。
兑入铁水和加入废钢后,开始吹炼,同时加入大部分渣料,这一阶段中,应设法提前化好渣和均匀升温,有利于去S、P和减小初期酸性炉渣对炉衬的侵蚀,根据铁水、废钢等原材料的条件及加入量,综合考虑出合适的枪位,以便能够得到快速化好炉渣,形成一定碱度,一定(FeO)和(MgO)的流动性良好的初期渣。
在Si、Mn氧化基本结束,加入第二批渣料。
5.1.2吹炼中期:
指C的氧化期。
此时因C激烈氧化,致使渣中(FeO)含量较低,容易出现炉渣“返干”,并会引起喷溅。
所以要控制C的氧化反应,使其均衡进行。
同时,要抓住C—O反应这一有利的动力学条件,进行脱S、脱P。
枪位控制是这一阶段的关键,合理的枪位才能保持熔池有良好的搅拌作用,并能保证炉渣中有一定的(FeO),避免炉渣严重“返干”和喷溅的发生。
5.1.3吹炼终点:
在拉碳的同时,确保P、S含量和温度符合钢种的出钢要求;控制好炉渣的氧化性,使钢液中含氧量适宜,以保证钢的质量。
拉碳后,测温取样,若成份、温度合格,就可组织出钢、脱氧和合金化操作。
出钢和倒渣后,进行溅渣护炉,兑入铁水,装入废钢,进行下一炉的冶炼。
转炉冶炼的几大制度:
装入制度、供氧制度、造渣制度、温度制度、终点控制和脱氧合金化制度。
5.2装入制度
装入制度是指转炉合理的装入量和合适的铁水与废钢之比。
5.2.1装入量过大或过少的危害
装入量过大,会导致严重喷溅,造渣困难,延长了冶炼时间,而且降低了金属收得率和炉衬寿命;装入量过小,不仅影响产量,同时由于装入量少,使熔池深度变浅,加深氧气流股对炉底的冲击作用,炉底过早被损坏,甚至造成了炉底烧穿所引起的穿炉事故。
5.2.2装入量的选择依据
(1)合适的炉容比(V/T):
是指炉子的有效工作容积(V)与装入量(T)之比,单位是m3/t;
(2)合理的熔池深度;
(3)与连铸浇注及设备的匹配。
5.2.3国内外经常采用的装入制度
(1)定量装入制:
整个炉役期间,每炉的装入量不变,优点是便于生产组织,操作稳定,有利于实现过程自动控制,但由于炉役前后熔池的变化,只适合大吨位转炉。
(2)定深装入制:
每炉熔池深度保持不变,由于生产组织困难,现已很少使用。
(3)分阶段定量装入制:
在一个炉役期间,根据炉膛扩大程度分为几个阶段,每个阶段定量装入。
这是适应性较强的一种装入制度,我国各中小转炉普遍采用这种制度。
5.2.4装入操作
(1)先兑铁水后装废钢:
可避免废钢直接撞击炉衬,但炉内留有液态残渣时,兑铁易发生喷溅。
(2)先装废钢后装铁水:
可防止兑铁喷溅。
5.3供氧制度
供氧制度是指把氧气流股最合理地喷向熔池,创造良好的物理化学反应条件。
供氧制度包括合理的喷嘴结构、供氧强度和氧枪操作。
5.3.1氧枪喷嘴
氧枪是向熔池供氧的主要设备,包括枪身和喷嘴(喷头)两部分。
目前氧枪喷嘴都是拉瓦尔管型结构,拉瓦尔管就是收缩——扩张型,能够产生超音速气流的喷嘴。
根据喷嘴的孔数分为单孔喷嘴和多孔喷嘴。
单孔喷嘴在转炉中已经很少使用。
5.3.2供氧强度
(1)供氧强度:
指单位时间内,每吨金属的耗氧量。
供氧强度(m3/t·min)=氧气流量(m3/min)÷金属装入量(t)
(2)氧气流量:
指单位时间向熔池供氧的数量。
氧气流量是按每吹炼一炉钢(铁水和废钢)所需要的用氧量,由金属装入量和供氧时间等因素来确定的。
氧气流量(m3/min)=每吨金属需氧量(m3/t)×金属装入量(t)÷供氧时间(min)
每吨金属的需氧量,可根据铁水成份,所炼钢种终点控制成份,供氧利用率和操作条件的变化而不同。
我厂每吨钢的实际耗氧量约在50m3左右。
5.3.3枪位
枪位吹炼有两种模式:
一是硬吹,指枪位低或氧压高的吹炼模式。
硬吹对熔池的冲击力大,冲击深度较深,冲击面积小,脱碳速度快,搅拌充分。
二是软吹,指枪位高或氧压低的吹炼模式。
软吹冲击力小,冲击面积大,反射流股多,对渣面搅动增加,熔渣中TFe含量增加。
(1)开吹枪位:
控制原则是早化渣,多去磷。
考虑因素有:
①铁水成分,硅高、渣量大,因喷溅,枪位不易过高,锰高有益于化渣,枪位可以低些;②铁水温度,温度较低可不加第一批渣料,采用低枪操作,即低温点火;③装入量;④炉龄,开新炉温度低,应适当降低枪位,炉役前期,液面高,可适当提高枪位,炉役后期熔池面积大,不易化渣,可以短时间内采用高低枪位交替操作;⑤渣料,石灰量多,枪位应高些。
(2)过程枪位:
控制原则是化好渣,不喷溅,快速脱碳,熔池均匀升温。
(3)后期枪位:
控制原则是保证出钢温度,拉准碳。
5.3.4枪位对炉渣中FeO含量及熔池温度的影响
枪位不仅影响着FeO的生成速度,而且还关系着FeO的消耗速度。
低枪位操作使直接传氧方式占主导地位,炉内各元素的氧化反应激烈进行。
当枪位低到一定程度后,或长时间使用某一低枪位操作,造成FeO消耗速度超过FeO生成速度的情况,使渣中的FeO含量不仅不增加,甚至反而减少。
凡是高枪位操作时,氧气流股的冲击能力小,熔池内的化学反应速度缓慢,FeO消耗速度明显减小,就有可能在渣中积聚FeO的数量,从而提高了渣中FeO含量。
枪位与熔池温度的关系
目前的供氧操作有两种类型:
恒压变枪操作和恒枪变压操作。
对恒压变枪操作的供氧制度来说,枪位对熔池温度的影响,往往由炉内化学反应速度的快慢衡量,即吹炼时间长,热损失就会加大,造成熔池温度下降。
5.4造渣制度
造渣制度就是确定合理的造渣方法、加入渣料的种类、时间和数量,以及如何快速成渣。
造渣的目的是:
去除磷硫、减少喷溅、保护炉衬、减少终点氧。
5.4.1炉渣的主要性质
(1)炉渣碱度:
渣中全部碱性物与全部酸性物之比。
一般常用的表示法如下,并以“R”表示炉渣碱度的符号。
当炉料中含P较少又稳定时:
R=CaO%/SiO2%;当炉料中含P较高时,可简单表示:
R=CaO%/(SiO2%+P2O5%)。
(2)炉渣的氧化性:
炉渣的氧化性通常用渣中含氧化铁的多少来衡量。
(3)炉渣的熔化温度:
炉渣的熔点通常是指完全转变成均匀熔体状态时的温度,或在冷却时开始析出固体物时的温度。
(4)炉渣的粘度:
炉渣流动性的好坏是以粘度来表示的。
炉渣粘度过大,则流动性极差,会降低去S、P的效果;若粘度过小,渣子变得太稀,对炉衬冲刷严重,并会引起大喷。
(5)炉渣泡沫化:
在实际吹炼过程中,由于氧气流股对熔池的作用,产生了许多金属液滴,金属液滴落入炉渣内,就与(FeO)反应而生成大量的CO气泡,分散在炉渣之中,便形成了气-渣-金属相互混合的泡沫。
这种泡沫现象的存在,使气-渣-金属间界面得到很大提高,从而加速了炉内化学反应速度,能获得良好的冶金效果。
5.4.2炉渣的形成
(1)快速形成能满足炼钢操作要求和对炉衬侵蚀性小的炉渣,是转炉炼钢的一个核心问题,通常要求“初期早化渣,过程渣化透,终渣物化,出钢挂上,溅渣粘住”的原则。
(2)加速石灰的熔化:
①提高石灰质量,采用表面积大,气孔率高的活性石灰;②适当增加助熔剂用量,提高(MnO)、(CaF2)和少量MgO的含量;③提高开吹温度;④枪位和氧压的控制要合理,达到既能促进石灰熔化,又不发生喷溅,并在C—O剧烈反应期炉渣不出现返干现象;⑤用合成渣吹炼。
(3)石灰加入量的计算
应根据铁水中Si、P含量以及炉渣碱度R来确定,铁水磷含量<0.30%时,按下式计算石灰量:
石灰加入量(kg/t)=2.14×铁水硅×碱度(R)×1000÷(石灰中有效CaO含量)
石灰中有效CaO含量=石灰中CaO含量-石灰中SiO2含量×R。
5.4.3造渣方法
(1)单渣法:
在冶炼过程中只造一次渣,中途不倒渣、不扒渣,直到终点出钢。
单渣法工艺简单,吹炼时间短,劳动条件好,脱磷率在90%左右,脱硫率在30%左右。
适用于铁水Si、P、S含量较低或对P、S要求不严的钢种。
(2)双渣法:
在冶炼中途倒出或扒除部分熔渣,然后加入渣料重新造渣。
多用于铁水Si、P含量较高的时候。
(3)留渣操作:
将上炉终点熔渣的一部分或全部留给下炉使用。
有利于下炉初渣早形成,并能提前去除P、S。
但兑铁水时易造成喷溅。
5.4.4渣料加入时间
渣料的加入数量和时间对化渣速度有直接的影响。
若一次全部加入,熔池必然温度偏低,渣料不易熔化,还会抑制碳的氧化。
所以单渣操作时,渣料一般都是分批加入。
第一批料是总量的一半或以上,其余的第二批加入。
如果需要调整熔渣或炉温,才有所谓的第三批渣料。
在正常情况下,第一批渣料是在开吹的同时加入,第二批渣料的加入时间一般在Si、Mn氧化基本结束,碳焰初起时。
5.5温度制度
温度制度主要是指过程温度及终点温度的控制。
若出钢温度过低,将会造成钢包粘钢、水口套眼和回炉等事故;出钢温度过高,往往使钢中气体含量和夹杂物含量增加,还会降低炉衬和钢包寿命,浇注漏钢等。
5.5.1出钢温度的确定
出钢温度确定原则:
(1)钢种的凝固温度。
(2)合适的浇注温度。
(3)过程温降数值。
(4)浇注方式。
(5)钢水精炼方法和时间。
t出钢温度=t凝固点+t浇注所需过热温度+t出钢及过程温降
5.5.2转炉热量的来源与消耗
转炉炼钢依靠铁水的物理热和化学热来加热熔池,达到钢种的出钢温度要求。
铁水的物理热就是指铁水的温度,一般铁水入炉温度在1250~1300℃左右,终点钢水温度达到1680℃左右,造渣材料的成渣和炉衬的加热,也需热量;产生的炉气及炉体的散热也得带走一部分热量。
因此,当铁水温度一定时,热量的来源主要依靠铁水中各元素氧化所放出的大量化学热。
对于氧气顶吹转炉,这些化学热除了满足出钢温度要求外,是有富裕的,就需要加入一定数量的冷却剂,以控制终点温度在要求的规定范围之内。
铁水中硅、磷、碳的发热能力大,是转炉炼钢的主要发热元素;锰和铁的发热能力有限,一般不能依靠后吹以铁的氧化来提温。
5.5.3钢水温度控制
影响转炉终点温度的主要因素:
(1)铁水的温度;
(2)铁水的化学成份(主要是Si、P);(3)铁水装入量;(4)停炉时间与炉龄;(5)操作因素:
(6)石灰、枪位的控制、喷溅、倒炉次数多等。
吹炼过程的温度控制
对于去P来说,一般希望在吹炼前、中期温度控制适当低些;但到了需要去S的阶段,温度就要控制高一些。
所以,控制好过程温度,对整个冶炼周期来说,是极为重要的。
5.6终点控制
终点控制主要是指终点温度和终点成分的控制。
5.6.1终点的标志
(1)中含C量达到所炼钢种的控制范围;
(2)钢中含S、P量均低于规格下限以下的一定范围;
(3)终点温度能达到确保顺利浇注的温度;
(4)对于沸腾钢,钢水应有一定的氧化性。
5.6.2终点控制方法
(1)一次拉碳法:
这种方法需要终点碳和终点温度同时达到目标,否则需补吹或增碳。
一次拉碳法要求技术操作水平高,其优点有:
①终点渣中TFe含量低,钢水收得率高,对炉衬侵蚀量小;②钢水中有害气体少,不加增碳剂,钢水洁净;③余锰高,合金消耗少;④氧耗量少,节约增碳剂。
(2)增碳法:
将终点碳吹炼到较低程度提枪,按钢种范围要求加入增碳剂。
增碳法要求所用碳粉纯度高,硫和灰分低。
(3)高拉补吹法:
冶炼中高碳钢时,终点按钢种规格稍高一些进行拉碳,待测温、取样后按分析结果决定不吹时间。
5.6.3冶炼终点的判断
(1)碳的判断:
①通过火焰;②看火花。
(2)温度的判断:
①火焰判断;②取样判断;③热电偶测温
5.7脱氧合金化
5.7.1脱氧
氧气顶吹转炉在出钢时若不脱氧,则钢液在浇注过程中,随着温度的下降,引起与碳的再氧化,生成的CO气泡使铸坯产生皮下气泡。
另外,钢中的氧能使钢变脆,塑性下降,所以在冶炼终点时要进行脱氧。
把钢液中的氧去除过程,称之为“脱氧”。
常用的脱氧方法:
(1)沉淀脱氧:
脱氧剂直接加入到钢水中,脱除钢水中的氧。
这种方法脱氧效率高,耗时短,但脱氧产物不易上浮;
(2)扩散脱氧:
脱氧剂加到熔渣中,通过降低熔渣中TFe含量,使钢水中氧想熔渣中转移扩散,达到降低钢中氧含量的目的;
(3)真空脱氧:
将钢水置于真空条件下,通过降低外界CO分压打破钢中碳氧平衡,使钢中残余碳和氧继续反应,达到脱氧目的。
影响终点钢水溶解氧的主要因素:
(1)钢中氧量主要与含碳量有关,即终点碳越低,钢中溶解氧就越高,后吹能使钢中氧含量剧烈增加。
(2)在冶炼低C钢的条件下,还与炉渣中的氧化铁有关,钢液中的溶解氧随炉渣中氧化铁的增加而增多。
(3)钢中的溶解氧随温度升高而增加。
5.7.2合金化
在炼钢的终点,与脱氧操作的同时,按钢种规定成份范围配加一定量的合金元素,称之为合金化。
脱氧和合金化在炼钢过程中是同时完成的。
各种元素的脱氧能力由弱到强顺序排列如下:
Mn、Cr、Nb、Si、B、Ti、Al、Zr、Ca。
脱氧合金的加入原则:
加入顺序应是先弱后强,使弱脱氧剂在钢液均匀分布时,加入强脱氧剂,便于形成低熔点的化合物,且为液体的颗粒。
这样不仅保证钢液达到钢种所要求的脱氧程度,且使脱氧产物易于上浮而排除,满足钢种的质量要求。
钢包内的脱氧和合金化:
在出钢过程中,把全部合金加在钢包内,冶炼一般钢种,包括低合金钢,采用钢包内脱氧,能达到钢材质量的要求,且能缩短冶炼时间,有较高的合金回收率。
合金加入时间一般控制在钢水流出量
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